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Feuerfeste Körper für Abdeck-und Trennblöcke in Glaswannenöfen Die
vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von feuerfesten Bauteilen mit erhöhter
Temperaturwechselbeständigkeit für Abdeck- und Trennblöcke in Glaswannenöfen, insbesondere
für die Decke des Vorherdes bei Vorrichtungen zum Ziehen von Flachglas.
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Bei der Herstellung von Fensterglas durch Ziehen bringt man zur Absperrung
oder Trennung der Glasschmelze von der Ziehstelle eine Stange oder einen Block im
Vorherd der Ziehvorrichtung an. Ein Teil der Decke hat zwei L-förmige Blöcke, d.
h. langgestreckte Blöcke mit etwa L-förmigem senkrechtem Querschnitt. Diese L-Blöcke
sind so angebracht, daß ihre längeren Schenkel waagerecht in Richtung nach der gezogenen
Glasscheibe hin liegen. Bei den gebräuchlichen Ziehvorrichtungen taucht eine Ziehstange
in das geschmolzene Glas ein, wie es in den älteren Patentschriften beschrieben
wird.
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Bei Inbetriebnahme einer Glasziehvorrichtung heizt man meist den Ziehofen
oder Vorherd auf die Temperatur des von dem zugehörigen Glaswannenofen kommenden
geschmolzenen Glases auf, wobei sich jedoch die L-Blöcke und die Ziehstange noch
nicht in ihren Stellungen im Ziehofen befinden. Die Ziehstange, die Trenn- und L-Blöcke
bestehen aus feuerfesten Baustoffen und werden in der Nähe der Ziehvorrichtung geformt,
gebrannt und noch warm aus dem Brennofen, in dem sie in Bereitschaft gehalten werden,
in den Glasziehofen gebracht. Im Ziehofen kommen sie mit dem geschmolzenen Glas
in Berührung, das aus der Schmelzwanne zufließt. Die beschriebene Art der Vorwärmung
der genannten Teile war bis jetzt immer nötig, um die gefährliche Rißbildung zu
vermeiden, die sonst durch starken Temperaturwechsel auftreten würde, wenn die erwähnten
feuerfesten Teile schon in ihrer Stellung wären, während der Ziehofen auf die Betriebstemperatur
gebracht wird.
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Zur Erzeugung von Abdeckblöcken für solche Ziehvorrichtungen benutzte
man bisher Mischungen aus beispielsweise etwa 38 Gewichtsprozent eines plastischen
feuerfesten Tons, 22 Gewichtsprozent einer feuerfesten Schamotte (Korngröße bis
zu 4,8 mm), 20 Gewichtsprozent gemahlener sandhaltiger Schamottesteinabfälle ähnlicher
Zusammensetzung und von derselben Mahlfeinheit, 4 Gewichtsprozent Klebsand mit einer
Körnung bis zu 0,3 mm und 16 Gewichtsprozent Feinsand (Körnung bis 0,15 mm).
Aus diesen, mit Wasser zu einer steifplastischen Masse angemachten Gemischen formte
man die Blöcke in üblicher Weise, wobei man die Massen fest in die Formen einstampfte.
Nach Trocknung in üblicher Weise brannte man sie sehr allmählich und gleichmäßig
bis auf die gewünschte Temperatur und hielt sie noch warm so lange bereit, bis die
Blöcke als Teil der Ziehofendecke in ihre Stellung eingesetzt werden konnten. Trotz
dieser Vorsichtsmaßnahmen ließen sich aber häufige Schäden dieser Bauteile durch
den Temperaturwechsel bei der Inbetriebnahme und die chemischen Angriffe durch die
Glasbestandteile nie vermeiden. Die ganze Vorbereitung der Ziehvorrichtung für die
Inbetriebnahme nimmt aber eine erhebliche Zeit für das Einsetzen der vorgewärmten
L-Blöcke und der anderen Teile in Anspruch, bevor der Ziehvorgang beginnen kann.
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Nach vorliegender Erfindung lassen sich die erwähnten übelstände dadurch
vermeiden, daß man für die Abdeck- und Trennblöcke bei Glaswannenöfen solche feuerfeste
Körper verwendet, die aus Massen mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten in einer
Zusammensetzung von 15 bis 45 Gewichtsprozent plastischem Ton, 10 bis 65 Gewichtsprozent
Schamotte und ungefähr 20 bis 70 Gewichtsprozent eines oder mehrerer besonderer
feuerfester Zusätze mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten hergestellt sind, wobei
dieser besondere Zusatz in einer Körnung von höchstens 2 mm zugemischt wird, die
Hauptmenge dieser Körner größer als 0,15 mm ist und der Ausdehnungskoeffizient des
Zusatzes bis zu
13201 C praktisch gleichmäßig ist und in dem Bereich
von Normaltemperatur bis zu 1100° C weniger als 0,404 beträgt.
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Derartige Massen sind so temperaturwechsel beständig, daß man sie
bei Inbetriebnahme der Öfen ohne vorheriges Anwärmen einsetzen und mit dem flüssigen
Glas in Berührung bringen kann, und sind doch viel weniger Schädigungen durch den
Temperaturwechsel ausgesetzt.
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Ein Zusatz der genannten Art ist z. B. geschmolzene Kieselsäure. Die
erwähnten Gewichtsmengen stellen Prozentsätze der gesamten trockenen Feststoffe
in der Mischung dar. Wenn man aus diesen Mischungen die feuerfesten Teile nach dem
üblichen Verfahren herstellt, d. h. die Mischungen in steifplastischem Zustand verarbeitet,
enthalten sie etwa 28 bis 45 Gewichtsprozent eines plastischen Tons, etwa 10 bis
52 Gewichtsprozent Schamotte und etwa 20 bis 70% des erwähnten feuerfesten Zusatzes
mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten. Soll die Mischung jedoch nach dem bekannten
Gießverfahren verarbeitet werden, so stellt man sie aus etwa 15 bis 45 Gewichtsprozent
plastischem Ton, etwa 10 bis 65 Gewichtsprozent Schamotte und etwa 20 bis 70 Gewichtsprozent
des letztgenannten Zusatzes her.
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In diesen Mischungen soll möglichst das Verhältnis von Schamotte zu
dem feuerfesten Zusatz mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten unter 1:2 liegen.
Beispiele für Schamotte sind solche Arten, die man durch Brennen von Schieferton,
Kaolin, feuerfestem Ton oder Bindeton erhält. Der plastische Ton in den Massen nach
der Erfindung kann irgendein Ton sein, wenn er genügend bildsam ist, um als Bindemittel
für die Bereitung feuerfester Massen zu dienen. Für die Verarbeitung dieser Mischungen
zur Herstellung der feuerfesten Teile, sei es als steifplastische oder als gießbare
Massen, gibt man noch Wasser zu, und zwar etwa 10 bis 21 Gewichtsprozent, bezogen
auf das Gewicht der gesamten Feststoffe. Die Wassermenge innerhalb dieses Bereiches
hängt von der Art des Verarbeitungsverfahrens sowie von den Eigenschaften und der
Menge des als Bindemittel dienenden plastischen Tons ab. Ferner kann man für die
hier angegebenen Prozentsätze des plastischen Tons Mischungen aus verschiedenen
plastischen Tonarten nehmen und ebenso auch von Mischungen verschiedener Schamotten
als Magerungsmittel ausgehen. Der für das Gießverfahren benutzte plastische Ton
kann Kaolin oder Bindeton sein, der durch Zusatz eines Elektrolyten zu der Mischung
mit dem Anmachewasser verflüssigt wird. Hierfür nimmt man die üblichen Verflüssigungselektrolyte
in einer Menge von etwa 0,1 bis 0,25 Gewichtsprozent, berechnet auf das Gesamtgewicht
der Feststoffe. Ein Beispiel für einen solchen Elektrolyten ist ein Gemisch aus
etwa 80 Gewichtsprozent Natriumsilikat und 20 Gewichtsprozent Natriumhydroxyd.
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Bei den erwähnten Mischungen nach der Erfindung muß der plastische
Ton fein gemahlen sein und durch ein Sieb mit 2 mm Maschenweite hindurchgehen. Auch
die Schamotte und die sonstigen Magerungsmittel sollen nicht zu grobkörnig sein.
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Der Zusatz von geschmolzenem Quarz zu bestimmten keramischen Massen
ist bereits vorgeschlagen worden, so für die Herstellung von Kapseln und anderen
feuerfesten Gegenständen, die gegen plötzlichen Temperaturwechsel beständig sein
sollen. Die Beanspruchung solcher Kapseln ist jedoch eine grundsätzlich andere als
diejenige der Abdeck- und Trennblöcke bei Glaswannenöfen, in denen selbst an solchen
Stellen der feuerfesten Ausmauerung, die nicht zeit der. Glasschmelze in Berührung
kommen, starke Anfressungen durch Alkalidämpfe auftreten, die bei den hohen Betriebstemperaturen
solcher Öfen entweichen. Nun ist es aber bekannt, daß Quarzglas durch Alkalien bedeutend
leichter angegriffen wird als Quarz oder andere kristalline Kieselsäuremodifikationen,
die als Bestandteile feuerfester Massen allgemein benutzt werden. Dies gilt nicht
nur für die Einwirkung wäßriger Alkalien, sondern erst recht auch für die von Alkalidämpfen
bei hohen Temperaturen; es bestand deshalb ein erhebliches Vorurteil in der Fachwelt
gegen den Zusatz von Quarzglas zu solchen feuerfesten Massen, die einem starken
Alkaliangriff in der Wärme ausgesetzt werden (vergleiche z. B. die Angaben der deutschen
Patentschrift 481472, Zeile 33 bis 36, die sich allerdings nicht auf feuerfeste
Gegenstände, sondern auf feinkeramische Erzeugnisse bezieht).
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Im übrigen hat man in den Fällen, in denen für besondere Zwecke bereits
Zusätze von Quarzglas in feuerfesten Massen vorgeschlagen werden, dieses Glas nur
in ziemlich grober Körnung zugegeben, während nach vorliegender Erfindung die Zusätze
daraus verhältnismäßig feinkörnig sind. Daß die hier beschriebenen Massen trotz
ihres hohen Gehaltes an Quarzglas sich sehr gut für den Aufbau von Glasöfen eignen
würden, war deshalb nicht vorauszusehen.
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Die Erfindung wird für den Fachmann noch besser durch die folgende
Beschreibung an Hand der Zeichnungen verständlich werden. In dieser bedeutet Fig.
1 eine Draufsicht einer bevorzugten Ausführungsart eines L-förmigen Blockes für
eine Fenster-oder Flachglas-Ziehvorrichtung, der aus der feuerfesten Mischung nach
vorliegender Erfindung hergestellt ist, und Fig. 2 einen senkrechten Schnitt nach
Linie 2-2 der Fig. 1; sie zeigt einen Schutzüberzug aus einer andersartigen Mischung
an denjenigen Seiten des L-Blocks, die den Dämpfen in einem Ziehofen ausgesetzt
sind.
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Der allgemein mit 10 bezeichnete L-Block aus einer feuerbeständigen
Mischung nach der Erfindung hat Überzüge 11, 12 und 13 auf den Oberflächen 15, 16
und 17. Diese Überzüge sind, wie beschrieben, aus verschiedenen feuerfesten Mischungen
hergestellt. Wie Fig. 2 zeigt, bedeckt der Überzug bei dem hier gezeigten Beispiel
nur den Unterteil der Fläche 17,
weil der Oberteil von ihr den Dämpfen im
Ziehofen nicht ausgesetzt ist. Die Überzüge 11, 12 und 13 sind verhältnismäßig
dünn, z. B. etwa 20 mm.
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Das Folgende ist ein erläuterndes Beispiel für die Herstellung des
L-Blockes nach Fig. 1 und 2 aus einer bevorzugten Mischung nach der Erfindung nach
dem üblichen Formverfahren für steifplastische Massen. Man stellt eine Mischung
aus je einem Drittel feuerfestem Ton (Korngröße bis zu 2 mm), Schiefertonschamotte
(Körnung bis 4,8 mm) und geschmolzener Kieselsäure (Körnung bis 2 mm) her. Die geschmolzene
Kieselsäure ist in Brockenform im Handel erhältlich, sie wird in einem Brecher mit
Siebeinrichtung auf die gewünschte Teilchengröße gebracht. Die ganze Mischung wird
dann mit 13 Gewichtsprozent Wasser, bezogen auf das Gesamtgewicht an Feststoffen,
angemacht.
Aus der so bereiteten steifplastischen Masse formt man
in einer Form den L-Block und brennt ihn, nach langsamem Trocknen innerhalb von
etwa 90 Tagen, langsam und gleichmäßig bis auf etwa 1180° C.
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Wie aus Fig. 2 zu sehen ist, kann der L-Block aus der oben beschriebenen
Mischung vorzugsweise auf mehreren seiner Oberflächen mit einer andersartigen feuerfesten
Masse überzogen sein, die gegen den Angriff von Dämpfen oberhalb des Glases im Ziehofen
widerstandsfähig ist. Ohne derartige feuerfeste überzüge würden einige der Oberflächen
des L-Blocks aus der oben beschriebenen Mischung in ähnlicher Weise wie die bisher
üblichen Massen durch die Dämpfe stark angegriffen, wobei sich schlackenartige Produkte
bilden würden, die von dem L-Block in das geschmolzene Glas tropfen und dieses verunreinigen.
Die erwähnten feuerfesten Überzüge bestehen vorzugsweise aus einer Mischung von
plastischem Ton, gebranntem Cyanit, einer Schamotte, z. B. einer Schiefertonschamotte,
und gemahlenen Abfällen tongebundener feuerfester Steine. Der gebrannte Cyanit macht
die überzugsmischung widerstandsfähig gegen Korrosion und wird ihr in beträchtlicher
Menge, z. B. von etwa 50 Gewichtsprozent der Gesamtmischung, zugefügt.
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Nachstehend wird eine Siebanalyse der feuerfesten Mischung angegeben,
die mit Wasser zu einer steifplastischen Masse nach dem oben erläuterten Beispiel
angemacht wird und zur Herstellung der feuerfesten Formkörper, z. B. L-Blöcke, dient.
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Die Siebanalysen des hierfür benutzten feuerfesten Tons, der Schamotte
und der geschmolzenen Kieselsäure sind folgende:
| Feuerfester Ge- |
| Ton schmolzene Schamotte |
| Si 0, |
| Über 4,8 mm - 8,3 a/o - |
| 3,6 mm - 19,911/0 - |
| 4,0 mm - 16,0,1/o - |
| 2,0 mm - 13,00/0 - |
| 1,4 mm 0,25 a/o 10,011/0 1,30/0 |
| 0,6 mm 0,36% 16,50/0 30,3% |
| 0,3 mm 0,28,1/o 8,0,% 22,5% |
| 0,15 mm 0,23 0/0 4,30/0 18,21/o |
| 0,07 mm 0,410/0 2,5% 10,10/0 |
| Unter 0,07 mm 98,47% 1,51/o 17,60/0 |
Die Eigenschaften der erfindungsgemäß hergestellten feuerfesten Körper sind folgende:
| Bruchfestigkeit vor dem Brennen |
| bei Zimmertemperatur ...... 11,5 kg/cm2 |
| Feuerfestigkeit, SK . . . . . . . . . . . . 29+ |
| Grad Celsius . . . . . . . . . . . . . . . . . 1640+ |
| Porosität, a/o nach dem Brand auf |
| SK 08 ..................... 24,6 |
| SK 04 ..................... 23,7 |
| Brennschwindung, % nach dem |
| Brand auf |
| SK 08 ..................... 0,1 |
| SK 4 ...................... 0,8 |
| Bruchfestigkeit nach dem Brand |
| bis zu dem angegebenen SK, ge- |
| messen bei Zimmertemperatur |
| SK 08 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 kg/cm2 |
| SK 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39,6 kg/cm2 |
Die L-Blöcke nach der Erfindung können auch nach dem Gießverfahren bei entsprechender
Bemessung der prozentualen Anteile ihrer einzelnen Bestandteile, wie oben vorgeschrieben,
hergestellt sein. Die überzugsmischung wird dann vorzugsweise ebenfalls durch Gießen
aufgebracht; in diesem Falle nimmt man als Bindeton an Stelle von feuerfestem Ton
für die den gebrannten Cyanit enthaltende feuerfeste Gießmasse einen solchen plastischen
Ton, z. B. Kaolin oder Bindeton, der sich durch einen Elektrolyten leicht verflüssigen
läßt.
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Geschmolzene Kieselsäure ist in dem zur Erläuterung beschriebenen
Beispiel als einer der Bestandteile genannt worden und ebenso auch in der Beschreibung
derjenigen Mischungen, die zur Kennzeichnung der verschiedenen Bereiche der Bestandteile
nach der Erfindung hier behandelt wurden. Diese geschmolzene Kieselsäure hat die
Zusammensetzung Si 02 und ist amorph, d. h. nicht kristallin. Andere feuerfeste
Stoffe, die ebenfalls einen sehr gleichmäßigen Ausdehnungskoeffizienten bis zu mindestens
1320° C haben, der von Normaltemperatur bis etwa 1100c 'C weniger als 0,4°/o beträgt,
können in dem für geschmolzene Kieselsäure angegebenen Mengenbereich ebenfalls verwendet
werden, zusammen mit den anderen Massebestandteilen in den oben angegebenen Mengen.
Beispiele solcher Stoffe sind Dichroit (ein Magnesiumtonerdesilikat, etwa von der
Zusammensetzung 2 Mg O - 2 A12 03 * 5 Si O2) und Lithiumtonerdesilikat (Li2 O -
A12 03 - 8 Si 02).