DE1571301C3 - Verfahren zur Herstellung von halbfeuerfesten Isoliersteinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von halbfeuerfesten Isoliersteinen, d. h. isolierenden Steinen und anderen Formkörpern, die Temperaturen bis zu 1200° C vertragen können, unter Anwendung einer calciumcarbonathaltigen Tonmischung, die nach Zugabe von Wasser und organischen Füllstoffen, welche die zur Erzielung der Isolierfähigkeit nötige Porosität sichern, zu Steinen geformt und gebrannt wird.

Es hat sich gezeigt, daß die bisher zur Herstellung von halbfeuerfesten Isoliersteinen verwendeten Rohstoffe einen sehr großen Schwund der Steine während des Brennens verursachen, ein Schwund, der oft 10 bis 20% linear beträgt. Um zu verhindern, daß die Steine beim Gebrauch bei maximaler Anwendungstemperatur unzulässig stark schwinden, wurde bisher entweder dafür gesorgt, daß die rohen Steine mindestens bei maximaler Anwendungstemperatur gebrannt wurden oder daß die rohen Steine eine relativ große Menge von Material enthielten, das im voraus mindestens bei der maximalen Anwendungstemperatur gebrannt ist.

Dieses Brennen des rohen Steines bei den hohen Temperaturen bewirkt indessen außer dem großen Schwund ein kräftiges Sintern. Der Schwund ist teilweise eine Folge dieses Sinterns, das auch bewirkt, daß im Stein ein Porensystem mit großer Permeabilität gegenüber Wärme und Gas entsteht. Außerdem treten oft Kristallisationen auf, welche eine Vergrößerung des Wärmeleitungsvermögens des Steins und eine Reduktion der Temperaturschockbeständigkeit des Steins verursachen.

Es ist auch bekannt, Isolierkörper aus Glimmerton, Dolomitkreide und organischen Materialien herzustellen, indem die Masse zunächst gemischt und dann in feuchtem Zustand verformt und nach dem Trocknen gebrannt wird. Das Brennen erfolgt bei etwa 1000⁰C. Die hierbei erhaltenen Isoliersteine haben zwar einen verhältnismäßig geringen Brennungsschwund, sie können jedoch nicht als halbfeuerfeste Isoliersteine bei Temperaturen von über etwa 800° C verwendet werden.

Demgegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung darin, maßhaltige halbfeuerfeste Isoliersteine zu schaffen, die ein geringes Wärmeleitvermögen, eine

ίο hohe Temperaturschockbeständigkeit, eine geringe Gaspermeabilität und eine geringe Brennschwindung besitzen und dabei auch und gerade bei Temperaturen über 800° C eingesetzt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß feuerfester Ton (Segerkegelschmelzpunkt über Kegel 26) mit Wasser, organischen Füllstoffen und solchen Mengen an Mergel, Kalkstein oder Kreide, daß die Tonmischung einen 10- bis 30%igen Gehalt an CaCO₃ enthält, vermischt, zu Steinen ver-

ao formt und bei Temperaturen, die 100 bis 350° C unter der maximalen Anwendungstemperatur der fertigen Steine liegen, gebrannt wird.

Durch die erfindungsgemäße Verwendung von feuerfestem Ton (Feuerton), z. B. englischem Pfeifenton, Westwälder Ton oder Rhät-Lias-Ton, kann somit unter Berücksichtigung des Gehaltes an CaCO₃ ein Stein erhalten werden, der in einem großen Temperaturgebiet, d. h. zwischen 800 und 1200° C, sehr wenig schrumpft, d. h. einen linearen Schwund von weniger als 1 % hat. So erhält man in einfacher Weise und mit geringem Arbeitsaufwand einen halbfeuerfesten Isolierstein mit bisher unerreichbaren Eigenschaften. Der Isolierstein vereinigt in sich ein geringes Wärmeleitvermögen, eine geringe Dichte, eine gute Temperaturschockbeständigkeit, eine geringe Gaspermeabilität und einen sehr geringen Nachbrennungsschwund, so daß die Schwindung auch beim Gebrauch bei maximaler Anwendungstemperatur gering ist.

Man hat bisher zwar schon Feuerton für halbfeuerfeste Isoliersteine verwendet, doch wurden dem Feuerton stets weitere feuerfeste Stoffe, vorzugsweise Schamotte, und eine Anzahl anderer Zusätze zugegeben, und zwar deshalb, weil die normalen Eigenschäften von Feuerton mit den von Isoliersteinen gewünschten Eigenschaften schlecht in Übereinstimmung zu bringen waren. Dies lag besonders daran, weil Feuerton ohne solche besonderen Zusätze nicht nur eine zu große Brennschwindung, sondern auch eine Nachbrennschwindung beim Gebrauch erleidet.

Auch wurden bisher zur Herstellung von halbfeuerfesten Steinen meistens Brenntemperaturen im Bereich von 1100 bis 1400⁰C angewendet. Bei Verwendung von Feuerton als Tonausgangsmaterial führen diese Brenntemperaturen zu schlechten Eigenschaften der Isoliersteine. Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß bei Brenntemperaturen von etwa 100 bis 350° C unter der maximalen Gebrauchstemperatur im Gegensatz dazu gerade hervorragende Eigenschaften erhalten werden, die bei der Anwendungstemperatur später nicht verlorengehen.

Es ist allgemein bekannt, daß Tonen eine Menge an Calciumcarbonat zugegeben werden kann, um die Schwindung der Masse herabzusetzen. Beim Versuch, feuerfeste Steine unter Mitverwendung von Calciumcarbonat herzustellen, ergaben sich aber ganz erhebliche, kaum überwindbare Schwierigkeiten, die ihren Ursprung in der Flußmittelnatur des

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Calciumcarbonats hatten. Es wird in der Literatur Hierdurch wird sichergestellt, daß jede Gefahr eines

sogar erwähnt, daß je nach der Menge des züge- schädlichen Sinterns während des Brennens selbst mischten Kalkes zwischen Segerkegel 01a und 6 a vermieden wird, und es hat sich gezeigt, daß ein der-

völlige Verdichtung des Scherbens eintreten kann. artiges Sintern auch dann nicht vorkommt, wenn die Dies spricht aber eindeutig gegen die Verwendung 5 Steine bei der praktischen Verwendung den maximavon Calciumcarbonat zur Herstellung feuerfester len Anwendungstemperaturen ausgesetzt werden, wie

Steine mit den geforderten Eigenschaften. Es ist auch es der Fall wäre, wenn lediglich aus Feuerton herge-

bekannt, 60 Gewichtsteile Kyllburger Glimmerton, stellte Steine einer entsprechenden Behandlung aus-

40 Gewichtsteile Dolomitkreide, 18 Gewichtsteile gesetzt würden.

trockenen Torf miteinander zu vermischen und in io Die Menge an Calciumcarbonat, die in jedem einfeuchtem Zustand zu verformen. Die hierbei erhalte- zelnen Fall dem Feuerton zugesetzt werden soll, nen Steine, die ein Raumgewicht von 0,92 besitzen, hängt von der Art und Zusammensetzung des Feuererfüllen aber nicht die an einen halbfeuerfesten Iso- tons ab, und wenn das Calciumcarbonat in Form von lierstein guter Qualität gestellten Anforderungen, gewöhnlichem Ton zugesetzt wird, auch von der Zuwas unter anderem darauf zurückzuführen ist, daß 15 sammensetzung des Tons, und soll deshalb in jedem dort mit 40 % Dolomitkreide, also mit einer Calci- einzelnen Fall experimentell und unter Berücksichtiumcarbonatmenge gearbeitet wird, die viel zu hoch gung des gewünschten Grads von Feuerfestigkeit erist. mittelt werden.

Die Erhöhung des Calciumcarbonatgehaltes kann

in verschiedener Weise erfolgen. So kann es zur Her- 20 B e 1 s ρ 1 e 1 1
stellung von verhältnismäßig billigen halbfeuerfesten 488 g, entsprechend 0,781, getrockneter und pul-Steinen zweckmäßig sein, daß das Calciumcarbonat verisierter englischer Pfeifenton aus Newton Abbed, als gewöhnlicher kalkhaltiger Ziegeleiton zugesetzt Devon, England, mit einer Partikelgröße kleiner als wird, z. B. blauer Ton oder roter Mergel, die in einer 125 Mikron und 487 g, entsprechend 0,55 1, getrocksolchen Menge zugesetzt werden, daß die Tonmi- 25_nejer und pulverisierter roter Mergel mit einem Geschung einen CaCO₃-Gehalt von 10 bis 20% be- halt an Kalk von 29% CaCO₃ und einer Partikelkommt. Infolge des im Verhältnis zu der Menge von . größe kleiner als 250 Mikron wurden trocken ge-Feuerton großen notwendigen Zusatzes an gewöhnli- mischt, und während der Mischung wurden weitere chem Ton werden solche Steine verhältnismäßig bil- 225 g, entsprechend 1,661, Tannensägemehl und lig, und die erhaltenen Steine haben, wenn sie maxi- 30 25 g, entsprechend 1,481, expandierte Polystyrolpermaler Anwendungstemperatur ausgesetzt werden, len zugegeben. Als diese Stoffe in einem solchen nur einen linearen Schwund von 0,6 bis 1 °/o. Maß vermischt waren, daß das Gemisch homogen

Ein noch geringerer Schwund kann durch eine war, wurden 600 ml Wasser zugegeben, und es

Vermehrung des CaCO₈-Gehalts in der Tonmischung wurde gründlich geknetet. Die erzielte plastische

erzielt werden, aber die im gewöhnlichen Ziegeleiton 35 Masse wurde weichgepreßt in einer Form mit den

anwesenden Flußmittel können, falls der CaCO₃-Ge- Abmessungen 240,5 X 119,5 X 55,0 mm, und der

halt beim Zusatz von solchem Ton über die vorher dadurch geformte Rohstein wurde unmittelbar da-

genannten 20 %> hinaus vermehrt wird, ein unge- nach von der Form getrennt. Der Stein wurde erst

wünschtes Sintern während des Brennens verursa- durch Stehenlassen bei Raumtemperatur zwei Tage

chen. 40 lang getrocknet und danach zweimal 24 Stunden im

Dies kann vermieden werden, falls das Calcium- Trockenschrank bei 110° C. Der Trocknungs-

carbonat in Form von zermahlenem Kalkstein züge- schwund betrug 4,75 % linear im Verhältnis zu den

setzt wird, z.B. gemahlener Kalk oder gemahlene Abmessungen der Form. Der so getrocknete Stein

Kreide, in einer solchen Menge, daß die Tonmi- wurde in einem elektrischen Ofen gebrannt, zunächst

schung einen CaCO₃-Gehalt von 15 bis 30 % be- 45 10 Stunden bei 500° C, bis das organische die Poro-

kommt. In diesem Fall wird eine Erleichterung in der sität vergrößernde Material vollkommen ausgebrannt

Fabrikation erzielt, weil es leichter ist, eine homo- war, und dann 4 Stunden bei 850° C. Der

gene Mischung aus Feuerton und gemahlener Kreide Schwund bei diesem Brennen betrug 1,48 %> linear

oder gemahlenem Kalk zu erzielen als aus zwei ver- im Verhältnis zu den Abmessungen des getrockneten

schiedenen Tonarten, und gleichzeitig kann ein Stein 5° Steines. Der erzielte Stein hatte nach dem Brennen

erzielt werden, dessen Schwund, wenn er Maximal- ein Raumgewicht von 484 kg/m³,

temperatur ausgesetzt wird, nur zwischen 0,25 und Zur Überprüfung der Eigenschaften des Steines

0,5 % liegt. Ein solcher Stein wird aber etwas teurer unter Anwendungsbedingungen wurde der Stein

als Steine, die unter Verwendung von gewöhnlichem einem Nachbrennen ausgesetzt, z. B. 4 Stunden bei

Ton hergestellt sind, weil der teure Feuerton den 55 950° C und später ebenfalls 4 Stunden bei 1080

ganzen Ton ausmacht. bis 1090° C, was der maximalen Anwendungstempe-

Wenn das Calciumcarbonat in Form von Kalkstein ratur entspricht. Die Brenntemperatur lag somit zugesetzt wird, ist es zweckmäßig, daß die fertige 240° C unter der maximalen Anwendungstempera-Tonmischung einen CaCO₃-Gehalt von mindestens tür. Nach dieser Behandlung zeigte der Stein einen 15 °/o hat, während bei Verwendung von gewöhnli- 60 nachträglichen Schwund von nur 0,80 % linear,
chem Ton als Zusatzmittel ein CaCO₃-GeImIt von . .
10% vollkommen genügt, was möglicherweise auf Beispiel 2
der gegenseitigen Einwirkung zwischen den beiden 2210 g, entsprechend 3,51, getrockneter und pulverschiedenen Tonarten beruht. verisierter englischer Pfeifenton aus Newton Abbed,

Erfindungsgemäß sollten die Steine bei einer 65 Devon, England, mit einer Partikelgröße kleiner als

Höchsttemperatur gebrannt werden, die 100 bis 125 Mikron und 553 g, entsprechend 0,91, getrock-

300° C und sogar bis 350° C unter der maximalen neter und pulverisierter Kalkstein (aus Erslev, Mors,

Anwendungstemperatur des fertigen Steins liegt. Dänemark) mit einer Partikelgröße unter 60 Mikron

wurden trocken gemischt, indem gleichzeitig 930 g, entsprechend 6,91, Tannensägemehl und 54 g, entsprechend 3,21, expandierte Polystyrolperlen zugesetzt wurden. Nachdem diese Stoffe so weit trocken zusammengemischt waren, daß eine ganz homogene Mischung erzielt war, wurden 2000 ml Wasser zugegeben und eine gründliche Knetung vorgenommen. Die Mischung wurde in einer Form mit den Abmessungen 240,5 X 119,5 X 55,0 mm gepreßt, und die Form wurde unmittelbar nach dem Formen weggenommen. Aus der Mischung wurden vier Steine geformt. Die Steine wurden erst durch Stehenlassen bei Raumtemperatur zweimal 24 Stunden getrocknet und danach noch zweimal 24 Stunden im Trockenschrank bei 110° C. Der Trocknungsschwund betrug 5,2% linear im Verhältnis zu den Abmessungen der Form.

Die so getrockneten Steine wurden danach in einem elektrischen Ofen gebrannt, zunächst 10 Stunden bei 500° C, bis das organische die Porosität erhöhende Material vollkommen ausgebrannt war, und danach 4 Stunden bei 850° C. Der Schwund beim Brennen betrug 2,6 °/o, bezogen auf die Abmessungen der getrockneten Steine. Die erhaltenen Steine hatten nach dem Brennen ein Raumgewicht von 507 kg/m³.
Zur Überprüfung des Verhaltens der Steine unter

ίο Anwendungsbedingungen wurden die Steine bei maximalen Anwendungstemperaturen, nämlich 4 Stunden lang bei 1120° C und danach noch 4 Stunden bei 1200° C nachgebrannt. Der Nachschwund beim Nachbrennen betrug insgesamt nur 0,36 %>. Die Brenntemperatur lag hier 350° C unter der maximalen Anwendungstemperatur.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von halbfeuerfesten Isoliersteinen unter Anwendung einer calciumcarbonathaltigen Tonmischung, die nach Zugabe von Wasser und organischen Füllstoffen zu Steinen geformt und gebrannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß feuerfester Ton (Segerkegelschmelzpunkt über Kegel 26) mit Wasser, organischen Füllstoffen und solchen Mengen an Mergel, Kalkstein oder Kreide, daß die Tonmischung einen 10- bis 30%>igen Gehalt an CaCO₃ enthält, vermischt, zu Steinen verformt und bei Temperaturen, die 100 bis 350⁰C unter der maximalen Anwendungstemperatur des fertigen Steins liegen, gebrannt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gewöhnlicher kalkhaltiger Ton in einer solchen Menge, daß die Tonmischung einen CaCO₃-Gehalt von 10 bis 20% bekommt, zugesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zermahlener Kalkstein, vorzugsweise Kalk oder Kreide, in einer solchen Menge, daß die Tonmischung einen CaCO₃-Gehalt von 15 bis 30 % bekommt, zugesetzt wird.