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Feuerfester Mauerstein aus Alumo-silikat
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Natürliches Alumo-silikat, das unter anderem Tonerden, Diaspor, Zyanite
und Bauxite enthalten' sind die größeren Bestandteile für viele feuerfeste Mauersteine,
die laufend hergestellt werden. Bei geringerer Mauersteinanalyse als etwa 5/o A1203
sind diese in der Technik als Hochaluminiumoxid-Mauerstein gekennzeichnet. Ganz
allgemein variieren die Eigenschaften von Alumosilikat mit dem Anteil von Alumiu
niumoxid. Dies kann mit dem großen Umfang durch die Menge an Art von Mineral- und
Glasphasen erklärt werden, die durch Aluminosilikatstoffe beim Brennen des Mauersteins
entstehen.
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Beim Ansteigen von Aluminiumoxidgehalt von feuerfestem Ton und hohem
Aluniniumoxidgehalt neigt der Widerstand gegen Belasten bei erhöhten Temperaturen
dazu, anzusteigen. Auch versucht der Widerstan gegen Abblättern bei rascher Temperaturänderung
anzusteigen. Diese Änderungen der Eigenschaften gehören gewöhnlich zum Verringern
der Menge von wenig feuerfesten und zerbrechlichen Silikatgläsern in der Grundmasse
des Mauersteins. Andererseits ergibt das Erhöhen des Aluminiumoxids gewöhnlich ein
Ansteigen der Porosität, die den Mauerstein physikalisch dem chemischen Angriff
von Metallurgischen Schlacken verletzbar macht. AuBerdem neigt der Mauerstein mit
höherem Aluminiumoxidgehalten zu weniger Widerstands, fähigkeit gegen alkalische
Dämpfe und gegen Schrumpfen bei Benutzung nach dem Abkühlen von hohen Temperaturen0
Es
sind wenige Worte dafür geeignet, was unter siliziumdioxidhaltiger Grundmasse gemeint
ist.
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Aluminiumoxid und Siliziumdioxid in Alumo-silikat feuerfesten Stoffen
reagieren beim Brennen zum Formen für den größten Teil des mineralischen Mullits.
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Drei Mole Aluminiumoxid reagieren mit zwei Molen Siliziumdioxid. Wenn
das Verhältnis von Aluminiumoxid zu Siliziumdioxid 2 bis 3 überschreitet, wird der
gebrannte Mauerstein auch Korundum enthalten.
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Bei kleinerem Verhältnis als 3 bis 2 wird der gebrannte Mauerstein
praktisch Mullit und eine der krystallinen oder glasigen Formen von Siliziumdioxid.
Je nach den Verunreinigungen und der Hitzbehandlung wird das Siliziumdioxid in gewissem
Umfang in der Form von Glas sein. Je niedriger das Verhältnis von Aluminiumoxid
zu Siliziumdioxid desto mehr SiO2 befindet sich in kristalliner oder glasiger Form.
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.Die Glasmenge bezieht sich dann auf die auftretende Menge des Schrumpfens.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, feuerfeste Aluminiumoxid-Siliziumdioxid-Formen
anzugeben, die durch das Fehlen von Schrumpfen nach einem Brennen bei 11000C gekennzeichnet
ist. Nach der Erfindung werden kohlenstoffhaltige feuerfeste Formstücke mit von
1 bis 35 Gewichtsprozenten Kohlenstoff und dem Ausgleich eines nicht basischen feuerfesten
Aggregats vorgesehen.
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Das feuerfeste Aggregat besteht im wesentlichen aus mindestens 75.
Gewichtsprozenten Andalusit.
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Vorzugsweise ist der Ausgleich des feuerfesten Aggregats, wenn nicht
alles Andalusit ist, reines Alumini-
umoxid oder ein anderes Aluminiumoxid-Siliziumdioxid.
Die Formen enthalten vorzugsweise 0 bis 35 Gewichtsprozente Schichtgraphit, Sie
können aber auch weniger als 7,5 Gewichtsprozente amorphen Graphit und/oder Ruß
enthalten. Im allgemeinen besitzen die Formen zwischen 0,1 und 1 Volumenprozent
Streckung mit Andalusit bei mindestens 65% des Gesamtgewichts der Ladung. Diese
Streckung ist wichtig, weil sie verhindert, daß das Ausmauern lose wird, wenn ein
Abkühlen von hohen Temperaturen erfolgt.
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Andalusit ist ein Mineral mit derselben chemischen Formel (Al2SiO5)
wie Sillimanit und Zyanit, aber mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften.
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Ein besseres Verständnis und weitere Merkmale und Vorteile der urchführung
der Erfindung ergeben sich dem Fachmann beim Studium der nachfolgenden Beschreibung
der Beispiele. Selbstverständlich dienen diese Beispiel nur der Erläuterung und
stellen keine Beschränkungen dar. Alle Größenangaben entsprechen den Tyler-Serien,
außer sie sind anders angegeben.
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Alle chemischen Analysen, außer besonders angegebene, haben zur Basis
eine Oxidanalyse in Übereinstimmung mit der üblichen Praxis der Angabe von chemischem
Gehalt feuerfester Materialien. Alle Analysen sollen typisch betrachtet werden und
alle Teile und Anteile sind auf das Gewicht bezogen.
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Die Mischungen der Beispiele wurden bei Mauersteinen in derselben
Weise hergestellt. Das feuerfeste
Aggregat war größenmäßig angegeben
und mit einem phenolischen Novolackharz gemischt. Die größenmäßig sortierten Ladungen
werden in einem Mischkollergang getempert um pressbare Ladungen zu erhalten. Die
Ladungen wurden in Mauersteinen bei etwa 1265 kg/cm2 gepreßt und der Stein wurde
bei 1200C zwölf Stunden lang getrocknet. Nach dem Abkühlen wurde der Stein Tests
unterzogen, um seine trockene Dichte und Volumenänderungsfähigkeit nach dem Ent
gasen festzustellen. Es wurden verschiedene Aluminiumoxid-Siliziumdioxid-Bormen
hergestellt, die aus Tabelle I zu entnehmen sind.
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Mischungen mit einer vorherrschend unterschiedlichen Alumo-siliziumdioxid-Körnung
besitzt Schrumpfeigenschaften zwischen 0,4 und 1,5%. Der Mauerstein, bei dem ein
anderes feuerfestes Material hinzugesetzt worden ist, besitzt irgendwo dazwischen
Schrumpfungen. Das Beispiel Mischung 3 enthält gleiche Mengen von Alumo-siliziumdioxid-Körnung
und ist mit pyrophyllit gestreckt, aber das Strecken war mit Aufblähen verbunden.
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Die Mischungen 9 bis 14 in der Tabelle II wurden mit den folgenden
Verhältnissen von Andalusit zu Alumo-siliziumdioxid-Eörnung von 50:50, 55:45, 60:40,
70:30 und 75:25 hergestellt.
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Alle Mischungen mit Ausnahme der Mischung 14 mit dem 75:25 - Verhältnis
von Andalusit zu Alumo-siliziumdioxid-Körnung zeigte ein Volumenschrumpfen nach
dem Entgasen.
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Die Mischungen nach Tabelle III wurden mit. Andalusit als einziges
feuerfestes Aggregat hergestellt.
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Die Mischungen 15 bis 18 enthalten bis zu 30% Schichtgraphit. Wenn
die Schichtgraphitmenge von 0 auf 30% erhöht wird, nimmt die Volumenstreckung nach
dem Entgasen auf 1100°C von 1,2% auf 4% ab. Die Mischung 15 nur mit dem Harz, das
sich im Zuschlag zum Andalusit befindet, würde etwa 1,3% Kohlenstoff enthalten,
der ganz aus dem Harz abgeleitet wird. Die Mischungen 19 und 20 mit 2,5 bzw. 5%
amorphen Graphit dehnt sich nach dem Entgasen. Zusätzliche Tests haben gezeigt,
daß ein Dehnen erfolgt ist, wenn weniger als 7,5% amorpher Graphit verwendet worden
ist. Die Mischung 21 mit 5% RuB und ohne Graphit dehnte sich nach dem Entgasen,
Die Klassen der feuerfesten Aggregate, die bei den vorstehenden Beispielen verwendet
wurden, sind die folgenden : -3+10 Maschen --3 bis 40%; -10+28 M.aschen --15 bis
25%; - 28+65 Maschen --10 bis 15%; und der Ausgleich -65 Maschen. Die übliche chemische
Analyse der feuerfesten Materialien, die in den Beispielen verwendet worden sind,
ergeben sich aus der Tabelle IV.
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Die andern, beim beispielhaften feuerfesten Zusammensetzungen verwendeten
Materialien, die nicht in der Tabelle IV enthalten sind, sind kalziniertes Aluminiumoxid
und tafelförmiges Aluminiumoxid. Diese beiden Stoffe enthalten etwa 99% Al2O3 und
die, Ausgleichsspurenverunreinigungen, die in der Technik allgemein
bekannt
sind. In ähnlicher Weise sind das Krystoballit und das Siliziumdioxid hochreine
Siliziumstoffe, d.h. 99% SiO2 und ebenfalls allgemein bekannt.
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Tabelle I Mischung 1 2 3 4 5 6 7 8 Alumosilikat -Körnung (50% AL2O3)
75,8% 75% 45% 80% - - - 90% Alumosilikat-Körnung(60% Al2O3) - - - - 90% - - -Alumosilikat-Körnung(70%
Al2O3) - - - - - 90% - -kalziniertes Bauxit - 10 - - - - - -tabelliertes Al-oxid
- - - - - - 90% -feuerfester Ton - 5 - - - - - -Cristobalit - - - 10 - - - -verdampftes
SiO2 4 - - - - - - -kalziniertes Al2O3 10.2 - - - - - - -Schichtgraphit 10 10 10
10 10 10 10 10 Pyrophillit - - 45 - - - - -plus Zusätze Novlakharz 5 5 5 5 4.5 4.5
4.5 5 Hexamethylenetetramin: 0.55 0.55 0.55 0.55 0.33 0.33 0.33 0.55 Schüttdichte
nach Trocknen bei 96°C pef 152 153 148 142 154 156 186 146 Volumenänderung nach
Entgasen bei 1100°C % -0.5 -0.9 +2.6 -0.4 -1.5 -1.2 -0.4 -0.4 Bloated
Tabelle
II Mischung: 9 10 11 12 13 14 Alumosilikat -Körnung (50% Al2O3) 45% 40.5% 36% 31,5%
17% 22,5% Alumosilikat-Körnung (60% Al2O3) 45 49.5 54 58.5 63 67,5 Schichtgraphit
10 10 10 10 10 10 Andalusit-Körnung- 50/50 55/45 60/40 65/35 70/30 75/25 Verhältnis
plus Zusätze Novolakharz 4.75 4.75 4.75 4.75 4.75 4.75 Hexamethylenetetramin 0.35
0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 Schüttdichte nach Trocknen bei 205°C pef 158 159 159 160
160 161 Volumenänderung nach Entgasen bei 1100°C - 0.55 -0.63 -0.67 -0.91 -0.46
+0.11
Tabelle III Mischung 15 16 17 18 19 20 21 Andalusit 100%
90% 80% 70% 97.5% 95% 95% Schichtgraphit - 10 20 30 - - -amorpher Graphit - - -
- 2.5 5 -Ruß - - - - - - 5 plus Zusätze Novolakharz 3.0 3.0 3.0 3.0 3.5 3.5 3.5
Schüttdichte nach 166 164 163 159 167 166 165 @ärmebehandlung bei 135°C pef +1.2
+0.6 +0.4 +0.4 +0.7 +0.4 +0.8
Tebelle IV Alumo- Alumo- Alumo silikat-
silikat- silikat feuerkalziniertes fester Körnung Körnung Körnung Bauxit Pyrophyllit
Ton Andalusit (50%AL203) (60%Al2O3) (70%Al2O2) SiO2 46.9% 39.6% 24.6% 5.9% 78.7%
62.9% 38.0% Al2O3 49.6 59.2 69.2 89.0 19.5 33.5 60.2 TiO2 2.4 2.6 3.2 3.2 0.4 2.1
0.20 Fe2O3 1.01 1.1 1.0 2.1 0.6 1.0 0.99 CaO 0.02 0.02 0.02 0.02 0.2 0.2 0.07 MgO
0.04 0.05 0.04 0.02 0.1 0.3 0.12 Gesamt Alkali 0.12 0.11 0.07 0.06 0.2 0.5 0.29
LOI Nil Nil Nil Nil 3.8 12.3 +0.42* (x) Dies ist eine Gewichtszunahme