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Verfahren zur Herstellung hochfeuerfester Formkörper Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Herstellung hochfeuerfester, kaltgebundener Formkörper
aus Gemischen von Sintermagnesit und Schwermetallschlacken mit bestimmten Korngrößen
und Mengenverhältnissen.
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Es ist bekannt, daß die Korngrößenverteilung des Einsatzmaterials
für die Eigenschaften feuerfester Materialien von wesentlicher Bedeutung ist. Beispielsweise
ist aus der deutschen Patentschrift 748222 ein Verfahren zur Herstellung
von hochfeuerfesten Magnesitsteinen bekannt, bei dem gemahlener Sintermagnesit aus
»Feinkorn« (o bis ioo i,), »Mittelkorn« (ioo bis iooo. R,) und »Grobkorn« (über
iooo w) im Verhältnis 2o bis 4o : 15 bis 25 :35 bis 65 unter Zusatz von 2 bis 6%
Aluminiumoxyd oder dieses liefernder oder enthaltender Stoffe verwendet wird. Gegebenenfalls
kann das Gemisch unter Verwendung von Bindemitteln, unter anderem Wasserglas, zu
kaltgebundenen Magnesitsteinen verarbeitet werden. Eine Verwendung von Schwermetallschlacken
zieht dieses Verfahren nicht in Betracht.
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Es ist weiterhin bekannt, feuerfeste Formkörper aus Schlacken herzustellen.
So ist es aus »Chimie et Industrie«, 29 (r933), S. 481, bekannt, aus den bei der
Herstellung von Ferrochrom anfallenden Schlacken direkt feuerfeste Formkörper mit
etwa 2o bis 40'% Chromoxyd, 18 bis 30'°/o Magnesiumoxyd, 25 bis 45 % Aluminiumoxyd
und 8 bis 14"/o anderen Bestandteilen zu gießen. Auch hat man schon aus gemahlenen
Schlacken kaltgebundene feuerfeste Formkörper hergestellt, z. B. nach der britischen
Patentschrift 210 7o8 aus Ferrotitanschlacke.
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Schließlich sind auch feuerfeste Materialien, die aus Magnesit und
Schlacken der obengenannten
Art hergestellt sind, bekannt. So .wird
nach der deutschen Patentschrift 75o 654 ein körniges Sintergut für die Herstellung
von Magnesit- oder Chrommagnesiasteinen dadurch erzeugt, daß eine Mischung von feinverteilter
Magnesia und 15 bis 50% Chromerz, berechnet auf die Gesamtmenge, unter Bemessung
des Kieselsäuregehaltes der Mischung, auf den geglühten Zustand bezogen, auf 3 bis
io%" des Ferrooxydgehaltes auf weniger als 12% und des Kalkgehaltes auf weniger
als 3010, versintert wird. Hierbei kann im Rohgemisch Chromerz ganz oder teilweise
durch chromspinellreiche Schlacken - genannt sind unter anderem Ferrochrom- und
aluminothermische Vanadinschlacken - ersetzt werden.
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Es wird also nicht die Herstellung der fertigen feuerfesten Erzeugnisse
selbst, sondern die Herstellung der Ausgangsstoffe hierfür beschrieben. Es finden
sich dort weder Angaben über die Korngrößenverteilung im Rohstoffgemisch oder im
für die Weiterverarbeitung zu vermahlenden Sintergut noch über die Art der Herstellung
von Formkörpern hieraus. Es bleibt offen, ob das auf die beschriebene Weise hergestellte
Sintergut allein oder zusammen mit Zuschlägen zu feuerfesten Körpern zu verarbeiten
ist und wie die Bindung hierbei zu bewerkstelligen ist. Diese bekannte Lehre bietet
daher keine Basis für einen Vergleich mit der vorliegenden Erfindung, deren Wesen
gerade diese dort nicht berührten Merkmale betrifft.
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Gemäß der Erfindung gelingt die Herstellung hochfeuerfester, kaltgebundener
Formkörper, die sich durch besonders gute Druckfeuerbeständigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit
auszeichnen. Diese Vorteile werden erreicht, ohne daß die Feuerfestigkeit und die
Verschlackungsbeständigkeit wesentlich absinken.
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Erfindungsgemäß wird ein Gemisch folgender Komponenten eingesetzt:
2o bis 4o Gewichtsteile Titan-, Vanadin-, Chrom-, Molybdän-, Wolfram-oder Manganschlacke
oder mehrere dieser Schlacken mit einer Körnung über 3 mm, vorzugsweise von 6 bis
3 mm (Grobkorn) ; 20 bis 50 Gewichtsteile solcher Schlacke mit einer Körnung
von 3 bis o,18 mm (Feinkorn) ; 2o bis 4o Gewichtsteile Sintermagnesit mit einer
Körnung unter o,18 mm (Mehl).
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Dieses Gemisch wird in an sich bekannter Weise mit 4 bis 9. Gewichtsprozent
einer Wasserglaslösung (d = 1,350) und mit Wasser bis zur Verformbarkeit versetzt,
verformt (z. B. zu Steinen oder Auskleidungen) und bei Temperaturen bis zu 200°
C getrocknet. Hierbei tritt Abbindung ein.
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Als Schlacken werden insbesondere die beim Thermitverfahren und die
bei der elektrometallurgischen Reduktion anfallenden Schlacken verwendet.
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In Abänderung der vorstehend beschriebenen Arbeitsweise können, wenn
entsprechende besondere Eigenschaften des Fertigproduktes erforderlich sind, auch
Gemische verwendet werden, in denen der Grobkornanteil oder der Feinkornanteil oder
beide bis zu 75 Gewichtsprozent ihrer Gesamtmenge Sintermagnesit entsprechender
Körnung enthalten. Zweckmäßig werden bei dieser Ausführungsform 25 bis 9o Gewichtsprozent
und vorzugsweise 5o Gewichtsprozent Schlacke im Grob- und/ oder Feinkorn verwendet.
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Der Mehlanteil besteht in jedem Falle ganz aus Sintermagnesit.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, als Schlacke ein Gemisch
von Schlacken verschiedenen mineralogischen Gefüges und verschiedener Zusammensetzung
zu verwenden. Beispiel 1 Zwei Manganschlacken der Zusammensetzung i. S102 . . .
. . . . : . . . . . . . . . . . 1,5 bis 3,5'/o A1203 . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 61 bis 63 0/0 Fe 203 . . . . . . . . . . . . . . . . . . I bis 2,5 0/0 Mn304
................. io bis 1q.0/0 Ca0 ... .. . . ... . . . .. . . .. 14 bis I60/0
Mg0 .................. 5 bis io% Ba0 ........ .. _ ...... bis I0/0 2. S102 ..............
. .... 0,5 bis 1,5% Al 203 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 bis 72
0/0 Fe 203 .. .. . ..... . . . . . .. I,5 bis 2% Mn, 04 . . . . . . . . . . . .
. . . . . 16 bis 220/0 Ca0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i bis 4,5 0/0 Mg0
. . . . . . . . . . . . . . . . . . z bis 7'/o Ba0 . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . bis 1,5 % werden zu gleichen Teilen gemischt, gebrochen und auf die Körnungen
6 bis 3 mm und 3 bis 0,i8 mm abgesiebt. Diese Fraktionen werden mit Sintermagnesitmehl
in folgendem Verhältnis gemischt: Manganschlackengemisch 6 bis 3 mm . . . . . .
. . . . . . . . 3o bis 35'/o 3 bis 0,i8 mm . . . . . . . . . . . 35 bis 40% Magnesitmehl
. . . . . .. . . . . . . 2o bis 300/0 Als Magnesitmehl kann dabei gemahlener Sinter
aus natürlichen oder auch künstlichen Magnesiten verwendet werden, wobei die Verwendung
eines flußmittelarmen Meerwassermagnesits folgender Analyse besonders gute Ergebnisse
zeigt: s i02 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,99-1/0 A1203 . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 0,300/0
Fe203 .................... o,o6% Ca0
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2,350/0 Mg0 . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . ' 96,27'/o Diese Mischung wird mit 5 bis 9 Gewichtsprozent, vorzugsweise
5 bis 6 Gewichtsprozent Wasserglas (d = 1,350) und der zur Verformbarkeit notwendigen
Wassermenge gemischt und durch Rütteln, Pressen oder Stampfen zu Steinen verdichtet
und einer mehrstündigen Wärmebehandlung bei ioo bis 20o° C unterworfen.
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Die auf diese Weise erhaltenen Steine haben eine gegenüber dem normalen
kaltgebundenen Magnesitstein verbesserte Druckfeuerbeständigkeit und
Temperaturwechselbeständigkeit
und liegen in der Feuerfestigkeit oberhalb Segerkegel 38.
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Beispiel 2 Das im Beispiel i genannte Manganschlackengemisch der Körnungen
6 bis 3 mm und 3 bis 0,18 mm wird mit entsprechenden Körnungen aus zerkleinerten
Magnesitbrocken sowie Magnesitmehl im folgenden Verhältnis zusammengemischt:
| Magnesit |
| 6 bis 3 mm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12,5 0/0 |
| Manganschlackengemisch |
| 6 bis 3 mm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12,5 0/0 |
| Magnesit |
| 3 bis 0,18 mm . . . . . . . . . . . . . . . .
25,0010 |
| Manganschlackengemisch |
| 3 bis 0,i8 mm . . . . . . . . . . . . . . . . 25,0q/0 |
| Magnesitmehl . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25,o- % |
Dieses Gemisch wird, wie im Beispiel i angegeben, vorzugsweise mit 6 bis 7 Gewichtsprozent
Wasserglas, weiterverarbeitet.
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Die derart erhaltenen Steine besitzen gegenüber den Steinen gemäß
Beispiel i eine kaum verringerte Temperaturwechselbeständigkeit und Druckfeuerbeständigkeit.
Sie liegen in der Feuerfestigkeit aber höher, nämlich oberhalb Segerkegel 4.o. Beispiel
3 Es wurden Vergleichsversuche mit industriellen Schlacken der folgenden Zusammensetzungen
durchgeführt: i. Mit einer Chromschlacke folgender Zusammensetzung: Si02 ............
..... 25% A1203 .................. 22% Fe203 . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3 0/0 Cr203 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13'/o Ca0 ................... 50/0
M90 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 0/0 2. Mit einer Manganschlacke folgender
Zusammensetzung 5102 ................... 2% A1203 .................. 620/0 Fe203
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0/0 Mn304 . . . . . . . . . . . . . . . .
. 20010
Ca0 ................... 8% Ba0 ................... 3% Mg0 ...................
20/0 3. Mit einer Vanadinschlacke folgender Zusammensetzung: si02 ...................
20/0 A1203 ..... . . . . . . . . . . . . . 75 0/0 Fe203 . . . . . . . . .
. . . . . . . . . 10/0 V205 . . . . . . . . . . . . . . ..... 3010
Ca0
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . i 0/0 Mg0 ................... 18% Diese in
flüssigem Zustand abgezogenen Schlakken wurden zu Blöcken gegossen. Hieraus wurden
in den Versuchsreihen A, B und C die folgenden Probekörper hergestellt: A. Aus den
erstarrten Blöcken ausgeschnittene bzw. ausgebohrte Probekörper (diese Proben entsprechen
also schmelzflüssig gegossenen Steinen).
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B. Kaltgebundene Schlackensteine, welche aus 32'% Grobkorn (6 bis
3 mm), 40"/o Feinkorn (3 bis o,18 mm) und 28 % Schlackenmehl bestehen. Das Gemisch
wurde mit etwa 6% Wasserglas (d = 1,35) als Bindemittel angemacht und dann bei 2ooo
C getrocknet.
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C. Kaltgebundene Schlackensteine, welche aus 320/0 Grobkorn (6 bis
3 mm), 40 0/n Feinkorn (3 bis o,1.8 mm) und 28'% Magnesitmehl bestehen. Das Gemisch
wurde wiederum mit etwa 6°/o Wasserglas (d = 1,35) als Bindemittel angemacht und
dann bei 200' C getrocknet. Die Schlackensteine entsprechen demgemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Die Temperaturwechselbeständigkeit der so hergestellten Probekörper
zu A, B und C wurde jeweils in mehreren Parallelversuchen nach DIN i068 (Zylinderverfahren)
bestimmt. Die Versuchsergebnisse, welche jeweils den Durchschnittswert einer Reihe
von Einzelversuchen wiedergeben, sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:
| Ver- Anzahl der Abschreckungen |
| s ch Art bei |
| u s- reihe des Probekörpers Chrom- Mangan- ! Vanadin |
| schlacke schlacke schlacke |
| A Ausgebohrter 3 io 3 |
| Schmelzkörper |
| B Kaltgebundener 9 25 16 |
| Stein mit |
| Schlackenmehl |
| C Kaltgebundener 16 47 21 |
| Stein mit |
| Magnesitmehl |
Die Versuchsergebnisse zeigen ein Ansteigen der Temperaturwechselbeständigkeit von
dem Schmelzkörper (A) zu dem Schlackenstein (B), das an sich nicht überraschend
ist, weil der kompakte geschmolzene Körper ohne Porenraum sich nicht so günstig
verhalten kann, wie ein kaltgebundener Stein mit Kornaufbau.
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Völlig überraschend ist aber das weitere Ansteigen der Temperaturwechselbeständigkeit
bei kaltgebundenen Steinen mit einem Mehlanteil aus Magnesit.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird Elementenschutz weder für
die Korngrößenverteilung noch für die Verwendung von Schwermetallschlacken
in
Verbindung mit Sintermagnesit an sich beansprucht.