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DE2910309A1 - Verfahren zur herstellung feuerfester, ungebrannter steine - Google Patents

Verfahren zur herstellung feuerfester, ungebrannter steine

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DE2910309A1 DE19792910309 DE2910309A DE2910309A1 DE 2910309 A1 DE2910309 A1 DE 2910309A1 DE 19792910309 DE19792910309 DE 19792910309 DE 2910309 A DE2910309 A DE 2910309A DE 2910309 A1 DE2910309 A1 DE 2910309A1
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Description

Magnesital-Feuerfest GmbH
Zum Eisenhammer 23
4200 Oberhausen
Verfahren zur Herstellung feuerfester, ungebrannter Steine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung feuerfester, ungebrannter Steine auf der Grundlage von Magnesit oder Dolomit für die Auskleidung von Schmelzgefäßen, insbesondere Konvertern und Elektroschmelzöfen, hei dem das gesinterte Rohmaterial mit Teer oder Pech gemischt, aus der Mischung Steine geformt und diese getempert werden.
Während der Temperung wird der überwiegende Anteil der im Teer oder Pech enthaltenen flüchtigen Bestandteile ausgetrieben. Im Stein bildet sich ein Kohlenstoffgerüst, wobei die Höhe des Kohlenstoffgehaltes (Restkohlenstoffgehalt) die Verschlackungsbeständigkeit und die Haltbarkeit der Steine beim Einsatz in den Schmelzgefäßen wesentlich mitbestimmt-
Da die Zugabe von Teer oder Pech zu dem gesinterten Rohmaterial - bedingt durch Probleme bei der Formgebung der Steine - nach oben hin begrenzt ist, hat es nicht an Versuchen gefehlt, den Restkohlenstoffgehalt auf andere Weise zu erhöhen. So hat man dem gesinterten Rohmaterial neben Teer oder Pech festen Kohlenstoff, z.B. in Form von Ruß oder Graphit, zugesetzt. Die festen Kohlenstoffträger in feinverteilter Form beeinflussen jedoch negativ die Preßbarkeit der Steine.
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Dadurch werden die Rohdichte und die scheinbare Porosität, die ein Maß für den Widerstand gegen Schlackeninfiltration sind/ sowie die Kaltdruckfestigkeit gegenüber teergebundenen, getemperten Steinen verschlechtert.
So besitzt ein teergebundener, getemperter Stein mit einem Restkohlenstoffgehalt von 4,5 % eine Rohdichte von etwa 3,04 g/cm , eine scheinbare Porosität von ca. 7,0 % und eine Kaltdruckfestigkeit von mehr als 35 N/mm .
Wird bei einem solchen Stein durch Zugabe von festem Kohlenstoff der Restkohlenstoffgehalt auf 5,5 % erhöht, so sinkt die Rohdichte auf 3,0 g/cm , die scheinbare Porosität erhöht sich auf 10 %, und die Kaltdruckfestigkeit sinkt auf ca. 30 N/mm ab.
Es ist ferner beschrieben worden, teergebundene Steine zur Erhöhung des Kohlenstoffgehaltes mit flüssigem Teer zu besprühen oder zu bestreichen bzw. in Teer zu tauchen. Durch diese Beschichtung, die vor der Temperbehandlung aufgebracht werden soll, kann der Kohlenstoffgehalt nur in den äußeren Steinschichten geringfügig erhöht werden (DE-OS 15 71 411, insbes. S. 6, Abs. 2 und Anspruch 12).
Es. ist weiter bekannt, teer- oder pechgebundene Dolomit-/ Magnesitsteine bei 300 C und einem überdruck von 20 atü zu tempern und die Steine mehrere Male mit Teer oder ölen zu tränken. Anschließend werden die Steine auf 500 - 6000C erhitzt bei einem überdruck von 20 atü. Durch diese thermische Nachbehandlung unter Überdruck entweichen praktisch alle flüchtigen Kohlenwasserstoffe aus dem Stein, der dadurch an Elastizität verliert und anfällig gegenüber schroffem Temperaturwechsel während des Einsatzes in Schmelzofen wird (DE-PS 12 06 778, Sp. 5, Beispiel 2).
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt,- ein Verfahren zur Herstellung von feuerfesten Steinen auf der Grundlage von Magnesit oder Dolomit vorzuschlagen, mit dem der Restkohlenstoffgehalt der Steine erhöht werden kann und die Steine selbst eine verbesserte Verschlackungsbeständigkeit und damit eine erhöhte Haltbarkeit beim Einsatz in Schmelzgefäßen aufweisen.
Die Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, daß zur Erzeugung eines Restkohlenstoffgehaltes von mindestens 5,5 Gew.-% folgende Maßnahmen getroffen werden:
a) die teer- oder pechgebundenen Steine werden nach der Temperbehandlung so hoch aufgeheizt, daß die Kerntemperatur im Stein 190 bis 23O°C, vorzugsweise 195 bis 21O°C, beträgt, und die Oberflächentemperatur des Steines nicht mehr als 2O°C, vorzugsweise 1O°C, über der Kerntemperatur liegt,
b) die erhitzten Steine werden in einem Vakuumkessel· einem Unterdruck von kieiner als 30 Torr, vorzugsweise 15 bis 10 Torr, für mehr als 4 Minuten, vorzugsweise 6 bis 8 Minuten, ausgesetzt,
c) die Steine werden im Vakuumkessel mit auf über die Erweichungstemperatur erhitztem Pech imprägniert,
d) anschließend wird im Vakuumkessel· der Druck auf 3 bis 6 atü, vorzugsweise 4,5 bis 5,5 atü, erhöht»
Das zur Imprägnierung verwendete Pech soll dabei zweckmäßigerweise auf eine um 100° bis 140°C, vorzugsweise
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stemperatur liegende Temperatur erhitzt werden.
110° bis 130 C, über der Erweichungstemperatur des Pechs
Zur Imprägnierung der Steine wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ein hochmolekulares Pech mit einem Erweichungspunkt oberhalb von 700C, vorzugsweise oberhalb 80 C, einem Gehalt an chinolinunlöslichen Anteilen von < als 3 %, bevorzugt<als 1,5 %, und einem Verkokungsgrad nach Conradson von mehr als 40 %, bevorzugt mehr als 45 %, verwendet. Mit hochmolekularem Pech ist ein Pech gemeint, das überwiegend Bestandteile mit hohem Molekulargewicht insbesondere über 170 enthält.
Durch die erfindungsgemäße Imprägnierung pech- oder teergebundener, getemperter Steine lassen sich bei Einhaltung der vorgeschriebenen Bedingungen Restkohlenstoffgehalte von mindestens 5,5'Gew.-% in den fertigen Steinen sowie eine Rohdichte von mehr als 3,12 g/cm , eine scheinbare Porosität von ca. 1,0% und eine Kaltdruckfestigkeit von mehr als 50 N/mm erreichen.
Im Vergleich zu Steinen auf gleicher Rohstoffbasis, die jedoch nur pech- oder teergebunden und getempert sind, betragen die Haltbarkeitssteigerungen der erfindungsgemäß hergestellten Steine bis zu 25 %. Die Haltbarkeitssteigerungen dürften auf folgende Punkte zurückzuführen sein:
Die Steine haben, bedingt durch den höheren Restkohlenstoffgehalt, eine höhere Verschlackungsbeständigkeit. Sie sind - infolge des Vorhandenseins flüssiger Phasen während des Aufheizens - elastischer.
Während der Imprägnierung bekommen die Steine eine dünne Oberflächenschicht anhaftenden Pechs. Diese Schicht wirkt
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als Dehnitiöglichkeit während des Aufheizens, da alle Feuerfestmaterialien bei Temperaturerhöhung Wärmedehnungen erfahren, die im Extremfall zu hohen Spannungen führen können, so daß Abplatzungen auftreten. Das bedeutet, daß die erfindungsgemäß hergestellten Steine keine zusätzlichen Dehnfugen benötigen und ohne Dehnungszwxschenlagen verlegt werden können.
Durch die noch im Stein vorhandenen flüchtigen Bestandteile des erfindungsgemäß verwendeten Imprägnierungspechs, die beim Einsatz der Steine mit fortschreitender
Temperatursteigerung zum kalten Ende des Steines hin nach der heißen Fläche wandern, bildet sich an der Grenzschicht zwischen Steinmaterial und flüssigem Medium (Stahl und Schlacke) ein Dampfpolster, das das Eindringen von flüssigen Medien verhindert oder reduziert.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert:
Beispiel I
Ca. 94 Gew.-% gesinterter Magnesit GMgO-Gehalt ca. 96 Gew.-%) wird mit ca. 30 Gew.-% Teer (Erweichungspunkt über 75°C, Destillationsrückstand bei 36O°C über 90 Gew.-%, Kohlenstoffgehalt nach Conradson von über 40 Gew.-%)und ca. 3,O % C-haltigen Zuschlägen gemischt.
Die Masse wird mit einem Druck von 1200 kg/cm bei einer Temperatur von ca. 135°C zu Steinen geformt. Anschließend werden die Steine bei ca. 32O°C 15 Stunden lang getempert, wobei der überwiegende Anteil der im Teer enthaltenen flüchtigen Bestandteile ausgetrieben wird.
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Der Restkohlenstoff der getemperten Steine beträgt ca. 4,5 Gew.-%, die Rohdichte ca. 3,04 g/cm , die scheinbare Porosität ca. 7 % und die Kaltdruckfestigkeit ca. 35 N/mm2.
Nach dem Tempern werden die Steine zur Vorbereitung der Teertränkung so hoch aufgeheizt, daß die Kerntemperatur im Stein 200 C beträgt. Die Oberflächentemperatur des Steines liegt nicht mehr als 10 C über der Kerntemperatur .
Das hochmolekulare Pech hat einen Erweichungspunkt von ca. 85°C, einen Gehalt an chinolinunlöslichen Anteilen von ca. 1,5 Gew.-% und einen Verkokungsgrad nach Conradson von ca. .50 %.
Der Restkohlenstoff der hergestellten Steine, die nach Abkühlung versandfertig sind, beträgt 5,5 Gew.-%, die Rohdichte 3,12 g/cm , die scheinbare Porosität ca. 1,0 %, wobei sich die Differenzen zwischen Rand und Kern auf weniger als 0,5 beläuft und die Kaltdruckfestigkeit > 50 N/mm .
Beim Einsatz der Steine in einem Sauerstoff-Aufblaskonverter wurde eine Haltbarkeit von 480 Chargen erreicht, bei einem durchschnittlichen Chargengewicht von 255 t Stahl. Demgegenüber besitzen Steine auf gleicher Rohstoffbasis, jedoch ohne nachträgliche erfindungsgemäße Imprägnierung, nur eine Haltbarkeit von 410 Chargen. Das bedeutet eine Haltbarkeitssteigerung von etwa 15%.
Beim Einsatz der Steine in einem bodenblasenden Konverter wurde eine Haltbarkeit von ca. 320 Chargen bei einem Abstichgewicht von ca. 60 t Stahl erreicht. Demgegenüber
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besitzen Steine auf gleicher Rohstoffbasis, jedoch ohne nachträgliche erfindungsgemäße Imprägnierung, nur eine Haltbarkeit von 270 Chargen. Das bedeutet eine Haltbarkeitssteigerung von etwa 15%.
Beim Einsatz der Steine in der Schlackenzone eines Elektroschmelzofens wurde eine Haltbarkeit von 100 Chargen bei einem Chargengewicht von je 100 t Stahl erzielt. Demgegenüber besitzen Steine auf gleicher Rohstoffbasis, jedoch ohne nachträgliches erfindungsgemäßes Imprägnieren, nur eine Haltbarkeit von 80 Chargen. Das bedeutet eine Haltbarkeitssteigerung von etwa 20 %.
Beispiel II
Ca. 35 % gesinterter Magnesit (MgO-Gehalt ca. 96 Gew.-%) und ca. 65 % eisenarmer, dolomitischer Magnesit (MgO-Gehalt ca. 87 Gew.-%) werden mit ca. 3,0 Gew.-% Teer (Erweichungspunkt über 75°C, Destillationsrückstand bei 36O°C über 90 Gew.-%, Kohlenstoffgehalt nach Conradson von über 40 Gew.-%) und ca. 3,0 % Kohlenstoffträgern gemischt.
Die Masse wird mit einem Druck von 1200 kg/cm bei einer Temperatur von ca. 135°C zu Steinen geformt. Anschließend werden die Steine bei ca. 32O°C 15 Stunden lang getempert, wobei der überwiegende Anteil der im Teer enthaltenen flüchtigen Bestandteile ausgetrieben wird.
Der Restkohlenstoffgehalt der getemperten Steine beträgt ca. 4,5 Gew.-%, die Rohdichte ca. 2,98 g/cm , die scheinbare Porosität ca. 9 %, die Kaltdruckfestigkeit ca. 3O N/mm2.
Die Steine werden - wie im Beispiel I angeführt - unter gleichen Bedingungen vakuumpechimprägniert.
- 10 -
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- το -
Der Restkohlenstoffgehalt der hergestellten Steine, die nach Abkühlung versandfertig sind, beträgt ca. 5,6 Gew.-%, die Rohdichte ca. 3,08 g/m , scheinbare Porosität ca. 1,8 %, die Differenz in der scheinbaren Porosität zwischen Rand und Kern weniger als 0,5 % und die Kaltdruck-
2
festigkeit ca. 55 N/mm .
Beim Einsatz dieser Steine in einem Sauerstoffaufblaskonverter mit durchschnittlichen Abstichgewiehten von ca. 200 t beträgt die durchschnittliche Haltbarkeit im allgemeinen ca. 450 Chargen, beim Einsatz von erfindungsgemäß behandelten Steinen ca. 520 Chargen. Das entspricht einer Haltbarkeitssteigerung von ca. 13 %.
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Claims (3)

COHAUSZ Sr FI,ORACK PATENT AN WALTSBÜRO SCHUMANNSTR. 97 ■ D-4OOO DÜSSELDORF Telefon-,{02Π) 683346 Telex·.08586513 cop d PATENTANWÄLTE: Dipl.-lng, W. COHAUSZ · Dip!--lng. R. KNAUF · Dr.-Ing, Dipt.-Wirtsch.-Ing. A. GERBER ■ Dipl.-Ing. H. B. COHAUSZ Ansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung feuerfester, ungebrannter Steine auf der Grundlage von Magnesit oder Dolomit für die Auskleidung von Schmelzgefäßen, insbesondere Konvertern oder Elektroschmelzofen, bei dem das gesinterte Rohmaterial mit Teer oder Pech gemischt, aus der Mischung Steine geformt und diese getempert werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines Restkohlenstoffgehalts von mindestens 5,5 Gew.-% im Endprodukt folgende Maßnahmen getroffen werden:
a) die teer- oder pechgebundenen Steine werden nach der Temperbehandlung so hoch aufgeheizt, daß die Kerntemperatur im Stein 190 bis 23O°C, vorzugsweise 195° bis 21O0C, beträgt und die Oberflächentemperatur nicht mehr als 20°C, vorzugsweise 10 C, über der Kerntemperatur liegt,
b) die erhitzten Steine werden in einem Vakuumkessel einem Unterdruck von weniger als 30 Torr, vorzugsweise 15 bis 10 Torr, für mehr als 4 Minuten, vorzugsweise 6 bis 8 Minuten, ausgesetzt,
c) die Steine werden im Vakuumkessel mit auf eine über der Erweichungstemperatur liegende Temperatur erhitztem Pech imprägniert,
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W/Ka ~ 2
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d) der Druck im Vakuumkessel wird anschließend auf 3 bis 6 atü, vorzugsweise 4,5 bis 5,5 atü, erhöht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Imprägnierung verwendete Pech
auf eine um 100 bis 140°C, vorzugsweise 110 bis 130°C, über der Erweichungstemperatur liegende Temperatur erhitzt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Verwendung eines hochmolekularen Pechs ' zur Imprägnierung der Steine mit einem Erweichungspunkt oberhalb von 700C, vorzugsweise oberhalb 800C, einem Gehalt an chinolinunlöslichen Anteilen von<3.%, bevorzugt < 1 ,5 %, und einem Verkokungsgrad nach Conradson von mehr als
40 %, bevorzugt mehr als 45 %♦
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