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Verfahren zum Herstellen feuerfester Gegenstände Die Erfindung betrifft
die Herstellung feuerfester Körper, insbesondere für Glutaufsätze, die auf Barren-
oder B:lockgußformen zur Warmhaltung des Kopfes des Gußstückes gesetzt werden. Die
feuerfesten Körper können zur unmittelbaren Herstellung von Glutaufsätzen aus einem
oder mehreren Stücken verwendet werden sowie als Auskleidungselemente für Metallgehäuse
oder -rahmen.
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Es ist bereits bekannt, feuerfeste Gegenstände durch Vermischen von
gegen Natriumsilicat chemisch trägen Stoffen, wie Sand, mit geringen Mengen Wasserglas
ä und vorzugsweise einem mit Kieselsäure wasserunlösliche Verbindungen bildenden
Metalloxyd und durch Formen und Trocknen der Masse herzustellen.
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Die Erfindung liegt darin, daß das Trocknen der geformten Gegenstände
bei einer 26o° C nicht übersteigenden Temperatur in einer praktisch von Kohlendioxyd
und Kohlenmonoxyd freien Atmosphäre erfolgt. Hierdurch ist die Herstellung von Gegenständen
höherer Festigkeit als bisher möglich. Der nach der Erfindung hergestellte feuerfeste
Körper ist hart und fest, widerstandsfähig gegen muhe Behandlung bei der Versendung
und verschlechtert sich nicht bei längerer Lagerung.
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Die Masse, die bei der Herstellung dieser feuerfesten Körper, z. B.
der Glutaufsätze, benutzt wird und nicht Gegenstand der Erfindung ist, besteht zum
überwiegenden Teil aus einem- Stoff, der frei von irgendeiner Verunreinigung ist,
die in schädlicher Weise mit dem Bindemittel (Wasserglas) reagiert und dessen Teilchen
eine solche Größe besitzen, da.ß der erhaltene Gegenstand dicht genug ist, um erhebliche
Festigkeit zu haben, und doch nicht zu dicht ist, um zu verhindern, daß irgendwelche
Dämpfe oder Gase, die während des Gusses frei werden, austreten können. Der vorzugsweise
benutzte Zusatz ist Quarzsand von ziemlicher Feinheit, der zwecks Beseitigung irgendwelcher
Verunreinigungen gewaschen ist. Der Stoff kann anstatt aus Sand auch aus körniger
Schlacke, Quarz oder, Steingutteilchen o. dgl. bestehen oder kann ein Gemisch aus
zwei oder mehreren dieser Stoffe sein.
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Nach ausgedehnten Versuchen hat sich ergeben, dafi die weitaus besten
Erfolge, insbesondere bei Kieselerdesand, als Hauptbestandteil der feuerfesten Masse
durch Natriumsilicat als Bindemittel erzielt werden. Dieses wird vorzugsweise in
Lösung verwendet, und wenn auch der Feuchtigkeitsgehalt mehr oder weniger schwanken
kann, so wird vorzugsweise ein Silicat verwandt, das 36,47 °/o feste Bestandteile
und 63,53 °j, Wasser enthält. Um die höchste Haftstärke des Natriumsilicats zu erzeugen,
soll das Verhältnis von Natriumoxyd zu Silicium-"oxyd annähernd i : 3 sein. Jede
wesentliche. Abweichung von diesem Verhältnis verursacht eine merkliche Verminderung
der Haftfähigkeit. Z. B. kann mit Erfolg i Teil Natriumoxyd auf 3,25 Teile
Siliciumoxyd verwendet werden. Wenn die alkalische Beschaffenheit des Natriumsilicats
vermehrt wird, wird die Wasserwiderstandsfähigkeit ziemlich schnell vermindert.
Die Menge der
Silicatlösung, die verwendet wird, kann innerhalb,gewnsser
Grenzen. geändert werden; die Höchstmenge soll 2o Gewichtsprozent sein. ` Die Feuchtigkeitsmenge
in der Masse 'ist von hoher Bedeutung. Wenn z. B. der Hauptbestandteil und das Bindemittel,
wie oben angegeben, benutzt werden, kann der zugefügte Wassergehalt nur innerhalb
- der kleinen Grenzen von 0,3 bis i Gewichtsprozent der ganzen Masse geändert
werden, wobei die Verhältnisse etwas - von der Siebung des Sandes und in geringem
Maße auch von der Art des Silicats abhängen. Wenn die Masse zu trocken ist, ist
es außerordentlich schwierig, sie richtig zu stampfen oder auf andere Weise ,in
der Form zu pressen, wogegen bei zuviel Feuchtigkeit das Gemisch am Formkasten festklebt
und es unmöglich wird, einen vollkommen geformten Gegenstand herzu stellen.
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Ein Erfordernis eines guten, handelsfähigen, feuerfesten Körpers für
Glutaufsätze ist die ausreichende Widerstandsfähigkeit bei harter Beanspruchung,
insbesondere bei der Versendung, und weiterhin, daß dar feuerfeste Körper hart und
starr bleibt, nachdem er beträchtliche Zeit. der Atmosphäre aus-. gesetzt war, z.
B. wnn er an einem ungeschützten oder feuchten Platz lagert. Es hat sich ergeben,
daß die in Frage stehenden feuerfesten Körper, unbeaehtlich der atmosphärischen
Bedingungen, praktisch däuerhaft gemacht werden können, indem der Mischung, aus
der sie geformt werden, eine bestimmte Menge des Oxydes eines beliebigen Metalles,
z. B. von Zink oder Blei, zugesetzt wird. Aluminiumoxyd ist für den Zweck geeignet,
aber wegen seines höheren Preises wird statt dessen vorzugsweise Zink-oder Bleioxyd
benutzt. Die Menge dieses wasserfestmachenden Mittels kann zwar in kleinem Maße
vermehrt werden, aber das Verhältnis, das sich als ausreichend ergeben hat, beträgt
i Gewichtsprozent der ganzen Masse. Weniger als o,25 würden zu wenig sein, um wirksam
zu sein, aber mehr als 5 °V, würden die Kosten des Gegenstandes ohne entsprechenden
Nutzen vermehren.
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Eine Metallverstärkung von beliebiger Form ist erwünscht, aber nicht
wesentlich. Die folgenden Gewichtsverhältnisse der genannten Bestandteile haben
in der Praxis eiri hochbefriedigendes Gemisch ergeben; _ Quarzsand . ......... 86,q.
Natriumsilicatlösung . 12 %, ' Zinkoxyd oder Bleioxyd i 1/o, Wasser . . . . . .
. . . . _ . . . 0,5 0fo.
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Bei der Herstellung der feuerfesten Körper werden der Sand und das
Zink- oder Bleioxyd zuerst in irgendeinem geeigneten Mischer gemischt, bis sie vollständig
vermengt sind. Dann werden das Natriumsilicat und Wasser zugefügt und das Mischen
fortgesetzt, bis die ganze Masse gleichmäßig geworden ist. Danach wird die Gußforrn
mit irgendeinem geeigneten Material, z. B. Lycopodium, bestreut, um eine gute Trennfläche
zu schaffen. Das Gemisch wird darauf in die Form gebracht und durch Stampfen oder
sonstwie geformt. Wenn der feuerfeste Körper so geformt ist, wird er in einen Ofen
gebracht und ausgetrocknet, indem er bei einer ziemlich hohen Temperatur, d. h.
etwa bei einer Höchsttemperatur von 26o° C, erhitzt wird.
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Eine etwas niedrigere I-löchsttemperatur ist jedoch vorzuziehen, z.
B. zwischen igo° C ,und 2i8° C. Ferner ist es klar, daß eine etwas niedrigere Temperatur
'verwendet werden könnte und demgemäß die Trockenzeit verlängert werden könnte,
ohne die Güte des Erzeugnisses zu beeinträchtigen. Die Trocknung muß in einer von
Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd im wesentlichen freien Atmosphäre erfolgen, z. B.
in einem elektrischen oder einem Muffelofen. V6'enn eine wesentliche Menge von Kohlenmonoxyd
oder Kohlendioxyd vorhanden ist, wird das Silicat in ein Carbonat übergeführt und
verliert seine Bindeeigenschaften, wodurch der Gegenstand bröcklig wird und keine
Festigkeit hat. Es hat sich ergeben, daß, wenn die Ofentemperatur 26o' C übersteigt
und eine derartige hohe Temperatur während einer beträchtlichen Zeitdauer aufrechterhalten
wird, ein außerordentlicher Feuchtigkeitsverlust die Folge ist und die Bindeeigenschaften
des Silicats in einem größeren oder geringeren Maße verschlechtert werden. Wenn
die feuerfesten Körper zu schnell abgekühlt werden, zerspringen sie: Wenn sie andererseits
zu schnell beim Beginn des. Trocknungsvorganges erhitzt werden, trocknet das Silicat
auf der Oberfläche, erhärtet sehr schnell und hindert dadurch das Entweichen von
Wasserdampf aus dem Inneren des feuerfesten Körpers. Dies verursacht . ein Schwellen
und Bersten. Bei dem Trocknungsv organg muß daher die Ofenwärme langsam gesteigert
werden, bis eine gegebene hohe Temperatur erreicht ist; wenn die Trocknung im wesentlichen
beendet ist, wird die Temperatur der feuerfesten Körper sehr allmählich vermindert,
vorzugsweise bis die. gewöhnliche Raumtemperatur erreicht ist.
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Gleich nachdem der Trocknungsvorgang beendet ist, kann der Feuchtigkeitsgehalt
des feuerfesten Körpers. =bis etwa i Gewichtsprozent sich ändern, wird aber vorzugsweise
angenähert
o,4 Gewichtsprozent betragen. Nachdem der feuerfeste
Körper beträchtliche Zeit gelagert worden ist, kann etwas zusätzliche Feuchtigkeit
"aus der Atmosphäre aufgenommen werden.
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Wenn als Wassergehalt des Gemisches das Wasser in der Silicatlösung
sowie das freie Wasser angesehen wird., wobei als Gewicht des Silicats nur das Gewicht
des nach dem Abtreiben des Wassers aus der Silicatlösung durch Wärme verbleibenden
Stoffes (später als trockener Alkalisilicat bezeichnet) genommen wird, so werden
folgende Gewichtsverhältnisse der Bestandteile des Gemisches bevorzugt Sand. . .
**""****....... 88,50/"
Alkalisilicat , . . . . . . . . . 4,3 %, Metalloxyd
. . . ...... . . . i 0 107 Wasser . , 0 Nach der Beendigung der Trocknung
eines aus diesem Gemisch hergestellten feuerfesten Körpers ergeben sich im wesentlichen
folgende Gewichtsverhältnisse der Bestandteile: Sand ................. 94 %, Alkalisilicat
o Metalloxyd . . . . . . . . . . . . i, i 0/0, Feuchtigkeit . . . . . . . . . .
. 0,4 %.