FI78447C

FI78447C - TILLSAETTNING AV FERROKROMSLAGG FOER FRAMSTAELLNING AV ELDFASTA OCH KEMISKT BESTAENDIGA FIBER.

Info

Publication number: FI78447C
Application number: FI875238A
Authority: FI
Inventors: Frans Heikki Tuovinen; Aarno Taneli Salervo
Original assignee: Outokumpu Oy
Priority date: 1987-11-27
Filing date: 1987-11-27
Publication date: 1989-08-10
Also published as: FI875238A0; JPH02502372A; EP0346415A1; FI78447B; WO1989004813A1

Description

1 734471 73447

FERROKROMIKUONAN SEOSTAMINEN TULENKESTÄVÄN JA KEMIALLISESTI KESTÄVÄN KUIDUN VALMISTAMISEKSIBLENDING OF FERROCHROME SLAG TO MANUFACTURE REFRACTORY AND CHEMICALLY RESISTANT FIBER

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.This invention relates to a method of making SiO 2 and Al 2 O 2 -containing alloys from ferrochrome slag by adding a melt from which high temperature and highly weather resistant fiber can be defibered, mainly for industrial use.

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.Ferrochrome slag is a chromium-containing magnesium-aluminum silicate formed as a by-product of the manufacture of metallic ferrochrome. Slag is characterized by the fact that it is produced under highly reducing conditions in electric furnace smelting. For this reason, it contains almost no metal oxides, which are more easily reduced than chromium oxide, nor easily volatile components.

Ferrokromikuona soveltuu korkeita lämpötiloja ja aikalisiä olosuhteita kestävän erikoiskuidun raaka-aineeksi mm. seuraavista syistä:Ferrochrome slag is suitable as a raw material for special fibers that can withstand high temperatures and weather conditions, e.g. for the following reasons:

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.The slag is a homogeneous, once melted and solid partially vitrified material, the slag usually contains more than 50% of the SiO 2 and Al 2 O 3 required for the production of the defiberable melt, the slag K 10, Na 2 O and CaO contents are very low, which is of great importance in terms of both fire and alkali resistance of the fiber to be produced, slag is an economically advantageous raw material.

Ferrokromikuonan käyttö kuitujen valmistamiseksi tunnetaan patenttihakemuksesta FI-845115. Siinä esitetään kaksi ferrokromikuonan seos-tustapaa piioksidia ja alumiinioksidia käyttäen.The use of ferrochrome slag for the production of fibers is known from patent application FI-845115. It shows two methods of alloying ferrochrome slag using silica and alumina.

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.The purpose of doping ferrochrome slag is to change the physical properties of the slag melt so that fibers can be made from the melt using known fiberization techniques. In addition, the purpose of blending is to ensure that the desired properties of the final product are achieved. For this reason, it is not possible to improve the fibrousness of the slag melt, e.g. at the expense of the heat resistance of the fibers obtained as the final product.

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.In order to make ferrochrome slag melt well fibrous, the temperature dependence of its viscosity must be reduced, the surface energy must be reduced and the sensitivity to crystallization must be reduced. All of these desired results are achieved by acidifying the slag. In addition, to reduce the sensitivity to crystallization, it is important to reduce the activity of MgO in the melt.

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.In practical defibering experiments in which ferrochrome slag was alloyed according to patent application F1-845115 so that the composition of the alloyed melt settled in the crystallization region of the cordierite in the phase diagram depicting the system MgO-Al 2 O 2 -SiO 2, it was found that the melt was well defibered. But the mechanical strength of the fiber was low and its processability was poor. Further studies found that this was due to the crystallization contained in the fiber.

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.The present invention provides an improved doping method for ferrochrome slag that can be used to produce a melt from which the fibers are resistant to high temperatures and weather conditions. In addition, the fibers are mechanically strong and resistant to handling, which is crucial for their usability. The compounding method according to the invention differs substantially from that described in patent application F1-845115 in terms of the doping ratios and doping amounts of the additives used. The chemical composition of the melt to be defibered and, of course, also of the resulting fibers is different and the properties are better. The essential features of the invention appear from the appended claims.

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 keskinäissuhteet ennallaan.According to the invention, SiO 2 and Al 2 O 2 -containing alloying elements (e.g. quartz, anorthosite, cyanite, andalusite, bauxite, etc.) are doped in the ferrochrome slag so that the total SiO 2 / AlO 2 ratio of the alloying elements is 0.8-1.85 and the alloy slag system has MgO -A 2 O 2 -SiO 2 reduced MgO content 10-20 wt%. Reduction refers to a calculation method in which the MgO, Al 2 O 3 and SiO 2 contents of a true multicomponent slag are increased to a total of 100%, while maintaining the interrelationships of the concentrations.

3 7844?3 7844?

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.In the compounding method according to the invention, the reduced MgO content of the slag melt to be defibered is limited to 20% by weight due to the defiberability of the melt and to 10% by weight to prevent an excessive increase in the defibering temperature of the melt. The SiO2 / Al2O3 ratio of the alloying elements, on the other hand, is determined to ensure the mechanical strength of the fiber.

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.The invention is also illustrated by the accompanying Figure 1, which is a phase diagram of the system MgO-Al 2 O 3 -SiO 2. The figure shows one composition of FeCr slag, and a shaded concentration range corresponding to this slag, which is within the scope of the invention. If the composition of the FeCr slag changes, the shaded area also changes, but the ratio of alloying elements is kept the same.

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.In the doping method according to the invention, the dopants are added to the ferrochrome slag depending on the composition of the slag and the desired level of MgO, 33-60% of the amount of final slag. The doping takes place in a melting furnace where the melt temperature and outflow are easy to control. Such an oven is, for example, an electric oven.

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.The ferrochrome slag doped in the manner according to the invention can be used to produce a special fiber using known fiberization methods, which has a better fire resistance than known mineral or slag fibers. The fiber is comparable or better in strength and processability. Its alkali resistance is also better than them.

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.The glass-forming tendency of the melt itself is very strong. When cooled from air from the molten space, the slag melt forms a perfectly glassy structure when solidified. The resulting glass is intensely blue in color and the fiber made from it is light blue.

Keksintöä havainnollistetaan seuraavalla esimerkillä.The invention is illustrated by the following example.

EsimerkkiExample

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.The chemical composition of a typical ferrochrome slag is: Fe 4.9%, Cr 9.0%, SiO 2 29.6%, CaO 3.1%, MgO 25.9% and Al 2 22.7%. Figures are by weight. Reduced to the MgO-AlpO 2 -SiO 2 system, the composition *> 78447 is: MgO 33.1%, 29.0% and SiO 2 37.9%. When the slag is doped according to the invention, the composition area of the doped slag is the shaded area in Fig. 1. The starting composition of ferrochrome slag is also indicated in the figure.