DE3020268A1

DE3020268A1 - Schlackebildungsmittel und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE3020268A1
Application number: DE19803020268
Authority: DE
Inventors: Shigenori Fujisawa; Tsutomu Hayashi; Minoru Kitamura; Hideo Matsui; Toshiyuki Soejima
Original assignee: Quigley Co Inc
Current assignee: Quigley Co Inc
Priority date: 1979-05-31
Filing date: 1980-05-28
Publication date: 1980-12-11
Also published as: FR2457901B1; FR2457901A1; GB2051760B; DE3020268C2; GB2051760A; JPS5839203B2; JPS55161018A; US4451293A

Description

Die Erfindung betrifft ein Schlackebildungsmittel, das für die Stahlerzeugung brauchbar ist, und ein "Verfahren zur Herstellung des Mittels. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Schlackebildungsmittel, das Aggregate eines partikelförmigen Materials umfaßt, das Magnesiumoxid enthält,"wobei das Aggregat mit Zement beschichtet ist, und ein Verfahren zur Herstellung dieses Mittels.

Die Stahlerzeugung findet üblicherweise in metallurgischen Einrichtungen statt, die mit einer feuerfesten Auskleidung ausgestattet sind; dabei wird ein Schlackebildungsmittel benötigt. Das Schlackebildungsmittel ist von großer Bedeutung, da es einen Beitrag dazu leistet, die Eigenschaften des fertigen Stahls zu bestimmen und in hohem Maße die Erosion der feuerfesten Auskleidung beeinflußt. Die Schlacke wird in zwei Arten eingeteilt, und zwar in Abhängigkeit von der Art der Stahlerzeugung, wobei die Schlacke der einen Art eine basische Schlacke ist, die hauptsächlich aus Calciumoxid besteht, während die Schlacke der anderen Art eine saure Schlacke ist, die hauptsächlich aus Siliciumdioxid besteht. Basische Schlacke wird verwendet, wenn die Auskleidung aus basischem feuerfesten Material besteht, und saure Schlacke wird verwendet, wenn die Auskleidung aus saurem feuerfesten Material besteht.

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Die Schlacke wird aus dem zugegebenen Schlackebildungsmittel·, während der Stahlerzeugung vorhandenen Verunreinigungen und geschmolzener Masse gebildet, die aus der Auflösung bzw. Zersetzung der feuerfesten Auskleidung und von Reparaturmaterialien stammt. Bei ordnungsgemäßer bzw. üblicher Stahlerzeugung sollte das Schlackebildungsmittel schnell aufgeschmolzen werden, d. h. schnell zu Schlacke umgesetzt werden, wobei Verunreinigungen in dem geschmolzenen Metall um so schneller entfernt werden, je schneller die Schlackebildung stattfindet.

Bisher ist für die Bildung einer basischen Schlacke ein Schlackebildungsmittel verwendet worden, das hauptsächlich aus gebranntem Kalk und/oder Kalkstein besteht. Da jedoch gebrannter Kalk oder Kalkstein einen hohen Schmelzpunkt besitzt, ist ein Schmelzbegünstigungsmittel, wie beispielsweise Flußspat, verwendet worden. Flußspat führt jedoch zu einer starken Beschädigung der feuerfesten Auskleidung und zur Bildung von Fluorgas, das ein Verunreinigungsproblem aufwirft. Darüber hinaus ist das weltweite Vorkommen von Flußspat knapp. Aus diesen Gründen besteht gegenwärtig das Bestreben, die Verwendung von Flußspat als Schmelzbegünstigungsmittel zu vermeiden. So sind flußspatfreie Schlackebildungsmittel, wie beispielsweise diejenigen, die aktiven dolomitischen Kalk enthalten, entwickelt worden.

Aktiver dolomitischer Kalk ist ein poröser Dolomit, der erreicht wird, indem Dolomit (Calciummagnesiumkarbonat) einer Temperatur von üblicherweise von etwa 900 C bis 1200 C zur Freisetzung von Kohlendioxid calciniert wird, und wird im allgemeinen leicht calcinierter oder leicht gebrannter Dolomit genannt. Er wird gegenwärtig in großer Menge zusammen mit Kalk als Schlackebildungsmittel in metallurgischen Einrichtungen verwendet, die mit einer basischen Feuerfestauskleidung ausgestattet sind.

Das Ausmaß der Aufschmelzung von leichtgebranntem Dolomit ist jedoch gering, und folglich wird der Dolomit bei der Schlackebildung nicht ausreichend ausgenutzt. Darüber hinaus besteht die Tendenz zum Zerfall zu Pulver während der Einführung in den Ofen,

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während des Transports oder während anderen Zwecken dienender Handhabungen. Der größte Teil, des Dolomitpulvers wird von dem Staubkollektor während der Aufgabe absorbiert, und folglich steht die aufgegebene Charge nicht vollständig für die Schlackebildung zur Verfügung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schiackebildungsmittel anzugeben, das frei von den Nachteilen leichtgebrannten Dolomits ist und das in Hinblick auf die Schlackebildung mindestens so wirkungsvoll ist wie Flußspat. Der Erfindung liegt des weiteren die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung dieses Mittels anzugeben.

Hierzu sieht die Erfindung vor ein Mittel, das ein Aggregat aus einem partikelförmigen Schlackebildungsmaterial mit einem maximalen Partikeldurchmesser von 3,0 mm umfaßt, das mindestens 15 Gew.-% Magnesiumoxid enthält, wobei das Aggregat mit 5 bis '20 Gew.-I Zement beschichtet ist. Des weiteren sieht die Erfindung vor ein Verfahren zur Herstellung des Schlackebildungsmittels, das darin besteht, (a) daß Wasser einem partikelförmigen Material mit einem maximalen Partikeldurchmesser von 3₇O mm, das mindestens 15 Gew.-% Magnesiumoxid enthält, zugegeben wird, (b) daß das Material und das Wasser zur Bildung eines feuchten Aggregats des Materials vermischt werden, (c) daß 5 bis 20 Gew.-% Zement, bezogen auf das Material, und zusätzliches Wasser dem Aggregat zugegeben werden und (d) daß das Aggregat, der Zement und das zusätzliche Wasser vermischt werden, um das Aggregat mit Zement zu beschichten; die Erfindung sieht aber auch vor ein Verfahren zur Herstellung zur Formgebung des Scnlackebildungsmittels, im Rahmen welchen Verfahrens das beschichtete Aggregat zu einer bestimmten Form bzw. Gestalt verformt wird.

Das erfindungsgemäße Schlackebildungsmittel besitzt ein sehr großes Ausmaß des Aufschmelzens oder der Schlackebildung und wird in der Schlacke vollständig ausgenutzt. Es unterstützt auch die Schlackebildung anderer Schlackebildungsmittel, wie beispielsweise von Kalk. Dieses Schlackebildungsmittel besitzt des weiteren eine ver™

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hältnismäßig hohe Festigkeit, da der Zement als Binder wirkt. Es leistet daher dem Abrieb bzw. Zerfall zu Pulver während der Aufgabe, des Transports oder anderen Zwecken dienender Handhabungen Widerstand, und sein Verlust an den Staubkollektor während der Aufgabe ist extrem klein.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, daß ein Aggregat eines pulverförmigen Materials anstelle des einzelnen Partikels mit Zement beschichtet ist. Anders ausgedrückt sind die einzelnen Partikel des Materials daran gehindert, vollständig mit Zement in Berührung zu kommen. Folglich ist die Festigkeit dieses Schlackebildungsmittels nicht größer als diejenige, die von einem geeigneten Schlackebildungsmittel gefordert wird. Somit wird dieses Mittel, obwohl es dem Zerfall zu Pulver während der üblichen Aufgabe, des Transports und der anderen Zwecken dienenden Handhabungen Widerstand leistet, durch die Hitze des geschmolzenen Metalls schnell aufgelöst bzw. aufgeschlossen.

Qas Aggregat besteht aus partikelförmigem oder pulverförmiger^ Material mit einem Partikeldurchmesser von nicht mehr als 3,0 mm und enthält mindestens 15 Gew.-% Magnesiumoxid. Das pulverformige Material kann beispielsweise Calciumoxid, Aluminiumoxid, Siliciumdioxid und Ferrioxid neben Magnesiumoxid enthaltendem Material umfassen. Zu den Magnesiumoxid enthaltenden Materialien gehören Magnesia, wie beispielsweise Seewassermagnesia und calcinierter Magnesit^ Magnesit (Magnesiumcarbonat), Dolomit, calcinierter Dolomit, diese Materialien enthaltender Ziegelschutt, Talk (Speckstein), Forsterit und Serpentingestein. Von diesen werden leichtgebrannter Magnesit und leichtgebrannter Dolomit bevorzugt.; :'_'■ -"■■■-".".

Der Grund für die Begrenzung des Partikeldurchmessers des pulverförmigen Materials auf nicht mehr als 3,0 mm ist darin zu sehen, daß dann, wenn der Durchmesser 3,0 mm überschreitet, die Partikel des Materials, die auf die. Auflösung bzw. Aufschließung des Mittels in dem geschlossenen Material zurückgehen, zu groß sind und eine Verzögerung bei der Schlackebildung bewirken.

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übliche Mischer, wie beispielsweise ein einfacher Mörtelmischer oder ein Drehtischgranulator, können zur Bildung des ursprünglichen feuchten Aggregats verwendet werden. Auch können ein Hochgeschwindigkeitsrot ationsmis eher oder andere Mischgeräte verwendet werden. Bei der Herstellung dieses ursprünglichen feuchten Aggregats hangt die Menge des zugegebenen Wassers beispielsweise von der Art und der Partikelgröße des verwendeten pulverförmigen Materials ab. Sie liegt jedoch im allgemeinen zwischen 2 und 15 Gew.-%, und insbesondere zwischen 2 und 5 Gew.-%, des pulverförmigen Materials.

Dieses feuchte Aggregat wird dann mit Zement beschichtet, indem das Aggregat und der Zement vermischt werden, während das Aggregat noch feucht ist. Bei diesem Vermischen wird wieder Wasser zugegeben, dessen Menge im allgemeinen zwischen 2 und 15 Gew.-% des pulverförmigen Materials liegt. Es ist vorteilhaft, für die Durchführung dieser Beschichtung denselben Mischer zu verwenden, der für die Herstellung des ursprünglichen feuchten Aggregats verwendet wird. Jedoch können, sofern dies gewünscht sein sollte, auch andere Apparate verwendet werden.

Zu dem beispielsweise verwendbaren Zement gehören Portlandzement, Tonerdezement, Schlackezement, gemischter Zement und Magnesiazement. Der Zement wirkt sowohl als Binder als auch als Schlackebildungsmittel. Der Grund für die Begrenzung der Zementmenge auf 5 bis 20 Gew.-% des pulverförmigen Materials besteht darin, daß bei weniger als 5 Gew.-% Zement das erfindungsgemäße Schlackebildungsmittel zu weich bzw. nicht widerstandsfähig genug ist und~während der Handhabung zu Pulver zerfallen kann, während das Mittel bei mehr als 20 Gew.-% Zement dazu tendiert, der Aufschließung unter der Einwirkung der Hitze des geschmolzenen Metalls Widerstand zu leisten. Das mit Zement beschichtete feuchte Aggregat wird verfestigt, indem es in der Luft bzw. im Freien stehengelassen wird.

Das verfestigte Aggregat kann beispielsweise als das erfindungsgemäße Schlackebildungsmittel verwendet werden, es wird jedoch die Verwendung eines Produkts bevorzugt, das im Wege der Formgebung bzw. Verformung des beschichteten Aggregats hergestellt wird, während dieses noch feucht ist. Die Größe des feuchten beschichteten

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Aggregats, das der Formbehandlung unterzogen wird, ist nicht kritisch, jedoch liegt sein Durchmesser ^! geeigneter Weise bei 1 bis 30 nun. Die Fprmgebungsmaschine jß keine einer besonderen Gestaltung bzw. eines besonderen Aufbaus sein; übliche Pelletisierungseinrichtungen, Tablettierungsmaschinen und Brikettbildungsmaschinen reichen aus.

Das unter einem Druck von etwa 100 bis 200 kg/cm gebildete Formprodukt ist besonders gut und kann jede beliebige Gestalt besitzen. Da Zement als Binder verwendet wird, verfestigt sich das Formprodukt, wenn es im Freien stehen gelassen wird.

Die Größe des geformten erfindungsgemäßen Schlackebildungsmittels ist nicht kritisch, jedoch wird eine Größe von 5 bis 50 mm bevorzugt, Das geformte'Mittel besitzt in bevorzugter Weise eine Zusammenfall-

festigkeit (Druckfestigkeit) von etwa 10 bis 20 kg/cm . Wenn die

Festigkeit bei weniger als etwa 10 kg/cm liegt, tendiert das Produkt zum Zerfall zu Pulver während der Handhabung bei damit verbundenen Verlusten. Wenn seine Festigkeit bei mehr als etwa

20 kg/cm liegt, zerfällt das Mittel im Ofen nach seiner Aufgabe langsamer, und führt dies zu einer Reduzierung der Schlackebildungswirkung.

Das nachfolgend beschriebene Arbeitsbeispiel erläutert die Vorteile der vorliegenden Erfindung.

Leicht caleinierter (leicht gebrannter) Magnesit mit einem Partikeldurchmesser von weniger als 1,0 mm ist in einen Mörtelmischer eingegeben worden, etwa 3 Gew.-% Wasser sind zugegeben worden, und die Mischung ist für etwa 15 Minuten knetend vermischt worden. Der sich ergebenden feuchten Masse sind 10 Gew.-% Portlandzement und weitere etwa 4 Gew.-% Wasser zugegeben worden, je auf der Basis des Gewichts des ursprünglichen, partikelförmigen Magnesits, und zwar zur Bildung eines mit Zement beschichteten Aggregats. Ein Teil des feuchten, beschichteten Aggregats ist verfestigt worden, indem es im Freien bzw. in der Luft stehengelassen worden ist, und dann im Versuch Nr. 1 als erfindungsgemäßes Schlackebildungsmittel verwendet worden.

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BAD ORIGINAL

Tabelle I - Aufgabe-Material

(Einheit: Tonnen]	O Ca>	Versuch Nr.	(Mit	6	(Mit	Haupt-Rohmaterialien	Heißes Metall	Gesamt-Charge (heißes Metall plus Schrott)	Verhältnis zw. heißem Metall und Gesamt- Ch ar ge (%)	Hilfs-Rohmaterialien	Kalk	Zunder und Eisenerz	erfindungsgemäßes Schlackebildungs mittel	leichtge brannter Dolomit	Fluß spat	leichtge brannter Dolomit
	0050/0	1	232	260,2	89,1	15,10	8,3	leichtge brannter Magnesit		-	-
ca	2	235	260	90,4	14,07	8,0	2,0	-	-	-
	3	229,4	260,2	88,1	14,40	8,0	1,7	4,0	-	-
	4	235	260	90,3	14,00	8,0	-	4,0	-	-
	5	235	260	90,2	14,59	7,93	-	-	1,58	-
	tel)					-
	235	260	90,7	14,61	8,11		-	-	3,98
	tel)					-

Ein zweiter Teil des feuchten, beschichteten Aggregats ist zur Form von ovalen Briketts verformt worden, und zwar unter Verwendung einer trommelartigen Brikettformungsmaschine mit zwei Rotationstrommeln je mit einer Vielzahl von Vertiefungen von etwa 30 mm χ 10 mm. Während des Betriebs werden die beiden Trommeln so in Rotation versetzt, daß ihre Vertiefungen aufeinander passen, und wird die feuchte Masse in die Vertiefungen zur Formgebung eingeführt. Die Briketts werden verfestigt, indem sie für etwa 4 Stunden im Freien bzw. in der Luft stehen gelassen werden. Die verfestigten Briketts sind im Versuch Nr. 2 als erfindungsgemäßes verformtes Schlackebildungsmittel verwendet worden.

Leichtgebrannter Dolomit ist beschichtet und verformt worden im Wege des oben angegebenen Verfahrens, und das geformte Produkt ist in den Versuchen Nr. 3 und 4 als erfindungsgemäßes geformtes Schlackebildungsmittel verwendet worden.

Diese Schlackebildungsmittel sind beim Betrieb eines basischen Sauerstoff-Aufblas-Konverters als ein Teil der in Tabelle I angegegebenen Charge verwendet worden. Die Versuche Nr. 5 und 6 sind im Wege herkömmlicher Stahlerzeugungsprozesse unter Verwendung eines basischen Sauerstoff-Aufblas-Konverters ausgeführt worden, wobei der Versuch Nr. 5 die unter Verwendung von Flußspat als Schmelzbegünstigungsmittel erreichten Mittelwerte und der Versuch Nr. 6 die unter Verwendung von leichtgebranntem Dolomit erreichten Mittelwerte angeben.

Die Ergebnisse jedes Versuchs der Tabelle I sind in Tabelle II als das V-Verhältnis der Stahlerzeugungscharge im Vergleich zu dem tatsächlichen V-Verhältnis der gebildeten Schlacke dargestellt. Das V-Verhältnis ist das Verhältnis von Calciumoxid (CaO) zu Siliciumdioxid (SiO₂) oder CaO/SiO₂ in der Charge oder der gebildeten Schlacke.

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Tabelle II - Versuchsergebnisse

Versuch Nr.	1	2	3	4	5	6
					(Mittel)	(Mittel)
V-Verhältnis der Stahlerzeugungs charge	3,83	4,02	3,92	3,75	3,72	3,95
tatsächliches V-Verhältnis der Schlacke	2,95	3,12	2,86	2,81	2,83	2,57
tatsächliches V-Verhältnis der Schlacke/V-Verhält nis der Stahler zeugungs charge	0,77	0,78	0,73	0,75	0,76	0,65

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Da die Arbeitsbedingungen im wesentlichen für alle Versuche dieselben sind, abgesehen von den in Tabelle I angegebenen Bedingungen , kennzeichnet ein vergrößertes V-iV&rhältnis in der Schlacke relativ zu dem in der Charge eine größere Menge der aus dem aufgegebenen Kalk gebildeten Schlacke / ^d;* . h. eine höhere Löslichkeit des Schlackebildungsmittels. Die Ergebnisse der Tabelle II lassen daher deutlich erkennen, daß das erfindungsgemäße Schlackebildungsmittel in besonderem Maße erstrebenswer ist.

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Claims

DR. A. VAN DER WERTH DIPL-ING. (1934-1974) PATE NTANW ALTE DR. FRANZ LEDERER DlPL-CHEM. R. F. MEYER-ROXLAU DIPL-ING. Quigley Company, Inc. 235 East 42nd Street New York, N. Y. 10017 USA P atentansprüche 8000 MÖNCHEN 80 LUGILE-GRAHN-STRASSE TELEFON; (0 89) 47 2947 TELEX: 524624 LEDER D TELEGR.: LEDERERPATENT 2 8. Mai 19 M/Tr P.C. (QU) 6149

1. Schlackebildungsmittel·, gekennzeichnet durch ein Aggregat eines partikelförmigen Schlackebildungsmaterials mit einem maximalen Partikeldurchmesser von 3,0 mm und mindestens 15 Gew.-% Magnesiumoxid, wobei das Aggregat mit Zement in einer Menge von 5 bis 20 Gew.-% beschichtet ist.

2. Schlackebildungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schlackebildungsmaterial leichtgebrannter Magnesit oder leichtgebrannter Dolomit ist.

3. Schlackebiidungsmittei nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zement Portiandzement ist.

4. Schlackebildungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich-

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net, daß das beschichtete Aggregat ein geformtes Produkt ist.

5. Schlackebildungsmittel· nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das geformte Produkt eine Größe von etwa 5 bis 50 mm

2 und eine Druckfestigkeit von etwa 10 bis 20 kg/cm aufweist.

6. Verfahren zur Herstellung eines Schlackebiidungsmittels, dadurch gekennzeichnet, (a) daß Wasser einem partikelförmigen Material mit einem maximalen Partikeldurchmesser von 3,0 mm und einem Magnesiumoxidgehalt von mindestens 15 Gew.-% zugegeben wird, (b) daß das Material und das Wasser zur Bildung eines feuchten Aggregats aus dem Material miteinander vermischt werden, (c) daß Zement in einer Menge von 5 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Material, und zusätzliches Wasser dem Aggregat zugegeben werden und Cd) daß das Aggregat, der Zement und das zusätzliche Wasser zur Beschichtung des Aggregats mit Zement miteinander vermischt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als partikelförmiges Material leichtgebrannter Magnesit oder leichtgebrannter Dolomit verarbeitet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Zement Portlandzement verarbeitet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in den Verfahrensschritten (a) und (c) Wasser in einer Menge von

2 bis 15 Gew.-% des Materials verarbeitet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das feuchte, beschichtete Aggregat einer weiteren Verarbeitung zur Verformung zu einer bestimmten Gestalt unterzogen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das feuchte, beschichtete Aggregat, das der Verformungsbehandlung unterzogen wird, einen Durchmesser von etwa 1 bis 30 mm besitzt.

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12* Verfahren nach Anspruch lo_f dadurch gekennzeichnet/ daß

die Verformung bzw. Formgebung bei einem Druck von etwa

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100 bis 20Ö kg/cm ausgeführt wird*

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