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Verfahren zur Herstellung eines feuerfesten, ohne vorhergehendes Brennen verwendbaren Materials aus Magnesia unter Verwendung von wenig Ton als Bindemittel.
Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von feuerfesten Materialien, die verwendet werden können, ohne dass sie vorher dem üblichen Brennverfahren bei hohen Temperaturen unterworfen wurden.
Feuerfeste Steine, die ohne vorhergehendes Brennen verwendet werden sollen, müssen eine hohe Festigkeit bei niedrigen mittleren und hohen Temperaturen besitzen ; sie müssen ferner dicht sein und dürfen bei den Gebrauchstemperaturen nicht übermässig schwinden. Feuerfeste Magnesitsteine werden gewöhnlich aus bei zirka 1750-1800 C kalziniertem Magnesiumkarbonat hergestellt, das gemahlen, mit Wasser vermischt, zu Steinen gepresst, getrocknet und schliesslich bei zirka 17500 C gebrannt wird. Dieses zweite Brennen ist notwendig, da die nach obigem Verfahren hergestellten Steine nach dem Trocknen weich sind und bei einer Erhitzung bis 1750 C eine bleibende übermässige Schwindung zeigen.
Die gepressten und getrockneten Steine könnten an sich ohne verhergehendes Brennen verwendet werden, wenn es gelänge, die niedrige Festigkeit und die übermässige Schwindung in Fortfall zu bringen.
Frühere Vorschläge zur Herstellung von ungebrannten Magnesitsteinen haben keine günstigen Ergebnisse gezeitigt, weil es nicht gelang, beide erforderlichen Bedingungen zu erfüllen. So wurde z. B. kalzinierter Magnesit mit organischen Bindemitteln, wie z. B. mit Melasse, Leinöl, Teer, Zellulose-SulfitAblaugen usw., vermischt und zu Steinen gepresst. Diese ergeben nach dem Trocknen wohl eine gute Festigkeit, beim Gebrauch im Ofen verbrennen aber die organischen Bestandteile und bei mittleren Temperaturen sind die Steine weich. Ferner sind sie vor dem Brennen nicht dicht genug ; sie schwinden daher beim Gebrauch übermässig. Es sind auch ungebrannte Magnesitsteine aus einem Gemisch von kalziniertem Magnesit und MgCI2, HCI, H ! S04 od. dgl. hergestellt worden.
Diese Steine sind zwar nach dem Trocknen hart, bei mittleren Temperaturen werden sie aber weich ; ferner schwinden sie infolge ihrer geringen Dichte vor dem Brennen. Schliesslich ist vorgeschlagen worden, Magerungsmittel bei der Herstellung tongebundener keramischer Erzeugnisse unter Anwendung geringer Tonmengen (2-5%) abzubinden. Hiezu wurde der Ton durch Zusatz von Wasser verflüssigt und dem verflüssigten Ton Alkalien in einer Menge von l-l /2% der Bindetonmenge zugegeben. Aber auch die so hergestellten
Steine genügen nicht den praktischen Anforderungen.
Es wurde nun ein Weg gefunden, nach dem man aus Magnesia unter Zuhilfenahme eines kolloidalen Bindemittels nach dem Pressen einen Stein erzielt, der nicht nur die gewünschte Dichte besitzt und keine überschüssige Schwindung beim Gebrauch aufweist, sondern der auch die verlangte Festigkeit bei allen Temperaturen, u. zw. sowohl bei niedriger als auch bei mittlerer und hoher Temperatur besitzt und der ausserdem in der Praxis keine geringere Feuerbeständigkeit als die bisher üblichen Steine aufweist. Als ein solcher kolloidaler Stoff wird plastischer Ton angewendet. Die Zugabe von Ton zur Magnesia ist an sich bereits bekannt ; sie ist aber noch nicht angewendet worden, um feuerfeste Magnesiasteine herzustellen, die ohne vorhergehendes Brennen verwendbar sind und die die erwünschte Festigkeit, Dichte und Volumenbeständigkeit besitzen.
Die Anwesenheit von Ton ist für die Feuerfestigkeit und
Volumenbeständigkeit der Magnesiasteine jedoch schädlich, wenn er in einer Menge von über 5% ange- wandt wird.
Dolomit soll im Sinne der vorliegenden Erfindung nicht inbegriffen sein, da dieser einen solchen
Prozentsatz an Kalk besitzt, dass er bei normalen Temperaturen durch Feuchtigkeit gelöscht wird. Die
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nach vorliegender Erfindung benutzte Magnesia soll entweder keinen oder nur so wenig Kalk enthalten, dass er nicht zu einem Hydrat werden und bei späterer Erhitzung nicht Ursache zur Schwindung geben kann. Es wurde gefunden, dass z. B. 3% Kalk nicht schädlich sind, dass aber in einigen Fällen bei 10% Kalk kein befriedigendes Ergebnis erzielt wurde.
Nach vorliegender Erfindung wird zweckmässig nur mit der Menge an Ton gearbeitet, die für eine ausreichende Bindung notwendig ist. Gegenüber dem Bekannten soll der für die Bindung erforderliche Tongehalt verringert bzw. die Bindekraft einer gegebenen kleinen Tonmenge bei niedriger Temperatur erhöht werden.
Man arbeitet also erfindungsgemäss so, dass man der Magnesia ausser dem fein gemahlenen Ton eine kleine Menge Chromerz und eine konzentrierte Lösung eines sauren Elektrolyten, insbesondere Natriumbisulfat, zusetzt, dann unter Druck verformt und hierauf bei verhältnismässig niedriger Temperatur trocknet.
Die Wirkung des erfindungsgemäss verwendeten Zusatzes von NaHS04 dürfte sich folgendermassen erklären : Feuchter Ton ist bekanntlich seiner Natur nach kolloidal und bildet ein klebriges Gel, das durch den sauren Elektrolyten offenbar wirksam dispergiert wird. Dieses dispergierte Tongel von saurem Charakter hat zu den alkalischen Magnesitteilchen eine grosse Affinität, die Teilchen werden sich gegenseitig anziehen und es findet ein Aneinanderhaften von Ton-und Magnesiateilchen statt, welches eine dauernde Bindung gewährleistet.
Wenn auch die Vorgänge theoretisch nicht restlos geklärt sind, so steht durch Versuche jedenfalls fest, dass saure Elektrolyte, im besonderen Natriumbisulfat und Natriumbichromat, viel wirksamer sind als neutrale und auch als basische Elektrolyte, obwohl auch letztere eine gewisse Bindung bewirken.
Die Bindung zwischen Magnesia und Ton beginnt zufolge der äusserst feinen Verteilung der Tonteilchen, welche die Magnesiateilchen als Gel umhüllen, bei verhältnismässig niedriger Temperatur.
Ohne Ton würde wohl auch eine gewisse Anfangsbindung bei niedriger Temperatur erreicht werden, der Ton erhöht jedoch diese Anfangsbindung und bewirkt auch bei hoher Temperatur eine stärkere Bindung. Würde man schliesslich Ton ohne den Elektrolyten verwenden, so erreicht man wohl eine gewisse Bindung bei mittleren Temperaturen. Die Bindung ist aber insbesondere anfänglich zu gering, es sei denn, dass der Tongehalt unvorteilhaft hoch gemacht würde. Durch die erfindungsgemässe Kombination unter Zugabe des Elektrolyten erreicht man, dass eine ausreichende Bindung auch bei niedriger Temperatur, selbst bei geringem Tongehalt, erzielt wird, z. B. wenn dieser nur 4% beträgt.
Es wurde des weiteren gefunden, dass eine mit dem Ton zusammen erfolgende Zugabe von Chromerzen günstiger ist als die Verwendung von Ton allein. Chromerze enthalten als Verunreinigung Magnesium-oder Aluminiumsilikate oder beide, die anscheinend ähnlich wie Ton und als Ersatz für den Ton kolloidal zu wirken scheinen. Durch Zugabe von 10-20% Chromerzen kann die zuzugebende Tonmenge auf unter 4% verringert werden. Diese Chromerze vermindern nicht die Feuerbeständigkeit des fertigen Materials.
Die geringe angewendete Tonmenge mit oder ohne Chromerzen bewirkt in Gegenwart des Elektrolyten eine weitaus bessere Abbindung bei niedrigerer Temperatur als eine grössere Tonmenge ohne Elektrolyten. Gute Ergebnisse wurden beispielsweise bei einem Zusatz von 1-4% Elektrolyt in bezug auf das Gesamtgewicht des Materials erzielt.
Gemäss vorliegender Erfindung wurde z. B. ein sehr gutes feuerfestes Material dadurch erzielt, dass ein angefeuchtetes Gemisch von zirka 75-86% kalzinierter, kalkfreier oder kalkarmer Magnesia, 2-5% plastischem Ton, 2-4% Natriumbisulfat und 10-20% Chromerzen unter einem Druck von z. B. 500 leg/cm2 zu Steinen verformt und hierauf bei einer Temperatur von 50-2000 C getrocknet wurde.
Das feuerfeste Material kann in einem Ofen verwendet werden, ohne dass es, wie bisher üblich, vorher einem Brennverfahren bei hohen Temperaturen unterworfen wurde.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung eines feuerfesten, ohne vorhergehendes Brennen verwendbaren Materials aus Magnesia unter Verwendung von wenig Ton als Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, dass kalzinierter, kalkfreier bzw. kalkarmer Magnesit zusammen mit einer kleineren Menge Chromerzen mit wenig fein gemahlenem Ton unter Zugabe einer konzentrierten Lösung von sauren Elektrolyten, insbesondere von Natriumbisulfat, vermischt und unter Druck verformt und hierauf bei verhältnismässig niedriger Temperatur getrocknet wird.