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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.
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Process for the manufacture of synthetic high-density refractories from non-plastic
Material.
The invention relates to a method for producing bricks, especially refractory ones
Stones made from non-plastic materials such as silicon, chrome ore, burnt magnesite and burnt
Materials from the class of aluminum silicates, including diaspore, cyanite, kaolin and various refractory clays, can be produced. The invention aims at the production of stones of high
Density, high strength and low porosity through a complete mutual adaptation of graduated sizes of the non-plastic materials in predetermined amounts and through the reduction or elimination of the proportion of particles of a medium size.
Another purpose of the invention is to form refractory bricks from a mixture in which the proportions of the different sized constituents are determined by means of curves of the same density in a triangular diagram, in order to achieve maximum strength at high temperature, the amount of binder required and to make the hollow spaces between the particles smaller.
In the drawings, FIG. 1 shows a typical triangular diagram for three different components, which represent three different successively graded size ranges of refractory particles of the same substance, which particles were mixed together in different proportions according to the results of the investigation. The curves represent the geometric locations of the points of equal density of the refractory material.
Refractory bricks differ from one another, apart from the chemical nature of the starting material, the type and amount of the binding agent stored between the particles and the size of the gaps that occur. It has been found that in the case of refractory bricks it is desirable to reduce the size of the hollow spaces without, however, influencing the properties of the bricks. Earlier attempts were made to reduce the hollow spaces by using materials that are plastic when cold or become plastic when hot.
In the case of substances that are plastic in the cold state, the plastic components shrink during firing, whereby the cavities which reduce the density are enlarged and the original connection between the particles is destroyed. In the case of refractory materials that become plastic when hot, the particles move against each other during firing, so that the whole stone shrinks to an indefinite size. Such stones prove to be refractory only below the temperature at which the material becomes plastic.
High density is obtained by tightly filling the voids between the refractory particles without plastic flow. In order to achieve the greatest possible filling, tests were made to determine the influence of particles of different sizes on the density of all commercially available, non-plastic, refractory materials.
On the basis of these tests, triangular diagrams were made showing the relationship between the sizes of the refractory particles and the density of the stone.
All of the substances mentioned above behave in the same common way with minor, e.g. B. from the curves (Fig. 1 and 2) discernible deviations according to the nature of the breakage of the substance, which is determined by the type of grinding, the smoothness of the surface of the substance and the nature of the substance itself. All other substances, which in Water mixed up at a low temperature
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do not soften and do not become plastic at high temperature. are also suitable for use according to the invention.
The best filling of the cavities is achieved with most substances when essentially all particles of an intermediate size are omitted, except z. B. Ganister, in which equally good results are obtained if a small amount, about 10% of the intermediate size particles, remain, u. zw. as a result of the peculiar break when rubbed.
The triangle diagram according to FIG. 1 is typical. Three components A, B and C are used. Component A comprises material which has passed through a sieve, which has separated particles which are too large for the desired use in the stone, and which does not pass through a sieve a. Component B consists of particles that pass through sieve a but not through sieve b. The component C includes those particles which pass through the sieve b.
In the diagram, the proportions of component A are represented by the perpendicular distances
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Lines A1 to A9 drawn parallel to line B-C to indicate the proportion of component A from 10 to 90%.
In the same way, the percentage of component B is given by the perpendicular distances from the line J - C. Lines B1-B9 drawn parallel to line A-C indicate the percentage of component B from 10 to 90%.
In the same way, the amount of component C is represented by the perpendicular distance from line A-B. The lines C1-C9 drawn parallel to the lines A-B show the percentages of component C from 10 to 90%. At some point within the diagram, the sum of components A, B and C will always be 100%. Curves 20-2.) Are the geometrical locations of the mixtures of components A, B and C, which have the same density as determined by tests
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possible, while with material of high density (such as by curves 24 and 25) a smaller number of mixtures and with material of maximum density (such as with 26) only a single mixture essentially not containing component B is possible.
For example, a refractory mixture given by point 27 on curve 20 in FIG. 1 contains 50% of component A, 30O of component B and 20% of component C, while the refractory mixture according to point 28 on curve 24 contains 40% of the component A, 20% of component B and 40% of component C contains. In this context it should be mentioned that the addition of 1'5% lime, which is customary in the manufacture of refractory silicate bricks, is not to be regarded as a flux that causes sufficient plastic flow of the material in a hot state, since silica bricks are known to have static loads practically up to the melting point resisting pure silica without plastic flow.
In this case the action of the lime seems to promote the crystallographic transformation of the quartz into cristobalite and tridymite and to form a surface sintered from the constituents of the refractory stone.
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progressively increases.
The curves shown show the advantage of reducing, if not at all, the omission of the B-particles. The change in density is very large over various parts of the pressure diagram.
The parts should be mixed, moistened before or after mixing, and then placed in the molds
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together with the filling, which is improved by the selection of the particle sizes, for the purpose of more favorable results.
Such stones show stability in terms of volume and do not change their size and shape
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Stable: are .. Where such an increase in the resistance to chipping is desired, J-particles with a grain size of 4 to 75 mm can be selected. If a maximum resistance to splintering is desired, the grain size of the A-particles can be chosen between 7 and 1,5 mm
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have. As can be seen from Fig. 1, the cheapest mixture contains 55% larger and 45% smaller
Particle. However, mixtures containing 40-60% larger and 60-40% smaller particles are also very dense and can therefore also be used.
PATENT CLAIMS:
1. Method of making high density artificial refractories from non-plastic
Material with the exclusion of fluxes that make these materials plastic when exposed to heat, whereby the
Material is separated by sieving into particles of larger and smaller grain size and particles of medium size
Size remain completely switched off or are only used in relatively small quantities, characterized in that 45-65% of the larger particles with a grain size of 7 mm to 0-5 mm with 55-35% of the smaller particles with a grain size of less than 0-3 mm are mixed, whereupon the mixture is pressed in a moist state, dried and, if necessary, fired.