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Verfahren zur Herstellung hochfeuerfester, basischer Isoliersteine
Im Bau technischer Öfen verschiedenster Art, wie sie zur Vornahme von Arbeitsprozessen
bei höheren Betriebstemperaturen dienen, besteht aus Gründen der Wärmeökonomie und
zwecks Schutz der metallischen Ofenarmierung das Bedürfnis nach einem hochfeuerfesten,
basischen Isolierstein, das derzeit auf fabrikatorisch einfache Weise noch nicht
befriedigt werden kann. Die Schwierigkeiten, die sich der Erzeugung solcher Isoliersteine
entgegenstellen, sind teilweise wirtschaftlicher, teils technischer Natur. Isoliersteine
werden meist aus Isoliererden, Schamotte oder Silika erzeugt, doch sind diese Stoffe
saurer Natur. Sie verhalten sich bei den in Betracht kommenden hohen Temperaturen
im Kontakt mit einer basischen feuerfesten Auskleidung des Ofens, die sie zu isolieren
haben, nicht neutral. Auch ist ihre Feuerfestigkeit für viele Anwendungszwecke ungenügend.
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Bessere Ergebnisse werden mit porösen Steinen erzielt, die aus feuerfesten,
basischen oder neutralen Oxyden, etwa Magnesiumoxyd bzw. Chromoxyd
(die
auch in Mischung verwendet werden), bestehen, doch ist die Herstellung solcher Steine
nach den bekanntgewordenen Verfahren umständlich. Die Vorgangsweise ist die, daß
diese Oxyde gemahlen, gemischt und nach Zusatz von Ausbrennstoffen gebrannt werden.
Auch hat man schon poröse Steine aus diesen Stoffen dadurch erzeugt, daß man in
eine teigige Ausgangsmasse chemisch mit der Feuchtigkeit unter Gasentwicklung reagierende
Stoffe einarbeitetet so daß es zu einer Auflockerung der Masse unter dem Einfluß
des Gases kommt. Beide Methoden bedingen neben hohen Kosten gewisse Qualitätseinbußen
des Endproduktes, indem die Festigkeit des fertigen Steines als Folge der Beimischung
von fremden Stoffen und, im zweiten Fall; auch der gewaltsamen Auftreibung des Preßkörpers
vermindert ist. Sofern man die Ausgangskomponenten des Steines gemeinsam mahlt,
erleidet der so erhaltene Rohstein beim folgenden Brande unerwünschte Formänderungen.
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Die Erfindung fußt auf der Erkenntnis, daß es auch ohne Zusatz fremder
Stoffe möglich ist, einen vorzüglichen, mehr als 35 Volumprozent Porosität aufweisenden
basischen Isolierstein durch Pressen und nachfolgende Erhitzung eines ein Rohkarbonat
enthaltenden Preßlings auf wirtschaftlichem Wege, also .dadurch zu erzeugen, daß
man von einem Stoffgemenge ausgeht, das einen genügend großen Anteil eines Rohkarbonates
enthält, das befähigt ist, durch bloße Erhitzung seine chemisch gebundene Kohlensäure
abzugeben, was zur Porenbildung ausgenützt werden kann. Die vorliegende Erfindung
besteht nun darin, daß eine erhebliche Menge feinkörniger Bestandteile enthaltende
feuerfeste Grundmasse, wie Chromit, Magnesia, Zirkon od. dgl., mit einem in gröberer
Körnung vorliegenden Karbonat, das gewichtsmäßig ungefähr zur Hälfte aus Kohlensäure
besteht, wie Dolomit, Magnesit od. dgl. vermischt und, gegebenenfalls nach Formung,
bis zum Sintern bzw. bis zur keramischen Bindung der Grundmasse gebrannt wird. Durch
geeignete Bemessung der Anteile dieser beiden das Ausgangsstoffgemenge ergebenden
Komponenten im Hinblick auf die angestrebte Festigkeit und Formbeständigkeit des
Steines einerseits und auf die durch Austreibung der Kohlensäure maßgeblich beeinflußte
endgültige Porosität des Isoliersteines andererseits lassen sich nämlich auf diese
einfache Weise Steine herstellen, die allen an sie gestellten Forderungen unbeschadet
des sehr einfachen Herstellungsverfahrens entsprechen. .
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, Steine, die zur Auskleidung von
Ofen bestimmt, also nicht Isoliersteine im eigentlichen Sinne sind, dadurch zu erzeugen,
daß man ein Rohkarbonat, das Rohmagnesit oder Rohdolomit sein kann, mit Chromoxyd
innig mahlt und diese Mischung in feuchtem Zustand zu Steinen preßt, die daraufhin
gebrannt werden. Auf diese Weise ist es weder möglich noch beabsichtigt, feuerfeste
Isoliersteine zu erhalten, die hohen Anforderungen hinsichtlich Festigkeit, Formbeständigkeit
beim Brande und genügend niedriger Wärmeleitfähigkeit entsprechen. Gute Ergebnisse
werden nämlich, wie gefunden wurde, nur dann erhalten, wenn die beiden Komponenten
des Ausgangsstoffgemenges befähigt werden, durch eine deutliche Differenzierung
ihrer Kornklassierung verschiedene Funktionen zu übernehmen. Durch die vorliegend
vorgeschlagene feine Körnung der Grundmasse erhält man, richtige Stoffauswahl vorausgesetzt,
das dem Stein durch den Brand Formbeständigkeit und Festigkeit verleihende Traggerüst,
während das gröbere Karbonatkorn die Funktion des Formbildners ausübt und dabei
zu Pdren entsprechend der Größe des ursprünglichen Karbonatkornes führt. Wählt man
die beiden Kornklassen voneinander wesentlich verschieden, so kann ein festes Traggerüst
trotz grobporiger Steinstruktur erhalten werden. Es sei bemerkt, daß es an sich
nicht neu ist, einem aus totgebranntem Magnesit bestehenden Steinausgangsmaterial
Rohmagnesit zum Zwecke beizugeben, um die Porosität des Endproduktes zu erhöhen.
Die damit erzielten Porositäten übersteigen jedoch 35 Volumprozent nicht.
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Nach dem Verfahren ist es möglich.. hochwertige poröse Isoliersteine
auf Chrommagnesitbasis herzustellen, doch kann das Verfahren auch auf andere Ausgangsstoffe
entsprechender Eigenschaften angewendet werden. Gute Ergebnisse lassen sich mit
allen basischen, hochfeuerfesten Grundmassen erzielen; -als solche kommen außer
Chromit und Magnesia auch Kalziumoxyd (gebrannter Kalk) sowie die Oxyde des Zirkons,
Titans und des Thoriums in Betracht, obgleich diese Stoffe teurer sind als die erstgenannten.
Auch kann man der Grundmasse Altsteinmaterial in entsprechender Mahlung beifügen,
wozu bemerkt sei, daß die Verwertung von Chromit- oder Magnesitaltsteinen zur Erzeugung
von wieder verwendbaren feuerfesten Steinen an sich nicht rieu ist.
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Die Grundmasse muß nicht schon vor dem Brande des Steinformkörpers
ein hochfeuerfestes Oxyd sein; es genügt, daß sie befähigt ist, im fertigen Stein
ein hochfeuerfestes Traggerüst zu ergeben. So kann die Grundmasse beispielsweise
Forsterit (Magnesiumorthosilikat) sein, der sich während des Brandes nicht verändert
und ein brauchbares Traggerüst liefert; es kann Forsterit aber auch erst während
des Brandes gebildet werden, wozu man beispielsweise von einer unter Bedachtnahme
auf das stöchiometrische Verhältnis der Komponenten des angestrebten Endproduktes
zusammengestellten Menge von Serpentin oder Dunit mit entsprechenden Zusätzen, etwa
von Magnesia, ausgehen kann. Der Einfluß der Wärmeleitfähigkeit des so erhaltenen
Traggerüstes auf-die Wärmeleitfähigkeit des fertigen Isoliersteines ist dabei erfahrungsgemäß
unbedeutend.
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Als porenbildende Karbonate kommen praktisch Rohmagnesit und andere
Karbonate mit einem C 02 Gehalt in der ungefähren Höhe ihres halben Gewichtes, z.
B. Dolomit und Kalkstein, diese jedoch auch in Gemengen, in Betracht. Bei Verwendung
von
Dolomit ist der Zusatz von Stabilisatoren zum Ausgangsstoffgemenge zweckmäßig. Als
solche kommen auch die Grundmassen selbst in Betracht.
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Obgleich es durch die erfindungsgemäße Vorgangsweise möglich ist,
Isoliersteine mit sehr großer Porosität zu erzielen, bleibt die zusätzliche Anwendung
von Ausbrennstoffen nicht ausgeschlossen. Als solcher hat sich z. B. gemahlenes
Teerpech bewährt, wie dies an sich bekannt ist.
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Die erzielte Porosität ist um so größer, je größer der Anteil an körnigem,
in das Oxyd umwandelbarem Karbonat ist. Beispielsweise erzielt man bei Zusatz von
etwa 5o% Rohmagnesit zu einer aus Chromit bestehenden Grundmasse Porositäten bis
etwa 50% bei ausreichender Festigkeit und befriedigenden sonstigen technischen Eigenschaften
des Isoliersteines. Der Anteil @ an umwandlungsfähigem Karbonat soll dem gewünschten
Verwendungszweck des Isoliersteines angepaßt sein. Bei besonders hochgetriebener
Porigkeit sinkt jedoch die Festigkeit des Steines stark.
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An Körnungen hat sich grundsätzlich eine feine Körnung für den Grundstoff
(etwa o bis max. 2 mm) und eine gröbere (etwa 2 bis max. io mm) für das Karbonat
oder die Karbonate als vorteilhaft erwiesen. Allgemeiner ausgedrückt, soll die Grundmasse
einen Feinanteil ab o mm in. genügender Menge enthalten, wobei die Anwesenheit einer
geringeren Menge an gröberem Korn nicht stört, während die Karbonatkomponente vorwiegend
aus gröberem Korn bestehen soll.
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Als Bindemittel der Masse ist außerdem stets ein Zusatz von Magnesiumsulfat
in an sich bekannten Mengen zweckmäßig.
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Ausführungsbeispiel i 55 Gewichtsteile Chromerz der Feinheit o bis
i,7 mm werden mit 45 Teilen Rohmagnesit der Feinheit 1,7 bis 4,5 mm zuerst trocken,
sodann mit einem der üblichen Kaltbindemittel, z. B. Zellpech gemischt, worauf diese
Mischung mit einer geeigneten Bindelösung, beispielsweise 3 Gewichtsteilen einer
Mg S 04 Lösung von 26° Be versetzt und unter Anwendung eines Zoo bis iooo kg/cm'
betragenden Preßdruckes zu Steinen verpreßt wird. Der ausgeformte Stein wird getrocknet
und anschließend bei etwa i6oo° C gebrannt. Man erhält einen Isolierstein, der gegenüber
dem Rohstein nur wenig Schwindung aufweist und undeformiert aus dem Ofen kommt.
Er hat eine mittlere Wärmeleitfähig-keit von etwa kcal/mh ° C; bei einer Porigkeit
von etwa 5o olumprozent, .
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Ausführungsbeispiel 2 V 6o Gewichtsteile Chromerz der Feinheit o bis
i,7 mm werden mit 4o Gewichtsteilen Rohdolomit der Feinheit i bis 3 mm gemischt
und wie bereits angegeben gebunden und gepreßt, anschließend gebrannt. In diesem
Fall dient der Chromit gleichzeitig als Stabilisator. Der fertige Stein hat eine
mittlere Wärmeleitzahl von ungefähr i,o kcal/mh ° C und eine Porigkeit von 45 Volumprozent.
_ Ausführungsbeispiel 3 .5a,7 Gewichtsteile Serpentin der Körnung o bis i,7 mm werden
mit 9,3 Gewichtsteilen Magnesia der Körnung o bis 0,3 mm sowie 3o Gewichtsteilen
Rohmagnesit der Körnung 3 bis 6 mm gemischt, wozu noch ein Zusatz von 3 Teilen Ton
in feiner Mahlung als Bindemittel und ein Zusatz von 5 Teilen Teerpech als Ausbrennstoff
kommen. Die beiden erstgenannten Komponenten ergeben beim Brand das aus Forsterit
bestehende Traggerüst. Das fertige Gemenge wird in der bereits angegebenen Weise
gepreßt und bei etwa i6oo° C gebrannt. Der fertige Stein hat eine mittlere Wärmeleitzahl
von ungefähr o,85 kcal/mh ° C und eine Porigkeit von ungefähr 5o Volumprozent.
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Die guten Porigkeitseigenschaften der nach dem vorliegenden Verfahren
erhaltenen Preßkörper erlauben es, diese auch als Hohlsteine auszubilden, wie dies
auch für feuerfeste Steine an sich bekannt ist.