DE2127607B2

DE2127607B2 - Verfahren zur herstellung bindemittelhaltiger feuerfester formkoerper

Info

Publication number: DE2127607B2
Application number: DE19712127607
Authority: DE
Inventors: Edwin E. York Pa. Childs jun. (V.StA.)
Original assignee: Dolomite Brick Corp. of America, York, Pa. (V.St.A.)
Priority date: 1970-09-17
Filing date: 1971-06-03
Publication date: 1976-04-22
Also published as: DE2127607A1; FR2105793A5; US3673288A; IT938826B

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von mit Teer oder anderen Kohlenwasserstoffen gebundenen, basischen, feuerfesten Formkörpern, wie beispielsweise Ziegeln, insbesondere von mit Teer gebundenen Ziegeln aus totgebranntem Dolomit, Periklas und/oder Magnesit.

Mit Teer gebundene, basische, feuerfeste Steine werden in üblicher Weise dadurch hergestellt, daß man ein totgebranntes, feuerfestes, teüchenförmiges Material mit heißem Pech oder Teer vermischt und das erhaltene Gemisch warmhält, um eine angemessene Formbarkeit des Materials unter Druck zu gewährleisten. Anschließend wird das Gemisch in die gewünschte Form gepreßt. Nach dem Pressen werdei. die erhaltenen Steine in der Regel durch Erwärmen auf eine relativ niedrige Temperatur, üblicherweise auf eine Temperatur unterhalb der Verkokungstemperatur des Teers oder Pechs, gehärtet.

Übliche Härtungsverfahren werden in der Regel in Form eines Erwärmungszyklus durchgeführt; derartiger Maßnahmen bedient man sich manchmal zur Herstellung qualitativ hochwertiger, mit Teer gebundener, feuerfester Steine, die anschließend, in der Regel nach ihrem Einbau in einen Ofen, einer Verkokung unterworfen werden, um eine mit Kohle gebundene, feuerfeste Ofenauskleidung zu schaffen. Das Härten erfolgt bei Temperaturen weit unterhalb der Verkokungstemperatur, beispielsweise unterhalb etwa 371 C; die Härtung erfolgt somit bei Temperaturen, bei welchen zumindest die weicheren Bestandteile des Teers oder Pechs etwas fließen und unter Verlust flüchtiger Bestandteile härten, wobei in dem gehärteten Formkörper eine härtere und gleichmäßigere Bindung geschaffen wird.

Die Härtungsbehandlung erfolgt in der Regel in großen, gasbefeuerten Öfen oder elektrischen Widerstandsöfen. Das Erwärmen auf zum Härten ausreichende Temperaturen muß langsam vonstatten gehen,

³ 4

_m bei den Fertigprodukten das Auftreten einer Aus- aufgebaute teergebundene feuerfeste Formkörper mit *hnung, Aufblähung, RiU- oder Wulstbildung, von Hilfe superhochfrequenter Wechselfelder, d. h. mit Einsackstellen oder von Absplitterungen zu vermeiden. Mikrowellen einer Frequenz von 900 bis 25 000 Megajfenach dem verwendeten Ofen und der Art und Größe hertz, härten lassen, ohne daß es hierbei auch nur im ier herzustellenden Steine kann eine übliche Wärme- 5 geringsten zu einer lokalen Überhitzung bestimmter fcärtung bis zur vollständigen Aushärtung 9 bis 24 h Stellen in den betreffenden Formkörpern oder zu den _m Anspruch nehmen. Ein weiterer Nachteil der be- entsprechenden Begleiterscheinungen kommt, kannten Wärmehartungsverfahren besteht darin, daß Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren «egen des benötigten Ofens größere Gebäude erforder- zur Herstellung von mit Teer gebundenen, feuerfesten lieh sind. io Formkörpern, die insbesondere ein teilchenförmiges Es ist bekannt, daü man sich der Energie von feuerfestes Material, bestehend aus totgebranntem Mikrowellen bei bestimmten Wärmebehandlungsver- Dolomit, Periklas, Magnesit oder Mischungen hiervon, hhren, beispielsweise bei der Behandlung feuchtigkeit- enthalten, bei welchem man die Teilchen aus dem enthaltender Substanzen, bedienen kann. Da eine sol- feuerfesten Material mit einem Teerbindemittel verche Energie dielektrische Materialien durchdringt und 15 mischt, das erhaltene Gemisch zu Formkörpern ahne weiteres darin enthaltenes Wasser erwärmt, stellt (mindestens einer Form) ausformt und die gebildeten iSeMikroweilenbestrahlung eine rasche und wirksame Formkörper bei einer Temperatur unterhalb der VerMaßnahme zum Kochen von Nahrungsmitteln, zum kokungstemperatur des Teers härtet und welches Gefriertrocknen von Nahrungsmitteln und zum Trock- dadurch gekennzeichnet ist, daß man die gebildeten nen zahlreicher anderer Produkte, wie beispielsweise *o Formkörper durch Erhitzen mittels Mikrowellen-Papier und Holz, dar. Die Energie von Mikrowellen bestrahlung mit Mikrowellen einer Frequenz von wurde auch bereits zum Härten bestimmter hitze- 900 bis 2500 Megahertz auf eine Temperatur von [ixierbarer Kunstharze, von denen bekannt war, daß 204 bis 371 C härtet.

lie einen hohen dielektrischen Verlustfaktor besitzen, Obwohl die Geräte zur Erzeugung einer Mikroeingesetzt. Das Erwärmen mittels Mikrowellen unter- »5 Wellenstrahlung mit einer Frequenz von 2450 Megaicheidet sich von anderen Arten elektrischen Erwär- hertz teurer sind, haben sich Mikrowellen dieser Fremens ganz erheblich, da hierbei kein Wechselstrom quenz als geeigneter erwiesen als Mikrowellen einer verwendet wird und die durch die elektronische Aus- Frequenz von 915 Megahertz. Bei einer Frequenz von rüstung gelieferten Frequenzen im Megahertzbereich 2450 Megahertz läßt sich eine raschere und über die liegen. 3° Länge und den Querschnitt des Steins gleichmäßigere Der Mikrowellenteil des Spektrums reicht von einer Erwärmung erreichen. Darüber hinaus läßt sich bei Frequenz von 900 bis 300 000 Megahertz, d. h. von Bestrahlung mit Mikrowellen einer Frequenz 2450 Wellenlängen von 30 cm bis 1 mm. Bei der industriell Megahertz der Teergehalt über einen größeren Bereich ausgenutzten Mikrowellenstrahlung handelt es sich variieren als bei Bestrahlung mit Mikrowellen einer um eine solche mit einer Frequenz von 900 bis 35 Frequenz von 915 Megahertz. Eine genügende Härtung 25 000 Megahertz. Industriellen, wissenschaftlichen läßt sich jedoch auch bei Bestrahlung mit Mikrowellen und medizinischen Anwendungsgebieten wurden von einer Frequenz von 915 Megahertz erreichen, wenn der der Federal Communications Commission Mikrowel- Teergehalt des zu härtenden Formkörpers nicht mehr lenfrequenzen von 915, 2450, 5800 und 22 125 Mega- als 4,5 Gewichtsprozent beträgt und der Hohlraum hertz zugeteilt. Geräte für die Frequenzen »5800 4° für eine geeignete Energieabsorption durch die »BeMegahertz« und »22 125 Megahertz« sind zum gegen- Schickung« sorgfältig ausgestaltet ist. Selbstverständwärtigen Zeitpunkt (noch) sehr teuer, so daß sich zur lieh läßt sich das Verfahren gemäß der Erfindung noch Zeit aus wirtschaftlichen Erwägungen lediglich »Sen- weiter verbessern, wenn man mit Mikrowellen einer der«, die auf den Frequenzen »915 Megahertz« und größeren Frequenz als 2450 Megahertz bestrahlt. »2450 Megahertz« arbeiten, als praktisch verwendbar 45 Die Energie der Mikrowellen durchdringt die mineerwiesen haben. rauschen Bestandteile und erzeugt in den Teermole-Aus der deutschen Auslegeschrift 12 70 469 ist es külen, auf die sie einwirkt, Vibrationen. Diese Vibrabekannt, feuerfeste Formkörper auf der Basis Dolomit tionen führen zu einer molekularen oder inneren und/oder Magnesit durch Erhitzen der mit organischen Reibung, wodurch der Teer gleichmäßig erwärmt verkokbaren Stoffen gebundenen geformten Massen 50 wird. In Folge dieser gleichmäßigen Erwärmung läßt mit Hilfe hochfrequenter Wechselfelder der Frequen- sich der Teer sehr rasch erwärmen, ohne daß sich im ren 1 bis 80 MHz zu vergüten. Beim Versuch, gebun- Inneren oder an der Oberfläche der feuerfesten Formdene feuerfeste Formkörper durch Erhitzen mit hoch- körper Fehlstellen bilden. Durch Mikrowellenhärtung frequenten Wechselfeldern der Frequenzen von 1 bis lassen sich Steine herstellen, deren Eigenschaften mit 80 MHz zu härten, ist es jedoch unvermeidlich, daß 55 den Eigenschaften von Steinen oder anderen feuereine starke lokale Überhitzung stattfindet, d. h. in festen Formkörpern, die durch übliches Erwärmen dem erhitzten Formkörper besonders heiße Stellen über weit längere Zeiträume gehärtet wurden, gleichen, entstehen, die eine Aufblähung, ein Reißen oder eine Da sich die Mikrowellenenergie direkt auf die feuer-Verformung des betreffenden Formkörpers verursa- festen Formkörper applizieren läßt, geht folglich keine chen. Um mit Wechselfeldern der Frequenzen 1 bis 60 Energie durch Erwärmen der Luft oder irgendwelcher 80 MHz ohne die gecchilderten Nachteile erhitzen zu Gehäuseteile des Ofens verloren, können, müßte der zu erhitzende Gegenstand eine Ls hai sich gezeigt, daß die Mikrowellenenergie bei Homogenität oder zumindest eine derart gleichmäßige mit Teer gebundenen, basischen, feuerfesten Form-Zusammensetzung aufweisen, wie sie bei üblichen körpern, z. B. Steinen, lediglich auf den Teer und teergebundenen feuerfesten Formkörpern niemals zu 65 nicht auf den Stein einwirkt. In überraschender und erreichen sind. unerwarteter Weise können die gesamten Formkörper Demgegenüber wurde nun in höchst überraschen- gleichmäßig und rasch erwärmt werden, obwohl ledigder Weise gefunden, daß sich auch völlig heterogen Hch der Teer direkt durch die Mikrowellenenergie

beeinflußt wird und lediglich einen untergeordneten wärmungsdauer in letzterem Falle geringfügig länge

Anteil des gesamten Foimkörpers ausmacht Ferner ist. Die gepreßten Steine können auch nach dem Pres

hat es sich gezeigt, riiß, trotz der Inhomogenität der sen und vor dem Erwärmen in öl getaucht werden

feuerfesten Formkörper, der Teer im Zentrum der ohne daß dies auf das Erwärmen selbst einen nach

betreffenden Formkörper zur gleichen Zeit wie der 5 teiligen Einfluß hat. Ferner läßt sich das Erwärmet

~ - - - - durch Mikrowellenbestrahlung auch auf Zubereitunge

Teer auf der Außenseite der Formkörper erwärmt werden kann. In Folge dieser gleichmäßigen Erwärmung können die flüchtigen Bestandteile aus dem Inneren der Formkörper entweichen und werden nicht im Inneren derselben durch vorzeitige Härtung der Formkörperaußenseite eingefangen. Es wurde schließlich noch gefunden, daß die Ausdehnung der Formkörper bei einer derartigen Härtung auf ein Mindestmaß beschränkt wird und daß die Dichte der betreffenden Formkörper erhalten bleibt.

Für eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung wird tei/chenförmiger, totgebrannter Dolomit, Periklas oder Magnesit durch übliche Siebklassierung zu einem Gemisch geeigneter Teilchengröße sortiert. Die Siebanalyse des erhaltenen Gemischs soll dergestalt sein, daß eine dichte, nach der Verfestigung praktisch porenfreie Masse erhalten wird. So können beispielsweise mit Teer gebundene, feuerfeste Steine folgendes teilchenförmiges Material enthalten:

Zuschlagstoff
Gewichtsprozent

Teilchengröße mm

60 bis 85
15 bis 40

>0,25 <0,25

Das teilchenförmige Gemisch wird auf eine Temperatur von 149 bis 26O^-1C vorerwärmt und mit etwa 4 bis 7 Gewichtsprozent Teer oder Pech, der bzw. das bis zur Fließfähigkeit ebenfalls auf eine Temperatur

anwenden, die bei Raumtemperaturen gebunden unc verpreßt worden sind. So lassen sich beispielsweise mi Teer gebundene Steine unter Verwendung von puKeri

ίο siertem Pech und einem Lösungsmittel als Bindemitte herstellen, wobei das Pech wieder verteilt und die betreffenden Ziegel durch anschließendes Erwärmer durch Mikrowellenbestrahlung gehärtet werden können.

Die Härtung von mit Teer gebundenen, feuerfesten Formkörpern läßt sich am besten durch kombiniertes Härten durch M/krowellenerwärmung und übliches Erwärmen, beispielsweise in einem üblichen gas befeuerten Ofen oder elektrischen Ofen, bewerkstelligen.

ao Selbstverständlich läßt sich die Härtung auch ausschließlich durch Mikrowellenbestrahlung herbeiführen; ein geeigneter Ausgleich zwischen Mikrowellenhärtung und üblicher Härtung hängt lediglich davon ab, wie wirtschaftlich die Anlage arbeiten kann.

Ein Beispiel für eine derartige Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht darin, daß man erwärmten Teer mit einem vorerwärmten teilchenförmigen Material, bestehend aus totgebranntem Dolomit, Periklas und/oder Magnesit, vermischt, das erhaltene Gemisch zu Steinen ausformt und die gebildeten Steine bei einer Temperatur unterhalb der Verkokungstemperatur des Teers härtet, wobei man die Steine in einer ersten Härtungsstufe durch Mikrowellenbestrahlung auf eine Temperatur von etwa 288 bis 316 C

von 149 bis 260 C vorerwärmt worden ist, gemischt. 35 erwärmt und in einer zweiten Härtungsstufe durch Für Steine, die durch Bestrahlung mit Mikroweiien höchstens Sslündiges Erwärmen mittels einer äuße.en einer Frequenz von 915 Megahertz erwärmt werden Heizquelle (vollständig) aushärtet. Die Härtung mit sollen, dürfen höchstens etwa 4,5% Teer verwendet Mikrowellen erfolgt am besten bei einer Temperatur werden, um eine Ausdehnung der betreffenden Steine von etwa 316 C; das Verfahren gemäß der Erfindung zu vermeiden. Bei Steinen, die durch Bestrahlung mit 4° muß jedoch nicht unbedingt Dei dieser optimalen Mikrowellen einer Frequenz von 2450 Megahertz er- Temperatur durchgeführt werden, es läßt sich vielwärmt werden, können Teer- bzw. Pechmengen bis zu mehr auch bei höheren oder niedrigeren Temperaturen, 7 Gewichtsprozent verwendet werden. Das erhaltene beispielsweise bei Temperaturen von etwa 204 bis Gemisch wird hierauf bei einer Temperatur von 149°C 371 C, ausführen. Die gesamte Aushärtung erfolgt oder darüber gehalten, um eine angemessene Form- 45 vorzugsweise zweistufig, indem man die zu härtenden barkeit des Materials unter Druck zu gewährleisten. Formkörper zunächst etwa eine halbe Stunde lang in Das Ausformen des heißen Gemischs aus Zuschlag- einem Mikrowellenofen bei einer Frequenz von stoffen und Teer zu Steinen der gewünschten Form 2450 Megahertz auf eine Temperatur von etwa 316 C erfolgt durch Verpressen mit hohen Preßdrücken, d. h. und anschließend etwa 2 bis 3 h lang in üblicher Weise bei Drücken von 562,5 bis 1406,3 kg/cm². Kaltge- 5° auf etwa dieselbe Temperatur erwärmt. Bei dem Mikropreßte Ziegel lassen sich bei Verwendung von Teer in wellenofen kann es sich um einen chargenweise oder

kontinuierlich arbeitenden Ofen handeln. Diese öfen sind zur Atmosphäre hin entlüftet, so daß die Behandlung praktisch bei Atmosphärendruck stattfindet. Die genden Teere, einschließlich Pech, auf Erdöl- und 55 Steine können in dem Mikrowellenofen auf einem Kohlegrundlage zu verstehen. Er dient dazu, um das Gestell (auf Rädern) auf eine Temperatur von etwa üblicherweise bei der Herstellung von mit Teer oder 316" C erwärmt und anschließend in den Tunnelofen Pech gebundenen, basischen, feuerfesten Formkörpern zu einer 2- bis 3stündigen Nacherwärmung auf eine verwendete Bindemittel zu kennzeichnen. Zur Erhö- Temperatur von etwa 3I6'C geschoben werden. Es hung des Gehalts an festem Kohlenstoff können Zu- 6° können auch andere bekannte Fördersysteme verwensätze, wie Ruß, Holzkohle, Graphit u. dgl., zusammen det werden.

mit dem Bindemittel eingearbeitet werden. Die Steine Handelsübliche Mikrowellenofen können ohne

oder andere Formkörper können mit Hilfe von Mikro- Schwierigkeit an das Verfahren gemäß der Erfindung wellen erwärmt werden, solange sie noch vom Pressen angepaßt werden. Die bekannten öfen enthalten in her, beispielsweise 38 bis 149 C, warm sind. Sie können 65 üblicher Weise Mikrowellengeneratoren und geeignete jedoch auch auf Raumtemperatur abkühlen gelassen Wellenleiter. Sie sollten zur Erzeugung von Energie und dann mittels Mikrowellenenergie erwärmt werden. im Frequenzbereich von 900 bis 25 000 Megahertz Der einzige Unterschied besteht darin, daß die Er- fähig sein.

Verbindung mit Lösungsn;ittelölen (zum Fließfähigmachen) herstellen.

Unter dem Ausdruck »Teer« sind hier und im fol-

Ein zu Testzwecken verwendeter Ofen bestand aus einem kleineren Gerät, mit welchem Mikrowellenenergie einer Frequenz von etwa 2450 Megahertz erzeugt werden konnte. Das verwendete Gerät wird normalerweise in Restaurants zum Wärmen von Speisen verwendet und besitzt eine Leistung von 2000 Watt. Es hat sich gezeigt, daß Stücke eines mit Teer gebundenen Steins in diesem Gerät in etwa 20 min auf eine Temperatur von 316 C erwärmt werden konnten. Selbst bei dieser kurzen Erwärmungsdauer konnten keine Verformung, Rißbildung oder andere Defekte festgestellt werden. Beim Härten in dem Mikrowellenofen war lediglich die Hälfte der sonst bei einem üblichen Härtungszyklus beobachtbaren Ausdehnung festzustellen.

Neben den Versuchen mit Mikrowellen einer Frequenz von 2450 Megahertz wurde eine weitere Versuchsreihe in einem Gerät mit einer Leistung von 25 kW bei einer Frequenz von 915 Megahertz, das an einen rechteckigen Versuchshohlraum eines Fassungsvermögens von etwa 0,283 m³ angeschlossen war, gefahren. Diese Versuche zeigten, daß sich die mit Teer gebundenen Steine gleichmäßig und leicht erwärmten, solange sie in dem Ofenhohlraum sorgfältig ausgerichtet waren und keinen größeren Teergehalt als 4,5% aufwiesen. Sämtliche Gemische erwärmten sich gleichmäßig und rasch. Die Ausdehnung war minimal, mit Ausnahme eines Falles, in welchem der Teergehalt über 6% lag. Dieser Stein war ziemlich stark aufgebläht. Er wurde eine weitere Charge desselben Gemischs mit einem Teergehalt von 4,2% hergestellt. Ziegel aus diesem Gemisch mit einem geringeren Tecrgehalt blähten sich nicht auf bzw. dehnten sich nicht aus, wenn sie mit Mikrowellen einer Frequenz von 9!5 Megahertz erwärmt werden.

Es wurden noch weitere Versuche gefahren, wobei mit Teer gebundene Steine natürlicher Größe in einem durch vier 800-Watt-Magnetfeldröhren (Gesamtleistung 3,2 kW) gespeisten Versuchshohlraum mit Mikrowellen einer Frequenz von 2450 Megahertz erwärmt wurden. Sämtliche Steine erwärmten sich rasch und durch die Steinmasse hindurch mit ausgezeichneter Gleichmäßigkeit. Hierdurch wurden die bei früheren Versuchen festgestellten Vorteile der Verwendung von Mikrowellen einer Frequenz von 2450 Megahertz gegenüber Mikrowellen einer Frequenz von 915 Megahertz bestätigt.

Weitere Versuche zeigten, daß sich Mikrowellen sowohl zum Erwärmen von mit Teer gebundenen Magnesit- und Periklas- als auch von mit Teer gebundenen Doiomitsteinen eignen. Steine aus den ersten beiden Materialien erwärmten sich mit entsprechender Geschwindigkeit wie Steine aus Dolomit.

Ein durch Eintauchen in Heizöl auf den feuerfesten Formkörpern erzeugter ölüberzug hat bei keiner Frequenz einen nennenswerten Einfluß auf die Erwärmung von mit Teer gebundenen, feuerfesten Formkörpern, wie Steinen.

Es wurden aus verschiedenen Arten kalter Mischungen Steine hergestellt, die kein flüssiges Pech enthielten. Die zur Herstellung der Steine verwendeten Mischungen wurden aus verschiedenen Kombinationen von Kunstharzen, Ruß, Heizöl und pulverisiertem Pech zubereitet. Bei keinem der unter Verwendung der verschiedenen Bindemittel oder Zusätze hergestellten Steine ließen sich irgendwelche Schwierigkeiten beim Erwärmen, ausgehend von Raumtemperatur, feststellen.

Es wurde festgestellt, daß die Erwärmungsgeschwindigkeit bei konstanter Leistung des Mikrowellenofens von der Masse der zu erwärmenden Steine abhängt. Versuche haben gezeigt, daß diese Abhängigkeit innerhalb der Leistungsgrenzen des Mrikrowellenofens graphisch in Form einer Geraden darstellbar ist.

Selbstverständlich hängt die Erwärmungsdauer bei der Mikrowellenbestrahlung etwas von den verschiedensten Faktoren, beispielsweise dem Typ des Mikrowellengeräts, der Leistung und der verwendeten Frequenz, der Masse der zu erwärmenden Steine, der Zusammensetzung der Steine und der Ausgangstemperatur der zu erwärmenden Steine, ab. Daher wird die Dauer der Mikrowellenbehandlung vorzugsweise funktionell als diejenige Zeit, die zur Erhöhung der Temperatur der mit Teer gebundenen, feuerfesten Formkörper auf mindestens Aushärttemperatur, d. h. auf 204 bis 371 C, erforderlich ist, angegeben.

Der Ausdehnungsgrad in Richtung der 7,62 cm langen Seite bei 15,24 · 15,24 · 7,62 cm großen Prüflingen betrug durchschnittlich etwa 0,5%. Dieser Größenzuwachs ist geringer als er sich erwartungsgemäß bei üblichen Härtungsverfahren einstellt. Dieser Ausdehnungsgrad entspricht einer Abnahme des Schüttgewichts nach dem Härten von etwa 0,02 g/ml gegenüber einer Abnahme der Schüttdichte von etwa 0,08 g/ml bei üblichen Härtungsverfahren. Das Schüttgewicht stellt bei mit Teer gebundenen Steinen eine sehr bedeutende Eigenschaft dar. Es ist allgemein anerkannt, daß ein hohes Schüttgewicht den mit Teer gebundenen Steinen bessere mechanische Eigenschaften verleiht und somit die Lebensdauer der Steine in einem Stahlschmelzofen verlängert.
Im folgenden werden die Verfahrensbedingungen bei Härtungsversuchen, die mit mit Teer gebundenen Dolomitsteinen durchgeführt wurden, näher erläutert. Die mit Teer gebundenen, feuerfesten Versuchssteine wurden mit Unterstützung von Stücken eines trockenen Aluminiumtrioxidstcins auf ein Metallgestell gelegt. Mit der Innenseite einer Mikrowellenofenkammer darf kein metallisches Teil in Berührung stehen, da es sonst zu einer starken Bogenbildung und zu einer möglichen Beschädigung des Ofens kommt. Die gehärteten, feuerfesten Formkörper wurden auf ihren Bruchmodul nach der Verkokung (Standardtest für mit Teer gebundene Steine: ASTM-Verfahren C 607/67) (12,7cm Einspannlänge bei einem 5,08 · 7.62 · 15,24 cm großen Stück) auf ihre flüchtigen Bestandteile und auf ihren Gehalt an zurückgebliebenem Kohlenstoff untersucht.

Sämtliche feuerfesten Formkörper wurden durch Erwärmen auf eine Temperatur von 288 bis 316" C auf durchlöcherten Metallgestellen in dem Mikrowellenofen gehärtet. Einige von ihnen wurden anschließend in einen üblichen, elektrischen Widerstandsheizofen bei einer Temperatur von 288 bis 316 C eingebracht und die gewünschte Zeit darin belassen. Die Prüflinge wurden schließlich aufgeschnitten und nach Standardtestverfahren untersucht.

Versuch 1

Durch Vermischen von auf eine Temperatur von 177 C vorerwärmtem, totgebranntem, teilchenförmigem Dolomit mit 4,5 Gewichtsprozent von auf eine Temperatur von 191 C vorerwärmtem Pech und Weiterverarbeitung des erhaltenen Gemischs in der bereits geschilderten Weise wurden vier mit Teer gebundene Teststeinc einer Größe von 15,24 ■ 15,24 · 7,62 cm und eines Gewichts von etwa

609 517/226

■-τ:

5 kg hergestellt. Dem Gemisch wurde, bezogen auf das Gewicht des Zuschlagstoffs, 1 Gewichtsprozent feinteiligen Kohlenstoffs einverleibt. Der teilchenförmige Dolomit war wie folgt sortiert:

Teilchengröße (U	Gemisch 1	-V₄	.S. Standard Sieb Nr.)	0%
—6	+ V₄ -	43 %
— 18	+6 —	32%
—60	+ 18 —	9%
+60 —	16%
—

10

Das erhaltene Gemisch wurde bei einer Temperatur von etwa 149 C und einem Druck von 942,2 kg/cm² zu den Teststeinen heißverpreßt, worauf die erhaltenen Teststeine sofort in einen 2-kW-Mikrowellenofen des beschriebenen Typs, der Mikrowellen einer Frequenz von 2450 Megahertz abstrahlte, überführt wurden. Innerhalb von etwa 20 min wurden die Teststeine auf eine Härtungstemperatur von 288 C erwärmt. Drei Teststeine wurden in einem üblichen, elektrischen

Widerstandsheizofen 2. 4 und 5 h bei einer Temperatur von 288 C weiter gehärtet.

Versuch 2

Das bei Versuch 1 angegebene Verfahren wurde wiederholt, jedoch mit der Ausnahme, daß die Härtungstemperatur auf 316 C erhöht wurde.

Versuch 3

Zu Vergleichszwecken wurden in der bei Versuch 1 beschriebenen Weise Steine hergestellt, die ohne Erwärmung durch Mikrowellenbestrahlung 9 h ir einem elektrischen Widerstandsheizofen bei einei Temperatur von 316 C gehärtet wurden.

Versuch 4

In der unter Versuch 1 beschriebenen Weise wurdi ein maßstabsgetreuer Stein eines Gewichts von 14,9 k| hergestellt und 110 min mit Mikrowellen einer Fre quenz von 2450 Megahertz bestrahlt und erwärmt.

Die bei den einzelnen Versuchen erhaltenen Ergeb nisse sind in der folgenden Tabelle 1 zusammengestellt

Tabelle I

	Härtungsdauer	Dauer der üblichen	9	0	Bruchmodul der	Prozentualer Prozentuale Menge	3,39	t an flüchtigen an zurückgeblie-
temperatur	der Mikrowellen härtung	Wärmehärtung	maßstabsgetreuer Ziegel (14,9 kg)		verkokten Form körper	Gehalt an flüchtigen an zurückgeblie- Bestandteilen benem Kohlenstoff	3,46	Bestandteilen benem Kohlenstoi
⁰C	min	h	110	Dauer der üblichen	kg/cm²		3.38
Versuch 1				Wärmehärtung			3,14
288	20	0	Härtungsdauer		45.85	2.04
288	20	2	der Mikrowellen	h	23,94	1,64	3.65
288	20	4	härtung	54,18	2,25	3.65
288	20	5	min	44.80	2,15	4,10
Versuch 2					3,65
316	20	0	63,07	1,61
316	20	2	52,22	1,51	3.83
316	20	4	68,19	1,43	Mikrowellenbestrahlung
316	20	5	—	1,10	3,42
Versuch 3	lediglich übliche Wärmehärtung
316	0	69,58	1,48	Prozentualer Prozentuale Meng
Versuch 4	lediglich Härtung	durch	Gehal
316	66,01	1,65
Tabelle II
Härtungs	Bruchmodul der
temperatur	verkokten Form
	körper
⁰C	kg/cm¹

Versuch 5	20	2	47,25 1	,79	4.11
316	20	4	49,21 l	,90	3,50
316	20	5	49,70 1	,72	4,30
316
Versuch 6	20	2	61,39 1	1,75	3,89
288	20	4	64,05 l	1,90	3.90
288	20	5	61,25 ;	1,89	3,88
288
Versuch 7	20	2	66,57	1,88	3.53
316	20	4	60,13	1,87	3,83
316	20	5	62,23	1.85	3.91
lift

Versuch 5

In der bei Versuch I geschilderten Weise wurden drei Versuchssteine hergestellt, jedoch mit der Ausnahme, daß der Charge 0,66% einer nitrierten aromatischen Verbindung mit einem Schmelzpunkt unterhalb der Mischungstemperatur zugesetzt und eine Härtungstemperatur von 316 C gewählt wurde. Die Versuchssteine wurden hierauf durch Mikrowellenbestrahlung mit Mikrowellen einer Frequenz von 2450 Megahertz 20 min lang auf eine Temperatur von 316 C erwärmt und anschließend verschieden lange in einem üblichen, elektrischen Widerstandsheizofen weitergehärtet.

Versuch 6

Versuch 5 wurde wiederholt, jedoch mit der Ausnahme, daß der Ziegelmischung anstatt eine Form (von Kohlenstoff) eine Mischung aus zwei feinverteilten Formen von Kohlenstoff zugesetzt und als Härtungstemperatur 288 C gewählt wurde.

Versuch 7

Versuch 6 wurde wiederholt, jedoch mit der Ausnahme, daß die Härtungstemperatur auf 316 C erhöht wurde.

Die bei den Versuchen 5 bis 7 mit den Testziegeln erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabellen zusammengestellt:

Versuch 8

Versuch 1 wurde wiederholt, wobei jedoch ein feinteiliger, totgebrannter Dolomit verwendet wurde, der wie folgt sortiert war: von etwa 71 C eingetaucht und 15 min lang abtropfen gelassen. Bei dem Ofen handelte es sich um ein 25-kW-Gerät des beschriebenen Typs, welches Mikrowellen einer Frequenz von 915 Megahertz abstrahlte. Die Versuchssteine wurden in die Mitte des Hohlraums gelegt und im Hohlraum etwa 25,4 cm über die »Lagerböcke« angehoben. Bei diesem Gerät war es erforderlich, die Steine senkrecht zu den Wellen anzuordnen, damit die Wellen unjerhalb der Steine

ίο gelangen und nicht bei ihrer Ausbreitung vom Wellenleiter direkt auf die Steine auftreffen. Es hat sich ferner gezeigt, daß bei dieser Mikrowelleneinheit eine relativ niedrige Leistungseinstellung erforderlich war. Bei vier Steinen in dem Gerät und einer Leistung von 6,5 bis 8,0 kW waren etwa 75 min erforderlich, um die gewünschte Härtungstemperatur von 288 bis 316 C zu erreichen. Im Gegensatz dazu reichten bei dem Gerät, das bei einer Frequenz von 2450 Megahertz arbeitete, 20 min aus, um die Härtungstemperatur zu erreichen. Bei dieser Härtungsgeschwindigkeit war eine zufriedenstellende Härtung erreichbar. Wie auch im Falle der Härtung mit Mikrowellen einer Frequem von 2450 Megahertz ließen sich weitere Verbesserungen erreichen, wenn man 2 bis 5 h in einem üblicher

*5 elektrischen Ofen bei einer Temperatur von 288 bis 316 C nachhärtete.

Unter Verwendung der Steinmischungen 1, 2, 3 undA hergestellte, mit Teer gebundene Steine ließen sich ir dem mit einer Frequenz von 915 Megahertz arbeitenden Gerät zufriedenstellend testen.

Teilchengröße (U.S	-V₄	. Standard Sieb Nr.)	-13%
Mischung 2	—6	+ V₄ -	-19%
	— 18	+ 6 -	■-38%
	—60	+ 18 -	-14%
		+60 —	-16%
	-V₄	—	0%
Mischung 3	—6	+ V₄ -	18%
	-18	4-6 —	46%
	—60	+ 18 -	14%
		+ 60 —	22%
	-V₄	—	28%
Mischung 4	—6	+V₄ -	18%
	—18	+6 —	12%
	—60	+ 18 -	2%
	+60 —	40%

45 Versuch 10

In der bei Versuch 1 beschriebenen Weise hergestellte, mit Teer gebundene Dolomitsteine wurden ir einem bei einer Frequenz von 2450 Megahertz arbeitenden Mikrowellenofen mit einem von vier 800-Watt-Magnetfeldröhren versorgten Testhohlraum (Gesamtleistung 3,2 kW) getestet. Die mit diesen Steinen durchgeführten physikalischen Tests erbrachten Ergebnisse, die zu den mit auf übliche Weise gehärteten Steinen erhaltenen Ergebnissen mindestens gleichwertig waren.

Versuch 11

Ein mit Teer gebundener Periklas- und ein mit Teer gebundener Magnesitstein wurden zusammen mit einem mit Teer gebundenen Dolomitstein in einem mil einer Frequenz von 915 Megahertz arbeitenden Mikrowellenofen durch Mikrowellenbestrahlung erwärmt. Sämtliche Steine erwärmten sich mit ausreichender Geschwindigkeit und ließen sich in zufriedenstellender Weise durch das Mikrowellenverfahren härten.

Aus jeder dieser Mischungen hergestellte, mit Teer gebundene Steine ließen sich nach dem Mikrowellenverfahren gemäß der Erfindung zufriedenstellend härten. Die Unterschiede in der Sortierung oder Klassierung beeinflußten die Wärmebehandlungseigenschaf- _fio ten höchstens geringfügig.

Versuch 9

Wie bei Versuch 1 beschrieben, wurde eine weitere Gruppe von mit Teer gebundenen Versuchssteinen S5 einer Größe von 15,24 · 15,24 · 7,62 cm hergestellt. Einige Steine wurden, bevor sie in den Mikrowellenofen gelegt wurden, in warmes öl einer Temperatur Aus folgenden
Steine hergestellt:

Versuch 12
Mischungen wurden

kaltgepreßte

a) teilchenförmiger, totgebrannter Dolomit; 1,5% feinteiliger Kohlenstoff (z. B. Graphit, Holzkohle oder Ruß) und 3,6% Transphalt L-4 (niedrigschmelzendes Erdölkohlenwasserstoffharz des in »Modem Plastics Encyclopedia«, 1957, S. 104 beschriebenen Typs);

b) teilchenförmiger, totgebrannter Dolomit; 2% pulverisiertes Pech und 3,5% eines flüssigen Lö-

sungsmittelöls (z. B. Heizöl) mit Paraffinwachs (die Menge desselben kann bis zum Erreichen des Löslichkeitsprodukts reichen);

:) teilchenförmiger, totgebrannter Dolomit; 1 % feinteiliger Kohlenstoff (z. B. Graphit, Holzkohle oder Ruß) und 3% eines flüssigen Lösungsmittelöls (ζ. B. Heizöl) mit Paraffinwachs (die Menge desselben kann bis zum Erreichen des Löslichkeitsprodukts reichen).

Der Zuschlagstoff und die Bindemittelbestandteile wurden bei Raumtemperatur gemischt und kaltverpreßt. bei Verwendung dieser Bindemittelbestandteile oder ähnlicher Bindemittel, die bei Raumtemperaturen

relativ fließfähig oder flüssig sind, besteht keine Notwendigkeit für eine Wärmezufuhr beim Mischoder Preßvorgarg.

Die beim Kaltpressen erhaltenen Steine wurden hierauf durch Mikrowellenbestrahlung mit Mikrowellen einer Frequenz von 915 Megahertz erwärmt; hierbei zeigte es sich, daß sie durch diese Maßnahmen auf eine Härtungstemperatur von 288 bis 316 C erwärmt werden konnten, wobei sie eine ausreichende »° Härtung erfuhren. In gleicher Weise konnte die Härtung auch bei Anwendung höherer Mikrowellenfrequenzen und durch Kombination einer Erwärmung mittels Mikrowellenbestrahlung und einer Erwärmung durch übliche bekannte Maßnahmen erfolgen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von mit Teer gebundenen feuerfesten Formkörpern, die insbesondere ein teüchenförmiges feuerfestes Material, bestehend aus totgebranntem Dolomit, Periklas, Magnesit oder Mischungen hiervon, enthalten, bei welchem man die Teilchen aus dem feuerfesten Material mit einem Teerbindemittel vermischt, das erhaltene Gemisch zu Formkörpern (mindestens einer Form) ausformt und die gebildeten Formkörper durch Erhitzen auf eine Temperatur unterhalt) der Verkokungstemperatur des Teers mit Hilfe hochfrequenter Wechselfelder härtet, dadurch gekennzeichnet, daß man die gebildeten Formkörper durch Erhitzen mittels Mikrowellenbestrahlung mit Mikrowellen einer Frequenz von 900 bis 25 000 Megahertz auf eine Temperatur von 204 bis 371 C härtet. "

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Formkörper durch die Mikrowellenbestrahlung auf eine Temperatur von 288 bis 316 C erwärmt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch »5 gekennzeichnet, daß man die Formkörper etwa 30 min lang durch Mikrowellenbestrahlung auf eine Maximaltemperatur von 316 C erwärmt.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Formkörper nach dem Härten durch Mikrowellenbestrahlung durch Erwärmen mittels anderer Maßnahmen als einer Mikrowellenbestrahlung weiter härtet.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Formkörper durch 2- bis 3stündiges Erwärmen mittels einer äußeren Heizquelle weiter härtet.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Formkörper durch Mikrowellenbestrahlung mit Mikrowellen einer Frequenz von 2450 Megahertz härtet.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man Formkörper mit einem Höchstgehalt an Teer von etwa 4,5 Gewichtsprozent durch Mikrowellenbestrahlung mit Mikrowellen einer Frequenz von 915 Megahertz härtet

8. Verfahren zur Herstellung von mit Teer gebundenen feuerfesten Ziegeln, bei welchem man erwärmten Teer mit vorgewärmten Teilchen, bestehend aus totgebranntem Dolomit, Periklas, Magnesit oder Mischungen hiervon, vermischt, das erhaltene Gemisch zu Steinen ausformt und die gebildeten Steine bei einer Temperatur unterhalb der Verkokungstemperatur des Teers mit Hilfe hochfrequenter Wechselfelder härtet, dadurch gekennzeichnet, daß man die ausgeformten Steine durch Erhitzen mittels Mikrowellenbestrahlung mit Mikrowellen einer Frequenz von 900 bis 25000 Megahertz auf eine Temperatur von 288 bis 316" C und anschließendes, höchstens etwa 3stündiges Erwärmen mittels einer äußeren Heizquelle härtet.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die Steine zunächst durch etwa VaStündiges Erwärmen mittels Mikrowellenbestrahlung und anschließendes 2- bis 3stündiges Erwärmen mittels einer äußeren Heizqueile härtet.
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10. Verfahren zur Herstellung basischer, feuerfester, mit einem thermisch zersetzbaren Kohlenwasserstoff gebundener Formkörper, bei welchem man einen totgebrannten, basischen, feuerfesten Zuschlagstoff mit einem einen flüssigen Kohlenwasserstoff enthaltenden Bindemittel bei Raumtemperatur der Anlage vermischt, das erhaltene Gemisch bei Raumtemperatur der Anlage in die gewünschte Form bringt und die gebildeten Formkörper durch Erwärmen mit Hilfe hochfrequenter Wi-chselfelder härtet, dadurch gekennzeichnet, daß man den gebildeten Formkörper durch Erhitzen mittels Mikrowellenbestrahlung mit Mikrowellen einer Frequenz von 900 bis 25 000 Megahertz auf eine Temperatur von 204 bis 371 C härtet.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man den Zuschlagstoff mit einem Erdölkohlenwasserstoff und feinteiliger Kohle vermischt.

12. Verfahren nach Anspruch H, dadurch gekennzeichnet, daß man den Zuschlagstoff mit pulverisiertem Pech und einem ein Lösungsmittelöl enthaltenden Wachs vermischt.