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Verfahren zur Herstellung von ungebrannten feuerfesten und/oder isolierenden Massen, Steinen,
Auskleidungen, Schutzanstrichen u. dgl. aus keramischen Stoffen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, nach welchem aus keramischen oder Isolierstoffen, wie Ton, Schamotte, Tonerde-Kieselsäure-Gemenge, gebranntem Quarzit, gebranntem Magnesit bzw. Kieselgur od. dgl., unter Verwendung eines besonderen Bindemittels sehr haltbare, ungebrannte feuerfeste Massen, Steine, Ofenauskleidungen, Schutzanstrich bzw. Isolierungen von Rohrleitungen usw. auf einfache und billige Weise hergestellt werden können.
Gemäss der Erfindung werden solche Stoffe in Pulverform mit einem Bindemittel, bestehend aus pulverförmiger Sulfitcelluloseablauge und einem löslichen Metasilikat in Pulverform gegebebenfall unter Zugabe von Ferrosulfat und kristallinischem Graphit innig vermengt, sodann mit Wasser versetzt, worauf die Masse einige Zeit bis zum Steifwerden lagern gelassen und schliesslich verformt wird.
Das Wasser kann dem Bindemittelgemisch auch vor dessen Vermengung mit den Grundstoffen zugesetzt werden.
Die Verwendung von Lignosulfit als organisches Bindemittel sowie die Verwendung von Silikaten für ähnliche Zwecke ist an sich bekannt und wurde in den verschiedensten Kombinationen vorgeschlagen, wobei den genannten Stoffen jeweils bestimmte Wirkungen zugeschrieben werden. In der amerikanischen Patentschrift Nr. 1674961 findet sich u. a. auch ein Vorschlag auf die gleichzeitige Verwendung von verkohlungsfähigen organischen Bindemitteln (Teer) und Silikatsalzen, wobei letztere als Flussmittel wirken sollen, um Oxydation des Bindemittels durch Erzielung einer Glasur zu verhüten.
Da nämlich der Teer schon bei niedrigerer Temperatur verkohlt, was eine Lockerung der Masse zur Folge hat und der zur Erzielung grösserer Elastizität der Masse verwendete Graphit leicht angreifbare Oberflächen bedingt, will der amerikanische Erfinder durch den Zusatz von Wasserglas eine möglichst frühzeitige Sinterung (keramische Brennwirkung) der Rohstoffe herbeiführen, um so vor allem auch das gefährliche Temperaturintervall zwischen der Verkohlungstemperatur des organischen Bindemittels und der Temperatur, bei welcher die keramische Brennwirkung eintritt, etwas zu verringern. Die Steine werden übrigens nach Angabe der Druckschrift bei einer Temperatur von ungefähr 1000 C vorgebrannt.
Die vorliegende Erfindung zielt dagegen nicht auf eine solche Flusswirkung ab, welche das Metasilikat bei manchen der Ausgangsstoffe, wie insbesondere bei den stark kieselsäurehaltigen Materialien gar nicht hervorrufen konnte. Das Metasilikat ist hier die eine Komponente der Bindemittelkomposition, in der die Sulfitcelluloseablauge nicht als Äquivalent des Teers angesehen werden kann, da gemäss der Erfindung in Pulverform gemischt werden kann und ohne höhere Temperatur gearbeitet wird, so dass der Teer gar nicht zum Schmelzen käme.
Die durch Erprobung festgestellte überraschende Wirkung der gemäss der Erfindung angewendeten Bindemittelkomposition kann nur auf eine Wechselwirkung zwischen der hochmolekularen Sulfitcelluloseablauge und der aus der Luft Kohlensäure absorbierenden Metakieselsäure zurückgeführt werden, wodurch sich eine ganz unvorhergesehene Festigkeit der Masse ergibt, die auch in dem erwähnten kritischen Temperaturintervall, in dem die verkohlten organischen Bindemittel nicht mehr wirken und die keramische Brennwirkung noch nicht zur Wirkung kommt, nicht zurückgeht, vielmehr eine stetige Steigerung erfährt.
Die für die Wirksamkeit des Bindemittels gemäss der Erfindung notwendige innige Vermengung und gleichmässige Verteilung innerhalb der Gesamtmasse wird im pulverförmigen Zustand durch Mischung der Rohmasse mit dem Bindemittel in Mischapparaten erzielt, welche eine gute und gleich-
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mässige Durchmischung gewährleisten. In gelöster Form wird das Bindemittel vorerst in heissem Wasser gut verrührt und nun der Rohmasse unter ständigem Rühren zugesetzt.
Durch eine solche möglichst gleichmässige Verteilung des Bindemittels in der Rohmasse wird erzielt, dass die Bindewirkung wesent- [ich gesteigert wird, wodurch der Bindemittelzusatz auf einem relativ niedrigen Prozentsatz gehalten werden kann ; ferner wird durch eine solche gute Durchmischung auch erreicht, dass die Bestandteile der Rohmasse ganz gleichmässig von feinstverteilten Bindemittelteilchen umhüllt werden, wobei insbesondere ein Graphitzusatz infolge seiner lamellaren Bildsamkeit und die durch das leichte Aufeinandergleiten der weichen Schuppen bedingte Glätte und Schlüpfrigkeit eine gleichmässige Verteilung fördert.
Die Struktur der hochmolekularen Stoffe, welche im vorliegenden Falle ein Schutzkolloid darstellt, befördert die Verflüssigung der Gesamtmischung. Das Metasilikat bildet im Sinne der Erfindung die Grundlage der Bindemittelkomposition, indem von der Eigenschaft der löslichen Salze der Metakieselsäure Gebrauch gemacht wird, durch Absorption der Kohlensäure der Luft in unlösliche feste Verbindungen überzugehen. Diese Wirkung kann durch einen geeigneten Katalysator (Eisensulfat) verstärkt werden. Eisensalze zur Erzielung einer gleichmässigen Sinterung zu verwenden, ist bekannt.
Die Wirkung des erfindungsgemäss zusammengesetzten Bindemittels auf keramische Massen ist ähnlich der Wirkung des hydraulischen Zements auf Sand, da eine durchgehend gleichmässige Erhärtung der Gesamtmischung bei verhältnismässig sehr geringem Zusatz an Bindemittel auftritt.
Die mit diesem Bindemittel versetzten keramischen Massen binden in kurzer Zeit schon bei normaler Temperatur von 14 bis 25 C ab und erreichen eine sehr hohe Festigkeit, so dass daraus hergestellte Formlinge Transporte und Nachbearbeitung in gleicher Weise vertragen wie gebrannte Erzeugnisse. Bei Verwendung höherer Pressdrucke steigt die Festigkeit wesentlich und erreicht eine solche, wie sie gutgebrannten feuerfesten Steinen eigen ist.
Die Wirkung des Bindemittels im Gebrauch, also unter der Einwirkung hoher Hitzegrade unterscheidet sich wesentlich von derjenigen der bisher verwendeten Bindemittel, und es werden auch alle den bisher angewendeten Klebstoffen anhaftenden Nachteile ausgeschaltet. Alle organischen Bindemittel verkohlen bekanntlich schon bei sehr niedrigen Temperaturen von 100 bis 200 C. Bei diesen Temperaturen tritt jedoch eine entsprechende keramische Bindung der Rohmasse auch bei Verwendung niedrig sinternder Tone noch nicht ein. Demzufolge tritt bei den Massen, die unter Verwendung organischer Bindemittel abgebunden sind, bei diesen Temperaturen ein wesentlicher Festigkeitsverlust ein, der zu einer Beschädigung oder Zerstörung der damit hergestellten Mauerungen führen kann.
Feuerfesten Massen, die lediglich unter Verwendung anorganischer Bindemittel hergestellt sind, haftet der besondere Nachteil an, schon bei niedrigen Temperaturen zu springen, wie dies insbesondere im Zusammenhang mit Wasserglas bekannt ist. Solche Massen zeigen dann tiefgehende Sprünge, wodurch ihre Festigkeit sehr beeinträchtigt wird. Derartige Sprünge treten auch in hohem Masse bei Verwendung von Portlandzement oder Gips als Bindemittel auf, welche überdies die Festigkeit herabmindern. Ausserdem aber wirken diese Bindemittel bei hohen Temperaturen auf die Rohmasse als Flussmittel ein.
Während die organischen wasserlöslichen Bindemittel den Nachteil haben, dass sich die Masse in Wasser auflöst, Silikate anderseits eine zu starke Flusswirkung haben, werden diese unerwünschten Eigenschaften bei gemeinsamer Verwendung von Sulfitcelluloseablauge und Metasilikat mehr oder weniger stark unterdrückt, wobei gleichzeitig eine erhöhte Bindewirkung durch gleichmässige Verteilung des Bindemittels in der Masse erzielt wird.
Hiebei wirkt sich der Graphit auch infolge seiner guten Wärmeleitfähigkeit und der dadurch bedingten raschen und gleichmässigen Durchwärmung der
Masse sowie deshalb vorteilhaft aus, weil er auch bei den höchsten Temperaturen keinen chemischen
Einfluss ausübt, sondern die Erweichungstemperatur hinaufsetzt. Bei einer 11000 übersteigenden
Temperatur tritt eine kristalloide gleichmässige Umwandlung des Metasilikates ein, das sich zum Teile verflüchtigt, in seiner kristallinischen Struktur aber gleichmässig unter Beförderung der Sinterung der
Rohmasse mit dieser zu einem durchgehend festen und dichten Gefüge verbindet.
Da bei diesen Vor- gängen eine zu grosse Verdichtung der Gesamtmasse eintreten könnte, welche dann bei schroffem
Temperaturwechsel zum Springen neigt, empfiehlt sich eine Auflockerung durch Beigabe eines üblichen
Ausbrennstoffes, durch den die Masse porös wird. Die hochmolekulare Sulfiteelluloseablauge über- nimmt nun im vorliegenden Fall auch diese Funktion, wirkt also bei der Lufttrocknung und bei den niederen Temperaturen als abbindungsfördernd, bei hohen Temperaturen als Ausbrennstoff gegen zu grosses Dichtbrennen. Das Bindemittel gemäss der Erfindung erfüllt also auch im Brennprozess eine besondere Aufgabe.
Der Zusatz an zusammengesetztem Bindemittel ist bei den verwendeten Rohmassen verschieden und bewegt sich durchschnittlich in Grenzen zwischen 5-10% der Grundmasse. Bei Massen, die
Bindeton enthalten, kann die untere, bei Massen aus reinen Magerungsmitteln die obere Grenze über- schritten werden.
Zur Erzeugung eines normalen Schamottesteines von mittlerer Feuerfestigkeit gibt man der
Masse z. B. folgende Zusammensetzung, wobei die Angaben Gewichtsprozente darstellen.
EMI2.1
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Diese Grundmasse wird mit 6% kombinierte Bindemittel, bestehend aus
4% Sulfitcelluloseablauge, 1 % Metasilikat, 0-75% kristallinischem Graphit,
0-25% Eisensulfat, versetzt.
Für die Herstellung eines Quarzitsteines kommt z. B. folgende Zusammensetzung der Grundmasse und des Bindemittels in Betracht :
EMI3.1
Bindemittel (8%).
4% Sulfiteelluloseablauge,
3% Metasilikat, 0-75% kristallinischer Graphit,
0-25% Eisensulfat.
Ein Magnesitstein erhält z. B. folgende Zusammensetzung :
Grundmasse 85% MgO,
5% AI, 0,.
Bindemittel (10%).
5% Sulfiteelluloseablauge, 3-50% Metasilikat,
1% kristallinischer Graphit, 0-50% Eisensulfat.
Zur Herstellung einer Isoliermasse verwendet man :
84% Kieselgur, 10% Al2Oa,
4% Sulfiteelluloseablauge, 1 % Metasilikat,
1% Graphit.
Das Vermengen des feuerfesten Stoffes mit dem Bindemittel kann, wie bereits erwähnt, entweder bei Gegenwart von Wasser oder aber in trockener Form erfolgen. Im zweiten Fall wird Wasser erst bei der Verarbeitung zugesetzt. Das feuchte Gemenge lässt man vorteilhaft einige Zeit unter Luftabschluss lagern, worauf man die durch das Lagern steif gewordene Masse, wenn sie keinen Magnesit enthält, mit Sattdampf behandeln kann, um die Reaktion zu fördern und die Plastizität zu erhöhen.
Zu diesem Zwecke wird die Masse in ein vollkommen geschlossenes Rührgefäss gebracht, in welches in an sich bekannter Weise unter ständigem Verrühren Sattdampf eingeleitet wird. Im allgemeinen genügt eine Dampfbehandlung von 5 bis 10 Minuten, bis die derart gut durchgeknetet und vom Dampf gelöste Masse die zur Verarbeitung günstigste Konsistenz erhält. Die so erhaltenen Massen können je nach dem Ausgangsstoff zu Steinen geformt werden oder wie Stampfbeton als Stampfmasse oder auch entsprechend verdünnt als Überzugs- oder Anstrichmasse, zur Auskleidung von Ofen und Feuerungen Verwendung finden.
Wird der feuerfeste Bestandteil mit dem Bindemittel im trockenen Zustand vermengt, so kann man neben dem Vorteil einer genaueren Dosierungsmoglichkeit das so erhaltene trockene Gemenge in Säcken aufbewahren. Die höchst einfache Verarbeitung des Gemenges durch blosse Befeuchtung lässt grosse Ersparnisse an Arbeitslohn erzielen und erfordert eine verhältnismässig kurze Unterbrechung im Betriebe von neuerlich auszukleidenden Ofen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von ungebrannten feuerfesten und/oder isolierenden Massen, Steinen, Auskleidungen, Schutzanstrichen u. dgl. aus keramischen Stoffen, wie Ton, Schamotte, Tonerde-Kieselsäure-Gemenge, gebranntem Quarzit, gebranntem Magnesit od. dgl. bzw. Kieselgur od. dgl., dadurch gekennzeichnet, dass solche Stoffe in Pulverform mit einem Bindemittel, bestehend aus pulverförmiger Sulfiteelluloseablauge und einem löslichen Metasilikat in Pulverform, gegebenenfalls unter Zugabe von Ferrosulfat und kristallinischem Graphit innig vermengt, sodann mit Wasser versetzt werden, worauf die Masse einige Zeit bis zum Steifwerden lagern gelassen und schliesslich verformt wird.