FI78447B - Tillsaettning av ferrokromslagg foer framstaellning av eldfasta och kemiskt bestaendiga fibrer. - Google Patents

Description

1 73447

FERROKROMIKUONAN SEOSTAMINEN TULENKESTÄVÄN JA KEMIALLISESTI KESTÄVÄN KUIDUN VALMISTAMISEKSI

Tämä keksintö kohdistuu tapaan valmistaa ferrokromikuonasta SiO^- ja Al^O^-pitoisia seosaineita lisäämällä sulatetta, josta voidaan kuiduttaa korkeita lämpötiloja ja voimakkaasti aikalisiä olosuhteita kestävää kuitua lähinnä teollisuuden käyttöön.

Ferrokromikuona on kromipitoista magnesium-alumiini-silikaattia, jota syntyy metallisen ferrokromin valmistuksen sivutuotteena. Kuonalle on ominaista, että se on syntynyt erittäin pelkistävissä olosuhteissa sähköuunisulatuksessa. Tästä syystä se ei sisällä juuri ollenkaan kromioksidia helpommin pelkistyviä metallioksideja, ei myöskään helposti höyrystyviä komponentteja.

Ferrokromikuona soveltuu korkeita lämpötiloja ja aikalisiä olosuhteita kestävän erikoiskuidun raaka-aineeksi mm. seuraavista syistä:

Kuona on homogeenista, kerran sulatettua ja kiinteänä osittain lasittunutta materiaalia, kuonasta tavallisesti yli 50% on kuidutettavan sulatteen valmistuksessa tarvittavaa SiC^ta ja A^O^ia, kuonan KjO-, Na20- ja CaO-pitoisuudet ovat hyvin alhaiset, millä on suuri merkitys valmistettavan kuidun sekä tulen- että alkalinkestävyyden kannalta, kuona on taloudellisesti edullista raaka-ainetta.

Ferrokromikuonan käyttö kuitujen valmistamiseksi tunnetaan patenttihakemuksesta FI-845115. Siinä esitetään kaksi ferrokromikuonan seos-tustapaa piioksidia ja alumiinioksidia käyttäen.

Ferrokromikuonan seostamisen tarkoituksena on muuttaa kuonasulan fysikaalisia ominaisuuksia siten, että sulatteesta voidaan valmistaa kuituja tunnettuja kuidutustapoja käyttäen. Lisäksi seostuksen tarkoituksena on varmistua siitä, että halutut lopputuotteen ominaisuudet saavutetaan. Tästä syystä kuonasulatteen kuiduttuvuuden parantamista ei j 78447 voida suorittaa esim. lopputuotteeksi saatavien kuitujen lämmönkestä-vyyden kustannuksella.

Jotta ferrokromikuonasulate saataisiin hyvin kuiduttuvaksi, on sen viskositeetin lämpötilariippuvuutta heikennettävä, pintaenergiaa pienennettävä ja kiteytymisherkkyyttä vähennettävä. Näihin kaikkiin haluttuihin tuloksiin päästään seostamalla kuonaa happamammaksi. Tämän lisäksi kiteytynisherkkyyden vähentämiseksi on tärkeää alentaa MgO:n aktiivisuutta sulatteessa.

Käytännön kuidutuskokeissa, joissa patenttihakemuksen Fl—845115 mukaisesti seostettiin ferrokromikuonaa siten, että seostetun sulatteen koostumus asettuu systeemiä MgO-AI^O^-SiO^ kuvaavassa faasidiagram-missa kordieriitin kiteytymisalueelle, havaittiin, että sulate kuiduttui hyvin. Mutta kuidun mekaaninen lujuus oli pieni ja sen käsiteltävyys heikko. Tarkemmissa tutkimuksissa havaittiin, että syynä tähän olivat kuidun sisältämät kiteytynät.

Esillä olevassa keksinnössä esitetään ferrokromikuonan parannettu seostustapa, jota käyttäen voidaan valmistaa sulatetta, josta valmistetut kuidut ovat korkeita lämpötiloja ja aikalisiä olosuhteita kestäviä. Tämän lisäksi kuidut ovat mekaanisesti lujia ja käsittelyä kestäviä, mikä on ratkaisevan tärkeää niiden käyttökelpoisuutta ajatellen. Keksinnön mukainen seostustapa eroaa olennaisesti patenttihakemuksessa Fl-845115 esitetystä käytettyjen lisäaineiden seostussuhteiden ja seostusmäärien osalta. Kuidutettavan sulatteen ja tietysti myös lopputulokseksi saatavien kuitujen kemiallinen koostumus on erilainen ja ominaisuudet paremmat. Keksinnön olennaiset tunnusmerkit käyvät esille oheisista vaatimuksista.

Keksinnön mukaisesti ferrokromikuonaan seostataan SiOj- ja A^O^-pitoisia seosaineita (esim. kvartsi, anortosiitti, kyaniitti, andalusiitti, bauksiitti, jne.) siten, että seosaineitten yhteenlaskettu SiC^/AljOj-suhde on 0.8-1.85 ja seostetun kuonan systeemiin MgO-A^Oj-SiOj redusoitu MgO-pitoisuus 10-20 p-%. Redusoinnilla tarkoitetaan laskentamenetelmää, jolla todellisen monikomponenttikuonan MgO-, AI^O^- ja SiO^-pitoisuudet kasvatetaan yhteensä 100%: iin pitäen pitoisuuksien 3 7844? keskinäissuhteet ennallaan.

Keksinnön mukaisessa seostustavassa kuidutettavan kuonasulatteen redusoitu MgO-pitoisuus rajoitetaan 20 p-%:a pienemmäksi sulatteen kuiduttuvuuden takia ja 10 p-%:a suuremmaksi sulatteen kuidutuslänpö-tilan liiallisen kohoamisen estämiseksi. Seosaineiden Si02/Al203~suhde taas on määrätty kuidun mekaanisen lujuuden turvaamiseksi.

Keksintöä kuvataan myös oheisen kuvan 1 avulla, joka on systeemin Mg0-AI203~Si02 faasidiagrammi. Kuvassa on esitetty yksi FeCr-kuonan koostumus, ja varjostettu tätä kuonaa vastaava, keksinnön piiriin kuuluva pitoisuusalue. Jos FeCr-kuonan koostumus muuttuu, muuttuu myös varjostettu alue, mutta seosaineiden suhde pidetään samana.

Keksinnön mukaisessa seostustavassa seosaineita lisätään ferrokromi-kuonaan kuonan koostumuksesta ja halutusta MgO-tasostn riippuen 33-60 % lopullisen kuonan määrästä. Seostus tapahtuu sulatusuunissa, jossa sulatteen lämpötilaa ja ulosvirtausta on helppo säätää. Tällainen uuni on esimerkiksi sähköuuni.

Keksinnön mukaisella tavalla seostetusta ferrokromikuonasta pystytään tunnettuja kuidutusmenetelmiä käyttäen valmistamaan erikoiskuitua, jonka tulenkestävyys on parempi kuin tunnettujen mineraali- tai kuona-kuitujen. Kuitu on lujuudeltaan ja käsiteltävyydeltään niihin verrattavaa tai parempaa. Myös sen alkalinkestävyys on niitä parempi.

Itse sulatteen lasinmuodostustaipumus on erittäin voimakas. Sulasta tilasta ilmassa jäähdytettynä kuonasulate muodostaa jähmettyessään täydellisesti lasimaisen rakenteen. Syntyvä lasi on väriltään voimakkaan sininen ja siitä valmistettu kuitu vaaleansinistä.

Keksintöä havainnollistetaan seuraavalla esimerkillä.

Esimerkki

Erään tyypillisen ferrokromikuonan kemiallinen koostumus on: Fe 4.9%, Cr 9.0%, Si02 29.6%, CaO 3.1%, MgO 25.9% ja Al^ 22.7%. Luvut ovat painoprosentteja. Systeemiin MgO-AlpO^-SiOj redusoituna koostumus *» 78447 on: MgO 33.1%, 29.0% ja SiO^ 37.9%. Kun kuona seostetaan keksinnön mukaisella tavalla, saadaan seostetun kuonan koostumusalu-eeksi kuvassa 1 varjostettu alue. Kuvaan on merkitty myös ferrokromi-kuonan lähtökoostumus.