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Verfahren zur Herstellung mechanisch hochfester, insbesondere abriebfester Klinker-Zie gel, -Platten und -Formkörper
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung mechanisch hochfester, insbesondere abriebfester Klinker-Ziegel, -Platten und -Formkörper aller Art aus geeigneten Rohtonen, Siliziumkarbid und bzw. oder dergleichen Hartstoffen und Magerungsmitteln, die vermengt und entweder trocken oder halbfeucht oder nass als verformbare Massen durch Pressen, Schlagen, Stampfen oder durch Handformung zu Ziegeln, Platten oder zu Formkörpern verarbeitet und in üblicher Weise gebrannt werden.
Es ist bereits bekannt, geeignete rohe Klinkertone je nach ihren natürlichen Eigenschaften mit oder ohne Zusätze von Mauerziegel-, Dachziegel- oder Klinkerziegelbruch, oder von ähnlichen keramischen Abfallstoffen, entweder mit Zusätzen von Wasser im nassplastischen Zustand zu Klinkersteinen zu verformen, zu trocknen und zu brennen, oder rohe vorgetrocknete und vorzerkleinerte Klinkertone mit oder ohne geringe Wasserzusätze mit vorzerkleinerten-Magerungsmitteln, beide in bestimmten Korngrössen und Mengenanteilen pulverförmig oder in krümelige Zustand, zu vermengen, in geeigneten Formkästen mit oder ohne vorheriges Einrütteln, unter Druck, etwa durch Pressen, Schlagen oder Stampfen zu Klinkerformkörpern zu verformen und auf allgemein übliche Art zu brennen.
Die auf diese bisher bekannte Art angefertigten Klinkersteine weisen als technische Merkmale eine Druckfestigkeit (nach DIN 4051) von 400 bis 600 kg/cm2 (nach DIN 4051 mindestzulässig 300 kg/cm2), einen Verschleisswiderstand (Abriebfestigkeit ; nach DIN 4051) von 12 bis 15 cn ?/cmz und eine Wasseraufnahmefähigkeit (nach DIN 4051) von zirka 5 bis zo auf.
Es wird fernerhin als schon bekannt vorausgesetzt, in keramischen Massen als Magerungsmittel Siliziumkarbid, Korund, Quarz oder ähnliche Stoffe zu verwenden, um besondere Eigenschaften der Erzeugungsprodukte zu erreichen. Mit der Einbringung von Siliziumkarbid in keramische Massen wurden bisher vielfach die Wärmeleitfähigkeitseigenschaften des keramischen Produktes beeinflusst und damit sein Verhalten bei höheren Temperaturen bewusst verändert.
Schliesslich ist allgemein die hohe Härte von kristallinem Siliziumkarbid bekannt-nach der Mohs'schen Härteskala von 9 bis 9, 5 - und dass man daher mit einem Zusatz von Siliziumkarbid oder ähnlichen Hartstoffen, die allgemeinen Härteeigenschaften der Gesamtmischung erhöhen kann. Man hat. daher schon Versuche angestellt, zu üblichen keramischen Massengemischen Siliziumkarbid zuzusetzen, die jedoch nicht die erwarteten technischen Erfolge, insbesondere einer entsprechenden Erhöhung der Ver- schleiss-oder Abriebfestigkeit erbrachten, da man die keramischen Einbindemassen in ihrer Zusammensetzung nicht so abstimmte, dass das eingebrachte harte Siliziumkarbid-Korn auch die entsprechend hohe keramische Einbindefestigkeit nach dem Brand aufwies, so dass die hohe Siliziumkarbidhärte gegenüber Abriebeinwirkungen nicht voll zur Auswirkung kommen konnte.
Die Erfindung betrifft dagegen ein Verfahren, wonach durch besonders ausgewählte Tongemische und Mengen sowie durch Einbringung von Siliziumkarbid und Magerungsmitteln in bestimmten Korngrösse und Mengen keramische Massen entstehen, die verformt und gebrannt besonders harte, insbesondere verschleissfeste, das heisst abriebfeste, Klinker-Ziegel, Platten und Formsteine ergeben.
Es wurden auch schon keramische Massen für feuerfeste Steine unter Verwendung von Hartstoffen vorgeschlagen, für die nach Korngrössen aufgegliederte Mischungsrezepte angegeben wurden. Hiebei wurde aber irrigerweise vorausgesetzt, dass sich das Rüttelvolumen der Mischung streng additiv aus den Volumina der Komponenten zusammensetze. Diese Voraussetzung trifft aber keineswegs zu, da nach dem Rüt-
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teln die feineren Anteile zumindest teilweise die Lücken zwischen gröberen Körnern ausfüllen und so zum Gesamtvolumen nichts mehr beitragen. Folglich kann das Endvolumen einer Mischung aus den Teilvolumina der Komponenten nicht berechnet werden und die in Volumseinheiten angegebenen Mischungverhältnisse sind unbestimmt.
Die Erfindung besteht nun darin, dass, bezogen auf die Gesamtmasse, 8-40 Gew.-% gekörntes Siliziumkarbid und bzw. oder dergleichen Hartstoffe der Korngrösse von 0,5 bis 3 mm und gegebenenfalls 10 - 70 Gew. -0/0 Siliziumkarbid und bzw. oder dergleichen Hartstoffstaub der Körnung von 0 bis 0,5 mm, bezogen auf die eingebrachte Menge gekörntes Siliziumkarbid und bzw. oder dergleichen Hartstoff mit mindestens der Hälfte und bis maximal der 1 1/2fachen Menge des gesamten Siliziumkarbid-bzw. dergleichen Hartstoff-Anteiles rohem oder vorgetrocknetem und vorzerkleinertem plastischen Steinzeugsin-
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den.
Für die vorstehend gemachten Mengenangaben in Gewichtsprozent gilt strenge Additivität. Erst da- mit ist die Herstellung keramischer Formkörper mit genau reproduzierbaren Eigenschaften gewährleistet.
Die erfindungsgemässen Gemische werden entweder trocken oder halbfeucht oder nass als verformbare
Massen durch Pressen, Schlagen, Stampfen oder durch Handformung zu Ziegeln, Platten oder zu Form- körpern verarbeitet und in üblicher Weise gebrannt.
Als Steinzeugsinterton sind alle jene mehr oder weniger plastischen Tone anzusprechen, die beim
Erhitzen bei möglichst niederer Temperatur zu sintern beginnen und bei möglichst hoher Temperatur erst zum Schmelzfluss kommen und in diesem Temperaturzwischenbereich (zwischen Sinter- und Schmelz- punkt) gebrannt zu einem sehr dichten Steinzeugscherben zusammensintern. Man nennt Tone mit sol- chen Eigenschaften auch Klinkertone und ihre Zusammensinterung durch Brennen Verklinkern.
Durch die Einhaltung der gegenseitig abhängigen Mengenverhältnisse von Siliziumkarbid-Korn, Si- liziumkarbid-Staub und von plastischem Steinzeugsinterton innerhalb des Gesamtgemisches gemäss der
Erfindung wird eine überraschend feste Einbindung des eingebrachten Siliziumkarbid-Kornes in der kera- mischen Masse, eine vollkommene Umhüllung des Siliziumkarbid-Kornes durch den Steinzeugsinterton und damit eine gute Verklinkerung des Siliziumkarbid-Kornanteiles sowie eineverschmelzung des Siliziumkarbid-Staubanteiles im Gesamtscherben während des Brandes erreicht.
Der fertig gebrannte Scherben eines derartigen Gemisches weist eine Härte von 8 bis 9 nach der Mohs'schen Härteskala auf, so dass das im Scherben eingebrachte Siliziumkarbid-Korn durch Verschmel- zung mit der von Siliziumkarbid-Staub durchsetzten Steinzeugsintermasse so fest eingebaut ist, dass bei
Abriebeinwirkungen weder das Korn selbst noch dieses mit seiner umhüllenden Masse mechanisch ausbre- chen kann, und somit mit seiner gesamten hohen Härteeigenschaft Abriebeinwirkungen bestens standhält.
Die Festigkeitseigenschaften solcher Klinkersteine liegen daher wesentlich höher als die entsprechender
Produkte, die nach bisher bekannten Verfahren hergestellt sind. Dies geht aus den nachstehend wiederge- gebenen Ergebnissen von Vergleichsversuchen mit gleichem Ausgangs-Klinkerrohton hervor.
Versuch 1 : Eine allgemein bekannte Mischung von 40 Gew.-Teilen rohem, vorzerkleinertem Klin- kerton und 60 Gew.-Teilen vorzerkleinertem Steinzeugbruch wurde mit Wasser zu einer plastischen Masse vermengt, zu Klinkerziegeln verformt und bis zur vollkommenen Verklinkerung gebrannt.
Versuch 2 : Eine plastische Masse gemäss Versuch l, jedoch mit einer weiteren Zumischung von
30 Gew.-Teilen gekörntem Siliziumkarbid der Korngrösse von 0, 5 bis 3 mm, wurde zu Klinkerziegeln verformt und bis zur Sinterung gebrannt.
Versuch 3 : Gemäss der Erfindung wurde eine Mischung von 30 Gew.-Teilen gekörntem Siliziumkar- bid der Korngrösse von 0, 5 bis 3 mm, 12 Gew.-Teilen Siliziumkarbid-Staub von 0 bis 0, 5 mm Korngrösse, das sind 40 Grew.-% des gekörnten Siliziumkarbid-Anteiles, mit 46 Gew.-Teilen rohem, auf 0 - 3 mm vorzerkleinertem Klinkerton, das ist rund das l, lfache der eingebrachten gesamten Siliziumkarbid-Men- ge, mit 12 Gew.-Teilen vorzerkleinertem Klinkerbruch, mit einer Kornverteilung. die 16 Vol. -% hunter
0, 5 und 4 Vol. -0/0 über 3 mm bis maximal 4 mm Körnung enthielt, und mit so viel Wasserzusatz zu einer plastisch verformbaren Masse vermengt, zu Klinkerziegeln gepresst und bis zur Sinterung gebrannt.
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Die Prüfergebnisse :
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<tb>
<tb> technische <SEP> Eigenschaften <SEP> Einheit <SEP> Versuch <SEP> 1 <SEP> Versuch <SEP> 2 <SEP> Versuch <SEP> 3
<tb> Kaltdruckfestigkeit <SEP> kg/cm <SEP> 460 <SEP> 780 <SEP> 1027
<tb> Abriebfestigkeit <SEP> cm3/50 <SEP> cm2 <SEP> 14,7 <SEP> 12,8 <SEP> 7,7
<tb> Wasseraufnahme
<tb> (nach <SEP> DIN <SEP> 4051) <SEP> Gew.-% <SEP> 5,8 <SEP> 4, <SEP> 8 <SEP> 3, <SEP> 6
<tb>
Die einzelnen Mischkomponenten können entweder roh oder zweckmässig vorbehandelt, etwa vorge- trocknet, vorzerkleinert oder- nach irgendeiner andern Vorbehandlung in die Mischung gemeinsam oder einzeln nacheinander eingebracht und vermengt werden.
Gemäss der Erfindung können an Stelle von Siliziumkarbid-Korn oder bzw. und Siliziumkarbid-Staub in gleichen Körnungsanteilen und Mengenverhältnissen auch entsprechende andere Hartstoffe, wie Korund,
Quarzit, Basalt, Sillimanit, Cyanit, Steinzeug-, Glas- oder Porzellanbruch u. dgl., oder Gemische sol- cher Hartstoffe eingebracht werden.
Die Korngrösse des gekörnten Siliziumkarbid oder an dessen Stelle gekörnter ähnlicher Hartstoffe kann auch nach Zweckmässigkeit im erforderlichen Fall, etwa zur Abformung grösserer Formlinge bis auf
6 mm erhöht werden.
Werden zur Klinkerherstellung Steinzeugsintertone verwendet, die schon bei verhältnismässig niede- ren Temperaturen sintern, so dass die gemäss der Erfindung vorgeschriebenen Mengenanteile an Steinzeugsinterton im Gesamtgemisch brenntechnische Schwierigkeiten der Formlinge ergeben, so muss als Restzu- mischung-als teilweise Ergänzung auf 100 Gew. -0/0 - so viel vorzerkleinerter feuerfester Ton zugesetzt werden, bis die Sinterung des Gesamtgemisches auf die erwünschte Brenntemperatur der Formlinge ein- geregelt ist. Die Kornanteile der in diesem Fall zuzusetzenden feuerfesten Tone dürfen, bezogen auf die gesamte feuerfeste Tonmenge, nicht mehr als 33 Vol. -0/0 Staubanteil von 0 bis 0,5 mm und nicht mehr als 25 Vol. -0/0 Kornanteile über 3 bis maximal 6 mm enthalten.
Die Kornverteilung der sonstigen even- tuell zuzusetzenden Magerungsmittel, die als Restmenge auf 100 Gew. -0/0 zugesetzt werden, müssen, be- zogen auf ihren Mengenanteil in den gleichen Kornmengen-Abgrenzungen, wie die der feuerfesten Tone gehalten werden.
Mit dem nachstehenden Ausführungsbeispiel wird das Verfahren erläutert :
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<tb>
<tb> Siliziumkarbid-Korn <SEP> von <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> bis <SEP> 3 <SEP> mm <SEP> 20 <SEP> Gew.-Teile
<tb> Siliziumkarbid-Staub <SEP> von <SEP> 0 <SEP> bis <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> mm <SEP> 10 <SEP> Gew.-Teile
<tb> Steinzeugsinterton <SEP> von <SEP> 0 <SEP> bis <SEP> 3 <SEP> mm <SEP> 30 <SEP> Gew.-Teile
<tb> feuerfester <SEP> Chamotteton, <SEP> Kornanteile <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> mm <SEP> 5 <SEP> Gew.-Teile
<tb> feuerfester <SEP> Chamotteton, <SEP> Kornanteile <SEP> 0, <SEP> 5-3 <SEP> mm <SEP> 13 <SEP> Gew.-Teile
<tb> feuerfester <SEP> Chamotteton, <SEP> Kornanteile <SEP> über <SEP> 3 <SEP> mm <SEP> 2 <SEP> Gew.-Teile <SEP> 20 <SEP> Gew.-Teile
<tb> Klinkerbruch, <SEP> Kornanteile <SEP> 0-0, <SEP> 5 <SEP> mm <SEP> 3 <SEP> Gew.-Teile
<tb> Klinkerbruch,
<SEP> Kornanteile <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 3 <SEP> mm <SEP> 15 <SEP> Gew.-Teile
<tb> Klinkerbruch, <SEP> Kornanteile <SEP> über <SEP> 3 <SEP> mm <SEP> 2 <SEP> Gew.-Teile <SEP> 20 <SEP> Gew.-Teile
<tb> zusammen <SEP> 100 <SEP> Gew.-Teile
<tb>
Im angegebenen Ausführungsbeispiel ist ein Steinzeugsinterton vorgesehen, dessen Sinterungsbeginn bei SK 6a = 12400C und dessen Segerkegelfallpunkt bei SK 15 = 14250C liegen. Da die Klinkerformlinge des Beispiels bis zu SK 10 = 13200C im Ofen gebrannt werden sollen, liegt hiezu der Sinterpunkt des Sin- tertons zu tief und müssen 20 Gew.-Teile feuerfester Chamotteton zugesetzt werden, dessen Sinterpunkt- beginn bei SK 26 = 15850C und dessen Kegelfallpunkt bei SK 32 = 17100C liegen.
Ergänzt wurde das Massengemisch mit Klinkerbruch als weitere Magerung der Masse. Sowohl im Zusatz feuerfester Tone als auch in der Klinkerbruch-Zugabe des Beispiels wurden die Korngrössenbegrenzungen, gemäss der Erfin- dung, eingehalten.
Sind Klinkerziegel, Platten oder Formsteine herzustellen, die neben den hohen mechanischen Fe- stigkeitseigenschaften auch noch darüber hinaus andere bevorzugte Eigenschaften eines Klinkermaterials
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aufweisen müssen, etwa eine besondere Flüssigkeits-oder Gasdichte, eine hohe Standfestigkeit gegen- über chemischen Einwirkungen u. dgl., so sind gemäss der Erfindung, je nach der Natur der spezifischen Einwirkungen bzw. je nach den verlangten Eigenschaften an den fertigen Formlingen, der Zusatz von Siliziumkarbid-Staub oder die Staubzugabe von andern Hartstoffen teilweise oder ganz wegzulassen.
Man kann hiedurch unter einer gewissen Einbusse der mechanischen Festigkeitseigenschaften eine höhere Gefügedichte und eine bessere Standfestigkeit gegenüber der Einwirkung von bestimmten Gruppen chemischer Angriffsstoffe, in fertig gebrannten Scherben des Klinkermaterials erreichen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung mechanisch hochfester, insbesondere abriebfester Klinker-Ziegel, -Platten und -Formkörper aus geeigneten Rohtonen, Siliziumkarbid und bzw. oder dergleichen Hartstoffen und Magerungsmitteln, die vermengt und entweder trocken oder halbfeucht oder nass als verformbare Massen durch Pressen, Schlagen, Stampfen oder durch Handformung zu Ziegeln, Platten oder zu Formkörpern verarbeitet und in üblicher Weise gebrannt werden, dadurch gekennzeichnet, dass, bezogen auf die Gesamtmasse, 8-40 Gew.-'% gekörntes Siliziumkarbid und bzw. oder dergleichen Hartstoffe der Korngrösse von 0,5 bis 3 mm und gegebenenfalls 10-'70 Gew.-% Siliziumkarbid und bzw.
oder dergleichen Hartstoffstaub der Körnung von 0 bis 0,5 mm, bezogen auf die eingebrachte Menge gekörntes Siliziumkarbid und bzw. oder dergleichen Hartstoff mit mindestens der Hälfte und bis maximal der 1 1/2fachen Menge des gesamten Siliziumkarbid- bzw. dergleichen Hartstoff-Anteiles rohem oder vorgetrocknetem und vorzerkleinertem plastischem Steinzeugsinterton oder Klinkerton der Korngrösse 0 bis 3 mm, vermengt und als Restmenge auf 100 Grew.-% der Gesamtmasse mit vorzerkleinertem Feldspat, Steinzeug-, Klinker-, Porzellanscherben oder mit ähnlichen Magerungsmitteln sowie mit rohem, auf 0 - 4 mm vorzerkleinertem feuerfestem Standton ergänzt werden.
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