DE3230227C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft feuerfeste oder feuerbeständige Mörtel oder Kitte, enthaltend Bindemittel und gegebenenfalls andere übliche Zuschläge für feuerfeste oder feuerbeständige Leichtsteine.

Zur Herstellung von Auskleidungen aus Steinen ist bereits die Verwendung von Mörteln und Kitten bekannt, mit denen die Fugen zwischen den einzelnen, die Auskleidung bildenden Steinen ausgefüllt werden. Solche feuerfesten oder feuerbeständigen Mörtel können auch als sogenannte Trockenmörtel vorliegen, d. h. sie werden erst kurz vor ihrer Anwendung mit Flüssigkeit, üblicherweise Wasser oder in Wasser gelöstem Bindemittel, versetzt, falls die Zusammensetzung der Mörtel eine längere Lagerung nicht ermöglicht.

Wie sich beispielsweise aus Harders-Kienow, Feuerfestkunde (1960), Seite 524, ergibt, ist die Verwendung von Wasserglas in Verbindung mit Tonerdehydrat, z. B. Bauxit, in einem solchen feuerfesten bzw. feuerbeständigen Mörtel bereits bekannt. Wie sich aus der zugehörigen Literaturstelle, Ogneupory, Bd. 15 (1950), Seiten 29-38, jedoch ergibt, wurden bei diesen Mörteln neben dem Hauptbestandteil Kaolinschamotte lediglich Maximalmengen bis zu 10 Gew.% an Bauxit oder Aluminiumtrihydrat verwendet, siehe Tabelle III auf Seite 32 dieser Literaturstelle. Weiterhin ist es aus der DE-PS 13 00 053 bereits bekannt, bei feuerfesten Mörteln, welche realtiv große Mengen an 75%iger Orthophosphorsäure als Bindemittel enthalten, auch Aluminiumoxidhydrate, z. B. Bauxit, einzusetzen. Wie sich aus den Beispielen dieser DE-PS ergibt, werden maximal 7 Teile roher Bauxit auf je 93 Teile calciniertem Bauxit verwendet.

Aus Budnikow "Technologie der keramischen Erzeugnisse", Moskau 1950, Seiten 382-386, sind ebenfalls feuerfeste Mörtel bekannt, wobei diese u. a. Wasserglas als Bindemittel enthalten können. Aus dieser Literaturstelle geht hervor, daß zur Stabilisierung des Wasserglases ein Zusatz an Tonerdehydrat, Al(OH)₃, erfolgen kann, wobei hier jedoch die niedrige Porosität der Mörtel und die niedrige Gasdurchlässigkeit für die Mörtel als erwünschte Eigenschaften hervorgehoben werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines neuen feuerfesten oder feuerbeständigen Mörtels oder Kitts, der keine Schwindung aufweist, hinsichtlich seines Raumgewichtes den Raumgewichten der zur Herstellung der Auskleidung zu verwendenden Materialien bzw. Steinen angepaßt ist, durch geeignete Wahl der Zusammensetzung eine an Leichtbausteine und insbesondere auch Faserbauteile angepaßte Dehnung, Porosität und Temperaturbelastbarkeit aufweist, so daß der in der Fuge erhärtete Kitt oder Mörtel die Leichtsteine nicht ausreißt.

Es wurde überraschenderweise gefunden, daß durch Verwendung einer bestimmten Mindestmenge von Aluminiumoxidhydraten, wie sie im folgenden noch näher beschrieben werden, Mörtel und Kitte hergestellt werden können, welche insbesondere eine geringe Schwindung besitzen und eine elastische Mörtel- oder Kittfuge bilden, so daß die hiermit verlegten Leichtbausteine oder Faserbauteile im Einsatz im Gegensatz zum Stand der Technik keine Abplatzungen und Risse mehr aufweisen. Insbesondere bilden die erfindungsgemäßen Mörtel oder Kitte jedoch bei ihrer Anwendung relativ porenreiche, schwindungsarme Fugen, so daß das Isoliervermögen von Leichtbausteinen oder Faserbauteilen im Bereich der Fuge nicht oder nicht sehr stark abweichende Werte aufweist. Dies konnte mit den bislang zur Vermörtelung oder zur Auskittung verwendeten, relativ dichten Verfugungsstufen nicht erreicht werden. Ein weiterer Vorteil der mit den erfindungsgemäßen Mörteln oder Kitten hergestellten Fugen ist, daß diese elastisch sind und den zu verlegenden Steinen hinsichtlich Festigkeit und Porosität angepaßt werden können, so daß neben dem besseren Isolationsvermögen auch gegebenenfalls ein geringerer Materialbedarf an Mörtel oder Kitt gegeben sein kann.

Zur Lösung der zuvor beschriebenen Aufgabe dienen die erfindungsgemäßen Mörtel oder Kitte, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie zu wenigstens 20 Gew.-% aus Aluminiumoxidhydrat, bezogen auf wasserfreie und glühverlustfreie Feststoffe, bestehen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die Mörtel oder Kitte zu wenigstens 40 Gew.-% und insbesondere zu wenigstens 50 Gew.-% aus Aluminiumoxidhydrat, bezogen auf wasserfreie und glühverlustfreie Feststoffe.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthalten die erfindungsgemäßen Mörtel oder Kitte als Bindemittel Wasserglas oder ein Phosphat mit einem pH-Wert größer als 5, gemessen in 1 Gew.-%iger wäßriger Lösung, oder ein kolloidales Aluminiumoxidhydrat, wie dies im folgenden noch näher beschrieben wird.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthalten die erfindungsgemäßen Mörtel oder Kitte 0,5 bis 10 Gew.-Teile Bindemittel, berechnet als wasserfreier bzw. glühverlustfreier Feststoff, auf 100 Gew.-Teile der übrigen vorliegenden Feststoffe. Ein bevorzugtes Bindemittel ist ein Wasserglas, das ein Verhältnis SiO₂ : Na₂O von größer als 3,0 und insbesondere von 3,7 bis 3,8 besitzt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können die erfindungsgemäßen Mörtel oder Kitte ein Stellmittel enthalten, vorteilhafterweise in einer Menge von 0,1 bis 5,0 Gew.-Teile Stellmittel, berechnet als wasserfreie Stellmittel, auf 100 Gew.-Teile der vorliegenden Feststoffe. Ein bevorzugtes Stellmittel ist Carboxymethylcellulose, jedoch ist auch die Verwendung von Polyvinylalkohol oder Stärke als Stellmittel möglich. Durch diese Stellmittel kann die Konsistenz des Mörtels oder Kitts in geeigneter Weise eingestellt werden, d. h. seine Plastizität oder Viskosität, so daß hierdurch die Verarbeitbarkeit des Mörtels oder Kitts den besonderen Anwendungszwecken angepaßt werden kann. Insbesondere kann durch solche Stellmittel auch verhindert werden, daß beim Einstreichen des Mörtels oder Kitts in die Fuge das im Kitt oder Mörtel enthaltende Wasser zu rasch von den trockenen Leichtsteinen aufgesaugt werden kann, was eine zu kurze Verarbeitungszeit zur Folge haben könnte.

Die in den erfindungsgemäßen Mörteln oder Kitten gegebenenfalls enthaltenden Zuschlagstoffe sind sämtliche üblichen Zuschlagstoffe wie Schamotte, Porzellanmehl, Kaolin und/oder Tone, bevorzugt ist jedoch die Verwendung von calciniertem Bauxit und/oder Sinter- oder Schmelzkorund als Zuschlag.

Ein besonders bevorzugter erfindungsgemäßer Mörtel oder Kitt besteht nur aus Aluminiumoxidhydrat bzw. Aluminiumoxidhydraten und kolloidalem Aluminiumoxidhydrat als Bindemittel, so daß hiermit eine hochfeuerbeständige Fuge erhalten werden kann, die - nach entsprechender Aufheizung - aus Al₂O₃ besteht.

Vorteilhafterweise bestehen diese Mörtel oder Kitte aus einem Gemisch, das 2 bis 10 Gew.-% kolloidales Aluminiumhydrat, berechnet als wasserfreier und glühverlustfreier Feststoff, sowie als Rest ein oder mehrere Aluminiumoxidhydrate, ebenfalls berechnet als wasserfreie und glühverlustfreie Feststoffe, enthält.

Weiterhin ist es möglich, daß die erfindungsgemäßen Mörtel oder Kitte statt Aluminiumoxidhydraten ganz oder teilweise aus Magnesiumhydroxid und/oder Zirkoniumoxidhydraten bestehen. Hierdurch ist es möglich, die Fugen hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung bzw. ihrer geforderten mechanischen Eigenschaften beim Betrieb den zu verwendenden Steinen anzupassen und spezielle Eigenschaften der Fugen zu erreichen.

Die Mörtel oder Kitte mit dem Gehalt an Magnesiumhydroxid und/oder Zirkoniumoxidhydraten können weiterhin zusätzlich Aluminiumhydrat enthalten.

Die Erfindung wird im folgenden näher beschrieben, wobei zunächst auf die Aluminiumoxidhydrate eingegangen wird, welche den wesentlichen Bestandteile der erfindungsgemäßen Mörtel oder Kitte bilden.

Als solche Aluminiumoxidhydrate können sowohl nicht calcinierter, natürlich vorkommender Bauxit, möglichst ein Bauxit sehr hoher chemischer Reinheit, oder auch Monohydrate oder Trihydrate des Aluminiumoxids in den verschiedensten Modifikationen, z. B. als Gibbsit oder Hydrargillit, Bayerit oder Boehmit, verwendet werden. Bei diesen Aluminiumoxidhydraten handelt es sich um kristallwasserhaltige, im thermischen Bereich instabile Verbindungen, die sich im Gegensatz zu wasserfreien, d. h. calcinierten, und inerten Oxiden, den zu Herstellung der Auskleidung verwendeten Faserbauteilen und Feuerleichtsteinen in allen Temperaturbereichen anpassen und dauerhafte feuerfeste bzw. feuerbeständige Bindungen ergeben. Durch den Austritt des Hydrationswasser bzw. Kristallwassers erhalten die erfindungsgemäßen Kitte und Mörtel das erwünschte Porenvolumen, ihr niedriges Gewicht und somit ein höheres Isoliervermögen und ein besseres Dehnungsverhalten und Schwindungsverhalten. Statt der Aluminiumoxidhydrate können auch Magnesiumhydroxid (Brucit) und/oder Zirkoniumoxidhydrate verwendet werden. Ebenfalls möglich ist die Verwendung beliebiger Mischungen hiervon.

Aus diesen Aluminiumoxidhydraten, dem Magnesiumhydroxid bzw. den Zirkoniumoxidhydraten wird das Wasser beim Aufheizen der Fugen im Betrieb abgespalten, beispielsweise findet die Abspaltung des Wassers bei Aluminiumtrihydrat zwischen Temperaturen von 270 bis 620°C statt.

Die in den erfindungsgemäßen Mörteln oder Kitten verwendeten Zuschlagstoffe können körnige Zuschlagstoffe, tonmineralhaltige Stoffe, usw. sein, je nach dem Gehalt an Aluminiumoxidhydrat, Magnesiumhydrat und/oder Zirkoniumhydrat und Zuschlagstoffen lassen sich nach dem Trocknen der erfindungsgemäßen Mörtel oder Kitte bei 110°C und einem Brennen bei 1000°C Raumgewichte von 0,6 bis 1,5 g/cm³ erreichen.

Bei Verwendung von im Bayer-Verfahren angefallenem Hydragillit und Boehmit wird dieser vorteilhafterweise mit einer Korngröße der Agglomerate von unter 100 µm und eventuell nach Mahlung mit einer Korngröße unter 44 µm oder besonders bevorzugt auch unter 10 µm eingesetzt. Durch eine solche Mahlung, d. h. Zerkleinerung, wird eine bessere Verarbeitbarkeit des Mörtels erreicht.

Als zuvor genannte Zuschlagstoffe können auch noch Tabulartonerde, Quarzit, Zirkon, Zirkoniumdioxid und Magnesiasinter, vorteilhafterweise in einer Körnung unterhalb von 2 mm, besonders bevorzugt unter 0,7 mm, verwendet werden. Als tonmineralhaltige Zuschlagstoffe ergeben Kaolin und feuerfester Ton eine bessere Verarbeitbarkeit und eine gute Festigkeit.

Als Bindemittel können alle üblicherweise in feuerfesten oder feuerbeständigen Mörteln oder Kitten verwendeten Bindemittel eingesetzt werden, die eine geeignete Lebensdauer des bereits mit Flüssigkeit versetzten Mörtels bzw. Kitts ermöglichen, besonders bevorzugt ist jedoch die Verwendung von Wasserglas, einem Phosphat mit einem pH-Wert von größer als 5 oder besonders bevorzugt eines kolloidalen Aluminiumoxidhydrats, das in Form einer wäßrigen Aufschlämmung oder eines wäßrigen Gels vorliegt.

Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Mörtel oder Kitte werden die Einzelbestandteile miteinander vermischt, wobei ein geeigneter Anteil an Wasser gegebenenfalls zugesetzt werden muß, um entweder das Bindemittel in Lösung zu bringen oder dem fertigen Mörtel oder Kitt die geeignete Konsistenz zu erteilen. Wie bereits jedoch zuvor beschrieben, können die Mörtel auch als sogenannte Trockenmörtel vorliegen, d. h. diese müssen dann mit der geeigneten Menge an Flüssigkeit, normalerweise Wasser, zum Anmachen vor der Anwendung versetzt werden.

Das bei den erfindungsgemäßen Mörteln oder Kitten vorzugsweise verwendete Phosphat mit einem pH-Wert von größer als 5 ist entweder ein Natriumpolyphosphat, beispielsweise mit einem Polymerisationsgrad n zwischen 3 und 10 oder auch Monoaluminiumphosphat, das mit einer organischen Base auf einen pH-Wert von größer als 5 gebracht wurde. Durch Verwendung von Phosphaten mit einem pH-Wert von größer als 5 wird die Lagerdauer der erfindungsgemäßen, angemachten Mörtel oder Kitte wesentlich erhöht.

Das vorzugsweise verwendete, kolloidale Aluminiumoxidhydrat kann ein wäßriges, hydrophiles Aluminiumhydroxidgel sein, das im allgemeinen einen Feststoffgehalt von 10 bis 30 Gew.-% an Aluminiumoxidhydrat oder Trocken-Boehmit, Al0(OH), aufweist. Dieses kolloidale Aluminiumoxidhydrat kann wie folgt hergestellt werden:

Boehmit, d. h. α-Aluminiummonohydrat, von hoher Reinheit mit einem Gehalt von 70 Gew.-% Al₂O₃, 0,008 Gew.-% SiO₂, 0,005 Gew.-% Fe₂O₃, 0,004 Gew.-% Na₂O und einer spezifischen Oberfläche von 170 m²/g, wie es beim Ziegler-Prozeß zur Herstellung von kurz- und langkettigen Fettalkoholen mit einem Gefäß an Butanol anfällt, wird bei Raumtemperatur in einer Knetvorrichtung mit soviel Eisessig versetzt, daß die gesamte Masse nach 80 Minuten Knetzeit einen pH-Wert von 3,2 besitzt. Anschließend wird die erhaltene Masse getrocknet, und aus dem getrockneten Produkt wird unter Zusatz von organischen oder anorganischen Säuren bei einem pH-Wert von 5,5 ein 20 Gew.-%iges, wäßriges Gel in Form einer kolloidalen, hydrophilen Zubereitung, hergestellt. Als organische Säure wird vorteilhafterweise Eisessig verwendet. Geeignete anorganische Säuren sind Salzsäure oder Salpetersäure.

Gemäß einer abgewandelten Arbeitsweise wird der Boehmit zunächst ebenfalls wieder mit Eisessig umgesetzt, nach dem Trocknen der Masse wird diese jedoch mit wäßriger Ammoniaklösung bei einem pH-Wert von 8,5 zu einem wäßrigen Gel weiterverarbeitet.

Geeignete Aluminiumhydroxidhydrate sind auch Handelsprodukte. Die angegebenen Gewichtsprozentsätze beziehen sich - sofern nicht anderes angegeben ist - auf wasserfreie und glühverlustfreie Feststoffe, d. h. sowohl bei dem Aluminiumoxidhydrat, dem kolloidalen Aluminiumoxidhydrat als auch dem Magnesiumhydroxid oder Zirkoniumoxidhydrat beziehen sich diese Angaben auf entweder Al₂O₃, MgO oder ZrO₂, d. h. ohne jegliches Kristallwasser, Hydratationswasser oder sonst chemisches gebundenes Wasser.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert, wobei sich die Mengenangaben immer auf Gew.-Teile beziehen, falls nichts anderes angegeben ist.

Beispiele 1 bis 4

Es wurden die in der folgenden Tabelle angegebenen Bestandteile in einem üblichen Mischer zu einem Mörtel vermischt. In der Tabelle ist weiterhin das Litergewicht, die Rohdichte nach dem Trocknen bei 110°C und nach einem Brand bei 1000°C angegeben.

Aus diesen Werten ist ersichtlich, daß durch geeignete Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Mörtel Raumdichten zwischen 0,75 und 1,2 erreicht werden können.

Tabelle I

Beispiele 5 bis 8

Entsprechend der Arbeitsweise der Beispiele 1 bis 4 wurden die folgenden Bestandteile zu Mörtel vermischt, wobei als Bindemittel handelsübliche Natriumpolyphosphate verwendet wurden, die in Lösung einmal einen pH-Wert von 7,5 und das andere Mal einen pH-Wert von 5,5 ergaben. Die Zusammensetzung der Mörtel ist in der folgenden Tabelle II anzugeben.

Tabelle II

Beispiele 9 bis 12

Die Arbeitsweise von Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei jedoch Magnesiumhydroxid anstelle von Aluminiumoxidhydrat verwendet wurde. Bei diesem Magnesiumhydroxid handelte es sich um nach dem Seewasserprozeß gewonnenes Material. Bei dem hier verwendeten Mg-Schmelzmagnesit, der als Zuschlagstoff zugesetzt wurde, handelte es sich um Schmelzmagnesia mit einer Korngröße unter 44 µm. Durch die Verwendung von Schmelzmagnesia kann der Hydratation bei der Lagerung entgegengewirkt werden.

Die Zusammensetzung der erhaltenen Kitte ist in der folgenden Tabelle III angegeben.

Tabelle III

Beispiele 13 bis 16

Die in den Beispielen 1 bis 4 beschriebene Arbeitsweise wurde wiederholt, wobei jedoch anstelle von Aluminiumoxidhydrat Zirkoniumoxidhydrat der folgenden allgemeinen Formel verwendet wurde:

Zr(OH)₄ · 2H₂O

Als Zuschlag wurde in diesem Fall gebranntes Zirkoniumdioxid verwendet.

Die Zusammensetzung der hergestellten Mörtel ist in der folgenden Tabelle IV angegeben.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß die in den Beispielen angegebenen Zusatzmengen an Wasser sich auf 100 kg Feststoffe beziehen, wobei diese Feststoffe als solche und nicht als wasserfreie und glühverlustfreie Feststoffe berechnet wurden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es selbstverständlich möglich, statt einem Aluminiumoxidhydrat auch ein Gemisch von Aluminiumhydraten zu verwenden.

Bei der Verwendung der in den zuvor beschriebenen Beispielen beschriebenen Mörteln bzw. Kitte zum Verfugen von Feuerleichtsteinen wurden in allen Fällen ausgezeichnete Ergebnisse erhalten, da die Mörtel bzw. Kitte aufgrund ihrer höheren Porosität gegenüber vorbekannten Kitten sehr elastisch waren und an den Steinen keine Risse oder Abplatzungen verursachten.

Claims (14)

1. Feuerfeste oder feuerbeständige Mörtel oder Kitte, enthaltend Bindemittel und gegebenenfalls andere übliche Zuschläge für feuerfeste oder feuerbeständige Lichtsteine, dadurch gekennzeichnet, daß sie zu wenigstens 20 Gew.-% aus Aluminiumoxidhydrat, bezogen auf wasserfreie und glühverlustfreie Feststoffe, bestehen.

2. Mörtel oder Kitte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zu wenigstens 40 Gew.-% aus Aluminiumhydrat, bezogen auf wasserfreie und glühverlustfreie Feststoffe, bestehen.

3. Mörtel und Kitte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zu wenigstens 50 Gew.-% aus Aluminiumhydrat, bezogen auf wasserfreie und glühverlustfreie Feststoffe, bestehen.

4. Mörtel oder Kitte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Bindemittel Wasserglas oder ein Phosphat mit einem pH-Wert von größer als 5 oder ein kolloidales Aluminiumoxidhydrat enthalten.

5. Mörtel oder Kitte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,5 bis 10 Gew.-Teile Bindemittel auf 100 Gew.-Teile der vorliegenden Feststoffe enthalten.

6. Mörtel oder Kitte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Bindemittel Wasserglas mit einem Verhältnis SiO₂ : Na₂O von größer als 3,0 enthalten.

7. Mörtel oder Kitte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin ein Stellmittel enthalten.

8. Mörtel oder Kitte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,1 bis 5,0 Gew.-Teile Stellmittel auf 100 Gew.-Teile der vorliegenden Feststoffe enthalten.

9. Mörtel oder Kitte nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Stellmittel Carboxymethylcellulose enthalten.

10. Mörtel oder Kitte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Zuschlagstoffe calcinierten Bauxit und/oder Sinter- oder Schmelzkorund enthalten.

11. Mörtel oder Kitte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie nur aus Aluminiumhydrat und kolloidalem Aluminiumoxidhydrat als Bindemittel bestehen.

12 Mörtel oder Kitte nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie zu 2 bis 10 Gew.-% aus kolloidalem Aluminiumoxidhydrat, berechnet als wasserfreie und glühverlustfreie Feststoffe, bestehen.

13. Feuerfeste oder feuerbeständige Mörtel oder Kitte, enthaltend Bindemittel und gegebenenfalls andere übliche Zuschläge für feuerfeste oder feuerbeständige Leichtsteine, dadurch gekennzeichnet, daß sie zu wenigstens 20 Gew.-% aus Magnesiumhydroxid und/oder Zirkoniumoxidhydraten, bezogen auf wasserfreie und glühverlustfreie Feststoffe, bestehen.

14. Mörtel oder Kitt nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß er zusätzlich Aluminiumoxidhydrat enthält.