DE3023229A1

DE3023229A1 - Feuerfest-ausmauerung von drehrohroefen, insbesonderefuer die zementherstellung

Info

Publication number: DE3023229A1
Application number: DE3023229A
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. Dr. 3406 Bovenden Bartha; Peter Dipl.-Ing. 3400 Göttingen Pfeiffer
Original assignee: Refratechnik GmbH
Current assignee: Refratechnik GmbH
Priority date: 1980-06-21
Filing date: 1980-06-21
Publication date: 1982-01-14

Description

Refratechnik GmbH, Rudolf-Winkel-Straße 1 , D-34OO Göttingen

Feuerfest-Ausmauerung von Drehrohröfen, insbesondere für die Zementherstellung

Die Erfindung betrifft eine Feuerfest-Ausmauerung von Drehrohrofen, insbesondere für die Zementherstellung, mit einer Vielzahl im wesentlichen quaderförmiger, einlagig im wesentlichen fugenlos verlegter pyroplastischer Feuerfesteine, deren Heißbiegefestigkeit bei 1400⁰C nach DIN < 5 N/mm und

^ 0,5 N/mm ist, die bei Wechseltemperatur 1000/ 14OO°C,24h, Druck konstant, nach DIN ein Druckfließen von 0,01 - 0,0%/h zeigen und deren Nachwachsen/Nachschwinden bei 1500°C sich nach DIN auf 0 - 0,8% beläuft.

Büro Bremen /Bremen Office: Postfach /RO Box 10 71 Hollerallee 32. D-2800 Rrenien Telephon: (0421) "34 9071 Telekopierer Telecopier: Rank Xerox Telegr. / Cables: Diagramm Bremen Telex: 244 958 bopatd

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HC)J-HMtKT * BGKHMFKT

Feuerfest-Ausmauerungen dieser Art, bei denen beispielsweise pyroplastische Feuerfeststeine verwendet werden, die durch die Firma Refratechnik GmbH als basische Steinqualität unter der Bezeichnung PERILEX-80 geliefert werden, haben sich für die Sinter- und Übergangszonen normal beanspruchter Drehrohröfen durchaus bewährt. Charakteristischerweise zeigen derartige Feuerfest-Ausmauerungen gute Elastizitätseigenschaften, die in der Fachsprache als "Pyroplastizität" bezeichnet werden. Derartige Pyroplaststeine zeigen aber bei Verwendung in modernen Drehrohröfen höherer Beanspruchung wegen zu geringer thermischer und chemischer Resistenz vorzeitige Verschleißerscheinungen, die sich in einer nahezu gleichmäßigen Abtragung der Ausmauerung niederschlagen, so daß ihrer Verwendbarkeit bei derartigen Drehrohröfen Grenzen gesetzt sind.

Verwendet man andererseits in den Sinter- und Übergangs zonen von Drehrohröfen höherer Beanspruchung thermisch und chemisch höher resistente Feuerfeststeine, wie sie beispielsweise durch die Firma Refratechnik unter den Bezeichnungen PERILEX-85, PERILEX-95 oder MACHRCMEX ~95 geliefert werden, so treten zwar die vorstehend beschriebenen Abtragungserscheinungen, die auf chemischen Verschleiß oder thermische Überlastung zurückzuführen sind, nicht mehr auf, jedoch zeigen sich bei Verwendung dieser nicht-pyroplastischen Feuerfeststeine andere Verschleißerscheinungen, die im wesentlichen auf ein in mehreren Stufen erfolgendes Abplatzen der Steinköpfe zurückzuführen sind. Dieses Abplatzen wird offenbar bei der starken Ausdehnung der feuerseitigen

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Steinbereiche dadurch verursacht, daß diese "Hartsteine" wegen ihrer verhältnismäßig geringfügigen Elastizität bei der angestrebten, im wesentlichen fugenlosen Verlegung nicht nachgeben können, so daß also die Druckbeanspruchung zu den Abplatzvorgängen führt.

Es ist bereits versucht worden (DE-AS 23 62 946; DE-AS 27 55 298), derartigen Abplatz-Verschleißerscheinungen dadurch zu begegnen, daß zwischen den einzelnen Hartsteinen Dehnfugen freigelassen werden, die mit einem Material in Form metallischer Einlagen oder auch eines speziellen Mörtels ausgefüllt werden, welche bei den im Drehrohrofen auftretenden Temperaturen einen Volumenschwund erleiden und hierdurch die Aufnahme der Wärmedehnung der Hartsteine ermöglichen, jedoch haben sich diese Lösungsversuche durchweg nicht sonderlich bewährt, weil das Fugenmaterial nach verhältnismäßig kurzer Betriebszeit herausfällt, insbesondere bei wiederholtem Abkühlen und Anfahren des Ofens, woraufhin dann die Dehnungsfugen Abgriffsflächen für eine rasche chemische und thermische Abnutzung der Feuerfeststeine bilden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Feuerfest-Ausmauerung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, welche unter Beibehaltung der bekannten Vorteile pyroplastischer Feuerfeststeine deren Verwendung auch für hochverschleißfeste Ausmauerungen von Drehrohrofen hoher Beanspruchung gestattet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Pyroplaststeine eine Matrix bilden, in die

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bOEHMEKT Si BOHHMERT

eine Vielzahl feuerfester Hartkernsteine eingebettet ist, deren Heißbiegefestigkeit bei 1400°C

2
nach DIN>5 N/mm ist, die bei Wechseltemperatur 1000/1400⁰C, 24h, Druck konstant, nach DIN ein Druckfließen von <0,01%/h zeigen und deren Nachwachsen/Nachschwinden bei 1500°C nach DIN O - 05% beträcrt.

Eine besondere Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Form und Größe der Hartkernsteine im wesentlichen mit derjenigen der Pyroplaststeine übereinstimmen.

Weiterhin sieht die Erfindung vor, daß die Hartkernsteine derart in die Pyroplaststeininatrix eingebettet sind, daß sie einander nicht berühren, wobei natürlich auch vorgesehen sein kann, daß die Pyroplaststeine und die Hartkernsteine im Schachbrettverbund verlegt sind.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß wenigstens ein Teil der Pyroplaststeinmatrix aus Magnesitchromsteinen mit einem MgO-Gehalt von mehr als 50 und weniger als 80 Gew.-% besteht. Auch kann vorgesehen sein, daß wenigstens ein Teil der Pyroplaststeinmatrix aus Magnesitsteinen mit einem MgO-Gehalt von mindestens 80 Gew.-% und weniger als 98 Gew.-% besteht. Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist bei mindestens einem Teil der Pyroplaststeine das Chromerz mindestens teilweise durch MgO · Al-O^-Spinell ersetzt.

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BOtHMERT *τ BGEHMERT

Erfindungsgemäß kann weiterhin vorgesehen sein, daß die Gefügematrix der Pyroplaststeine im wesentlichen durch Silikate, wie C„S, Forsterit und/oder Monticellit, sowie durch ferritische Phasen, wie C₂F, C.AF und/oder MF, gebildet ist. Die Erfindung schlägt ferner vor, daß das vorhandene Chromerz sowie der vorhandene Spinell der Pyroplaststeine überwiegend in der gröberen Kornfraktion des Steingefüges vorliegen.

In weiterer Ausbildung der Zusammensetzung der Hartkernsteine kann erfindungsgemäß ferner vorgesehen sein, daß wenigstens ein Teil der Hartkernsteine Magnesitchromsteine mit einem MgO-Gehalt von mehr als 60 Gew.-% und weniger als 80 Gew.-% sind. Eine andere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß wenigstens ein Teil der Hartkernsteine Magnesitsteine mit einem MgO-Gehalt von mindestens 80 Gew.-% und weniger als 9 8 Gew.-% sind.

Weiterhin wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß bei wenigstens einem Teil der Hartkernsteine das Chromerz mindestens teilweise durch MgO · Al 0 -Spinell ersetzt ist. Die Feuerfest-Ausmauerung nach der Erfindung kann sich weiterhin auch dadurch auszeichnen, daß die Gefügematrix der Hartkernsteine im wesentlichen durch MgO-Chromerz-Mischkristalle (MgO-Chromerzspinell) gebildet ist.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung schlägt vor, daß das vorhandene Chromerz sowie der vorhandene Spinell der Hartkernsteine überwiegend in der feineren Kornfraktion des Steingefüges vorliegen. Schließlich kann erfindungsgemäß auch vorgesehen

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Air

BOEHMcRT & BOfZHMERT

sein, daß die silikatischen Phasen der Hartkernsteine, wie C₂S, Forsterit, Mervenit und/oder Monticellit, im Steingefüge verteilt vorliegen.

Die Lösung der obengenannten Aufgabe gelingt mit anderen !'Torten erfindungsgemäß in überraschend einfacher Weise dadurch, daß in eine aus pyroplastisehen, also bei den im Ofen anstehenden Temperaturen elastischen Feuerfeststeinen bestehende Pyroplaststeinmatrix Hartkerne eingebettet v/erden, mit dem Effekt, daß die bei den anstehenden Ofentemperaturen nur wenig elastischen Hartkerne im wesentlichen aufgrund ihrer hohen thermischen und chemischen Resistenz sowie Abriebfestigkeit die Verschleißeigenschaften in günstiger Weise bestimmen, während die Pyroplaststeinmatrix übermäßige mechanische Beanspruchungen der druckempfindlichen Hartkernsteine verhindert, indem sie die bei den anstehenden Ofentemperaturen auftretenden Ausdehnungserscheinungen elastisch aufnimmt.

Charakteristischerweise liegt bei den Hartkernsteinen also das Chromerz bzw. der MgO · Al₃O -Spinell vornehmlich in den feineren Fraktionen vor, wodurch sich bei den auftretenden hohen Brenntemperaturen von über 1700⁰C eine MgO-Chromerzmischkristallbildung ergibt, welche die feuerfeste Matrix der Steine bildet. Die Gefügematrix der Hartkernsteine wird durch den feuerfesten MgO-Chromerzspinell gebildet, der durch Reaktion im Festzustand zwischen MgO und feingemahlenem Chromerz bei den anstehenden hohen Temperaturen entsteht.

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BOfillMERT-Si BGKHMERT

Demgegenüber liegt das Chromerz bzw. der Spinell bei den Pyroplaststeinen überwiegend in den gröberen Fraktionen vor und dient lediglich zur Verbesserung der Temperaturwechselbeständigkeit, während die Gefügematrix in der oben angegebenen Weise vor allem durch Silikate sowie ferritische Phasen gebildet wird. Die Brenntemperaturen hierfür liegen im Bereich von 1400 bis 16OO°C.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung, in der AusführungsbeispieIe anhand der schematischen Zeichnung im einzelnen erläutert sind.

Die aus einer einzigen Figur bestehende Zeichnung zeigt dabei ein Ausführungsbeispiel der Drehofen-Ausmauerung nach der Erfindung in schematischer Draufsicht von der Längsachse eines Zement-Drehrohrofens aus.

Wie die Zeichnung erkennen läßt, besteht die Drehofen-Ausmauerung aus einer Vielzahl quaderförmiger Pyroplaststeine 1O sowie einer Vielzahl von Hartkernsteinen 12, wobei die Pyroplaststeine 10 einerseits und die Hartkernsteine 12 andererseits hier schachbrettartig verlegt sind. Beispiele für die Pyroplaststeine 1O einerseits und die Hartkernsteine 12 andererseits sind im folgenden beschrieben:

Beispiel 1: Hartkernstein

SiO₂	3-,	5	Gew.-%	_	7	_	39
Al₂O₃	8,	15	Gew.-%	130062	7 0	1
^Fe2°3	4,	5	Gew,-%

/ISL

!-OFHMERT & BCEHMERT

MgO 72	,75	. 5%	Gew. -
CaO 1	,60	ca.	Gew.-
Cr₂O₃ 9	,0	Gew. -
Periklas ca.	60%
Spinellphasen ca	. 30%
Forsterit ca
Monticellit	5%

3 Rohdichte 2,94 g/cm

Offene Porosität 18,17%

2 Kaltdruckfestigkeit 45 N/mm Heißbiegefestigkeit bei 1400°C 4 N/mm Druckfließen bei Wechseltemperatur 1000/1400°C 24h 0,002%

Nachwachsen/Nachschwinden bei 1500 C +0,3%

Beispiel 2: Hartkernstein

SiO₂	4,3	Gew.-%
Al₂O₃	12,7	Gew.-%
^Fe2°3	7,0	Gew.-%
MgO	59,7	Gew.-%
CaO	1,3	Gew.-%
^Cr2°3.	14,6	Gew.-%
Periklas	ca.	50%
Spinellphasen	ca. 40%
Forsterit ca.	5%
Monticellit ca. 5%

Rohdichte 3,05 g/cm

Offene Porosität 17% Kaltdruckfestigkeit 53 N/mm² Heißbiegefestigkeit bei 1400^uC 11 N/min² Druckfließen bei Wechseltemperatur 1000/1400°C 24h +0,006? Nachwachsen/Nachschwinden bei 1500°C + 0,4%

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BOFHMEKT & BGHtIMHRT

Beispiel 3: Pyroplaststein

SiO₂	1,22	Gew.-%
Al₂O₃	2,52	Gew,-%
Fe₂O₃	7,01	Gew.-% '■
MgO	82,4	Gew.-%
CaO	2,7 3	Gew.-%
Cr₂O	3,14	Gew.-%

Periklas ca. 75%

Spinellphasen, incl. Magnesiumferrit 20% C-MS₉ ca. 5%

3
Rohdichte 2,89 g/cm

Offene Porosität 19,5%

Kaltdruckfestigkeit 44 N/mm

Heißbiegefestigkeit bei 1400°C 0,8 N+mm

Druckfließen bei Wechseltemperatur 1000/1400⁰C 24h -O,O25i Nachwachsen/Nachschwinden bei 1500 C -0,5%

Beispiel 4: Pyroplaststein

SiO₂	2,8	Gew.-%
Al₂O₃	5,35	Gew.-%
Fe₂O₃	3,90	Gew.-%
MgO	89,55	Gew.-%
CaO	0,4	Gew.-%
^Cr2°3	5,05	Gew.-%
Periklas	ca. 70%
Spinell	ca. 20%
Forsterit ca. f
5%
Monticellitspuren

Rohdichte 2,9 g/cm

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At

kOhHMRFT *z fJüi-'HVIFRT

Offene Porosität 21%

Kaltdruckfestigkeit 37 N/mm²

Heißbiegefestxgkeit bei 14OO°C 0,8 N/mm² Druckfließen bei Wechseltemperatur 1000/140O⁰C 24h -0,016i Nachwachsen/Nachschwinden bei 15OO°C -0,10%

Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

- 10 -

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BOEHMhIRT & BOI".' iMHKT

R 1226

BE ZUGS Z EICHENLISTE

10 Pyroplaststein
12 Hartkernstein

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Leersei te

Claims

BOhHMHRT *z BOHHMERT

R 1226

ANSPRÜCHE

Γ-,
'jylFeuerfest-Ausmauerung von Drehrohröfen, insbesondere

für die Zementherstellung, mit einer Vielzahl im wesentlichen quaderförmiger, einlagig im wesentlichen fugenlos verlegter pyroplastischer Feuerfeststeine, deren Heißbiegefestigkeit bei 1400⁰C nach DIN-^ 5 N/mm und -^ 0,5 N/mm ist, die bei Wechseltemperatur 1000/ 1400°C,24h, Druck konstant, nach DIN ein Druckfließen von 0,01 - 0,05%/h zeigen und deren Nachwachs en/Nachschwinden bei 1500 C sich nach DIN auf 0 - 0,8% beläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die Pyroplaststeine (10) eine Matrix bilden, in die eine Vielzahl feuerfester Hartkernsteine (12) eingebettet ist, deren Heißbiegefestigkeit bei 1400°C nach DIN > 5 N/mm ist, die bei Wechseltemperatur 1000/1400⁰C, 24h, Druck konstant, nach DIN ein Druckfließen von ■ζ" 0,01 %/h zeigen und deren Nachwachsen/Nachschwinden bei 1500°C nach DIN O - 0,5% beträgt.
2. Feuerfest-Ausir.auerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Form und Größe der Hartkern-

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BOhHMfLRI Sz BO¹-:! IMFRT

steine (12) im wesentlichen mit derjenigen der Pyroplaststeine (10) übereinstimmen.
3. Feuerfest-Ausmauerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartkernsteine (12) derart in die Pyroplaststeinmatrix (10) eingebettet sind, daß sie einander nicht berühren.
4. Feuerfest-Ausmauerung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pyroplaststeine (10) und die Hartkernsteine (12) im Schachbrettverbund verlegt sind.
5. Feuerfest-Ausmauerung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Pyroplaststeinmatrix aus Magnesitchromsteinen (10) mit einem MgO-Gehalt von mehr als 50 und weniger als 80 Gew.-% besteht.
6. Feuerfest-Ausmauerung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Pyroplaststeinmatrix aus Magnesitsteinen

(10) mit einem MgO-Gehalt von mindestens 80 Gew.-% und weniger als 9 8 Gew.-% besteht.
7. Feuerfest-Ausmauerung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei mindestens einem Teil der Pyroplaststeine (1O) das Chromerz mindestens teilweise durch MgO · A1_O .,-Spinell ersetzt ist.
8. Feuerfest-Ausmauerung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gefügematrix der Pyroplaststeine (10) im wesentlichen durch Silikate, wie C₂S, Forsterit und/oder Monticellit, sowie

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BOhHMBRI & BOEHMFRT

durch ferritische Phasen, wie C₂F, C.AF und/oder MF, gebildet ist.
9. Feuerfest-Ausmauerung nach einem der Ansprüche bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das vorhandene Chromerz sowie der vorhandene Spinell der Py roplaststeine (10) überwiegend in der gröberen Kornfraktion des Steingefüges vorliegen.
10. Feuerfest-Ausmauerung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Hartkernsteine (12) Magnesitchromsteine mit einem MgO-Gehalt von mehr als 60 Gew.-% und weniger als 80 Gew.-% sind.
11. Feuerfest-Ausmauerung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Hartkernsteine (12) Magnesitsteine mit ■ einem MgO-Gehalt von mindestens 80 Gew.-% und weniger als 98 Gew.-% sind.
12. Feuerfest-Ausmauerung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei wenigstens einem Teil der Hartkernsteine (12) das Chromerz mindestens teilweise durch MgO · Al 0.,-Spinell ersetzt ist.
13. Feuerfest-Ausmauerung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Gefügematrix der Hartkernsteine (12) im wesentlichen durch MgO-Chromer z-Mi schkr istalle (MgO-Chromerzspinell) gebildet ist.
14. Feuerfest-Ausmauerung nach einem der Ansprüche

BOKJIMhRT

10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das vorhandene Chromerz sowie der vorhandene Spinell der Hartkernsteine (12) überwiegend in der feineren Kornfraktion des Steingefüges vorliegen.
15. Feuerfest-Ausmauerung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die silikatischen Phasen der Hartkernsteine (12), wie C₂S, Forsterit Mervenit und/oder iMonticellit, im Steingefüge verteilt vorliegen.

-A-