DE19629099A1 - Verfahren zur Herstellung eines keramischen Formkörpers - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines keramischen FormkörpersInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
eines keramischen Formkörpers, einen nach einem derartigen
Verfahren hergestellten keramischen Formkörper gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 7 und eine Verwendung eines
derartigen Formkörpers gemäß Patentanspruch 10.
Im deutschen Abfallgesetz ist die Pflicht zur Abfall
verwertung, das sogenannte Abfallverwertungsgebot festge
schrieben. Demgemäß hat die Abfallverwertung, d. h. das Ge
winnen von Stoffen oder Energie aus Abfällen dann Vorrang
vor der sonstigen Entsorgung, wenn die Abfallverwertung
technisch möglich ist, die hierbei entstehenden Mehrkosten
im Vergleich zu anderen Verfahren nicht unzumutbar sind und
für die gewonnenen Stoffe oder für die gewonnene Energie
ein Markt vorhanden ist. Die Abfallverwertung ermöglicht
eine Mehrfachnutzung von Stoffen unter Ersparnis von primä
ren Rohstoffen oder der Ersparnis von primären Energieträ
gern. Aufgrund der erheblichen Umweltprobleme sind die Kom
munen bestrebt, eine Abfallentsorgung durch Deponierung zu
vermeiden.
Im Zuge dieser Bemühungen hat man beispielsweise in der
deutschen Patentanmeldung 195 25 051.6 vorgeschlagen, bei der
Ziegelherstellung Ton und Lehmbestandteile des Rohgutes
durch mineralhaltige Abfallstoffe, wie beispielsweise Ha
fenschlamm zu ersetzen und diese einem besonderen
Trocknungsverfahren zu unterziehen.
Des weiteren sind Versuche bekannt, bei denen Asbestfa
sern beim Zerkleinern und Kneten des Rohgutes für die Zie
gelherstellung zugegeben wurden, wobei die Asbestfasern
während des Brennvorganges inertisiert und in die kerami
sche Matrix eingebunden wurden, so daß die derart entstan
denen Ziegel ohne Gefahr einer Umweltschädigung deponiert
oder aber einer weiteren Verwendung, beispielsweise im
Straßenbau zugeführt werden können.
Insbesondere in der metallverarbeitenden Industrie fal
len eine Vielzahl von metallhaltigen Abfallstoffen an, die
mit vergleichsweise energieaufwendigen und technologisch
komplizierten Verfahren aufbereitet und einer weiteren Ver
wendung zugeführt werden.
So fällt beispielsweise beim Walzen von Stahlblechen,
etc. sogenannter Walzzunder an, der sich an der Oberfläche
des Walzgutes ausbildet. Unter einem derartigen Walzzunder
versteht man das während des Walzvorganges auf der Stahl
oberfläche gebildete Eisenoxyd, das beim Überschreiten vor
bestimmter Walztemperaturen einen mehrschichtigen Aufbau
aus Eisenoxyd (Fe₂O₃), Eisenoxyduloxyd (Fe₃O₄) und Eisen
oxydul (FeO) aufweist. Die Dicke der Walzzunderschicht
nimmt mit der Walztemperatur und der Walzzeit zu, da diese
Zunderschicht sauerstoffdurchlässig ist. Der Walzzunder ist
eine porige, spröde und nicht fest anhaftende Schicht, die
beim Walzen größtenteils von selbst von der Oberfläche des
Walzgutes abfällt. Die zunderfreien Stellen der Walzober
flächen verzundern jedoch sofort wieder, so daß in der Re
gel eine Nachbehandlung des Walzgutes nach dem Walzvorgang
erforderlich ist. Dazu werden die Walzprodukte vielfach
beim Walzenaustritt einer thermischen Behandlung unterzo
gen, so daß die Walzzunderschicht durch die Wärmeausdehnung
des Walzgutes abplatzt und somit entfernt wird.
Wie oben erwähnt, enthalten diese Walzzunderschichten
einen hohen Fe-Anteil und sind somit hochwertige Abfall
stoffe, die in den Herstellungszyklus zurückzuführen sind.
Bisher hat man derartige Walzzunderabfälle mit Stahl
schrott gemischt und beim Hochofenprozeß als Zugabe zum
Roheisen hinzugefügt. Eine derartige Rückführung des Walz
zunders birgt allerdings das Problem in sich, daß aufgrund
der undefinierten Größe und Zusammensetzung der Walzzunder
partikel es sehr schwierig ist, ein vorbestimmtes Mi
schungsverhältnis mit dem hinzuzugebenden Stahlschrott ein
zustellen, so daß in ungünstigen Fällen die durch den
Hochofenprozeß herzustellende Stahlqualität schwankt.
Ein weiteres Problem liegt darin, daß die beim Walzvor
gang anfallenden Walzzunder einen vergleichsweise hohen An
teil an Walzöl aufweisen, das während des Walzvorganges zu
gegeben wird, um die Oberflächenqualität des Walzgutes zu
verbessern und den Verschleiß der Walzen zu minimieren. Da
dieser Ölgehalt des Walzzunders bei der Stahlherstellung
nicht erwünscht ist, können nur Walzzunder mit einem Ölan
teil von kleiner 1 Mas% verwendet werden, so daß oftmals
eine kostenintensive Nachbehandlung des Walzzunders erfor
derlich ist.
Beim Schleifen von Metallwerkstücken, vorzugsweise von
Stahlwerkstücken fällt metallischer Schleifstaub an, der
mit Kühlschmiermittel versetzt ist. Derartige Industrieab
fälle sind ebenfalls aus den o.g. Gründen nicht direkt bei
der Stahlherstellung verwendbar, so daß ebenfalls eine
Nachbehandlung des mit Öl versetzten Schleifstaubes erfor
derlich ist. Eine direkte Rückführung des aufbereiteten
Staubes in den Hochofen ist nicht möglich, da sonst die Ge
fahr einer Staubexplosion besteht.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaf
fen, mit dem derartige metallhaltige Rückstände aus Metall
verarbeitungsprozessen, beispielsweise aus Umformverfahren
oder spanenden Verfahren einer weiteren Verwendung zuge
führt werden können. Eine weitere Aufgabe der Erfindung
liegt darin, aus diesen Rückständen ein Produkt zu schaf
fen, für das ein Markt vorhanden ist und das in einem sich
anschließenden Verfahrensschritt Verwendung finden kann.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Herstellungsverfah
rens durch die Merkmale des Patentanspruchs 1, hinsichtlich
des Produktes durch die Merkmale des nebengeordneten Pa
tentanspruchs 7 und hinsichtlich der Verwendung dieses Pro
duktes durch die Merkmale des Patentanspruchs 10 gelöst.
Durch die Erfindung wird erstmals vorgeschlagen, die
metallhaltigen Rückstände aus einem Umformungs- oder Spa
nungsprozeß zur Herstellung eines keramischen Formkörpers
zu verwenden, wobei der metallhaltigen Fraktion eine Binde
substanz zugegeben wird, durch die die Formbeständigkeit
des keramischen Formkörpers nach dem Brennvorgang gewähr
leistet ist.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ein mit Me
tall - vorzugsweise Eisen - angereichertes Zwischenprodukt
geschaffen, das aufgrund seiner definierten Zusammensetzung
und geometrischen Ausgestaltung in vorteilhafter Weise in
einem Hochofen- oder Gießereiprozeß verwendet werden kann.
Die Bindesubstanz unterstützt dabei die Schlackenbildung
und damit die Abscheidung von Verunreinigungen an der
Schmelzenoberfläche. Das heißt, die Bindesubstanz wirkt als
Schlackenbildner und trägt somit zu einer hohen Stahlquali
tät bei.
Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nach dem Brenn
vorgang ein geometrisch definierter Formkörper vorliegt,
wird die Lagerhaltung und der Transport der Formkörper ge
genüber der herkömmlichen Lösung, bei der unregelmäßig ge
formte Walzzunderteile bewegt werden mußten, wesentlich
vereinfacht.
Das Verfahren läßt sich mit besonders gutem Erfolg an
wenden, wenn der Walzzunderanteil mehr als 50 Mas%, vor
zugsweise zwischen 60 und 90 Mas% des Formkörpergewichtes
vor dem Brennvorgang beträgt.
Alternativ zu dem Walzzunder können auch Schleifstäube
oder Späne aus einem spanabhebenden Verfahren oder andere
metallische Rückstände aus einem Produktionsverfahren Ver
wendung finden.
Als Bindesubstanz zur Bindung der metallhaltigen Frak
tion kann ein normalerweise bei der Ziegelherstellung ver
wendeter Ton oder aber ein anderer mineralhaltiger Abfall
stoff, wie beispielsweise der eingangs erwähnte Hafen
schlick, Bleicherde oder schluffige Anteile aus einer Bo
denwaschanlage oder ein Gemisch derartiger Stoffe verwendet
werden. Wesentlich ist, daß die mineralische Bindesubstanz
als Ersatzstoff für Ton oder Lehm zur Ziegelherstellung
verwendet werden kann.
Die nach dem Verfahren hergestellten Produkte lassen
sich besonders gut in Stahlwerken verwenden, wenn der Ei
sengehalt des Formkörpers mehr als 40 Massenprozent be
trägt.
Besonders vorteilhaft für den Brennvorgang bei der
Formkörperherstellung ist es, wenn die metallhaltige Frak
tion und/oder die Bindesubstanz Öl enthalten, das beim
Brennvorgang als Energieträger verwendet werden kann. Durch
die hohen Brenntemperaturen wird das eingebundene Öl soweit
verbrannt, daß die von den Stahlwerken gewünschten Grenz
werte von weniger als einem Massenprozent Öl erreichbar
sind.
Bei der Verwendung als Zugabemittel im Stahlwerk wird
der Schmelzpunkt des Formkörpers derart eingestellt, daß er
etwa im Bereich des Schmelzpunktes der Stahlschmelze liegt.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsge
mäßen Verfahrens, des erfindungsgemäßen Formkörpers und der
Verwendung dieses Formkörpers sind Gegenstand der sonstigen
Unteransprüche.
Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung anhand der schematischen Zeichnung näher er
läutert.
Die einzige Figur zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ver
fahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen keramischen
Formkörpers.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel beschrieben,
bei dem der in einem Walzwerk anfallende Walzzunder, der
einen im üblichen Rahmen liegenden bis zu 15 Mas% Ölgehalt
aufweist, weiterverarbeitet wird.
Wie bereits eingangs erwähnt, wird der Walzzunder nach
oder während des Walzvorgangs durch einen sich anschließen
den Entzunderungsvorgang abgelöst. Die Entzunderung wird
nach verschiedenen Verfahren durchgeführt, wobei mechani
sche, chemische und die eingangs genannten thermischen Ver
fahren oder Kombinationen dieser Verfahren Verwendung fin
den. Sehr häufig werden mechanische Verfahren verwendet,
bei denen Strahlmittel aus Eisenwerkstoffen auf das verzun
derte Walzgut geschleudert werden. Demzufolge kann bei der
artigen mechanischen Verfahren der abgesprengte und zer
kleinerte Walzzunder noch mit den Strahlmitteln aus Eisen
werkstoffen vermischt sein.
Dieser abgelöste Walzzunder wird vom Betreiber des er
findungsgemäßen Verfahrens beim Stahlwerk abgeholt und ei
nem Ziegeleiprozeß zugeführt.
Bei diesem Ziegeleiprozeß, der beispielsweise einige
Schritte des klassischen Ziegeleiprozesses beinhaltet, wird
der angelieferte Walzzunder und eine geeignete Bindesub
stanz, wie beispielsweise bei der Ziegelherstellung verwen
deter Ton aus Aluminiumsilikaten oder Lehm (mit Sand gema
gerter Ton) mit Bestandteilen an Eisenhydroxyd sowie gege
benenfalls weitere Beimengungen (Magerungsmittel) vermischt
und zerkleinert. Dieser Misch-/Zerkleinerungsvorgang er
folgt üblicherweise in einem Kollergang, wobei die Mischung
durch Walzen auf geschlitzten Stahlplatten mit sich gegen
läufig drehenden Walzenpaaren zerkleinert und geknetet
wird. Das Mischungsverhältnis wird bei dem erfindungsgemä
ßen Verfahren derart eingestellt, daß der Anteil an Binde
substanz (Bindeton) etwa 20 bis 30 Mas% beträgt, so daß der
Walzzunderanteil entsprechend etwa 70 bis 80 Mas% beträgt.
Selbstverständlich sind auch Verwendungen möglich, bei de
nen der Walzzunderanteil im Bereich von 50 Mas% oder 90
Mas% beträgt. Die o.g. Prozentangaben beziehen sich auf die
Gesamtmenge der Mischung vor dem Trocknungs- oder Brennvor
gang. Die Aufbereitung der Materialien für die Formkörper
herstellung kann praktisch jeden beliebigen Naß- oder
Trockenaufbereitungsschritt beinhalten, wie er bisher aus
der Herstellung von Grobkeramiken bekannt ist.
Nach dem Zerkleinern und Mischen der Komponenten
(Walzzunder, Bindeton) wird die Masse mit H₂O-Dampf ver
setzt und einer Strangpresse (Schneckenpresse) zugeführt,
wobei durch geeignete Ausgestaltung des Mundstückes ein
Strang mit vorbestimmten Außenabmessungen ausgeformt wird.
Dieser kontinuierlich ausgepreßte Strang wird bei
spielsweise durch eine Drahtschneideinrichtung auf Maß ge
schnitten und die so entstandenen wasserhaltigen Formlinge
einem Trocknungsvorgang zugeführt.
Die vorgeformten Rohlinge werden entweder stationär in
Trockenkammern oder auf einem Wagen aufgestapelt in Durch
lauftrocknern bei einer Temperatur von etwa 100°C getrock
net, so daß das an der Oberfläche der Rohlinge angelagerte
Wasser entzogen wird, das zum Geschmeidigmachen des Roh
stoffes aus Walzzunder und Bindeton in Form von Wasserdampf
beim Strangpressen zugeführt wurde.
Nach dem Trocknungsvorgang durchlaufen die aufgestapel
ten Rohlinge einen Brennofen, der üblicherweise als Tunnel- oder
Ringofen ausgebildet ist. In diesem Brennofen werden
die Rohlinge bei einer Temperatur von 800 bis 1200°C ge
brannt, wobei ab 800°C das Hydratwasser aus dem Bindeton
ausgetrieben wird und die Bestandteile bei gleichzeitiger
Verdichtung der Masse miteinander versintert werden.
Sonstige in der Bindesubstanz oder in den metallhalti
gen Rückständen vorhandene Verunreinigungen, wie beispiels
weise Chrom oder organische Rückstände werden bei dem er
findungsgemäßen Prozeß in die keramische Matrix eingebun
den, so daß diese zumindestens während des Lagerns der ge
brannten Formkörper nicht auftreten können.
Bei dem sich anschließenden Schmelzvorgang im Stahlwerk
lagern sich diese Rückstände vorzugsweise in der Schlacke
an, deren Bildung - wie bereits erwähnt - durch die Binde
substanz unterstützt wird, so daß die Verunreinigungen
nicht in den Stahl gelangen können.
Im Anschluß an den Brennvorgang erhält man einen form
beständigen Formkörper, der einen vergleichsweise hohen Ei
senanteil aufweist, der als Eisenoxyd gebunden ist. Die Ei
senoxydbestandteile sind in die keramische Matrix eingebun
den, die im wesentlichen durch den hinzugefügten Bindeton
gebildet ist.
Während des Brennvorganges wird das üblicherweise im
Walzzunder enthaltene Walzöl verbrannt, so daß durch die
freigesetzte Verbrennungsenergie der eigentliche Brennvor
gang unterstützt wird und der Energieaufwand zur Ofenbe
feuerung minimierbar ist.
Wie bereits eingangs erwähnt, kann anstelle des Binde
tons auch ein anderer mineralhaltiger Abfallstoff oder ein
Gemisch derartiger Abfallstoffe mit Bindeton eingesetzt
werden.
Bei der Verwendung derartiger Abfallstoffe kann es zur
Reduzierung des Schwindmaßes beim Trocknen und beim Brennen
vorteilhaft sein, wenn die Bindetonbestandteile oder deren
Ersatzstoffe (Hafenschlamm, Bleicherde, schluffige Anteile
aus einer Bodenwaschanlage, etc.) vor dem Mischen mit dem
Walzzunder vorgetrocknet werden, wie dies in der eingangs
genannten Patentanmeldung 195 25 051.6 beschrieben wurde.
Der nach dem Brennvorgang erhaltene formstabile Form
körper wird dann nach dem Abkühlen auf Paletten gestapelt
oder in Folien verpackt und zur weiteren Verwendung als Zu
gabemittel ins Stahlwerk transportiert.
Da die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestell
ten Keramikkörper eine definierte Zusammensetzung und Dich
te aufweisen, ist die Bemessung der Zugabemittel beim
Hochofenprozeß gegenüber der herkömmlichen Vorgehensweise
wesentlich vereinfacht und exakter durchführbar, so daß die
Stahlqualität erhöhbar ist. Ein weiterer Vorteil ist darin
zu sehen, daß keine eigenen oder weniger Schlackenbildner
hinzugegeben werden müssen, da die Bindesubstanzanteile
selbst als Schlackenbildner wirken.
In einem durchgeführten Vorversuch wurde üblicherweise
in der Ziegelindustrie verwendeter Ziegelton mit aus einem
Walzwerk stammenden Walzzunder vermischt, wobei der Walz
zunderanteil bei 85 Mas% lag. Diese Mischung wurde nach dem
vorbeschriebenen Verfahren zu einem quaderförmigen Vollkör
per verarbeitet, wobei die Trocknungstemperatur 110°C und
die Brenntemperatur ca. 1000°C betrug.
Der erhaltene Formkörper hatte einen Fe-Gehalt von 65
Mas%, eine Dichte von 3,7 kg/dm³ und einen Schmelzpunkt in
einem Bereich zwischen 1230°C und 1310°C.
Der derart hergestellte Formkörper war magnetisierbar
und hatte eine Formbeständigkeit, die eine problemlosen
Transport zum Stahlwerk gewährleistet.
Die Verarbeitungsparameter sollten so gewählt werden,
daß ein formbeständiger Formkörper erhalten wird, bei dem
der Eisenanteil möglichst hoch ist und dessen Schmelzpunkt
im Bereich des Schmelzpunktes der im Stahlwerk verarbeite
ten Schmelze oder darunter liegt, so daß eine homogene
Schmelzezusammensetzung gewährleistet ist.
Selbstverständlich können anstelle der vorbeschriebenen
Eisen-Walzzunder auch andere metallische Abfallstoffe zur
Herstellung von keramischen Formkörpern verwendet werden,
die in einem Schmelzprozeß wiederverwendbar sind.
Offenbart ist ein Verfahren zur Herstellung eines kera
mischen Formkörpers, bei dem metallhaltige Abfallstoffe mit
einer mineralischen Bindesubstanz vermischt und in einem
Ziegelherstellungsprozeß verarbeitet werden. Die erhaltenen
keramischen Formkörper werden als Zugabemittel in einem Me
tallaufschmelzprozeß verwendet, wobei die Bindesubstanz als
Schlackenbildner wirkt und die Metallkomponenten als Legie
rungsbestandteile der Schmelze verwendet werden.
Claims (10)
1. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Formkörpers
mit den Schritten:
- - Aufbereiten einer mineralischen Bindesubstanz;
- - Aufbereiten einer metallhaltigen Fraktion, vorzugs weise aus Rückständen eines Metallverarbeitungspro zesses;
- - Mischen der Bindesubstanz mit der metallhaltigen Fraktion, wobei der Anteil der metallhaltigen Frak tion mehr als 30 Mas% beträgt;
- - Ausbilden und Trocknen eines Formlings;
- - Brennen des Formlings zu einem keramischen Formkör per.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Fraktion aus metallhaltigen Rückständen eisenhal
tige Walzzunder aus einem Walzverfahren enthält und der
Walzzunderanteil mehr als 60 Mas%, vorzugsweise 70 bis
90 Mas%, bezogen auf das Formkörpergewicht vor dem
Brennvorgang, beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die metallhaltige Fraktion Abrieb-, Schleifstäube,
Späne oder sonstige Rückstände aus einem Formgebungs
verfahren, vorzugsweise einem spanenden Verfahren ent
hält.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Bindesubstanz Bindeton oder einen
mineralhaltigen Abfallstoff, wie Hafenschlick, Bleich
erde oder schluffige Anteile aus einer Bodenwaschanlage
oder ein Gemisch derartiger Stoffe enthält.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Fe-Anteil der metallhaltigen
Fraktion mehr als 40 Mas% beträgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Bindesubstanz und/oder die me
tallhaltige Fraktion Öl enthalten, das beim Brennvor
gang verbrannt wird, so daß der Ölanteil im Formkörper
weniger als 1 Mas% beträgt.
7. Keramischer Formkörper mit einer eine mineralische Bin
desubstanz enthaltenden Matrix, gekennzeichnet durch
einen Anteil von mehr als 60 Mas% - bezogen auf das Ge
wicht des Formlings vor dem Brennvorgang - metallhalti
ger Rückstände aus einem Metallverarbeitungsverfahren.
8. Keramischer Formkörper nach Anspruch 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Schmelzpunkt des Formkörpers im Be
reich des Schmelzpunktes der Metallkomponente liegt.
9. Keramischer Formkörper nach einem der Ansprüche 7 oder
8, gekennzeichnet durch einen Metallgehalt von mehr als
40 Mas%.
10. Verwendung eines metallhaltigen keramischen Formkörpers
als Zugabestoff bei einem Hochofen-, Schmelz- oder Gie
ßereiprozeß.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
DE1996129099 DE19629099A1 (de) | 1996-06-25 | 1996-07-18 | Verfahren zur Herstellung eines keramischen Formkörpers |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19625414 | 1996-06-25 | ||
DE1996129099 DE19629099A1 (de) | 1996-06-25 | 1996-07-18 | Verfahren zur Herstellung eines keramischen Formkörpers |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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Family
ID=7797971
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE1996129099 Ceased DE19629099A1 (de) | 1996-06-25 | 1996-07-18 | Verfahren zur Herstellung eines keramischen Formkörpers |
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