DE69309228T2

DE69309228T2 - Magnesia-Kohlenstoff-Ziegel enthaltend neuartigen Graphit

Info

Publication number: DE69309228T2
Application number: DE69309228T
Authority: DE
Inventors: David Robert Sundell
Original assignee: Harbison Walker Refractories Co
Current assignee: Harbison Walker Refractories Co
Priority date: 1992-11-25
Filing date: 1993-11-11
Publication date: 1997-07-24
Anticipated expiration: 2013-11-12
Also published as: DE599773T1; MX9306997A; ES2056759T3; EP0599773A2; EP0599773A3; BR9303265A; DE69309228D1; CA2101132A1; CA2101132C; ATE150741T1; US5262367A; EP0599773B1; ES2056759T1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf kohlenstoffhaltige, feuerfeste Stoffe und insbesondere auf einen feuerfesten Magnesit-Kohlenstoff- Stein, der geeignet ist für die Verwendung bei der Ausrüstung für die Metailverarbeitung, insbesondere bei Sauerstoff-Aufblas- Konvertern (BOF), Schlackenlinien in Giesspfannen und Pfannen von metallurgischen Öfen. Bei diesen Anwendungen sind die wesentlichen Anforderungen für eine verlängerte Betriebszeit eine hohe Heissfestigkeit und eine hohe Schlackenwiderstandsfähigkeit.
Die gebräuchliche Verwendung von kohlenstoffhaltigem Stein war diejenige in Sauerstoff-Aufblas-Konvertern. Der in den USA während den frühen 1960er Jahren am häufigsten verwendete Stein war ein mit Pech geklebter oder ein gebrannter, mit Pech imprägnierter Magnesitstein, welcher maximal 5% Restkohlenstoff enthielt. In Europa entwickelte sich die Praxis der Verwendung von mit Pech geklebtem oder mit Pech imprägniertem gebrannten Dolomitstein als bevorzugte Auskleidung für BOF. In Japan wurde gebrannter, mit Pech imprägnierter Stein bevorzugt, der 70% MgO / 30% CaO enthielt.
In den späten 70er und frühen 80er Jahren fand ein wesentlicher Durchbruch in der Technik der feuerfesten Materialien für BOF statt. Die Einführung von Magnesitstein, der Graphit enthält, hatte einen wesentlichen Einfluss auf die verlängerung der Betriebszeit des Steines auf eine neue Rekordzahl von Erwärmungen. Es wurde eine Serie von Magnesit-Kohlenstoff-Steinen eingeführt, welche einen Graphitbereich von 3 bis 30% hatten. Abhängig von der Werkspraxis schienen bestimmte engere Bereiche von Graphit, zum Beispiel 10 - 12 oder 15 - 17% in bestimmten Öfen einen optimalen Betrieb zu liefern. Der hauptsächliche Grund, weshalb diese Typen von Stein zu einer verlängerten Betriebszeit führten, bestand in der vergrösserten Schlackenwiderstandsfähigkeit, die durch den Graphit geliefert wurde.
In den späten 70er Jahren wurden Zusätze von Feinmetallen wie Silizium, Aluminium, Magnesium und verschiedene Legierungskombinationen von diesen Metallen zu den Magnesit- Kohlenstoff-Steinen beigefügt. Diese Zusätze in kleinen Niveaus, die von 0 bis 5 Gew.% reichten, verliehen den feuerfesten Stoffen eine vergrösserte Heissfestigkeit und eine vergrösserte Widerstandsfähigkeit gegen Oxidation. Die Wirkung der Metalle auf die Heissfestigkeit hing vom Typ des verwendeten Metalls ab. So neigten zum Beispiel Aluminium und Magnesium dazu, die Heissfestigkeit zu vergrössern, wogegen Zusätze von Silizium die gegenteilige Wirkung hatten. Zahlreiche Patente, wie US-A-4 306 030, beschreiben diese Technik. Diese Zusätze verlängerten die Lebensdauer der Auskleidungen merklich. Es wird angenommen, dass die Metalle fähig sind, verschiedene Funktionen bereit zu stellen. Sie können als Sauerstoff-"Fänger" wirken, wobei sie Sauerstoff verbrauchen, welcher sonst bei höheren Temperaturen fähig wäre, Kohlenstoff zu verbrauchen, und, wenn sie nichts mit dem Sauerstoff zu tun haben, können sie können sie bei höheren Temperaturen mit feinem Kohlenstoff reagieren, der vom Harzbinder, Pechbinder oder von der Pechimprägnierung des Steins stammt, um Karbide zu erzeugen. Die Wirkung der neu gebildeten Oxid- oder Karbidphasen besteht darin, die Permeabilität des Steins zu erniedrigen, wodurch es weniger Sauerstoff oder Schlacke erlaubt wird, in den Stein hinein einzudringen, was dazu führt, dass zerstörende Reaktionen stattfinden. Eine andere Wirkung, besonders bei der Bildung von Aluminiumkarbiden, bestand darin, die Heissfestigkeit wesentlich zu vergrössern. Die Heissfestigkeit wird als ein sehr wichtiger Parameter für die Bestimmung der Lebensdauer eines feuerfesten Stoffes bei anspruchsvollen Anwendungen wie dem BOF betrachtet. Feuerfeste Stoffe stehen bei diesen Anwendungen unter einer beträchtlichen mechanischen und thermischen Belastung. Es kann häufig ein einfaches Brechen oder Abblättern eintreten, wenn die Belastungen grösser werden als die Festigkeit der feuerfesten Auskleidung.
Obwohl mit metallhaltigen Magnesit-Kohlenstoff-Steinen wesentliche Fortschritte bei der Lebensdauer von Auskleidungen gemacht wurden, hat der Zusatz von Feinmetallen bestimmte Nachteile. Diese Nachteile bestehen aus erhöhten Kosten der feuerfesten Stoffe aufgrund der hohen Kosten der Metalle, den Sicherheitserwägungen, mit denen man sich aufgrund der explosiven Beschaffenheit der Feinmetalle bei der Herstellung der Steine abgeben muss, der grösseren thermischen Ausdehnung von Steinen, die mit Metallen hergestellt sind, welche grössere Ausdehnungstoleranzen nötig macht, und dem grösseren Hydrationspotential der metallhaltigen Steine. Es gibt auch die Sorge, dass, wenn der Metallgehalt zu hoch wird, die Schlackenwiderstandsfähigkeit des feuerfesten Materials wegen der Bildung von bei tiefen Temperaturen schmelzendem Eutektikum leiden kann, was einen zerstörerische Wirkung auf die Heissfestigkeit hat.
Wegen diesen Sorgen mit Metallzusätzen wurden Forschungsarbeiten für die Entwicklung von metallfreien oder sehr wenig Metall enthaltende feuerfesten Materialien begonnen. Diese Arbeiten führten zu US-A- 4 912 068 und 4 957 887. Im Patent '068 wurde herausgefunden, dass ein verbessertes metallfreies feuerfestes Magnesit-Kohlenstoff Material hergestellt werden kann, wenn die Reinheit des Magnesites und des Kohlenstoffes sehr genau kontrolliert wird. Es konnte Stein mit im Vergleich zu metallhaltigem Stein erhöhter Heissfestigkeit hergestellt werden, indem totgebrannter Magnesit von mindestens 98% MgO, weniger als 0.03% Boroxid, weniger als 0.3% Silika verwendet wurde und das ein Kalk/Silika Gewichtsverhältnis von über 2 hat. Die Reinheit des Schuppengraphits musste mindestens 98% Kohlenstoff erreichen. Ein weitere Fortschritt bei der Heissfestigkeit wurde im Patent '887 gemacht, wo herausgefunden wurde, dass zusätzliche Verbesserungen innerhalb des hochreinen Magnesit-Kohlenstoff Systems gemacht werden konnten, indem der Basismischung kontrollierte Niveaus von Feinmetallen zugefügt wurden. Die Niveaus lagen innerhalb des begrenzten Bereichs von 0.1 bis 1 Gew.%, wobei jegliche Kombination der Metalle 1 Gew.% nicht überstiegen.
Die Tabelle I umreisst die Entwicklung des oben beschriebenen Magnesit-Kohlenstoff-Steines und die Änderungen bei der Heissfestigkeit, welche bei jedem Fortschritt stattgefunden hat. Zum Zwecke der Diskussion wird die Heissfestigkeit als die Festigkeit des feuerfesten Materials definiert, wenn es bei 1538ºC (2800ºF) zusammengedrückt wird. Tabelle I Vergleich von typischen Heissfestigkeiten von feuerfesten Magnesit-Kohlenstoff Materialien
* Der bei diesen Mischungen verwendete Magnesit hatte einen MgO-Gehalt von 96% und der Schuppengraphit hatte einen Abbrandverlust von 96.5%.
** Der bei diesen Mischungen verwendete Magnesit hatte einen MgO-Gehalt von 99% und der Schuppengraphit hatt einen Abbrandverlust von 99%.
Die wesentlichsten Nachteile dieser Zusammensetzungen sind die begrenzten Lieferungen von teurem, hochreinen Magnesit und Schuppengraphit. Es besteht deshalb ein Bedürfnis, ein Mittel zu finden, um eine grosse Heissfestigkeit bei Magnesit-Kohlenstoff- Stein mit kleinerer Reinheit zu entwickeln ohne die schädigenden Wirkungen der Zugabe von grossen Mengen von Metallen.
Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, einen verbesserten Magnesit- Kohlenstoff-Stein für metallurgische Öfen bereit zu stellen, welche eine erhöhte Heissfestigkeit hat. Die Verbesserungen bei der Heissfestigkeit werden auf eine neuartige Weise erhalten, indem ein kostengünstiger, weniger reiner Schuppengraphit verwendet wird, der ein vergleichsweise hohes Kalk/Silika Verhältnis in seiner Asche hat. Solche Verbesserungen bei der Heissfestigkeit waren zuvor nur möglich, indem hochreine, teuere Ausgangsstoffe (mit einer Reinheit von 99%) verwendet wurden, oder indem relativ hohe Niveaus von Metall beigefügt wurden (von 1 bis 5%). Diese Erfindung bietet ein kostengünstiges Mittel, um die Hochtemperaturfestigkeit von Magnesit-Kohlenstoff-Stein zu verbessern.
Kurz gesagt umfasst diese Erfindung eine Mischung, um eine feuerfeste Magnesit-Kohlenstoff Form zu bilden, die von 70 bis 97 Gew.% totgebrannter Magnesit und entsprechend 3 bis 30 Gew.% Schuppengraphit enthält und für je 100 Gew.% des Magnesits und des Graphits zwischen ungefähr 1 bis 6 Gew.% eines kohlenstoffhaltigen Haftmittels enthält, wobei der Magnesit mindestens 95% MgO enthält und der Graphit ein Kalk/Silika Verhältnis in seiner Asche hat, das grösser als 0.2 ist, und der Graphit einen Kohlenstoffgehalt hat, der von 90 bis 99 Gew.% reicht, wenn er bei der Abbrandverlust- Messung gemessen wird.
Die Erfindung umfasst auch die resultierenden feuerfesten Formen und insbesondere Stein und Auskleidungen für metallurgische Gefässe, die eine erhöhte Lebensdauer haben, wenn dieser Stein wie nachfolgend dargestellt wird verwendet wird. Stein, der gemäss dieser Erfindung hergestellt ist, hat eine verbesserte Druckfestigkeit bei 1538ºC (2800ºF), was eine verbesserte Hochtemperaturstabilität zwischen den Phasen, aus denen das feuerfeste Material besteht, widerspiegelt.
Damit die Erfindung vollständig verstanden werden kann, wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, bei denen:
Figur 1 eine Grafik ist, welche die Wirkung des Kalk/Silika Verhältnisses im Graphit auf die Heissdruckfestigkeit darstellt.
Das wesentliche Element der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von Schuppengraphit, welcher ein vergleichsweise hohes Kalk/Silika Verhältnis in seiner Asche hat.
Der Schuppengraphit muss ein Kalk/Silika Verhältnis in seiner Asche haben, das grösser ist als 0.2, und einen Kohlenstoffgehalt, der von 90 bis 99 Gew.% reicht, wenn er bei der Abbrandverlust-Messung gemessen wird.
Die wesentlichen Quellen für Schuppengraphit sind China (ungefähr 57%), Kanada (ungefähr 10%), Simbabwe (ungefähr 9%), Madagaskar (ungefähr 8%) und Brasilien (ungefähr 6%). Die Tabelle I-a listet all die gewöhnlich im Handel erhältlichen Schuppengraphite von China und den meisten anderen Ländern auf, deren Kohlenstoffgehalt von 85% bis 95% reicht und die eine chemische Zusammensetzung der Asche haben, welche wesentlich mehr Silika als Kalk enthält. Das heisst, das Verhältnis von Kalk zu Silika ist typischerweise 0.1 oder weniger. Tabelle I-a Überblick über verfügbare Schuppengraphite
Die Tabelle I-b zeigt, dass einige der kanadischen Quellen für Schuppengraphit, wie Mazarin und Amalgamet, insofern wie die anderen Quellen der Welt sind, als die chemische Zusammensetzung ihrer Aschen ähnliche Kalk/Silika Verhältnisse von 0.1 oder weniger haben. Tabelle I-b Überblick über verfügbare Schuppengraphite (Fortsetzung)
Aus der Information in der Tabelle I-b kann gesehen werden, dass einige kanadische Schuppengraphite, wie diejenigen von Stewart Lake, Stratmin und besonders von Graphicor's Mine in Diotte, auffallend höhere Kalk/Silika Verhältnisse haben, die von 0.4 bis 1.4 reichen. Der Schuppengraphit aus diesen Lagerstätten wird üblicherweise in basischen Gesteinen gefunden, die reich an Kalziumkarbonat, Magnesiumkarbonat und Kalziumsilikaten sind, wodurch die mit den Schuppen verbundenen Verunreinigungen üblicherweise die gleichen Zusammenstellungen an Mineralien enthalten wie das Wirtsgestein.
Die meisten anderen Lagerstätten von Schuppengraphit gehören zu metamorphen Kohlenlagerstätten; welche Verunreinigungen durch Silika, Eisen und Aluminiumoxid haben, oder sie gehören zu sauren Gesteinen wie Granit oder Gneis, welche vorzugsweise saure Verbindungen wie Aluminiumoxid und Silika enthalten. Die in der Tabelle I-b gezeigten Graphite haben Kohlenstoffgehalte von 93 bis 96%, weshalb der Rest, welcher hauptsächlich aus Asche besteht, von 4 bis 7 Gew.% reicht. Die chemische Analyse von Schuppengraphit wird üblicherweise mit mehreren Verfahren gemacht, wie in den Tabellen gezeigt wird. Ein Verfahren beinhaltet die Bestimmung des totalen Kohlenstoffs der Proben, wie er durch einen Leco Kohlenstoffanalysator gemessen wird. Dieses Verfahren kann eine ungenaue Bestimmung des Betrags von Schuppengraphit geben, weil es alle Formen von Kohlenstoff misst, wie organischer Kohlenstoff, karbonatförmiger Kohlenstoff und graphitförmiger Kohlenstoff. Der Abbrandverlust ist eine einfachere Messung, welche die Bestimmung der Gewichtsänderung der Probe nach der Aussetzung an Temperaturen von 1093ºC (2000ºF) beinhaltet. Die Probe aus Schuppengraphit wird Temperaturen von 1093ºC (2000ºF) ausgesetzt, bis eine vollständige Verbrennung des Graphits stattfindet. Eine Messung mit einem Leco Kohlenstoffanalysator wird im allgemeinen wegen den höheren Verbrennungstemperaturen des Leco-Ofens als sinnvollere Messung betrachtet. Im Falle der kanadischen Graphite, welche hohe Kalk/Silika Verhältnisse haben, besteht eine sinnvollere Bestimmung des Gehalts an Schuppengraphit aus einer Messung, die Graphitkohle genannt wird. Bei dieser Messung wird die Probe zuerst mit Salpetersäure behandelt oder in Argon bis zu 800ºC (1470ºF) wärmebehandelt, was organischen Kohlenstoff und karbonatförmigen Kohlenstoff aus der Probe entfernt, und anschliessend wird die Probe mit dem Leco verfahren auf Kohlenstoff untersucht.
Aus den Daten in der Tabelle II kann gesehen werden, dass ein unerwarteter und überraschender Effekt stattfindet, als in einem Magnesit-Kohlenstoff-Stein Schuppengraphit mit einem hohen Kalk/Silika Verhältnis durch eine gleiche Menge von Schuppengraphit mit einem tieferen Kalk/Silika Verhältnis substituiert wurde. Der Stein wurde hergestellt, indem ein in der Technik gut bekanntes Verfahren verwendet wurde. Der Stein wurde mechanisch mit mehreren Entlüftungsschritten bei tieferen Drücken gepresst, gefolgt von einem Abschlussdruck von 124.1 MPa (18 000 psi). Die Daten zeigen eindeutig eine Beziehung zwischen dem Kalk/Silika Verhältnis des Schuppengraphits und der Heissfestigkeit des Steins, wie sie mit der Bruchfestigkeit bei 1538ºC (2800ºF) gemessen wird. Stein mit einem Schuppengraphit, der ein tiefes Kalk/Silika Verhältnis von 0.08 hatte (Mischung B), hatte eine wesentlich geringere Heissfestigkeit als Stein mit einem Schuppengraphit, welcher ein höheres Kalk/Silika Verhältnis hatte (Mischung A), obwohl der in der Mischung A verwendete Graphit eine höhere Reinheit hatte. Die in den Mischungen verwendeten Schuppengraphite hatte alle eine Grösse von -0.149 mm (-100 mesh).
Die Lehre nach dem bekannten Stand der Technik besagte, dass Magnesit-Kohlenstoff Mischungen mit einer hohen Heissfestigkeit nur erreicht werden konnten, indem ein hochreiner Schuppengraphit verwendet wurde. Die Tatsache, dass Schuppengraphit mit einer weniger hohen Reinheit verwendet werden konnte, war ein ungewöhnlicher und unerwarteter Vorteil. Die Daten zeigen, dass sehr hohe Heissfestigkeiten bei Mischungen erreicht werden konnten, die Magnesit und Graphit mit bescheidener Reinheit (96% MgO respektive 96% Kohlenstoff) enthielten. TABELLE II Magnesit-Kohlenstoff Mischungen und Eigenschaften
*Graphitkohle wurde bestimmt durch Auslaugen des Graphits mit einer Salpetersäurelösung, um das CO&sub2; zu entfernen, das zu den Karbonaten gehört. TABELLE II (Fortsetzung) Graphitanalysen
*Graphitkohle wurde bestimmt durch Auslaugen des Graphits mit einer Salpetersäurelösung, um das CO&sub2; zu entfernen, das zu den Karbonaten gehört.
Die Gründe, weshalb die Zugabe von Schuppengraphit, dessen Asche ein Kalk/Silika Verhältnis hat, das grösser ist als 0.2, einen Anstieg in der Heissfestigkeit von Magnesit-Kohlenstoff-Stein liefert, werden nicht vollständig verstanden. Es wird vermutet, dass diese Schuppengraphite bei erhöhten Temperaturen widerstandsfähiger gegen eine in situ Oxidation sind. Das heisst, Schuppengraphit ist anfällig für Oxidation, weil Kohlenstoff mit den zusätzlichen Silikaten reagiert und der Reaktion C + SiO&sub2; SiO(g) CO(g) unterliegt. In Schuppengraphiten mit einem hohen Kalk/Silika Verhältnis ist das Silika an den Kalk gebunden, indem es ein stabiles Kalziumsilikat bildet, das durch den Kohlenstoff nicht leicht reduziert werden kann. Deshalb sind die feuerfesten Materialien, die solche Graphite enthalten, bei hohen Temperaturen stärker.
Es wurde eine andere Studie durchgeführt, um zu bestimmen, ob es eine lineare Beziehung gibt zwischen der Verwendung von Schuppengraphiten mit gegensätzlichen chemischen Zusammensetzungen der Asche und der Heissdruckfestigkeit von Stein, der aus diesen Schuppengraphiten hergestellt ist. Wie die Tabelle 3 zeigt, schien es nicht so, dass Stein, der aus Schuppengraphit mit ähnlicher Partikelgrösse und ähnlichem Kohlenstoffgehalt aber unterschiedlichem Kalk/Silika Verhältnis hergestellt wurde, eine gleichförmig anwachsende Heissfestigkeit hatte, wenn das Kalk/Silika Verhältnis anwuchs. Unglücklicherweise war es sehr schwierig, im Handel erhältliche Schuppengraphite zu finden, welche ein Kalk/Silika Verhältnis zwischen 0.1 und 0.8 haben. Deshalb ist es schwierig mit Bestimmtheit zu wissen, ob eine lineare Beziehung existiert, aber die Daten der Heissfestigkeit von Stein, der mit einem Schuppengraphit hergestellt wurde, welcher ein Kalk/Silika Verhältnis von 2.1 hatte, deuten darauf hin, dass die Beziehung nicht linear ist.
Diese zusätzliche Studie unterstützte die frühere Studie, welche zeigte, dass eine tiefe Heissfestigkeit eintrat, wenn Schuppengraphite verwendet wurde, die ein tiefes Kalk/Silika Verhältnis von 0.8 hatten. Wenn jedoch Schuppengraphite verwendet wurden, die ein Kalk/Silika Verhältnis von 0.8 oder grösser hatten, dann wurden wesentlich höhere Heissfestigkeiten erreicht.
Die Tabelle 4 listet die chemische Zusammensetzung der Schuppengraphite auf, die verwendet wurden, um die in der Tabelle 3 festgehaltenen Steine herzustellen.
Die Figur 1 stellt die Beziehung zwischen dem Kalk/Silika Verhältnis im Schuppengraphit gegenüber der Heissdruckfestigkeit von Stein dar, der mit den in der Tabelle 4 festgehaltenen Schuppengraphite hergestellt wurde. TABELLE 3 Stein, der aus Schuppengraphiten hergestellt wurde, welche gegensätzliche Kalk/Silika Verhältnisse hatten Chemische Zusammensetzung der in der Tabelle 3 verwendeten Schuppengraphite
* Kohlenstoff, Graphitkohle und So3 durch Leco; alle anderen durch Uniquant (normalisierte Analyse)
** Aus der Mine Stratmin, Quebec, Kanada
Während die Beispiele oben Schuppengraphit enthielten, können andere Formen von natürlichem Graphit wie marmorierter Graphit, welche auch ein relativ hohes Kalk/Silika Verhältnis von mehr als 0.2 haben können, einen Anstieg in der Heissfestigkeit liefern.
Auch ist es für den Magnesit nötig, dass er mindestens 95% MgO enthält.
In der Mischung muss auch ein kohlenstoffhaltiges Haftmittel enthalten sein, das bei der Pyrolyse hohe Niveaus von Kohlenstoff liefert; d.h., mehr als ungefähr 25 Gew.% Kohlenstoff. Beispiele sind irgend ein Novolak- oder Resolharz, Teer, Pech oder Mischungen aus ihnen, und Ähnliches, das üblicherweise zum Binden von Stein verwendet wird. Bei den Temperaturen, bei denen diese Steine verwendet werden, werden diese Materialien zersetzt und der freigesetzte Kohlenstoff wirkt zum Binden des Steins. Ihre Mengen sind nicht kritisch, und es kann irgend eine Menge verwendet werden, die ausreicht, die Mischung zu binden, aber es ist jedoch wünschenswert, hohe Niveaus des Binders zu verhindern, um Schwierigkeiten bei der Bildung des Steins während der Verarbeitung zu vermeiden. Normalerweise wird 1 bis 6 Gew.% eines solchen Haftmittels für je 100 Gew.% der Mischung zugefügt.
Ebenso wirkt die Zugabe von geringen Mengen von Metallzusätzen aus Aluminium und/oder Magnesium oder einer Mischung aus ihnen, um die Heissfestigkeit des feuerfesten Materials zu erhöhen. Normalerweise ist in der Mischung 0.1 bis 10 Gew.% (-28 mesh) -0.64 mm Metallzusatz enthalten, um die gewünschte Heissfestigkeit ohne die unerwünschten Wirkungen, die mit diesen Metallen verbunden sind, zu erzeugen.
Auch werden in einer anderen Beziehung für eine erhöhte Heissfestigkeit und eine erhöhte Widerstandsfähigkeit gegen Oxidation sowie gegen Korrosion ungefähr 0.1 bis 10 Gew.% von Borkarbid, Bornitrid, Siliziumnitridpulver oder Mischungen aus ihnen zur Mischung beigefügt.
Ebenso wird zur Mischung 0.1 bis 10 Gew.% Siliziumpulver beigefügt, um zu verhindern, dass die Aluminium- oder Magnesiumkarbide mit Wasser reagieren.
Das Verfahren für die Bildung der Steins ist insofern nicht kritisch, als die oben erwähnten Komponenten einfach beigemischt, mit einer gebräuchlichen Presse für die Steinherstellung in die Form gepresst und danach bei den üblichen Temperaturen, d.h. 121 - 288ºC (250 bis 550ºF) getrocknet werden können, um den ungebrannten Stein zu bilden, welcher dann wie oben erwähnt verwendet wird, insbesondere als Auskleidung für Sauerstoff-Aufblas-Konverter. Beim Gebrauch wird der Stein in diesen Konvertern bei hohen Temperaturen wärmebehandelt, um kohlenstoffgebundenen Stein mit einer hohen Heissfestigkeit und einer verbesserten Schlackenwiderstandsfähigkeit zu bilden.
Die Steine der vorliegenden Erfindung sind besonders geeignet für Auskleidungen von Sauerstoff-Aufblas-Konvertern, wo ihre erhöhte Heissfestigkeit, Schlackenwiderstandsfähigkeit und Stabilität bei hohen Temperaturen zu längeren Zeiten zwischen den Erneuerungen der Auskleidung der Konverter führt.
Die Steine der vorliegenden Erfindung werden in einer Grösse und Form hergestellt, die benötigt wird, um die ganze Auskleidung oder einen Teil der Auskleidung von irgend einem metallurgischen Behälter zu bilden. Die Auskleidungen werden auf eine gebräuchliche Art gebildet, indem Reihen oder Ringe von Steinen mit geeigneter Grösse um die Innenfläche des Behälters herum gebildet werden. Es werden häufig auch andere Konstruktionstechniken verwendet, und natürlich werden, in Bereichen wo keine Steine verwendet werden können, feuerfeste Stampfmassen verwendet.
Die Mischung gemäss der vorliegenden Erfindung stellt ein Mittel bereit, um relativ unreinen Schuppengraphit mit einem Aschenanteil von 2 bis 10 Gew.% verwenden zu können, während eine grosse Druckfestigkeit von mindestens 15.85 MPa (2300 psi) und häufig Festigkeiten von über 20.68 MPa (3000 psi) bei 1538ºC (2800ºF) beibehalten werden. Um diese Festigkeiten zu erreichen, besagte die Lehre nach dem bekannten Stand der Technik, dass Schuppengraphite mit einem Aschenanteil von weniger als 2% erforderlich seien, um diese Festigkeiten zu erreichen.
Feuerfeste Auskleidungen, die aus diesen Formen hergestellt sind, stellen ein Verfahren bereit, die Lebensdauer von verschiedenen metallurgischen Behältern zu verlängern. Diese Formen haben eine verbesserte Hochtemperaturstabilität, weil ihr Schuppengraphit eine stabilere Phasenzusammensetzung bei erhöhten Temperaturen als Graphite nach dem bekannten Stand der Technik enthält. Diese verbesserte Stabilität wird in den höheren Druckfestigkeiten bei 1538ºC (2800ºF) widerspiegelt.
Während die Erfindung in Verbindung mit einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben wurde, ist es nicht beabsichtigt, den Schutzbereich der Erfindung auf die speziell festgehaltene Form zu begrenzen, sondern es ist im Gegenteil beabsichtigt, den Schutzbereich der Erfindung abzudecken, wie er durch die beigefügten Patentansprüche definiert wird.

Claims

1 Mischung zur Bildung einer feuerfesten Magnesit-Kohlenstoff Form, die von 70 bis 97 Gew.% totgebrannter Magnesit und entsprechend 3 bis 30 Gew.% Schuppengraphit enthält, und die für je 100 Gewichtsteile des Magnesits und des Graphits zwischen 1 und 6 Gewichtsteile eines kohlenstoffhaltigen Haftmittels enthält, das aus einem Novolakharz, einem Resolharz, einem Teer, einem Pech oder Mischungen aus diesen ausgewählt wird, wobei der Magnesit mindestens 95 Gew.% MgO enthält und der Graphit ein Kalk/Silika Verhältnis seiner Asche hat, das grösser als 0.2 ist und der Graphit einen Kohlenstoffgehalt hat, der von 90 bis 99 Gew.% reicht, wenn er durch die Abbrandverlustmessung gemessen wird.

2. Mischung nach Anspruch 1, welche auch 0.1 bis 10 Gew.% Metallzusätze enthält, die aus Aluminium, Magnesium oder Mischungen davon ausgewählt werden.

3. Mischung nach Anspruch 2, welche auch 0.1 bis 10 Gew.% Siliziumpulver und 0.1 bis 10 Gew.% Borkarbid, Bornitrid, Siliziumnitridpulver oder Mischungen davon enthält.

4. Ungebrannte feuerfeste Magnesit-Kohlenstoff Form, die aus einer ausgetrockneten Mischung besteht, welche von 70 bis 97 Gew.% totgebrannter Magnesit und entsprechend 3 bis 30 Gew.% Schuppengraphit enthält, und welche für je 100 Gewichtsteile des Magnesits und des Graphits zwischen 1 und 6 Gewichtsteile eines kohlenstoffhaltigen Haftmittels enthält, das aus einem Novolakharz, einem Resolharz, einem Teer, einem Pech oder Mischungen aus diesen ausgewählt wird, wobei der Magnesit mindestens 95 Gew.% MgO enthält und der Graphit ein Kalk/Silika Verhältnis seiner Asche hat, das grösser als 0.2 ist und der Graphit einen Kohlenstoffgehalt hat, der von 90 bis 99 Gew.% reicht, wenn er durch die Abbrandverlustmessung gemessen wird.

5. Feuerfeste Form nach Anspruch 4, welche auch 0.1 bis 10 Gew.% Metallzusätze enthält, die aus Aluminium, Magnesium oder Mischungen davon ausgewählt werden.

6. Feuerfeste Form nach Anspruch 4, welche auch 0.1 bis 10 Gew.% Siliziumpulver und 0.1 bis 10 Gew.% eines Materials enthält, das aus Borkarbid, Bornitrid, Siliziumnitridpulver oder Mischungen davon ausgewählt wird.

7. Auskleidung aus feuerfestem Stein für metallurgische Öfen, bei denen der hauptsächliche Verschleissmodus der Auskleidung aus Rissbildung besteht, die durch hohen Belastungen oder durch Turbulenz von geschmolzenem Metall und Schlacke verursacht werden, wobei die Auskleidung eine Vielzahl von ungebrannten feuerfesten Magnesit-Kohlenstoff-Steine umfasst, wobei die Steine im wesentlichen aus totgebranntem Magnesit von 70 bis 97 Gew.% und entsprechend aus 3 bis 30 Gew.% Schuppengraphit und, für je 100 Gewichtsteile des Magnesits und des Graphits aus zwischen 1 und 6 Gewichtsteilen eines kohlenstoffhaltigen Haftmittels, das aus einem Novolakharz, einem Resolharz, einem Teer, einem Pech oder Mischungen aus diesen ausgewählt wird, bestehen, wobei der Magnesit mindestens 95 Gew.% MgO enthält und der Graphit ein Kalk/Silika Verhältnis seiner Asche hat, das grösser als 0.2 ist und der Graphit einen Kohlenstoffgehalt hat, der von 90 bis 99 Gew.% reicht, wenn er durch die Abbrandverlustmessung gemessen wird.

8. Auskleidung aus feuerfestem Stein nach Anspruch 7, welche auch 0.1 bis 10 Gew.% Metallzusätze enthält, die aus Aluminium, Magnesium oder Mischungen davon ausgewählt werden.

9. Auskleidung aus feuerfestem Stein nach Anspruch 8, welche auch 0.1 bis 10 Gew.% Siliziumpulver und 0.1 bis 10 Gew.% eines Materials enthält, das aus Borkarbid, Bornitrid, Siliziumnitridpulver oder Mischungen davon ausgewählt wird.

10. Verfahren zur Erhöhung der Lebensdauer von Auskleidungen für metallurgische Öfen, bei denen der hauptsächliche Verschleissmodus der Auskleidung aus Rissbildung besteht, die durch hohen Belastungen oder durch Turbulenz von geschmolzenem Metall und Schlacke verursacht werden, wobei das Verfahren daraus besteht, eine Auskleidung für solche Öfen zu bilden, die eine Vielzahl von ungebrannten Magnesit-Kohlenstoff-Steine umfasst, und anschliessend diese Steine einer Wärmebehandlung zu unterziehen; wobei die ungebrannten Steine im wesentlichen aus einer ausgetrockneten Mischung besteht, die von 70 bis 97 Gew.% totgebrannter Magnesit und entsprechend 3 bis 30 Gew.% Schuppengraphit enthält, und die für je 100 Gewichtsteile des Magnesits und des Graphits zwischen 1 und 6 Gewichtsteile eines kohlenstoffhaltigen Haftmittels enthält, das aus einem Novolakharz, einem Resolharz, einem Teer, einem Pech oder Mischungen aus diesen ausgewählt wird; wobei der Magnesit mindestens 95 Gew.% MgO enthält und der Graphit ein Kalk/Silika Verhältnis seiner Asche hat, das grösser als 0.2 ist und der Graphit einen Kohlenstoffgehalt hat, der von 90 bis 99 Gew.% reicht, wenn er durch die Abbrandverlustmessung gemessen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Auskleidung auch 0.1 bis 10 Gew.% Metallzusätze enthält, die aus Aluminium, Magnesium oder Mischungen davon ausgewählt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Auskleidung auch 0.1 bis 10 Gew.% Siliziumpulver und 0.1 bis 10 Gew.% eines Materials enthält, das aus Borkarbid, Bornitrid, Siliziumnitridpulver oder Mischungen davon ausgewählt wird.