FI79086B - Foerfarande foer utnyttjande av slagg med hoeg jaernoxidhalt fraon metallframstaellning. - Google Patents

Description

79086

TAPA HYÖDYNTÄÄ METALLI TUOTANNON KORKEAN RAUTAOKSI-PITOISUUDEN OMAAVAA KUONAA

Tämä keksintö kohdistuu tapaan hyödyntää metallituotannon kuonaa, erityisesti kuparin tai nikkelin valmistusprosessin korkean rautaoksidi-pitoisuuden omaavaa silikaattikuonaa lämmönkestävien, tulenkestävien ja /tai alkalikestävien kuitumateriaalien, kuten mineraalivillan valmistuksessa.

Mineraalivillat valmistetaan nopealla jäähdytyksellä silikaattisulista, jolloin tuloksena on lasimainen rakenne. Silikaattien lisäksi mineraali-villat sisältävät esimerkiksi kalsiumoksidia, alumiinioksidia ja magne-siumoksidia.

Mineraalikuiduille asetettavia vaatimuksia tuotannon asettamien vaatimusten lisäksi ovat mineraalivillan käyttöön liittyvät ominaisuudet kuten kuitujen pituus ja halkaisija, lämmönjohtavuus, tulenkestävyys, materiaalin homogeenisuus ja lasimaisuus, ominaispaino ja kemiallinen kestävyys sekä lujuus.

Mineraalivillan lasimaisuus on tärkeä valmistettavan tuotteen kannalta. Lasin muodostumista suosivat esimerkiksi pieni kide- ja sulatilan välinen energiaero, suuri kiteytymisen aktivaatioenergia eli sulan korkea viskositeetti sekä nopea jäähdytys. Lisäksi lasin muodostukseen vaikuttaa sulan happo/emäs-suhde, jolloin lasi tulee sitä epästabiilimmaksi, mitä suurempi on sen emäksisyys. Silikaattiliuoksen viskositeettia hallitsevat lähinnä siinä olevien anionien koko. Pääsääntöisesti voidaan sanoa, että mitä suurempi on kompleksinmuodostajien osuus sulassa, sitä suurempi on sen viskositeetti. Viskositeettia nostavia aineita ovat esimerkiksi piidioksidi, alumiinioksidi, titaanidioksidi ja kromi (111) -oksidi. Emäksisistä oksideista rauta- ja mangaanioksidit ovat magnesium-oksidia parempia fluksiaineita. Edelleen runsaasti magnesiumia sisältävät kuonat ovat vähemmän viskooseja kuin kalsiumia sisältävät kuonat.

Mineraalivillan valmistuksessa myös pintajännityksellä on tärkeä merkitys kuiduttunisen onnistumiseen, sillä sulan pitää päästä vapaasti liikkumaan uunista ja kuidutuslaitteesta. Ohjearvona viskositeetin ja pin- 2 79086 tajännityksen suhteeksi on käytännössä määritetty yli 0.01 tai muuten sulavirran sanotaan pisaroituvan.

Mineraalivillojen valmistajat ovat perinteisesti suhtautuneet kielteisesti rautaoksidipitoisiin raaka-aineisiin. Tämä on johtunut rautaoksidien aiheuttamista vaikutuksista valmistusprosessissa. Rautaoksidit pyrkivät pelkistymään kuonan viskositeetin jyrkän lämpötilariippuvuuden vuoksi kupoliuunissa, jossa ne kerääntyvät uunin pohjalle ja aiheuttavat ajo-katkoja ja linkojen kehien vaurioita. Pieniä määriä rautaoksideja kuitenkin lisätään raaka-aineisiin silloin, kun mineraalivillan tulen-kestävyyttä halutaan parantaa. Lisäksi on ollut vallitsevana käsitys, että korkeat rautaoksidipitoisuudet vaikuttavat valmistettavan villan kimmoisuuteen heikentävästi, jolloin villan peittävyys on yleisesti huonontunut.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on poistaa tekniikan tason haittapuolia ja aikaansaada entistä parempi tapa hyödyntää metallituotannon kuonaa, erityisesti kupari ja/tai nikkelivalmistuksen kuonaa siten, että kuonaa voidaan käyttää mineraalivillatuotannon raaka-aineena. Keksinnön olennaiset tunnusmerkit selviävät oheisista patenttivaatimuksista.

Kupari- tai nikkelituotannon kuonissa, jotka tavallisesti ovat fajaliitti-, ZFeO'SiC^ -pohjaisia silikaattikuonia, on rautaoksidin osuus suuri. Tämä rautaoksidipitoisuus on, kuten tekniikan tasossa mainittiin, ollut esteenä kuonien käytölle mineraalivillan valmistukseen. Nyt kuitenkin, esilläolevan keksinnön mukaisesti, on yllättäen havaittu, että seostamalla metallituotannon kuonia aikaansaadaan sekä korkeisiin lämpötiloihin soveltuvaa kuitumateriaalia että esimerkiksi teollisuuden eriste- tai rakenne materiaaliksi soveltuvaa, lujittavaa villamateriaalia. Tämän aiheuttaa se, että seostuksen ansiosta materiaalin viskositeetin lämpötilariippuvuus muuttuu ja lämpötilan funktiona muodostetun viskositeet-tikäyrän lämpötilariippuvuus pienenee mineraalivillavalmistukseen käytetyllä lämpötilavälillä. Näin kuitumaisten villamateriaalien valmistus on helposti hallittavissa ja tuotteesta muodostuu halutun kokoomuksen omaava ja olennaisesti homogeeninen.

3 79086

Keksinnön mukaisesti kupari- tai nikkelituotannon kuonaan lisätään seosaineita siten, että kuonan sisältämien happamien komponenttien suhteellinen pitoisuus kasvaa. Tällöin siis keksinnön mukaisesti kuonan sisältämien alumiinioksidin A^O.^ ja/tai piidioksidin, SiOj, pitoisuutta kasvatetaan siten, että otetaan huomioon eri kuonayhdistysten faasi-tasapainot. Näin aikaansaadaan haluttaessa joko olennaisen korkealla sulavia ja korkeita lämpötiloja ja alkalia sekä asbestia korvaavia kestäviä materiaaleja tai suhteellisen mataliin lämpötiloihin soveltuvia asbestia korvaavia, edullisesti esimerkiksi lämmöneristeenä käytettäviä materiaaleja.

Keksinnön mukaiseen tapaan soveltuvat kuonat sisältävät tavallisesti pääkomponentteina 25 - 40 p-% piidioksidia, 40 - 65 p-% rautaoksidia, 0-10 p-% kalsiumoksidia, 0-10 p-% magnesiumoksidia sekä 0-15 p-% alumiinioksidia. Kuten edellä tekniikan tason tarkastelun yhteydessä todettiin, on kuonien korkea rautaoksidipitoisuus estänyt kuonien käyttöä esimerkiksi mineraalivillan valmistuksessa. Rautaoksidi, joka suureksi osaksi esiintyy kupari- ja nikkelituotannon kuonissa silikaattiin sitoutuneena muodossa FeO, käyttäytyy kuonia käsiteltäessä emäksisen komponentin tavoin, kun taas silikaatteja muodostava piidioksidi on tunnetusti hapan komponentti. Näin lisäämällä piidioksidia ja/tai toista yleisesti happamana komponenttina toimivaa alumiinioksidia kuonaan saadaan kuonan rautaoksidi-piidioksidi-suhde muuttumaan mine-raalivillavalmistukseen edulliseksi. Kuitenkin keksinnön mukaista tapaa tutkittaessa on havaittu, että rautaoksidipitoisuus ei saa laskea mineraalivillan raaka-aineessa alle 22 p-%, jotta kuidutus olisi edullista suorittaa. Edelleen voidaan todeta, että rautaoksidin pitoisuus mineraalivillan raaka-aineessa on edullisesti välillä 22 - 35 p-%. Tähän päästään, kun kuonaan lisätään 15 - 35 p-% piidioksidia ja/tai 8-15 p-% alumiinioksidia laskettuna kuonan painosta.

Keksinnön mukaisen tavan edulliseen soveltamiseen käytettävien kuonien pitoisuusvaihteluiden vuoksi on lopputuotteen ominaisuudet huomioonottaen mahdollista, että raaka-aineseokseen joudutaan lisäämään pieniä määriä myös muita oksidisia komponentteja. Erityisesti matalan kuidutuslämpötilan omaavien materiaalien valmistuksessa piidioksidi lisäys joissakin tapauksissa nostaa kuidutuslämpötilaa ja tämän nousun kompen- soimiseksi tarvitaan muita oksidikomponentteja. Tällaisia mahdollisia komponentteja ovat esimerkiksi kalsiumoksidi, magnesiumoksidi ja sinkki- oksidi.

* 79086

Keksintöä selostetaan lähemmin seuraavassa oheisten esimerkkien ja oheisen kuvion avulla, joka kuvio esittää esimerkkien mukaisten seostettujen mineraalivillan raaka-aineiden viskositeettien lämpötilariippuvuutta seostamattomaan metallituotannon kuonaan nähden.

Kuvion mukaisesti käyrä A esittää seostamattoman metallituotannon kuonan viskositeetin lämpötilariippuvuutta. Kuten kuviosta havaitaan, on käyrän A lämpötilariippuvuus hyvin jäykkä ja sen kuiduttaminen määrätyssä lämpötilassa on siten hyvin vaikeaa. Kuvioon on merkitty myös kiduttamiseen edullisesti soveltuva viskositeettialue, 2,5 - 250 poisea. Seostamalla keksinnön mukaiseen tapaan soveltuvia metallituotannon kuonia keksinnön mukaisesti saatiin seostetun mineraalivillan raaka-aineen viskositeetti-lämpötilariippuvuus olennaisesti muuttumaan kiduttamiselle edulliseen suuntaan. Tämä näkyy selvästi kuvioon merkittyjen oheisten esimerkkien mukaisten raaka-aineseosten viskositeetti-lämpö-tilariippuvuuskäyristä, joissa lämpötilariippuvuus on seostamattomaan metallituotannon kuonaan nähden olennaisesti pienempi. Esimerkit omalta osaltaan esittävät yhtä edullista keksinnön sovellutusratkaisua.

Esimerkki 1

Kuonaan, joka sisälsi 53,0 p-% rautaoksidia, 32,0 p-% piidioksidia, 8,9 p-% magnesiumoksidia, 2,8 p-% alumiinioksidia ja 1,3 p-% kalsiumoksidia ja jonka sulamislämpötila oli 1 200 - 1 250° C, seostettiin 30 p-% piidioksidia, jolloin seoksen sulamislämpötila kohosi ja lisälämpöä jouduttiin tuomaan prosessiin kuiduttamisen suorittamiseksi. Kuidutus suoritettiin tälle keksinnön mukaiselle raaka-aineseokselle mittausten perusteella muodostetun lämpötila-viskositeettikäyrän, kuviossa käyrä B, avulla määritetyssä kuidutukselle edullisimmassa lämpötilassa 1500° C, jolloin aikaansaatiin korkean lämpökestävyyden, n. 1200° C, omaavaa materiaalia.

5 79086

Esimerkki 2

Esimerkin 1 mukaista kuonaa käytettiin lähtömateriaalina matalamman lämpötilakestävyyden omaavan materiaalin valmistamiseksi. Nikkelituotannon kuonasta, piidioksidista sekä alumiinioksidista muodostettiin tätä varten sula seos, joka sisälsi 75 p-% kuonaa, 10 p-% alumiinioksidia sekä 15 p-% piidioksidia. Tälle seokselle suoritettiin kuidutus esimerkin 1 mukaisella tavalla kuvion käyrää C hyväksikäyttäen lämpötilassa 1200° C, jolloin aikaansaatiin lämpötilakestävyyden 900 - 1000° C omaavaa materiaalia.

Claims (5)

6 79086

1. Tapa hyödyntää metallituotannon, erityisesti kuparin ja/tai nikkelin valmistusprosessin korkean rautaoksidipitoisuuden omaavaa silikaatti-kuonaa, joka sisältää 40 -65 p-% ferro-oksidia, lämmön, tulenkestävien ia/tai alkalinkestävien kuitumateriaalien valmistuksessa, tunnet-t u siitä, että kuonan viskositeetin lämpötilariippuvuutta muutetaan seostamalla siten, että kuonan sisältämien happamien komponenttien suhteellista osuutta kasvatetaan ferro-oksidipitoisuuden pienentämiseksi välille 22 - 35 p-% FeO.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että kuonan alumiinioksidi- ja piidioksidipitoisuutta kasvatetaan.

3. Patenttivaatimusten 1 - 2 mukainen tapa, tunnettu siitä, että kuonaan seostetaan 8 - 15 p-% alumiinioksidia ja 15 - 25 p-% piidioksidia.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että kuonan piidioksidipitoisuutta kasvatetaan.

5. Patenttivaatimusten 1 tai 4 mukainen tapa, tunnettu siitä, että kuonaan seostetaan 25 - 35 p-% piidioksidia.