DE102013106832A1

DE102013106832A1 - Verfahren zur Herstellung von Granulaten

Info

Publication number: DE102013106832A1
Application number: DE102013106832.4A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Rückert
Original assignee: S & B Ind Minerals GmbH; S & B Industrial Minerals GmbH
Current assignee: LMERYS METALCASTING GERMANY GMBH, DE
Priority date: 2013-06-28
Filing date: 2013-06-28
Publication date: 2014-12-31
Also published as: EP3013770A1; US20160297712A1; US9914665B2; WO2014206598A1

Abstract

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Granulaten, insbesondere zum Einsatz als Wärmedämmung für eine Metallschmelze. Dabei wird ein pulverförmiges Mineral mit einem Bindemittel gemischt und die Mischung zu einem Halbfertigprodukt granuliert. Erfindungsgemäß wird die Granulatmischung bzw. das Halbfertigprodukt auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur respektive Zersetzungstemperatur des als Salz ausgebildeten Bindemittels schlagartig erhitzt, so dass sich das Bindemittel unter Gasabgabe und Volumenzunahme zersetzt und dadurch das Schüttgewicht der Granulatmischung und folglich das Schüttgewicht des Fertigproduktes gegenüber dem Halbfertigprodukt sinkt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Granulaten, insbesondere zum Einsatz als Wärmedämmung für eine Metallschmelze und vorzugsweise für geschmolzenen Stahl, wonach ein pulverförmiger Feststoff bzw. ein pulverförmiger mineralischer Rohstoff mit einem Bindemittel respektive einem Hilfsstoff oder Hilfsstoffgemisch gemischt und die Mischung zu einem Halbfertigprodukt granuliert wird.
Zum Schutz geschmolzenen Metalls vor Wärmeverlust und zur Gewährleistung einer ausreichenden Metallqualität werden typischerweise Pulver oder Granulate auf die Oberfläche der Metallschmelze bzw. Stahloberfläche aufgebracht. Die Wärmedämmung wird im Allgemeinen über eine niedrige Schüttdichte des Wärmedämmmittels erreicht.
Tatsächlich kommen solche Wärmedämmstoffe insbesondere im Zuge der Stahlherstellung zum Einsatz, um den geschmolzenen Stahl bei seinem Weg durch die verschiedenen Produktionsstufen vor etwaigem Wärmeverlust zu schützen.
Bei der Anwendung auf flüssigem Metall, das allgemein sehr hohe Temperaturen von mehr als 1500°C aufweisen kann, kommt es jedoch nicht nur auf darauf an, etwaige Wärmeverluste der Metallschmelze bzw. des geschmolzenen Stahls so gering wie möglich zu halten. Zum Beispiel kann das Abdeckmittel genutzt werden, um Verunreinigungen aus der Metallschmelze aufzunehmen. Bei der Aufnahme von Verunreinigungen, z.B. Aluminiumoxid, kann das Abdeckmittel durch Änderung seiner chemischen Zusammensetzung teilweise aufschmelzen. Das Abdeckmittel darf jedoch nicht vollständig aufschmelzen, um seine wärmedämmende Wirkung nicht zu verlieren und Anbackungen an den technischen Anlagen der Metallerzeugung zu verhindern.
Hinzu kommt als weitere Anforderung, dass solche Abdeckmittel nicht gesundheits- und/oder umweltgefährdend sein sollen. Hierzu ist der Feinanteil des Kornbandes zu minimieren, außerdem dürfen die zugrundeliegenden Rohstoffe nicht als gesundheitsgefährdend eingestuft sein.
Moderne Einsatzstoffe in der Industrie sind oft granuliert, um automatisch gefördert werden zu können.
Eine besonders gute Wärmedämmung würde es ermöglichen, den Rohstoffverbrauch bei der Metallerzeugung zu senken und die globalen Ressourcen zu schonen, da weniger Material zum Zwecke der Wärmedämmung benötigt würde.
Ein derartiges Verfahren wird in der DE 197 31 653 C2 beschrieben. Hier geht es um ein Verfahren zur Herstellung von Kügelchen oder Pellets aus Reisschalenasche, die als Wärmedämmstoff eingesetzt werden. Der Wärmedämmstoff wird zur Wärmedämmung von geschmolzenem Stahl verwendet. Tatsächlich kommen solche Wärmedämmstoffe insbesondere im Zuge der Stahlherstellung zum Einsatz, um den geschmolzenen Stahl bei seinem Weg durch die verschiedenen Produktionsstufen vor etwaigem Wärmeverlust zu schützen. Zu diesem Zweck werden solche Granulate typischerweise auf die Oberfläche der Metallschmelze bzw. Stahloberfläche als Abdeckmittel aufgebracht.
An dieser Stelle kommt es nicht nur darauf an, etwaige Wärmeverluste der Metallschmelze bzw. des geschmolzenen Stahls so gering wie möglich zu halten. Sondern das Abdeckmittel soll die Stahlschmelze oder allgemein Metallschmelze auch vor atmosphärischen Gasen abschirmen und unerwünschte chemische Reaktionen der Metallschmelze vermeiden. Hinzu kommt als weitere Anforderung, dass solche Abdeckmittel nicht gesundheits- und/oder umweltgefährdend sein sollen.
Hier besteht bei der eingesetzten Reisschalenasche nach der DE 197 31 653 C2 insofern ein Problem, als die Reisschalenasche mit Bestandteilen des flüssigen Metalls reagieren kann. Namentlich kann es zu Reaktionen mit in flüssigem Stahl gelösten metallischen Aluminium bei hohem Kieselsäuregehalt kommen. Ganz abgesehen davon besteht im Stand der Technik die Gefahr, dass die als amorphes Siliciumdioxid ausgebildete Reisschalenasche als Feinstaubpartikel in den menschlichen Körper gelangen kann und hier unter Umständen Silikose verursacht. Das meint man im Rahmen der DE 197 31 653 C2 dadurch verhindern zu können, dass Kügelchen oder Pellets zum Einsatz kommen.
Die EP 1 572 399 B1 befasst sich mit einem Abdeckmittel bzw. Abdeckmaterial zum Abdecken der freien Oberfläche eines Stahlschmelzbades in einem offenen metallurgischen Gefäß. Das Abdeckmittel kommt insbesondere bei der Stahlerzeugung im Bereich der Roheisen- und Sekundärmetallurgie und im Strangguss zum Einsatz und bildet eine sogenannte Topschlacke. Dabei wird ein porosiertes Granulat verwendet, dessen Körner eine Porosität von 5 bis 70 Vol-% aufweisen. Das Granulat besteht aus Calciumaluminaten. Dadurch soll insgesamt eine einfachere Wärmedämmung gewährleistet werden.
Der Stand der Technik kann nicht in allen Aspekten überzeugen. So sind nach wie vor Gesundheitsgefährdungen der eingesetzten Abdeckmaterialien bzw. Granulate nicht ausgeschlossen. Außerdem können Umweltgefährdungen nicht verhindert werden und ist die Verarbeitung der bekannten Abdeckmittel teilweise problematisch. Hier will die Erfindung insgesamt Abhilfe schaffen.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein derartiges Verfahren zur Herstellung von Granulaten so weiterzuentwickeln, dass gesundheitlich unbedenkliche Granulate zur Verfügung gestellt werden, die reaktionsstabil sind und sich einfach verarbeiten lassen.
Zur Lösung dieser technischen Problemstellung ist ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung von Granulaten im Rahmen der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Granulatmischung bzw. das zugehörige Halbfertigprodukt auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des als Salz ausgebildeten Bindemittels schlagartig erhitzt wird, so dass sich das Bindemittel unter Gasabgabe und Volumenzunahme zumindest teilweise zersetzt und dadurch das Schüttgewicht der Granulatmischung und damit des solchermaßen hergestellten Fertigproduktes gegenüber dem Halbfertigprodukt sinkt.
Die Abnahme des Schützgewichts lässt sich im Wesentlichen darauf zurückführen, dass das Bindemittel bzw. der Hilfsstoff durch die Gasabgabe in der Mischung Poren im Fertigprodukt erzeugt werden. Auch eventuell bei der Erhitzung entweichendes Kristallwasser begünstigt die Porenbildung. Im Übrigen sorgen etwaige Zersetzungsrückstände des Bindemittels respektive Hilfsstoffes dafür, dass das Fertigprodukt stabilisiert wird. Tatsächlich wird das Bindemittel im Regelfall zu wenigstens 90 Gew.% zersetzt. D. h., im Fertigprodukt findet sich das Bindemittel zu 10 Gew.% oder weniger im Vergleich zum Halbfertigprodukt.
Im Rahmen der Erfindung kommen also zunächst einmal Granulate zum Einsatz, also Körnermischungen, deren Korngröße vorteilhaft für die Halbfertigprodukte oberhalb von 0,2 mm angesiedelt ist. Bevorzugt hat sich eine durchschnittliche Korngröße für das Halbfertigprodukt bzw. dessen Granulatmischung im Bereich von ca. 0,5 mm bis 1,8 mm als günstig erwiesen. Für die Fertigprodukte beobachtet man demgegenüber eine durchschnittliche Korngröße der Granulatkörner, die wenigstens 0,2 mm beträgt. Ganz besonders bevorzugt ist die Korngröße der Granulatkörner des Fertigproduktes im Bereich von ca. 0,5 mm bis 2 mm angesiedelt. Mit der Zunahme der durchschnittlichen Korngröße im Fertigprodukt gegenüber dem Halbfertigprodukt um meistens ca. 10 % geht die bereits beschriebene Abnahme des Schüttgewichtes der Granulatmischung des Fertigproduktes im Vergleich zum Halbfertigprodukt einher.
Tatsächlich beobachtet man für das Halbfertigprodukt und vor dem erfindungsgemäß eingesetzten schlagartigen Erhitzungsvorgang Schüttgewichte, die im Bereich von 1,0 kg/dm³ bis 1,5 kg/dm³ und vorzugsweise im Bereich von ca. 1,2 kg/dm³ angesiedelt sind. Alternativ hierzu können die Schüttgewichte auch anstelle in der Einheit kg/dm³ in der Einheit t/m³ angegeben werden, wie dies einleitend bereits erfolgt ist. Nach dem Erhitzungsvorgang und für das Fertigprodukt werden Schüttgewichte beobachtet, die typischerweise im Bereich von 0,8 kg/dm³ und weniger angesiedelt sind. Tatsächlich kann das Schüttgewicht des Fertigproduktes auch auf Werte von weniger als 0,5 kg/dm³ und insbesondere auf Werte von 0,3 kg/dm³ und weniger eingestellt werden. Das gelingt im Wesentlichen mit Hilfe des schlagartigen Erhitzungsvorganges bzw. hierfür zeichnet sich primär der tatsächlich eingestellte Temperaturgradient verantwortlich.
Im Regelfall wird die Granulatmischung und folglich das Halbfertigprodukt mit einem Temperaturgradienten von wenigstens 50 °C/sec., insbesondere 70 °C/sec. und ganz besonders bevorzugt mit einem Temperaturgradienten von mindestens 100 °C/sec. beaufschlagt. Je höher der Temperaturgradient eingestellt wird, desto niedriger stellt sich die Schüttdichte des solchermaßen produzierten Fertigproduktes ein. Das heißt, mit Hilfe des Temperaturgradienten bei der schlagartigen Erhitzung des Halbfertigproduktes kann das ausgangsseitig bei dem dadurch erzeugten Fertigprodukt beobachtete Schüttgewicht eingestellt und vorgegeben werden. Je größer der Temperaturgradient, desto größer ist die Abnahme des Schüttgewichtes des Fertigproduktes im Vergleich zum Halbfertigprodukt. – Im Regelfall beobachtet man eine Abnahme des Schüttgewichts im Fertigprodukt im Vergleich zum Halbfertigprodukt von wenigstens 20 %.
Das mit dem pulverförmigen Mineral bzw. Salz gemischte Bindemittel liegt in der Regel pulverförmig vor und wird in einem Lösungsmittel wie beispielsweise Wasser gelöst. Das heißt, das pulverförmige Bindemittel wird im Allgemeinen unter Zugabe des fraglichen Lösungsmittels wie beispielsweise Wasser mit dem pulverförmigen Mineral bzw. Salz gemischt und die Mischung anschließend unter Herstellung des Halbfertigproduktes bzw. der Granulatmischung granuliert.
Der Vorgang des Granulierens kann beispielsweise durch Tellergranulieren erfolgen. Auch ein zwischengeschalteter Strangpressvorgang ist möglich, solange ausgangsseitig die gewünschten Agglomerate bzw. Körner des Halbfertigproduktes in der angegebenen durchschnittlichen Korngröße im Bereich von 0,5 mm bis 1,8 mm vorliegen. Auch ein etwaiger Trocknungsvorgang kann in die Herstellung des Halbfertigproduktes mit eingebaut werden. Entscheidend ist jedoch, dass das Halbfertigprodukt bzw. die betreffenden Agglomerate bzw. Körner gebundenes Wasser aufweisen. Dabei werden typischerweise Feuchtegehalte im Bereich von 5 Gew.-% bis 30 Gew.-% und meistens 10 Gew.-% bis 30 Gew.-%, typischerweise 16 Gew.-% bis 22 Gew.-% im Halbfertigprodukt beobachtet. Demgegenüber weist das Fertigprodukt Feuchtegehalte von meistens weniger als 4 Gew.-% auf.
Die eingestellte Temperatur bzw. Schmelztemperatur bei der anschließenden schlagartigen Erhitzung des Halbfertigproduktes zur Herstellung des Fertigproduktes ist bei einem solchen Bindemittel mit Feuchtegehalt zugleich oberhalb einer Abspalttemperatur des Lösungsmittels respektive des Wassers im Beispielfall aus der Granulatmischung angesiedelt. Das heißt, die beim schlagartigen Erhitzungsvorgang eingestellte (End-)Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des als Salz ausgebildeten Bindemittels ist so bemessen, dass sowohl die Schmelztemperatur des Bindemittels als auch die Abspalttemperatur des Lösungsmittels aus der Granulatmischung jeweils überschritten werden.
Im Regelfall liegt die (End-)Temperatur bei dem schlagartigen Erhitzungsvorgang nicht nur oberhalb der Schmelztemperatur des als Salz ausgebildeten Bindemittels, sondern ist vorzugsweise auch oberhalb der Zersetzungstemperatur des als Salz ausgebildeten Bindemittels angesiedelt. Das gilt grundsätzlich, also auch für ein Bindemittel mit einem geringen oder gar keinem Feuchtegehalt. Auf diese Weise können die festen Zersetzungsrückstände des Bindemittels eine Bindewirkung im Fertigprodukt entfalten. Die Zersetzungsprodukte fungieren also als Gerüststruktur im Fertigprodukt.
Außerdem wird das im Bindemittel und folglich auch im Halbfertigprodukt gebundene Kristallwasser beim Erhitzen auf die fragliche Temperatur respektive (End-)Temperatur weit oberhalb der Zersetzungstemperatur des Salzes zugleich abgespalten. Dadurch wird Wasserdampf freigesetzt. Außerdem kommt es im Allgemeinen zur Freisetzung von Stickoxiden, weil es sich bei dem als Salz ausgebildeten Bindemittel typischerweise um ein organisches und/oder anorganisches (stickstoffhaltiges) Salz handelt. Tatsächlich haben sich hier Bindemittel bzw. Salze wie beispielsweise Calciumnitrat-Tetrahydrat oder Magnesiumnitrat-Dekahydrat als besonders günstig erwiesen.
Bei Calciumnitrat handelt es sich bekanntermaßen um das Calciumsalz der Salpetersäure. Demgegenüber stellt Magnesiumnitrat das Magnesiumsalz ebenfalls der Salpetersäure dar. Es kommen also typischerweise als Bindemittel und gleichsam Hilfsstoffe Salze und vorzugsweise Nitratsalze zum Einsatz, die sich bei ihrer Zersetzung durch eine signifikante Freisetzung von Stickoxiden auszeichnen.
Das heißt, bei dem erfindungsgemäß eingesetzten schlagartigen Erhitzungsvorgang mit den angegebenen Temperaturgradienten von wenigstens 50 °C pro Sekunde wird nicht nur das im Bindemittel gebundene Kristallwasser oder allgemein Lösungsmittel durch Verdampfen frei, sondern kommt es auch zur Freisetzung von Stickoxiden im Beispielfall. Beide Gase sorgen dafür, dass das Bindemittel unter Aufschäumen zersetzt wird, so dass als Folge hiervon das Schüttgewicht des Halbfertigproduktes wie beschrieben beim Übergang zum Fertigprodukt deutlich sinkt.
Um den Erhitzungsvorgang noch zu intensivieren, wird meistens mit einem Ofen, beispielsweise einem sogenannten Perlitofen gearbeitet. Dabei wird die Granulatmischung bzw. das Halbfertigprodukt mit einem heißen Luftstrom beaufschlagt. Hier hat es sich als besonders günstig erwiesen, wenn der Erhitzungsvorgang im Gegenstrom durchgeführt wird. Das heißt, die Granulatmischung bzw. das Halbfertigprodukt passiert den im Ofen erzeugten heißen Luftstrom im Gegenstrom, so dass eine besonders intensive und gleichmäßige Erhitzung der einzelnen Granulatkörner beobachtet wird. Alternativ hierzu kann aber auch ein vertikaler Keramikrohrofen zum Einsatz kommen. Dabei lassen sich in beiden Fällen Temperaturen des heißen Luftstroms im Innern beobachten und einstellen, die im Regelfall 600 °C und noch mehr übersteigen.
Tatsächlich liegt die Zersetzungstemperatur von beispielsweise Magnesiumnitrat bei ca. 330 °C. Die Kristallwasserabgabe bei Magnesiumnitrat erfolgt bei Temperaturen oberhalb von 90 °C. Für Calciumnitrat beobachtet man eine ab 225 °C beginnende Zersetzung. Die Kristallwasserabspaltung des Tetrahydrats erfolgt bei Temperaturen von mehr als 100 °C.
Sobald also im Beispielfall Temperaturen von 600 °C und gegebenenfalls mehr bei der Erhitzung des Halbfertigproduktes eingestellt werden, ist im Falle von Calciumnitrat und Magnesiumnitrat als jeweils Bindemittel im Halbfertigprodukt gewährleistet, dass sowohl das hierin befindliche Kristallwasser abgespalten wird als auch eine Zersetzung erfolgt ist, und zwar unter Freisetzung von Stickoxiden. Dadurch beobachtet man die bereits beschriebene Abnahme des Schüttgewichtes. Tatsächlich erfolgt nämlich die Freisetzung der fraglichen Gase, das heißt des Wasserdampfes und der Stickoxide im Beispielfall schlagartig, weil der Prozess der Erhitzung von beispielsweise Raumtemperatur (20 °C) bis auf Temperaturen oberhalb der Zersetzungstemperatur von 600 °C in einer geringen Zeitspanne erfolgt, in der Regel in weniger als 10 sec.. Meistens werden hier sogar Zeitspannen von lediglich 2 sec. beobachtet, so dass in diesem Fall ein Temperaturgradient von nahezu 300 °C/sec. beobachtet wird.
Bei dem verwendeten pulverförmigen Feststoff, insbesondere Mineral bzw. dem meistens eingesetzten pulverförmigen mineralischen Rohstoff zur Herstellung der erfindungsgemäßen Granulate handelt es sich im Allgemeinen um Calciumoxid, Magnesiumoxid, Calciummagnesiumoxid (calcinierter Dolomit), Dolomitkalk, Aluminiumoxid, Dunit, Forsterit, Olivin, Kohlenstoff oder vergleichbare Stoffe. Dabei ist entscheidend, dass der Schmelzpunkt des pulverförmigen Minerals deutlich oberhalb der Zersetzungstemperatur des Bindemittels angesiedelt ist und auch oberhalb der Abspalttemperatur des Lösungsmittels für das Bindemittel.
Denn sonst kann das pulverförmige Mineral nach der Zersetzung des Bindemittels und dem Abspalten des Kristallwassers aus dem Bindemittel nicht für die gewünschte und geforderte Kornbildung bzw. Kornstabilität im Fertigprodukt sorgen. Beispielsweise verfügt Calciumoxid als mögliches verwendetes pulverförmiges Mineral über einen Schmelzpunkt, der bei mehr als 2500 °C angesiedelt ist. Im Vergleich zu der Zersetzungstemperatur von Calciumnitrat als möglichem Bindemittel von weniger als 400 °C bzw. ca. 330 °C, wird hier ein Temperaturabstand zwischen der Schmelztemperatur des pulverförmigen Minerals im Vergleich zu dem Bindemittel von ca. 2000 °C beobachtet. Im Allgemeinen reichen für die beschriebenen Anwendungen jedoch Temperaturunterschiede von 500 °C und mehr zwischen einerseits der Zersetzungstemperatur des Bindemittels und andererseits der Schmelztemperatur des pulverförmigen Minerals aus. Insbesondere ist hier sogar ein Temperaturunterschied von 100 °C und mehr völlig ausreichend.
Dadurch ist das pulverförmige Mineral nach wie vor in der Lage, ein stabiles Grundgerüst für die Granulatkörner des Fertigproduktes zur Verfügung stellen zu können, und zwar auch unter Berücksichtigung der deutlichen Abnahme des Schüttgewichtes, welches wie beschrieben von 1,2 kg/dm³ bis auf 0,5 kg/dm³ und weniger sinken kann. Hierbei wird insgesamt und ergänzend davon ausgegangen, dass die Schmelztemperatur bzw. Zersetzungstemperatur des als Salz ausgebildeten Bindemittels immer oberhalb der Abspalttemperatur des Lösungsmittels aus dem Bindemittel bzw. aus der Granulatmischung angesiedelt ist. In den beschriebenen Beispielfällen ist dies der Fall, weil die Abspalttemperatur des meistens eingesetzten Lösungsmittels bzw. Wassers im Bereich von 90 °C bis 100 °C angesiedelt ist, wohingegen die Schmelztemperatur bzw. Zersetzungstemperatur des Bindemittels Werte von bis zu ca. 300 °C bzw. bis zu ca. 330 °C annehmen kann.
Außerdem ist die Auslegung regelmäßig so getroffen, dass der Anteil des Bindemittels bzw. Hilfsstoffes im Halbfertigprodukt weniger als 50 Gew.-% beträgt. Folgerichtig liegt das pulverförmige Mineral im Halbfertigprodukt zu 50 Gew.-% und mehr vor. Besonders geeignet haben sich Mischungen im Halbfertigprodukt, bei welchen 20 Gew.-% bis 40 Gew.-% Bindemittel bzw. Hilfsstoff und der Rest das pulverförmige Mineral zum Einsatz kommen. Als Untergrenze für das Bindemittel bzw. den Hilfsstoff im Halbfertigprodukt empfiehlt die Erfindung 5 Gew.-% an Bindemittel. Denn ansonsten kann bei dem aus dem Halbfertigprodukt hergestellten Fertigprodukt nicht die nötige mechanische Stabilität sichergestellt werden.
Für Aluminiumoxid wird ein Schmelzpunkt von regelmäßig mehr als 2000 °C beobachtet, welcher ebenfalls deutlich über den Zersetzungstemperaturen von einerseits Magnesiumnitrat und andererseits Calciumnitrat als denkbaren Bindemitteln angesiedelt ist. Vergleichbares gilt für Dolomitkalk oder allgemein Dolomit, welches einen Schmelzpunkt deutlich oberhalb von 450 °C aufweist. Auch in diesem Fall liegt ein Abstand der Schmelztemperatur des pulverförmigen Minerals (> 450 °C) im Vergleich zum Bindemittel (ca. 330 °C) vor, welcher 100 °C und mehr beträgt.
Die Herstellung des Halbfertigproduktes aus dem pulverförmigen Mineral, dem Bindemittel und gegebenenfalls dem Lösungsmittel für das Bindemittel kann auf grundsätzlich zweierlei Art und Weise erfolgen. So ist es im Rahmen einer ersten Alternative denkbar, dass das pulverförmige Mineral und auch das Bindemittel im pulverförmigem Zustand jeweils trocken gemischt werden und dann anschließend Lösungsmittel zugegeben wird, bevor ein Granuliervorgang erfolgt bzw. Agglomerate hergestellt werden. Der Begriff "pulverförmig" bezeichnet in diesem Zusammenhang jeweils Schüttgüter mit einer durchschnittlichen Korngröße, die deutlich unterhalb von 0,5 mm angesiedelt ist. Meistens werden durchschnittliche Korngrößen von 200 µm und weniger beobachtet.
Alternativ zu der Herstellung einer Trockenmischung und dann Zugabe von Lösungsmitteln ist es aber auch denkbar und liegt im Rahmen der Erfindung, dass das pulverförmige Mineral andererseits und das mit dem Lösungsmittel aufgeschlossene Bindemittel andererseits feucht angemischt werden. In beiden Fällen beträgt der Feuchtegehalt des anschließend granulierten Halbfertigproduktes zwischen ca. 5 und 30 Gew.-%.
Ausführungsbeispiel:
Als mögliche Zusammensetzung empfiehlt die Erfindung den Einsatz von in etwa 60 Gew.-% pulverförmigem Mineral und ca. 40 % Bindemittel zur Herstellung des Halbfertigproduktes bzw. der entsprechenden Granulatkörner des Halbfertigproduktes. Das heißt, das Halbfertigprodukt enthält mehr als 60 Gew.-% des pulverförmigen Minerals und den Rest überwiegend das Bindemittel, das heißt bis auf etwaige Verschmutzungen, Reststoffe etc.. Das Schüttgewicht liegt im Bereich von 1,2 kg/dm³, wenn beispielsweise 66 Gew.-% hydratisierter Dolomitkalk und 33 Gew.-% Calciumnitrat-Tetrahydrat zur Herstellung des Halbfertigproduktes wie beschrieben eingesetzt werden.
Nach dem Erhitzen werden Schüttgewichte des Fertigproduktes beobachtet, die typischerweise bei 0,5 kg/dm³ oder sogar noch weniger liegen. Das Fertigprodukt setzt sich dabei aus 91 Gew.-% wasserfreiem Dolomitkalk und 6 % Kalk bzw. Calciumoxid aus der Zersetzung des Calciumnitrat-Tetrahydrats zusammen. Im Beispielfall erfolgt das Erhitzen von in etwa Raumtemperatur (20° C) bis auf Temperaturen oberhalb der Zersetzungstemperatur von 600 °C und insbesondere sogar auf Temperaturen von mehr als 1200 °C innerhalb einer Zeitspanne von meistens weniger als 10 sec.. Je nach gewünschtem Schüttgewicht des Fertigproduktes kann auch mit einer Zeitspanne von weniger als 2 sec. gearbeitet werden.
Die anschließenden Figuren zeigen in
1 den erfindungsgemäßen Herstellungsvorgang schematisch und
2 den Einsatz des gewonnenen Granulates als Abdeckmittel für eine Metallschmelze.
In der 1 ist der erfindungsgemäße Herstellvorgang schematisch dargestellt. Dabei zeigt der linke Teil das Halbfertigprodukt bei 20 °C, welches sich aus Calciumnitrat (Ca(NO₃)₂·4H₂O) und Dolomit zusammensetzt, jeweils mit gebundenem Kristallwasser. Durch den schematisch angedeuteten schlagartigen Erhitzungsvorgang von 20 °C auf Temperaturen von mehr als 1000 °C werden einerseits Wasserdampf (n H₂O) und andererseits Stickoxide (NO_x) freigesetzt. Dadurch verbleibt im Fertigprodukt das Dolomit zusammen mit Kalk bzw. CaO aus der Zersetzung des Bindemittels.
In der 2 wird nun der Einsatz des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Granulates als Abdeckmittel für allgemein Metallschmelzen und insbesondere Stahlschmelzen gezeigt. Man erkennt dort zunächst einmal eine Gießpfanne 1, von der ausgehend die Metallschmelze bzw. Stahlschmelze in eine Gießwanne 2 gelangt. Die Stahlschmelze in der Gießwanne 2 wird mit Hilfe des erfindungsgemäßen Abdeckmittels auf ihrer Oberfläche bedeckt, so dass Oxidationen an dieser Stelle nicht oder praktisch nicht auftreten können. Ausgehend von der Gießwanne 2 wird dann die Metallschmelze bzw. Stahlschmelze zu einem Strang gegossen, und zwar ausgangsseitig eines Formwerkzeuges 3, welches im Beispielfall durch zugeführtes Wasser 4 gekühlt wird.
Nach Verlassen des Formwerkzeuges 3 wird der solchermaßen gebildete Metallstrang über Unterstützungsrollen 5 weiter geführt. Zwischen den Unterstützungsrollen 5 können jeweils beidseitig des erzeugten Metallstranges noch Spraydüsen 6 platziert sein, mit deren Hilfe beispielsweise Wasser auf die Metalloberfläche aufgesprüht wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19731653 C2 [0008, 0010, 0010]
EP 1572399 B1 [0011]

Claims

Verfahren zur Herstellung von Granulaten, insbesondere zum Einsatz als Wärmedämmung für eine Metallschmelze, wonach ein pulverförmiger Feststoff mit einem Bindemittel gemischt und die Mischung zu einem Halbfertigprodukt granuliert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbfertigprodukt auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur, vorzugsweise auf eine Temperatur oberhalb der Zersetzungstemperatur, des als Salz ausgebildeten Bindemittels schlagartig erhitzt wird, so dass sich das Bindemittel unter Gasabgabe und Volumenzunahme zumindest teilweise zersetzt und dadurch das Schüttgewicht der Granulatmischung und folglich des Fertigproduktes gegenüber dem Halbfertigprodukt sinkt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, die festen Zersetzungsrückstände des Bindemittels eine Bindungswirkung im Fertigprodukt entfalten.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel pulverförmig vorliegt und unter Zugabe eines Lösungsmittels wie beispielsweise Wasser mit dem pulverförmigen Feststoff gemischt und die Mischung granuliert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelztemperatur des Bindemittels zugleich oberhalb einer Abspalttemperatur des Lösemittels aus der Granulatmischung angesiedelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als pulverförmiger Feststoff Oxide eingesetzt werden, die nicht mit der Metallschmelze reagieren, beispielsweise Calciumoxid, Aluminiumoxid oder Dolomitkalk.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, als Salz und Bindemittel ein organisches und/oder anorganisches Salz zum Einsatz kommen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngröße des Fertigproduktes minimal 0,2 mm beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbfertigprodukt mit einem Temperaturgradienten von wenigstens 50 °C/sec., insbesondere 70 °C/sec. und vorzugsweise 100 °C/sec. und mehr erhitzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorgang des Erhitzens in einem Ofen durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbfertigprodukt mehr als 60 Gew.-% des pulverförmigen Minerals und den Rest überwiegend das Bindemittel enthält.