DE1083740B

DE1083740B - Verfahren zur Herstellung von feuerfesten Tonerdezementen

Info

Publication number: DE1083740B
Application number: DEST14704A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Min Gottfried Hotz; Alexander Tutsek
Original assignee: STEINWERKE IAFEUERFESTIA KARL
Current assignee: STEINWERKE IAFEUERFESTIA KARL
Priority date: 1959-01-26
Filing date: 1959-01-26
Publication date: 1960-06-15
Also published as: GB908073A

Description

Verfahren zur Herstellung von feuerfesten Tonerdezementen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Tonerde, Kalk und kleine Mengen von Kieselsäure enthaltenden Tonerdezementen. Die Zusammensetzung der bekannten Tonerdezemente liegt etwa im folgenden Bereich (H. Kühl, Zement-Chemie, 1951, Bd. II, S.628):

S'02 , -. .................. 5 bis 15 °/o

A12 03 ................... 30 bis 50 %

Fe203 ................... 5 bis 15 %

T'02 .................... 1,5 bis 2,5 °/o

Ca0 .................... -35 bis 45 °/o

Mg0 ...... . ............. 0,5 bis 1,5 °/o

In ähnlicher Weise wird der Bereich der Tonerdezemente in dem Rankin-Diagramm nach Lea-Desh (Winnacker-Weingaertner, Chemische Technologie, Anorg., Bd. II, S. 318) dargestellt.

Wie sich aus dem Rankin-Diagramm im einzelnen ergibt, haben die technisch brauchbaren Tonerdezemente einen Kalkgehalt von 24 bis 47 % bei einem etwa zwischen 50 und 75 °/o liegenden Tonerdegehalt.
Tonerdezemente eignen sich wegen ihrer hohen Erweichungstemperatur insbesondere als Bindemittel zur Herstellung feuerfester Massen und Körper. Ihre Feuerfestigkeit steigt mit sinkendem Kalkgehalt, jedoch war es bisher nicht möglich, Zemente dieser Art mit einem Kalkgehalt von weniger als 24% Ca 0 mit ausreichenden hydraulischen Eigenschaften herzustellen.
Es wurde nun gefunden, daß hochfeuerfeste Tonerdezemente mit einem erheblich niedrigeren Kalkgehalt und hervorragenden hydraulischen Eigenschaften dadurch gewonnen werden können, daß man eine Rohstoffmischung solcher Zusammensetzung verwendet, daß der Kalkgehalt des Tonerdezementes bei 8 bis 23 °/o und der Tonerdegehalt bei 80 bis 55 °/o liegt, und zum Erreichen der erforderlichen hydraulischen Eigenschaften 5 bis 25 °/o, vorzugsweise 10 bis 20 % Sesquioxyde von solchen Metallen anwesend sind, deren dreiwertiges Ion einen dem A1+++ ähnlichen Ionenradius hat, wie insbesondere Mangan, Chrom und Titan.
Die gute hydraulische Erhärtung bei diesen neuen Tonerdezementen dürfte nicht auf dem Monocalciumaluminat beruhen. Vielmehr ist anzunehmen, daß das Gitter des normalerweise nur schwach hydraulischen Dicalciumaluminats durch den Einbau der genannten Sesquiöxyde so aufgeweitet wird, daß die erfindungsgemäß festgestellte erhebliche Verbesserung der hydraulischen Eigenschaften eintritt. Dabei hat sich gezeigt, daß beim Einbau von Mangan der Kalkgehalt geringer bleiben und z. B. bei 110/, liegen kann, so daß eine entsprechend erhöhte Feuerfestigkeit erzielt wird. Bei dem Einbau von Titan oder Chrom muß der Kalkgehalt etwas, z. B. auf 12 bis 15 % oder mehr, angehoben werden.
Die nach dem neuen Verfahren hergestellten Tonerdezemente stehen in ihren hydraulischen Eigenschaften den bisher üblichen kalkreichen Tonerdezementen mit einem Kalkgehalt von über 25 °/o nicht nach. Sie haben ihnen gegenüber den Vorteil, daß sie einen bedeutend höheren Erweichungspunkt aufweisen und dadurch besonders gute Bindemittel für feuerfeste Zwecke sind. Sie lassen sich daher auch für solche Zwecke einsetzen, bei denen man bisher auf die Verwendung von Tonerdezementen verzichten mußte. Die Zemente sind raumbeständig nach DIN 1164, auch Erstarrungsbeginn und Ende erfüllen die Norm. Auch Betonkörper oder Stampfmassen, die mit den neuen Tonerdezementen hergestellt sind, haben im Vergleich mit den entsprechenden Zustellungen unter Verwendung der bekannten, kalkreicheren Tonerdezemente einen geringeren Festigkeitsabfall beim Brennen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Rohstoffmischung 0 bis 5 °/o, vorzugsweise 1 bis 3 °/o Fee 03 zugesetzt, was sich günstig auf die Festigkeit auswirkt.
Die neuen Zemente können durch Schmelzen im Elektroofen oder durch Sintern, z. B. im Drehofen, hergestellt werden.
Gemäß einer vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung werden die bei der aluminothermischen oder elektrothermischen Gewinnung von Mangan, Chrom, Ferrotitan, Ferro-Niob-Tantal oder Ferrovanadin anfallenden Schlacken mit einer den neuen Tonerdezementen entsprechenden Zusammensetzung zur Herstellung hydraulischer Bindemittel unter so weitgehender Zerkleinerung der Schlacken verwendet, daß auf einem Sieb mit der Maschenweite 4900 cm2 weniger als 20 % Rückstand verbleibt (DIN 1164 für Zement). Dabei kann der Kalkgehalt der Schlacken im Ausgangsgemisch oder nach dem Abbrand so eingestellt werden, daß die Schlacke die Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Tonerdezemente hat. Bei dem Einstellen nach dem Abbrand empfiehlt es sich, die Schlacke nach Ablauf der eigentlichen Reaktion durch Eintauchen von Elektroden noch flüssig zu halten und mit dem erforderlichen Zusatz von gebranntem Kallz zu versetzen und zu homogenisieren. Es gelingt so, ein völlig gleichmäßiges Erzeugnis der gewünschten Zusammensetzung zu erhalten.

Die Zusammensetzung der neuen Tonerdezemente bewegt sich in folgenden Grenzen

(1) Si02 ........... .......... 0 bis 40/0

A1203 ...................... - -80 bis 55 0/0

Mn203 und/oder Cr. 0, Ti203 5 bis 25 0/0

Fee 03 ..................... 5 bis 0 0/0

Ca0 ...................... 23 bis 80/0

Sehr gute Werte zeigen beispielsweise Tonerdezemente der folgenden Zusammensetzungen

(2) Si OZ .......................... 3,70/0

A1203 ......................... 60,70/,

Cri 03 ............. _ ............ 14,70/0

Ca0 .......................... -19,80/0

Mg0 ............................ 0,90/0

(3) SiO2 .......................... 1,4%

A1203 ......................... 62,80/,

Fe20. ..................... : ... 2,40/0

Mn304 ........................ 20,3%

Ca0 .......................... 11,10/0

Mg0 .......................... 1,20/0

Ba0 ........................ . . 0,90/0

Gewichtszunahme .............. 0,470/,

(4) SiO2 .......................... 0,3°/0

A12 03 ......................... 64,30/0

Fee 03 .......................... 1,00/0

Mn304 ........................ 2,70/,

Ti02 .......................... 12,20/0

Ca0 .......................... 16,3 0/0

Mg0 .......................... 1,70/0

Ba0 .......................... 1,60/0

Gewichtszunahme .............. 0,704

In dem letztgenannten Tonerdezement ist das Titan analytisch als Ti OZ bestimmt. Es liegt in dem Zement aber in geringen Mengen als TiO und TiO2 vor, während die Hauptmenge als Ti203 im Calciumalnminat gelöst ist.

Zur Veranschaulichung des erfindungsgemäß erzielten technischen Fortschritts werden im folgenden vergleichsweise Angaben über die Eigenschaften von handelsüblichem Tonerdezement und von Tonerdezementen gemäß den Beispielen 3 und 4 gemacht.

Die Prüfung des Erstarrungsbeginns und des Erstarrungsendes mit dem Nadelgerät nach DIN 1164 ergibt für handelsüblichen Tonerdezement mit einer Zusammensetzung von

S102 ........................... 70/0

A120. .......................... 460/0

Fe203 ......................... 4%

Ca0 ........................... 410/0

Mg0 ........................... 10/0

einen Erstarrungsbeginn nach einer halben Stunde, bei den Tonerdezementen gemäß den Ausführungsbeispielen 3 und 4 dagegen einen Erstarrungsbeginn nach 3/4 Stunden. Die Erstarrung ist bei dem angegebenen handelsüblichen Tonerdezement nach 6 Stunden und bei Tonerdezementen gemäß dem Ausführungsbeispiel 3 bzw. 4 nach 8 bzw. 10 Stunden beendet.

Bei der Prüfung der Raumbeständigkeit durch Koch-und Kaltwasserversuch nach DIN 1164 wiesen alle drei Zemente keinerlei Beeinträchtigung auf. Sie blieben im Kochversuch scharfkantig und zeigten keinerlei Krümmung, während im Kaltwasserversuch keine Treiberscheinungen auftraten.

Zur Bestimmung der Druckfeuerfestigkeit nach DIN 1064 wurden 750/, einer Korundmasse der folgenden Zusammensetzung:

A12 03 .......................... 700/0

Mn304 ......................... 100/0

Fee 03 .......................... 10/0

V2.05 .......................... 30/0

Ca0 ........................... 30/0

Ba0 ........................... 20/0

Mg0 ........................... 11°/0

mit 25 0/0 der untersuchten Zemente verarbeitet. Bei der Bestimmung der Druckfeuerbeständigkeit nach DIN 1064 ist tu die Temperatur, bei der die Höhe des Prüfkörpers um 3 mm abgesunken ist, te die Temperatur, bei der die Höhe des Prüfkörpers um 20 mm abgesunken ist, und tb die Temperatur für den Zusammenbruch, wenn infolge vorzeitigen Zusammenbrechens des Prüfkörpers ein eigentliches Erweichen nicht erfolgt. Die Bestimmung der Feuerfestigkeit nach Segerkegeln erfolgte nach DIN 51063:-Für die Feuerfestigkeit wurden die folgenden Werte erhalten:

Handels- Tonerde- Tonerde-

üblicher Zement Zement

Toneide-

schmelz- gemäß gemäß

Zement Beispiel 3 Beispiel 4

Druckfeuer-

Beständigkeit

(DIN 1064) ... tb 1440°C tu 1630° C tu 1550 C°

tb 16300C tb 1560°C

Segerkegel

(DIN 51063) . . 19 35 33

Die Tonerdezemente nach den Beispielen 3 und 4 zeigen also nur eine geringfügige Verzögerung des Erstarrungsbeginns und des Erstarrungsendes. Sie haben aber gegenüber handelsüblichem Tonerdezement eine ganz erheblich höhere Feuerfestigkeit.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Herstellung von Tonerde, Kalk und kleine Mengen von Kieselsäure enthaltenden feuerfesten Tonerdezementen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rohstoffmischung solcher Zusammensetzung verwendet wird, daß der Kalkgehalt des Tonerdezementes bei 8 bis 2301, und der Tonerdegehalt bei 80 bis 55 0/0 liegt, und zum Erreichen der erforderlichen hydraulischen Eigenschaften 5 bis 25 0/0, vorzugsweise 10 bis 200/0 Sesquioxyde von solchen Metallen anwesend sind, deren dreiwertiges Ion einen dem A1-4- + ` ähnlichen Ionenradius hat, wie insbesondere Mangan, Chrom und Titan.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohstoffmischung 0 bis 5 0/0, vorzugsweise 1 bis 30/0 Fe, 0, zugesetzt werden.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine bei der alun-iinothermischen oder elektrothermischen Gewinnung von Mangan, Chrom, Ferrotitan, Ferro-Niob-Tantal oder Ferrovanadin anfallende Schlacke so weitgehend zerkleinert wird, daß auf einem Sieb mit 4900 Maschen/cm" weniger als 200/0 Rückstand verbleibt, als Rohstoff verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlacken durch Zusatz von Kalk zum Ausgangsgemisch oder nach dem Abbrand die geforderte Zusammensetzung erhalten.