DE656877C - Verfahren zur Herstellung von Glaswannenbloecken - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung von Glaswannenblöcken Die Erfindung betrifft die Herstellung von Glaswannenblöcken aus aluminiuinsilicatischen feuerfesten Massen, die gegenüber dem Angriff geschmolzenen Glases hoch widerstandsfähig sind.
• Allgemein bezweckt die Erfindung, eine neue Versatzmischung und ein neues Verfahren zu schaffen, um durch deren Anwendung dichte Blöcke für Glaswannenöfen bei hoher Temperatur mit größerer Sicherheit und Einfachheit und mit geringerem Ausschuß als bisher brennen zu können, wobei gleichzeitig die gebrannten Erzeugnisse einen ungewöhnlichen Reinheitsgrad und infolgedessen Eigenschaften besitzen, welche sie außerordentlich widerstandsfähig gegenüber dein Angriff durch geschmolzenes Glas machen.
• Es ist bekannt, feuerfeste Massen herzustellen, die im allgemeinen den gemäß der Erfindung erzeugten Massen ähnlich sind. Z. B. hat man empfohlen, als Ausgangsstoffe Tone und Kaoline zu verwenden, die von Anfang an ganz frei von schädlichen Verunreinigungen sind, wie Eisenoxyden und Alkalioxyden, wodurch ausnehmend reine Gegenstände erzeugt werden. Ferner ist für die Herstellung feuerfester Massen aus solchen Rohstoffen ein Verfahren bekanntgeworden, das im allgemeinen dem Verfahren gemäß der Erfin-dung ähnlich ist. Dieses Verfahren umfaßt kurz folgende Stufen: Mahlen der Bestandteile zu außerordentlicher Feinheit und inniges Mischen, Bereitung der Grundmasse, Vereinigung der Grundmasse mit einem ungebrannten Bindemittel, Formen der endgültigen Mischung z. B. durch Trockenpressung und schließlich Brennen der Gegenstände bei einer Temperatur, bei, der alle Bestandteile zu Mullitkristallen in einer glasigen Muttermasse umgewandelt werden, kristallinische Kieselsäure aber gänzlich eliminiert wird.
• Dieses Verfahren ergibt Erzeugnisse, die nicht nur .die obengenannten kristallographischen und chemischen Eigenschaften besitzen, sondern auch vorzügliche physikalische Eigenschaften aufweisen, wie geringe Porosität, hohes spezifisches Gewicht, gleichförmiges und feines Gefüge.
• Obwohl aber gemäß dem genannten Verfahren in erfolgreicher Weise feuerfeste Massen erzeugt werden können und auch erzeugt worden sind, können doch praktische Schwierigkeiten bei seiner Anwendung auftreten, besonders beim Brennen verhältnismäßig dichter, trockengepreßter Körper von großen Ausmaßen. Die physikalischen Eigenschaften der Tone und anderer gegebenenfalls dem Ton zugefügter Ausgangsstoffe können nämlich unkontrollierbare, nicht gleichmäßige Volumenveränderungen während des Brennenn oder des Abkühlens oder während des Brennens und des Abkühlens hervorrufen und dadurch Formänderungen öder Rißbildüngen oder beides bei den Gegenständen ergeben.':'. Diese Mißstände können sich infolge mangAii-j# der Genauigkeit der Temperaturkontrolle v Wx stärken, die in betriebsmäßigen ijfen, die bei hohen Temperaturen, z. B. 1565r' C, arbeiten, nicht leicht durchzuführen ist: Gemäß der vorliegenden Erfindung geht man von einem Versatz. aus; der aus einem Gemenge von etwa 2%3 nicht plastischem, sehr reinem Kaolin, wie Georgia-Klondike-Kaolin, etwa 1/0 sehr reinem plastischem Ton (Georgia-GI-Ton) und etwa 7,5 0/0 Feldspat hergestellt Wird, und verwendet eine Mischung von etwa 35 Gewichtsteilen eines derartigen Gemenges im ungebrannten Zustand mit etwa 65 Gewichtsteilen in vorgebranntem Zustand, so daß der Gehalt der Enderzeugnisse an Alkalioxyden und anderen schädlichen Verunreinigungen insgesamt etwa 1,d.40%0 nicht übersteigt.
• Die Benutzung von Feldspat als Flußmittel zur Herstellung feuerfester Körper ist bekannt. Auch hat man bereits Feldspat als Zusatz bei der Herstellung von Glashäfen, insbesondere zur Erzeugung einer porzellanartigen Auskleidung derselben, verwendet. In diesen Fällen handelt es sich aber um Massen mit erheblichem Flußmittelgehalt, die für standfeste und korrosionssichere Wannenblocke nicht verwendbar sind.
• Die Erfindung besteht in der Erkenntnis, daß durch die gleichzeitige Anwendung hoher Brenntemperaturen und die innige Mischung durch Vermahlen der erwähnten Grundstoffe bis zu einer äußerst feinen Verteilung unter Zusatz von Feldspat bis zu 7,5 % des Ausgangsversatzes feuerfeste Körper hergestellt werden können, deren Gehalte an Eisen- und Alkälioxyden den Höchstwert von 1,4q.010 nicht übersteigen. In diesem Versatz wird die Geschwindigkeit und der Umfang der Verglasung und die Viskosität des Glases während des Brandes durch den Feldspatgehalt geregelt, und Volumenveränderungen und sonstige durch die Tone bedingte Wirkungen werden vollständig ausgeschaltet: Der Feldspat hat eine hohe Viskosität und einen weiten Temperaturbereich der Verglasung und vergrößert daher den Bereich der Verglasung in der Mischung im ganzen. Ferner verhindert der Feldspat Verwerfungen, Schrumpfungen und Rißbildungen während des Brandes und gestattet ein verhältnismäßig rasches Abkühlen der Blöcke ohne irgendwelche nachteiligen Folgen.
• Das auf Grund der Erfindung erhaltene feuerfeste Erzeugnis unterscheidet sich scharf von allen bisherigen feuerfesten Stoffen durch seinen niedrigen Gesamtgehalt an Eisen, Alkalien und Alkalioxyden oder überhaupt Fltrß-:@mitteln irn Verein mit seinen technischen vr;genschaften.
• ;_@-Dies rührt daher, daß durch das erfindungsinäße Brennverfahren der Gehalt der fertigen Blöcke an Alkalimetalloxyden ganz wesentlich geringer ist als der des Ausgangsversatzes. Es muß also betont werden, daß es sich bei der Erfindung um die gemeinsame Anwendung einer äußerst feinen Mahlung und Mischung der obengenannten Grundstoffe, sehr hoher Brenntemperaturen und der besonderen Arbeitsweise gemäß der Erfindung handelt und daß erst durch das Zusammenwirken dieser Maßnahmen der Erfolg erzielt wird, daß eine verhältnismäßig große Menge der Alkalioxyde während des Brandes verflüssigt wird, nachdem sie sich vorher sehr nützlich ausgewirkt haben. Einen großen Anteil an diesem Erfolg hat die äußerst feine Mahlung.
• Folgende Zusammensetzung ist ein Beispiel für eineVersatzmischung, die zurAnwendung eeiznet sein kann

  Nicht plastischer Kaolin 62,5 0f a

  plastischer Bindeton ... 30 0/0

  Feldspat . . . 7,5%.

  Der nicht plastische Kaolin soll den Charakter von Georgia-Klondike-yVeißkaölin haben, der bei McIntyre, Wilkinson County, Georgia, gewonnen wird und ein weicher, weißer und nicht plastischer Kaolin ist. Der plastische Bindeton soll den Charakter von Georgia-G,-Ton haben, der ein plastischer Ton ist und von der Savannah Kaolin Co. in Gordon, Georgia, bezogen werden kann. Diese Tone oder ihnen ähnliche Tone sind im Bulletinz5z des U.S.Büreau of Mines, Seiten 15,41 und .I2, besonders beschrieben. Irgendein bekannter, vom Markt bezogener Feldspat kann verwendet werden, wie z. B. der aus dem Lagerbei Bedford Hills, NX., gewonnene Feldspat.
• Der Georgia-Klondike-Kaolin sucht die Schrumpfung des plastischen Bindetons in gewissem Grade aufzuheben und übt die weitere Funktion aus, daß der-Kieselsäuregehalt des Erzeugnisses erhöht und die Standfestigkeit bei hohen Temperaturen verbessert wird. Dieser Kaolin' wird für sich allein nicht unter I537° C dicht und hat in ungebranntem Zustande nur geringe mechanische Festigkeit. Er hat eine sehr geringe Brennscliwiiidung und einen - hohen Erweichungspunkt, d. 1i. Kegel 34..
• Weil der Georgia-Kaolin nicht plastisch ist, kann er leicht zu außerordentlicher Feinheit gemahlen werden und erleichtert in großem Maße das erfolgreiche Trockenpressen der ungebrannten Mischung, da er ein Entweichen von Luft zuläßt. Aus diesem und anderen Gründen wird der Georgia-Kaolin gegenüber den anderen Bestandteilen in einer weit überwiegenden Menge verwendet.
• Der GI-Ton hat einen erheblichen Plastizitätsgrad und erhöht in der Mischung den Kieselsäuregehalt noch weiter und erzeugt hohe Standfestigkeit in der Hitze. Dieser GI-Ton wird aber in erster Linie verwendet, um der Anfangsmischung für das Formen und Handhaben genügende zeitweilige Festig-],zeit zu erteilen.
• Ferner trägt der GI-Ton zu der mechanischen Endfestigkeit bei und hat außerdem einen hohen Kegelschmelzpunkt (Kegel 34).
• Die Menge an plastischem Ton ist gerade so niedrig zu wählen, wie es mit den Anforderungen an Plastizität für die Formung vereinbar ist; denn .dieser Ton ist, da er Neigung zum Zusammenbacken zeigt, schwieriger zu mahlen und zu pressen als ein Kaolin, der dem oben beschriebenen Georgia-Kaolin gleicht.
• Die Zusammensetzungen der drei Bestandteile sind in der nachstehenden Tabelle angegeben:

  Georgia-Klondike- Georgia-Gl-Ton Bedford-

  Weißkaolin Feldspat YY

  (62,5 °/o) (301/") (MW

  AL 0;; . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , . ... . . . 39,19 3659 =9,3I

  SiO. ................................ 45,24 4475 66,28

  Ti0.................................. 1,61 1,56 0,00

  Fe., 03 . . . . . . . . . . . . . . . .. . .. . . ,. . . . . . .. 0,43 1,22 o,o67

  Ca0 ................................ Spur 0,42 0,17

  Mg0................................ - 0,17 -

  Na_ 0 und Ii_0...................... o,o6 0,10 13,97

  Brennverlust . . . . . . . . . . . . . . . . . . . : . . . . . 13,75 15,63 0,20

  Ioo,28 I 100,44 1oo,oo

  Die vorstehende Versatzmischung wird für die Herstellung der Glaswannenblöcke sowohl zur Bereitung der Grundmasse als auch der ungebrannten Bindestoffe verwendet, die mit der Grundmasse zur Bildung der endgültigen Masse vermischt werden müssen.
• Die drei Bestandteile werden zunächst außerordentlich fein gemahlen, zweckmäßig so fein, daß sie durch ein Standard-U. S.-Sieb Nr. 325 (I25 Maschen auf i cm linear und 15 625 Maschen auf i qcm) hindurchgehen. Dieses Standardsieb ist von dem U. S. Bureau of Standards derart festgelegt, daß es eine Sieböffnung von o,44 mm (0,0017 Zoll) und einen Drahtdurchmesser von o,36 mm (o,ooi4 Zoll) hat, mit einer Toleranz für die durchschnittliche Öffnung von plus oder minus 8 % sowie einer Toleranz im Dralitdurchmesser von minus 15 % bis plus 35 % und weiter mit einer Toleranz bezüglich der Maximalöffnung von 9o %, vgl. Bureau of Standards Specifications for Sieves, U. S.-Standards Sieve series. Indessen kann fein verteilter Feldspat des Handels gewünschtenfalls ohne weitere Mahlung verwendet werden.
• Der gemahlene Kaolin, GI-Ton und Feldspat werden in den richtigen Verhältnissen in Gegenwart von Wasser so gründlich wie möglich durch Schneiden und Kneten oder andere bewährte Verfahren gemischt, um eine innige Vermengung der Bestandteile zu erzeugen.
• Da es wichtig ist, den Eisengehalt des fertigen Erzeugnisses so niedrig wie nur möglich zu halten, empfiehlt es sich, die Stoffe in einer mit Kautschuk ausgekleideten Mühle zu mahlen und in einem mit Porzellan ausgekleideten Tonkneter oder einer sonstigen Mischvorrichtung zu mischen, deren Flächen nicht aus Eisen bestehen. Die gemischte Masse wird in Stücke, wie sie für die Handhabung geeignet sind, geformt, und diese werden dann getrocknet und bei einer Temperatur von 1565' C gebrannt, um die Stoffe in mikroskopische Mullitkristalle in einer glasigen Grundmasse überzuführen.
• Die gebrannte Grundmasse wird bis auf einen beliebigen Feinheitsgrad heruntergebracht und zweckmäßig so fein gemahlen, daß sie durch ein U.S.-Standard-Sieb Nr. 25 (neun Maschen auf i cm linear und acht Maschen auf i qcm) hindurchgellt.
• Die endgültige Gemischmasse für die Glaswannenblöcke wird .dadurch hergestellt, daß etwa 65 Teile der Grundmasse reit etwa 3,5 Teilen der ungebrannten Bindemasse vermischt werden. Die Versatzmischung für die Bindemasse hat die gleiche Zusammensetzung und Mahlfeinheit wie die Grundmasse. Die Mischung wird nunmehr zu Blöcken oder anderen Formlingen durch Trockenpressung unter einem Druck von etwa 16o bis 32o kg/qcm geformt.
• Die Blöcke werden darauf getrocknet und bei 150o bis 16ooo gebrannt, um die Verglasung und teilweise oder beginnende Schmelzung zu Ende zu führen, jedoch ohne allgemeine Schmelzung.
• Ein Glaswannenblock gemäß der Erfindung zeigt folgende Zusammensetzung:

  Ale 03 . . . . . . . : . . . . . . . . . . . . . . 43,90

  Si02 ... .. .............. 5358

  Ti 02 ..:.............. .... 1,75

  Fee 03 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,76

  Ca 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o,oo

  MgG ....... ......... :. 0;0o

  Na. 0 . ... .............. o;68

  Brennverlust ........... . .... 0,01

  I oo, 68

  Die marktgängigen Wannenblöcke haben einen Gesamtgehalt an Eisen und Alkaliinetalloxyden von 2,75/o, 0während das erfindungsgemäße Erzeugnis einen Gesamtgehalt von nur 1,44°/o an Eisen, überhaupt Alkalischem und Alkalimetalloxyden besitzt.
• Die Erzeugnisse gemäß der vorliegenden Erfindung sind ganz oder beinahe ganz weißfarbig, ferner dicht und haben eine geringe Porosität. Die Poren sind eng, rund, von dichten Wänden eingeschlossen und gleichmäßig durch die Masse verteilt. Die Gesamtmasse hat ein scheinbares spezifisches Gewicht in der Höhe von 2,448, ein wirkliches spezifisches Gewicht von 2,72, eine durch Absorption festgestellte Porosität von 8'/, bis o1/0 (das in die offenen Poren hinein absorbierte Wassergewicht gerechnet auf das Trockengewicht) und eine scheinbare Pörosität von weniger als 8% (das in die offenen Poren hinein absorbierte Wassergewicht gerechnet auf das Volumen).
• Das innere Gefüge ist gekennzeichnet durch gleichmäßige, sehr kleine "2\lullitkristalle, die gleichmäßig in einer Muttermasse verteilt sind, die vollständig aus einem amorphen, glasigen Stoff besteht, der an Flußmitteln arm ist und keine unaufgelöste Kieselsäure enthält. Ihr Schmelzpunkt liegt oberhalb 170o° C.
• Die Widerstandsfähigkeit der neuen Glaswannenblöcke gegenüber dein Angriff durch Glas -wurde sowohl im- praktischen Betrieb als auch, durch einen Versuch festgestellt, der Resultate ergab, die mit den im praktischen Betrieb erhaltenen Ergebnissen genau übereinstimmen. Bei diesem Versuch wurde ein Probestück in Form eines `Türfels ztt 1/2 cm in ein Schmelzbad von gewöhnlichem handelsmäßigem Soda-Kalk-Flaschenglas eingebracht, das in einem Platintiegel enthalten war. Dieser wird in einem Ofen auf einer gleichbleibenden Temperatur, zweckmäßig I5375° C, gehalten. Das Ergebnis dieses Versuches wird in der Zahl von Stunden ausgedrückt, die von dem Einbringen der Probe in das geschmolzene Glas an vergehen, bis die Probe vollständig in der Lösung verschwindet.
• Die nachstehende Tabelle veranschaulicht das Verhältnis zwischen den Lebensdauerstunden eines Glaswannenblockesi gemäß der vorliegenden Erfindung, eines üblichen guten Wannenblockes 2 und eines massiven Mullitstoffes 3; der bisher die höchste Lebensdauer in Berührung mit geschmolzenem Glase aufgewiesen hat. Ferner zeigt die Tabelle bestimmte physikalische und chemische Eigenschaften dieser Stoffe gemäß anderweitiger Feststellung.

  Wannenblock Üblicher guter Massiver

  gemäß Erfindung Wannenblock Mullitblock

  Vergleichslebensdauer .. . ....: .... ..... 3,95 1,0 2,59

  Lebensdauer in Stunden gemäß Versuch 14;0o 4,4 11,4

  Scheinbares spezifisches Gewicht....... 2,448 1,932 3,23

  Wirkliches spezifisches Gewicht........ 2,72 2,683 3347

  Porosität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7,540/0 27,4 °/o 0,70 "/"

  .

  Fez 03 -E- Na, 0 -[- Ca 0 . . . . . . . . . . . . . . . . I,44 % 3,73 0/0 2,49),"o

  Fe, 03 -f- Na., 0 . . . . . . . . . . : . . . . . . . I,44 0,"o 2,75 % x;85

  AL; 03: Si 0,-Verhältnis . . . . . . . . . . . . . . o,819 0.494 3,06

  Auf Grund der Anwendung der Erfindung können weiter mit Glas in Berührung kötninende Körper mit einer ungewöhnlichen Widerstandsfähigkeit gegenüber einem anschmelzenden Angriff leichter und wirtschaftlicher als bisher gebrannt werden, weil die ange-,vendete Versatzmischung oder die sich ergebdnden verbesserten Eigenschaften der Erzeugnisse oder beides die Möglichkeit bieten, die Erzeugnisse schnell und doch ohne Gefahr abzukühlen.
• Die außerordentlich hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Angriff durch, Glas bei den Erzeugnissen, die gemäß der Erfindung hergestellt sind, ist besonders im Hinblick auf ihren verhältnismäßig geringen Tonerdegehalt bemerkenswert. Daraus ergibt sich für ihre Herstellung, daß es nicht notwendig ist, teuere und seltene tonerdereiche Stoffe, wie Bauxit usw., zu verwenden, was einen wichtigen wirtschaftlichen Vorteil besonders für die Herstellung von Wannenofenblöcken bildet.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCFI: Verfahren zur Herstellung von Glaswannenblöcken durch Verrpahlung von im wesentlichen aus Kieselerde und Tonerde bestehenden flußmittelarmen Ausgangsstoffen zu äußerster Feinheit, Brennen eines Teiles des Mahlproduktes bei hoher Temperatur, Mischen des zerkleinerten Vorbrandproduktes mit ungebrannter Ausgangsmasse und Formen und Brennen ,dieser Mischung bei hoher Temperatur, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemenge hergestellt wird aus etwa =/3 nicht plastischem Kaolin nach Art des Georgia-Klondike-Kaolins, etwa 1/3 plastischem Ton nach Art des Georgia-G,-Tones und etwa 7,5% Feldspat, daß etwa 35 Gewichtsteile dieses Gemenges in ungebranntem Zustand! mit etwa 65 Gewichtsteilen in vorgebranntem Zustand gemischt werden und-daß diese Mischung durch Trockenpressung mit etwa 16o bis Sao kg/qcm Druck verformt und bei etwa i5oo bis I6oo° gebrannt wird, wobei die Auswahl der Ausgangsstoffe und ihre Verarbeitung sowie das Brennen so durchgeführt wird, daß der fertige Block nicht mehr als insgesamt etwa 1,4q.0/0 an Eisen- und Alkalimetalloxvden und ungefähr 4.1.1/o Tonerde enthält.