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Verfahren zur Herstellung feuerfester Steine und temperaturwechs elbeständigen Steinzeugs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung feuerfester Steine und temperaturwechselbestän- digen Steinzeugs mit weitgehend homogenem Gefüge durch Brennen eines verformten Gemisches aus bild- samem und unbildsamem Ton. Bekannte keramische Massen, sowohl solche, die als nasse plastische Mas- sen als auch solche, die als krümelige oder pulverförmige Gemenge zu Formkörpern verarbeitet werden, i bestehen aus einem Gemisch plastischer Tone oder Kaoline mit Magerungsmitteln.
In allen keramischen Massen müssen die plastischen Bindetone und Kaoline einerseits die Raumaus- füllung und anderseits die feste Bindung zwischen den Körnern der Magerungsmittel bilden. Die Binde- tone, die diese wichtigen Aufgaben in dem heterogenen Steingefüge zu erfüllen haben, weisen den
Nachteil auf, dass sie sowohl beim Trocknen als auch beim Brennen einer eigenen, erheblichen Raum- schwindung unterliegen. Wenn auch in günstigen Fällen bei den bisherigen Trockenpressmassen der Was- sergehalt in diesen Massen auf ein Minimum - im allgemeinen auf 6 -12 Vol, -0/0 - vermindert wird, um die Schwindung der Formlinge in der Zeit zwischen der Verpressung und dem Brennen klein zu halten und die Brennschwindung daher in der Regel unter 2 Vol. -0/0 bleibt, so bezieht sich diese Schwindung auf den gesamten Formkörper.
Die darin enthaltenen Bindetonteilchen weisen auch hier noch eine sehr erhebliche
Eigenschwindung auf.
. In allen diesen keramischen Massen können daher die Bindetone infolge ihrer unvermeidlichen
Eigenschwindung die Aufgabe der Raumausfüllung und Bindung zwischen den nicht schwindenden Mage- rungsmittelkörnern niemals restlos erfüllen. Die Folge davon ist, dass in den durch Trocknen und Brennen erhärteten Bindetonteilchen einerseits durch feste Bindungen an die Magerungskörner und anderseits durch die eigenen Volumsreduktionen sehr grosse Kontraktionsspannungen entstehen, die durch die feste Bindung auch auf die Körner der Magerungsmittel übertragen werden. Dies führt in der weiteren Folge von mikro- skopisch feinsten Gefügerissen bis zu mit freiem Auge erkennbaren sogenannten Brennrissen und Former- ziehungen an den fertigen Steinen. Nicht immer sind diese inneren Spannungen gleich nach der Fertig- stellung erkennbar.
Durch die wiederholten wechselnden Temperatureinwirkungen, wie sie in der Regel an feuerfesten Steinen im praktischen Gebrauch auftreten, führen diese inneren Spannungen zu Gefüge- aufbrüchen, die sich als schlechte Temperaturwechselbeständigkeit der Steine erst später äussern. Als
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Dieses heterogene Gefüge wirkt sich nicht nur in der Fertigware aus, es bietet auch schon bei seiner Herstellung Nachteile. Um die plastische Wirksamkeit der Bindetone zu erhöhen, werden allgemein die Bindetone in möglichst feiner Mahlung, die Magerungsmittel dagegen mit geringen Mengen Feinkorn, in der Hauptmenge möglichst in Mittelkorngrössen zu keramischen Rohmassen vermischt. Dieser Unterschied der Korngrössenanteile und nicht zuletzt auch die ungleichen Raumgewichte von Bindetonen und Magerungsmitteln führen schon bei der Zubereitung der Rohmasse und bei der Verformungsarbeit zu Entmischungen, die als Grob- oder Feinkeramikschichten im Gefüge des Scherbens nicht selten erkennbar sind.
Insbesondere wird durch diese Unterschiede der Korn- und Gewichtsgrössen in pulverigen Rohmassen das Verformen durch Einrütteln fast unmöglich gemacht, da sich hiebei erfahrungsgemäss sehr rasch das gröbere Korn der Magerungsmittel an die Ecken und Kanten der Formkörper verlagert. Diese Stellen er-
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wendung der gemäss der Erfindung auf 400 - 6000C vorerhitzten Rohtone auch bedeutend wirtschaftlicher.
Bei Ausnutzung der Abhitze der Brennöfen für die Vorerhitzung der Rohtone wird das Verfahren der Erfin- dung gegenüber den bisher bekannten Verfahren noch wesentlich wirtschaftlicher.
Neben dem schon angeführten technischen Fortschritt und den bedeutenden wirtschaftlichen Vortei- len besitzt das erfindungsgemässe Verfahren auch noch, infolge Entfalles der teuren, hochgebrannten
Schamotte, den Vorzug einer vereinfachten Rohstofflagerhaltung und den der Möglichkeit der gemeinsa- men Vermahlung der Roh- und vorerhitzten Tone.
Will man aus bestimmten Gründen - etwa mangels geeigneter Rüttel-, Press-oder Stampfeinrichtun- gen-nach dem gleichen Verfahren nass-plastische Massen zur Steinverformung herstellen, so kann das gemäss der Erfindung beschriebene fertige Gemisch von gemahlenen, rohen Bindetonen. und vorerhitzten
Tonen in Mischern oder Tonknetern mit dem erforderlichen Wasserzusatz zu nass-verformbaren, plasti- schen Massen verarbeitet werden. Derartige plastische Nassmassen erbringen gemäss der Erfindung diesel- ben Vorteile einer homogenen Formmasse, die sich wesentlich leichter und formgenauer verarbeiten lässt und auch eines homogenen Steingefüges, das die gleichen günstigen technischen Eigenschaften wie bei dem Trockenverarbeitungsverfahren aufweist.
Auch bei Verarbeitung von Nassmassen nach dem Verfahren der Erfindung ergibt sich eine gegenüber den bekannten Verfahren vereinfachte und verbilligte Herstel- lung.
Weisen die zur Verfügung stehenden natürlichen Rohtone einen zu geringen Tonerdegehalt im Verhältnis zu den sonstigen Begleitstoffen auf, so dass auf Grund dessen die daraus erzeugten Fertigprodukte eine zu geringe Feuerfestigkeit ergeben würden, so setzt man nach den bisher allgemein üblichen Methoden an Stelle oder mit den Magerungsmitteln hochtonerdehaltige Stoffe wie Cyanit, Andalusit, kal- zinierte Reintonerde oder auch feinstgemahlenes Aluminiumpulver in erforderlichen Mengen den Form- massen zu.
Man kann das gleiche Ziel der Erhöhung des Tonerdegehaltes und damit der Feuerfestigkeit der Fertigprodukte unter vollkommener Wahrung der Homogenität der Formmasse und in den Fertigprodukten ge- mäss der Erfindung erreichen, indem man die zur Steinerzeugung vorgesehenen natürlichen Rohtone mög- lichst weitgehend vorzerkleinert, mit so viel feinst gemahlener kalzinierter Reintonerde oder Aluminiumpulver oder noch besser mit Tonerdehydrat (enthält 60-70%AI03 und 30-40%H O) versetzt, als zur Erreichung der verlangten Feuerfestigkeit erforderlich ist. Nach dieser Beimengung trennt man zur Weiterverarbeitung nach dem Verfahren der Erfindung einen Teil als natürlichen Bindeton, den andern Teil zur Vorerhitzung ab.
Durch dieses Verfahren erreicht man eine wesentlich innigere Vermengung der Reintonzusätze, da sie in gleichen Mengenverhältnissen sowohl zum Rohton als auch zum vorerhitzten Ton erfolgen können und nicht wie sonst üblich als Magerung nur den Bindetonen beigesetzt werden. Mit dieser weitgehend innigen Vermengung der Hochtonerdesubstanzen mit den Grundstoffen erwirkt man eine wesentlich intensivere Auswirkung auf die Hebung der Feuerfestigkeitseigenschaften in den Fertigprodukten.
Will man neben den schon beschriebenen Vorteilen, durch geeignete Zusätze zu der Rohmasse, besondere technische Sondereigenschaften für die weitere Verarbeitung oder in den Fertigprodukten erreichen, so kann man je nach Zweckmässigkeit diese Zusätze entweder den Rohtonen oder den vorerhitzten Tonanteilen vor ihrer Wärmebehandlung zumengen. Der Entscheid, ob diese Zusätze den Rohtonen oder den vorzuerhitzenden Tonen zugesetzt werden sollen, ist abhängig von der Feststellung, ob diese Zusätze, als Beimengung zu den vorzuerhitzenden Tonen, der Wärmebehandlung dieser Tone auf 400 - 6000c ohne Eintritt einer chemischen Zersetzung standhalten. Demnach muss man alle organischen Zusätze, wie z. B. Sulfitlauge, Dextrin usw :, sowie Aluminiumsulfat den Rohtonanteilen und Magerungsmittel, wie z. B.
Siliciumcarbid, Korund, Silimanit, Cyanit, Bauxit usw., den vorzuerhitzenden Tonen zumengen.
Das Verfahren der Erfindung soll durch folgende Beispiele noch näher erläutert werden.
Beispiel l : Zur Herstellung von feuerfesten Steinen wird von einem grubenfeuchten Rohtonge- menge aus 36 Vol, -0/0 hochplastischer Bindetone mit einer Feuerfestigkeit von SK 33/34 und 64 Vol.-% dichtem Standton mit einer Feuerfestigkeit von SK 34/35 ausgegangen. Von diesem grob vorzerkleinerten Rohtongemisch wird ein Teil durch auf einen Temperaturbereich zwischen 450 und 580 C erhitzt. Hievon werden 45 Vol. -Teile mit 55 Vol.-Teilen gleichem, jedoch grubenfeuchtem Rohtongemenge auf einer Mahl-und Mischeinrichtung, etwa einem Mischkollergang, aufgegeben und so lange gemahlen, bis das Mahlgut mehr als 25 Gew.-% Feinstkorn unter 0, 1 mm und weniger als 12 Gew.-% Grobkorn über 1 mm aufweist.
Diese pulverige Rohmasse kann ohne weitere Behandlung in Formkästen eingerüttelt, zu Formsteinen nachverpresst und sofort in Brennöfen zu feuerfesten Steinen mit den nachstehenden technischen Eigenschaften (Spalte 1) gebrannt werden. Zum Vergleich sind die Eigenschaften der nach bekann-
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ten Verfahren trocken gepresstensteine aus Ton und Hartschamotte in Spalte 2 und aus Ton und Hartschamotte aus nass-plastischer Masse in Spalte 3 angeführt.
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<tb>
<tb> technische <SEP> Eigenschaften <SEP> Einheit <SEP> Verfahren
<tb> 123
<tb> Feuerfestigkeit <SEP> SK <SEP> 34 <SEP> 34 <SEP> 34
<tb> Raumgewicht <SEP> kg/dmS <SEP> 2, <SEP> 1 <SEP> 1, <SEP> 9 <SEP> 1, <SEP> 85 <SEP>
<tb> Porenraum <SEP> Vol.-% <SEP> 20 <SEP> 22 <SEP> 26
<tb> Gesamtschwindung <SEP> Vol.-% <SEP> 11 <SEP> 1/2 <SEP> 6
<tb> Temp.-Wechselbeständigkeit <SEP> Anzahl <SEP> der <SEP> Abschreckungen <SEP> 35-40 <SEP> 18-24 <SEP> 12-16 <SEP>
<tb> Kaltdruckfestigkeit <SEP> kg/cmz <SEP> 400 <SEP> - <SEP> 500 <SEP> 200 <SEP> - <SEP> 300 <SEP> 180 <SEP> - <SEP> 200 <SEP>
<tb> Herstellungskosten <SEP> Verfahren <SEP> 1 <SEP> = <SEP> 100 <SEP> 100 <SEP> 126 <SEP> 139
<tb>
Beispiel 2:
Das gleiche pulverige Massengemisch, das 9 Vol, -0/0 Feuchtigkeit enthält, wird in einem Tonkneter unter Zugabe von 22 Vol.-% Wasser zu einer plastischen Nassmasse verdichtet und zu Formsteinen in der Handformerei verarbeitet. Der Herstellungspreis dieser Nassmasse liegt um 28% tiefer als der einer entsprechenden Ton-Hartschamottemasse ; die fertigen Steine sind wesentlich formgenauer, dichter und weisen eine sehr gute Temperaturwechselbeständigkeit auf.
Beispiel 3 : Dem grob vorzerkleinerten Rohtongemenge nach Beispiel 1 werden weitere 7 Vol.-% Tonerdehydrat zugemengt, ein Teil hievon wird zur innigeren Vermengung noch weiter zerkleinert, wie nach Beispiel 1 vorerhitzt und mit dem Rohton-Tonerdehydratgemenge wie oben weiter verarbeitet. Die so hergestellten Steine weisen die gleichen technischen Eigenschaften wie die von Beispiel 1, Spalte 1, auf, jedoch mit einer Feuerfestigkeit SK 35.
Beispiel 4 : Das Ausgangs-Rohtongemisch nach Beispiel 1 wird zweigeteilt, hievon wird die eine Hälfte feiner vorzerkleinert, 24 Vol.-Teile mit 52 Vol.-Teilen Siliciumcarbid Körnung von 0 bis 0, 5 mm innig vermengt und wie bei Beispiel 1 vorerhitzt. 22 Vol.-Teile der zweiten Hälfte Rohtongemisch werden mit 2 Vol.-Teilen Dextrin und mit dem Vorerhitzungsprodukt durchmengt und gemäss Beispiel 1 weiter verarbeitet. Die daraus gefertigten Steine weisen ein Raumgewicht von 2, 40 kg/dm3, eine Kaltdruckfestigkeit von 600 bis 700 kg/cm2, eine Wärmeleitfähigkeit von 3, 6 kcal bei 1000 C und einen Siliciumcarbid-Gehalt von rund 50% auf. Die Steine sind äusserst formgenau und stehen vorzüglich im Feuer.
Beispiel 5 : Es werden vorzerkleinert und innig vermengt 12 Vol.-Teile hochplastischer tiefsin-
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roher Feldspatkaolin mit SK 29/30,44 Vol.-Teile sandiger Steinzeugton mit SK 28. Ein Teil dieses Gemisches wird auf einen Temperaturbereich von über 410 bis maximal 5650c erhitzt. Hievon werden 32 Vol.-Teile mit 68 Vol.-Teilen gleichem, nicht vorerhitztem Rohtongemenge vermischt und in einem Mischkollergang so lange gemahlen, bis das Mahlgut mehr als 25 Gew.-% unter 0, 1 mm und weniger als 12 Gew.-% über 1 mm aufweist. Es wird dann in geeignete Ziegel- oder Plattenformen eingerüttelt, zu Klinkerziegeln oder Steinzeugplatten verpresst und wie allgemein üblich gebrannt.
So hergestellte Klinkersteine und Steinzeugplatten sind besonders formgenau, weisen eine Kaltdruckfestigkeit von 800 bis 1000 kg/cm2. eine Wasseraufnahme von weniger als 6% auf und stellen sich in den Herstellungskosten um rund 18% billiger, verglichen mit den Kosten nach bisher üblichen Verfahren.
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