-
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.