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Verfahren zur Erzeugung dichter, raumbeständiger Schamotte und feuerfester
Steine Die hauptsächlich zur Herstellung feuerfester Schamottesteine dienende, aus
kohlenstoffhaltigem Schieferton bisher sintergebrannte Schamotte ist stark porös,
und sie ist nicht raumbeständig. Die Anzahl der Poren, insbesondere der offenen
Poren, ist so hoch, daß die Wasseraufnahme über dem den Dichtbrand kennzeichnenden
Grenzwert von 3 °/o liegt. Die Schamottestücke werden poröser, und es tritt eine
Volumvergrößerung, ein Wachsen ein. je höher der Kohlenstoffgehalt des rohen Schiefertons
ist bzw. je mehr Kohlenstoff noch die daraus erbrannte Schamotte enthält, desto
stärker treten diese für eine Schamotte üblen Eigenschaften auf.
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Bei der Verwendung solcher sintergebrannten Schamotte, insbesondere
zur Herstellung hochfeuerfester Steine, wirken sich diese Nachteile im erzeugten
Stein ungünstig aus. Dieser erhzst eine hohe Porosität, wächst im Nachbrand an der
Verwendungsstelle im Ofen und ist nicht temperaturwechselbeständig.
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Die Erfindung ermöglicht, aus kohlenstoffhaltigem Schieferton Schamotte
zu erzeugen, die eine größtmögliche Dichte besitzt und raumbeständig im Nachbrand
ist. Daraus hergestellte Steine haben eine niedrige Porositärt, sie wachsen nicht
im Nachbrand, und sie sind temperaturwechselbeständig.
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Nach der Erfindung wird der kohlenstoffhaltige Schieferton bei einer
Temperatur gebrannt, bei der das .spezifische Gewicht des Dichtbrandes, das dem
höchst erreichbaren spezifischen (Gewicht praktisch gleichkommt, erreicht wird.
Diese Temperatur liegt einerseits unterhalb der Temperatur, bei der
durch
Eintreten von Sintererscheinungen geschlossene Poren gebildet werden, im allgemeinen
etwa 1100' C, andererseits über der ,Mindesttemperatur, bei der das spezifische
Gewicht des gebrannter Tonstückes annähernd ein Höchstmaß erreicht hat, im allgemeinen
etwa goo° C. Zwischen diesen Temperaturgrenzen liegt je nach der Tonart -die langsam
vom kalten Zustand ansteigende Endbrenntemperatur ,der Schamotte. Die Einwirkung
des Brennens mit oxydierender Atmosph:ä.re geschieht so lange und bis zur Endtemperatur,
bis der erstrebte Zustand der Schamotte eingetreten ist. Die Zeitdauer hängt von
der Stückgröße ab. Sie wird durch Ziehproben beim Erstbrand einer Tonsorte ermittelt.
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Bei diesem Brennvorgang brennt der gesamte, mindestens aber der größte
Teil des Kohlenstoffes aus. Die Hohlräume des Tonstückes werden infolge Schrumpfens
der Tonsubstanz enger. Dazu tritt eine molekulare Umlagerung der Tonsubstanz bzw.
des Metakaolins ein. Dadurch wird ein Höchstmaß des spezifischen Gewichtes erreicht.
Das Schamottestück ist dann, wenn man auch die ursprünglich vom Kohlenstoff erfüllten
Hohlräume als Poren betrachtet, von einer insgesamt geringvolumi,geren Gesamtporosität
erfüllt als .das ursprüngliche Tonstück, auch dann, wenn dieses etwa zwecks Ausscheidung
von Kohlenstoff vorher schon bis etwa 80o° C gebrannt wurde.
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Die so gebrannte Schamotte hat bereits etwa -das höchst erreichbare
spezifische Gewicht. Sie ist aber noch nicht dicht. Um diesen Zustand zu erreichen,
wird die vorher bei etwa goo bis i,ioo° C :gebrannte Schamotte neuerlich vom kalten
Zustand langsam ansteigend in oxydierender Atmosphäre bis auf die Sinterungstemperatur,
etwa 140o° C, erhitzt.
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Mit zunehmender Temperatur über etwa üioo° C verengen und schließen
sich die Hohlräume. -Die nach dem Brande bei bis etwa 1 ioo° C vorhandenen offenen
Poren gehen überwiegend in geschlossene Poren über. Das Schamottestück wird dicht.
In der oxydierenden Atmosphäre wird bei der langsam steigenden Erhitzung .der etwa
noch vorhandene Kohlenstoffrest ausgebrannt, ehe ein Schließen der Poren oberhalb
etwa iioo° C stattfindet. Dadurch wird ein Aufblähen vermieden, welches bei Anwesenheit
von Kohlenstoff selbst in kleinsten Mengen von z. B. o, i % immer eintritt. Die
so erhaltene Schamotte ist sticht. Sie zeigt nur ein Wa.sseraufnahmevermögen von
0,5 bis 2 %. Da kein Kohlenstoffeinschluß beim Diohtbrand erfolgt; so ist
-die Schamotte raumbeständig.
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Das Wesen .der Erfindung besteht darin, eine dichte, raumbeständige
Schamotte aus kohlenstoffhaltigem Schieferton zu erzeugen durch Ausscheidung des
Kohlenstoffes bei offenen Poren unter gleichzeitiger Erreichung des höchsten spezifischen
Gewichtes und Verengung und Schließung der Poren zur Erzielung der größten Dichte
nach erfolgter vollständiger Entfernung des Kohlenstoffes.
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Durch das Verfahren ist es möglich, aus Schieferton mit einem Kohlenstoffgehalt
von 1 bis 5 °l0 eine vollkommen dichte, raumbeständige Schamotte zu erzeugen. Bei
entsprechend langsam ansteigenden und andauernden Erh:itzungsvorgängen kann auch
aus Schieferton mit noch höheren Kohlenstoffgehalten eine dichte, raumbeständige
Schamotte erzeugt werden.
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Hauptsächlich dient die nach der Erfindung erzeugte Schamotte zur
Herstellung feuerfester Schamottesteine nach üblicher bekannter Herstellungsweise.
Man kann hierzu die bei der Sintertemperatur dichtgebrannte und gekörnte Schamotte
verwenden, die mit einem Bindemittel, z. B. Bindeton, vermischt wird. Die Formlinge
werden dann in üblicher Weise gebrannt.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung wird jedoch die bis etwa 90o
bis I ioo' C gebrannte Schamotte verwendet, die noch nicht die größte Dichte besitzt,
und man formt nach erfolgter Zerkleinerung auf zweckentsprechende Körnungen daraus
unter Zusatz eines Bindemittels, z. B. Bindeton, Steine oder Formstücke. Diese Formlinge
werden dann in langsam bis etwa 140o° C ansteigendem oxydierendem Feuer gebrannt.
Hierbei vollzieht sich in einem Brand das Dichtbrennen der Schamotte und die keramische
Verfestigung deren Körner mit dem Bindemittel, was ein besonders festes und gegen
Temperaturwechsel widerstandsfähiges Steingefüge ergibt, abgesehen noch von der
Brennstoffersparnis :durch Wegfall des Schamottebrennens. Hierbei braucht die Schamotte
sogar nicht vollständig kohlenstofffrei zu sein, da durch den neuerlichen Brand
im Stein in langsam ansteigender Weise der noch vorhandene @Kohlenstoffrest ausgebrannt
wird. Dieser Vorgang ist bei etwa rioo° C beendet. Dann schließt sich der die dichte
Schamotte erzeugende Sinterbrand gleichzeitig verbunden mit der Versinterung des
Bindetons an. Die erhaltenen Schamottesteine sind hochfeuerfest, dicht, besitzen
eine niedrige Porosität und sind temperaturwechselbestämdig. Diese Eigenschaften
konnten bis jetzt in erheblichen Ausmaßen noch nicht in einem Stein vereinigt werden.
Das gleiche gilt auch für am Verwendungsort aus einer solchen Schamotte enthaltenden
Masse geformte oder gestampfte Gebilde, bei denen der Brand durch die Betriebshitze
des Ofens erfolgt. Das Aufheizen des Ofens braucht nur unter Beachtung ,der :dabei
auf die Masse mit zu erzielenden Wirkung erfolgen.
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Es ist zweckmäßig, die Schollen des rohen kohlenstoffhaltigen Schiefertons
vor dem Brennen zu zerkleinern und für den Brand nur die Stücke mit Durchmessern
von etwa 2 bis 25 mm zu benutzen. Das Zerkleinerungsgut unter 2 mm Korngröße ist
kohlenstoffreicher als die größeren Stücke. Durch dessen Ausscheidung wird bereits
ein erheblicher Kohlenstoffanteil beseitigt. Korngrößen über 25 mm zu benutzen,
ist wegen der zu großen Ungleichheit .der Stücke unzweckmäßig. Man kann übrigens
auch besonders kohlenstoffreiche Stücke, die sich schon -durch die dunkle Färbung
hervorheben, durch Ausklauben beseitigen.
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Ferner ist es vorteilhaft, auch stark eisenhaltige Stücke auszuscheiden.
Dies kann durch Ausklauben
von Hand geschehen oder nach bekannter
Weise durch magnetische Ausscheidung, nach welcher die bei etwa Soo bis 6oo° C in
reduzierender Atmosph.ä,re gebrannten Tonstücke einen iMagnetscheider durchlaufen,
der die stark eisenhaltigen Stücke absondert.
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Schieferton mit höheren Kohlenstoffgehalten, etwa über 8 °/o, kann
man auch noch einer Vorbehandlung unterziehen, indem man sie vorteilhaft ebenfalls
schon weitgehend vom Eisen und dem Feingut unter 2 mm Korngröße befreit, in oxydierender
Atmosphäre vom kalten Zustand langsam ansteigend bis auf etwa 700 bis 8oo° C erhitzt
und die Hitze bei -dieser Temperatur so lange anhält, bis der Kohlenstoff vollständig
oder weitestgehend ausgebrannt ist. Diese Schwachbrandschamotte hat ein Höchstmaß
an Poren. Daran schließt sich je nach dem Ausbrand des Kohlenstoffes das weitere
Brennen nach der Erfindung zur Erzielung der erstrebten dichten, raumbeständigen
Schamotte an.
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Das Brennen der Schamotte nach der Erfindung kann grundsätzlich in
jedem Ofen geschehen, .der bei Erzielung eines gleichmäßigen Brandes einen Durchsatz
des kleinstiickigen Gutes ermöglicht. Besonders geeignet ist jedoch ein Drehrohrofen,
der durch die Bewegung des Gutes Wärme an alle Flächen der Stücke gleichmä<Big
und sicher kommen läßt.