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Verfahren zur Herstellung von feuerfesten Produkten -aus Magnesiumsilikaten
Es ist bekannt, feuerfeste Produkte aus magnesiumorthosilikatreichen Naturprodukten,
wie Olivin, Peridotit, Dunit, dadurch herzustellen, daß die genannten Ausgangsstoffe
gegebenenfalls unter Zuschlag von Magnesiumhydrosilikaten, wie Serpentin, Talk u.
dgl., und von magnesiumreichen Stoffen, wie Magnesiumoxyd, Magnesit u. dgl., auf
hohe Temperaturen erhitzt werden. Hierbei wurden teils pulverförmige, teils körnige
oder auch zum Teil aus pulverförmigem, zum Teil aus körnigem Material bestehende
Mischungen verarbeitet.
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Bei Durchführung dieser bekannten Verfahren hat sich herausgestellt,
daß beim Brennen ein mehr oder weniger starkes Schwinden der Produkte stattfindet;
es wurden u. a. Schwindungen bis zu ro °/o beobachtet. Infolge dieses Umstandes
war man auf die Herstellung verhältnismäßig kleiner Formstücke beschränkt. Bei Herstellung
größerer Formstücke traten, abgesehen von dem Schwinden auch noch häufig Rissebildungen
auf. Infolge dieser Umstände war man außerdem gezwungen, die Formstücke an der Fabrikationsstelle
fertigzubrennen; erst dann konnte man sie zu Öfen u. dgl. zusammenbauen.
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Die vorliegende Erfindung gestattet, beim Brennen räumbeständig bleibende
Formstücke von beliebiger Größe, auch solche von sehr großen Abmessungen, unter
Erzielung einwandfreier, insbesondere rissefreier Erzeugnisse herzustellen und hierdurch
die vorstehend genannten Schwierigkeiten zu beheben. Durch die Möglichkeit der Herstellung
größerer Formstücke, z. B. Steine, wird der Fabrikationsprozeß wie auch der Zusammenbau
der Formstücke zu Öfen, feuerfesten Apparaturen u. dgl. vereinfacht und verbilligt
und die Zahl der bei derartigen Apparaturen stets unerwünschten Fugen auf ein Minimum
beschränkt. Weiterhin ist man vermöge der Erfindung in der Lage, Rohsteine u. dgl.
zusammenzubauen und den Brand bzw. Fertigbrand derselben alsdann vorzunehmen.
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Hierbei kommt noch ein besonderer Vorteil der aus magnesiumorthosilikatreichen
Naturprodukten hergestellten Rohsteine zur Geltung. Dieselben besitzen nämlich gegenüber
anderen bekannten Rohsteinen den großen Vorzug, daß sie praktisch unempfindlich
sind gegen den Einfluß der Feuchtigkeit. Man kann dieselben infolgedessen im Freien
lagern und ungeschützt transportieren, ohne befürchten zu müssen, daß die Beschaffenheit
der Rohsteine ungünstig beeinflußt wird und Stö-,rungen beim späteren Brand oder
Fertigbrand hervorgerufen werden.
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Schließlich kann man auch z. B. mit Hilfe von Stampfverfahren große
Gebilde herstellen und rissefrei brennen.
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Nach der Erfindung wird derart verfahren, daß körniges oder stückiges
Olivingestein mit einem zur Magnesiumorthosilikatbildung befähigten, beim Erhitzen
schwindenden
Feinmehl in solchem Verhältnis gemischt wird, daß beim
Brennen wesentliche Änderungen des Gesamtvolumens nicht stattfinden. Als Feinmehl
kann man z. B. Mischungen von Magnesit mit Serpentin, oder mit Serpentin und Olivin,
oder mit Magnesiumhydrosilikathaltigern Olivingestein verwenden.
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Die Lösung der Aufgabe der Herstellung von beim Brennen raumbeständig
bleibenden Formstücken aus Olivingestein war insofern nicht einfach, als das Ausgangsmaterial
neben Magnesiumorthosilikat stets noch mehr oder weniger große Mengen von Eisen,
z. B. 5 bis 2o % und mehr (berechnet als Fe0) enthält, welches in der Hauptmenge
dem Magnesiumorthosilikat isomorph beigemengt ist. Außerdem enthält das als Ausgangsmaterial
in Betracht kommende Olivingestein stets noch Magnesiumhvdrosilikate, wie Serpentin,
Talk usw., in' wechselnden Mengen. Bei Verarbeitung derartiger Ausgangsstoffe nach
den eingangs erwähnten bekannten Verfahren spielen sich verschiedene Reaktionen
ab. So wird z. B. das Eisenorthosilikat zerlegt in Eisenoxyd und Kieselsäure. Das
Eisenoxyd reagiert mit Magnesiumoxyd unter Bildung von Magnesiumferrit, die Kieselsäure
reagiert mit Magnesiumoxyd unter Bildung von Magnesiumsilikat, vorzugsweise Magnesiumorthosilikat.
Es war nicht vorauszusehen, in welcher Weise die beim Brennprozeß sich abspielenden
chemischen und physikalischen Vorgänge sich mit Bezug auf die erstrebte Volumkonstanz
der Produkte auswirken würden. Die Erfindung beruht auf folgender Beobachtung: Erhitzt
man Olivin in Körnerform oder Stückform, so bleibt derselbe verhältnismäßig raumbeständig.
Erhitzt man dagegen Olivin, insbesondere serpentinreichen Olivin in Mischung mit
Magnesiumoxyd, Magnesit u. dgl. in Pulverform, so findet ein beträchtliches Schwinden
statt. Wie gefunden wurde, gelingt es nun, durch Herstellung passender Mischungen
von körnigem, in diesem Formverhältnis mäßig raumbeständigen Olivin mit feinpulverigem
Gemenge von z. B. Serpentin oder serpentinhaltigem Olivin oder von Serpentin und
Olivin mit Magnesiumoxyd oder Magnesit-Gebilde zu erzielen, die beim Brennen praktisch
raumbeständig bleiben. Selbstverständlich müssen die Mengenverhältnisse von körnigem
Material und beim Erhitzen schwindendem Feinmehl dem gewollten Zweck entsprechend
abgestimmt sein. Im allgemeinen hat sich gezeigt, daß zur Erreichung des Effektes
mindestens 4o °/o der Gesamtmasse aus Körnern, z. B. solchen von o,25 bis 4 mm bestehen
müssen, während der Rest aus einem zur Zementfeinheit gemahlenem Stoffgemenge bestehen
muß, welches geeignet ist, unter Volumverminderung Magnesiumorthosilikat zu bilden.
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Als Feinmehl kann man z. B. auch ein Gemenge von kristallisierter
oder amorpher Kieselsäure mit Magnesiumoxyd oder Magnesit anwenden bzw. mitverwenden.
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Das erfindungsgemäß zusammengesetzte Mischgut kann gegebenenfalls
unter Mitwirkung von Bindemitteln oder von Druck, zweckmäßig hohem Druck oder durch
Vereinigung beider Maßnahmen in Formkörper, wie Steine, Röhren, Platten, Tiegel
usw., übergeführt und letztere in an sich bekannter Weise durch Brennprozesse, die
gegebenenfalls mehrstufig durchgeführt werden können, verfestigt werden. Als Bindemittel
werden zweckmäßig organische Stoffe, die beim Brennprozeß zerstört werden, wie z.
B. Sulfitcelluloseablaugen oder daraus gewonnene Konzentrate verwendet werden. Die
Mischungen können auch als Stampfmasse, Grußmasse, Mörtel o. dgl. Verwendung finden.
Das Brennen kann gegebenenfalls erst an der Verwendungsstelle stattfinden, z. B.
derart, daß man zunächst nur die Formkörper herstellt, diese in rohem oder nur vorgebranntem
Zustand an der Verwendungsstelle einbaut bzw. zusammenbaut, zweckmäßig mit Hilfe
von erfindungsgemäß hergestelltem Mörtel, und sie nach erfolgtem Zusammenbau durch
Brennen bzw. Fertigbrennen in die gewünschte Endform überführt. Die Brennprozesse
werden zweckmäßig so durchgeführt, daß die zur Magnesiumorthosilikatbildung befähigten
Bestandteile der Mischung möglichst weitgehend in Magnesiumorthosilikat übergeführt
werden. Beispiel Als Ausgangsmaterial verwendet man eine innige Mischung von 49
bis 6o Gewichtsprozenten eines gröberen Olivingesteins (Korngröße z bis 4 mm) und
von 6o bis 4o Gewichtsprozenten eines Feinmehles. Das grobkörnige Olivinmaterial
besitzt folgende Zusammensetzung: q.20/0 S'02, 0,4% A1203, 4 % Fez 03, 3
°/o Fe O, o, 4 % Ca O, 47 °1o Mg 0, H20. Das Feinmehl enthält 70 °/o desselben
Materials, außerdem r 5 °1o Serpentin und 15 °1o Magnesiumoxyd und wird vorteilhaft
auf Zementfeinheit vermahlen. Das Grobkorn und das Feinkorn werden miteinander unter
gegebenenfalls stufenweiser .Zugabe von z. B. B. Gewichtsprozenten Wasser vermischt.
Eventuell wird dem Wasser zur besseren Verfestigung des geformten Materials in gelöster
Form eine gewisse Menge eines die Verfestigung fördernden Bindemittels, wie Magnesiumchlorid
oder Melasse, zugefügt. Das gemischte und mit Wasser versetzte Material wird in
geeignete Form gebracht, gegebenenfalls unter Anwendung eines
Druckes
von beispielsweise 400 kg per cm2. Die Formkörper werden einem Brennprozeß unter
Anwendung von für die Magnesium--orthosilikatbildung geeigneter Temperatur unterworfen,
oder in ungebranntem oder vorgebranntem Zustand an der Verwendungsstelle fertiggebrannt.