DE3543947A1

DE3543947A1 - Verfahren der verwertung von schlacke aus der herstellung von ferrolegierungen

Info

Publication number: DE3543947A1
Application number: DE19853543947
Authority: DE
Inventors: Frans Heikki Ulvila Tuovinen
Original assignee: Outokumpu Oyj
Current assignee: Outokumpu Oyj
Priority date: 1984-12-21
Filing date: 1985-12-12
Publication date: 1986-07-03
Also published as: FI845115A0; US4818290A; NO854991L; SE464870B; SE8505857L; SE8505857D0; FI845115L; DE3543947C2; CA1247148A; FI85689B

Description

Verfahren der Verwertung von Schlacke aus der Herstellung von Ferrolegierungen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der Verwertung von Schlacke

aus der Herstellung von Ferrolegierungen, insbesondere der Schlacke aus der Gewinnung von Ferrochrom für die Herstellung von wärme-, feuer- und/oder alkalibeständigen Faserstoffen.

Mineralwolle wird aus geschmolzenen Silikaten durch rasche Abkühlung erzeugt, wobei eine glasartige Struktur erhalten wird. Zusätzlich zu den Silikaten enthält Mineralwolle beispielsweise Calcium-, Aluminium- und Magnesiumoxid.

Zu den Qualitätserfordernissen, die Mineralfasern erfüllen müssen, gehören abgesehen von den Bedingungen des eigentlichen Herstellungsverfahrens, Merkmale der praktischen Verwendung der Mineralwolle, wie die Länge und der Durchmesser der Fasern, die Wärmeleitfähigkeit, Feuerbeständigkeit, Homogenität und der glasartige Charakter des Materials sowie das spezifische Gewicht, die chemische Beständigkeit und Festigkeit.

Der glasartige Charakter von Mineralwolle ist für das Endprodukt ein wichtiger Faktor. Die Bildung von Glas wird beispielsweise allein durch einen geringen Energieunterschied zwischen dem kristallinen und dem geschmolzenen Zustand, eine starke Aktivierungsenergie bei der Kristallisation, d. h. hohe Viskosität der geschmolzenen Substanz und rasches Abkühlen gefördert. Darüberhinaus wird die Bildung von Glas durch das Verhältnis zwischen Säure und Base in der geschmolzenen Substanz beeinflußt, wobei das Glas um so weniger stabil ist, je höher die Basizität ist. Die Viskosität einer Silikatlösung wird hauptsächlich durch die Größe der in ihr enthaltenen Anionen bestimmt. Allgemein läßt sich sagen, daß die Viskosität um so höher ist, je größer der Anteil an in der geschmolzenen Substanz enthaltenen komplexen Stoffen ist. Zu den die Viskosität erhöhenden Stoffen

gehört ζ. B. Silizium-, Aluminium-, Titan- und Chrom(III)-Oxid. Unter den alkalischen Oxiden sind Eisenoxid und Manganoxid bessere Flußmittel als Magnesiumoxid. Ferner sind Schlacken mit hohem Magnesiumgehalt weniger viskos als Schlacken, die Calcium enthalten.

Bei der Herstellung von Mineralwolle spielt für die erfolgreiche Entfaserung auch die Oberflächenspannung eine wichtige Rolle, denn die Schmelze muß einen freien Zugang aus dem Ofen und der Einrichtung zum Entfasern haben. Als Richtlinie für das Verhältnis zwischen der Viskosität und der Oberflächenspannung wird ein Wert über 0,01 festgelegt, denn sonst beginnt die fließende Schmelze Tröpfchen zu bilden. Als oberflächenaktiver Stoff hat SiO₂ die Tendenz, auf der Oberfläche der Schlacke eine viskose, saure Schicht zu bilden, in der die Viskosität erheblich höher ist als innerhalb der Schlacke. Andere oberflächenaktive Stoffe, wie sulfidischer Schwefel können darüberhinaus die Oberflächenspannung herabsetzen, die nach wie vor von der Azidität der geschmolzenen Substanz abhängt.

Schlacken aus der Herstellung von Ferrolegierungen, wie Ferrochrom- und Ferromangan-Schlacken beruhen im allgemeinen auf Aluminiumoxid und Siliziumoxid. Sie werden für die verschiedensten Zwecke verwendet, beispielsweise als Schleifsand und Zuschlagstoff zu Zement oder für feuerbeständige Ziegel. Bei der Verwendung für diese Zwecke ist keine der Hauptkomponenten der Ferrochrom-Schlacke der Schlacke zugefügt worden. Bei der Verwendung als Zuschlagstoff für die Herstellung von Ziegeln werden der Ferrochrom-Schlacke beispielsweise nur Bindemittel zugesetzt, um Ziegel von der gewünschten Gestalt herzustellen. Die Viskosität der Ferrochrom-Schlacke verursacht hierbei keinerlei Schwierigkeiten, weil die Temperaturen für die Verarbeitung des gewünschten Erzeugnisses niedrig sind, hauptsächlich unter 100° C liegen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verwertung der Schlacke aus der Herstellung von Ferrolegierungen zu

schaffen, bei dem die Schlacke in geschmolzenem Zustand einen Zusatz ihrer Hauptbestandteile erhält, um ihre Zusammensetzung zu ändern, so daß sie für die Erzeugung von wärme-, feuer- und/oder alkalibeständigen Faserstoffen geeignet ist.

Die wesentlichen neuen Merkmale der Erfindung gehen aus den Ansprüchen hervor.

Gemäß der Erfindung wird der aus der Herstellung von Ferrolegierungen gewonnenen, geschmolzenen Schlacke, die auf AIuminiumoxid und Siliziumoxid beruht und 20 bis 30 Gew.% Calciumoxid, 20 bis 36 Gew.% Aluminiumoxid, 0 bis 12 Gew.% Calciumoxid und 15 bis 36 Gew.% Magnesiumoxid enthält, Aluminiumoxid Al₃O₃ und/oder Siliziumoxid SiO₃ hinzugefügt, so daß das entstehende Produkt unter Berücksichtigung der Phasengleichgewichte vorteilhafterweise entweder Rohmaterial für Mineralwolle mit einer Schmelztemperatur unterhalb der Schmelztemperatur der Schlacke oder Rohmaterial für keramische Fasern mit einer Schmelztemperatur oberhalb der Schmelztemperatur der Schlacke ist.

Die Herstellung des Rohmaterials für Mineralwolle gemäß der Erfindung ist insofern vorteilhaft, als die Wärmekapazität der Schlacke selbst für das Legierungsverfahren genutzt werden kann und keine wesentliche Notwendigkeit für Zusatzwärme besteht, so daß das Verfahren hinsichtlich des Wärmehaushalts wirtschaftlich ist. Das erhaltene Endprodukt, d. h. Mineralwolle mit Schlacke als Grundmaterial kann mit Vorteil anstelle von Asbest verwendet werden, denn diese Art von Mineralwolle führt nicht wie Asbest zu Gesundheitsschäden .

Bei der Verwertung von Ferrolegierungs-Schlacken, beispielsweise Schlacken aus der Gewinnung von Ferrochrom oder Ferromangan zur Herstellung keramischer Fasern mit hohem Schmelzpunkt gemäß der Erfindung muß dem Verfahren zusätzliche Wärme zugeführt werden. Allerdings kann durch eine vorteilhafte

Zufuhr der Zuschlagstoffe die Viskosität der Schlacke so eingestellt werden, daß die vorteilhafteste Temperatur für das Entfasern bei diesem Verfahren erzielt wird, so daß auch wiederum die Menge der zusätzlich benötigten Wärme auf ein Minimum reduziert' werden kann.

Bei einer bevorzugten Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Verhältnis zwischen dem in der Schlacke enthaltenen Aluminiumoxid und Siliziumoxid so eingestellt, daß für die Erzeugung von Mineralwolle mit niedriger Schmelztemperatur in dem Material eine Verbindung erzeugt wird, die im wesentlichen dem Cordieritbereich eines mehrphasigen Gleichgewichts entspricht. Wenn hingegen ein Material mit hoher Schmelztemperatur erzeugt wird, wird das Verhältnis zwischen dem Aluminiumoxid- und Siliziumoxidgehalt durch Zuschläge so geändert, daß in dem Material eine Verbindung entsteht, die im wesentlichen dem Corundbereich eines mehrphasigen Gleichgewichts entspricht.

Gemäß der Erfindung wird eine rentable Mineralwollezusammensetzung erhalten, wenn der Schlacke 10 bis 45 Gew.%, vorzugsweise 20 bis 30 Gew.% Aluminiumoxid, ausgehend vom Schlackegewicht hinzugefügt wird, wenn das Enderzeugnis eine hohe Temperaturbeständigkext haben soll, und Siliziumoxid und Aluminiumoxid im Verhältnis von 2,5 bis 5:1, wenn das Endprodukt eine geringere Temperaturfestigkeit haben soll.

Wegen der Schwankungen im Gehalt in den bei einem vorteilhaften erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Schlacken kann es sich auch als notwendig erweisen, der Materialmasse kleine Mengen anderer oxidischer Stoffe hinzuzufügen, um ideale Eigenschaften im Endprodukt zu erhalten. Zu diesen möglichen Zuschlagstoffen gehören Calciumoxid, Eisenoxid, Zirkonoxid, Zinkoxid, Titanoxid und Chromoxid. Allerdings bleibt deren Anteil im allgemeinen sehr klein.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften

Einzelheiten anhand von Beispielen näher erläutert. Die Zeichnung ist ein Diagramm zur Erläuterung der Temperaturabhängigkeit der Viskosität der in den Beispielen verwendeten legierten Rohstoffe für Mineralwolle im Vergleich zu nichtlegierter Ferrolegierungs-Schlacke.

In der Zeichnung gibt die Kurve A die Temperaturabhängigkeit der Viskosität nichtlegierter Schlacke aus der Gewinnung von Ferrolegierungen wieder. Es zeigt sich, daß die Temperaturabhängigkeit bei der Kurve A sehr stark ist und daß sich folglich die Entfaserung bei einer vorherbestimmten Temperatur als äußerst schwierig erweist. Die Zeichnung gibt auch den vorteilhaften Viskositätsbereich für das Entfasern wieder, der von 2,5 bis 250 Poise (P) reicht. Durch Legieren solcher Ferrolegierungs-Schlacken, die für das erfindungsgemäße Verfahren geeignet sind, wurde eine wesentliche Änderung in Richtung zu vorteilhaftem Entfasern in der Temperaturabhängigkeit der Viskosität des legierten Rohstoffs für Mineralwolle erreicht. Das zeigt sich deutlich in den Kurven der Temperaturabhängigkeit der Viskosität der legierten Ausgangsstoffe für die Beispiele, die in der Zeichnung wiedergegeben sind und aus denen hervorgeht, daß die Temperaturabhängigkeit wesentlich schwächer ist als bei nichtlegierter Ferrolegierungs-Schlacke. Die Beispiele stellen gleichzeitig ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dar.

Beispiel 1

Schlacke aus der Herstellung von Ferrochrom, die 25,5 Gew.% Magnesiumoxid, 5,7 Gew.% Calciumoxid, 27,9 Gew.% Aluminiumoxid und 33 Gew.% Siliziumoxid enthielt, wurde von dem Herstellungsverfahren des Ferrochroms einem Warmhalteofen für die Behandlung der Schlackenwolle zugeführt. Beim Transport der Schlacke vom Warmhalteofen in den Ofen, in dem das Entfasern stattfand, wurde der Schlacke ein Material auf Cyanitbasis zugefügt, welches Siliziumoxid und Aluminiumoxid in einem Verhältnis von 4 : 1 enthielt. Infolgedessen enthielt das entstehende Rohmaterial für Schlackenwolle 18,4 Gew.%

Magnesiumoxid, 4,1 Gew.% Calciumoxid, 25,0 Gew.% Aluminiumoxid und 46,2 Gew.% Siliziumoxid. Die Zusammensetzung entsprach dem Cordieritbereich des Phasengleichgewichtssystems hinsichtlich des Verhältnisses zwischen Siliziumoxid und Aluminiumoxid. Das erhaltene Rohmaterial wurde bei der idealen Entfasertemperatur von 1500° C aufgefasert, wobei diese Temperatur mit Hilfe der Temperatur-Viskositäts-Kurve (in der Zeichnung Kurve B) bestimmt wurde, die auf der Basis von Messungen an der Rohmaterialmasse gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren gebildet wurde. Das nach dem Entfasern entstehende Produkt war Schlackenwolle. Bei dem Entfasern konnte die überschüssige Wärme, die bereits beim Schmelzen der Schlacke entstanden war, genutzt werden, und es war nicht nötig, zusätzliche.Wärme von außen zuzuführen, um die Temperatur für das Entfasern aufrechtzuerhalten.

Beispiel 2

Die Rentabilität der Schlacke gemäß Beispiel 1 wurde bei der Herstellung keramischer Fasern mit hoher Schmelztemperatur dadurch geprüft, daß eine geschmolzene Masse aus Ferrochrom-Schlacke und Aluminiumoxid hergestellt wurde, die 70 Gew.% Schlacke und 30 Gew.% Aluminiumoxid enthielt. Die entstehende Verbindung enthielt 17,9 Gew.% Magnesiumoxid, 4,0 Gew.% Calciumoxid, 39,5 Gew.% Aluminiumoxid und 23,1 Gew.% Siliziumoxid. Die Masse, die dem Corundbereich des Phasengleichgewichtsoxids entsprach, wurde gemäß Beispiel 1 weiter bei einer Temperatur von 1700° C anhand der Kurve C der Zeichnung entfasert. Das erhaltene Endprodukt war ein Faserstoff mit einer Temperaturbeständigkeit von ca. 1300° C

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Claims

Zipse&Habersack , ,.:; Patentanwälte Kemnatenstraße 49, D-8000 München 19 beim Europäischen Patentamt Telefon (089) 17 0186, Telex (07) 81307 zugelassene Vertreter Outokumpu Oy ,- . __ Fi - 00100 Helsinki OU 25 Patentansprüche

1. Verfahren der Verwertung von Schlacke auf Aluminiumoxid- und Siliziumoxidbasis aus der Gewinnung von Ferrolegierungen für die Herstellung von wärme-, feuer- und/oder alkalibeständigen Faserstoffen, wobei die Schlacke 20 bis 40 Gew.% Siliziumoxid und 20 bis 36 Gew.% Aluminiumoxid enthält,

dadurch gekennzeichnet , daß der geschmolzenen Schlacke Aluminiumoxid und/oder Siliziumoxid zur Änderung der Viskosität der Schlacke und zum Einstellen der Entfaserungstemperatur der Schlacke hinzugefügt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß zur Erzeugung von Mineralwolle, deren Schmelztemperatur niedriger ist als die der Schlacke, der Schlacke Aluminiumoxid und Siliziumoxid hinzugefügt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet , daß der Schlacke Siliziumoxid und Aluminiumoxid in Verhältnissen von 2,5 bis 5,0 : 1 hinzugefügt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß zur Erzeugung keramischen Fasermaterials, dessen Schmelztemperatur höher ist als die der Schlacke, der Schlacke Aluminiumoxid hinzugefügt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Aluminiumoxid in einer Menge von 10 bis 45 Gew.%, vorzugsweise 20 bis 30 Gew.% hinzugefügt wird.

ORIGINAL INSPECTED