DE2418692C2 - Verfahren zur Herstellung eines Bindemittels auf der Basis von Teerprodukten für feuerfeste Materialien - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Bindemittels für Materialien, die gegen hohe Temperaturen ausreichend widerstandsfähig sind. Im besonderen wird ein Verfahren zur Herstellung eines Bindemittels behandelt, welches unter Kaltbedingungen bearbeitbar ist und sich in sowie für feuerbeständigen Mörtel oder dergleichen zum Auskleiden hitzebeständiger Räume in der Chemieindustrie, Raffinationsanlagen und der metallurgischen Industrie einsetzen läßt.

Feuerfeste und hitzebeständige Materialien, die für die genannten Anwendungsgebiete benutzt werden, müssen eine Vielzahl von Eigenschaften aufweisen, die sich aus dem jeweiligen Anwendungsgebiet ergeben.

So ist es beispielsweise im Zusammenhang mit der Metallindustrie bekannt, etwa die Absperrorgane für die Abstichlöcher von Hochöfen, die Roheisenabstichrinnen und dergleichen mehr aus hitzebeständigen Materialien zu fertigen, die auch die dort auftretenden hohen Temperaturen aufzunehmen in der Lage sind. Die hierbei benutzten Materialien zeigen jedoch hohe Abnutzungserscheinungen bei gleichzeitig fortwährend möglichen Beschädigungen. Daher ist es unumgänglich, die für diesen Zweck verwendeten Materialien häufig zu erneuern. Hierfür sollten diese auch bei nicht zu hohen Temperaturen knetbar und allgemein verarbeitbar sein, so daß sie ohne Schwierigkeit der gewünschten Formgebung anzupassen sind. Das zur Bereitung eines verarbeitbaren Mörtels oder dergleichen Baumaterial verwendete Bindemittel muß hierbei so beschaffen sein, das es dann, wenn es hohen Temperaturen ausgesetzt wird, erhärtet, um eine nicht mehr schmelzbare Masse vorzugeben, wobei die festen Bestandteile, die den Hauptteil des Mörtels oder dergleichen ausmachen, bei unveränderter Formhaltung gebunden sind bzw. zusammenhaften. Während des Verfestigungsvorganges, der eine Hitzehärtung ist, sollten die geringen flüchtigen Anteile der Mischung verdampfen, wobei in diesem Zusammenhang die Gefahr von Rißbildungen und dergleichen besteht, zufolge der es zu Störeinflüssen an und in der gebildeten Form kommen kann. Es ist somit darauf zu achten, daß die flüchtigen Anteile während des Aushärtens vollständig entweichen und daß der zurückbleibende Anteil ausreichend hitzebeständig und gegen chemische und/oder physikalische Einflüsse widerstandsfähig ist

Darüber hinaus muß das Bindemittel so beschaffen sein, daß die in den Mörtel einzuarbeitende Menge besonders klein ist, so daß sich der Aushärtungsprozeß so schnell wie möglich durchführen läßt und die Entwicklung von Dämpfen während der Verfestigung möglichst klein gehalten wird. Zusätzlich muß eine ausreichende Anfeuchtung der festen Bestandteile des Mörtels oder dergleichen mittels des Bindemittels sichergestellt sein, so daß sich eine entsprechend gute Bearbeitbarkeit ergibt.

Es ist bekannt, daß Steinkohlenteer und i.idere kohlenstoffenthaltende Materialien bei Verbrennung einen Koksrückstand ergeben, der gegen hohe Temperaturen resistent ist. Als Beispiel eines solchen kohlenstoffenthaltenden Produktes läßt sich Kohlenteer nennen. Auch sind Mineralmischungen etwa Dolomit, Magnesit und so weiter mit Rohkohlenteer bekannt, irittels welcher eine knetbare Masse erhalten werden kann, welche bei Beaufschlagung mit hoher Temperatur ein zusammengesintertes feuerfestes Material ergibt, in welchem der zurückgebliebene Kohlenstoffanteil das Haftvermögen der anderen Mineralpartikel vorgibt und wesentlich unterstützt.

Eine entsprechende Verfahrensweise ist in der Monographie »Steinkohlenteer, Chemie, Technologie und Verwendung« von H. G. Frank und G. Collin beschrieben, erschienen im Springer-Verlag, Berlin 1968. Entsprechend dieser Veröffentlichung wird Teer als Bindemittel für Dolomit und Magnesit auch in Brockenform in der Stahlindustrie für feuerfeste Materialien verwendet. Die Teerbeimischung ergibt eine Kohlenverteilung in der Mischung während der Hitzehärtung oder eines sonstigen Verfestigungsvorganges, mittels der günstigen Druckfestigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen die durch Schlackebrocken und dergleichen auftretenden Einflüsse erzielt wird. Die zufolge dieses Verfahrens bearbeiteten feuerfesten Materialien besitzen jedoch so geringe mechanische Eigenschaften, daß sie zumindest in der Stahlindustrie nach kurzer Betriebszeit ersetzt werden müssen, daß zufolge der Häufigkeit die Roheisenproduktion darunter leidet. Bei dem genannten Stand der Technik wird vorgeschlagen, den Plastizitätsbereich von Pech von 30⁰C auf 40 bis 100°C durch Zusatz von hochsiedenden Teerölen zu Hartpechen mit hohem Gehalt an benzolunlöslichen Bestandteilen zu erhöhen. Dabei liegt der Plastizitätsbereich zwischen Erweichungspunkt und Brechpunkt, so daß das Pech als fester Stoff verarbeitbar ist, wobei diese Verarbeitung aber hohe Kräfte verlangt.

Aus der Monographie »Beschaffenheit der Teere für Teer-Dolomit-Mischungen« von J. Massinon in Stahl und Eisen 76 von 1956, Seite 331, ist die Herstellung eines feuerfesten Materials bekannt, welches ein Bindemittel benutzt, das Teer enthält, dem veränderliehe Anteile Toluol unlösliche Teerkomponenten zugegeben sind oder bei dem auf die eine oder andere Weise der Anteil an in Toluol nicht lösbarem vergrößert worden

Toluol unlösbare Teerbestandteile, welche gleichzeitig Antrazenöl löslich sind, sind sogenannte C2-Harze, während Zusammensetzungen, die Anthrazenöl unlös-

lieh sind, als Cl-Harze bezeichnet werden. Entsprechend der Veröffentlichung von J. Massinon werden verbesserte Eigenschaften für feuerfeste Materialien erzielt, wenn Teer zur Anwendung kommt, der einen erhöhten Anteil an Toluol unlöslichen Substraten besitzt Ein Nachteil ist hierbei jedoch, daß die hiermit beaufschlagten Bindemittel eine derart hohe Viskosität besitzen, daß sie unter Kaltbedingungen nicht verarbeitet werden können.

Es hat sich gezeigt, daß im wesentlichen die C2-Harzverfahren eine große Bindungskraft ergeben, so daß die Herstellung eines geeigneten Bindemittels ausgehend von bestimmten Teerbeschaffenheiten mit einem bestimmten Anteil an Cl-Harzen und einem so hoch wie möglich gehaltenen Anteil an Toluol unlöslichen Zusätzen angestrebt werden sollte.

Zufolge der großen Zahl wechselseitig abhängiger Faktoren, die bei der Herstellung von Bindemitteln der hier interessierenden Art eine Rolle spielen, ergeben sich ganz allgemein auch wechselseitige Abhängigkeiten, wobei die gecannten unvorteilhaften Eigenschaften letztlich dazu führten, daß es bisher noch nicht möglich war, brauchbar zu verarbeitende Bindemittel herzustellea Insbesondere führten die bisher gewonnenen Erkenntnisse nicht zu dauerhaften Lösungsergebnissen und/oder ausreichend dauerhaften Bindemitteln, die geeignet wären, auch unter Kaltbedingungen verarbeitet werden zu können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Bindemittels zu schaffen, welches ausreichende Festigkeit bei der erforderlichen Viskosität für die Kaltverarbeitung liefert, wobei der Anteil an Toluol unlöslichen Substanzen oder der Anteil an C2-Harzen außerordentlich hoch liegen soll, um industriell einsetzbare feuerfest« Materialien mit diesem Bindemittel beaufschlagen zu können, so daß sich ausgezeichnete mechanische Eigenschaften und eine hohe Hitzebeständigkeit ergibt

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst.

Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich ein neuartiges Bindemittel herstellen, welches einen außerordentlich hohen Anteil an C2-Harzen besitzt, wobei die Viskosität so niedrig ist, daß das Bindemittel auch bei Kaltbedingungen verarbeitet werden kann. Erfindungsgemäß wird ein Bindemittel geschaffen, welches die folgenden Eigenschaften und Bedingungen erfüllt:

1. Die in einem Hoppler-Viskosimeter mit Kugeln der Nr. 2 gemessene Viskosität bei 20° C liegt zwischen 5 bis 10 Pa s.

2. Der Anteil an Toluol unlöslichen Substanzen ist größer als 20% und der Anteil an Anthrazenöl unlöslichen Zugaben kleiner als 10%, wobei die Differenz zwischen beiden Werten und somit der prozentuale Anteil an C2-Harzen größer als 12 ist.

3. Der Naphtalineanteil ist niedrig, so daß bei Erhitzung des Bindemittels Sublimationen vermieden werden und

4. der Entflammungspunkt bzw. die Zündtemperatur des Bindemittels ist nach Ausbringung der leichten Ölfraktionen höher als 100° C.

zugsweise 5 bis 10 Pa s.

Der im Zusammenhang mit dem vorliegenden Verfahren verwendete Teer ist durch entsprechende Destillation von Rohteer gewinnbar, wobei es sich bei dem destillierten Produkt um ein solches handelt, dessen Erweichungspunkt bei 80° C liegt (Erweichungspunkt für Ring und Kugel). Dieses Destiliationsprodukt wird nachfolgend einer thermischen Behandlung bis über den genannten Erweichungspunkt unterworfen, wobe^: eine

ίο Temperaturbeaufschlagung von wenigstens 90° C, vorzugsweise 100 bis 110° C durchgeführt wird. Zufolge dieser Aufbereitung steigt der Anteil an C2-Harzen in dem Teer auf wenigstens 20%. Allgemein entspricht dieser C2-Harzanteil einem Anteil an Toluol unlöslicliem Substrat von wenigstens 30%. Es versteht sich jedoch von selbst, daß diese Werte von der Auswahl des Teers und von dem ursprünglich vorhandenen Anteil an Cl-Harzen abhängig sind, das heißt, daß der Prozentsatz an Toluol unlöslichen Zusätzen variieren kann.

Bei der Aufarbeitung des Bindemittels wird nur eine sehr geringe Dampfentwicklung hervorgebracht, und zwar auch dann, wenn die Temperaturbeaufschlagung so weit erhöht wird, daß diese in den Sinterungsbereich kommt Bei Verwendung des vorliegenden Bindemittels lassen sich feuerfeste Materialien herstellen, die beispielsweise aus Mischungen von Dolomit oder Magnesiumbrocken bestehen vid die eine beträchtlich verlängerte Betriebsdauer besitzen.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand einiger Beispiele weiter verdeutlicht werden.

Beispiel I
(Vergleichsversuch)

Rohteer wurde destilliert, um eine Teerfraktion zu erhalten, deren Erweichungspunkt (Ring und Kugel) bei 85° C liegt. 560 g dieser Teerfraktion werden verdünnt mit 440 g eines Destillats, aus dem alle diejenigen Anteile entfernt worden sind, deren Siedetemperatur unterhalb 200° C liegt, um zu verhindern. <3a3 der Entflammungspunkt des Bindemittels zu niedrig liegt. In dem erhaltenen Material lag ein Anteil an Toluol unlöslichen Bestandteilen von etwa 124% und ein Anteil an Anthrazen unlöslichen Komponenten von 5,2% vor, wobei der Anteil an C2-Harzen nur bei 73% lag. Die Viskosität des Bindemittels betrug bei 20° C 6 Pa s.

Feuerfeste Materialien wurden nunmehr unter Verwendung des so erhaltenen Bindemittels hergestellt, wobei sich jedoch zeigte, daß diese weder eine verbesferte Druckbeständigkeit noch eine höhere Festigkeit gegen Abrieb und Beschädigungen aufwiesen, wie das bei der Verwendung bekannter Materialien üblicherweise der FaIi ist.

Eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Bindemittelagens kann eine maximale Viskosität von 30 Pa s haben, sie besitzt eine Zähigkeit von vor-

Beispiel II

(Vergleichsversuch)

Rohteer wurde destilliert, so daß die gewonnene Teerfraktion einen Erweichungspunkt (Ring und Kugel) von 100°C aufwies. 550g dieser Teerfraktion wurden mit 450 g einer destillierten Fraktion verdünnt, die aus einem vorbehandelten Teer aus Rohteer gewonnen worden war und deren Siedebereich zwischen 250 bis 300° C lag.

Es wurde hierdurch ein Material erhalten, in welchem der Anteil von Toluol unlösbaren Bestandteilen bei 13,5% lag, während der Anteil an Anthrazenkomponenten 6,0% betrug, sowie der Anteil an C2-Harzen wieder-

um nur bei 7,5% festgestellt werden konnte. Die Viskosität des Bindemittels betrug 6 Pa s bei 20⁰C Das mit einem derartigen Bindemittel beaufschlagte feuerfeste Material zeigte gleichfalls keine bessere Druckfestigkeit oder höhere Abriebfestigkeit als solches, welches mit bekannten Bindemitteln hergestellt werden kann.

Beispiel III

(Herstellung eines Teerbinders in Obereinstimmung mit der Erfindung)

Rohteer wurde derart destilliert, daß das erhaltene Destillat einen Erweichungspunkt (Ring und Kugel) von 90° C besaß. Die gewonnene Teerfraktion wurde thermisch behandelt, indem die hierfür benutzte Temperatür oberhalb des Erweichungspunktes bis zu 100° C gebracht wurde. Die so vorbehandelte Teerfraktion wurde zu 600 g gemischt mit 400 g einer destillierten Fraktion, die von einem Teer genommen wurde, der wiederum aus Rohteer erhalten worden ist und einen Siedebereich von 250 bis 300⁰C besaß.

Es ergab sich ein homogenes Produkt mit einem Entflammungspunkt oberhalb 100⁰C. Der Ameil an Toluol unlöslichen Bestandteilen betrug hier 22% e-.nd der Anteil an Anthrazen unlöslichen Komponenten lag bei 9,5%, so daß sich ein C2-Harzgehalt von 12,5% ergab. Der Teeranteil des Produktes wurde gemäß DIN 1995 mit 73% bestimmt Die Verwendung dieses Bindemittels in Verbindung mit feuerfesten Materialien zeigte eine wesentliche Verbesserung der oben genannten Eigenschäften, insbesondere eine große Haltbarkeit und Beständigkeit

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Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines unter Kaltbedingungen verarbeitbaren Bindemittels auf der Basis von Teerprodukten für feuerfeste Materialien, dadurch gekennzeichnet, daß eine Teerfraktion mit einem Erweichungspunkt von wenigstens 90⁰C mit einen C₂-HaTZ Anteil von über 20% besitzt, mit einer Teerölfraktion des Siedebereiches von 250 bis 300⁰C gemischt wird, wobei ein Gewichtsverhältnis Teerfraktion/Teeröl zwischen 55 :45 bis 65 :35 eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel einen Toluol unlöslichen Anteil über 20% und einen in Anthracen unlöslichen Anteil unter 10% besitzt, wobei die Differenz zwischen beiden Werten größer als 12, die Viskosität bei 20⁰C bis 10 Pas und der Entflammungspunkt höher als 100° C eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch I₅ dadurch gekennzeichnet, daß die Teerfraktion mit einem Erweichungspunkt von 80⁰C durch Destillation aus Rohteer gewonnen und durch nachfolgende thermische Behandlung auf einen Erweichungspunkt von wenigstens 90⁰C eingestellt wird.