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Verfahren zur Herstellung feuerfester Steine aus kieselsäurereichen
Ausgangsstoffen Für die Herstellung feuerfester Steine, die hauptsächlich aus Kieselsäure
bestehen, verwendet man allgemein als Ausgangsstoff Quarz in Form von Zementquarzit
(Findlingsquarzit) oder Kristallquarzit (Felsquarzit). Der zerkleinerte Rohstoff
wird mit einem Bindemittel, meist Kalk, vermischt und die Masse zu Steinen verformt,
die dann gebrannt werden. Während man bei Verwendung von rohem, zerkleinertem Zementquarzit
und Kalk als Bindemittel bei vollständiger Umwandlung des Quarzes * in Tridymit
oder Cristobalit raumbeständige Steine mit guten Eigenschaften erhält, die klingend,
rißfrei und dicht sind, war es bisher nicht möglich, Steine mit den gleichen Eigenschaften
aus Kristallquarzit herzustellen. Bei Verwendung von rohem Kristallquarzit werden
die Steine bei vollständiger Umwandlung des .Quarzes rissig und klapprig, springen
in Stücke und sind sehr porös. Vorgebrannter Kristallquarzit ergab außergewöhnlich
hohe Porosität mit starker Schlackenempfindlichkeit der Steine und geringer Kaltdruckfestigkeit.
Auch eine Mischung beider Quarzitarten brachte- kein gutes Ergebnis.
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Die Erfindung bezweckt, bei feuerfesten Steinen, die hauptsächlich
aus- Kieselsäure bestehen, wobei Quarz als Ausgangsstoff verwendet wird, die Eigenschaften
der hergestellten
Steine wesentlich zu verbessern und neue Eigenschaften
hinzuzufügen, insbesondere sollen bei Verwendung von Kristallquarzit, mit dem man
bisher einen guten, brauchbaren Silicastein nicht erzeugen konnte, Steine hergestellt
werden, die die Eigenschaften eines guten aus Zementquarzit erzeugten Silicasteines
besitzen.
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Die Erfindung fußt darauf, daß die verschiedenen Ouarzitarten, wie
Zementquarzit und Kristallquarzit, und auch die verschiedenen Sorten dieser Arten
beim Erhitzen, d. h. beim Brennen der aus rohen Stoffen hergestellten Steine, ein
stark verschiedentliches Umwandlungsverhalten des Quarzes in die anderen Modifikationen,
nämlich Tridymit hzw. Cristobalit, zeigen. Hinzu kommt noch, daß das Umwandlungsverhalten
des Quarzes auch durch die Korngröße des Quarzics beeinflußt wird.
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Bei zerkleinertem Zementquarzit liegt praktisch der Umwandlungsbeginn
bei niedrigerer Temperatur als bei Kristallquarzit. Die vollständige Umwandlung
erstreckt sich aber auf einen größeren Temperaturbereich und ist in kürzerer Zeit
beendet. Zum Beispiel zeigt ein Zementquarzit einen Umwandlungsbeginn bei etwa izoo°,
und die Umwandlung ist praktisch bei 145o° beendet bei einem Durchlaufen durch diese
Temperaturstufe in etwa 15 Stunden. Ein Kristallquarzit dagegen zeigt einen Umwandlungsbeginn
bei etwa iq.oo°, die Umwandlung ist bei i5oo° beendet, aber die Zeit der Einwirkung
dieses Temperaturbereiches muß etwa 2o Stunden betragen. Bei beiden Ouarzitarten
zeigt sich dann ferner, daß bei feingekörntem Quarzfit der Quarz schneller umwandelt
als bei grobgekörntem Ouarzit und letzteres Korn eine größere Raumausdehnung praktisch
aufweist als das Feinkorn. Bei Kristallquarzit ist z. B. die Raumvergrößerung des
Grobkornes doppelt so groß wie beim Feinkorn.
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Die Erfindung besteht nur- in der Herbeiführung eines Ausgleiches
und einer Anpassung des Quarzumwandlungsverhaltens der verwendeten Rohstoffe.
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Das zerkleinerte Ausgangsgut wird hierbei in Gruppen einheitlichen
Ouarzumwandlungsverhaltens aufgeteilt, und zu der Gruppe, deren U mwandlungsverhalten
einer anderen Gruppe angepaßt werden soll, werden Zusatzstoffe gegeben, die eine
Angleichung des Umwandlungsverhaltens herbeiführen, so daß ein einheitliches U mwandlungsverhalten
des gesamten Rohstoffes vorliegt.
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Auf diese Weise ist es möglich, verschiedene Quarzarten für einen
Stein zu verwenden. Es wird auch ermöglicht, Kristallquarzit für die Herstellung
von SiIicasteinen zu verwenden, die mindestens die Eigenschaften der Silicasteine
aus Zementquarzit zeigen, und es wird möglich, auch großformatige Steine in bester
Qualität sowohl aus Kristallquarzit einer Sorte oder aus Gemischen von Kristall-;
quarzfiten oder auch aus Gemischen von Kristallquarzit und Zementquarzit zu erzeugen.
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Sollen Steine aus einer Sorte Kristallquarzit hergestellt werden,
so wird der zerkleinerte rohe Kristallquarzit in verschiedene Korngrößen unterteilt.
Dem feinkörnigen Kristallquarzit, der sich praktisch bei niedrigerer Temperatur
umzuwandeln beginnt als derjenigen des grobkörnigen Quarzics, wird der grobkörnige
Kristallquarzit zugesetzt, dessen Körner aber vorher mit einem Stoff umhüllt oder
imprägniert wurden, der eine Herabsetzung der Temperatur des Umwandlungsbeginnes
und damit eine Vergrößerung des Umwandlungstemperaturbereiches herbeiführt. Der
Zusatzstoff wird in Art und Menge so bestimmt, daß die verschiedenen Kristallquarzitkörnungen
im Umwandlungsverhalten einander angepaßt sind. -Man kann auch dem feinkörnigen
Kristallquarzit einen Zuschlagstoff zusetzen, um dessen Umwandlungsbereich bzw.
seine Umwandlungsgeschwindigkeit zu beeinflussen. Dann muß nur die Zugabe des Zuschlagstoffes
zu den größeren Körnungen entsprechend abgestimmt «-erden.
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Es können Gemische verschiedener Sorten Kristallquarzite oder verschiedener
Sorten Zementquarzite oder Gemische von Kristall-und Zementquarziten gemäß der Erfindung
verwendet werden. Bei Verwendung von z. B. Kristall- und Zementquarzit wird der
Zuschlagstoff zu dem Kristallquarzit ingesamt oder auch entsprechend seinen Körnungen
in abgestuften Mengen jeder Körnungsfraktion zugegeben, um eine Angleichung an das
Umwandlungsverhalten des Zementquarzits herbeizuführen. Dann wird allerdings der
Zementquarzit zweckmäßig in großen Körnern genommen, da sein Wachstum nicht so groß
ist wie das Wachstum der groben Felsquarzitkörner.
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Bei Verwendung von Quarzfiten, die eine besonders lange Umwandlungszeit
benötigen, und solchen Ouarziten, deren Porigkeit gering ist und bei «-elchen deshalb
die Zuschlagstoffe nicht tiefer in das Innere des umhüllten rohen Quarzitkornes
eindringen können, erhitzt man solchen Quarzfit aber nur so weit, daß die Modifikationsänderung
von ß- in x-Ouarzit eingetreten ist, aber noch keine Umwandlung in Tridymit oder
Cristobalit erfolgt.
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Hierdurch tritt eine Gefügeauflockerung ein, die beim Abkühlen und
der Rückverwand- i Jung des x- in ß-Quarz nicht aufgehoben wird. Durch diese bewußt
herbeigeführte Gefügeauf
lockerung kann eine leichtere Angleichung
an andere Quarzite erfolgen, denn der Zuschlagstoff tritt in- die vorerhitzten Quarzitkörner
tiefer ein, so daß seine Wirkung eine bessere und vollständigere ist. Zweckmäßig
ist es, das Grobkorn so vorzuerhitzen, das Feinkorn aber im rohen Zustand zu belassen.
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Bei -der Herstellung großer Steine aus Kristallquarzit wird das vorzubrennende
Quarzitkorn so hoch vorgebrannt, daß es zu mindestens 65 % in Cristobalit und Tridymit
umgewandelt ist. Die im Innern des Steines gelagerten Quarzkörner, die sonst bei
dem geringen Umwandlungstemperaturbereich erst mit der Umwandlung beginnen, wenn
die Umwandlung der außen gelegenen Quarzkörner bereits beendet ist, weil die Temperatur
im Stein innen etwa ioo° nachhinkt, werden durch das Vorbrennen und das dann erfolgende
Imprägnieren mit Zusatzstoffen in einen . größeren Temperaturumwandlungsbereich
gebracht, so daß durch diese vergrößerte Temperaturstufe. eine zwischen Grobkorn
-und Feinkorn abgestimmte Umwandlung im ganzen Stein eintreten kann.
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Die Umwandlung, die von einer Raumausdehnung begleitet ist, wird zweckmäßig
so gelenkt, daß die mit Zusatzstoffen imprägnierten Grobkörner gleichmäßig mit den
Feinkörnern wachsen, wodurch alle sonst unvermeidlichen und zu Rissen führenden
Spannungen beseitigt werden.
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Dabei kann es aber bei besonders schwer umzuwandelndem Quarzit oder
stark unterschiedlichen Korngrößen erforderlich sein, das Grobgut nochmals zu unterteilen
und dieses der Unterteilung gemäß verschieden zu behandeln, z. B. durch stärkeres
oder schwächeres Vorbrennen oder Zugabe -von stärker oder schwächer einwirkenden
Zuschlagstoffen und Abstimmung der Mengen dieser. Auf diese Weise kann man eine
vollständige Angleichung und Anpassung des Umwandlungsverhaltens des gesamten Quarzits
erreichen, z. B. durch Anpassung an das- Umwandlungsverhalten des Feinstkornes.
Unter Quarzumwandlungsverhalten ist nicht allein die Kristallumwandlung,, sondern
das gesamte Wachstumverhalten gemeint. Auch hier kann und soll ein Ausgleich herbeigeführt
werden. Dadurch wird insbesondere eine Herabsetzung der Porosität und eine Stärkung
der Festigkeit des fertigen Steines erreicht; der Stein erhält eine große Kaltdruckfestigkeit.
Namentlich bei Verwendung von Kristallquarzit, dessen Grobkorn ein doppelt so großes
Wachstum zeigt wie ein entsprechendes Grobkorn eines Zementquarzitsi ist es wichtig,
einen Ausgleich des Wachtürnsverhaltens herbeizuführen, z. B. dadurch, daß man das
Grobkorn aus Zementquarzit nimmt und Kristallquarzit als Feinkorn beigibt oder daß
man dem Grobkorn des Kristallquarzits bereits einen Teil seines Wachstums durch
ein Vorbrennen vorwegnimmt und so eine Angleichung des Wachstums beim späteren Brennen
des Steines an das Wachstum der anderen - Quarzitkörner bzw. Qüarzitarten ermöglicht.
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Stoffe, die das Umwandlungsverhalten der Quarzite bzw. deren Wachstum
beeinflussen und die als Zuschlagstoffe in der Erfindung zur Anwendung kommen, sind:
Oxyde vom Typus R2 O und R O und deren Verbindungen sowie Eisen und Borverbindungen
u. a., z. B. Natronlauge, Kochsalzlösung, Kalkmilch, Eisenchloridlösung, Borsäure,
Natriumborat.
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Welche Wirkung durch eine Imprägnierung mit den Zuschlagstoffen erzielt
wird, geht aus folgendem Beispiel-hervor.
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Ein Prüfkörper aus einem zerkleinerten Kristallquarzit, nicht imprägniert,
zeigte starkes Wachsen erst nach einem Erhitzen bei 1q.00°. Ein gleicher Prüfkörper,
aber mit konzentrierter Kochsalzlösung imprägniertem Feinkorn zeigte starkes Wachsen
bereits bei Erhitzen auf 1300°, während ein Prüfkörper mit imprägniertem Grobkorn
ebenfalls mit konzentrierter Kochsalzlösung dieselbe Erscheinung bereits bei iaoo°_zeigte.
Ein Prüfkörper aus Zementquarzit ohne Imprägnierung zeigte starkes Wachsen schon
bei 115o°. Der Beginn des starken Wachsens bei einem Kristallquarzit wird also bis
zu 20o° herabgesetzt und damit der Umwandlungsbereich sehr stark vergrößert, so
daß er dem eines Zementquarzits nahekommt oder ihn gegebenenfalls sogar übertrifft.
Dadurch wird- das Zerspringen beim Brande infolge des verschiedenen Wachtumsverhältens
der einzelnen Quarzitkörner vermieden und ein einheitlicher homogener fester Silicastein
auch aus Kristallquarzit oder aus Quarziten verschiedenen Verhaltens erreicht.
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Es ist bereits bekannt, vorgebrannten Quarzit zur Herstellung von
Silicasteinen, zu verwenden. Auch ist es bekannt, Silicasteinbruch wieder zur Erzeugung
von Steinen zu benutzen. Bei Silicabruch liegt aber ein vollständig -toter, nicht
mehr wachsender Stoff vor, der in seinem Umwandlungsverhalten nicht mehr beeinflußt
werden kann. Die Verwendung von Silicasteinbruch scheidet deshalb aus. Bei Verwendung
von vorgebranntem Gut hat man aber bisher noch nicht eine Beeinflussung des Umwandl_ungsverhaltens
durch Zuschlagstoffe in der Weise verbunden, daß eine Angleichung des verschiedenen
Umwandlungsverhaltens innerhalb des Steines beim Brennen des Steines geschieht.
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Im allgemeinen ist es vorteilhaft, bei Ver-
Wendung
einer Quarzitsorte, z. B. Kristallquarzit, die Menge des Grobkornes in einer Größenordnung
von 2o bis 700/0 und die Menge des Feinkornes in der Größenordnung 80 bis
30 °(o zu halten.