DE3642759A1 - Keramisches material - Google Patents

Keramisches material

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Peter Hillme
Franz Kanthak
Hubert Dipl Ing Pacholik
Wolfgang Dipl Ing Tschierswitz
Achim Dipl Ing Neumann
Mathias Dipl Ing Poetzsch
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BRANDIS SILIKATWERK
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Description

Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein keramisches Material zur Wärmespeicherung mit hoher Volumen- und Temperaturwechselbeständigkeit, das als Fremdkörper oder Fertigbauteil bzw. Spritzmasse oder Mörtel oder Stampfmasse Verwendung finden kann.
Die Anwendung ist möglich in Wärmeanlagen der Keramik-, Glas-, Feuerfest- sowie chemischen und metallverarbeitenden Industrie sowie der Metallurgie, vorzugsweise als Verschleißmaterial sowie als Wärmespeichermedium in brennstoff- oder elektrisch beheizten Speicheröfen, z. B. Kachel- und Nachtstromspeicheröfen und in Regeneratoren statischer und rotierender Bauweise.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
In der Metallurgie und anderen Zweigen der Volkswirtschaft fallen große Mengen hocheisenoxidhaltige Sekundärrohstoffe an, die nur teilweise genutzt werden. So wird z. B. ein Teil des anfallenden Zunders oder der Ferroschlacke als Entkohlungsmittel genutzt oder dem Hochofenprozeß als Eisenträger zugeführt. Ein großer Teil des Zunders konnte bisher auf Grund seiner Teilchengröße und der Vermengung mit organischen Bestandteilen keiner weiteren Verwertung zugeführt werden und mußte auf Halde verkippt werden.
Es ist bekannt, daß Eidenoxide eine hohe volumetrische Wärmekapazität besitzen.
Es ist nach DE-OS 24 57 324 bekannt, Ferrotoxid und ein Kalzium-Additiv bei hohen Temperaturen zu mischen. Das Gemisch wird gepreßt und die Formkörper anschließend gesindert.
Dabei ist ein hoher Energiebedarf erforderlich. Bei er Lösung nach DE-OS 34 13 679 wird ein Wärmespeicherungsblock vorzugsweise aus Magnesit und einem Phosphatbindemittel hergestellt. Dadurch entfällt der Brennprozeß, jedoch ist noch ein Härteprozeß bis 150°C erforderlich. Ein weiterer Nachteil dieser Lösung ist die ungenügenden Volumenbeständigkeit dieser Materialien bei hohen Temperaturen.
Ziel der Erfindung
Das Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines keramischen Materials zur Wärmespeicherung, welches durch Verwendung von vorwiegend in der Metallurgie anfallenden eisenoxidhaltigen Sekundärrohstoffen, insbesondere Eisenoxidverbindungen wie Zunder, Schlacke und Ofenflugstaub und gegebenenfalls Zugabe von mineralischen Zuschlagsstoffen sehr ökonomisch hergestellt werden kann.
Die Sekundärrohstoffe werden einer Veredelung zugeführt, und gleichzeitig werden hochwertige Primärrohstoffe ersetzt. Das keramische Material besitzt eine hohe chemische Resistenz gegenüber Ofenstäuben, Zunder und Schlacke, eine hohe Volumen- und Temperaturwechselbeständigkeit bis 1400°C sowie eine hohe volumetrische Wärmekapazität, die höher liegt als die der bisher eingesetzten Materialien aus natürlichen oder künstlichen Rohstoffen. Das führt beim Einsatz zur Volumenverkleinerung der Aggregate, Material- und Energieeinsparungen. Ein zusätzlicher katalytischer Effekt kann beim Einsatz in Nachheizflächen und brennstoffbeheizten Speicheröfen erzielt werden, wodurch die Schadstofferosion in den Abgasen vermindert wird.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein keramisches Material zur Wärmespeicherung mit hoher Volumenkonstanz und Temperaturwechselbeständigkeit bis 1400°C auf Eisenoxidbasis herzustellen. Dabei gilt es, eine hohe volumetrische Wärmekapazität und eine hohe Wärmeeindringzahl zu erreichen, um ein großes Wärmespeicherungsvermögen bei kleinstem Volumen und optimalen Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeiten zu garantieren.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß hocheisenoxidhaltige Sekundärrohstoffe, insbesondere Eisenoxidverbindungen, z. B. bestehend aus Fe₃O₄,Fe₂O₃, wie Zunder von Eisen bzw. -legierungen und metallurgische Schlacke und/oder in Elektroöfen anfallender Ofenflugstaub und/oder mineralische Zuschlagstoffe Verwendung finden und die die Verwendung von chemischer, keramischer und hydraulischer Bindung gestatten.
Die bei verschiedenen Prozessen anfallenden eisenoxidhaltigen Sekundärrohstoffe sowie mineralischen Zuschlagstoffe können in Mischungen solcher Kornfraktionen verwendet werden, daß eine hohe Rohdichte, vorzugsweise größer 3,0 g/cm³ und hohe Temperaturwechselbeständigkeit gegeben ist.
Als mineralischen Zuschlagstoff kann ein Bindemittel dienen und/oder Feuerfestmaterialien, insbesondere Alumosilikate und/oder Materialien auf Magnesit und/oder Chromerz und/oder Forsteritbasis Verwendung finden, die selbst bereits in Wärmeanlagen eingesetzt waren und als Sekundärmaterial zur Verfügung stehen.
Je nach Einsatzzweck können bis zu 40 Masse-% feinteiliger Serpentinit und/oder Dunit und/oder Feldspat und/oder Basalt zugegeben werden.
In der keramischen Masse können kleinteilige Metallpartikel enthalten sein oder werden dieser beigemischt. Die keramische Masse kann je nach Kornaufbau zu beliebigen Formkörpern oder Fertigbauteilen, Spritzmasse, Mörtel oder Stampfgemenge verarbeitet werden.
Die Formkörper oder Fertigbauteile können je nach Mischungsaufbau thermisch oder hydrothermisch nachbehandelt werden.
Ausführungsbeispiele
Das erfindungsgemäß keramische Material wird nachstehend anhand einiger Zusammensetzungen näher erläutert:
Beispiel 1
60 Masse-% Zunder0 bis 3 mm 32 Masse-% metallurgische Schlacke0 bis 8 mm  8 Masse-% TZ 70
Beispiel 2
50 Masse-% Zunder0 is 3 mm 11,5 Masse-% metallurgische Schlacke0 bis 20 mm 35 Masse-% Magnesitbruch0 bis 8 mm  1,5 Masse-% Ton (Brandis)0 bis 0,2 mm  2 Masse-% MgSO₄
Beispiel 3
60 Masse-% Zunder0 bis 8mm 13 Masse-% metallurgische Schlacke0 bis 3 mm 20 Masse-% Dunitmehl0 bis 0,2 mm  7 Masse-% TZ 70
Beispiel 4
35 Masse-% Zunder0 bis 3 mm 30 Masse-% Ferrochromschlacke0 bis 8 mm 13 Masse-% E-Ofen-Flugstaub0 bis 0,1 mm  2 Masse-% TZ 50
Beispiel 5
40 Masse-% Zunder0 bis 8 mm 40 Masse-% Zunder0 bis 2 mm 12 Masse-% Schlackemehl0 bis 0,1 mm  8 Masse-% TZ 50
Beispiel 6
55 Masse-% Zunder0 bis 8 mm 20 Masse-% Zunder0 bis 1 mm 10 Masse-% Tiefofenschlacke0 bis 3 mm  7 Masse-% Stahlspäne
 8 Masse-% TZ 50

Claims (10)

1. Keramisches Material zur Wärmespeicherung mit hoher Volumen- und Temperaturwechselbeständigkeit bis 1400°C, dadurch gekennzeichnet, daß 20 bis 80 Masse-% Zunder von Eisen bzw. -legierungen und 0 bis 60 Masse-% metallurgische Schlacke (z. B. Tiefofen- oder Ferrochromschlacke) und/oder 0 bis 20 Masse-% E-Ofen-Flugstaub und/oder 0 bis 60 Masse-% mineralische Zuschlagstoffe enthalten sind und hydraulische und/oder chemische und/oder keramische Binder eingesetzt werden.
2. Keramisches Material nach Pkt. 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bei verschiedenen Wärme-, Wärmebehandlungs-, Verformungs-, Schmelz- und Gießprozessen anfallenden eisenoxidhaltigen Sekundärrohstoffe in Mischungen solcher Kornfraktionen verwendet werden, daß eine hohe Rohdichte, vorzugsweise größer 3,0 g/cm³ gegeben ist.
3. Keramisches Material nach Pkt. 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bindemittel als mineralischer Zuschlagsstoff dient.
4. Keramisches Material nach Pkt. 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als mineralischer Zuschlagsstoff Feuerfestmaterialien, insbesondere Alumosilikate und/oder Stoffe auf Magnesit- und/oder Chromerz- und/oder Forsteritbasis Verwendung finden.
5. Keramisches Material nach Pkt. 4, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Feuerfestmaterial Sekundärmaterial darstellt, welches bereits in Wärmeanlagen im Einsatz war.
6. Keramisches Material nach Pkt. 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gemisch bis zu 40 Masse-% Serpentinit und/oder Dunit und/oder Feldspat und/oder Basalt zugegeben werden.
7. Keramisches Material nach Pkt. 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß kleinteilige Metallpartikel aus Eisenverbindungen und/oder Aluminiumverbindungen zugegeben werden.
8. Keramisches Material nach Pkt. 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die aufbereitete keramische Masse durch Stampfen, Schleudern und/oder Rütteln und/oder Pressen oder Gießen gegebenenfalls unter Zusatz von Wasser und/oder Dispersionsmitteln zu beliebigen Formkörpern oder Fertigbauteilen verarbeitet werden kann, mit vorzugsweisen Rohdichten größer 3,0 g/cm³.
9. Keramisches Material nach Pkt. 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet daß die Formkörper oder Fertigbauteile thermisch oder hydrothermisch behandelt werden.
10. Keramisches Material nach Pkt. 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die aufbereitete keramische Masse in entsprechenden Kornfraktionen gegebenenfalls unter Zusatz von alkali- oder alumosilikatischem Bindemittel als Spritzmasse oder Mörtel oder Plastiks oder Stampfmasse zur Anwendung kommt.
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