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Verfahren zum Herstellen der feuerfesten Ofenauskleidung von Industrieöfen,
Dampfkesselfeuerungen u. dgl. Zum Herstellen der gesamten feuerfesten Auskleidungen
von Industrieöfen, Dampfkesselfeuerungen u. dgl. ist bisher der Aufbau durch Mauerung,
das Stampfverfahren oder das Gießen gebräuchlich, wobei keramisches Baumaterial
von je nach dem Bestimmungszweck ausreichender Feuerfestigkeit verwendet wird.
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Die Erstellungsweise durch Mauern erfordert größeren Zeitaufwand und
verlangt eine mit den verschiedenartigen Aufgaben der Anlage wechselnde und somit
größere Auswahl an erforderlichen Steinformaten. Für kompliziertere Ausbildungen
von Ofenauskleidungen werden neben den gängigsten Formen an Normsteinen mitunter
Formsteine benötigt, die zunächst besonderer Anfertigung bedürfen.
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Das Stampfverfahren erlaubt zwar sowohl die hochfeuerfeste wie die
Isolierschicht, ohne die Abhängigkeit von vorgegebenen Steindicken aufzuführen,
es bedingt jedoch einen hohen Aufwand an Handarbeit für das Stampfen und dabei eine
besonders anstrengende Arbeitsweise. Diese Verfahrensweise ermöglicht auch keine
Herstellung komplizierterer Formen, wenn diese Stellen enthalten, die innerhalb
der dazu nötigen Schalungen nicht oder nur schwer vom Arbeiter erreichbar sind.
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Wenn schließlich der Zeitaufwand beim Stampfen geringer ist als beim
Mauern, so hat trotzdem auch diese Arbeitsweise demgegenüber einen nur begrenzten
Vorteil, denn da im allgemeinen die Auskleidungen aus mindestens zwei, und zwar
einer inneren und einer äußeren isolierenden Schicht bestehen, muß erst eine ausreichende
Abbindung der einen abgewartet werden, bevor man die nächste Schicht daneben Kochstampfen
kann.
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Außer dem Mauern und dem Stampfen ist auch im Ofenbau das Gießen bekannt.
Hierzu verwendet man gießfähige keramische Massen und entsprechende Formen. Diese
Arbeitstechnik spart Arbeitskraft und ermöglicht auch, auch kompliziertere Formen
herzustellen. Indessen bleibt es auch bei dieser Verfahrensweise nötig, bei mehrschichtigem
Aufbau nach jeweils Fertigstellung einer Schicht deren genügende Verfestigung abzuwarten,
bevor eine weitere, stofflich anders beschaffene Schicht nunmehr durch Gießen erstellt
werden kann.
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Gesamte feuerfeste Ofenauskleidungen hat man bisher mittels Gießverfahrens
nicht hergestellt, sondern nur einzelne Wände von Industrieöfen oder einzelne Teile,
und zwar offenbar deshalb, weil dem Schwinden der Massen bei Aufheizen der CSfen
nicht begegnet werden konnte. Temperatursteigerungen haben näm-
| lich bei einer in ihrer Gesamtheit gego,s enen Ofen- |
| auskleidung einen weit stärkeren Einfluei gegosse- |
nen Einzelteilen, bei denen man durch mögli.cjj"e Formanpassung dem auftretenden
Schwindmaß entsprechen kann.
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So kann man nach einem älteren Vorschlag, um Ausbesserungen an Industrieöfen
vorteilhafter und billiger auszuführen, beispielsweise an den feuerfesten Innenflächen
von Ofenwänden oder an Leitungen mittels Formen eine feuerfeste breiige Masse anheften,
die durch die Wirkung der Ofenhitze im Betrieb erhärtet und dann ein monolithisches
Element mit der Unterlage bilden soll. Die Formen sollen dazu nur abgerundete Ecken
aufweisen, bzw. bei Leitungen sollen deren Achsen ungebrochenen Linien folgen. Die
verwendeten Formen, z. B. aus Blech, beläßt man an ihrer Stelle, so daß sie im Betrieb
des Ofens zerfließen und in das Bad, etwa eines Siemens-Martin-Ofens, einfließen.
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Für die Erstellung ganzer Öfen ist eine solche Arbeitsweise nicht
anwendbar, da sie zu kostspielig ist und sich allenfalls für gewisse Ausbesserungsarbeiten
rechtfertigt.
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Bei der Erstellung ganzer Ofenauskleidungen spielt nicht nur die Volumenänderung
durch thermische Dehnung eine Rolle, sondern beim Gießen vor allem das Problem der
Trockenschwindung neben der Brennschwindung. Durch die Trockenschwindung einer keramischen
gießfähigen Masse mit noch reichlichem Wassergehalt, auf den man nicht verzichten
kann, um genügend Bildsamkeit zu haben, erfolgt die Trocknung zunächst bei gewöhnlichen
Temperaturen eine entsprechend lange Zeit, und es folgt eine weitere Schwindung
beim Anfahren des Ofens, wobei die
keramische Auskleidung so weit
erhitzt wird, daß eine teilweise Sinterung eintritt, und zwar zunächst an der Oberfläche
nach dem Feuerraum zu als sogenannte Brennschwindung. Dadurch entsteht die Aufgabe,
Volumenänderungen so entgegenzuwirken, daß das einmal gewählte Volumen vom Beginn
des Gießens des ganzen Ofens bis zum Ende des erwähnten Sintervorgangs erhalten
bleibt.
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Es wurde nun gefunden, daß man dieser Aufgabe ohne besondere Anforderungen
an die verwendeten Formen oder gar unter notwendiger Preisgabe der benutzten Form
mit gutem Erfolg genügen kann, wenn man gemäß der Erfindung stark gemagerte, gießfähige,
feuerfeste 'lassen aus Gemischen von hydraulisch abbindenden Zementen, wie Tonerdezement
oder Schmelzzement, beim Brennen stabile und wachsende Magermittel, wie Schamotte
bzw. Quarz oder Rohcyariit, und Sintermittel, wie Feldspat, vermischt verwendet
und in Schalungen ergießt.
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Die Erfindung geht von der Feststellung aus, daß die beim Brennen
wachsenden Magermittel Volumenänderungen durch `'Wandlung der Kristallstruktur erfahren,
die zusammen mit der bereits bei Raumtemperaturen auftretenden Erhärtung Rissebildungen
mit Sicherheit ausschließen.
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Es ist an sich bekannt, daß gewisse mineralische Stoffe, wie Quarzsande,
Volumenänderungen beim Brande aufweisen und damit auftretende Schwindungen auszugleichen
vermögen. So hat man beispielsweise zum Gießen von Tonwaren durch Schmelzen und
somit Flüssigmachen von Oxyden Schmelztiegel hergestellt und hierbei Quarz zur Erzielung
besonderer Raumbeständigkeit zugesetzt. Ein solches Verfahren; hei welchem die Masse
einer vorherigen Überführung in einen Schmelzfluß bedarf, ist jedoch für die Erstellung
von ganzen Ofenauskleidungen schon au; Kostengründen nicht anwendbar, und allgemein
hat man in der keramischen Technik bisher gerade die erwähnten Volumenänderungen
gewisser mineralischer Zusätze, wie Quarz, gefürchtet, weil durch die Dehnung des
eingeschlossenen Quarzes mit Unebenheiten der Oberfläche und vor allem unbeherrschbaren
Neigungen zu Riß- und Sprungbildungen zu rechnen war. Es hat sich aber überraschenderweise
gezeigt, claß unbedenklich ein ganzer Ofen gegossen werden kann und man durch Gemische
der obenerwähnten Art beim Gießen sowohl den Vorteil einer ausreichenden Vorfestigung
schon bei Raumtemperatur und damit der Möglichkeit einer Wiedergewinnung der Schalungen
wie auch einer Einhaltung des von vornherein bestimmten Volumens hat.
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Nachstehend werden zur Erläuterung zwei Beispiele von Richtversätzen
gemäß der Erfindung angegeben: Beispiel l Spezialzement, z. B. Tonerde-Schmelz-Zement
................ 10 bis 15% Magerungsmittel, z. B. Schamotte .. 40 bis 500/0 Keramische
Bindemittel, z. B. Feldspat .................. 5 bis 15°/o Dehnender Stoff
.................. 25 bis 35°/o Beispiel 2 Spezialzement, z. B. Tonerde-Schmelz-Zement
................ 15 bis 20% Magerungsmittel, z. B. Schamotte .. 45 bis 60%
Keramische Bindemittel, z. B. Feldspat .................. 10 bis 20% Dehnender Stoff
.................. 5 bis 15% Die Masse nach Beispiel 1 ist für eine Gebrauchstemperatur
von etwa 1500° C und die im Beispiel 2 aufgeführte Zusammensetzung für einen Temperaturbereich
von etwa 1000 bis 1200° C geeignet. Die Anteile an dehnenden Stoffen sind verschieden
groß, weil bei höheren Temperaturen mit stärkerer Schwindung zu rechnen ist. und
weil auch aus Gründen der keramisch-chemischen Reaktionsfähigkeit für die höheren
Temperaturen ein anderes Material zu verwenden ist, welches eine etwas geringere
Eigendehnung aufweist als der Stoff, der bei niedrigeren Temperaturen verwendet
wird. Selbstverständlich kann man auch den Stoff, der für die höheren Temperaturen
eingesetzt wird, da verwenden, wo geringere Temperaturen auftreten.
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Für den Einzelfall läßt sich außerdem durch einfache Versuche feststellen,
welche Zusammensetzungen nach Stoffauswahl und Mengen über den Rahmen der Beispiele
hinaus besonders vorteilhaft sind.