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Verfahren zur Herstellung glaskristallinischer Massen
Die Erfindung betrifft die Technologie der Herstellung feinstruktureller glaskristallinischer (glassteiniger) Massen zur Formung verschiedenartiger glaskristallinischer Materialien, Bauelemente und Erzeugnisse mittels Glasformapparaten und-maschinen.
Feinstrukturelle glaskristallinische Massen zeichnen sich durch Vielfältigkeit ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften aus und finden eine breite Anwendung bei der Herstellung einer grossen Anzahl von technischen und Baumaterialien, Erzeugnissen und Bauteilen, die durch Formen mittels Glasformapparaten und-maschinen erzeugt werden. Kristallinischen Massen solcher Art haben sich dank ihrer Eigenschaften, wie hohe mechanische Festigkeit, chemische Beständigkeit, Thermostabilität, elektrischer Widerstand usw. durchgesetzt. Für manche Zwecke sind derartige glaskristallinische Materialien, Erzeugnisse und Bauteile schon unersetzbar geworden.
Wegen der oben erwähnten Eigenschaften könnten glaskristallinische Massen in noch weiterem Umfang und auch für andere Zwecke angewendet werden, als es bisher geschieht, wenn diesem Wunsche derzeit nicht die umständlichen technologischen Herstellungsverfahren, die teuren chemischen Rohstoffe als Ausgangsmaterial und die Notwendigkeit entgegenstünden, teuere und seltene Elemente und deren Verbindungen als Zugaben zu verwenden.
Die Erfindung ermöglicht, die technologischen Schmelzverfahren und die Herstellung glaskristallinischer Massen beträchtlich zu vereinfachen sowie die Anwendung teuerer chemischer Rohstoffe sowohl als Basis als auch als Zugabe überflüssig zu machen.
Es ist bereits ein Verfahren zur Herstellung kristalliner und poriger Schlackensteine aus Schlackenschmelzen von Hochöfen und Hüttenbetrieben sowie aus Aschenschmelzen von Kraftwerken bekannt.
Dieses Verfahren besteht darin, feuerflüssiger Schlacke in bestimmten Mengen Zusätze von bestimmten natürlichen Gesteinen bzw. Mineralien in gekörnter oder pulveriger Form beizumischen. Diese Zuschläge sind Gesteine von basischer oder ultrabasischer Beschaffenheit, nämlich Serpentin, Pikrit, einschliesslich pikritischer Grünerde, Saxonit, Harzburgit, Diabas, Melaphyr, sowie die Gruppen der Chlorit-, Talk-, Serizit- (Ottrelith- und Karpholit-) Schiefer, Phyllite, sowie sedimentäre Glaukonitgesteine, oder Brauneisenerz, chamositische oder thuringitische Eisenerze sowie Bauxit. Die Temperatur der Schlackenschmelze sinkt dabei ab. Der nach diesem Verfahren hergestellte Schlackenstein ist porös und kristallin und soll sich besonders als Zuschlagstoff für die Herstellung von zementgebundenen Leichtbetonsteinen eignen.
Das wesentliche dieser Erfindung besteht darin, dass feuerflüssige Hüttenschlacke als wesentlicher Rohstoff für Herstellung feinstruktureller glaskristallinischer Massen verwendet wird, in der man bei intensivem Vermischen saure Zugaben bis zu 90'/0 vom Gewicht der Schlacke auflöst. Als saure Zugaben sind Quarzsand od. ähnl. Mineralien zu verwenden, die keine Erze enthalten.
Die Auflösung der sauren Zugaben in feuerflüssiger Hüttenschlacke erfolgt bei einer Schmelztem-
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peratur, die den Bedingungen nach voller Auflösung mit Rücksicht auf die von der Schmelze zu akkumulierende exothermische Wärme entspricht, damit die Möglichkeit der nachfolgenden Formgebung gesichert wird.
Intensives Vermischen der Schmelze, z. B. mittels Barbotierens, bedingt die Schmelzhomogenität der glaskristallinischen Masse und stellt einen der entscheidenden Schritte des Herstellungsprozesses dar.
Die auf diese Weise zusammengeschmolzene glaskristallinische Masse erreicht hiedurch die notwendige Formbarkeit und zugleich die Möglichkeit des nachfolgenden Glühens aus ihr bestehender bzw. geformter Materialien, Erzeugnisse und Bauteile.
Je nach dem Bestimmungszweck der glaskristallinischen Masse sowie nach den vorgegebenen Raumgewichts- Viskositäts- und Erstarrungsgeschwindigkeitsdaten und im Hinblick auf eine nachfolgende Bearbeitung werden die Mengen der sauren Zugaben bestimmt und entsprechende Mittel der Entfärbung, Dämpfung oder Färbung verwendet. Um die Formbarkeit zu erhöhen, wenn dies betriebsseitig verlangt wird, werden Flussmittel bis zu 15% vom Schlackengewicht in die Schmelze eingeführt, u. zw. in Form von Alkali- und Erdalkaliverbindungen oder Oxyden.
Um eine Kristallisation des Schlackenglases herbeizuführen, werden in dieses Kristallisationskerne in Form von Fluosulfiden, Phosphaten, Chrom-, Titan- oder Manganoxyden in einer Menge von 1 bis 10 Gew.-% eingebracht, die bei der Glaskristallisation als Kernbildner wirken. Um die nachfolgende katalytische Kristallisierung zu erleichtern, wird die Schmelze mit einer feindispersen Gasphase gesättigt, falls es erforderlich ist, das Raumgewicht der glaskristallinischen Masse zu senken ; falls aber das Raumgewicht und die Festigkeit zu erhöhen sind, wird die Schmelze teilweise oder völlig entgast, indem man Zugaben, je nach Bedarf bis zu l o vom Schmelzgewicht, in Form von Keimkristallen, beispielsweise Gemische von Sulfiden und Chloriden, benutzt.
Nachstehendem sind einige Kernbildner-Varianten angeführt ; die Auswahl der Kernbildner hängt von den vorhandenen Rohstoffen und von den wirtschaftlichen Erwägungen ab.
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<tb>
<tb>
Variante <SEP> Kristallisations-Kernbildner <SEP> Zusatzmenge <SEP> Gel.-%
<tb> I <SEP> Schwermetallsulfide <SEP> (MnS+FeS) <SEP> 1, <SEP> 5-5 <SEP>
<tb> II <SEP> Schwermetallsulfide <SEP> (MnS+FeS) <SEP> 1, <SEP> 5-5 <SEP>
<tb> und <SEP> Fluor <SEP> 1, <SEP> 6-2, <SEP> 5 <SEP>
<tb> III <SEP> Titandioxyd <SEP> Tio, <SEP> 3-6 <SEP>
<tb> und <SEP> Phosphorsäureanhydrid <SEP> Pros <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 10 <SEP>
<tb> IV <SEP> Chrom <SEP> oxyd <SEP> Cr <SEP> Z03 <SEP> 1, <SEP> 3 <SEP>
<tb> zusammen <SEP> mit <SEP> Magnesiumoxyd <SEP> 5-10
<tb>
Die Kristallisation von Kernbildner enthaltendem Schlackenglas wird durch eine Wärmebehandlung in einem zweistufigen Kristallisationsverfahren hervorgerufen, in dem Material mit feinkristallinem Gefüge entsteht,
wobei die einzelnen Kristalle nicht grösser sind als 2 bis 3u und der Anteil derkristallinen Phase 7 (J1/0 übersteigt. Das auf diese Weise hergestellte Material unterscheidet sich seinem Gefüge und seinen physikalisch-chemischen Eigenschaften nach prinzipiell von den früher bekannten Materialien der Art von Stein- oder Schlackenguss.
Durch die folgenden Beispiele wird die Erfindung näher erläutert.
Beispiel l : Beim Abgiessen bei einer Temperatur von 135 0 C wird die feurig flüssige Schlacke sofort in einem Konverter gegossen. Gleichzeitig wird in den Konverter, in welchem eine Temperatur von etwa 1400 bis 1450 C aufrecht erhalten wird, Quarzsand in einer Menge von 5 (J1/0 des Gewichtes der eingegossenen flüssigen Schlacke eingeführt.
Während einer Zeit von 15 bis 30min wird die Schmelze im Konverter mit Hilfe von Verbrennungsgasen gemischt und vergleichmässigt sich infolge des intensiven Brodelns.
Aus dem Konverter wird die Schlackenglasmasse mittels einer Speisevorrichtung den diversen Formmaschinen und-apparaten zugeführt, in welchen mit. Hilfe aller in der Glastechnologie bekannten Methoden (Guss, Ausziehen, Walzen, Blasen, Pressen und Blasen usw.) Erzeugnisse hergestellt werden.
Beispiel 2 : Das Verfahren wird so durchgeführt, wie im Beispiel 1 beschrieben wurde. Jedoch werden zur Herstellung dünner Erzeugnisse und zur Herabsetzung der Viskosität der Schmelze bis zu 6% Na 0 über Na So zusammen mit dem Sand hinzugesetzt. Nach dem Formen der Erzeugnisse aus der
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glasartigen Masse werden diese in einen kontinuierlich arbeitenden Glühofen eingebracht, in welchem eine thermische Behandlung durchgeführt wird, die von der Beschaffenheit der Erzeugnisse, z. B. deren Wandstärken und/oder der Gestalt bzw. der in Aussicht genommenen Verwendung abhängt.
Zum Beispiel wird bei 6 bis 8 mm dicken Walzplatten ein zweistufiges Wärmebehandlungsverfahren angewendet. Nach Einführung in den Ofen wird eine Temperatur von 7000C 30 min aufrecht erhalten.
Hierauf wird binnen 1 h auf 900 C erwärmt. Die Gegenstände bleiben 1 h auf dieser Temperatur und werden dann im Verlaufe von 2 h abgekühlt.
Nach der Wärmebehandlung und Abkühlung wird das Erzeugnis glaskristallinisch.
Beispiel 3 : Im nachstehenden Beispiel sind die Wärmebehandlungsbedingungen bei der Herstellung einer 8 bis 10 mm dicken gewalzten Tafel angegeben :
Temperatur der I. Kristallisationsstufe 700 C
Behandlungszeit 30 min
Temperatur der II. Kristallisationsstufe 900 C
Behandlungszeit 1 h
Geschwindigkeit des Temperaturanstieges von der I. zur II. Kristallisationsstufe 60C/min PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung glaskristallinischer Massen, dadurch gekennzeichnet, dass einer feuerflüssigen Schmelze aus Hüttenschlacke saure Zugaben in Form von Quarzsand od. ähnl. silikathaitigen, erzfreien Mineralien bis zu 9 o des Schlackengewichtes zugesetzt und in dieser aufgelöst werden, diese Zugaben mit der Schlackenschmelze z.
B. mittels Barbotierens, innig vermischt werden, die Schmelztemperatur nach den Verhältnissen eines vollen Auflösens der Zugaben und nachfolgender
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die das Entstehen eines feinkörnigen Gefüges sichern, vorgenommen wird bzw. nach der Formung der Erzeugnisse gegebenenfalls eine Wärmebehandlung angeschlossen wird.