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Aus einer Masse auf Basis von Aluminiumoxyd enthaltendem Zirkoniumsilikat
durch Brennen hergestellter Formkörper Die Erfindung betrifft einen aus einer Masse
auf Basis von Aluminiumoxyd enthaltendem Zirkoniumsilikat durch Brennen hergestellten
Formkörper.
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Es ist bekannt, zur Herstellung von hochhitzebeständigen massiven
Körpern dem Zirkoniumsilikat Kaolin oder sehr feuerfesten plastischen Ton als Bindemittel
zuzunmisehen. Eine besondere, als Beispiel genannte Mischung enthält 92 Gewichtsteile
Zirkoniumsilikat und 8 Gewichtsteile Kaolin oder eines sehr feuerfesten plastischen
Tons. Die Mischung wird bei einer Temperatur von mindestens 1400°C gebrannt. Das
nach dem Brennen erhaltene Produkt enthält etwa 3 Gewichtsprozent Aluminiumoxyd.
Es schmilzt bei etwa 2000°C.
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Es ist ebenfalls bekannt, zur Herstellung massiver Körper, die auf
mehr als 1500°C erhitzt werden sollen, dem Zirkoniurnsilikat Zusätze wie Aluminiumoxyd
beizumischen, wobei die Zusätze in solcher Menge beizufügen sind, daß das gesamte
bei der Zersetzung des Zirkoniumsilikats entstehende Siliciumdioxyd sich mit diesen
Zusätzen verbinden kann. Das Phänomen der Zersetzung des Zirkoniumsilikats in Zirkoniumoxyd
und Siliciumoxyd ist erst oberhalb von 1.500°C zu beobachten, In der Tat stellt
man es deutlich erst ab 1550° C fest. Im allgemeinen kann man damit rechnen, daß
das gesamte Zirkoniumsilikat zersetzt werden kann, und die Menge der Zusätze muß
zumindest so groß sein, wie sie nötig ist, um sich mit dem gesamten im Zirkoniumsilikat
enthaltenen Siliciurndioxyd verbinden zu können. Eine besondere, als Beispiel angeführte
Mischung enthält 40 bis 20 GewichtsprozentZirkoniumsilikat,und 60 bis 80 Gewichtsprozent
Aluminiumoxyd. Die Mischung wird bei etwa 1600°C gebrannt.
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Leichtmassen haben aber bestimmte Vorteile. Einer dieser Vorteile
ist ihre hohe Wärmeisolierfähigkeit, die vielfach erwünscht ist, wenn ein Raum mit
hoher Temperatur, z. B. ein Brennraum, nur wenig Wärme abgeben soll an einen benachbarten
Raum mit niedrigerer Temperatur, in welchem sich beispielsweise wärmeempfindliche
Teile aus Metall befinden. Sehr vorteilhaft ist auch das geringere spezifische Gewicht
der Leichtmassen, das vor allem in baulicher Hinsicht günstig ist, insofern, als
die tragenden Konstruktionselemente kleiner und leichter gemacht werden können.
Dies ergibt nicht nur eine Materialersparnis, sondern ermöglicht unter Umständen
gedrängte Konstruktionen, die mit schweren Massen, also mit Massivmassen, nicht
möglich sind.
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Die Erfindung bezieht sich auf die genannten Leichtmassen. Der Erfindung
liegt die Aufgabe zugrunde, eine Leichtmasse zu schaffen, die folgende Eigenschaften
aufweist: a) eine Porosität von. über 50 °/o, b) eine hohe Wärmeisolierfähigkeit,
c) eine hohe Hitzebeständigkeit von praktisch etwa 1500°C, die wesentlich über derjenigen
der zur Zeit bekannten porösen Körper mit gleicher Porosität liegt, d) eine große
Abriebfestigkeit bei hoher Temperatur, die besondere Vorteile für gewisse Formkörper,
wie Brenner mit raschem Gasumlauf, Brenner mit Oberflächenverbrennung usw., bietet,
e) eine sehr gute Formbeständigkeit bei der Handhabung.
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Der aus einer Masse auf Basis von Aluminiumoxyd enthaltendem Zirkoniumsilikat
durch Brennen hergestellte Formkörper ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet,
daß er bei einer Porosität von mindestens 500/" zwischen 8 und 20 Gewichtsprozent
Aluminiumoxyd enthält.
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Der erfindungsgemäße Formkörper der vorgenannten Zusammensetzung hat
die unter a) bis e) genannten Eigenschaften. Die Druckfeuerbeständigkeit bei 2kg/cm2
Belastung liegt bei etwa 1500°C und somit
wesentlich höher als bei
den bekannten feuerfesten Leichtmassen mit gleicher Porosität.
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Ein Zusatz zwischen 8 bis 20 Gewichtsprozent Aluminiumoxyd hat die
Druckfeuerbeständigkeit der auf der Basis von Zirkoniumsilikat hergestellten, eine
Porosität von mehr als 500/0 aufweisenden Körper bei einer Belastung von 2 kg/cm2
um einige hundert Grad erhöht.
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Der erfindungsgemäße Formkörper weist auch eine sehr gute-Temperaturwechselbeständigkeit
auf.
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Im einzelnen tritt bei einer Porosität des Formkörpers von mindestens
500/0 ganz allgemein die Verbesserung der Druckfeuerbeständigkeit schon bei einem
Gehalt an Aluminiumoxyd von 8 0l0 ab merklich in Erscheinung. Es ist zweckmäßig,
in der Nähe dieses Prozentsatzes und jedenfalls unter 20°/o zu bleiben, wenn die
porösen Zirkoniumsilikaterzeugnisse die weiteroben, insbesondere unter a) bis e)
angegebenen besonderen Eigenschaften in einem Höchstmaß aufweisen sollen. Selbstverständlich
sind auch die Kosten der verwendeten Stoffe in Betracht zu ziehen, aber schließlich
hängt die Wahl der in Frage kommenden Mengen an Aluminiumoxyd von der jeweiligen
Fabrikation und den Erfordernissen ab Die feuerfesten Formkörper gemäß der Erfindung
können- nach irgendeinem bekannten Verfahren hergestellt werden. Hierbei ist es
ohne Bedeutung, in welcher Weise man die Porosität herbeiführt und welchen Ausgangszustand
die feuerfeste Zirkoniumsilikatmasse hat (Schlicker oder teigige Masse irgendwelchen
Feuchtigkeitsgehaltes).
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Das Aluminiumoxyd kann zugesetzt werden in Form von Korund, von kalzinierter
Tonerde oder Tonerdehydrat, von Bauxit oder anderem wasserhaltigem Aluminiummineral,
von rohem oder gebranntem, natürlichem oder künstlichem Tonerdesilikat.
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Der Zusatz des Aluminiumoxyds kann in Form einer beispielsweise im
elektrischen Ofen erzeugten, einen gewissen Gehalt an Siliciumdioxyd aufweisenden
Schmelze erfolgen. Eine solche hat normalerweise, was wesentlich ist, eine gewisse
glasige Phase und verursacht keine Schrumpfung.
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Die zur Einführung des Aluminiumoxyds dienenden Stoffe können jeder
für sich oder auch in Mischung miteinander verwendet werden. Die Anwesenheit von
Aluminiumoxyd enthaltenden Rohstoffen verleiht der Masse eine gewisse Formbeständigkeit,
die wenigstens bis in den ersten Teil der Brennbehandlung hinein währt.
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Zur Erlangung der besten Druckfeuerbeständigkeit für eine bestimmte
Porosität ist es auf alle Fälle angebracht, Stoffe mit einem hohen Gehalt an Aluminiumoxyd
zu verwenden.
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Wenn die der Einführung des Aluminiumoxyds dienenden Rohstoffe Siliciumdioxyd
enthalten, ist es vorteilhaft, daß das Molekularverhältnis Aluminiumoxyd zu Siliciumdioxyd
über 1 und vorzugsweise über 1,5 liegt.
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Die Zuschlagstoffe sollen zweckmäßig nur geringe Mengen an Flußmitteln,
wie Eisenoxyde; Titanoxyde, Kalk, Natriumoxyd, Kaliumoxyd usw., enthalten, Diese
Zuschlagstoffe sollen zweckmäßig in einem Zustand genügender Feinheit verwendet
werden.
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Es ist in der Regel von Vorteil, daß die Zuschlagstoffe eine Korngröße
von höchstens 0,15 mm aufweisen; hierdurch werden die gute Verteilung des Zuschlagstoffes
und seine Wirkung auf das Zirkoniumsilikat erleichtert. -.Nachstehend sind.einige
,Beispiele von Versuchsergebnissen angegeben, die bei Verwendung verschiedener Zusammensetzungen
erzielt wurden.
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Für die Erzeugnisse wurde als Ausgangsstoff australischer Zirkonsand
(natürliches Zirkoniumsilikat) folgender Zusammensetzung verwendet: . _ - . _. Si02
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32,90/0 Zr02 ...........................
66,5°/o Fe203 .......................... 0,4°/o Ti02 . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . 0,20/0 Es wurde roher und pulverisierter Zirkonsand verwendet.
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Der verwendete Rohzirkonsand hatte folgende Korngrößenverteilung:
Siebrückstand. auf Sieb 80 (Maschengröße 0,18 mm) ...... 00/0 Siebrückstand
auf Sieb 150 (Maschengröße 0,105 nun) ..... 3,50/0 Siebrückstand. auf Sieb
200 (Maschengröße 0,075 mm) ...... 1000/(, Der pulverisierte Zirkonsand hatte
folgende Korngrößenverteilung: . Siebrückstand auf Sieb 150 . . . . . . . . . .
00/0 Siebrückstand auf Sieb 200 . . . . . . . . . . 20/() Bei der Dosierung des
rohen und des pulverisierten Zirkonsandes wurde ein- Teil des pulverisierten Zirkonsandes
durch die verschiedenen; der Einführung des Aluminiumoxyds dienenden Stoffe ersetzt.
Zugefügt wurden Wasser; genügende Mengen eines ausbrennbaren Stoffes zur Erzeugung
der gewünschten Porosität und als Bindemittel dienende sulfitische Rückstände der
Papierindustrie. Die durch das Mischen sich ergebende Masse wurde in Metallformen
von 40 - 60 - 120 mm eingeführt und zu Formkörper geformt, die dann 8 Tage im Freien
stehengelassen, 24 Stunden bei 110°C getrocknet und schließlich 2 Stunden bei 1500°C
gebrannt wurden.
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Nach dem Erkalten der Formkörper wurden aus diesen mittels einer Diamantschleifscheibe
zylindrische Proben von 28 mm Durchmesser und 40 mm Höhe herausgeschnitten. Diese
Proben wurden bei steigender Temperatur und einer konstanten Belastung von 2 kg/cm2
dem Druckfeuerbeständigkeitsversuch in folgender Weise unterworfen. Die Probe wurde
in die heißeste Zone des Graphitwiderstandes eines mit Niederspannung beheizten
Ofens gesetzt, und es wurden die Temperaturen bei beginnender Erweichung (t") und
bei vollkommener Erweichung (t,) gemessen.
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In der Tafel r sind die Ergebnisse zusammengestellt, die mit Mischungen
verschiedener Dichten erzielt wurden, wobei die Mischungen teils ohne" teils mit
Zusatz von verschiedenen Aluminiumsilikatstoffen hergestellt waren.
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Die unter Zusatz von Korund erzielten Ergebnisse sind in der Tafel
II -wiedergegeben. Es wurde beobachtet, daß besonders in diesem Fall das Brennen
bei 1550°C- einen bemerkenwerten Vorteil gegenüber dem Brennen bei 1500°C brachte
und Erzeugnisse lieferte, die eine ganz wesentlich erhöhte Hitzebeständigkeit unter
Belastung-aufwiesen.
Die Gesamtheit der in den Tafeln I und II aufgeführten
Ergebnisse zeigt, daß man eine bedeutende Verbesserung der Druckfeuerbeständigkeit
erhält, wenn man entsprechend der Erfindung in der Mischung aus rohem und pulverisiertem
Zirkonsand 15 0% des letzteren durch etwa 15 0/0 Aluminiumoxyd oder die angeführten
aluminiumoxydhaltigen Stoffe ersetzt.
| Tafel I |
| Mischung Druckfeuerbeständigkeit bei |
| Brenn- Spezifisches 2 kg/cma Belastung |
| roher pulverisierter Zuschlagstoffe temperatur Gewicht Porosität |
| beginnende vollkommene |
| Zirkonsand Zirkonsand Erweichung (t.) I Erweichung (t.) |
| 59010 41% keinen 15000c 1,76 63%
10150c 10150C |
| 59010 410/0 keinen 1500 0 C 2,31
510/0 1060 0 C 11000c |
| 5001, 5001, keinen 15000C 1,84 610/0
1035"C 1065 ° C |
| 50010 50% keinen 1500' C 2,14 55%
10900 C 10900c |
| 5001, 350/, »A« 15 0/0 1500 0 C
1,55 640/, 14950C 15150C |
| 5001, 35% »A« 15 0/0 1500 0 C 1,63
62% 14850C 1525 0 C |
| 50% 350/0 »A« 150/0 1500°C 1,79 58% 14850C 1515°C |
| 50010 350/, gebrannter 150011c
1,66 61% 15150c 1545 0 C |
| Cyanit 15 0/0 1500 ° C |
| 0A« = Schmelze, enthaltend 75 % Ala0a, 20 % Si0a und 5 % Beimengungen. |
| Tafel II |
| Mischung Druckfeuerbeständigkeit bei |
| Brenn- Spezifisches Porosität 2 kg/cma Belastung |
| roher pulverisierter Zuschlagstoffe temperatur Gewicht beginnende
vollkommene |
| Zirkonsand Zirkonsand [ Erweichung (t")
( Erweichung (te) |
| Korund |
| 500/0 35% 15% 1500°C 1,72 600/0 13850C 14350C |
| 50010 350/0 15010 15000c 2,00
53010 14100C 1440 0 C |
| 50010 35% 15010 15500C 1,76
59% 15100C 15700 C |
| 500/ 0 350/0 150/ 0 1550 0 C
2,00 53% 15300C 15700C |
Die erfindungsgemäßen Formkörper können insbesondere als Brennersteine Verwendung
finden. Vor allem infolge ihrer Porosität haben sie auch die Eigenschaft, daß ihre
dem Brennraum zugekehrte Oberfläche die Flammen festhält, so daß der ganze Brennraum
mit einem Flammenvorhang ausgekleidet ist. Dies führt zu einer sehr guten Vergleichmäßigung
der Temperatur im Brennraum.