Magnesia-Chrom-Steine waren die frühesten und am häufigsten verwendeten feuerfesten Materialien für die Brennzone von Zementöfen.
Die Gefahren für die Umwelt werden jedoch immer deutlicher, sodass ein dringender Bedarf an umweltfreundlichen, gesundheitsbewussten und kostengünstigen Alternativen besteht.
Spinellsteine aus Magnesia-Eisen (Aluminium) haben sich in den letzten Jahren als feuerfestes Material für die Brennzone von Zementöfen etabliert und dienen vor allem als Ersatz für Magnesia-Chrom-Steine.
Dolomitsteine werden seit vielen Jahren international verwendet und sind weltweit das am häufigsten verwendete feuerfeste Material für die Brennzone von Zementöfen. Sie wurden in vielen großen Zementöfen erfolgreich eingesetzt.
Dolomitsteinebieten eine hervorragende Temperaturwechselbeständigkeit, Druckfestigkeit, Alkalibeständigkeit und chemische Korrosionsbeständigkeit. Darüber hinaus sind sie chromfrei und verursachen keine Umweltbelastung.
Unter normalen Betriebsbedingungen beträgt ihre durchschnittliche Lebensdauer mehr als 12 Monate. Folglich bieten Dolomitsteine ein besseres Preis-Leistungs-Verhältnis als andere chromfreie Alternativen, wie etwa Magnesia-Aluminium-Spinellsteine oder Magnesia-Eisen-Spinellsteine.
Zirkonhaltige Dolomit-Feuerfeststeine haben einen relativ hohen Gehalt an Calciumoxid (CaO). Während des Betriebs reagiert das Calciumoxid in den Ziegeln mit dem im Klinker vorhandenen Dicalciumsilikat (C₂S) und bildet auf der Oberfläche der feuerfesten Steine Tricalciumsilikat (C₃S).
Diese Schutzschicht weist eine hohe Feuerfestigkeit und eine gute Verträglichkeit mit dem Klinker auf und erleichtert die Bildung einer dicken, stabilen Ofenbeschichtung.
Diese Ofenbeschichtung schützt die Ofenauskleidung vor chemischen Angriffen, thermischer Erosion und direktem mechanischem Abrieb und erhöht gleichzeitig die thermische Effizienz des Zementofens.
Im Gegensatz dazu haften Ofenbeschichtungen nicht so leicht auf Magnesia-Chrom-Steinen und die Verbindung zwischen der Beschichtung und dem Ziegel ist oft schwach.
Klinkerschmelze, Schwefel und Alkalien können durch diese weniger dichte Grenzfläche leicht in die Hochtemperatur-Oberflächenschicht der Ziegel eindringen und zu einer Zersetzung des Ziegelmaterials unter der Ofenbeschichtung führen.
Während der Ofenabschaltung und Abkühlung kann die Ofenbeschichtung schwarz werden. Das -C₂S in der Beschichtung wandelt sich in -C₂S um, wodurch sich das Volumen der Beschichtung ausdehnt und pulverisiert wird.
Bei der Wiederinbetriebnahme des Ofens kommt es häufig im Laufe mehrerer Schichten zu einem starken Abblättern der Beschichtung und auch zu einer Ablösung der beschädigten Oberflächenschicht der feuerfesten Steine.
Wenn die Hochtemperaturoberflächen von frisch gebrannten Magnesia-Chrom-Steinen schnell Flammen ausgesetzt werden, sind sie sehr anfällig für Schäden, die durch übermäßige Wärmeausdehnung und Erosion verursacht werden und in der Folge zu weiteren Schäden führen.
Dieses Phänomen ist besonders ausgeprägt in Öfen, die häufigen Start-Stopp-Zyklen unterliegen. Folglich ist die Lebensdauer von Magnesia-Chrom-Steinen deutlich kürzer als die von Dolomitsteinen.
Umfangreiche praktische Erfahrungen zeigen, dass Dolomitsteine bei gleichen Prozess- und Anlagenbedingungen in der Regel eine längere Lebensdauer bieten als gleichwertige Magnesia-Chrom-Steine.
Bei zirkonhaltigen Dolomitsteinen wird der Zusammensetzung Zirkonoxid zugesetzt. Während des Kalzinierungsprozesses reagiert das Zirkoniumoxid mit Kalk zu Zirkonaten – hochfeuerfeste Materialien mit Schmelzpunkten von bis zu 2430 Grad.
Diese Reaktion erzeugt Mikrorisse in den Ziegeln, die dazu beitragen, die Ausbreitung spannungsbedingter Risse zu stoppen. Dies erhöht die Thermoschockstabilität der Ziegel und reduziert thermische Abplatzungen bei Ofenstillständen.
Auch Dolomitsteine sind in der Lage, sich zu verformen, ohne dass es zu Rissen kommt. Bei Hochtemperatur-Belastungstests (1550 Grad, 0,17 N/mm²) können sich Dolomitsteine um mehr als 10 % verformen, ohne zu brechen, wohingegen feuerfeste Materialien auf Magnesiabasis typischerweise nach einer Verformung um weniger als 1 % reißen.
Wenn Dolomitsteine hohen Temperaturen ausgesetzt werden – insbesondere in Übergangszonen mit niedrigeren Temperaturen –, neigen sie eher zum Kriechen als zum Sprödbruch, der für Magnesia- oder Magnesia-Spinell-Steine charakteristisch ist.