DE3304119C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft plastische, bei geringen Drücken hoch verdichtbare basische feuerfeste Massen, bestehend im wesentlichen aus gesintertem Dolomit und einem teerfreien organischen Bindemittel, sowie feuerfeste Formkörper, die durch Verpressen aus solchen Massen herstellbar sind.

Basische feuerfeste Massen werden insbesondere in der Eisen- und Stahlindustrie zur Auskleidung von metallurgischen Gefäßen und deren Teilen, z. B. Lichtbogenöfen, Konverterböden, Pfannen, Tundishe und Abstichrinnen eingesetzt. Die Massen dienen darüber hinaus zum Ausfüllen von Fugen der Ausmauerungen metallurgischer Gefäße. Bisher hat man hierzu im wesentlichen teergebundene Magnesit- beziehungsweise Dolomitmassen oder chemisch abbindende Massen eingesetzt. Teergebundene Massen haben den Nachteil, daß sie sich nicht hoch verdichten lassen und daß diese Massen durch Oxidation bevorzugt ausbrennen. Das gleiche gilt für die aus US-PS 34 15 667 bekannten pechgebundenen Formkörper. Chemisch abbindende Magnesitmassen enthalten meist Wasser, welches beim Erhitzen der Zustellung dolomitische Anteile hydratisiert und zerstört. Dolomitische Massen mit Leinsamenöl als Bindemittel sind bei dem aus US-PS 34 14 419 bekannten Körnungsaufbau nur als Stampfmassen verwendbar, d. h. nur mit hohem Aufwand verdichtbar.

Es bestand daher die Aufgabe, eine basische feuerfeste Masse zu schaffen, welche universell einsetzbar ist und die Nachteile der bekannten Massen bei ihrer Verwendung nicht aufweist. Diese Masse sollte zweckmäßig gut verarbeitbar sein, d. h. eine gewisse Plastizität aufweisen, lediglich organische (wasserfreie) Bindemittel enthalten, bereits unter geringen Drucken hoch verdichtbar sein und über den Aufheizungsbereich hohe Zwischen- und Endfestigkeiten aufweisen. Darüber hinaus sollte diese Masse möglichst auch zur Herstellung von grünen und gebrannten Formkörpern geeignet sein. Diese Aufgabe wird gemäß den Patentansprüchen betreffend basische feuerfeste Massen sowie daraus hergestellte Formkörper gelöst.

Für die erfindungsgemäßen basischen feuerfesten Massen wird zweckmäßigerweise eine Sinterdolomitkörnung verwendet, die Korngrößen bis zu 12 mm insbesondere bis zu 8 mm Durchmesser aufweist und deren Grobkornanteil in an sich bekannter Weise eine Korngrößenabstufung aufweist, wie sich beispielsweise aus der Beschreibung ergibt. Als sehr wesentlich wird der Feinkornanteil dieser Massen mit Korngrößen kleiner als 45 µm angesehen. Dieser Anteil beträgt erfindungsgemäß 10 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 35 Gew.-% und enthält nach bevorzugten Ausführungsformen 30 bis 80 Gew.-% Korngrößen kleiner als 10 µm, sowie mehr als 10 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 30 Gew.-% Korngrößen kleiner als 1 µm.

Wie in den Beispielen gezeigt wird, ist es möglich, diese Feinstanteile teilweise oder gänzlich durch kaustisch gebrannten Dolomit zu ersetzen, wenn Sinterdolomitmehl zur Verfügung steht, das die Feinstanteile nicht in genügender Menge enthält. Insbesondere ist kaustisch gebrannter Dolomit aus Dolomithydrat von Natur aus sehr feinteilig und kann dem Sinterdolomitmehl, das üblicherweise Korngrößen bis zu 0,09 mm aufweist, zugesetzt werden.

Das organische Bindemittel, welches zu 3 bis 8 Gew.-%, bezogen auf 100 Gewichtsteile der feuerfesten Grundstoffe, in den Massen enthalten sein kann, besteht zu 0,1 bis 2 Gew.-% aus siliziumorganischen Verbindungen, wiederum bezogen auf 100 Gewichtsteile der feuerfesten Grundstoffe. Als solche sind Silikonöle und Silikonharze, die als Handelsprodukte zur Verfügung stehen, geeignet. Öle mit höherer Viskosität und Harze werden zweckmäßigerweise mit geringen Mengen Kohlenwasserstoff, z. B. Petroleum, verdünnt eingesetzt. Die siliziumorganischen Verbindungen sollten zweckmäßigerweise einen Siliziumanteil aufweisen, der - berechnet als SiO₂ - mindestens 20% beträgt.

Weiterhin enthält das organische Bindemittel bevorzugt ungesättigte Öle, Säuren, Harze und Harzsäuren in Mengen zwischen 2 und 5 Gew.-%, bezogen auf die feuerfesten Grundstoffe. Besonders wirkungsvoll haben sich unter den infragekommenden Stoffen Kolophonium, Tallöl, Abietinsäure, Olein und Leinöl erwiesen, die ebenfalls sämtlich als Handelsprodukte mit leicht differierenden Zusammensetzungen erhältlich sind.

Das organische Bindemittel kann aber auch Zusätze von beispielsweise Paraffin und als Verdünnungsmittel Kohlenwasserstoffe enthalten.

Die Herstellung der Masse erfolgt in an sich bekannter Weise durch intensive Vermischung seiner Bestandteile, wobei es sich als sinnvoll erwiesen hat, zunächst das feuerfeste Grobkorn mit den Feinanteilen zu mischen und danach das Bindemittelgemisch unterzumischen.

Die Formkörper können aus der fertigen kalten Masse durch Verdichten in Pressen ebenfalls in an sich bekannter Weise als sogenannte Grünsteine gewonnen werden. Dafür reichen, wie aus den Angaben der Beispiele hervorgeht, bereits geringe Preßdrucke aus, um hohe Gründichten zu erreichen. Diese Grünformlinge können anschließend auch einer Wärmebehandlung unterworfen werden und danach als erhitzte beziehungsweise gebrannte Steine für Ausmauerungszwecke eingesetzt werden. Die Brenntemperaturen richten sich dabei nach dem beabsichtigten Einsatzzweck und die Brennzeiten nach der erstrebten Kaltdruckfestigkeit der Formkörper, Einzelheiten hierzu ergeben sich ebenfalls aus der Beschreibung der Beispiele.

Ausführungsbeispiele

Die in der folgenden Tabelle enthaltenen Beispiele wurden unter Verwendung von Haldener Sinterdolomit folgender Körnungszusammensetzung hergestellt:

0,09-0,3 mm
5 Gew.%
0,3-1,6 mm	20 Gew.%
1,6-3,15 mm	10 Gew.%
3,15-8 mm	35 Gew.-%

Die Korngrößenverteilung der Fein- und Feinstkörnungen des Sinterdolomitmehls (X, Y, Z) sowie des kaustisch gebrannten Dolomits (K) ergeben sich aus Fig. 1. Die Bezeichnung X steht für ein feingemahlenes Mehl, hergestellt in einer Scheibenschwingmühle. Das Mehl Y wurde in einer Laborkugelmühle aufgemahlen und das Mehl Z ist ein betriebliches Erzeugnis aus einer Sichteranlage. K bedeutet kaustisch gebrannter Dolomit. Die Fein- und Feinstmehlanteile bis zu 0,09 mm einschließlich des kaustisch gebrannten Dolomits betrugen jeweils 30 Gew.-% der feuerfesten Grundstoffe, 70 Gew.-% wurden in der eingangs beschriebenen Grobkörnung eingesetzt.

Die Gründichten und Rohdichten wurden an Prüfzylindern der Abmessung 50×50 mm für die jeweils angegebenen Preßdrucke ermittelt. Gleiches gilt für die Rohdichte. Bei den Versuchen Nr. 81, 87, 88 und 89 wurde das Sinterdolomitmehl der Type Z gegen steigende Mengen kaustisch gebrannten Dolomits ausgetauscht, da das Mehl Z, wie aus Fig. 1 ersichtlich, geringere Mengen an Feinstmaterial enthält als die Typen X und Y. Bei der Beurteilung der Kaltdruckfestigkeiten, ebenso wie bei der Rohdichte nach dem 1000°C-Brand ist zu berücksichtigen, daß der kaustisch gebrannte Dolomit 4% Glühverlust aufwies, hervorgerufen durch teilweise Hydratation.

Die Plastizität und die Klebwirkung der Masse lassen sich bereits durch Verformung von Hand beurteilen, sodaß eine Voraussage über deren Eignung gemacht werden kann.

Zur Verdeutlichung der Verdichtbarkeit der Massen und der Eigenschaften daraus gewonnener Formkörper, die bei verschiedenen Temperaturen gebrannt wurden, wurden Prüfkörper wiederum der Abmessungen, wie vorstehend beschrieben, nach der Rezeptur des Versuchs Nr. 69 hergestellt und untersucht. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengefaßt.

Abhängigkeit der Rohdichte vom spezifischen Preßdruck
Preßdruck, N/mm²
Rohdichte, g/cm³
9,8
2,95
19,6	2,97
39,2	2,99
78,5	2,97
117,7	2,98

Temperaturbehandlung der Formkörper an Luft;
die Probezylinder wurden mit 39,2 N/mm² gepreßt; die Gründichte betrug 2,97 g/cm³.

100 kg der Masse nach Rezeptur des Versuchs Nr. 69 wurden bei einer Stahlgießpfanne in die Fugen zwischen Boden (aus Dolomitsteinen gemauert) und Spüllochstein, bestehend aus 90% Al₂O₃, mit einem Preßluftstampfer eingestampft. Die Pfanne wurde in üblicher Weise aufgeheizt und im Stahlwerk in Betrieb genommen. Nach 50 Chargen war die Wandausmauerung verschlissen und das Feuerfestmaterial wurde ausgebrochen. Einige Bruchstücke der verstampften Masse wurden untersucht. Die durchschnittliche Rohdichte von 8 Bruchstücken betrug 2,74 g/cm³, das Gesamtporenvolumen betrug 19,9%. Aus einem Bruchstück wurde ein Würfel mit 43 mm Kantenlänge gesägt, seine Kaltdruckfestigkeit betrug 35,5 N/mm².

Aus zahlreichen Versuchen ergaben sich folgende Beobachtungen über die Wirkung von Silikonharzen und Ölen in den feuerfesten Massen. Diese Stoffe verursachen offenbar ein geringes Nachwachsen der Formkörper bei der Temperaturbehandlung, sowie geringere Formänderungen, ferner einen verminderten Festigkeitsabfall, bestimmt als Kaltdruckfestigkeit im Bereich um 800°C, eine leichtere Entformung der Preßlinge nach der Verdichtung in der Preßform, eine geringere Neigung des Nachdickens der zu verformenden Masse bei der Lagerung und schließlich werden hohe Gründichten der Preßkörper erhalten.

Claims (5)

1. Plastische, bei geringen Drücken hoch verdichtbare basische feuerfeste Massen, bestehend im wesentlichen aus gesintertem Dolomit und einem teerfreien organischen Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, daß bezogen auf die feuerfesten Grundstoffe der Massenanteil an Bindemittel 3 bis 8% beträgt, wovon 0,1 bis 2% siliziumorganische Verbindungen sind, und die feuerfesten Grundstoffe zu einem Massenanteil von 20 bis 35% Körnungen mit einer Korngröße kleiner als 45 µm aufweisen, wovon 30 bis 80% Korngrößen < 10 µm und 10 bis 30% Korngrößen < 1 µm aufweisen.

2. Feuerfeste Massen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Massenanteil an siliziumorganischen Verbindungen 0,3 bis 1% beträgt.

3. Feuerfeste Massen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die siliziumorganischen Verbindungen Polysiloxane sind, deren Siliziumanteil, berechnet als SiO₂, wenigstens 20% beträgt.

4. Feuerfeste Massen nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Bindemittel ungesättigte Öle, Säuren, Harze und Harzsäuren enthält, vorzugsweise einen oder mehrere der Stoffe Leinöl, Olein, Abietinsäure, Kolophonium und Tallöl in Massenanteilen zwischen 2 und 5%, bezogen auf die feuerfesten Grundstoffe.

5. Verwendung der basischen feuerfesten Massen nach den Ansprüchen 1 bis 4 zur Herstellung feuerfester Formkörper.