DE841872C

DE841872C - Feuerbestaendiger Moertel

Info

Publication number: DE841872C
Application number: DEP40177D
Authority: DE
Inventors: William Richard Downs
Original assignee: Electro Refractaire SA
Current assignee: Societe Europeenne des Produits Refractaires SAS
Priority date: 1943-06-10
Filing date: 1949-04-17
Publication date: 1952-06-19
Also published as: US2429872A

Description

Feuerbeständiger Mörtel Die Erfindung bezieht sich auf einen feuerbeständigen Mörtel für besondere Verwendungszwecke, beispielsweise zum Ausfüllen von Fugen zwischen den Blöcken oder Ziegelsteinen der Wände od. dgl. von Behältern, die Schmelzgut aus Materialien enthalten, wie sie für die Gewinnung von Magnesium auf elektrolytischem Wege verwendet werden. Die Temperatur eines solchen Schmelzbades liegt zwischen Zoo und 8oo° C, wobei die Fugen dicht und absolut wirksam sein müssen.
Ein Mörtel, der diesem Zweck völlig entspricht, muß insgesamt die folgenden Eigenschaften aufweisen: t. leichte Verarbeitbarkeit mit der Kelle für das Verfugen, 2. rasche Zunahme der Festigkeit in kaltem Zustand, so da13 er das Gewicht des Ziegels und der nachfolgenden Ziegellagen ohne Verformung der Mörtelfugen der unteren Lagen und ohne daB eine seitliche Verschiebung des Ziegels während der Erhärtung oder des Verfestigens eintritt, tragen kann, 3. Reifungsvermögen bei Temperaturen, die diejenigen nicht überschreiten, welche für den normalen Betrieb der Zelle erforderlich sind, 4. geringe Porosität nach der Reifungsbehandlung, um ein Auslaufen des Elektrolyts zu vermeiden, 5. geringes Schwinden während der Reifungsbehandlung, damit der Ziegel nicht die Neigung hat, sich zu verschieben und Risse im Mörtel hervorzurufen, 6. dauerhafte Bindung und Haftfähigkeit mit den Ziegeln nach der Reifungsbehandlung, 7. erhöhte Kohäsion, damit bei Dehnungen oder Schrumpfungen keine Brüche im Mörtel auftreten, B. Fähigkeit, der ständigen Einwirkung der hohen Temperatur des Schmelzbades >ta@idzuhalten., ohne daß auf die-vaucr Verlagerung gen oder Verwindungen auftreten, g. Widerstandsfähigkeit gegen chemischen Angriff durch den geschmolzenen Elektrolyt. . '..
" Wenn es auch für den Fachmann nicht schwer ist, einen Mörtel herzustellen, der nur eine einzige der obigen Eigenschaften aufweist, so erscheinen doch einige von diesen mit den anderen unvereinbar..Bei den bekannten Mörtelarten wurden daher im allgemeinen eine oder mehrere dieser Eigenschaften zugunsten einer anderen Eigenschaft geopfert, die für wichtiger erachtet wurde. So wurde eine leichte.Bearbeitbarkeit des Mörtels oft durch die Verwendung von plastischem Ton erreicht, welcher übrigens beim Brennen einer starken Schrumlfung unterworfen ist. Anderseits bedingt eine geringe Porosität häufig eine hohe Brenntemperatur oder ist von einem starken Schwinden begleitet. Einc schwache Schrumpfung und eine erhöhte Widerstandsfähigkeit gegen chemischen Angriff wurde oft durch Verwendung von 'Materialien auf der Basis von feingemahlener Kieselsdure erreicht. @lö rtel auf Kieselsäurebasis sind jedoch bei den. Temperaturen der l:lektrolytzellen nicht verglasbar uncl weisen infolgedessen eine starke 1aorosität auf, was ein Auslaufen des Inhaltes der Zelle durch die Mörtelfugen zur I# olg,e hat. jedenfalls ist bis jetzt kein im Handel erhältlicher \lörtel bekannt, der trotz des hierfür in der Praxis bestehenden dringenden Bedürfnisses nicht hinsichtlich. mehrerer der obenerwähnten Punkte einen Mangel aufweist.
Nach vielen Monaten Versuchsarbeit ist es gelungen, eine Mörtelzusammensetzung zu finden, die alle die obenerwähnten Eigenschaften aufweist und den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet. Infolge der großen Anzahl der verwendeten Bestandteile ist die genaue Rolle, die jeder einzelne derselben spielt, nicht mit Sicherheit bekannt. Die durchgefÜhrten Untersuchungen haben jedoch so weit geführt, die Auswahl und die Bereitung der verwendeten Bestandteile präzisieren zu können, um einen Mörtel zu erzielen, der in der Praxis gute Ergebnisse liefert.
Der verbesserte Mörtel enthält im Rohzustand: i. Körner eines hochfeuerfesten Materials ohne nennenswerte Porosität, das selbst, wenn es auf eine hohe Temperatur gebracht wird, eine gute Widerstandsfähigkeit gegen chemischen Angriff aufweist. Mindestens ein Teil dieser Körner enthält als integrierenden Bestandteil ein vorher an Kristalle gebundenes, sehr tonerdereiches Glas. Solche Körner lassen sich herstellen durch Zermahlen eines Gießproduktes, erzeugt durch Schmelzen einer -\I ischung, die Tonerde und Kieselsäure in einem solchen Verhältnis enthält, daß das sich ergebende Produkt nach dem Erkalten kristallinisches Mullit und Korund sowie ein Glas mit hohem Tonerdegehalt enthält, wobei die Zerrnahlung des erkalteten Produktes derart ist, daß es durch ein Sieh geht, das etwa 57f> Maschen je Quadratzentimeter aufweist. 1>ie Verwendung einer gröberen Körnung würde das Ausfüllen schmaler Fugen unmöglich machen. I:ei der Vermahlung entstehen normalerweise sehr feine Körner, cke wirksam zur Ausfüllung der Zwischenräume zwischen den- gröberen Körnern beitragen: Es ist ebenfalls vorteilhaft, einen ziemlich bedeutenden Anteil an einem. sehr feinen feuerfesten Material zu haben. 'lies kann leicht mit Hilfe von handelsüblichem Zirkon geschehen, das in größeren Mengen erhältlich und so vermahlen wird, daß es durch ein Sieb geht, das etwa 17000 Maschen je Quadratzentimeter aufweist. Es wurde festgestellt, daß diese feinen feuerfesten 11aterialien, obwohl sie in hohem Maße kristallinisch, sind, offensichtlich zur Plastizität des Gemisches beitragen und seine Bearbeitbarkeit verbessern.
2. Gegebenenfalls ein Bindemittel, das in kaltem zustand abbindet oder erhärtet. Für diesen Zweck 'hat sich ein gewöhnliches Natriumsilicat(SiO.NaE) als sehr zufriedenstellen.d erwiesen. Normalerweise wird gemäß,der Erfindung bevorzugt, dieses Silicat in Form einer Lösung von 38° Baume in die übrige trockene Mörtelmischung zu geben, sobald diese verwendungsbereit ist. :1uf diese Weise gibt man gleichzeitig die erforderliche Wassermenge hinzu, um den Mörtel leicht bearbeitbar zu machen. Ein Natriumsilicat, das i Teil Na, 0 auf 3,2 Teile Si 02 enthält, hat gute Ergebnisse gebracht.
3. Gegebenenfalls ein Mittel zur Beschleunigung des Verfestigens oder der Erhärtung in kaltem Zustand. Man kann für diesen Zweck eine kleine Menge Fluornatriumsilieat verwenden, das wahrscheinlich durch Hydrolyse (las zum Plastischinachen des Mörtels verw-eiidete Wasser unwirksam macht. ..
4. Ein Material, das bei den Betriebstemperaturen reifen kann und nur eine minimale Schmelzwirkung auf die feuerfesten Körner ausübt, indem es als Bindemittel wirkt, Selbstverständlich wird sich dieses einmal gebildete 13indem,ittel das bei niedrigen Temperaturen verwendete Bindemittel Si 03 Nag und SI F. N. einverleiben. Zur Bildung dieses Bindemittels verwendet man ein Glas, das nach Reaktion mit den anderen Bestandteilen die Eigenschaft aufweist, eine gute Haftung und eine geringe Porosität zu verleihen: Es gibt auf dem Markt mehrere Glassorten, die innerhalb der ge-,wünschten Temperaturgrenzen reagieren und reifen, welche jedoch veränderliche Grade von Haftfähigkeit und Porosität aufweisen. Um die besten Ergebnisse zu erzielen; ergal> es sich als wünschenswert, ein Boratglas zu verwenden. Es wurde gefunden, daß ein Material, das eine solche@Feinlieit aufweist, daß es durch ein Sieb mit etwa 576 :Maschen je Qua= dratzentimeter geht, zufriedenstellend ist. Es ist je= doch vorzuziehen, das Glas in einer Kugelmühle zu mahlen, um ein Pulver daraus zu machen, das eine innigere Vermischung mit den zu bindenden feuerfesten Bestandteilen gestattet.
5. Ein Mittel zur Beeinflussung der Porosität. Es wurde gefunden, daß der Zusatz einer geringeren Menge von Alkalifluorid, beispielsweise pulverisiertes Natriumfluorid von handelsüblicher Reinheit, einen hervorragenden Einfluß auf die Verminderung der Porosität des Mörtels nach der Reifung ausübt. Bei den Reifungstemperaturen verleibt es sich auch (lern Bindemittel unter 1?rlilihutig des Fluorgehaltes und wahrscheinlicher Verminderung der Viskosität ein, um ein stärkeres Eindringen in die Poren und damit die Ausfüllung derselben zu ermöglichen.
Im folgenden sollen einige Beispiele für gemäß der Erfindung bereitete "Zusammensetzungen, die gute Ergebnisse gezeitigt hallen, gegeben werden.

Es ist wesentlich, auf ein richtiges Verhältnis des Glases zu den feuerfesten Körnern zu achten. Ein Verhältnis, <las kleiner ist als bei den oben angegebenen Beispielen, d. lt. wenn (las Glasbindemittel einen geringeren Anteil beträgt als 42 °/o des hochfeuerfesten Materials, macht den behandelten Nliirtel porös und gibt eine weniger gute Haftfähigkeit. :1i1derseits, wenn man den .Anteil des Glases auf einen höheren Wert bringt als 8o % des hochfeuerfesten Materials, wird der Mörtel rissig, und seine Feuerfestigkeit und seine Widerstandsfähigkeit gegen clielnisclieri Angriff nehmen ab.
Was die Bereitung und die Verwendung des verbesserten Mörtels betrifft, so stellt man zuerst eine innige Mischung der verschiedenen obenerwähnten Elemente bzw. aller Elemente finit Ausnahme des Natriumsilicats in trockenem Zustande her und gibt dann die Natriumsilicatlösung von 38° Be zu, um dem -Mörtel die Konsistenz zu verleihen, die für die Bearbeitung mit der Kelle erforderlich ist. Es ist zweckmäßig, das Verhältnis Alkali : Kieselsäure in dem handelsüblichen Natriumsilicat nach den bekannten Normen für die Erzielung dieser Konsistenz zu wählen. Wie bekannt (vgl. M e 1 1 o r »Inorganic and theoretical Chemistry«, Bd.6, S.320), steigt die Viskosität des Silicats in dem Maße, wie das Verhältnis Kieselsäure : Alkali zunimmt. Die Verwendung des Mörtels geschieht in bekannter Weise, und er wird rasch fest bzw. erhärtet rasch, wobei er eine Festigkeit in kaltem Zustande erlangt, die ausreicht, um eine ununterbrochene Errichtung des Mauerwerks zu ermöglichen. Man kann sodann den Mörtel an Ort und Stelle einem Reifungsprozeß unterziehen, nachdem man ihn in der Umgebungstemperatur hat trocknen lassen (man kann auch die Entfernung der Feuchtigkeit durch -Trocknen mittels eines Warmluftstromes beschleunigen). Die Reifung wird durch Einbringen von geschmolzenem Magnesiumchlorid und Inbetriehnahme der Elektrolysezelle herbeigeführt, wobei man das Niveau des Elektrolyts allmählich bis zu dessen endgültiger Höhe steigen läßt. Auf diese Weise erhärten die unteren Lagen des mit Mörtel verfugten Mauerwerks zuerst, bevor die oberen Lagen der vollen Wirkung des Elektrolyts ausgesetzt werden. Wenn man auf diese Weise vorgeht, erfährt der Mörtel seine Reifung, ohne daß er durch die Berührung mit dem Elektrolyt beeinträchtigt wird. In Abänderung kann man, um die Reifung des Mörtels in den Fugen des Mauerwerks zu erzielen, das Mauerwerk nach. der für das Vortrocknen mit Luft vorgesehenen Zeit künstlich mittels einer Flamme oder einer elektrischen Heizvorrichtung anheizen, bis die Betriebstemperatur erreicht ist.
Obwohl der erfindungsgemäße Mörtel in Anwendung bei der elektrolytischen Gewinnung von Magnesium beschrieben ist, kann er überall da mit Vorteil verwendet werden, wo ähnliche Bedingungen ähnliche Eigenschaften des Mörtels erfordern.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Feuerbeständiger Mörtel für Temperaturen unter 80o° C und .vorzugsweise zwischen 700 und 80o° C, dadurch gekennzeichnet, daß der Mörtel Körner eines hochfeuerfesten Materials von nicht nennenswerter Porosität und hoher Widerstandsfälligkeit gegen chemische Angriffe enthält, von denen wenigstens ein Teil aus feuerfesten, durch eine sehr tonerdereiche glasartige Grundmasse verbundenen Kristallen bestellt, wie dies z. B. durch Gießen eines tonerdereichen geschmolzenen Silicats erhalten wird, außerdem feinkörnige Teilchen eines für diese Körner aus hochfeuerfestem -Material bei Betriebstemperatur : des Mörtels als Bindemittel dienenden Materials, welches evtl. ein schwer schmelzendes Glas sein kann, sowie ein Alkalifluorid.
2. Mörtel nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Menge des Bindemittels zur Menge des hochfeuerfesten Materials zwischen o,42 und o,8o .liegt.
3. Mörtel nach einem der Ansprüche i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Körner hochfeuerfesten Materials durch Kristalle aus Mullit und Korund gebildet wird, die durch eine sehr tonerdereiche, glasartige Grundmasse verbunden sind.
4. Mörtel nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel durch feinkörnige Teilchen eines Borosilicatglases gebildet ist.
5. Mörtel nach einem der Ansprüche i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Mörtelgemisch einen Zusatz von Natronwasserglas enthält.
6. Mörtel nach einem der Ansprüche i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Mörtelgemisch einen Zusatz eines Fluosilicäts enthält. . Die Verwendung des Mörtels nach einem der Ansprüche i bis 6 für die Ausfüllung der Fugen von Blöcken oder Normalsteinen bei der Errichtung von Wänden, Trennwänden u. dgl. von Behältern, die Schmelzgutbäder für die Gewinnung von Magnesium auf elektrolytischem Wege enthalten. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 324i, 6083, 270516, 611 io6, 188 499, 551 323; französische Patentschrift Nr. 703 346; USA.-Patentschriften Nr. 1 752 867, 1 786 482. Chemical and Metallurgical Engineering, Vol. 35, No. 2, 1928, S. 86 ff.; Gionale dei Chimici, 1935, S. 8 bis io; Kitte und Klebstoffe, Karl B r e ue r, 1938, S. 269, 1922, S. Igg; Krätzer-Andes, Wasserglas und Infusorienerde, 1922, S.86, 102 bis 104, 1907, S.84 bis. 87.