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DE2854998C2 - Verwendung von feuerfestem Beton für Hochofen-Auskleidungen - Google Patents

Verwendung von feuerfestem Beton für Hochofen-Auskleidungen

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DE2854998C2
DE2854998C2 DE2854998A DE2854998A DE2854998C2 DE 2854998 C2 DE2854998 C2 DE 2854998C2 DE 2854998 A DE2854998 A DE 2854998A DE 2854998 A DE2854998 A DE 2854998A DE 2854998 C2 DE2854998 C2 DE 2854998C2
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DE
Germany
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calcium
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cement
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Rudolf Ing.(Grad.) 4220 Dinslaken Eschenberg
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THYSSEN AG VORM AUGUST THYSSEN HUETTE 4100 DUISBURG
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THYSSEN AG VORM AUGUST THYSSEN HUETTE 4100 DUISBURG
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Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung von feuerfestem Beton in Form von Fertigbauteilen für die Auskleidung von Hochöfen.
Feuerfester Beton wird bisher hauptsächlich zur Zwischenreparatur des Hochofenschachtes mit Hilfe von Spritzverfahren verwendet. Die chemische Zusammensetzung zweier bekannter Massen A und B lautet wie folgt
Masse A: SiO2 36,3%, Al2O3 54,2%, TiO2 2,1%, Fe2O3 1,3%, CaO 5,1%, Na2O 0,12%, K2O 0,27%, P2O5 0,06%, Glühverlust 0,43%.
Masse B: SiO2 6,1%, Al2O3 81,5%, TiO2 2,2%, Fe2O3 1,8%, CaO 7,2%, Na2O 0,10%, K2O 0,04%, P2O5 0,04%, Glühverlust 0,67%.
Die Haltbarkeit einer Spritzzustellung des Hochofenschachtes aus feuerfestem Beton ist wesentlich geringer als die einer Zustellung aus gebrannten Steinen. Eine Spritzzustellung wird daher nur für Reparaturen verwendet, nicht jedoch für Neuzustellungen.
Es ist weiter bekannt, im Hochofenbereich feuerfesten Beton an folgenden Stellen einzusetzen:
Im Gichtgasabzug durch Spritzen, als Kühlkastenkontaktmasse und als Hinterfüllmasse durch Schütten oder Stochern, für das Stichloch durch Pressen, für die Stichrinne durch Stampfen, Rütteln und als Fertigteile, für Heißwindschieber, Kondensatoren und Düsenstücke durch Gießen und als Fertigteile.
Die verwendeten bekannten Feuerbetone haben zwar hohe Festigkeit bei Raumtemperatur, während des Aufheizens entsteht jedoch je nach verwendeter Zementsorte zwischen 700 und 11000C eine Zone geringerer Festigkeit die erst bei Erreichen der keramischen Versinterung wieder in eine hohe Endfestigkeit übergeht (Techn. Mitteilungen, 70. Jg., Heft 3 (1977), S. 150 bis 159).
Die aus den bisher verwendeten feuerfesten Betonen durch Spritzzustellung hergestellten bekannten Hochofenauskleidungen sind einem hohen Verschleiß durch die niedergehende Koks- und Möllersäule ausgesetzt, solange sich die Auskleidung in der Zone geringerer
to Festigkeit befindet und die keramische Versinterung noch nicht eingetreten ist.
Bei der Untersuchung von Fertigbauteilen aus bisher bekannten feuerfesten Betonen wurde festgestellt, daß diese insbesondere bei einem Volumen von mehr als 0,2 m3 schon beim Aufheizen zur Entfernung des Wassers infolge innerer Wärmespannungen Risse bekommen und zerbröckeln b?w. zerfallen. Der Durchschnittsfachmann mußte daher annehmen, daß Fertigbauteile aus feuerfestem Beton für die Zustellung von Hochöfen wegen der Gefahr von Rißbildungen nicht geeignet sind.
Ein weiterer Nachteil großvolumiger Fertigbauteile aus bisher verwendeten feuerfesten Betonen würde außerdem dadurch entstehen, daß das Bauteil im Bereich größter Temperatur an der Ofeninnenseite bereits eine keramische Bindung und damit hohe Endfestigkeit besitzt, während sich das Bauteil im Inneren bei geringerer Temperatur in der Zone des beschriebenen ^estigkeitseinbruches befindet und an der Ofenaußenseite zum Panzer hin bei geringster Temperatur noch die hydraulische Bindung mit großer Festigkeit vorliegt.
Die Zone geringer Festigkeit im Bauteilinnern würde die Gefahr mit sich bringen, daß das Bauteil, insbeson-
dere im Übergang zur keramisch versinterten Zone, unter den Betriebsbedingungen und -belastungen zerreißt und Teile an der Ofeninnenseite abplatzen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen feuerfesten Beton zur Herstellung von Fertigbauteilen für die Zustellung von Hochöfen vorzuschlagen, die eine kurze Zustellzeit ermöglichen und lange Lebensdauer besitzen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Verwendung eines feuerfesten Betons für Fertigbauteile, die ein Volumen von mehr als 0,2 m3, bevorzugt mehr als 0,4 m3, haben, zur Auskleidung von Hochöfen, dessen Zementanteil aus einer Mischung besteht von
1. 10 bis 30 Gew.-% einer erdalkalischen mineralischen Substanz, die ausgewählt ist unter den Eisenhüttenschlacken des Kalziummonoaluminats oder -dialuminats oder des Kalziumsilikoaluminats, den tonerdehaltigen Zementen des Typs Kalziummonoaluminat und Kalziumdialurninat, den tonerdehaltigen Silikatzementen, den Silikaten des Kalziums oder Bariums und den Erdalkalioxiden, die bei sehr hoher Temperatur gebrannt sind, nämlich Magnesiumoxid, Dolomit, Kalziumoxid und Bariumoxid;
2. 14 bis 54% Siliziumoxid, Chromoxid, Titandioxid, Zirkonoxid und/oder Aluminiumoxid mit einer Partikelgröße zwischen 100 Ä bis 0,1 μιτί;
3. 14 bis 54% eines inerten Einsatzes mit einer Partikelgröße zwischen 1 bis 100 μιη, vorzugsweise 1 bis 10 μιτί, wobei die Summe der Bestandteile 2. und 3. 70 bis 90 Gew.-% des Zementes ausmachen.
Aus der DE-OS 27 31 612 sind Zemente und Zemente enthaltende Betone der vorgenannten Zusammenset-
zung bekannt Die Betone bestehen aus 10 bis 30% des beschriebenen Zementes sowie aus 70 bis 90% eines Zuschlagstoffes, beispielsweise Korund.
in der DE-OS 27 31 612 ist an die Verwendung der Betone im Bauwesen gedacht, z. B. für dre Herstellung von Straßenbedeckungen, die beständig sind gegenüber Erosion und Frost, weiter für Behäh-.r für radioaktive Abfallstoffe, für Erzeugnisse aus Eisenbeton und für Unterwasserbauten. Es ist aber auch die Verwendung der Betone ais feuerfeste Auskleidung sowie der Einsatz vorgefertigter Elemente genannt Konkrete Feststellungen, welche feuerfesten Auskleidungen gemeint sind, fehlen jedoch in der Offenlegungsschrift Da der Fachmann die eingangs geschilderte mangelnde Eignung von Beton für die Auskleidung von metallurgischen Öfen kennt, konnte er nicht ohne weiteres auf die erfindungsgemäß festgestellte Eignung des Betons für Fertigbauteile zur Auskleidung von Hochöfen kommen. Insbesondere bei den im Hochofen auftretenden Temperaturen bis 17000C werden hohe Anforderungen nicht nur hinsichtlich Hitzebeständigkeit, sondern auch Temperaturwechselbeständigkeit und ausreichender Festigkeit gegen Rißbildung infolge von Wärmespannungen sowie gegen Abplatzungen bei Stoßbelastung durch auftreffenden Koks und Möller gestellt.
Die Erfinder haben nun überraschenderweise festgestellt, daß Fertigbauteile aus feuerfestem Beton entsprechend der DE-OS 27 31 612 für die Zustellung von Hochöfen geeignet sind, ohne daß die Nachteile eintreten, die mit bekannten Betonen für Hochöfen verbunden sind. Die verwendeten Fertigbauteile bestehen bevorzugt aus feuerfestem Beton, der sich, bezogen auf die Betontrockenmischung, wie folgt zusammensetzt:
10 bis 30 Gew.-% Zementkomponente, bestehend aus 1.) 10 bis 30 Gew.-% tonerdehaltigem Zement oder tonerdehaltiger Schlacke,
2.) 14 bis 54 Gew.-% Chromoxid mit einer Partikelgröße zwischen 100 A und 0,1 μιτι,
3.) 14 bis 54 Gew.-% gebranntem Aluminiumoxid mit einer Partikelgröße zwischen 1 und ΙΟΟμπι, wobei die Summe der Bestandteile 2.) und 3.) 70 bis 90 Gew.-% des Zementes beträgt und 70 bis 90 Gew.-% Zuschlagstoff, bestehend aus Korund.
Bevorzugt werden die Fertigbauteile vor dem Einbau in den Hochofen einer Temperaturbehandlung bei Temperaturen im Bereich von 200 bis 6000C unterzogen.
Die erfindungsgemäß zu verwendenden Fertigbauteile weisen einen Festigkeitseinbruch im Bereich von etwa 700 bis HOO0C nicht auf. Sie behalten vielmehr in allen Temperaturbereichen ihre volle Festigkeit. Ferner wurde festgestellt, daß beim Aufheizen der erfindungsgemäß zu verwendenden Fertigbauteile die Gefahr von Rißbildungen sehr gering ist. Abplatzungen an der heißen Ofeninnenseite wurden nicht beobachtet.
Die erfindungsgemäß zu verwendenden Fertigteile besitzen eine Beständigkeit gegen Roheisen und gegen alkalihaltige Schlacke, die derjenigen hochwertiger keramischgebrannter feuerfester Steine entspricht.
Wegen der Größe der Fei;'.' ->uteile ergibt sich eine extrem kurze Montagezeil und eine fugenarme Zustellung, die besonders vorteilhaft ist, da der Verschleiß bevorzugt im bereich der Fugen angreift.
Infolge der ihaßgenauen Herstellung der Fertigteile können diese ohne Mörtel trocken verlegt werden.
Falls aus konstruktiven Gründen zwischen Bauteilen Fugen vorgesehen werden müssen, können diese mit dem gleichen feuerfesten Beton ausgestampft werden, so daß die Wand praktisch fugenfrei aus d>, .i gleichen Werkstoff besteht Da die Stampffuge zudem nur einen sehr geringen Wasseranteil besitzt, treten bei Inbetriebnähme des Ofens so gut wie keine Wassesdampfabsche:dungen auf.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert Es zeigen:
F i g. 1 die Ansicht einer Blasform,
F i g. 2 die in F i g. 1 gezeigte Blasform im Längsschnitt gemäß Linie A-B.
Das Ausführungsbeispiel zeigt gemäß F i g. 1 und 2 die Blasform eines Hochofens, die aus den Fertigbauteilen 1, 2, 3 und 4 besteht
Die Fertigbauteile 1 und 2 haben ein Gewicht von je 836 kg und ein Volumen von je 0,238 m3. Die beiden anderen Fertigbauteile 3 und 4 besitzen ein Gewicht von je 822 kg und ein Volumen von je 0,234 m3.
Die Fertigbauteile wurden entsprechend Beispiel 8 der DE-OS 27 31 612 hergestellt
Danach setzt sich der verwendete feuerfeste .
.ement
zusammen aus
24 Gew.-% tonerdehaltigem Zement mit einer Partikelgröße von 5 bis 50 μπι,
47 Gew.-% Chromoxid mit einer Partikelgröße von < 0,1 μπι,
29 Gew.-% gebranntem Aluminiumoxid mit einer Partikelgröße von 1 bis 10 μΐη.
19% dieses feuerfesten Zementes wurden mit 81% Korund gemischt und mit 3,3% Wasser, bezogen auf die Betontrockenmischung, zu einer Betonmasse angemacht
Der verwendete Korund hatte folgende Korngrößenabstufung:
23 Gew.-% Korngrößenabstufung 5/10 mm,
23 Gew.-% Korngrößenabstufung 2/5 mm,
20 Gew.-% Korngrößenabstufung 0,2/2 mm,
!5 Gew.-% Korngrößenabstufung 0,05/0,2 mm.
Die chemische Zusammensetzung des Betons lautet wie folgt:
SiO2 0,42%, Al2O3 84,9%, TiO2 2,66%, Fe2O3 0.12%, CaO 1,20%, Na2O 0,08%, K2O 0,02%, MgO 0,15%, Cr2O3 8,9%.
Die vorbereitete Betonmasse wurde in Formen, die den oben beschriebenen Teilen 1 bis 4 der Blasform entsprechen, gefüllt und durch Rütteln verfestigt Nach einer Erhärtungszeit von 24 Stunden wurden die Fertigbauteile im Temperaturbereich von 300 bis 6000C ca. ' 8 Tage lang getempert und anschließend in die Windformebene des Hochofens eingebaut
Vor dem Einsatz der Fertigbauteile im Hochofen wurden Versuchskörper wie im Hochofen, einseitig einer Temperatur von 14000C ausgesetzt, die durch einen Erdgasbrenner mit Sauerstoff erzeugt wurde. Die Versuchskörper wiesen auf der Rückseite eine Temperatur auf, die bei 500C lag. Nach dem Abkühlen konnten an den Versuchsfertigteilen keine Risse und an der aufgesetzten Stirnseite keine Abplatzungen festgestellt werden.
Um das Verschleißverhalten des erfindungsgemäß
b5 zu verwendenden feuerfesten Betons gegenüber Hochofenschlacke und Roheisen zu überprüfen, wurden ferner Vergleichsversuche in einem drehbaren Trommelofen durchgeführt. Der Trommelofen, dessen Längs-
achse um 5% geneigt ist, ist an der Vorderwand mit einem Erdgasbrenner und einem Schlacken- und Roheisendosierwerk und an der Rückwand mit einem Schlackenüberlauf ausgerüstet. Seine Länge beträgt 1000 mm, der Durchmesser 800 mm.
In einem ersten Versuch wurden in den Trommelofen drei verschiedene gebrannte Chromkorundsteine in Normalformat, die
87,4% Al2O3 und 11,3% Cr2O3 (Stein 1) bzw.
91,7% AI2O3 und 7,2% Cr2O3 (Stein 2) bzw.
89,0% AI2O3 und 8,6% Cr2O3 (Stein 3)
enthielten, und ungebrannte Platten der Abmessung 600 χ 270 χ 125 mm
aus dem erfindungsgemäß zu verwendenden Beton dieses Beispieles eingebaut. Die Abmessungen der Betonplatten für die Verschleißversuche sind bedingt durch die geringe Größe des Trommelofens.
In den fertig zugestellten Trommelofen (Umdrehungsgeschwindigkeit 1,5 Umdrehungen/min) wurden zunächst 10 kg Hochofenschlacke und 25 kg Roheisen eingefüllt. Diese Vorfüllung wurde während einer Stunde aufgeschmolzen; anschließend wurde je Stunde 10 kg Hochofenschlacke zugefüllt. Die Beheizung wurde mit dem beschriebenen Erdgasbrenner durchgeführt. Die Aufheiztemperatur betrug 15000C. Die Versuchsdauer betrug 86 Stunden.
Der durchschnittliche Verschleiß belief sich für die Chromkorundsteine 1 bis 3 auf 0,11, 0,15 und 0,20 mm/h und für die feuerfesten Betonplatten auf 0,21 mm/h.
In einem zweiten Versuch wurde der Trommelofen mit 3 verschiedenen gebrannten Korundsteinen im Normalformat, die
r 89,4% AI2O3 und 9,50% SiO2 (Stein 4) bzw.
> 91,9% Al2O3 und 7,0 % SiO2 (Stein 5) bzw.
92,3% Al2O3 und 7,0 % SiO2 (Stein 6)
enthielten, und mit feuerfesten Betonplatten gemäß Vergleichsversuch 1 zugestellt.
ίο In den fertig zugestellten Trommelofen (Umdrehungsgeschwindigkeit 1,5 Umdrehungen/min) wurden zunächst 10 kg Schlacke (bestehend aus 90% Hochofenschlacke und 10% Pottasche (K2CO3)) eingefüllt. Diese Vorfüllung wurde während 1 Stunde aufgeschmolzen; anschließend wurden pro Stunde 10 kg Schlacke, die wiederum aus 90% Hochofenschlacke und 10% Pottasche bestanden, zugefüllt. Die Beheizung wurde mit dem beschriebenen Erdgasbrenner durchgeführt. Die Aufheiztemperatur betrug 1500° C, die Versuchsdauer 48 Stunden.
Der durchschnittliche Verschleiß wurde für die Steine 4 bis 6 mit 1,1 und je 0,8 mm/h ermittelt, für die feuerfesten Betonplatten mit 0,22 mm/h.
Die Vergleichsversuche zeigen, daß der chemische Verschleiß durch Roheisen und Schlacke der ungebrannten Platten aus dem erfindiingsgemäß zu verwendenden feuerfesten Beton im Vergleich zum Verschleiß der untersuchten Chromkorundsteine nur geringfügig höher liegt, während die untersuchten Korundsteine einen wesentlich höheren Verschleiß aufweisen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Verwendung von feuerfestem Beton für Fertigbauteile, die ein Volumen von mehr als 0,2 m3, bevorzugt mehr als 0,4 m3, haben, zur Auskleidung von Hochöfen, dessen Zementanteil aus einer Mischung besteht von
1. 10 bis 30 Gew.°/o einer erdalkalischen mineralischen Substanz, die ausgewählt ist unter den Eisenhüttenschlacken des Kalziummonoaluminats oder -dialuminats oder des Kalziumsilikoaluminats, den tonerdehaltigen Zementen des Typs Kalziummonoaluminat und Kalziumdialuminat, den tonerdehaltigen Silikatzementen, den Silikaten des Kalziums oder Bariums und den Erdalkalioxiden, die bei sehr hoher Temperatur gebrannt sind, nämlich Magnesiumoxid, Dolomit, Kalziumoxid und Bariumoxid;
2. 14 bis 54 Gew.% Siiiziumoxid, Chromoxid, Titandioxid, Zirkonoxid und/oder Aluminiumoxid mit einer Partikelgröße zwischen 100 Ä bis 0,1 μίτι;
3. 14 bis 54 Gew.°/o eines inerten Einsatzes mit einer Partikelgröße zwischen 1 und 100 μΐη, vorzugsweise 1 und ΙΟμιη, wobei die Summe der Bestandteile 2. und 3. 70 bis 90 Gew.% des Zementes ausmachen.
2. Verwendung von Fertigbauteilen nach Anspruch 1, die vor dem Einbau in den Hochofen einer Temperaturbehandlung bei Temperaturen im Bereich von 200 bis 6000C unterworfen worden sind.
DE2854998A 1978-12-20 1978-12-20 Verwendung von feuerfestem Beton für Hochofen-Auskleidungen Expired DE2854998C2 (de)

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RU2163642C1 (ru) * 2000-02-25 2001-02-27 Открытое акционерное общество совместное предприятие акционерная компания "Тулачермет" Способ ремонта футеровки доменной печи

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