DE2913326A1 - Ferrochromschlacke fuer feuerfestigkeit und mechanische festigkeit erfordernde einsatzzwecke - Google Patents
Ferrochromschlacke fuer feuerfestigkeit und mechanische festigkeit erfordernde einsatzzweckeInfo
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Description
DipL-Irtg. Hans W. Groaning
ppstfach C:O3i3, S^berts
8000 ϊ/ilnchan 86
Telefon 4710 79/70
8000 ϊ/ilnchan 86
Telefon 4710 79/70
OUTOKUMPU OY
Outokumpu, Finnland
Outokumpu, Finnland
Ferro chromschlacke für Feuerfestigkeit und mechanische Festigkeit
erfordernde Einsatzzwecke
Diese Erfindung betrifft Ferroehromschlaeke für Feuerfestigkeit,
mechanische Druckfestigkeit und Abrieb festigkeit erfordernde
Einsatzzwecke, wie zum Beispiel als Strahlmittel oder .als Gerüststoff
in Gussbeton, Asphalt oder Ziegeln.
Von der US-Patentschrift 3 798 043 her ist die Herstellung feuerfesten
Betons aus der bei der Ferrochromerzeugung anfallenden
Schlacke bekannt. Die verwendete Ferroehromschlacke enthielt 25 bis 40 % MgO, 20 bis 50 % SiO2, 10 bis 40 % Al2O3 sowie unter ca. 15
Gew.96 Cr, Cr2O3, CaO, FeO, C und S. Die klassierte Ferroehromschlacke
wurde mit Calciumalumxnatzement als Bindemittel, mit V/asser und eventuell mit gemahlenem Borphosphat, das als Flussmittel
fungierte, vermischt. Das Zement-Schlacken-Verhältnis betrug
1:4, und eine giessfähige Mischung erhielt man, indem man so
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viel Wasser zusetzte, dass daa W&sser-Zenent-Yerhältnis 0,6 betrug.
Abschliessend wurden die gegossenen Stücke bei über 10000C
geglüht.
Mit der vorliegenden Erfindung soll eine für verschiedene, der Beanspruchung
durch Feuer oder mechanische Kräfte ausgesetzte Objekte
brauchbare' Schlacke aus der FerroChromproduktion geschaffen
werden, die sich als solche zum Beispiel als Strahlmittel oder als Gerüstmaterial in Beton, Ziegeln, Strassenbelägen u.dgl. verwenden
lässt. Weiter wird axt der Erfindung bezweckt, eine Fefrochromschlacke
zu schaffen, die derartigen Stoffen bessere Festigkeitseigenschaften verleiht als die oben erwähnte bereits bekannte
Ferrochromschlacke.
6-emäss der Erfindung hat man nun überraschend die Beobachtung gemacht, dass sich die vorgenannten Ziele erreichen lassen durch Verwend'jtig
von Ferrochromschlacke, die unter 25 Gew.$ Magnesiumoxid,
d.h. also weniger Magnesiumoxid als die oben genannte, bereits bekannte, als Gerüstmaterial für feuerfesten Beton eingesetzte Ferrochromschlacke
enthält.
Die erfindungsgemässe Ferrochromschlacke eignet sich als Gerüstmaterial
in Ziegeln und keramischen Massen, die der Beanspruchung durch Feuer und starke mechanische Kräfte ausgesetzt sind, wie in
Asphalt, Ziegeln und Gussbeton, oder als solche für Strahlzwecke.
Durch Vermischen von klassierter, weniger als 25 Gew.% Magnesiumoxid
enthaltender Ferrochromschlacke mit Calciumaluminatzement erhält man eine bei Zimmertemperatur hydraulisch abbindende feste Masse,
die,bei über 12000C unter Anwesenheit von Luft geglüht, eine
feste keramische Bindung sowie Festigkeitseigenschaften liefert, die mindestens ebenso gut wie die von gewöhnlichen Betonen und bes-'
ser als die von bereits bekannten Betonen sind, bei denen ein Teil des Zements durch Ferrochromschlacke mit über 25 Gew.% Magnesiumoxid
ersetzt ist«
Wir untersuchten nun verschiedenartige Ferrochromschlacken auf ihre
Eignungsfähigkeit für die vorgenannten Zwecke. Zunächst wurden mit einer Diamantsäge von verschiedenartigen Schlacken Probekörper zur
Bestimmung der Druckfestigkeit geschnitten.
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Beispiel für die Kaltdruckfestigkeiten verschiedenartiger Schlakken.
jke Chemische | CaO | Tabelle 1 | , Gew.% 1^ | Kaltdruckfestigkeit | |
Schlac | MgO | 5,0 | Analyse, | Al2O3 | kp/cm |
24,0 | 4,7 | SiO2 | 24,7 | 3030 | |
1 | 26,5 | 1,4 | 28,5 | 23,2 | 1630 |
2 | 34,2 | 5,1 | 26,8 | 20,8 | 1300 |
3 | 19,1 | 5,2 | 30,0 | 28,3 | 2834 |
4 | 13,1 | 34,7 | 33,2 | 2816 | |
5 | 39,2 | ||||
-'-'Rest hauptsächlich Cr, Cr2O3, Fe, FeO
Aus den Schlacken 1 und 3 wurden mit Secar-Zement - 20 % der Mischung
- gebundene Probeziegel hergestellt, die dann unter verschiedenem Winkel und verschieden lange Zeit sandgestrahlt wurden.
Für die durch das Sandstrahlen entstandenen Vertiefungen wurden folgende spezifische Sandverbrauche festgestellt:
Schlacke 1: 198,1 kg Sand/cm' (Vertiefungsvolumen)
Schlacke 3: 137»2 kg Sand/cm^ (Vertiefungsvoluraen)
Bei den Versuchen zeigte sich, dass eine Erhöhung des MgO-Gehaltes
der Schlacke auf über 25 % deren Festigkeitseigenschaften beträchtlich verringert und sie ungeeignet für Einsatzzwecke macht, bei
denen Verschleissfestigkeit gefordert wird. An der Schlacke 1 wurde die sog. Los-Angeles-Bestimmung für Strassenbau durchgeführt.
Die Los-Angeles-Zahl betrug = 20; auf Grund dessen ist die besagte
Schlackenart ein geeignetes Rohmaterial für verschleissfeste Objekte im Strassenbau.
Die Schlacke wurde auf eine Korngrösse unter 5 mm gebrochen, und
die dafür geeigneten Fraktionen wurden mit Calciumaluminatzement (20 %t bezogen auf die Mischung) vermischt; aus der Mischung wurden
in nassem Zustand Probeziegel für den Sandstrahlteste gepresst. Die ü?ests ergaben, dass die aus der Schlacke 1 gefertigten Probekörper
eine ebenso gute Abriebfestigkeit aufwiesen wie die besten Aloxiziegel/Mischungen und gewisse SiC-Ziegelsorten.
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Gesucht wurde ein passendes Material für einen Zyklon und dessen Rohrleitungen, in denen die Vorerhitzung von abrasiv wirkendem
Chromitkonzentrat auf etwa 8000G mit Hilfe aus dem Trommelofen kommender
Rauchgase erfolgt. Zu diesem Zweck wurden verschiedene Ziegelsorten einem Sandstrahlversuch unterworfen. In der folgenden Tabelle
sind die Ergebnisse der Sandstrahltests zusammengestellt, bei denen in verschiedenem Winkel Sand verschieden lange Zeit auf die
Ziegeloberfläche gestrahlt v/urde. Die Volumen der durch das Sandstrahlen
bewirkten Vertiefungen wurden bestimmt.
Tabelle -2
• Ergebnisse der Sandstrahltests
• Ergebnisse der Sandstrahltests
Ziegelart ■ Volumen der Vertie
fung, cm3
1. Siliziumkarbid-Ziegel, Sorte 1 7,1
2. Korundziegel 8,4
3. Siliziumkarbid-Ziegel, Sorte 2 8,6
4. Mahlkugel, Porzellan 9,9
5. Siliziumkarbid-Ziegel, Sorte 3 11,3
6. aus FeCr-Schlacke hergestellter Probekörper ' 15,2
7. Siliziumkarbid-Ziegel, Sorte 4 17,1-
8. Aloxi-Ziegel, Al3O3 = 65 % 20,2
9. Aloxi-Ziegel, Al2O3 = 50 % 20,7
10. Schamotte-Ziegel, Sorte 1 24,2
11. Schamotte-Ziegel, Sorte 2 36,7
■^Mischung aus passend fraktionierter PeCr-Schlacke und 20 %
Secar-Zement.
Für Druckfestigkeitsmessungen wurden aus fraktionierter Schlacke
Probebriketts i 20 χ 20 mm hergestellt. Als Bindemittel diente
Calciumaluminat-Zement «Secar 250" (Hersteller: lafarge Aluminous
Cement Company limited) ,in einer Menge von 25 %, bezogen auf das
Schlackengevicht, und Wasser in einer Menge von 10 %j bezogen auf
das G-ewicht der Mischung, Die Briketts wurden getrocknet und zwei
Stunden bei verschiedenen Temperaturen in Luftatmosphäre gebrannt; nach erfolgtem Kühlen widen ihre Kaltdruckfestigkeiten bestimmt.
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Man war bestrebt, den teuren Calciumaluminat-Zement teilweise durch
geeignete billige Zuschläge, u.a. durch Industrieabfälle zu ersetzen. Aus Schlacke + Zuschlagen + Zement wurden Briketts hergestellt,
auf die oben beschriebene V/eise behandelt und dann auf ihre Druckfestigkeit untersucht. Die Korngrösse der Zuschläge entsprach
etwa der des Zements. Als Zuschläge dienten Steinkohlen-KLugasche}
Entschwefelungsasche aus dem AOD-Prozess, Naturton und feingemahlene granulierte Ferrochrom-Schlacke.
In der folgenden Tabelle sind die Ergebnisse der Druckfestigkeitsmessungen
für die einzelnen Mischungen zusammengestellt.
Druckfestigkeitsmessungen an den verschiedenen Mischungen; Brikett;
grösse φ 20 χ 20 mm; zweistündiges Glühen in Luftatmosphäre bei
der jeweiligen Temperatur.
.3)
Tempe ratur |
ρ kp/cm |
110 | 218 |
600 | 212 |
1000 | 184 |
1200 | 220 |
1 HSecar25O":
Flugasche Enfcschwefeljngs- Naturton leCr· Schlak«
2 schlacke 2 ke ?
kp/cm kp/cm kp/cm kp/cra
2Ο2 178 222 . 192
156 161 198 196
174 145 187 210
218 210 222 220
1) 25 % Zement, bezogen auf Schlackengewicht
2) 15 % Zement, bezogen auf Schlackongewicht, + 15 % Steinkohlen-Flugasche
3) 15 % Zement, bezogen auf Schlackengewicht, + 10 % Entschwefelungsschlacke aus dem AOD-Prozess
4) 15 % Zement, bezogen auf Schlackengewicht, + 15 % Naturton
5) 15 % Zement, bezogen auf Schlackengewicht, + 10 % feingemahlene
granulierte FeCrrSchlacke (3000 Blaines)
Die Versuche ergaben, dass der Zement zu etwa 40 % durch Zuschläge
der oben genannten Arten ersetzt werden kann, ohne dass dadurch die Druckfestigkeit des Produkts beeinträchtigt wird.
AOD-Prozess = Argon-Oxygen-Deoxydation-Prozess
90984 3/0635
SiO2 | 0,4 |
Al2O3 | 71,0 |
MgO | - |
CaO | 27,0 |
Fe2O3 | 0,4 |
EntSchwefe lung s- schlacke Gew.% |
Naturton Gewt% |
26,0 | 59,0 |
2,5 | 16,0 |
5,7 | 4,3 |
60,0 | 2,4 |
0,6/FeO | 7,3 |
Tabelle 4-Die chemischen Analysenwerte des Zements und der Zuschläge
Komponen- "Secar 250" Plugasche
te Gew.5£ Gew.%
53,0
24,0
3,0
0,8
8,4
Aus Ferroehrom-Schlacke (-5 mm, fraktioniert) und Zement "Secar
250" wurde eine Giessmasse hergestellt und in der Praxis an verschiedenen Objekten erprobt. Bei den nachstehend aufgeführten
Einsatζobjekten konnten die früher verwendeten handelsüblichen.
Materialien vollständig ersetzt werden.
Beispiele von Objekten, an denen die erfindungsgernässe Ferroohrom«
Schlacke erprobt wurde:
Giesspfannen:
Aus der Schlackenmasse wurde u.a. das T?utter für eine Perrochrom-Giesspfanne
hergestellt, das eine Lebensdauer von 82 Chargen hatte. Die Temperatur der schmelzflüssigen Schlacke betrug 167O0O5
die des schmelzflüssigen Metalls 157O0C. Für diesen Zweck wird
normalerweise Schamotte- oder Aloxi-Ziegelfutter verwendete
Zementofen-Planetenkühler:
Die Kühler erhielten ein Putter aus Schlackenmasse, welches den Beanspruchungen gut gewachsen war. Das Putter ist einer äusserst
starken mechanischen Beanspruchung (Kühlen von Klinker) und einer Temperatur von maximal
< 12OQ0C ausgesetzt. Pur den genannten
Zweck werden vielfach High alumina-Massen und -Ziegel verwendet.
Reinigungszyklone und Rohrleitungen für kalte und heisse Peststoffe
enthaltende Prozessgase:
Aus der Schlackenmasse wurde das Putter für einen Zyklon gegossen,
in welchem aus dem Trommelofen kommende Rauchgase mit Verbrennungsluft vermischt werden. Die Rauchgase enthalten auch abrasiv
wirkenden Koksstaub. Das Gas hat eine Temperatur von maximal
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55O°C; die Atmosphäre ist oxydativ. Das Putter hat bereits 8 Monate
gehalten.
Weiter wurde aus der Schlacke das Putter für einen Reinigungszyklon
für chromitstaubhaltiges Rauchgas gegossen, das eine Lebensdauer von etwa 4 Jahren hatte. Die Rauchgasteinperatur beträgt ca.
2000C.
Für die vorgenannten Zwecke werden normalerweise Siliziumkarbid- und Aloxi-.Ziegel und -Massen verwendet.
Giessrinnen für die Eisen- und Nichteisenmetallindustrie: Aus Schlackenmasse wurden u.a. Auskleidungen für Kupferschmelze-
und Kupferstein-Giessrinnen gegossenj T 120O0C, die länger hielten
als die entsprechenden auf Aloxi-Basis hergestellten Auskleidungen.
und Giesswannen,
Weiter wurden Giessrinnen/ für Ferro chroma chmel ze, Τ = 157O0C, mit
Schlaekenmasse ausgekleidet, die in diesem Falle Aloxi-Ziegel und
-Massen ersetzte.
Weiter wurde die Schlackenmasse in verschiedenartigen Industriebetrieben
als Material für-Fussböden verwendet, die Wärmebeanspruchung
und ausserordentlich starkem mechanischen Verschleiss ausgesetzt sind. Auch in diesen Einsatzbereichen hat sich die Schlakkenmasse
als ausserordentlich beständig erwiesen.
Weitere Einsatzbereiche waren:
- Strahlmittel
- Asphalt-Gerüstmaterial
- Auf Zementbasis für Spezialzwecke im Strassenbau, z.B. für Brükkenkonstruktionen
und Bogen
In den verschiedenen Einsatzbereichen hat die Schlackenmasse ausserdem
eine gute Wärmeschockfestigkeit bewiesen.
Die erfindungsgemässe Ferrochrom-Schlacke kann auch als solche in
schmelzflüssigem Zustand zu Platten gegossen werden, die feuer- und hoohverschleissfest sind. Weiter kann die Schlacke in Teilchenform
unter hohem Druck zu Stücken gepresst werden, die dann durch Glühen zu Ziegeln gesintert werden.
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Claims (5)
1.7 Ferro ehr omschlaeke für Einsatz zwecke, bei denen Feuer- mecha-■—•
nische Druck- und Abrieb festigkeit verlangt v/erden, wie zum Beispiel
als Strahlmittel oder als Gerüststoff in. Gussbeton, Asphalt
und Ziegeln, dadurch gekennzeichnet, dass sie weniger als
25 Gew.?o Magnesiumoxid enthält.
2. Ferrochromschlacke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass sie 13 bis 24 Gew.% Magnesiumoxid enthält.
3. Ferrochromschlaoke nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,"
dass sie ein feinkörniges Granulat darstellt, dessen Eorngrösse unter 5 mm beträgt.
4. Ferrochromschlacke nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass sie 0 bis 12 Gew.?o Calciumoxid,
ca. 20 bis 40 Gew.% Siliziumoxid und ca. 20 bis 36 Gew.%
Aluminiumoxid enthält.
5. Schlacke nach den Ansprüchen 1 bis 4, d a d u r c h gekennzeichnet,
dass sie als schmelzflüssig gegossenes Form- oder Gussstück vorliegt. - .
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