ANKRAL RX verbindet Heißfestigkeit, Klinkerschmelzbeständigkeit und Flexibilität bei Drehrohrofensteinen.
ANKRAL RX ist der erste Vertreter einer gänzlich neuen Serie von Drehrohrofensteinen, der ANKRAL X-Serie. Um maßgeschneiderte Produkte für unterschiedliche Kundenanforderungen anbieten zu können, sind weitere Produkte bereits in Entwicklung.
„Mit der neuen, innovativen Spinosphere-Technologie bringt RHI Magnesita ein Produkt mit bisher unerreichten Eigenschaften auf den Markt. Unser Team in der Forschung & Entwicklung hat es nach etwas mehr als einem Jahr geschafft, ein Problem zu lösen, an dem sich die gesamte Industrie schon lange die Zähne ausbeißt“, gibt sich Stefan Rathausky, Leiter der Business Unit Zement/Kalk bei RHI Magnesita stolz. „Unsere Kunden werden von der neuen Technologie profitieren, weil es nun möglich ist, für die höchst beanspruchten Bereiche des Drehrohres Produkteigenschaften zu erzielen, die mit bestehenden Technologien bisher unvereinbar waren. Klinkerschmelzbeständigkeit und Flexibilität sind kein Widerspruch mehr.“
Erste Installation sind zu Testzwecken seit Anfang des Jahres erfolgreich im Einsatz, zum Teil in Öfen mit äußerst herausfordernden Betriebsbedingungen. Weitere Einbauten sind bereits geplant und werden demnächst installiert.
Niedriger Tonerdegehalt bei ANKRAL RX
Die erste Entwicklung auf Basis der Spinosphere-Technology ist ANKRAL RX. Aufgrund der Wahl von synthetischem Sintermagnesia als Basis, verfügt der Stein über eine sehr hohe chemische Beständigkeit gegenüber Alkalisalzen. Dank des Einsatzes der neuen Technologie weist der Stein einen Tonerdegehalt von nur 4,5% auf. Im Vergleich dazu würde ein konventioneller Magnesia Spinell Stein mit vergleichbarer Thermoschockbeständigkeit und Flexibilität rund 10-12% Al2O3 benötigen, wodurch jedoch sowohl die Heißfestigkeit als auch die Klinkerschmelzbeständigkeit beeinträchtigt würden.
Aufgrund des niedrigen Tonerdegehaltes eignet sich ANKRAL RX insbesondere für Öfen mit hoher thermischer Beanspruchung bzw. ungünstigen Klinkerzusammensetzungen, die ein hohes Risiko für Klinkerschmelzinfiltrationen aufweisen, ohne dabei jedoch Einbußen in der Flexibilität hinnehmen zu müssen. Somit kann mit ANKRAL RX ein weiter Bereich von Anwendungsfällen abgedeckt werden, die durch das komplexe Zusammenspiel thermischer, chemischer und mechanischer Belastungen im Drehrohrofen entstehen können.
Fokus bisher entweder auf Flexibilität oder Heißfestigkeit
Zu Beginn der Entwicklung von Drehrohrofensteinen wurde Chromerz, ein natürlich vorkommender Eisen-Chrom-Spinell, dafür eingesetzt. Aufgrund der Risiken für Mensch und Umwelt in Verbindung mit der Bildung von Chrom (VI) und der erhöhten Anforderungen mit dem Einsatz von Alternativbrennstoffen, wurde Chromerz durch Magnesium-Aluminat-Spinell (MgO.Al2O3) ersetzt, der auch heute noch Standard in vielen Produkten ist.
Mit dem Einsatz von Spinellen, um die Thermoschockbeständigkeit (TSB) und Flexibilität zu erhöhen, ist aber auch eine Schwächung essentieller Eigenschaften wie Heißfestigkeit und Klinkerschmelzbeständigkeit in Kauf zu nehmen. Das ist durch die Bildung niedrigschmelzender Kalziumaluminatphasen in Reaktion mit dem im Klinker reichlich vorhandenem CaO, aber auch der im Stein vorhandenen Nebenphasen, zu erklären.
Daraus ergibt sich ein Dilemma bei der Entwicklung von Steinen mit hoher Flexibilität. Eine Erhöhung der Spinellmenge, insbesondere von MA-Spinell, führt unweigerlich zu einer Reduktion der Heißfestigkeit bzw. der Beständigkeit gegenüber Klinkerschmelze. Bisher musste man bei der Entwicklung neuer Produkte daher den Fokus entweder auf Flexibilität und TSB, oder aber auf Heißfestigkeit und Klinkerschmelzbeständigkeit legen.
Erhöhte Flexibilität ohne Einfluss auf Heißfestigkeit
Die Lösung dieses Problems ist seit langem Entwicklungsschwerpunkt von RHI Magnesita. Mit der Entwicklung der Herzynith-Technologie wurde ein erster sehr erfolgreicher Schritt in diese Richtung gesetzt. Mit der Entwicklung der Spinosphere-Technologie ist nun ein weiterer wesentlicher Fortschritt erzielt worden: die Flexibilität von Drehrohrofensteinen ohne wesentlich Beeinträchtigung der Heißfestigkeit oder Klinkerschmelzbeständigkeit. Gelungen ist dies durch einen neuartigen Produktionsprozess von MA-Spinell, der den Aluminiumoxidgehalt des Spinells um etwa 70% reduziert, ohne dessen Flexibilisierungseigenschaften zu vermindern. Damit kann die Bildung niedrigschmelzender Kalziumaluminatverbindungen beim Steinbrand als auch im Einsatz in Reaktion mit dem Klinker deutlich reduziert werden.
Spinell als Flexibilisierer
Im Gegensatz zu vielen anderen Industrien (Stahl, Glas, zum Großteil auch Nichteisen und UEC) ist in der Zementindustrie der Ofen kein stationäres Aggregat, sondern ein rotierender Ofen. Das stellt besondere Anforderungen an die Ofenausmauerung dar, da die Drehbewegung komplexe Biege-, Zug- und Scherkräfte zur Folge hat. Sintermagnesia ist aufgrund des hohen Schmelzpunktes und der hohen Korrosionsbeständigkeit gegenüber Klinkerschmelze ein nahezu ideales Ausgangsmaterial für die Produktion von Zementdrehrohrofensteinen. Die hohe Wärmedehnung und Wärmeleitfähigkeit von MgO haben jedoch eine niedrige Thermoschockbeständigkeit und Flexibilität zur Folge. Diese sind allerdings wesentliche Eigenschaften in einem Zementdrehrohrofen, um lange Haltbarkeiten erzielen zu können. Es muss daher eine weitere Komponente eingesetzt werden, um diese Eigenschaften zu verbessern. Zum Einsatz kommen sogenannte Flexibilisierer, bei denen es sich im Wesentlichen um unterschiedliche Arten von Spinell handelt.
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