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Verfahren zur Herstellung von keramischen, besonders feuerfesten Körpern
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von keramischen Körpern,
insbesondere von feuerfesten Erzeugnissen, wie von Steinen, Formkörpern, und zwar
sowohl säurebeständigen wie isolierenden keramischen Erzeugnissen, Mörteln, Anstrichmassen
usw. mit gebranntem Ton (Schamotte) und anderen Magermitteln.
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Es ist bekannt, solche Erzeugnisse aus einem feuerfesten gebrannten
Ton unter Zusatz eines Bindemittels herzustellen. Hierbei wird die Masse einer innigen
Mischung unterzogen, dann verformt, die Formkörper werden getrocknet und bei hoher
Temperatur gebrannt.
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Der feuerfeste Werkstoff, welcher das Skelett der Formkörper bildet,
ist nicht plastisch und weist keine klebenden Eigenschaften auf. Er kann Ton, Bauxit,
Magnesit usw. in rohem oder vorgebranntem Zustand sein. Als Bindemittel werden bisher,
je nach der Art des magernden Bestandteils, sehr häufig solche auf Grundlage von
Ton, Kalkmilch sowie organische Stoffe, wie z. B. Dextrin, Sulfite, Alkalisilikate,
Borax, Oxychloride usw., verwendet. Von diesen Bindemitteln sind diejenigen organischen
Ursprungs nicht beständig beim Brand. Die auf alkalischer Grundlage haben den Nachteil,
daß sie als Flußmittel wirken und den Schmelzpunkt des Erzeugnisses sehr stark herabsetzen.
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Die bekannten Bindemittel erfordern eine Trocknung und allmählich
fortschreitende Temperatursteigerung beim Brand, um die Bildung von Rissen und Sprüngen
hierbei zu vermeiden, durch welche die Erzeugnisse ungeeignet für die Verwendung
werden oder als deren Folge sie zerfallen.
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Es sind auch bereits einige Bindemittel bekannt, die durch die Umsetzung
von Salzen der Erdalkalien oder anderer Erden mit der jedem Salze korrespondierenden
Säure hergestellt werden. Es ist z. B. bekannt, ein Sulfat auf Schwefelsäure oder
ein Phosphat auf Phosphorsäure einwirken zu lassen. Außerdem ist es auch bekannt,
ein Aluminium mit der zugehörigen Säure aufzulösen; z. B. zur Herstellung eines
Bindemittels ist es bekannt, Aluminiumphosphat in Phosphorsäure zu lösen.
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Dieses letztere Verfahren ergibt zwar ein Bindemittel von zweckentsprechenden
Eigenschaften, besitzt jedoch den großen Nachteil, daß es teuer und nicht für die
Herstellung von üblichen feuerfesten Stoffen in größeren Mengen unter wirtschaftlichen
Voraussetzungen angewendet werden kann.
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Die Erfindung bezweckt, die Nachteile der bekannten Bindemittel zu
vermeiden. Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Erzeugnissen
aus gebranntem Ton, gemäß welchem dem Grundstoff, der das Skelett des Formkörpers
bildet, ein minralisches Bindemittel zugesetzt wird, das aus Phosphorsäure und Aluminiumoxydschaum
hergestellt wird.
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Es wurde nämlich gefunden, daß der Aluminiumoxydschaum, der als Abfall
beim Schmelzen von Aluminium anfällt, nicht nur ein billiges Rohmaterial für die
Bindemittelherstellung darstellt, sondern daß die damit erzeugten feuerfesten Steine
Qualitäten aufweisen, die mit keinem anderen der bisher bekannten erreicht werden
konnten.
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Es ist dabei von besonderer Bedeutung, daß der Schaum aus Aluminiumoxyden
besteht, die beim Schmelzen entstanden sind, also durch direkte Berührung des geschmolzenen
Metalls mit dem Sauerstoff der Luft. Dieses Aluminiumoxyd, welches auf trockenem
Wege entstanden ist, liegt in einer Form vor, die für die Bildung des Bindemittels
mit Phosphorsäure besser geeignet ist als das gewöhnliche Aluminiumoxyd, selbst
wenn dieses chemisch rein ist und auf einem anderen Wege erzeugt wurde, wie beispielsweise
auf nassem Wege.
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Das Bindemittel kann je nach seinem Verdünnungszustand in pastenförmiger
oder mehr oder weniger flüssiger Form hergestellt werden. Es besitzt stark klebende
Eigenschaften und umhüllt die Körner des Skeletts in vollkommener Weise.
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Die feuerfesten Stoffe, aus denen das Skelett gebildet werden soll,
können beliebiger Art sein. Sie
verden je nach dem Verwendungszweck
des Erzeugiisses gewählt und in einer Korngrößenzusammenetzung, die ebenfalls von
den erwünschten Eigenchaften desselben abhängt, verwendet. Als geeignete JVerkstoffe
sind z. B. natürlicher Sillimanit, die Aluniniümsilikate, Stoffe auf Grundlage von
Chrom, Magnesia usw. zu erwähnen.
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Es wurde gefunden, daß die Verwendung von >toffen, die bereits vorher
durch einen Brennvorgang Lllotropische Umwandlungen erfahren haben, zwecknäßig ist.
Als besonders vorteilhaft erweist sich die Jerwendung von gebranntem und gemahlenem
Ton Schamotte) als skelettbildende Stoffe.
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Im Rahmen des gleichen Gedankens- können auch Steine, die bereits
als solche verwendet worden sind, ;emahlen und als Ausgangsstoffe benutzt werden.
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Gewöhnlich erfordert die Reaktion zwischen Phos-)horsäure und Aluminiumoxyd
eine Initialerhitzung, jm in Gang zu kommen. Überraschenderweise reagiert 'er Aluminiumschaum
bei Zimmertemperatur sofort ieftig exotherm mit Phosphorsäure, und es braucht Iberhaupt
nicht erhitzt zu werden.
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Diese Tatsache, daß die Initialerhitzung unter-.)leiben kann, ist
für die Durchführung des Verfahrens von extrem vorteilhafter Bedeutung, denn die
Reak-:ion kann direkt in dem Mischer ablaufen gelassen werden, in dem sich die Mischung
der anderen Bestandteile für die feuerfesten Steine befindet. Auf diese Weise gestaltet
sich das Verfahren zur Vor-:)ereitung der Mischung zum Formen der Rohlinge Sehr
einfach; es kann auf zwei Arten durchgeführt ;-erden Gemäß der ersten Ausführungsform
wird das Bindemittel für sich aus Aluminiumschaum und Phosphorsäure hergestellt
und dann den Mahl- oder Mischvorrichtungen zusammen mit den das Skelett bildenden
Stoffen aufgegeben.
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Bei der zweiten Arbeitsweise kann der Aluminiumschaum, vorzugsweise
zusammen mit Phosphorsäure, dem Mischer, in welchem sich der das Skelett bildende
Stoff befindet, aufgegeben werden. In der einen wie in der anderen Weise ergibt
sich hierdurch die verformbare Masse. Die aus dieser hergestellten Gegenstände werden,
und zwar bei einer Temperatur in der Größenordnung von 500° C, die sich im allgemeinen
als bereits ausreichend erweist, gebrannt. Selbstverständlich kann aber je nach
den Anforderungen auch mit höher als 500° C liegenden Brenntemperaturen gearbeitet
werden. Es ist ferner auch möglich, unter Verwendung des Bindemittels gemäß der
Erfindung an der Verwendungsstelle eine monolithische Masse herzustellen, die dann
an ihrer Verwendungsstelle gebrannt wird. Ferner kann das Verfahren gemäß der Erfindung
auch zur Herstellung eines Mörtels oder Schutzüberzuges für feuerfeste Stoffe verwendet
werden.
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Der Aluminiumoxydschaum kann, je nach den erwünschten Eigenschaften
des Enderzeugnisses, in gereinigtem oder auch in ungereinigtem Zustand Verwendung
finden. Insbesondere können aus diesem Schaum, der ein Abfall- oder Nebenprodukt
der Aluminiumschmelze darstellt, durch einfaches Waschen mit Wasser die darin enthaltenen
löslichen Salze entfernt werden.
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Unter dem Ausdruck »Aluminiumoxydschaum« sind im Sinne der Erfindung
die Oxydationsprodukte zu verstehen, die bei der Aluminiumverarbeitung, nämlich
während des Schmelzvorganges, anfallen und auf dem geschmolzenen Metall schwimmen.
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Was die Menge an Aluminiumoxydschaum und Phosphorsäure anlangt, die
eingesetzt werden soll, so richtet sich diese ganz nach der Art des Skelettmaterials
und kann daher nicht präzise angegeben werden. Indessen ist es klar und aus ökonomischen
Gründen verständlich, daß nur so viel verwendet wird, wie zur ausreichenden Bildung
des Bindemittels erforderlich ist. Eine Prozentangabe ist nicht notwendig, da diese
für das Produkt keine charakteristische Größe darstellt.
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Die Herstellung des Bindemittels erfolgt in Gegenwart der übrigen
Mischungsbestandteile gleich im Mischer bei gewöhnlicher Temperatur, ohne daß zusätzlich
erhitzt zu werden braucht. Der Aluminiumoxydschaum, der als Abfallprodukt preisgünstig
zu haben ist, ermöglicht, insbesondere große Mengen feuerfester Steine für industrielle
Zwecke zu vorteilhaften Preisen herzustellen.
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Die feuerfesten Produkte, die gemäß der Erfindung hergestellt wurden,
sind außerdem den bekannten Erzeugnissen dieser Art qualitätsmäßig weit überlegen,
besonders in Industrieöfen und im Hinblick auf die Verschlackung. Insbesondere ist
die Widerstandsfestigkeit der erfindungsgemäß hergestellten Produkte gegen plötzliche
Temperaturschwankungen (thermische Schocks) bedeutend vermehrt. Infolge dieser Widerstandsfestigkeit
gegen thermische Schocks entstehen keine Haarrisse oder tiefe Sprünge wie in den
derzeit bekannten feuerfesten Steinen, welche die Fläche für den Angriff der Schlacke,
die in die Tiefe eindringen kann, vergrößern und vorzeitigen Verschleiß verursachen.
Bei den erfindungsgemäß hergestellten Produkten ist wegen des Fehlens von Rissen
und Sprüngen eine Verschlackung in der Tiefe des feuerfesten Steines unmöglich geworden,
es gibt nur noch eine oberflächliche Abnutzung, die durch Reibung und Erosion hervorgerufen
wird.