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Verfahren zur Herstellung von kfinstlichen feuerfesten Stoffen hoher Dichte aus nichtplastischem
Material.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Steinen, insbesondere von feuerfesten
Steinen, die aus nichtplastischen Stoffen, wie Silicium, Chromerz, gebranntem Magnesit und gebrannten
Stoffen aus der Klasse der Aluminiumsilikate, einschliesslich Diaspor, Cyanit, Kaolin und verschiedener feuerfester Tone, hergestellt werden. Die Erfindung bezweckt, die Herstellung von Steinen von hoher
Dichte, grosser Festigkeit und geringer Porosität durch eine vollkommener gegenseitige Anpassung von abgestuften Grössen der nichtplastischen Stoffe in vorbestimmten Mengen und durch Herabsetzung oder Entfall des Anteiles von Teilchen einer mittleren Grössenordnung.
Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, feuerfeste Steine aus einer Mischung zu bilden, bei welcher die Mengenanteile der verschieden grossen Bestandteile mittels Kurven gleicher Dichte in einem Dreiecksdiagramm ermittelt sind, um ein Maximum an Festigkeit bei hoher Temperatur zu erzielen, die Menge des erforderlichen Bindemittels zu verringern und die hohlen Zwischenräume zwischen den Teilchen zu verkleinern.
In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 ein typisches Dreiecksdiagramm für drei verschiedene Komponenten, die drei verschiedene aufeinanderfolgend abgestufte Grössenbereich von feuerfesten Teilchen desselben Stoffes darstellen, welche Teilchen in verschiedenen Mengenverhältnissen gemäss den Ergebnissen der Untersuchung miteinander vermischt wurden. Die Kurven stellen die geometrischen Orte der Punkte gleicher Dichte des feuerfesten Stoffes dar.
Feuerfeste Steine unterscheiden sich voneinander, abgesehen von der chemischen Natur des Ausgangsmaterials, durch Art und Menge des zwischen den Teilchen gelagerten Bindemittels und durch die Grösse der auftretenden Zwischenräume. Es wurde gefunden, dass es bei feuerfesten Steinen wünschenwert ist, die Grösse der hohlen Zwischenräume zu verkleinern, ohne jedoch hiedurch die Eigenschaften der Steine zu beeinflussen. Frühere Versuche gingen dahin, die hohlen Zwischenräume durch Verwendung von Stoffen zu verkleinern, die im kalten Zustand plastisch sind oder im heissen Zustand plastisch werden.
Bei im kalten Zustand plastischen Stoffen schrumpfen die plastischen Bestandteile beim Brennen ein, wobei die die Dichte verringernden Hohlräume vergrössert und der ursprÜngliche Zusammenhang zwischen den Teilchen zerstört wird. Bei feuerfesten Stoffen, die in heissem Zustand plastisch werden, bewegen sich die Teilchen während des Brennens gegeneinander, so dass der ganze Stein auf eine unbestimmte Grösse zusammenschrumpft. Solche Steine erweisen sich nur unterhalb der Temperatur, bei der das Material plastisch wird, feuerfest.
Hohe Dichte wird durch dichtes Ausfüllen der Hohlräume zwischen den feuerfesten Teilchen ohne plastisches Fliessen erhalten. Um die grösstmögliche Ausfüllung zu erzielen, wurden Versuche angestellt, um den Einfluss von Teilchen von verschiedenen Grössen auf die Dichte aller handelsüblichen, nichtplastischen, feuerfesten Stoffe festzustellen.
Auf Grund dieser Versuche wurden Dreiecksdiagramme hergestellt, die die Beziehung zwischen den Grössen der feuerfesten Teilchen und der Dichte des Steines zeigen.
Alle obenerwähnten Stoffe verhalten sich in derselben gewöhnlichen Weise mit geringfügigen, z. B. aus den Kurven (Fig. 1 und 2) entnehmbaren Abweichungen zufolge der Beschaffenheit des Bruches des Stoffes, die durch die Art des Mahlens bestimmt wird, der Glätte der Oberfläche des Stoffes und der Beschaffenheit des Stoffes selbst. Alle andern Stoffe, die in Wasser bei niederer Temperatur aufgemischt
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nicht erweichen und bei hoher Temperatur nicht plastisch werden. sind gleichfalls zur Verwendung gemäss der Erfindung geeignet.
Das beste Ausfüllen der Hohlräume wird bei den meisten Stoffen dann ereicht, wenn im wesentlichen alle Teilchen einer Zwischengrösse ausgelassen werden, ausgenommen z. B. Ganister, bei welchem ebenso gute Ergebnisse erzielt werden, wenn eine kleine Menge, etwa 10% der Teilchen von Zwischengrösse, zurückbleiben, u. zw. zufolge des eigentümlichen Bruches beim Zerreiben.
Das Dreiecksdiagramm gemäss Fig. 1 ist typisch. Drei Komponenten A, B und C werden verwendet. Die Komponente A umfasst Material, das durch ein Sieb hindurchgegangen ist, welches für die gewünschte Verwendung in dem Stein zu grosse Teilchen ausgeschieden hat, und das durch ein Sieb a nicht hindurchgeht. Die Komponente B besteht aus Teilchen, die durch das Sieb a, nicht aber durch ein Sieb b hindurchgehen. Die Komponente C umfasst solche Teilchen, die durch das Sieb b hindurehgehen.
In dem Diagramm sind die Mengenanteile der Komponente A durch die lotrechten Abstände
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Linien Al bis A9 parallel zur Linie B-C gezogen, um den Mengenanteil der Komponente A von 10 bis 90% anzuzeigen.
In gleicher Weise ist der Prozentsatz der Komponente B durch die lotrechten Abstände von der Linie J--C gegeben. Die parallel zur Linie A-C gezogenen Linien B1-B9 geben den Prozentsatz der Komponente B von 10 bis 90% an.
In gleicher Weise wird die Menge der Komponente C durch den lotrechten Abstand von der Linie A-B wiedergegeben. Die parallel zur Linis A-B gezogenen Linien Cl-C9 geben die Prozentsätze der Komponente C von 10 bis 90% wieder. An irgendeinem Punkt innerhalb des Diagramms wird die Summe der Komponenten A, B und C immer gleich 100% sein. Die Kurven 20-2.) sind die geometrischen Orte der Mischungen der Komponenten A, B und C, die dieselbe Dichte, wie durch Versuche festgestellt
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möglich, während bei Material von hoher Dichte (wie etwa durch die Kurven 24 und 25) eine geringere Anzahl von Mischungen und bei Material von maximaler Dichte (wie etwa bei 26) nur eine einzige im wesentlichen die Komponente B nicht enthaltende Mischung möglich ist.
Z. B. enthält eine durch den Punkt 27 auf der Kurve 20 in Fig. 1 gegebene feuerfeste Mischung 50% der Komponente A, 30O der Komponente B und 20% der Komponente C, während die feuerfeste Mischung gemäss Punkt 28 auf der Kurve 24 40% der Komponente A, 20% der Komponente B und 40% der Komponente C enthält. In diesem Zusammenhang mag erwähnt werden, dass der bei der Herstellung von feuerfesten Silikatsteinen übliche Zusatz von 1'5% Kalk nicht als Flussmittel anzusehen ist, das ein genügendes plastisches Fliessen des Materials in heissem Zustande bewirkt, da bekanntlich Silikasteine statischen Belastungen praktisch bis zum Schmelzpunkt von reiner Kieselerde ohne plastisches Fliessen Widerstand leisten.
In diesem Falle scheint die Wirkung des Kalkes die kristallographische Umwandlung des Quarzes in Cristo- balit und Tridymit zu fördern und eine aus den Bestandteilen des feuerfesten Steines gesinterte Oberfläche zu bilden.
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fortschreitend zunimmt.
Die dargestellten Kurven zeigen den Vorteil der Verringerung, wenn nicht überhaupt des Fortlassens der B-Teilchen, Die Diehtenänderung ist über verschiedene Teile der Druckdiagramme sehr gross.
Die Teilehen sollen gemischt, vor oder nach dem Mischen befeuchtet und dann in die Formen gebracht
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mit der durch die Auswahl der Teilchengrössen verbesserten Ausfüllung zwecks günstigerer Ergebnisse zusammen.
Solche Steine zeigen hinsichtlich des Volumens Stabilität und ändern nicht ihre Grösse und Form
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st1tndsfähigeJ : sind.. Wo eine solche Erhöhung des Widerstandes gegen Absplittern erwünscht ist, können J-Teilchen von einer Korngrösse von 4 bis 0#75 mm gewählt werden. Wenn ein maximaler Widerstand gegen Absplittern erwünscht ist, kann die Korngrösse der A-Teilchen zwischen 7 und 1'5 mm gewählt
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besitzen. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, enthält die günstigste Mischung 55% grössere und 45% kleinere
Teilchen. Es sind jedoch auch Mischungen, enthaltend 40-60% grössere und 60-40% kleinere Teilchen, sehr dicht und können daher gleichfalls Verwendung finden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von künstlichen feuerfesten Stoffen hoher Dichte aus nichtplastischem
Material unter Ausschluss von Flussmitteln, die diese Materialien bei Hitze plastisch machen, wobei das
Material durch Sieben in Teilchen grösserer und kleiner Korngrösse getrennt wird und Teilchen mittlerer
Grösse zur Gänze ausgeschaltet bleiben oder nur in verhältnismässig geringer Menge verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, dass 45-65% der grösseren Teilchen von einer Korngrösse von 7 mm bis 0-5 mm mit 55-35% der kleineren Teilchen von einer Korngrösse von weniger als 0-3 mm gemischt werden, worauf die Mischung in feuchtem Zustande gepresst, getrocknet und gegebenenfalls noch gebrannt wird.