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Verfahren zur Herstellung feuerfester Massen und Gegenstände
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung feuerfester Massen und Gegenstände aus unplastischen, feuerfesten Stoffen, wie Korund, Sillimanit, Sintermagnesit, Chromerz, Quarzgut usw.
Aus der österr. Patentschrift Nr. 205402 ist die Herstellung von Mullit unter Verwendung von Ton als Ausgangsstoff bekannt. Dabei soll dem Ton ein Aluminiumhydroxyd der y-Gruppe zugemischt werden, welches bei der thermischen Zersetzung möglichst vollständig in die x-Form übergeht. Von der Verwendung von synthetischem Aluminiumhydroxyd als Bindemittel wird in dieser Patentschrift nichts erwähnt, insbesondere auch nicht, dass mit diesem Bindemittel höchstreine Korundsteine herzustellen sind.
Die USA-Patentschrift Nr. l, 856, 613 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von keramisch gebundenen Erzeugnissen, insbesondere feuerfesten und säurefesten. Gemäss dieser Patentschrift werden als Bindemittel Kaolin, Ton oder auch solche, welche im natürlichen Zustand nicht geformt werden können, z. B.
Bauxit, Aluminiumminerale, Aluminiumsilikate usw., benutzt, die mittels eines Elektrolyten in den giessfähigen Zustand überführt und dann dem zu formenden Material beigemischt werden.
Demgegenüber besteht die Erfindung darin, dass den Ausgangsstoffen synthetisches Aluminiumoxyhydroxyd (AIO. OH) und Wasser als alleiniges Bindemittel zugesetzt werden.
Aluminiumoxyhydroxyd (AIOOH) ist ein künstlich gewonnener Stoff, der in pulverförmigem Zustand mit Wasser eine hochplastische Masse bildet, mit der erhebliche Mengen unplastischer Stoffe eingebunden werden können.
Dieser Stoff eignet sich insbesondere als Bindemittel für Korund und ermöglicht es, Korundsteine mit über 99% Al20, herzustellen, ohne dass irgend welche Fremdstoffe, wie z. B. Säuren zum Aktivieren des unplastischen Korunds, oder Bindemittel, wie Ton. die Fremdstoffe, wie Fe 20., enthalten, zugesetzt werden müssen. Obwohl Korund nur wenig zur Sammelkristallisation neigt, sind die nach der Erfindung hergestellten Gegenstände sehr fest. Mit dem gemäss der Erfindung benutzten Bindemittel können aber auch Stoffe eingebunden werden, wie z. B. Sillimanit, Mullit, Zirkonsilikat, Sintermagnesit, Chromerz, Schamotte, Quarzgut, SiC usw., also Stoffe, die bei hohen Temperaturen mit dem Bindemittel nicht oder unter Bildung feuerfester Verbindungen reagieren.
Die Menge des den Ausgangsstoffen zuzusetzenden Aluminiumoxyhydroxydes richtet sich nach dem Grad der Verformbarkeit, den die fertige Masse aufweisen soll. Wie festgestellt wurde, besitzen Massen, die 3% des Aluminiumoxyhydroxydes enthalten, bereits eine ausreichende Bindefähigkeit, wenn sie unter hohem Druck, z. B. Pressen, Stampfen, zu Gegenständen geformt werden. Als vorteilhaft wurde ermittelt, wenn Massen, die unter hohem Druck zu Gegenständen geformt werden sollen, etwa 5% des Aluminiumoxyhydroxydes enthalten. Die Brennschwindung solcher Erzeugnisse liegt unter 1%.
Sollen die Massen plastisch verformt werden, kann der Anteil des Aluminiumoxyhydroxydes an der Gesamtmasse unbegrenzt erhöht werden. Es reicht jedoch aus, wenn die Masse bis 20%, vorzugsweise 10%, Aluminiumoxyhydroxyd enthält.
Die Menge des zuzusetzenden Wassers hängt von der Menge des zugesetzten Aluminiumoxyhydroxydes und der Porosität des Ausgangsstoffes ab. Als zweckmässig wurde ermittelt, wenn in der fertigen Masse nicht mehr Wasser enthalten ist als Aluminiumoxyhydroxyd. Für unter hohem Druck zu verformende Massen wurde ein Wassergehalt von 3 bis 4% als ausreichend ermittelt.
Zum Herstellen der Masse wird vorteilhaft zuerst der Ausgangsstoff mit dem Aluminiumoxyhydroxyd vermischt und dann das Wasser zugesetzt. Soll die fertige Masse als Stampfmasse verwendet werden, wird das Wasser erst kurz vor der Verarbeitung zugegeben.
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Die Korngrössen des Ausgangsstoffes richten sich nach dem jeweiligen Verwendungszweck der hergestellten Erzeugnisse bzw. Massen.
Nach der Erfindung hergestellte Gegenstände besitzen im trockenen ungebrannten Zustande bereits eine sehr hohe Festigkeit und können auch ungebrannt als Ofenbaumaterial verwendet werden. Werden geformte Gegenstände künstlich getrocknet, wird vorzugsweise eine Temperatur von 80 C bis 1200C angewendet.
Sollen die geformten Gegenstände vor der Verwendung gebrannt werden, ist es zweckmässig, hiebei Temperaturen von etwa 16000C und höher anzuwenden, um eine vollständige Umwandlung des Aluminiumoxyhydroxydes je nach der Art des Ausgangsstoffes in Korund oder andere feuerfeste Verbindungen zu erreichen.
Vergleichsversuche : 1. Ausgegangen wurde von Korund, dessen Kornanteil von 1 bis 3 mm 30ado und von 0
EMI2.1
Abmessungen von 390 x 160 x 125 mm. Diese Steine besassen nach dem Trocknen und Brennen bei verschiedenen Temperaturen folgende Festigkeit : 1200C 398 kg/cm
5000C 652 kg/cn 1000 C 258 kg/cm 14000C 812 kg/cmZ 18000C 1499 kg cm
2. Beim Parallelversuch wurde der gleiche Korund wie bei 1 mit 5% Rohbauxit der Zusammensetzung Al. 93,2%, TiO2 4,3%, Fe2O3 1,8% und SiO 0, 5% sowie 4, 3% Wasser vermischt.
Hiebei wurde bewusst von einem sehr reinen Bauxit ausgegangen, um Erzeugnisse zu erhalten, die die Zusammensetzung der Erzeugnisse gemäss 1 haben.
Die erhaltene Masse war krümelig und besass nur eine sehr geringe Bindefähigkeit. Sie liess sich nur sehr schwer pressen und stampfen.
Aus dieser Masse wurden Steine mit den gleichen Abmessungen wie bei 1 gestampft. Die Steine besassen nach dem Trocknen und Brennen bei verschiedenen Temperaturen folgende Festigkeiten :
1200C 33 kg/cm
5000C 42 kg/cmz
10000C 54 kg/cm 1400 C 294 kg/cm2
1800 C 439 kg/cm
Die Versuche beweisen, dass mit synthetischem Aluminiumhydroxyd hergestellte Erzeugnisse eine erheblich höhere Festigkeit besitzen als mit Bauxit hergestellte, u. zw. sowohl im getrockneten als auch im gebrannten Zustand.
Die Versuche beweisen des weiteren, dass mit Bauxit als Bindemittel hergestellte Massen nur eine sehr geringe Bindefähigkeit besitzen und aus solchen Massen hergestellte Formlinge im ungebrannten Zustand keine ausreichende Festigkeit aufweisen, um ungebrannt verarbeitet werden zu können und um die Belastungen beim Transport von der Formgebung zur Trocknung und weiter zum Brennen einwandfrei zu überstehen.
Ausführungsbeispiel : Korund mit einem Anteil von 30% im Korngrössenbereich von 1 bis 3 mm und 70% im Korngrössenbereich von 0 bis 0, 5 mm wurde mit 5% pulverförmigem Aluminiumoxyhydroxyd vermischt und dann mit 4, 3% Wasser angefeuchtet.
Die erhaltene Masse besass eine gute Bindefähigkeit und liess sich einwandfrei pressen und stampfen.
Aus dieser Masse wurden dann Steine gestampft mit Abmessungen von 290 x 160 x 125 mm. Diese gepressten Steine besassen nach dem Trocknen bei 1200C eine Festigkeit von 200 kg/cm. Da sie beim Brennen kaum schwinden, können sie daher ungebrannt als Ofenbaumaterial verwendet werden.
Die getrockneten Steine wurden dann gebrannt, wobei die Höchsttemperatur von 16000C 4 h gehalten wurde. Die Steine wiesen nach dem Brande folgende Eigenschaften auf :
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EMI3.1
<tb>
<tb> Farbe, <SEP> weiss
<tb> chemische <SEP> Zusammensetzung <SEP> : <SEP> Al <SEP> 203 <SEP> 99, <SEP> 3%
<tb> Si02 <SEP> 0,32go
<tb> Fez <SEP> 03 <SEP> 0, <SEP> 2210 <SEP>
<tb> 99, <SEP> 84% <SEP>
<tb> Raumgewicht <SEP> 3, <SEP> 26 <SEP>
<tb> spezifisches <SEP> Gewicht <SEP> 3, <SEP> 96 <SEP>
<tb> Porosität <SEP> 17,8 <SEP> Vol-%
<tb> KDF <SEP> 1182 <SEP> kg/cm2
<tb> Gasdurchlässigkeit <SEP> 3 <SEP> x <SEP> 10-3cgs <SEP>
<tb> TWB <SEP> 9 <SEP> Wasserabschreckungen
<tb> DFB <SEP> ta)
<tb> te) <SEP> nicht <SEP> zu <SEP> ermitteln.
<tb>
(Bei <SEP> diesem <SEP> Versuch <SEP> wurde <SEP> der <SEP> DFB-Ofen
<tb> bis <SEP> zur <SEP> Zerstörung <SEP> ausgefahren).
<tb>
Abriebfestigkeit <SEP> 0,02 <SEP> 3
<tb> cm2
<tb>
mineralogische Zusammensetzung : reiner Korund.
Die Steine eignen sich insbesondere als Glaswannensteine, Brennersteine, insbesondere für Ölbrenner, Ausmauerungssteine für die Sinterzone von Zementdrehrohröfen, Tragplatten für Porzellanöfen, Ausmauerungssteine für der Durchführung des Thermitverfahrens dienenden Öfen usw. Aus der Masse können auch Brennkapseln für Zündkerzen usw. hergestellt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung feuerfester Massen und Gegenstände aus unplastischen, feuerfesten Stoffen, wie Korund, Sillimanit, Sintermagnesit, Chromerz, Quarzgut usw., dadurch gekennzeichnet, dass den Ausgangsstoffen synthetisches Aluminiumoxyhydroxyd (A10. OH) und Wasser als alleiniges Bindemittel zugesetzt werden.