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Verfahren zum Herstellen keramischer Körper aus Tonen Aus rohen Tonen
in der bisher üblichen Art hergestellte Steine sind infolge ihrer starken Schwindung
für viele Zwecke nicht brauchbar. Daher werden höherwertige Steine auf der Basis
von Ton so erzeugt, daß ein Teil des Tons, meist der überwiegende Teil, zu Schamotte
gebrannt wird und die zerkleinerte Schamotte unter Zusatz von Ton als Bindemittel
verformt wird. Durch das Garbrennen zu Schamotte hat der Ton seine keramische Reaktionsfähigkeit
nahezu vollständig verloren. In solchen, aus Ton und Schamotte hergestellten Steinen
spielen sich also die Reaktionen vorwiegend innerhalb des zugesetzten Bindetons
ab, daneben noch in den Grenzflächen zwischen Bindeton und Schamotte; die Schamotte
liegt während des Fertigbrandes reaktionslos in der Masse. Dies hat mancherlei Nachteile:
Führt schon die Trockenschwindung des Bindetons beim Trocknen der Formlinge zu Spannungszuständen
im Gefüge des Scherbens, so werden diese noch größer beim Brennprozeß, während dessen
die Schamotte praktisch nicht mehr schwindet, der Bindeton dagegen außerordentlich
stark. Hierdurch ergibt sich eine geringe Beständigkeit gegen Temperaturwechsel,
eine geringe Druckfestigkeit selbst im Kalten und eine oft unerwünschte Porosität.
Überdies ist der Schamottestein mit den hoben Kosten belastet, die das im wesentlichen
zweimalige Brennen der Masse und die Zerkleinerung der gebrannten Schamotte auf
eine für die Formgebung geeignete Größe verursachen.
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Es hat nicht an Bemühungen gefehlt, hochwertige keramische Körper
aus Tonen herzustellen,
ohne daß dabei der größere Teil des Tones
vorher gargebrannt wird. Insbesondere sind mehrfach Versuche unternommen worden,
unmittelbar aus Rohton sogenannte Glühschamotte herzustellen oder Glühschamotte
als Bestandteil solcher Formlinge zu verwenden, aus denen gargebrannte Schamottesteine
hergestellt wurden. Alle diese Verfahren litten aber an dem Mangel, daß das Trocknen
des Tones in einer Weise erfolgte, bei der die einzelnen Teile der Masse einen verschiedenen
Feuchtigkeitsgehalt aufwiesen; beim nachfolgenden Brennvorgang erfolgte also eine
unterschiedliche Schwindung der einzelnen Partien des Steines, wodurch sich Spannungen
ergaben, welche zu den eingangs erwähnten minderwertigen Eigenschaften der Steine
oder sogar zu Ausschuß führen.
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In der Patentliteratur ist auch ein Verfahren beschrieben, bei dem
getrockneter Rohton oder ein Gemisch derartiger Tone in unplastischem Zustand unter
gleichzeitiger Pressung und Knetung, z. B. in einem Kollergang, und unter Zusatz
geringer Wassermengen gemahlen, durch Schlagen, Stampfen oder Pressen verformt und
gebrannt wird. Ein solches Verfahren setzt die Anwendung höherer Drücke bei der
Verarbeitung der Masse voraus.
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Die Erfindung ist auf ein Verfahren gerichtet, bei dem die Bildsamkeit
des Tones weitgehend ausgenutzt, aber mit mäßigen Drücken gearbeitet wird. Es wird
die bekannte Erkenntnis ausgenutzt, daß ein grubenfeuchter Ton, wenn man ihm die
Feuchtigkeit entzieht, mit abnehmendem Feuchtigkeitsgehalt zunächst stark an Volumen
verliert, daß aber von einem gewissen Feuchtigkeitsgehalt ab praktisch keine Schwindung
mehr auftritt, vielmehr in einigen Fällen bis zum vollständigen Feuchtigkeitsentzug
sogar eine geringe Volumenzunahme erfolgt. Daraus folgt, daß dem Ton die Feuchtigkeit
nur bis zu diesem bestimmten Gehalt entzogen zu werden braucht, um die Übelstände,
die die Trockenschwindung im fertigen Formling mit sich bringt, zu vermeiden; allerdings
müssen sämtliche Teile des Tones unter diesen bestimmten Feuchtigkeitsgehalt gebracht
werden; bei den bisherigen Trockenverfahren wurden gewöhnlich die Randschichten
zu stark, die inneren Schichten der im allgemeinen verhältnismäßig großen Tonstücke
fast gar nicht getrocknet. Es darf weiter darauf hingewiesen werden, daß die Trocknung
des zur Verarbeitung bestimmten Tones nicht so weit getrieben werden darf, daß der
Ton die Bildsamkeit verliert.
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Gemäß der Erfindung werden keramische Körper in der Weise aus getrockneten
Tonen hergestellt, daß zu Pulver zerkleinerter, getrockneter Ton mit einer Flüssigkeit
oder einem Tonschlicker oder einer Tonpaste, d. h. einem dünnflüssigen oder dickflüssigen
Tonbrei, gekrümelt, und die Krümel zu Körpern geformt werden. Die Körper lassen
sich bei mäßigen Drücken formen; sie werden darauf getrocknet und gebrannt.
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Der Grad der Trocknung des zerkleinerten Tones einerseits und das
Verhältnis von Ton und Wasser in den Krümeln andererseits müssen in solchem Verhältnis
stehen, daß die die Krümel (Granulate) bildende Masse einen Feuchtigkeitsgehalt
hat, bei dem ein weiterer Feuchtigkeitsentzug keine nennenswerte Schwindung mehr
ergibt, andererseits aber die Verformung unter mäßigem Druck notwendige Bildsamkeit
erhalten bleibt. Die Art der Herstellung aus kleinen Tonpartikelchen des getrockneten
Pulvers einerseits und kleinen Tonpartikelchen der im Schlicker vorliegenden Aufschwemmung
andererseits sichert ein Grundprinzip der vorliegenden Erfindung, nämlich die Erzeugung
einer für die Verformung bestimmten Masse, die bezüglich des Feuchtigkeitsgehaltes
völlig homogen ist.
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Das Herstellungsverfahren keramischer Körper gemäß der Erfindung ist
nicht auf Massen beschränkt, die ausschließlich aus Tonen bestehen, vielmehr können
diesen Massen auch andere Stoffe zugesetzt werden, um keramische Körper mit bestimmten
Eigenschaften zu erhalten, wie sie in den verschiedenen Zweigen der Industrie benötigt
werden. Insbesondere kann die zu verformende Masse neben Tonen auch Magerungsmittel
enthalten, z. B. Schamotte, und zwar entweder gargebrannte Schamotte oder Glühschamotte,
ferner Korund, Sillimanit, Siliziumcarbid, Quarz, Feldspat u. a.
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Wenngleich die nach dem neuen Verfahren hergestellten Körper- im allgemeinen
einen sehr dichten Scherben ergeben, weil im Gegensatz zu Schamottesteinen wesentlich
geringere Spannungen beim Brennen entstehen, lassen sich aber auch Körper hoher
Porosität auf diese Weise erzeugen, indem der zu verformenden Tonmasse Ausbrennstoffe
zugesetzt werden. In gleicher Weise kann die zu verformende Masse gasbildende Stoffe
oder schaumbildende Stoffe enthalten. Es versteht sich, daß dem Ton mehrere der
genannten Zusatzstoffe gleichzeitig zugegeben werden können.
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Die Granulate können je nach dem Verhältnis der beiden sie bildenden
Komponenten auch in lederharter Konsistenz erzeugt werden. Es ist möglich, aus derartigen
Granulaten unmittelbar Formkörper herzustellen. Die Neigung zur Aufnahme von Wasser
ist bei diesen Granulaten gering; die Verformung der Masse läßt sich dadurch erleichtern,
daß die Granulate mit Wasser öder Salzlösungen oder Sulfitablauge angefeuchtet werden.
Die Verformung erfolgt durch Pressen oder Stampfen. Die auf diese Weise hergestellten
keramischen Körper haben, wenn man nicht Maßnahmen, wie oben geschildert, zur Erhöhung
der Porosität anwendet, eine extrem hohe Dichte bei gleichzeitiger relativ hoher
Beständigkeit gegen Temperaturwechsel.
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Die Erfindung gestattet noch eine Abwandlung in der Form, daß aus
der tonhaltigen Masse, die bezüglich des Feuchtigkeitsgehaltes völlig homogen ist
und bei der der Feuchtigkeitsgehalt unterhalb des Wertes liegt, bei dem noch eine
weitere Trockenschwindung eintritt, nicht Formlinge hergestellt, sondern zunächst
nur Glühschamotte erzeugt wird. Die bisherigen Bemühungen zur Herstellung
von
Glühschamotte haben deswegen nicht zu befriedigenden Ergebnissen geführt, weil einerseits
die zur Herstellung von Glühschamotte bestimmte Tonmasse ungleichförmig vorgetrocknet
war und daher bei der nachfolgenden Erhitzung Spannungen auftraten, andererseits
aber die Vorbedingungen für eine zeit- und temperaturabhängige gleichmäßige Wärmebehandlung
nicht gegeben waren. Nach dem neuen Verfahren aber sind, insbesondere, wenn man
Körper oder Granulate nahezu gleichen Durchmessers verwendet, diese Vorbedingungen
gegeben: Es liegt, stofflich gesehen, eine einheitliche homogene Masse praktisch
gleichmäßiger körperlicher Gestaltung vor. Nach dem neuen Verfahren läßt sich daher
eine homogene Glühschamotte formen.
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Die Weiterverarbeitung der hergestellten Glühschamotte kann so erfolgen,
daß diese zunächst gemahlen und gegebenenfalls klassiert wird; unter Zusatz von
Ton, gegebenenfalls wieder in Form eines Schlickers oder einer Paste, folgt dann
die Formgebung, darauf die Trocknung und der Brand. Die gemahlene Glühschamotte
kann auch, wie bereits beschrieben, zur Erzeugung von Granulaten mitverwendet werden.
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In gleicher Weise können die gebildeten Granulate aus der tonhaltigen
Masse unmittelbar Bargebrannt und zu einer Schamotte verarbeitet werden, die völlig
frei von inneren Spannungen ist
| Spezifisches Raumgewicht Porosität KDFE DFB (Din 1064) |
| Gewicht gesamt scheinbar kg/cm ta I te |
| 2,55 |
| 2,35 |
| 790/0 |
| q.,20/0 |
| 1725 |
| 450° 15500 |
Beispiel 2 Aus einem grubenfeuchten Ton B wird unter Wasserzusatz ein Schlicker
mit einem Wassergehalt der feuchten Masse von 36% hergestellt. Mit diesem Schlick
er wird eine Granalienformung unter Zusatz einer Mischung von gemahlenem Trockenton
und feingemahlener Schamotte im Gewichtsverhältnis i : i durchgeführt, so daß folgende
Zusammensetzung der Granalien aus dem Komponenten vorliegt:
| Schlicker ...................... 24,61/o |
| Schamotte, gemahlen ........... 37,7 0/0 |
| Trockenton, gemahlen . . . . . . . . . . 37,7 0/0 |
Das Magerungsverhältnis von Ton zu Schamotte beträgt dabei 59 :41 oder rund 3 :2.
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Die mit einem Wassergehalt von 11,4% auf der Spindelpresse zu Normalsteinen
verpreßten Granalien zeigen eine Trockenschwindung, an den Steinen gemessen, von
o,o %. Nach dem Brand bei S.K. 8 beträgt die lineare Schwindung 5,80/a. Bei einem
Raumgewicht von 2,24 ergibt sich eine Gesamtporosität von 12,2% und eine scheinbare
Porosität von 8,3 0/a.
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Beispiel 3 Aus Ton C wird unter Wasserzusatz eine Tonpaste mit einem
Feuchtigkeitsgehalt von 43,2'/o und einen besonders hochwertigen Schamottestein
ergibt.
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Beispiel i Aus 77 Gewichtsteilen eines grubenfeuchten Tones A wird
unter Zusatz von 23 Gewichtsteilen Wasser ein Tonschlicker mit einem Wassergehalt
von 35,6°/o, bezogen auf feuchte Masse, hergestellt.
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Aus diesem Schlicker werden unter Zusatz von trockenem, gemahlenem
Ton A Granalien hergestellt. Der Trockenton A hat in gemahlenem Zustand folgende
Körnung:
| o bis o, i mm .......... 2,701o, |
| o,1 " o, 5 mm .......... 6o % |
| 0,5 " i,o mm .......... 130/a |
Das Verhältnis von Schlicker zu gemahlenem Trockenton beträgt in Gewichtsteilen
33,3 :66,7.
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Der Wassergehalt der Granalien wird zu 15,6% H2 O der feuchten Masse
bestimmt. Aus den gebildeten Granalien werden mittels Spindelpresse Normalsteine
gepreßt. Hierbei zeigt sich die Masse als gut preßfähig, ohne Neigung zur Bildung
von Lagenrissen. Die Steine besitzen eine lineare Trockenschwindung von nur i,2
0/0. Die lineare Schwindung der bei S.K.8 gebrannten Steine beträgt 9,q.0/0. Sämtliche
Steine sind nach dem Brande exakt und rissefrei. Sie ergeben im übrigen folgende
Untersuchungsdaten: hergestellt. 4o Gewichtsteile dieser Paste werden 6o Gewichtsteilen
feinstgemahlenen Trockentones C zur Granalienbildung zugegeben. Die gebildeten Granalien
besitzen einen Wassergehalt von 16,8%. Die Masse wird auf Spindelpresse zu Normalsteinen
verpreßt. Sie zeigt sich als gut preßfähig. Die lineare Trockenschwindung der Preßlinge
beträgt 2,0%. Nach dem Brand bei S.K.8 wird die lineare Schwindung mit 11,3% gemessen.
Die Steine besitzen eine Gesamtporosität von 1o,5 % bei einem Raumgewicht von 2,37.
Die scheinbare Porosität beträgt 4,10/0.