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Feuerfestes Erzeugnis.
Die Erfindung bezieht sich auf basische und neutrale feuerfeste Stoffe, welche stabil gegen warmes Wasser oder Wasserdampf und gegen Veränderungen im physikalischen Zustand des Diealciumsilicates sind und wesentliche Mengen an Kalk und Kieselsäure enthalten und in welchen der Kalk od. dgl. und die Kieselsäure in bestimmten Verhältnissen enthalten sind. Die Erfindung umfasst auch die Herstellung von feuerfesten Ziegeln oder anders geformten feuerfesten Materialien direkt aus dolomitartigen Mischungen und Kieselsäure bzw. silikathaltigem Material.
Gegenstand der Erfindung ist die Herstellung eines basischen oder neutralen feuerfesten Erzeugnisses, welches mit einem Bruchteil der Kosten, wie sie für bisher bekannte feuerfeste Materialien ähnlicher Eigenschaften aufgewandt werden mussten, hergestellt werden kann und welches ohne erst in Ziegel verformt werden zu müssen, zur Anwendung gelangen kann. Ferner ist Gegenstand der Erfindung die Herstellung eines kalkhältigen Produktes von hoher Feuerfestigkeit, bei welchem der Kalk inert gemacht worden ist, so dass er gegen Hydratation und andere chemische Angriffe äusserst widerstandsfähig ist.
Es hat sich gezeigt, dass die Einhaltung eines sorgfältig kontrollierten Verhältnisses zwischen den basischen und sauren Bestandteilen, welches Verhältnis im folgenden als das "wirksame BasenSäure-Verhältnis"bezeichnet werden wird, wesentlich ist. Es wurde festgestellt, dass ausser dem Kalk und der Kieselsäure, welche die wichtigsten Faktoren bei Bestimmung dieses Verhältnisses bilden, auch die andern Basen und Säuren berücksichtigt werden müssen. Innerhalb der unter Schutz gestellten Verhältnisse hat es sich herausgestellt, dass ein Teil Kalk in der Wirkung ungefähr 15 Teilen gegebenenfalls vorhandener Magnesia und dass ein Teil Kieselsäure ungefähr 10 Teilen der Summe der sauren Bestandteile, einschliesslich Eisenoxyd, Chromoxyd, Tonerde usf. entspricht.
Das wirksame BasenSäure-Verhältnis beträgt sonach :
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Dieses Verhältnis kann zwischen 1'40 und 3'90 schwanken, wobei jedoch nicht weniger als 5 Gel.-% Magnesia und nicht weniger als 46 Gew.-% und nicht mehr als 92 Gew.-% Kalk plus Kieselsäure, u. zw. ungefähr zwischen 8-76 Gew.-% Kalk und 9-40 Gew.-% Kieselsaure anwesend sein sollen. Die Verwendung gewisser Stabilisierungsmittel, wie der Oxyde oder Erze des Eisens, Chroms, Mangans und der Verbindungen des Phosphors, Bors, Fluors od. dgl., welche die Klinkerbildung bzw.
Frittung od. dgl. Reaktionen beim Brennen beschleunigen, ist wichtig, insbesondere zur Erzielung der benötigten chemischen und physikalischen Stabilität des Endproduktes. Die Verwendung solcher Stabilisierungsmittel bei der Herstellung von feuerfesten Materialien ermöglicht es im wesentlichen nicht hydratisierbare Produkte zu erhalten. Der Tonerdegehalt soll sehr nieder, zweckmässig unter 5 Gew.-% gehalten werden, da er die Feuerbeständigkeit des Produktes herabsetzt. Die so hergestellten Erzeugnisse weisen nach dem Brennen, Behandeln mit Dampf, Trocknen und Glühen weniger als 7% Gewichtsverlust auf.
Für die Herstellung der erfindungsgemässen feuerfesten Materialien steht eine grosse Auswahl an Rohmaterialien zur Verfügung. Als kalkhältige Gesteine sind besonders die weitverbreiteten Dolomite geeignet, aber auch Kalkstein kann verwendet werden und, wenn vorhanden, können die Kalk-und Kalkmagnesiasilikate, Wollastonit, Pyroxen und Amphibol u. dgl. zur Versorgung mit Kalk und Kieselsäure herangezogen werden. Kieselsäure kann als Sand, Sandstein, Quarzit, Serpentin, Schlacken u. dgl. eingeführt werden, wobei jedoch darauf geachtet werden muss, dass diese Rohstoffe praktisch frei an Flussmitteln, wie insbesondere Tonerde sind. Es können 5-51% Magnesia anwesend sein, je nachdem ihre Anwesenheit bei Bestimmung des wirksamen Basen-Säure-Verhältnisses gestattet ist.
Als Stabilisierungsmittel zum Totbrennen können Chromerz, Apatit, Eisenerz, Manganerz, Zunder, basische Schlacke aus dem Siemens-Martin-oder Konverterverfahren, Phosphate, Fluoride, Borate oder deren Mischungen verwendet werden. Die Menge an Stabilisierungsmitteln kann in weiten Grenzen schwanken, je nach den Eigenschaften des jeweils verwendeten Mittels,'dem gewünschten Ergebnis und den jeweils im feuerfesten Material vorhandenen Mengen an Kalk und Kieselsäure. Häufig hat es sich als günstig herausgestellt, Mischungen von Stabilisierungsmitteln zu verwenden, wie z. B.
Eisenoxyd mit Chromerz oder Phosphat.
Chromerz hat sich als besonders geeignetes Mittel zum Totbrennen erwiesen, da es in äusserst wirksamer Weise Reaktionen zwischen den Bestandteilen herbeiführt, das Produkt chemisch stabil
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macht und die Bildung hydraulischer Eigenschaften sowie auch die Rüekbildung von Diealeiumsilikat bei Temperaturen um 6750 C verhindert.
Bei der Herstellung dieser basischen feuerfesten Massen werden die Rohstoffe in der Weise zusammengesetzt, dass sie die gewünschte Zusammensetzung unter Einhaltung des Basen-Säure-Verhältnisses innerhalb der festgesetzten Grenzen ergeben. Zur Erleichterung der beim Brennen eintretenden
Reaktion werden die Rohstoffe und die Stabilisierungsmittel vorzugsweise vor dem Brennen fein ver- mahlen und gründlich gemischt. Das Brennen kann in einem Drehofen od. dgl., welcher mit 01 oder
Kohle gefeuert ist, oder in sonst irgendeiner geeigneten Weise vorgenommen werden. Wegen der grösseren Feuerfestigkeit der Klinker wird vorzugsweise eine höhere als die übliche Brenntemperatur verwendet. Einige Klinker bilden sich bereits in zufriedenstellender Weise bei 1426 -1540 C und andere noch feuerfestere bei höheren Temperaturen.
Eine Anzahl besonders feuerfester Klinker wurden bei 1650 -1760 C gebildet.
Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Zusammensetzung und die Herstellungsweise der erfindungsgemässen feuerfesten Materialien. Die hohe Feuerfestigkeit dieser Produkte geht aus dem Um- stand hervor, dass keines dieser Produkte beim Brennen bei 16500 C irgendwelche Zeichen der Ver- glasung und noch weniger des Schmelzens aufwies.
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Wirksames
<tb> Nr. <SEP> Zusammensetzung <SEP> Ca.O <SEP> SiO2 <SEP> MgO <SEP> Fe2O3 <SEP> Al2O3 <SEP> Cr2O3 <SEP> Basen-SäureVerhältnis
<tb> 1. <SEP> 82-2% <SEP> Dolomit)
<tb> 6-0% <SEP> Chromerz <SEP> ...... <SEP> } <SEP> 41#25 <SEP> 20#60 <SEP> 30#15 <SEP> 1#80 <SEP> 1#80 <SEP> 4#45 <SEP> 2#02
<tb> 11-8% <SEP> Sand..........
<tb>
2. <SEP> 70'5% <SEP> DOlomit.......)
<tb> 4-5% <SEP> Chromerz <SEP> ...... <SEP> } <SEP> 34#80 <SEP> 17#35 <SEP> 41#30 <SEP> 1#85 <SEP> 1#50 <SEP> 3#25 <SEP> 2#07
<tb> 25#0% <SEP> Serpentin <SEP> ......
<tb>
3. <SEP> 87-15% <SEP> Dolomit
<tb> 3#50% <SEP> Zunder <SEP> ....... <SEP> } <SEP> 45#25 <SEP> 16#40 <SEP> 31#55 <SEP> 6#35 <SEP> 0#45 <SEP> - <SEP> 2#77
<tb> 9-35% <SEP> Sand.........
<tb>
4. <SEP> 50 <SEP> 3% <SEP> Kalkstein
<tb> 7-5% <SEP> Chromerz...... <SEP> 44-70 <SEP> 22-45 <SEP> 23-25 <SEP> 2-55 <SEP> 2-15 <SEP> 4-90 <SEP> 1-98
<tb> 42-2% <SEP> Serpentin
<tb> 5. <SEP> 51#7% <SEP> Kalkstein <SEP> ......
<tb>
25#9% <SEP> Dolomit <SEP> ........... <SEP> 56#05 <SEP> 24#70 <SEP> 10#30 <SEP> 2#10 <SEP> 1#70 <SEP> 5#25 <SEP> 2#22
<tb> 7#5% <SEP> Chromerz <SEP> ...........
<tb>
14#9% <SEP> Sand <SEP> ..............
<tb>
6. <SEP> 83-7% <SEP> Dolomit
<tb> 1#0% <SEP> Chromerz <SEP> ......
<tb>
3#0% <SEP> Zunder <SEP> ........ <SEP> 42#05 <SEP> 21#00 <SEP> 30#25 <SEP> 5#50 <SEP> 0#50 <SEP> 0#75 <SEP> 2#03
<tb> 12#3% <SEP> Sand <SEP> .........
<tb>
7. <SEP> 73-75% <SEP> Kalkstein
<tb> 21-25% <SEP> Talk <SEP> ......... <SEP> } <SEP> 42#55 <SEP> 14#65 <SEP> 37#40 <SEP> 5#30 <SEP> 0#10 <SEP> - <SEP> 2#96
<tb> 5 <SEP> 00% <SEP> Zunder
<tb> 8. <SEP> 76-65% <SEP> Dolomit
<tb> 17#35% <SEP> Talk <SEP> ......... <SEP> 38#00 <SEP> 17#40 <SEP> 36#70 <SEP> 1#90 <SEP> 1#55 <SEP> 4#35 <SEP> 2#22
<tb> 6#00% <SEP> Chromerz <SEP> .....
<tb>
9. <SEP> 82-5% <SEP> Dolomit
<tb> 0#5% <SEP> Chromerz <SEP> ...... <SEP> } <SEP> 40#70 <SEP> 28#90 <SEP> 29#25 <SEP> 0#35 <SEP> 0#40 <SEP> 0#40 <SEP> 1#47
<tb> 17-5% <SEP> Sand..........
<tb>
10. <SEP> 87-7% <SEP> Dolomit
<tb> 5#0% <SEP> Zunder <SEP> ........ <SEP> } <SEP> 45#70 <SEP> 13#00 <SEP> 31#90 <SEP> 8#95 <SEP> 0#45 <SEP> - <SEP> 3#43
<tb> 7-3% <SEP> Sand
<tb> 11. <SEP> 66-45% <SEP> Dolomit
<tb> 13#00% <SEP> Schlacke <SEP> ..... <SEP> 38#85 <SEP> 15#60 <SEP> 36#20 <SEP> 6#55 <SEP> 0#85 <SEP> - <SEP> 2#53
<tb> 20#55% <SEP> Serpentin <SEP> .....
<tb>
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Aus den früheren Ausführungen geht hervor, dass einige der gebräuchlichen feuerfesten Materialien, welche eine wesentliche Menge Kalk enthalten, so wie z. B. solche, die aus Dolomit hergestellt sind, in ihrer Widerstandsfähigkeit gegen Hydratation sowie auch in ihrer Feuerfestigkeit noch weitgehend verbessert werden können, wenn man das Gleichgewicht zwischen basischen und sauren Bestandteilen in der oben geschilderten Weise einrichtet.
Es sind zwar hydraulische Zemente bekannt, welche Kalk und Kieselsäure in dem beanspruchten Verhältnis enthalten, aber diese Zemente sind in ihren Eigenschaften von den erfindungsgemässen Produkten grundlegend verschieden. So ist z. B. für die Anwendbarkeit der Zemente notwendig, dass sie leicht hydratisieren und sie dürfen daher nicht in der oben beschriebenen Weise chemisch stabilisiert sein.
Weiters ist die Anwesenheit von Magnesia, welche verhältnismässig inert ist, bei Zementen unerwünscht, während sie bei den vorliegenden Produkten so inert wie möglich gemacht wird und ihre Anwesenheit zur Hervorbringung gewisser erwünschter Eigenschaften vorteilhaft ist. Überdies würde hohe Feuerfestigkeit bei Zementen nachteilig sein, da es die Brennkosten stark erhöhen und häufig zu minderen Produkten führen würde, da Tonerde und andere Flussmittel absichtlich eingeführt
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haben oder ergeben, zu vermeiden.
Die Herstellung von Ziegeln oder andern verformten feuerfesten Materialien direkt aus Stoffen,
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einem Stabilisierungsmittel vermischt, um eine Endzusammensetzung, die der oben beschriebenen entspricht, zu erhalten. Es können auch andere gebrannte kalkhaltige Materialien, wie z. B. dolomitischer Kalkstein an Stelle von gebranntem Dolomit verwendet werden. Die-Mischung wird gründlich mit einem nicht wässrigen Bindemittel, wie Fett, Teer, Pech od. dgl. gemahlen, so dass alle Teilchen davon umhüllt sind. Wenn ein weiterer Schutz gegen Zersetzung durch Feuchtigkeit oder Wasser nötig ist oder wenn bis zum Brennen des verformten feuerfesten Gegenstandes längere Zeit verstreicht, wird der verformte Körper in eine Wachsmischung getaucht, wodurch völliger Schutz gewährleistet ist.
Der verformte feuerfeste Gegenstand wird dann in irgendeinem bei der Herstellung von feuerfestem Material gebräuchlichen Ofen bei den oben angegebenen Temperaturen gebrannt. Bei Herstellung der zu verformenden Mischungen kann diesen, um das Ausbrennen des Bindemittels ohne Rissigwerden des feuerfesten Materials zu erleichtern, noch grobkörnige, zweckmässig gebrannte Stoffe, wie dolomitische Magnesite, vorgebrannte feuerfeste Stoffe aus Tonerde und Kieselsäure, gesinterte Magnesite, chemisch behandelte Chromerze usf. zugesetzt werden. Diese grobkörnigen Stoffe sollen jedoch beim Erhalten der oben geschilderten Endzusammensetzungen, wie in den folgenden Beispielen veranschaulicht, berücksichtigt werden.
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<tb>
<tb>
Wirksames
<tb> Nr. <SEP> Zusammensetzung <SEP> CaO <SEP> SiO2 <SEP> MgO <SEP> Al2O3 <SEP> Fe2O3 <SEP> Cr2O3 <SEP> Basen-Säureverhältnis
<tb> 1. <SEP> 53-1% <SEP> gebrannter <SEP> Dolomit,
<tb> 16 <SEP> Maschen <SEP> pro <SEP> cm.........
<tb>
12-7% <SEP> Sand, <SEP> 40 <SEP> Maschen <SEP> pro <SEP> cm..
<tb>
4'2% <SEP> Chromerz, <SEP> 80 <SEP> Maschen <SEP> pro
<tb> cm........................} <SEP> 41#45 <SEP> 20#75 <SEP> 28#55 <SEP> 3#00 <SEP> 3#40 <SEP> 2#85 <SEP> 2#00
<tb> 30-0% <SEP> grobkörniger, <SEP> gegen <SEP> warmes <SEP> Wasser <SEP> und <SEP> Wasserdampf
<tb> stabiler <SEP> gebrannter <SEP> Dolomit,
<tb> 3-2 <SEP> Maschen <SEP> pro <SEP> cm..........
<tb>
2. <SEP> 52-4% <SEP> gebrannter <SEP> Dolomit,
<tb> 16 <SEP> Maschen <SEP> pro <SEP> cm.........
<tb>
13-4% <SEP> Sand, <SEP> 40 <SEP> Maschen <SEP> pro <SEP> cm
<tb> 4-2% <SEP> Chromerz, <SEP> 80 <SEP> Maschen <SEP> pro
<tb> cm <SEP> ........................ <SEP> 34#55 <SEP> 17#30 <SEP> 38#70 <SEP> 2#75 <SEP> 3#40 <SEP> 3#20 <SEP> 2#04
<tb> 30#0% <SEP> grobkörnige, <SEP> gegen <SEP> warmes <SEP> Wasser <SEP> und <SEP> Wasserdampf
<tb> stabile <SEP> Mischung <SEP> von <SEP> gebranntem <SEP> Magnesit <SEP> und <SEP> Dolomit,
<tb> 3-2 <SEP> Maschen <SEP> pro <SEP> cm...........
<tb>
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<tb>
Wirksames
<tb> Nr. <SEP> Zusammensetzung <SEP> CaO <SEP> SiO2 <SEP> MgO <SEP> Al2O3 <SEP> Fe2O3 <SEP> Cr2O3 <SEP> Basen-SäureVerhältnis
<tb> 3. <SEP> 67-25% <SEP> gebrannter <SEP> Dolomit,
<tb> 16 <SEP> Maschen <SEP> pro <SEP> C'I1L.........
<tb>
10'75% <SEP> Sand, <SEP> 40 <SEP> Maschen <SEP> pro <SEP> cm.
<tb>
3'0% <SEP> Chromerz. <SEP> 80 <SEP> Maschen <SEP> pro
<tb> cm <SEP> .......................... <SEP> 43#50 <SEP> 15#50 <SEP> 29#50 <SEP> 2#55 <SEP> 7#45 <SEP> 1#50 <SEP> 2#73
<tb> 15#0% <SEP> grobkörniger, <SEP> gegen <SEP> warmes <SEP> Wasser <SEP> und <SEP> Wasserdampf
<tb> stabiler <SEP> gebrannter <SEP> Dolomit,
<tb> 3-2 <SEP> Maschen <SEP> pro <SEP> cm..........
<tb>
4-0% <SEP> Zunder, <SEP> 40 <SEP> Maschen <SEP> pro <SEP> cm.
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PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Feuerfestes Erzeugnis, welches als wesentliche Bestandteile Kalk, Kieselsäure und ein Stabilisierungs- oder Fluss- und Sintermittel, wie z. B. Chromerz, enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Kalkgehalt 8-76 Gew.-% und der Kieselsäuregehalt 9-40 Gew.-% beträgt, dass das Verhältnis
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nicht geringer als 1#40 und nicht höher als 3-90 ist, derart, dass der Gewichtsverlust nach dem Brennen, Behandeln mit Dampf, Trocknen und Glühen, zweckmässig nicht mehr als ungefähr 7 Gew.-% beträgt.