CH642037A5 - Refractory ceramic insulation bricks and a process for their production - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft feuerfeste keramische Isoliersteine, die überwiegend geschlossene Poren mit verglaster Aussenhaut aus geblähtem Perlit und ein Bindemittelgerüst aus Portlandzement aufweisen und ein Verfahren zu ihrer Herstel-s lung. The invention relates to refractory ceramic insulating bricks, which have predominantly closed pores with a glazed outer skin made of expanded perlite and a binder structure made of Portland cement, and a method for their manufacture.
Bekannt ist, dass aus Portlandzementstein beim ersten Erhitzen auf Temperaturen über 1 000°C das freie und auch das chemisch gebundene Wasser ausgetrieben wird. Bei gleichmässiger Erhitzung verläuft dieser Vorgang jedoch io nicht kontinuierlich, sondern der Zementstein verliert je nach Bindung des Wassers in bestimmten Temperaturbereichen mehr oder weniger Wasser. Die Übergänge sind'fliessend, jedoch kann man annehmen, dass zwischen 100 und 200°C das freie und das physikalisch adsorbierte Wasser des i5 Zementsteins, zwischen 400 und 600°C ein Teil des chemisch gebundenen Wassers und zwischen 800 und 900°C der Rest des chemisch gebundenen Wassers ausgetrieben wird. Aus dem Calciumhydroxid, das sich bei der Hydratation des Zements gebildet hat, entsteht bei der Erhitzung freies Cal-20 ciumoxid, das beim Abkühlen in feuchter Atmosphäre mit erheblicher Volumenvergrösserung wieder in Calciumhydroxid übergeht. Die Volumenvergrösserung verursacht Rissbildung und Zermürbung des Zementsteins. It is known that the first time that Portland cement stone is heated to temperatures above 1,000 ° C, the free and also the chemically bound water is expelled. With even heating, however, this process does not run continuously, but the cement block loses more or less water depending on the binding of the water in certain temperature ranges. The transitions are fluid, but it can be assumed that between 100 and 200 ° C the free and physically adsorbed water of the i5 cement stone, between 400 and 600 ° C part of the chemically bound water and between 800 and 900 ° C the rest of the chemically bound water is expelled. The calcium hydroxide, which was formed during the hydration of the cement, forms free calcium oxide upon heating, which changes again to calcium hydroxide when cooled in a humid atmosphere with a considerable increase in volume. The volume increase causes cracking and wear of the cement block.
Bei Feuerbetonen auf Portlandzement-Basis versucht man, 25 durch die Zugabe von Zusatzstoffen in Form mehlfeiner feuerfester Stoffe, sogenannter keramischer Stabilisatoren, das freiwerdende Calciumoxid bei hohen Temperaturen chemisch zu binden und damit die Rissbildung und Zermürbung des Zementsteins zu unterbinden. Als Stabilisatoren 30 dienen z.B. feuerfeste Tone, Chromerze, Schamotte- und Ziegelmehl. Die Reaktionen zwischen dem Calciumoxid und dem Stabilisator beginnen in der Regel erst oberhalb 600°C und eine keramische Bindung setzt erst oberhalb 900°C ein. With Portland concrete-based refractory concretes, attempts are being made to chemically bind the calcium oxide released at high temperatures by adding additives in the form of refractory materials known as fine refractory materials, thus preventing cracking and wear and tear of the cement paste. Serve as stabilizers 30 e.g. refractory clays, chrome ores, chamotte and brick flour. The reactions between the calcium oxide and the stabilizer usually only start above 600 ° C and a ceramic bond only begins above 900 ° C.
Das Austreiben des Wassers aus dem Zementstein ist mit 35 einer Schwindung von etwa 2,5% und einer erheblichen Festigkeitsminderung, insbesondere im Bereich zwischen 600 und 1 100°C verbunden. Durch die Zugabe der Stabilisatoren kann das Schwinden in Feuerbetonen zwar herabgesetzt und die Festigkeit vor der keramischen Bindung gesteigert 40 werden. Dennoch werden die günstigen relativen Festigkeitswerte und geringen Schwindwerte, die sich bei der Verwendung von Tonerde-Schmelzzement bei Feuerbetonen einstellen, nicht erreicht. The expulsion of the water from the cement stone is associated with a shrinkage of approximately 2.5% and a considerable reduction in strength, in particular in the range between 600 and 1100 ° C. By adding the stabilizers, the shrinkage in refractory concrete can be reduced and the strength before the ceramic bond can be increased. Nevertheless, the favorable relative strength values and low shrinkage values that occur when using alumina cement for refractory concrete are not achieved.
In feuerfesten und hochfeuerfesten Betonen können sich 45 beim Erhitzen das Schwinden des Zementsteins und die Ausdehnung des Zuschlagstoffes überlagern. Insofern kann die Schwindung neben der Wirkung des Zusatzstoffes auch durch den Kornaufbau bestimmter Zuschlagstoffe beein-flusst werden. Dies ist bei nur hitzebeständigen Betonen, so deren Anwendungsgrenze unterhalb 1 100CC liegt, nicht möglich, weil deren Zuschlagstoffe, die z.B. Basalt oder expandierter Perlit sein können, bei hohen Temperaturen bereits Schmelzphasen bilden, die ihrerseits das Schwinden begünstigen und die Anwendungsgrenze herabsetzen. Wegen 55 der genannten Eigenschaften darf daher das erste Erhitzen bei Feuerbetonen trotz Stabilisatoren nur unter besonderen Vorkehrungen erfolgen, um Schäden der Zustellung zu vermeiden. In refractory and refractory concretes, the shrinkage of the cement block and the expansion of the aggregate can overlap when heated. In this respect, the shrinkage can be influenced not only by the effect of the additive, but also by the grain structure of certain additives. This is not possible with only heat-resistant concretes, where the application limit is below 1 100CC, because their additives, e.g. Basalt or expanded perlite can already form melting phases at high temperatures, which in turn promote shrinkage and lower the application limit. Because of the 55 properties mentioned, the first heating of refractory concrete, despite stabilizers, may only be carried out with special precautions to avoid damage to the delivery.
Die Erkenntnisse auf dem Gebiet des Feuerbetons lassen 60 sich nicht ohne weiteres auf feuerfeste keramische Isoliersteine der eingangs erwähnten Art übertragen. Denn bei den geformten Isoliersteinen, die häufig in grünem Zustand in das Ofenmauerwerk eingebaut werden, kommt es darauf an, dass die erforderliche Festigkeit der Steine auch im Bereich 65 zwischen 600 und 1 100°C gewährleistet ist und keine Schwindung beim Erhitzen auftritt, da andernfalls die Statik und Masshaltigkeit des Mauerwerks unkontrollierbar wird. Steine nach dem Hauptpatent 605 457, die ein aus Portland The findings in the field of refractory concrete cannot easily be applied to refractory ceramic insulating bricks of the type mentioned at the beginning. Because with the molded insulating bricks, which are often built into the furnace masonry in a green state, it is important that the required strength of the bricks is guaranteed even in the range 65 between 600 and 1 100 ° C and that no shrinkage occurs when heated, otherwise the statics and dimensional accuracy of the masonry becomes uncontrollable. Stones after main patent 605 457, one from Portland
3 3rd
642 037 642 037
zement bestehendes Bindemitelgerüst besitzen, weisen das sehr hohe Schwindmass und den sehr hohen Festigkeitsschwund des reinen Portlandzementsteins nicht auf. have existing binder scaffolding, do not have the very high shrinkage and the very high loss of strength of the pure Portland cement stone.
Offenbar wirkt in diesen Steinen der geblähte Perlitgrus in mehlfeiner Form oder aber das grobe Perlitkorn weitgehend stabilisierend, und der Rest des freien Calciumoxids verändert beim Hydratisieren das Gefüge des Steins nicht derart, dass es zermürbt wird. Dennoch erreichen die Isoliersteine auf Portlandzement-Basis nicht die niedrigen Schwindmasse und hohen Festigkeiten beim Erhitzen wie Isoliersteine auf Tonerde-Schmelzzement-Basis. Aufgabe der Erfindung ist daher, feuerfeste keramische Isoliersteine, die überwiegend geschlossene Poren mit verglaster Aussenhaut aus geblähtem Perlit und ein Bindemittelgerüst aus Portlandzement aufweisen, wobei die Aussenhaut beim Erhitzen aus einem geblähten Perlitkorn entstanden ist, zur Verfügung zu stellen, in denen das Calciumoxid beim Erhitzen vollständig chemisch gebunden wird, deren Schwindwerte und deren Festigkeitsverhalten den Werten der Isoliersteine mit einem Bindemittelgerüst aus Tonerde-Schmelzzement entsprechen. Apparently in these stones the expanded pearlite grit in fine flour form or the coarse pearlite grain has a largely stabilizing effect, and the rest of the free calcium oxide does not change the structure of the stone when hydrated in such a way that it is worn down. Nevertheless, the insulating stones based on Portland cement do not achieve the low shrinkage and high strength when heated like insulating stones based on alumina cement. The object of the invention is therefore to provide fireproof ceramic insulating bricks, which predominantly have closed pores with glazed outer skin made of expanded perlite and a binder structure made of Portland cement, the outer skin being formed from a expanded pearlite grain when heated, in which the calcium oxide is produced when heated is completely chemically bonded, whose shrinkage values and their strength behavior correspond to the values of the insulating stones with a binder structure made of alumina cement.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, According to the invention, this object is achieved by
dass im Bindemittelgerüst Körner eines Feldspat und/oder Feldspatvertreter enthaltenden magmatischen Gesteins eingebettet sind. Zweckmässig werden Körner eines basischen magmatischen Gesteins verwendet. Besonders vorteilhaft ist, wenn die Gesteinskörner aus Basalt, Gabbro oder Phonolit bestehen und im Kornbereich hauptsächlich zwischen 0,1 und 4 mm liegen und deren Feststoffanteil zwischen 30 und 80 Gew.-%, insbesondere zwischen 40 und 60 Gew.-%, that grains of feldspar and / or feldspar representatives containing igneous rock are embedded in the binder structure. Grains of a basic igneous rock are expediently used. It is particularly advantageous if the aggregates consist of basalt, gabbro or phonolite and are mainly between 0.1 and 4 mm in the grain area and their solids content between 30 and 80% by weight, in particular between 40 and 60% by weight,
beträgt. is.
Es hat sich in überraschender Weise gezeigt, dass in den erfindungsgemässen Steinen nach dem Erhitzen kein freies Calciumoxid mehr vorhanden ist, die Schwindung nach dem Erhitzen maximal nur etwa 0,8 bis 1,0% beträgt und die Festigkeit beim Erhitzen kein ausgeprägtes Minimum durchläuft. Wahrscheinlich finden bereits Festkörperreaktionen zwischen den Gesteinskörnern und dem freien Calciumoxid im Temperaturbereich zwischen 600 und 1 100°C statt, wobei das freie Calciumoxid gebunden und eine Schwindung verhindert wird sowie eine Bindung erfolgt, die die Festigkeit stabilisiert. Diese Vorgänge spielen sich in einem Bereich ab, in dem eine Entstehung der verglasten Porenaussenhaut noch nicht festgestellt wird. Insofern ist es auch möglich, die ungebrannten Steine zu Isolierzwecken im Temperaturbereich unterhalb 1 200°C zu verwenden. Offenbar wird der synergistische Effekt, nämlich die Stabilisierung der Festigkeit, Verhinderung der Schwindung und Bindung des freien Calciumoxids durch die Wechselwirkung zwischen den Gesteinskörnern und den Perlitkörnern bewirkt. Dabei ist bemerkenswert, dass die Anwendungsgrenze der Feuerleichtsteine nicht beeinträchtigt wird. It has surprisingly been found that in the stones according to the invention there is no longer any free calcium oxide after heating, the shrinkage after heating is a maximum of only about 0.8 to 1.0% and the strength during heating does not pass through a pronounced minimum. Solid reactions between the aggregates and the free calcium oxide in the temperature range between 600 and 1,100 ° C. are probably already taking place, the free calcium oxide being bound and shrinkage prevented and a bond taking place which stabilizes the strength. These processes take place in an area in which the formation of the glazed outer skin of the pores has not yet been determined. In this respect, it is also possible to use the unfired bricks for insulation purposes in the temperature range below 1200 ° C. Apparently the synergistic effect, namely the stabilization of the strength, prevention of the shrinkage and binding of the free calcium oxide, is brought about by the interaction between the stone grains and the pearlite grains. It is noteworthy that the application limit of the lightweight fire bricks is not affected.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung feuerfester keramischer Isoliersteine zeichnet sich dadurch aus, dass ein Gemenge aus Portlandzement, geblähtem Perlit, Sand eines magmatischen Feldspat und/oder Feldspatvertreter enthaltenden Gesteins und Wasser zu einem Rohling geformt und durch hydraulische Erhärtung verfestigt wird, der anschliessend gebrannt wird. Hierbei bilden sich aus Perlitkörnern geschlossene Poren mit verglaster Aussenhaut. Vorteilhaft ist, wenn ein Gesteinssand aus Basalt und/oder Gabbro und/oder Phonolit in Mengen von 30 bis 80 Gew.-%, bezogen auf den Feststoffgehalt des Gemenges, zugesetzt wird und der Gesteinssand die folgende Kornverteilung aufweist: The process according to the invention for producing refractory ceramic insulating bricks is characterized in that a mixture of Portland cement, expanded perlite, sand of a magmatic feldspar and / or feldspar representative rock and water is formed into a blank and solidified by hydraulic hardening, which is then fired. In this process, closed pores with glazed outer skin are formed from pearlite grains. It is advantageous if a rock sand made of basalt and / or gabbro and / or phonolite is added in amounts of 30 to 80% by weight, based on the solids content of the mixture, and the rock sand has the following particle size distribution:
Kornbereich (mm) Anteil (Gew.-%) Grain range (mm) Share (% by weight)
2 bis 4 10 bis 30 2 to 4 10 to 30
Ibis 2 10 bis 30 Ibis 2 10 to 30
0,5 bis 1 5 bis 20 0.5 to 1 5 to 20
0,25 bis 0,5 5 bis 20 0.25 to 0.5 5 to 20
0,125 bis 0,25 5 bis 20 0.125 to 0.25 5 to 20
0 bis 0,125 0 bis 20 0 to 0.125 0 to 20
Besonders günstig ist eine Kornverteilung wie folgt: A grain distribution is particularly favorable as follows:
Kornbereich (mm) Anteil (Gew.-%) Grain range (mm) Share (% by weight)
2 bis 4 23 2 to 4 23
1 bis 2 23 1 to 2 23
0,5 bis 1 10 0.5 to 1 10
0,25 bis 0,5 10 0.25 to 0.5 10
0,125 bis 0,25 17 0.125 to 0.25 17
0 bis 0,125 17 0 to 0.125 17
Vergleichsversuche haben ergeben, dass das Festigkeitsverhalten der erfindungsgemässen Steine denen gleicht, die unter Verwendung von Tonerde-Schmelzzement hergestellt sind. Das freie Calciumoxid wird beim Erhitzen vollständig chemisch gebunden. Eine beachtliche Schwindung tritt nicht auf. Die Festigkeit der Steine bleibt auch im kritischen Temperaturbereich zwischen 600 und 1 100°C im wesentlichen erhalten. Comparative tests have shown that the strength behavior of the stones according to the invention is the same as that which is produced using alumina cement. The free calcium oxide is completely chemically bound when heated. There is no significant shrinkage. The strength of the stones remains essentially in the critical temperature range between 600 and 1 100 ° C.
Die Kombination des bei niedrigen Temperaturen schmelzenden Perlits mit einem Bindemittel und die Verwendung einer weiteren niedrig schmelzenden Komponente wie z.B. Basalt- oder Gabbrosand mit beachtlichen Anteilen im Grobkornbereich liegt nicht nahe, und die erzielten Erfolge sind insofern überraschend, als sich gezeigt hat, dass das Zusetzen von nur feinmehligen Stabilisatoren nicht zum gewünschten Ergebnis führt. Die groben Fraktionen des Gesteinssandes binden offenbar erhebliche Freikalkmengen und stabilisieren darüber hinaus die Festigkeit. The combination of the low-temperature pearlite with a binder and the use of another low-melting component such as e.g. Basalt or gabbro sand with considerable proportions in the coarse grain range is not obvious, and the successes achieved are surprising insofar as it has been shown that the addition of only finely ground stabilizers does not lead to the desired result. The coarse fractions of the rock sand apparently bind significant amounts of free lime and also stabilize the strength.
Anhand des folgenden Beispiels wird die Erfindung näher erläutert: The invention is explained in more detail using the following example:
Eine Mischung, bestehend aus 160 kg Basaltsand, 110 kg geblähtem Perlit (Kornbereich 0 bis 3 mm, Litergewicht 70 gr/L) und 160 kg Portlandzement 450 F, wird in einem Freifallmischer zunächst trocken innig gemischt. Anschliessend werden 1601 Wasser hinzugegeben und drei Minuten weitergemischt. Die feuchte Masse wird dann in Formen einer Vibrationspresse gefüllt. Nach kurzem Rütteln unter mäs-sigem Druck lassen sich die Rohlinge leicht entformen und transportieren. Der keramische Brand erfolgt nach einer 24stündigen Härtung der Rohlinge. Die Prüfung der Steine ergab die folgenden Ergebnisse: A mixture consisting of 160 kg of basalt sand, 110 kg of expanded perlite (grain size 0 to 3 mm, liter weight 70 gr / L) and 160 kg of Portland cement 450 F is first intimately mixed dry in a free-fall mixer. 1601 of water are then added and mixing is continued for three minutes. The moist mass is then filled in the form of a vibration press. After briefly shaking under moderate pressure, the blanks can be easily removed from the mold and transported. Ceramic firing takes place after the blanks have hardened for 24 hours. The examination of the stones gave the following results:
Raumgewicht 0,8 g/cm3 Density 0.8 g / cm3
Porosität 74 % Porosity 74%
Kaltdruckfestigkeit 17kp/cm2 Cold compressive strength 17kp / cm2
Anwendungsgrenze (ASTM) 1260 °C Application limit (ASTM) 1260 ° C
Schwindung bei 1 200°C (DIN 51066) 0,9 % Shrinkage at 1 200 ° C (DIN 51066) 0.9%
Die Zusatzstoffmenge und der Kornaufbau des Gesteinssandes richten sich nach der Portlandzementsorte bzw. nach der Menge des beim Erhitzen auftretenden freien Calciumoxids und der Neigung des Bindemittelgerüsts, beim Erhitzen zu schwinden. Insofern stellen die obigen Angaben Bereiche dar, die sich als günstig erwiesen haben. The amount of additive and the grain structure of the rock sand depend on the type of Portland cement or on the amount of free calcium oxide that occurs when heated and the tendency of the binder structure to shrink when heated. In this respect, the above information represents areas that have proven to be favorable.
s s
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
B B
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Legal Events
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