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Verfahren zur Herstellung hochfeuerfester Gegenstände Die Erfindung
will in neuartiger Weise aus Dolomit hochfeuerfeste basische Ziegel o. dgl. herstellen,
die in ihrem Verhalten den bekannten Erzeugnissen überlegen sind und insbesondere
einen wertvollen Werkstoff für die feuerfesten Auskleidungen der Öfen zum Schmelzen
von Stahl bilden, also den höchsten Anforderungen genügen.
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Das neue Verfahren gehört zu der Gattung von Herstellungsweisen für
feuerfeste Gegenstände, bei denen in Gegenwart natürlicher Gesteine, wie Kaolin
oder Feldspat, gesinterter Dolomit mit Ölen vermischt, geformt und gebrannt wird,
und es kennzeichnet sich dadurch, daß der im wesentlichen kaustisch gebrannte zerkleinerte
Dolomit in feinst gemahlenem Zustande mit den natürlichen Gesteinen gemischt, mit
Wasser geformt und bei etwa r 5oo ° C gesintert wird, worauf das Brenngut erneut
zerkleinert und mit verhältnismäßig leicht siedenden, beim Brennen möglichst wenig
freien Kohlenstoff liefernden Mineralölen vermischt, unter hohem Preßdruck geformt
und bei etwa 1500'C gebrannt wird.
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Es ist schon vorgeschlagen worden, Dolomit zu brennen, dem gebrannten
Gut Wasser zuzusetzen, die Masse zu Ziegeln zu formen und diese dann zu brennen.
Bei einem solchen älteren Verfahren hat man Dolomit auf unvollkommene Dissoziation
gebrannt und mit Stoffen, zweckmäßig natürlichem Gestein, gemischt, welche fähig
sind, die Wasseranziehung der fertigen Gegenstände zu hemmen. Ziegel, die auf diesem
Wege hergestellt sind, verhalten sich zwar dem Wasser gegenüber günstig, unterliegen
aber oft einer starken Verformung während ihres Brennens. Es ist ferner auch schon
vorgeschlagen worden, Dolomit totzubrennen, das gebrannte Gut mit Teer zu mischen
und die Mischung in Ziegel zu formen, um diese zu brennen. Nach dem Abkühlen werden
die Ziegel mit Teer überzogen, aber sie widerstehen der Einwirkung 'es Wassergehaltes
der Luft nicht und binden daher leicht Wasser.
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Schließlich wurde schon vorgeschlagen, Dolomit gegebenenfalls unter
Zusatz von Gesteinen zu sintern und zu zerkleinern sowie dann mit tierischen oder
pflanzlichen Ölen zu mischen und zu brennen. Aus den nicht erschöpfenden Veröffentlichungen
über den gedachten Arbeitsgang ergibt sich zunächst die Art der natürlichen Gesteine,
die man gegebenenfalls zusetzen wollte, nicht mit Sicherheit. Kaolin wird erwähnt,
dagegen nicht der Labrador-Feldspat, den die Erfindung in allererster Linie verwenden
will. Sodann weicht das ältere Verfahren dadurch ab, daß es totgebrannten Dolomit
benutzte und diesen nur verhältnismäßig grob zerkleinerte.
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Der totgebrannte Dolomit ist sehr hart und läßt eine Vermahlung zu
einem unfühlbaren Pulver nicht zu, es sei denn, daß man ihn der Luft aussetzt, um
ihn durch Hydration erweichen zu lassen und dann fein zu mahlen.
Dabei
entsteht aber die Schwierigkeit, daß die zum Absieben dienenden Siebe vom freien
Calciumoxyd verstopft werden. Tatsächlich würde jedoch bei dem älteren Verfahren
die Zerkleinerung im wesentlichen nur auf eine Korngröße von etwa 3 bis 6 mm erfolgen,
bei welcher der von der Erfindung angestrebte Erfolg nicht eintreten kann.
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Die Erfindung brennt den Dolomit im wesentlichen kaustisch, und dieser
leicht gebrannte Dolomit wird in feinst gemahlenem Zustande mit den natürlichen,
ebenfalls feinst gemahlenen Gesteinen, vorzugsweise Labradorit oder z. B. Kaolin
und Labradorit, gemischt und darauf gesintert. Auf diese .Weise erreicht die Erfindung
eine gegenseitige chemische Einwirkung zwischen dem Calcium und Magnesium des Dolomits
einerseits und den natürlichen Gesteinen andererseits, die für die Erreichung des
Erfolges sehr wesentlich ist. Eine solche chemische Einwirkung läßt sich bei dem
älteren Verfahren nicht erreichen, weil dasselbe mit einem groben Pulver arbeitet,
welches mit den natürlichen Gesteinen niemals in der gewünschten Weise reagieren
kann, zumal der totgebrannte Dolomit das Magnesiumoxyd in der Form des besonders
unzugänglichen kristallinischen Periklases (Mg O) enthält. Wegen dieser Mängel kann
das ältere Verfahren nur Erzeugnisse liefern, deren Erweichungspunkt nicht hoch
genug liegt.
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-Wollte man das ältere Verfahren dahin abändern, daß man das Gemisch
aus totgebranntem Dolomit und natürlichen Gesteinen an der Luft hydratisiert, um
es dann im fein gemahlenen Zustande unter Zusatz von tierischem oder Pflanzenöl
zu formen und zu brennen, so verziehen sich die gewonnenen Formlinge beim Brande.
Eine außerordentlich wichtige Be@ dingung ist also nicht erfüllt.
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Auch andere Versuche zur Herstellung feuerfester Ziegel aus Dolomit
haben nicht zum Ziele geführt. Sie richteten sich auf verschiedene Mischungen von
Dolomit, Eisenoxyd, Aluminiumoxyd und Silika, und zwar unter Verwendung verschiedener
Bindemittel, wie z. B. Melasse, Natriumsilikat und Dextrin. Die Ergebnisse haben
Überlegenheiten gewisser Mischungen und gewisser Bindemittel gezeigt. Bei der Erhitzung
bis zum Segerkegel =8 (z5oo° C) behielten die Ziegel ihre Form, erwiesen sich mithin
bei experimenteller Prüfung als feuerfest. Die Eignung für die Praxis, insbesondere
für Stahlschmelzöfen, also für höhere Temperaturen als 1500' C, blieb aber
aus.
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Abweichend von allen bekannten Verfahren gewinnt die Erfindung Ziegel
oder Gegenstände, bei denen drei besonders wichtige Eigenschaften, die sich bisher
noch nicht vollkommen miteinander vereinigen ließen, zusammen vorhanden sind. Die
Erzeugnisse des neuen Verfahrens sind erstens praktisch ebenso feuerfest wie reiner
Dolomit, zweitens gegen Hydration widerstandsfähig, und drittens sind die fertigen
Gegenstände nicht verformt (verzogen). Um diesen Erfolg zu erreichen, arbeitet das
neue Verfahren mit drei Brennstufen in folgender Weise.
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Der erste Brand liefert den leicht (kaustisch) gebrannten Dolomit,
der zerreibbar ist und sich sehr leicht zu einem unfühlbaren Pulver vermahlen läßt.
In diesem Zustande wird er mit Wasser und den natürlichen Gesteinen, die gleichfalls
fein gemahlen sind, gemischt. Dabei tritt Hydration ein, und in dem Gemisch liegt
ein großer Teil des gebrannten Dolomits in kolloidaler Form vor. Bei dem zweiten
Brande, dem die so hergestellte und dann geformte Masse unterworfen wird (Sintern
.bei etwa z5oo ° C), verbinden sich die natürlichen Gesteine chemisch mit dem Magnesium
und Calcium des Dolomits. Es entsteht ein hochfeuerfester Stoff, der gegen Wasseraufnahme
widerstandsfähig ist. Mit den beiden ersten Bränden werden also zwei der gestellten
Bedingungen erfüllt. Aber beim zweiten Brande verziehen sich die Gegenstände noch.
Zwecks Vornahme des dritten Brandes wird das Produkt erneut zerkleinert und dann
mit einem geeigneten Mineralöl gemischt, welches leicht siedet und beim Brennen
möglichst wenig freien Kohlenstoff entstehen läßt. Diese Masse wird unter Preßdruck
geformt und liefert beim 4ritten Brande Gegenstände, die keine Verformung (Verziehen)
mehr aufweisen.
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Die Erfindung schlägt ferner noch folgende Abweichungen bzw. Ergänzungen
vor. Vor dem zweiten Brande kann das Gemisch in gröbere Stücke geformt werden. Dem
vor dem letzten Brande zuzusetzenden Mineralöl kann eine kolloidale Aluminiumverbindung
beigefügt werden. Dem Gemisch aus den festen Teilen und dem Mineralöl für den letzten
Brand kann eine geringe Menge Dolomitkalk zugesetzt werden.
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In manchen Fällen kann das erste Brennen unterbleiben. Natürlicher
Dolomit kann fein gepulvert und mit dem natürlichen Gestein und Wasser gemischt
werden, uni darauf beispielsweise in einem Drehofen in gröberer oder pulveriger
Form gebrannt zu werden. Die Klinker werden dann zerkleinert, mit Öl geformt und
gebrannt. Es sind also nur zwei statt dreier Brände erforderlich. Oder der gepulverte
Dolomit kann mit Gestein und Wasser gemischt und in Gegenwart eines Bindemittels
geformt werden, um grobe Stücke herzustellen, die man brennt, zerkleinert, mit Öl
formt und endgültig brennt, wobei also auch nur zweimal gebrannt wird. Das Brennen
der groben Stücke hat den Vorteil, daß es leichter ist, dieselben während der erforderlichen
langen Zeit zu erhitzen, als wenn man, wie oben angegeben, mit dem Drehofen arbeitet.
Beispiel
Dolomit wird leicht (kaustisch) gebrannt und zu einem mehlfeinen Pulver zermahlen,
Man setzt, ebenfalls fein gemahlen, 6°/° Kaolin und 6°/° Feldspat (Labradorit) zu.
Dieses Gemisch wird mit Wasser zu einem Brei angemacht und geformt. Die Formlinge
werden bei ungefähr 150o ° C gesintert.
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Das Produkt des zweiten Brandes wird wieder zerkleinert, aber nur
grob. Einmal soll vermieden werden, die Masse mechanisch hoch zu beanspruchen, und
ferner ist bei einem gröberen Produkt eine kleinere Menge der etwa zuzusetzenden
Aluminiumverbindung ausreichend. Das Gut wird z. B. in einem Backenbrecher so gebrochen,
daß etwa zur Hälfte eine Korngröße von 11/2 bis 6 mm Durchmesser entsteht. Von den
anfallenden feineren Teilen zerkleinert man die Hälfte bis zwei Drittel in einer
Mahlvorrichtung weiter, und zwar beispielsweise für den Durchgang durch ein 5- bis
8-Maschen-Sieb. Das feine und das grobe Gut werden zu einem möglichst dichten, also
lückenlosen Gemisch vereinigt, worin sich die Korngrößen beispielsweise wie folgt
verteilen: q.5°/° zwischen 6 und il/,mm Durchmesser, 17 °/° zwischen 11/2 und 3/4
mm Durchmesser und 380/, weniger als 3/4 mm Durchmesser.
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Dem Gemisch werden 501, fein gepulverten Dolomitkalks zugesetzt,
der auf vollständige Dissoziation, aber nicht merklich höher gebrannt ist. Ferner
setzt man q. bis 5 °/° (berechnet auf die gesamten Feststoffe) eines Gemisches aus
Aluminiumoxyd und Kaolin zu, welches in einer Kolloidmühle möglichst fein hergestellt
ist. Dieses Gemisch enthält beispielsweise 2 Teile Öl auf 1 Teil fester Bestandteile.
Wenn der Dolomitkalk mit einem kleinen Teile natürlichen Gesteins (Kaolin oder Feldspat)
gemischt wird, kann das kolloidale Gemisch aus Aluminiumoxyd und Kaolin gegebenenfalls
fehlen, aber sein Zusatz ist im Sinne der Erfindung doch zweckmäßig. Als Mineralöl
eignet sich beispielsweise ein Gasöl, welches bei 15 ° C folgende Eigenschaften
aufweist: spezifisches Gewicht o,856, Flammpunkt 75' C, Erstarrungspunkt
etwa -12 ° C; ferner eine Viskosität von 1,5q.° Engler bei 22° C und 1,33 ° Engler
bei 38' C. Das Öl wird in genügender Menge zügesetzt, um die Gegenstände
formen zu können. Das Formen für den letzten Brand erfolgt unter Preßdruck, und
die Formlinge werden bei ungefähr 1500' C gebrannt. Die gewonnenen feuerfesten Gegenstände
haben sich nicht verzogen. Natürlich muß es während des .endgültigen Brandes vermieden
werden, eine Verformung durch mechanische Beanspruchungen herbeizuführen. Wenn die
Formlinge nicht mit einem besonders hohen Preßdruck hergestellt sind, soll man also
im Ofen nicht mehrere Schichten aufeinanderlegen.
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Die Erfindung eignet sich zur Herstellung von. hochfeuerfesten Ziegeln,
Platten, Rohren und sonstigen Gegenständen, wie sie auf diesem Gebiete der Technik
gebraucht werden. Die neuen Erzeugnisse sind den bekannten Magnesitziegeln durch
ihre erheblich geringeren-Herstellungskosten überlegen. Nach dem neuen Verfahren
werden aus dem billigeren Dolomit Erzeugnisse von mindestens gleicher Güte gewonnen.
In der Tat sind für manche Zwecke die neuen Ziegel sogar überlegen, denn die Magnesitziegel
spalten sich oder splittern (spalling) stark.