DE1300053B

DE1300053B -

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Publication number: DE1300053B
Application number: DE1962H0047841
Authority: DE
Priority date: 1962-03-05
Filing date: 1962-12-28
Publication date: 1975-04-30
Also published as: CH440094A; DE1300053C2; GB983667A; US3179526A

Description

Die Erfindung betrifft einen feuerfesten Mörtel für die Auskleidung eines Induktionsofens zum Erschmelzen von Aluminium.

Es sind verschiedentlich Verbesserungsvorschläge auf dem einschlägigen Gebiet bekanntgeworden, und so ist in »Brick and Clay Record«, August 1950, eine Mörtelmasse angegeben, die auf der Trockengrundlage einen Gehalt an Aluminiumphosphat von etwa 7 bis 8 °/o und in einem groben Einstampfgemisch von 3 bis 6% aufweist. Man findet dort weiterhin die Angabe, daß feuchte Gemische, die Ton, Kaolin, Mullit, Tonerde und Lithiumcarbid enthalten, nicht länger als 2 oder 3 Tage beständig sind, so daß für industrielle Anwendungszwecke das Material in mit Asphalt ausgekleideten Säcken in Form eines Trockenpulvers verpackt werden muß.

Derartige Mörtelmassen enthalten zwar Phosphate, jedoch keine Orthophosphorsäure. Auf Grund der deutschen Patentschrift 912911 ist weiterhin ein feuerfester Zement oder Mörtel bekanntgeworden, der in kennzeichnender Weise Aluminiumchlorhydrat als Bindemittel enthält. Auf Zement- bzw. Mörtelmassen dieser Art, die sich wohl am besten als in der EKtze abbindbare Mörtel zeigen lassen und die bei mittleren Temperaturbereichen keine oder nur geringfügige Festigkeit zeigen, wird weiter unten noch eingegangen.

Das Anwenden von Phosphaten ist weiterhin auf Grund der USA.-Patentschrift 2 866714 bekannt, nach der bei der Herstellung von Mullit den Phosphaten Bauxiterze zugesetzt werden. Auf Grund der USA.-Patentschrift 2 687 967 ist eine in der Wärme abbindende Masse bekannt, die Kalziumsilikat und Phosphorsäure oder saure Aluminiumphosphatsalze enthält. Es handelt sich hierbei um ein Zweikomponentensystem, das als in der Wärme abbindende Masse vorgesehen ist und aus der ein dielektrisches Material hergestellt werden soll. Auf Grund der deutschen Auslegeschrift 1 063 513 ist ein Verfahren zum Herstellen von keramischen, insbesondere feuerfesten Körpern aus einer Grundmasse, wie Schamotte, Sillimanit, Chromerz, Magnesia, und einem Bindemittel aus einer Tonerdeverbindung und Phosphorsäure bekannt, wobei wesentlich ist, daß als Tonerdeverbindung der beim Schmelzen von Aluminium anfallende Aluminiumoxidschaum verwendet wird. Auf Grund der deutschen Patentschrift 954 850 ist das Herstellen feuerfester keramischer Erzeugnisse, insbesondere von Stampfmassen, Kitten oder gebrannten Körpern, bekanntgeworden, wobei aluminiumphosphathaltige Bindemittel angewandt werden, und ; das entsprechende Bindemittel stellt das bei der Aufarbeitung von Amblygonit zwecks Gewinnen von Lithiumverbindungen anfallende Abfallprodukt dar. Es ist weiterhin an Hand der Veröffentlichung »Silikattechnik«, 1961, S. 81 bis 83, ein Mörtel bekannt- j geworden, der jedoch nicht mehr als 15 °/o Phosphorpentoxid enthalten soll.

Ein weiterer Stand der Technik ist durch die USA.-Patentschrift 2 852 401 gegeben, auf den weiter unten an Hand einer Vergleichstabelle mit der vorliegen- < den Erfindung eingegangen wird.

Der Erfindungsgegenstand stellt ein intensiv bearbeitetes technisches Gebiet dar, das in den letzten Jahren zu umfangreichen Untersuchungen und Forschungsarbeiten geführt hat, um so die Qualität < feuerfester Formkörper für die Anwendung in Öfen zum Schmelzen und Aufnehmen von Aluminium zu verbessern.

Höhere Schmelzgeschwindigkeiten und die Entwicklung neuartiger Aluminiumverbindungen, insbesondere Magnesium und Silizium enthaltende Legierungen, zeigten die Notwendigkeit für Körper, die besser der Korrosion und der Erosion, bedingt durch die geschmolzenen Metalle in diesen Öfen, widerstehen würden. Ein Fortschritt auf diesem Gebiet, der einen erheblichen industriellen Erfolg gezeigt hat, war die Feststellung, daß die Zugabe von ο Erdalkalioxiden zu Steinen hohen Tonerdegehalts zu Formen führt, die eine ungewöhnlich gute Widerstandsfähigkeit gegenüber geschmolzenem Aluminium und seinen Legierungen zeigen. Bei der Herstellung verbesserter feuerfester Steine wurde es offenbar, daß ein chemisch widerstandsfähigerer Mörtel notwendig war. Die Untersuchung der Aluminiumschmelzöfen nach der Arbeitsunterbrechung, bedingt durch ein Versagen der feuerfesten Auskleidung, zeigte, daß die Mörtelverbinduno gen sehr erheblich an diesem Versagen Schuld waren. Das geschmolzene Aluminium hatte sich offensichtlich mit dem Mörtel umgesetzt, wodurch derselbe bei den Arbeitstemperaturen schwach wurde, und so konnte das Metall in die Fugen eindringen, wodurch das Metall in der Lage war, den Stein von allen Seiten an Stelle lediglich von der Vorderseite desselben anzugreifen. In dieser Weise wurde eine erhebliche Menge geschmolzenen Metalls verloren, und der Stein wurde außerordentlich schnell zerstört, ο Weiterhin bildete das Aluminium gelegentlich in den Fugen der Seitenwände Keile, die zu einem Biegen der Wand nach innen und in besonders schwerwiegenden Fällen zu einem Zusammenfallen derselben führten. Aus feuerfesten Steinen aufgebaute Ofenauskleidüngen bestehen aus vielen relativ kleinen Einheiten. Die Festigkeit derartiger Auskleidungen hängt von der Festigkeit der einzelnen Bauelemente, der Art und Weise, in der dieselben aufgebaut werden, sowie der Art des in die Fugen eingebrachten Mörtel) materials ab. Der Zweck des Mörtels besteht darin, die Fugen auszufüllen und die Einheiten miteinander zu verbinden. Der Mörtel sollte weiterhin die Fugen gegen einen Angriff durch die Schlacke schützen und dergestalt wirken, daß ein Eindringen kalter Luft und das Nachaußenverlaufen von Schlacken und Gasen verhindert wird.

Die Anforderungen, denen ein Bindemörtel gerecht werden muß, sind häufig außerordentlich schwierig zu erreichen und erfordern ein sorgfältig • eingestelltes Gleichgewicht von Eigenschaften. Aus wirtschaftlichen Gründen und aus Überlegungen der Zweckmäßigkeit bei dem Aufbau sollte ein Mörtel gute Verarbeitungseigenschaften nach dem Vermischen entweder in eine fensterkittartige oder ι cremeartige Konsistenz besitzen. Bei ausgezeichneter Verarbeitbarkeit und Zurückhalten des Wassers innerhalb eines Bereichs von Konsistenzen kann ein Mörtel für die verschiedensten Fugen angewandt werden. Der Mörtel sollte nicht übermäßig bei dem Trocknen oder Erhitzen einschrumpfen, und derselbe sollte eine gute Verarbeitungszeit besitzen und sowohl in der Kälte als auch in der Hitze gute Bindefestigkeiten ergeben. Die Wärmeausdehnung des Mörtels sollte praktisch die gleiche wie diejenige der Steine sein, ansonsten beeinflussen Temperaturveränderungen die Bindung zwischen den Steinen und den Mörteln, wodurch sich eine Rißbildung und Abplatzen der Oberflächenüberzüge ergibt. Die Feuerfestigkeit

muß ausreichend hoch sein, so daß der Mörtel bei den Arbeitstemperaturen des Ofens nicht schmilzt oder aus den Fugen herausfließt. Weiterhin ist in der einschlägigen Industrie der Aluminiumöfen die Notwendigkeit für einen Mörtel außerordentlich ausgeprägt, der chemisch widerstandsfähig gegen Angriffe insbesondere durch Flußmittel und Gase ist, die während der Anwendung des Ofens auftreten können.

Die feuerfesten Mörtelmaterialien können in zwei allgemeine Klassen unterteilt werden: In der Hitze abbindende Bindemörtel und an der Luft abbindende Bindemörtel. Das kennzeichnende Merkmal eines in der Hitze abbindenden Bindemörtels besteht darin, daß derselbe eine feste Bindung nur bei Ofentemperaturen entwickelt und bei tieferen Temperaturen nur mäßige Festigkeit zeigt. Die Bindetemperatur liegt im allgemeinen zwischen 1100 und 1370° C in Abhängigkeit von dessen Zusammensetzung. Für viele Zwecke entsprechen die in der Hitze abbindenden Bindemörtel nicht den Anforderungen des modernen ao Ofenbetriebes. Bei mäßigen Temperaturen wirkt ein in der Hitze abbindender Bindemörtel lediglich als ein Füllmittel zwischen den Steinen, obgleich die Flexibilität einer derartigen Struktur gelegentlich von Wert ist. Erst wenn eine Temperatur von IlOO⁰C oder höher erreicht ist, entwickeln die durchschnittlichen, in der Hitze abbindenden Bindemörtel ausreichende Festigkeit, um das Steinwerk oder Ziegelwerk fest zu binden.

An der Luft abbindende Mörtel erfahren in der Kälte ein starres Abbinden (normalerweise nach dem Austrocknen), und dieselben besitzen eine feste Bindung bei allen Temperaturen und bilden mechanisch feste Fugen, die gegenüber Abrieb und Erosion hohe Widerstandsfähigkeit zeigen. Bindemörtel, die an der Luft abbinden, werden zur Zeit für den Aufbau aller Arten herkömmlichen feuerfesten Steinwerks angewandt, und zwar insbesondere in denjenigen Teilen eines Ofens, wo die Arbeitsbedingungen am schärfsten sind. An der Luft abbindende Mörtel werden für die Arbeit dort empfohlen, wo eine starke Bindung innerhalb eines breiten Temperaturbereichs angestrebt wird. Es werden chemische Bindemittel angewandt, die an der Luft abbindende Eigenschaften vermitteln und die die Festigkeit der Bindung bis zu der Temperatur aufrechterhalten, bei der die keramische Bindung einsetzt.

Die allgemeinsten an der Luft abbindenden Mörtel sind mit Natriumsilikat gebunden. Diese Mörtel sind mechanisch fest und zeigen ausgezeichnete Verarbeitbarkeit. Es wurde jedoch gefunden, daß sich die Natriumsilikatbindung außerordentlich schnell mit geschmolzenem Aluminium umsetzt, wodurch sich ein tiefes Eindringen des Metalls in die Fuge ergibt.

Erfindungsgemäß wird ein feuerfester Mörtel für die Auskleidung von Induktionsöfen zum Erschmelzen von Aluminium vorgeschlagen, der dadurch gekennzeichnet ist, daß derselbe aus 15 bis 25 Gewichtsprozent, vorzugsweise 18 bis 20 Gewichtsprozent, einer 75^e/oigen Orthophosphorsäure und wenigstens einem Material hohen Gehalts an Tonerde und/oder Zirkon besteht.

Weitere kennzeichnende Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.

F i g. 1 ist eine schematische Darstellung im Schnitt, die die Ergebnisse des Angriffs geschmolze-

nen Aluminiums auf eine Auskleidung mit einem herkömmlichen Mörtel zeigt;

F i g. 2 ist eine schematische Darstellung im Schnitt, die die Ergebnisse des Angriffs geschmolzenen Aluminiums auf eine Auskleidung mit dem neuartigen erfindungsgemäßen Mörtel zeigt.

Bei der gegebenenfalls erforderlichen Zugabe von Anmachflüssigkeit zwecks Herstellung von Auskleidungen zeigt die erhaltene Auskleidung eine längere Lebensdauer und geringeren Abrieb, und zwar auf Grund der hervorragenden Widerstandsfähigkeit der Mörtel. Weitere zweckmäßige Eigenschaften des erfindungsgemäßen Mörtels stellt die praktische Überwindung einer Schwindung dar, wodurch Rißbildung verhindert wird.

Die erfindungsgemäßen Mörtelansätze enthalten 15 bis 25 Gewichtsprozent Orthophosphorsäure 75%iger Konzentration oder eine äquivalente Menge, ausgedrückt als P₂O₅-Saure einer anderen Konzentration, oder eine P₂O₅ abgebende Phosphatverbindung. Es ist zu beachten, daß der Phosphorsäuregehalt dieser Mörtel wesentlich über derjenigen Menge liegt, die lediglich für die Bindezwecke benötigt würde. Die überschüssige Säure wirkt in einer unbekannten Weise dergestalt, daß der Angriff auf die Mörtelmasse verzögert wird.

Der andere Hauptbestandteil der erfindungsgemäßen Mörtelmassen stellt ein an Tonerde reiches Material oder Zirkon dar. Zirkon wird aus Strandsänden gewonnen und ist ein allgemein bekanntes Handelsprodukt. Im allgemeinen enthält Zirkon durchschnittlich mehr als 95 Gewichtsprozent ZrO₂ und SiO₂, und der restliche Anteil besteht aus Tonerde, Titandioxyd, Eisenoxid, Kalziumoxid, Magnesiumoxid od. dgl. Kennzeichnende Materialien hohen Tonerdegehalts, die kalziniert oder nicht kalziniert angewandt werden können, sind unter anderem Bauxit, Tonerde, kalzinierter Diaspor oder Mineralien der Kyanit-Sillimanit-Gruppe. Die erfindungsgemäß anwendbaren Tonerdematerialien weisen einen Gehalt an Al₂O₃ von wenigstens 50 Gewichtsprozent und vorzugsweise wenigstens 60 Gewichtsprozent auf. Diese Analysenwerte der bevorzugt erfindungsgemäß anwendbaren Materialien sind im folgenden in Gewichtsprozent angegeben:

	Kalzi niertes	Kalzi nierte	Roher Ton	Zirkon
Bauxit	Tonerde
»/0	Vo	°/o	°/o
SiO.,	6,2	0,03	65,4	32,3
Al₀O_s .... TiO₀'	89,0	99,5	20,8	1,0
3,1	0,03	1,2	0,2
Fe₀O, .... CaO'	1,5	0,2	2,6	0,2
0,08	0,1	0,16
MgO		0,03	0,6	0,04
Alkalien ..	0,2	Spuren	2,3
Verlust beim
Erhitzen			7,0
ZrO₀				66,1

Die Formkörper werden durch Vermischen des geeigneten gemahlenen Produkts, Zugabe der benötigten Anmachflüssigkeit und Verpressen oder anderweitiges Formen hergestellt. Die erhaltenen Körper werden im allgemeinen getrocknet und sodann unter gesteuerten Bedingungen unter Ausbilden des gewünschten Produkts gebrannt. Diese feuerfesten Formkörper sind in Aluminiumöfen

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durchaus zufriedenstellend, wo die erfindungsgemäßen sehen Angriff des Mörtels zu bestimmen und zu Mörtelmassen besonders erfolgreich angewandt wer- demonstrieren, wurde ein spezielles Testverfahren

den können. entwickelt, das im folgenden beschrieben ist. In

Der Mörtelansatz wird in Übereinstimmung mit einen 22,86 X 11,43 X 6,35 cm feuerfesten Stein wird den in der Industrie üblichen Arbeitsweisen her- 5 eine Tasche in eine 22,86 X 11,43-cm-Fläche gegestellt. Die feuerfesten Bestandteile werden auf eine schnitten. Der Stein wird sodann durch die Mitte derartige Größe vermählen, daß dieselben praktisch der Tasche parallel zu der 22,86 X 6,35-cm-Fläche vollständig durch ein Sieb mit einer lichten Maschen- zerschnitten und vermittels des zu untersuchenden weite von 0,60 mm hindurchgehen. Ein noch feineres Mörtels erneut verbunden. Die Dicke der Fuge beZerkleinern führt zu einer Verbesserung der Glätte io läuft sich in etwa auf 3,18 mm. Das Prüfstück wird des ausgebreiteten Produkts. Für ein weiteres Glätten in einem Ofen auf eine Temperatur von 1100° C desselben können einige wenige Prozente rohen Ben- gebracht und bei dieser Temperatur 5 Stunden lang tonits, roher feuerfester Ton u. dgl. in den Ansatz ein- gehalten. Die Temperatur wird sodann auf die Prüfgearbeitet werden. Die säure- und feuerfesten Ansatz- temperatur abgesenkt, bei dieser Temperatur 1 Stunde bestandteile werden zusammen mit dem Wasser unter 15 lang gehalten und etwa 270 g geschmolzenes AluAusbilden der gewünschten Konsistenz gut vermischt minium in die Tasche eingegossen. Während der und sodann in herkömmlicher Weise aufgebracht. ersten halben Stunde nach dem Beschicken wird

Die Erfindung wird im folgenden weiter unter Be- einmal der Boden mit einer hitzefesten Harke ab-

zugnahme auf eine Reihe von Ausführungsbeispielen gekratzt. Das Prüfstück wird bei der Temperatur

erläutert. ao 30 Stunden nach dem Beschicken des Metalls ge-

Jeder der folgenden Ansätze wird durch Ver- halten. Sodann wird die Probe abgekühlt und durch mischen der feuerfesten Bestandteile, der Säure und die Mitte der Tasche zerschnitten, die parallel zu der des Wassers in einem üblichen Mischer hergestellt. 6,35 X 11,43-cm-Fläche liegt, so daß das Eindringen Die Analysenwerte der in Anwendung kommenden und die Umsetzung des Metalls mit dem Mörtel unMaterialien sind diejenigen, die in der obigen Tabelle 25 tersucht werden kann.

angegeben sind. Der Ansatz A wird aus 3 Teilen Ton Die F i g. 1 und 2 zeigen schematisch die Ergeb- und 97 Teilen kalziniertem Bauxit mit einer lichten nisse des Eindringens des geschmolzenen Metalls und Maschenweite von 0,60 mm hergestellt. Sodann wer- den chemischen Angriff auf die mit Mörtel versehenen den 18%, bezogen auf die Feststoffe des Ansatzes, feuerfesten Steine dort, wo der einzige Unterschied einer 75%igen Phosphorsäure zusammen mit 9,7 Ge- 30 zwischen den zwei Systemen die Art des in Anwenwichtsprozent Wasser zugegeben. Der Ansatz B ent- dung kommenden Mörtels ist. Die bei dieser Unterhält als feuerfeste Bestandteile 7 Teile rohen Bauxit suchung angewandten Steine bestanden zu 90% aus auf je 93 Teile eines kalzinierten Bauxits mit einer Tonerde. Unter Bezugnahme auf die F i g. 1 zeigt lichten Maschenweite von 0,60 mm. Zu diesen Fest- das Bezugszeichen 10 den zwei Steine 12 und 14 stoffen werden 24 Teile 75%iger Phosphorsäure, 35 verbindenden Mörtel. Es ist hier etwas geschmol-2 Teile Ton als Plastifizierungsmittel und 5 Teile zenes Aluminium 16 in der aus dem Stein herausWasser gegeben, alles berechnet auf der Grundlage geschnittenen Tasche gezeigt. Der angegriffene Teil der Bauxit-Feststoffe. In dem AnsatzC werden 18% des Steins ist in der schraffiert gezeigten Fläche 18 der 75%igen Phosphorsäure, 2% Ton-Plastifizie- angegeben. Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 verrungsmittel und 10% Wasser in einem feuerfesten 40 bindet hier die mit Mörtel versehene FugelOa die Ansatz angewandt, der aus 3 Teilen rohen Bauxits Steine 12« und 14 a. Das in der Tasche vorliegende auf je 97 Teile kalzinierter Tonerde mit einer lichten geschmolzene Aluminium trägt das Bezugszeichen Maschenweite von 0,60 mm besteht. Der AnsatzD 16 a, und die angegriffene Fläche, in die das Metall wird unter Anwenden von 3 Teilen rohem Bauxit eingedrungen ist, trägt das Bezugszeichen 18 a. Es auf je 97 Teile Zirkonsand mit einer lichten Maschen- 45 ist zu beachten, daß die eigentlichen Prüfstücke, an weite von 0,21 mm hergestellt. Sodann werden 15% Hand derer diese Figuren gezeichnet wurden, unter der Phosphorsäure, 3% Ton als PIastifizierungsmit- Anwendung von Steinen gleicher Zusammensetzung tel und 4,4% Wasser, alles bezogen auf Zirkon und hergestellt wurden. Bei der Fig. 1 erfolgte eine Bin-Bauxit, zugegeben. Der für jeden dieser Ansätze an- dung mit einem Mörtel, der als Bindemittel Natriumgegebene rohe Bauxit weist die gleiche prozentuale 50 silikat enthält, während bei der Ausführungsform Zusammensetzung wie der kalzinierte Bauxit in der nach der Fig.2 eine Bindung mit dem Phosphoroben angegebenen Tabelle der Analysenwerte auf, säuremörtel nach der vorliegenden Erfindung erfolgt, derselbe enthält jedoch 27 % chemisch gebundenes An Hand der F i g. 1 ist ersichtlich, daß das EinWasser, was für Bauxit typisch ist. dringen und der Angriff des Metalls sich über die Nach dem Vermischen wird jeder dieser Mörtel bei 55 normale Angriffstiefe längs der Mörtelfuge fortgesetzt dem Aufbau feuerfesten Mauerwerks angewandt. Der haben, wodurch angezeigt wird, daß der Mörtel erhaltene Mörtel und die Steinauskleidung werden weniger widerstandsfähig als der Stein gegenüber sodann der Einwirkung geschmolzenen Aluminiums dem geschmolzenen Aluminium ist. An Hand der unterworfen. Alle feuerfesten Mörtelansätze zeigten Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Mörtelfuge selbst stärungewöhnlich gute Widerstandsfähigkeit gegen einen 60 ker gegenüber dem Angriff als der Stein widerstandsAngriff und Eindringen. Die Lagerungszeit ist eben- fähig ist. Bei hauptsächlichen Arbeitsbedingungen ist falls ausgezeichnet, und nach dem Aufbau ist keiner- dieser erfindungsgemäß erzielbare Vorteil gegenüber Iei Erhitzen für das Aufrechterhalten der media- dem Stand der Technik sogar noch größer, da der hier nischen Festigkeit in den Fugen notwendig. Es wurde gezeigte Zustand durch das bei dem Arbeiten in der weiterhin festgestellt, daß die Verarbeitbarkeit des 65 Praxis bedingte längere Aussetzen gegenüber dem geMörtels zufriedenstellend ist und daß bei der An- schmolzenen Metall schwerwiegender ins Gewicht fällt, wendung kein schädliches Schwinden oder Verglasen Das hier beschriebene Material ist für eine Lageeintritt. Um die Widerstandsfähigkeit gegen chemi- rung mit einer feuchten Säure geeignet. Ein wahl-

weises Aggregat, das angewandt werden kann, stellt Chromerz dar, jedoch sollte in einem derartigen Fall eine trockene P₂O₅ liefernde Verbindung angewandt werden. Vorzugsweise wird es sich hierbei um Mononatriumphosphat (wasserfrei) handeln. Ein bevorzugtes Gemisch besteht aus 95 Gewichtsteilen Chromerz, 2 Teilen rohem Ton, 3 Gewichtsteilen rohem Bauxit und 16 Gewichtsteilen Mononatriumphosphat.

Im folgenden wird der erfindungsgemäße Mörtel mit einem Produkt nach der USA.-Patentschrift 2 852 401 bezüglich der auf dem einschlägigen Gebiet besonders interessierenden Eigenschaften verglichen.

Die USA.-Patentschrift 2 852401 betrifft insbesondere das Herstellen feuerfester Einstampfgemische, die in metallurgische Öfen unter Anwenden einer geringstmöglichen Menge an Anmachflüssigkeit eingebracht werden können. Der wesentliche Kern besteht hierbei in der Offenbarung eines beständigen, trockenen, teilchenförmigen, feuerfesten Gemisches, das an der Einbausteile unter Anwenden einer ge- ao ringstmöglichen Menge an Feuchtigkeit aktiviert werden kann. Die Masse wird durch Erhitzen der Bestandteile auf eine Temperatur von nicht über 52° C hergestellt, bis das Material trocken ist. Dieses Trocknen wird in 1 oder 2 Stunden erreicht. Die Masse nach dieser USA.-Patentschrift wurde niemals als ein Mörtel angewandt und auch für dieses Anwendungsgebiet nicht vorgesehen. Selbst bei der Zerkleinerung auf eine für eine Mörtelmasse geeignete Größe vermag dieselbe nicht wie ein Mörtel verarbeitet zu werden und weist insbesondere nicht die Plastizität und Hochtemperaturfestigkeit auf, wie sie bei einem Mörtel vorliegen sollte.

Im Gegensatz hierzu ist die erfindungsgemäße Masse feucht, d. h. nicht trocken, besitzt gute Plastizität und ist im Sinne des Wortes ein Mörtel und nicht ein feuerfestes Einstampfgemisch. Um die unterschiedlichen Merkmale zwischen dem Gegenstand der USA.-Patentschrift 2852401 und dem Erfindungsgegenstand herauszuarbeiten, sind Laboratoriumsuntersuchungen ausgeführt worden. Diese Untersuchungen waren so ausgelegt, daß das Folgende untersucht werden sollte:

a) Feststellen, daß eine bevorzugte Masse nach der USA.-Patentschrift 2 852401, in der das Aggregat so zerkleinert worden ist, daß sich eine Mörtelgröße ergibt, nicht als Mörtel zufriedenstellend ist.

b) Feststellen, daß die Mörtelmasse nach der vorliegenden Erfindung als Mörtel überlegen ist, nachdem dieselbe dem Trocknungsverfahren nach der genannten USA.-Patentschrift unterworfen worden ist.

c) Graphisch die erhebliche Unterschiedlichkeit in physikalischen Eigenschaften zwischen dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung und demjenigen nach der USA.-Patentschrift 2 852401 zu erläutern.

Das Untersuchungsergebnis ist in der folgenden Tabelle zusammengefaßt.

		Erfindungsgemäßer Mörtel		USA--Patentschrift
StD		I X2	j X3	2852 401
jeweils 85 Teile des Chromerzgemischs
Kalzinierter Bauxit 0,42/0,21 mm ..	Grund		5 Gewichtsteile	5%
gemisch
Kalzinierter Bauxit Kugelmühlen-
90 Gewichtsteile	84,3%
Roher Alabama-Bauxit, gemahlen			3 Gewichtsteile
Ton mit einer Körnung von
< 0,044 mm		2 Gewichtsteile
Al(OH)₃IH₃PO₄,					2,7%
75%ige Konzentration		15 »/0		8
Wasser	9%
Trocknen bei 52° C	kein	2 Stunden	6 Stunden	24 Stunden	2,5 Stunden
Konsistenz	mit Maurerkelle	nahezu	trocken	trocken
aufbringbar feucht	trocken
Erneuter Wasserzusatz		13,8%	14,4 Vo	14,2%	15,8%
Leichtigkeit der Verarbeitung	leicht	leicht	mittelmäßig	mittelmäßig	leicht
Verarbeitbarkeit:
Ausbreitungszeit	205	150	255	220	90 Sekunden
Sekunden	Sekunden	Sekunden	Sekunden
Bemerkungen	plastisch	plastisch	plastisch	plastisch	sandartig
Abbinden an der Luft	nein	nein	nein	nein	ja
Festigkeit von Steinverbindun
gen nach Erhitzen auf 930° C
(Durchschnitt 3) in kg/cm² ...	39,2	36,4	37,8	26,4	25,2

Bemerkungen zur Tabelle:

Die vier Spalten unter der Überschrift »Erfindungsgemäßer Mörtel« bedeuten von links nach rechts:

StD: Naßgebundener Mörtel in einer Zusammensetzung entsprechend der vorliegenden Erfindung. XI, X 2: Das gleiche Grundmaterial wie StD, das dem Trocknungsverfahren nach der USA.-Patentschrift 2 852 401 unterworfen worden ist, wobei sich ergibt, daß das Material nicht trocken wurde. X 3: Das gleiche Grundmaterial wie bei X1 und X 2, das in einen schneidbar trockenen Zustand gebracht wurde, indem dasselbe längere Zeit einer Trocknungstemperatur von 52° C unterworfen wird, wie es in der USA.-Patentschrift 2 852 401 gelehrt wird. Dieses X3-Gemisch kann für die Zwecke dieser Untersuchungen als eine Masse nach dem Patent betrachtet werden, das den erfindungsgemäßen Massen am nächsten kommt.

Die einzelne Spalte der Zahlenwerte an der äußersten rechten Seite der obigen Tabelle gibt Vergleichsergebnisse bezüglich eines Mörtels wieder, der möglichst verwandt zu dem feuerfesten Gemisch nach der vorliegenden Erfindung zusammengestellt worden ist, wobei jedoch die Bindungskombination angewandt wird, wie sie in der USA.-Patentschrift 2 852 401 offenbart ist, sowie die Trocknungsstufe nach dieser Patentschrift Anwendung findet.

909530/398

Claims

Jedes der fünf Gemische, die praktisch identisch bezüglich der Chemie der feuerfesten Oxide sind, werden gleichen Verarbeitungs- und Prüfverfahren unterworfen. Von besonderem Interesse für Vergleichszwecke im HinbHck auf die Nutzanwendung als ein Mörtel sind:

1. Länge der Ausbreitungszeit und der Plastizität;

2. ob die Mörtel an der Luft abbinden;

3. die Bindungsfestigkeit nach dem Erhitzen.

IO

Der Vergleich der Zahlenwerte der obigen Tabelle, wie er insbesondere in »Ausbreitungszeit« und »Bemerkungen« angegeben ist, zeigt zwar die Trocknungsbehandlung nach der USA.-Patentschrift 2 852 401, die nicht die Verarbeitbarkeit des Mörtels in der Zusammensetzung nach der vorliegenden Erfindung zu beeinflussen scheint, jedoch ist die Lehre nach der USA.-Patentschrift 2 852401 als solche nicht ausreichend, um in dieser Hinsicht ein zufriedenstellendes Produkt zu ergeben. Der Mörtel nach der Spalte 5 ist sandartig und weist kurze Ausbreitungszeit auf und läßt sich bei dem Vermauern nicht gut handhaben. as

Die Vergleichswerte der obigen Tabelle bezüglich des »Abbindens an der Luft« zeigen, daß die Masse nach der vorliegenden Erfindung nicht an der Luft abbindet, unabhängig davon, ob dieselbe einer Trocknungsbehandlung unterworfen ist, während der Mörtel nach der USA.-Patentschrift 2 852 401 an der Luft abbindet. Das Vorliegen oder NichtVorliegen eines Abbindens an der Luft bei einem Mörtel die- ser Art ist vom Standpunkt der Möglichkeit, denselben zu lagern, von sehr großer Wichtigkeit.

Die Mörtel nach der vorliegenden Erfindung sind so ausgelegt, daß dieselben fertig für die Anwendung mit feuchter Konsistenz hergestellt werden. Dieselben sind weiterhin so vorgesehen, daß sie in dem gleichen Zustand vor der Anwendung gelagert werden können. Wenn ein derartiger Mörtel nach dem Vermischen mit Wasser an der Luft abbinden würde, könnte derselbe natürlich nicht gelagert werden. Die Bedingungen sind in etwa ähnlich einem Vermischen von Portland-Zement mit Wasser auf eine verarbeitbare Konsistenz und versuchen sodann, ein derartiges Produkt vor der Anwendung zu lagern. Dies ist natürlich ganz offensichtlich unmöglich. Die Gemische nach der USA.-Patentschrift 2 852 401 sind nicht in dieser Weise geeignet. Dies ist auch der Grund für die wesentliche Trocknungsstufe. Dieselben sind für ein Lagern im trockenen Zustand vorgesehen, und denselben muß das Wasser unmittelbar vor der Anwendung zugesetzt werden. Hieraus ergibt sich einwandfrei, daß die Chemie der Bindung bei diesen zwei Lehren offensichtlich unterschiedlich ist, und zwar in sehr wesentlichen Punkten Differenzen vorliegen.

Das Studium der obigen Tabelle zeigt auch bezüglich der »Festigkeit der Steinverbindungen« usw. das Folgende:

1. Ein Mörtel, der unter Anwenden der Bindungskombination und des Trocknungsverfahrens nach der USA.-Patentschrift 2 852401 hergestellt worden ist, entwickelt keine mechanische Festigkeit nach dem Erhitzen desselben in der gleichen Größenordnung, wie es bei einem Mörtel nach der vorliegenden Erfindung der Fall ist (s. die Werte unter StD und die rechte Spalte).

2. Wenn ein Mörtel nach der vorliegenden Erfindung dem Trocknungsverfahren nach der USA.-Patentschrift 2 852401 unterworfen worden ist, ergibt sich eine nachteilige Beeinflussung der erzielten mechanischen Festigkeit selbst dann, wenn eine vollständige Trockenheit nicht erzielt wird.

3. Wenn eine vollständige Trockenheit in den Mörteln nach der vorliegenden Erfindung durch längeres Trocknen bei der Trocknungstemperatur nach der USA--Patentschrift 2 852401 erreicht wird, fällt die entwickelte mechanische Festigkeit auf den gleichen Wert ab, wie er dann erhalten wird, wenn der Mörtel vollständig nach der Lehre der USA.-Patentschrift 2 852 401 hergestellt wird.

Aus den obigen Erläuterungen und Zahlenwerten ergibt sich, daß erfindungsgemäß ein sehr wesentlicher Fortschritt auf dem Mörtelgebiet erzielt wird, der insbesondere Nutzanwendung zwecks Herstellen von Auskleidungen von Öfen für das Erschmelzen von Aluminium und dessen Legierungen findet. Der schwache Punkt in den Auskleidungen ist bisher die Empfindlichkeit des Mörtels gegen einen Angriff und Eindringen des flüssigen Metalls gewesen. Bei den erfindungsgemäßen Mörteln kann die Auskleidung so lange lebensfähig wie die Steine sein, da die Mörtel gegenüber geschmolzenem Metall widerstandsfähiger als die Steine sind.

Patentansprüche:

1. Feuerfester Mörtel für die Auskleidung eines Induktionsofens zum Erschmelzen von Aluminium, dadurch gekennzeichnet, daß derselbe aus 15 bis 25 Gewichtsprozent, vorzugsweise 18 bis 20 Gewichtsprozent, einer 75°/oigen Orthophosphorsäure und wenigstens einem Material hohen Gehalts an Tonerde und/oder Zirkon besteht.

2. Feuerfester Mörtel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus Phosphorsäure und kalziniertem Bauxit besteht.

3. Feuerfester Mörtel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß derselbe aus Phosphorsäure und Zirkon besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen