DE659218C - Feuerfester Baustoff - Google Patents

Description

• Feuerfester Baustoff Die Erfindung bezieht sich auf feuerfeste Baustoffe, insbesondere Mörtel.
• Der Erfinder hat sich die Aufgabe gestellt, Universalmörtel, welche für die Verkittung der verschiedenen feuerfesten Steine, wie Magnesitsteine, Chromitsteine, Chrozriit-Magnesit-Steine, Forsteritsteine, Olivinsteine usw., geeignet sind, aufzufinden bzw. herzustellen. Ein derartiger Universalmörtel war bisher nicht bekannt, obwohl seit Jahren ein lebhaftes Bedürfnis danach besteht.
• Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß Magnesiumorthosilicat bzw. magnesiumorthosilicatreiche Stoffe, wie Olivin, einen einzigartigen Grundstoff für solchen feuerfesten Mörtel darstellt, welcher bei geeigneter Anwendung auch übliche feuerfeste Formsteine mit anderen Grundstoffen nicht angreift. Untersuchungen haben ergeben, daß Olivine bis zu Temperaturen von 160o° C und mehr reaktionsträge sind gegenüber feuerfesten Massen aus Chromeisenstein, Dolomit, Silicat, Magnesit, Korund-Mullit-Steinen u. dgl. Lediglich bei feuerfesten Stoffen, welche wie gewöhnliche Schamotte weniger Tonerde als Silicitundioxyd enthalten; treten bereits bei etwas tieferen Ofentemperaturen Reaktionen ein. Durch die Reaktionsträgheit und Widerstandsfähigkeit gegenüber den verschiedenen feuerfesten Baustoffen, einerlei ob dieselben sauer oder basisch sind, unterscheiden sich magnesiumorthosilicatreiche Stoffe,wie Olivin, auch vorteilhaft von anderen Magnesiumsilicaten, wie Talk,.Asbest, Steasit, Serpentin, die außerdem auch zu geringe Feuerfestigkeit besitzen und infolge Abgabe von Wasser schwinden. Dem Mörtel muß neben guter Plastizität auch eine gute Bindefähigkeit und Widerstandsfähigkeit bei mittleren Temperaturbereichen, in welchen die Kaltverfestigung versagt und die keramische Verfestigung noch nicht eingetreten ist, d. h. bei Temperaturen zwischen etwa 50o und etwa 1q.00°, bei den in der Praxis vorkommenden Druckbeanspruchungen verliehen werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß dem magnesiumorthosilicatreichen Grundstoff solche Stoffe beigemengt werden, welche befähigt sind, unter den gegebenen Bedingungen bei dem in Betracht kommenden mittleren Temperaturbereich zähe, glasige oder glasartige Schmelzen in den zur Gewährleistung der Bindefähigkeit des Mörtels ausreichenden Mengen zu bilden. Als solche Stoffe werden erfindungsgemäß Borsäure- und kieselsäurehaltige Bindemittelgemische verwendet, die bei Anwesenheit von höher schmelzenden Stoffen, wie Quarz und Oxyden .des Calciums, Magnesiums, Aluminiums und Eisens, befähigt sind, bei Temperaturen zwischen 5oo bis i4oo° zähe, den Grundstoff nicht wesentlich angreifende Schmelzen zu bilden. Für die sichere Erzielung des Erfolges sind beträchtliche Mengen an leichter als Olivin schmelzenden Bindemittel.gemischen, nämlich 15 bis ,)00 10, vorzugsweise etwa 2o bis 25 e0, erforderlich. Stoffe wie Olivin besitzen gegenüber dem Angriff glasbildender Schmelzen besondere Widerstandsfähigkeit bei den in Betracht kommenden Temperaturen. Die Widerstandsfähigkeit des Olivins gegenüber Glasschmelzen, wie Silicatgläser, beruht auf seiner Schwerlöslichkeit in derartigen Schmelzen. Infolge dieser wertvollen Eigenschaft wirkt der in dem Mörtel als feinkörniges Material vorhandene Olivin in mittleren Temperaturbereichen als Versteifungsmittel. Die glasbildenden Zusatzstoffe vermindern selbst bei Anwendung in beträchtlichen Mengen die Feuerfestigkeit des Mörtels nicht wesentlich. Mörtel mit Zusätzen von etwa 25 Gewichtsprozenten an glasbildenden Zusätzen erwiesen sich z. B. noch bei Temperaturen von mehr als 16oo° als gut bindend -und -belastungstragend: Nach einer wichtigen Ausführungsform der Erfindung werden der Masse noch Kaltverfestigungsmittel; wie Natriumsilicat, tonerdereicher Zement; Natriumaluminat u. dgl:, einverleibt. Mit besonderem Vorteil wird hierbei so verfahren, daß der Olivinmasse Stoffe zugefügt werden, welche, wie z. B. Natriumsilicät, befähigt sind, einerseits eine befriedigende Kaltverfestigung zu gewährleisten, während sie andererseits befähigt sind, im Zusammenwirken mit anderen in .der Mischung vorhandenen Stoffen die gewünschten, zur Bildung von bei mittleren Temperatur-Bereichen zähen Schmelzen befähigten Stoffe; wie Borate, Silicate und Gemenge solcher Stoffe, zu liefern: Als ausgezeichnete Binder haben sich u. a. Borosilicatgläser erwiesen.
• Der magnesiumorthosilicathaltige Grundstoff des Mörtels kann zum Teil auch durch andere Stoffe, welche mit ihm nicht in Reaktion treten, wie z. B. tötgebrannter Magnesit, Chromeisenerz usw., ersetzt werden. Es hat sich gezeigt, daß Olivin bis zu etwa 3o°/0 durch derartige Stoffe ersetzt werden kann, ohne daß die guten Eigenschaften des Baustoffs wesentlich beeinflußt werden.
• Ebenso oder ähnlich wie Olivin verhalten sich Mineralgemenge oder zerkleinerte Gesteine, welche Olivin als Hauptbestandteil und außerdem noch untergeordnete- Mengen anderer Mägnesiufnsilicate enthalten. An Stelle von Roholivin kann mit Vorteil geglühten Olivin anwenden. Ebenso können Gemenge von natürlichem Olivin mit künstlich hergestelltem Magnesiumorthosilicat,-wie z. B. Abfällen feuerfester Baustoffe, welche überwiegend Olivin öder künstlich dargestelltes Magnesiumorthosilicat enthalten, verwendet werden.
• Der Mörtel kann in Trockenform oder in nasser Form hergestellt werden. Zwecks Herstellung von nassem Mörtel, der auch in diesem-Zustand versandfähig ist, kann man das Kaltverfestigungsmittel, z. B. Natriumsilicat, in Form einer passend konzentrierten Lösung zugeben und hierdurch den Mörtel auf gewünschten Flüssigkeitsgrad einstellen.
• Man kann dem Mörtel in üblicher Weise auch noch Stoffe zufügen, welche Bildsamkeit bewirken' oder diese verbessern, wie z. B. Gummiarabikum in Mengen von etwa 0,5°/o des Gewichtes der Mischung.
• Der erfindungsgemäß hergestellte Baustoff kann zur Verkittung von feuerfesten Formkörpern gleicher oder verschiedener Art, ferner zur Verkittung von ungeformtem, körnigern oder stückigem oder teils körnigem, teils stückigem Material, zur Herstellung betonartiger Masse, zum Ausbessern feuerfester Produkte u. dgl. Verwendung finden.
• Es ist bereits vorgeschlagen worden, feuei=-feste Baustoffe aus mägnesiumorthosilicatreichen Stoffen, vorzugsweise Olivin, mit der Maßgabe herzustellen, daß die Olivinkörner beim Brennprozeß durch teilweise Rekristallisation miteinander verkittet werden, und diesen Vorgang durch Zuschlag geringer Mengen von die Rekriställisation begünstigenden Stoffen zu fördern. Als Rekristallisationsbe_günstiger wurde dabei eine Vielzahl von Verbindungen, z. B. Silicate, Borate, Chloride, Nitrate, Phosphate der Alkalien, Nitrate, Borate, Chloride und Phosphate der Erdalkalien, des Zinks, Mangans oder Eisens, ferner Silicate; Phosphate, Borate 3- oder 4wertiger Elemente, genannt. -Die Menge der kristallisationsbegünstigenden Substanzen sollte ungefähr o,f bis 3 °l, betragen; in gewissen Fällen könnte man auch größere Mengen, z. B. g und i o olo und selbst darüber; anwenden. Aus derartigen Angaben konnten keinerlei Schlüsse mit Bezug auf die Schaffung eines Universalmörtels für feuerfeste Produkte gezogen werden. Die Begünstigung der Rekristallisation bei dem bekannten Verfahren beruht darauf, daß Schmelzen gebildet werden, welche befähigt sind, die Oberflächen -: der Olivinkörner anzugreifen und zu lösen; um sie möglichst leicht der Rekristallisation zugänglich zu machen. Es ist klar, daß die Zuschläge zur Erzielung dieses Zwecks möglichst gering zu halten .sind, da sie andernfalls schädlich wirken und die Beschaffenheit der Enderzeugnisse erheblich verschlechtern würden. Aus diesem Grunde sind auch im allgemeinen Zuschlagsmengen von nur o,i bis 3 % empfohlen worden und nur für gewisse, d. h. besondere Fälle die Möglichkeit der Verwendung größerer Zuschläge an Rekristallisationsbegünstigern erwähnt worden. Tatsächlich bildet die große Mehrzahl der als Rekristallisationsbegünstiger empfohlenen Stoffe und gerade die in erster Linie genannten bei mittleren Temperaturen, z. B. solchen von 5oo bis iooo°, ganz dünnflüssige Schmelzen. Zwar befinden sich unter der Vielzahl der empfohlenen Rekristallisationsbegünstiger auch einige wenige, welche befähigt sind, unter gegebenen Verhältnissen glasartige, bei von 5oo bis iooo°, ganz dünnflüssige Schmelzen zu bilden. Es lag aber für keinen Fachinann Veranlassung vor, zwecks Herstellung eines Universalmörtels gerade diese herauszugreifen und sie in Kombination mit anderen zur Bildung der zähen Schmelze erforderlichen Zuschlägen und in Mengenverhältnissen anzuwenden, welche für die Erzielung von bei mittleren Temperaturen bindefähigen und standfesten Mörteln gemäß vorliegender Erfindung erforderlich sind.
• Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, rohe Zirkonerde in Mischung mit bei Erwärmung stufenweise erweichenden Bindemitteln auf feuerfeste Gegepstände, wie Ziegel u. dgl., zu verarbeiten. Hier handelt es sich um den Sonderfall der Herstellung von feuerfesten Zirkonoxydgegenständen aus roher Zirkonerde, welche an sich für die unmittelbare Verarbeitung auf Ziegel u. dgl. nicht geeignet ist. Aus dieseln Sonderfall konnte kein Fachmann Anweisungen für die Lösung der Aufgabe entnehmen, Universalmörtel für feuerfeste Gegenstände auf Grundlage magne`-siumorthosilicatreicher Stoffe, wie Olivin, . herzustellen. In Anbetracht der bekannten Eigenschaften des Olivins, insbesondere seiner Angreifbarkeit durch verdünnte Säuren und saure Schlacken, war in keiner Weise voraussehbar, daß gerade dieses Material als Grundlage für Universalmörtel für feuerfeste Erzeugnisse besondere Eignung besitzt. Noch weniger war vorauszusehen, daß die Olivinteilchen in den gemäß vorliegender Erfindung in beträchtlichen Mengen zu erzeugenden glasigen Schmelzen praktisch unangegriffen bleiben und als Versteifungsmittel wirken. Beispiel i So Gewichtsteile Olivin werden gemischt mit 2o Gew ichtsteilen eines Bindemittels folgender' Zusammensetzung: 2511" Borat des Calciums, beispielsweise in Form des Minerals Colemanit, 350/0 trockenes Natriumsilicat (Na20 : Si02= i : 3,25), ao% feuerfesten Ton oder Kaolin (beispielsweise mit 610/0 Si02, 2501o A1203), 2o0/0 fein gemahlener Quarz.
• In diesem Stoffgemenge stellt der Olivin den unveränderlichen, feuerfesten Bestandteil dar. Das Natriumsilicat bewirkt eine starke Kaltverfestigung. Bei Temperaturen zwischen etwa 500 und 8oo° C bildet das Natriumsilicat, welches bei derartigen Temperaturen viel von seiner Kaltbindekraft verliert, mit den übrigen Bestandteilen des Bindemittels ein zähes Glas. Dieses Glas wirkt' dann als Bindemittel bis zur Erreichung der Temperaturen, bei welchen die keramische Verfestigung des Baustoffs, im vorliegenden Falle des Olivins, stattfindet.
• Zur Verarbeitung eignen sich insbesondere solche Olivine, welche ganz überwiegend aus Magnesiumorthosilicat bestehen. Gute Ergebnisse wurden z. B. mit einem Olivin von etwa folgender Zusammensetzung erzielt: S i 02 . . . . . . . . . . . . 42%, M90 . . . . . . . . . . . 48'/" Fe 0 usw......... io0/0. Die Korngröße des Mörtels kann nach allgemein üblichen fachmännischen Regeln -bemessen werden. Für Mörtel, der mit der Maurerkelle aufgetragen werden soll, haben sich z. B. Olivinkörner, die durch ein Sieb mit 144 Maschen je Quadratzentimeter gehen, als gut geeignet erwiesen.
• Das Bindemitel kann auch aus anderen Stoffen als den in Beispiel i angegebenen zusammengesetzt sein. So können z. B. Feldspat oder andere Flußniittel als glasbildende Stoffe angewendet werden; an Stelle des Colemanits können auch andere Bonverbindungen, z. B. Borazit, Pandermit, Boronatrocalcit oder auch künstlich hergestellte Borate, Borosilicate oder Borophosphate angewendet werden. In manchen Fällen haben sich Zuschläge von Calciumverbindungen, z. B. in Form von geschlämmter Kreide, als vorteilhaft erwiesen. An Stelle von Kaolin, welcher an sich zur Erzielung der Bildsarnkeit nicht unbedingt erforderlich ist, kann man z. B. fein verteilte Kieselsäure verwenden. Neben Natriumsilicat kann man als Kaltverfestigungsmittel tonen dereichen Zement anwenden, der z. B. folgende Zusammensetzung haben kann: Si 02+M9 O .. 3 bis 5 0/0, Ale 03 . . . . . . . . . . . 4204, Ca 0 . . . . . . . . . . . . 4o0/" Fee 03 ...... 13 bis 15 0/0. Beispiel 2 Man mischt 85 bis 7$ Teile gemahlenen Olivin mit 15 bis 25 Teilen eines Bindemittels, welches :2511, des oben angegebenen Zements, 15 % Natriumborat, 2.5 0/0 ge-' schlämmte Kreide und 35'/, gemahlenen Quarzit enthält.
• Als Verkittungsmittei kann z. B. auch Natriumsilicat oder ein anderes Kaltverfestigungsmittel in Gemeinschaft mit gepulvertem Glas verwendet werden. Hierbei bewirkt das Natriumsilicat einerseits die Kaltverfestigung,, während andererseits beim Erhitzen der Mischung durch Wechselwirkung des Natriumsilicats mit dem Glas eine geeignete Herabsetzung der Schmelztemperatur des Glases erzielt werden kann.
• Die erfindungsgemäß herstellbaren Mörtel können auch mit Vorteil zur Verkittung von grobkörnigem oder stückigem oder grobkörnigem und stückigem Olivnmateriäl verwendet werden.
• Beispiel 3 Eine Mörtelmasse aus To Gewichtsprozenten Borax, 5 Gewichtsprozenten Kreide, I o Gewichtsprozenten fein gemahlenem Quarz und 75 Gewichtsprozenten auf eine Höchstkorngroße von o,2 mm vermahlenem Olivin wird zur Verkittung der 5fachen Menge eines e grobkörnigen und stückigen, olivinreichen feuerfesten Grundstoffes in Form einer betonartigen Masse verwendet.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCI-IE I. Feuerfester Baustoff, insbesondere Mörtel aus magnesiumorthäsilicatreichen Stoffen, vorzugsweise Olivin, als Haupt-Bestandteil in Mischung mit leichter schmelzenden Bindemitteln, gekennzeichnet durch- einen Gehalt von 15 bis 30'/o Borsäure- und kieselsäurehaltiger Bindemittelgemische, die bei Anwesenheit von höher schmelzenden Stoffen, wie Quarz und Oxyden des Calciums, Magnesiums; Aluminiums und Eisens, bei Temperaturen zwischen 50o bis 1q.00° zähe, den Grundstoff nicht wesentlich angreifende Schmelzen bilden.
2. 2. Feuerfester Baustoff nach Anspruch I, gekennzeichnet durch die Anwesenheit eines Kaltverfestigungsmittels, wie Alkalisilicat.
3. 3. Feuerfester Baustoff nach Ansprüchen I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das magnesiumorthosilicatreiche Material bis zu 30°o durch andere feuerfeste Stoffe; wie Chromeisenstein, gebrannter Magnesit o. dgl., ersetzt ist.