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Verfahren zur Herstellung'feuerfester Erzeugnisse aus Magnesiumorthosilikat
oder magnesiumorthosilikathaltigen Stoffen Die bekannten wesentlich aus Magnesiumorthosilikat
bestehenden feuerfesten Erzeugnisse, wie Steine u. dgl., wie solche z. B. aus magnesiumorthosilikathaltigen
Naturprodukten, wie Olivin.gesteinen, mit oder ohne Zusatzstoffe gewonnen werden
können, lassen mit Bezug auf Widerstandsfähigkeit gegen plötzlichen Temperaturwechsel
(Abschreckfestigkeit) für manche Anwendungsgebiete noch zu wünschen übrig.
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Wie gefunden wurde, kann man diese Nachteile dadurch beheben, daß
man den Ausgangsstoffen oder Stoffgemengen untergeordnete Mengen von Metallen oder
Legierungen von Metallen in fein verteilter Form einverleibt, . «-elche die Fähigkeit
haben; beim Brennen Sauerstoffverbindungen zu bilden, die mit den feuerfesten Bestandteilen
der Mischung verschmelzen oder sich verbinden. Beim Brennen derartiger Gemische
bzw. der daraus hergestellten Formkörper findet eine besonders innige V erschmelzun:g
der aus dem Metall bzw, den Metallen entstehenden Sauerstoffverbindungen mit dem
feuerfesten Stoff bzw. den feuerfesten Stoffen statt, welche besonders starke Verkittungen
bzw. Verschweißungen, gegebenenfalls unter Bildung von den Verkittungsvorgang begünstigenden
chemischen Verbindungen, bewirken, die eine nicht voraussehbare Verbesserung der
Erzeugnisse mit Bezug auf Abschreckfestigkeit zur Folge haben.
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Die Erfindung eignet sich für die Herstellung von Produkten, welche
praktisch vollständig oder weitgehend aus Magnesiumortbosilikat bestehen, sowie
für die Verarbeitung von Gemischen von Magnesiumsilikaten, z. B. magnesiumorthosilikatreichen
Naturprodukten, wie Olivingestein u. dgl., mit anderen Baustoffen, vorzugsweise
gebranntem, vorteilhaft sintergebranntem Magnesit, feuerfesten Chromverbindungen
oder solche enthaltenden
Stoffen, z. B. Chromiten oder Gemengen
beider Stoffgruppen.
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Als Metalle kommen vorzugsweise solche der Eisengruppe in Betracht.
Mit besonderem Vorteil werden spröde; leicht pulverisierbare Metallegierungen, z.
B. Legierungen von Me@. tallen der Eisengruppe, mit anderen geeigneten Metallen
oder Halbmetallen verwendet. In Betracht kommen u. a. Ferromangan, z. B. mit etwa
700o Mangan und 30% Eisen, oder Ferromangansilicium, z. B. mit etwa 6o 0/0 Mangan,
20 % Eisen und 2ö % Silicium, Ferrosilicium mit etwa .45 % Silicium und 55 % Eisen,
ferner Mangansilicium, Ferrochrom und andere. In gegebenen Fällen kann man auch
mehrere Metalle oder mehrere Le-. gierungen oder Einzelmetalle und Legierungen zur
Anwendung bringen.
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Bei Anwendung von Legierungen ist man leicht in der Lage; Art und
Menge der Legierungsbestandteile so zu wählen, .daß sie spröde und infolgedessen
leicht in den Zustand sehr feiner Verteilung überzuführen sind.
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Im allgemeinen haben sich Zusätze von :Metallen bzw. Metallegierungen
in Gewichtsmengen von etwa i bis 5 % des Gesamtbaustoffs als gut geeignet erwiesen.
In manchen Fällen können -auch höhere Zusätze, z. B. solche bis zu io Gewichtsprozent
und gegebenenfalls mehr, angewendet werden: Metalle, welche während des Brennvorgangs
Oxydationsprodukte liefern, die mit den vorhandenen feuerfesten Baustoffen störende
leicht flüssige Schmelzen zu bilden vermögen, sind naturgemäß ungeeignet.
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Bei der Einverleibung der Metalle bzw. Legierungen ist darauf zu achten;
daß sie unerwünschte Änderungen vor dem Brennvorgang nicht erleiden. Man wird also
Anmacheflüssigkeiten vermeiden, welche befähigt sind, unerwünschte chemische Umsetzungen
mit dem Metall oder der Metallverbindung einzugehen. Bei Anwesenheit von z. B. Leichtmetallen,
welche befähigt sind, mit Wasser oder wässerigen Lösungen zu reagieren, kann man
z. B. organische Flüssigkeiten, wie Solaröl u. dgl., als Anmacheflüssigkeiten verwenden.
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Die Herstellung der tnagnesiumorthosilikathaltigen Erzeugnisse kann
nach bekannten und üblichen Methoden erfolgen. Neben dem bereits oben erwähnten
Vorteil der Erzielung von Erzeugnissen, welche sich durch bedeutend erhöhte Abschreckfestigkeit
auszeichnen, bietet die Erfindung den weiteren Vorteil, daß man den Brennvorgang
bei Temperaturen .durchführen kann, welche beträchtlich niedriger liegen als die
bei Abwesenheit von Metallen oder Metallverbindungen sonst erforderlichen Temperaturen.
Man kann z. B. Erzeugnisse von einwandfreier Beschaffenheit durch) Brennen bei Temperaturen
von etwa i2oo bis iq.öo° herstellen.
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Die bedeutende Überlegenheit von erfindungsgemäß hergestellten Erzeugnissen
gegenüber aus .gleichen Ausgangsstoffen nach bekannten Verfahren hergestellten feuerfesten
Erzeugnissen geht aus nachstehenden Vergleichsversuchen hervor: 6o Gewichtsteile
magnesiumorthosilikatreiches norwegisches Olivingestein wurde mit üblichen Zusätzen,
nämlich ig Gewichtsteilen Chromeisenerz, 13 Gewichtsteilen totgebranntem Magnesit,
6 Gewichtsteilen kaustischem Magnesit innig gemischt. Aus dieser Mischung wurden
Steine hergestellt mit der Maßgabe, daß al"s Bindemittel im einen Fall 1,5 bis 2
% fetter Bindeton, im anderen Falle 1,5 bis 2 0(o einer spröden;. fein zerkleinerten
Metallegierung, enthaltend 75'/o Mn, i7 0;`o Si, 8 °/o Fe, angewendet wurden. Die
Ansätze wurden in gleicher Weise auf hydraulischen Pressen verformt und bei gleichen
Temperaturen (i6oo°) in genau gleicher Weise gebrannt. Die fertig gebrannten Steine
wurden in einem elektrischen Muff elofen -auf r ioo° C erhitzt und dann in einem
starken Luftstrom (Windkanal) abgekühlt. Als Maß der --'#bschreckfestigkeit diente
die Anzahl der Abschreckungen, welche erforderlich tvaren, um einen-Zerfall der
Steine herbeizuführen. Die mit Bindeton hergestellten Steine zeigten eine Abschreckfestigkeit
von 12 bis 15; die erfindungsgemäß hergestellten Steine eine Abschreckf.estigkeit
von 23 bis 27.
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Die Erfindung bringt also gegenüber dem Bekannten fast eine Verdoppelung
der Abschreckfestigkeit: Da die Lebensdauer feuerfester lrzeugniss.# in c.1:11 meisten
Fällen der Abschr eckfestigkeit parallel verläuft, stellt die Erfindung, eine sehr
erhebliche fachmännisch nicht voraussehbare Bereicherung der Technik dar.
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Vergleichsweise sei bemerkt, daß der gleichen Abschreckprobe auch
österreichische Magnesitsteine unterworfen wurden und diese nur eine Abschreckfestigkeit
von 3 bis zeigten.
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Bei vorstehenden Vergleichsversuchen wur- i den in allen .Fällen für
die Herstellung der Steine Brenntemperaturen von i6oo° angewendet, da diese sich
für die tonhaltigen, mit Hilfe von Bindeton hergestellten Steine als .gut geeignet
erwiesen haben. Erfindungsgemäß hergestellte Körper können aber, wie bereits oben
erwähnt, bei erheblich niedrigeren Temperaturen, z. B. solchen von etwa I2oo bis
id.oo° C, einwandfrei gebrannt werden. Dies bietet u. a. den großen Vorteil, daß
man gewöhnliche Ofen der Schamotteindustrie; die in sehr vielen Werken zur Verfügung
stehen,
verwenden kann, während man bisher für die technische Herstellung
erstklassiger Olivitiprodukte Spezialöfen für höhere Temperaturen verwenden mußte.
Beispiele i. Olivingestein wird zum Teil in körniges, zum anderen Teil in pulveriges
Feinmaterial übergeführt. Das Feinmaterial wird mit Ferro-Silicium, dessen Gewichtsmenge
etwa 5 % der Gewichtsmenge _ des Gesamtbaustoffs entspricht, innig gemischt,
z. B. derart, daß das Olivinfeinmaterial bzw. der als Feinmaterial anzuwendende
Anteil zusammen mit dem Ferrosilicium fein vermahlen wird. Hierauf wird das Olivingrobmaterial
mit dem Feinmaterial in gewünschten Mengenverhältnissen unter Zugabe einer Anmacheflüssigkeit
gemischt, die Mischung in üblicher Weise in Formkörper übergeführt und diese unter
Bedingungen gebrannt, bei welchen eine Oxydation des Ferrosiliciums unter Überführung
des Eisens in Eisenoxyd stattfinden kann. Der Brennvorgang kann infolge Anwesenheit
des Ferrosiliciums bei niedrigeren Temperaturen als den sonst erforderlichen, z.
B. bei etwa 120o bis iq.oo°, durchgeführt werden. An Stelle von Ferrosilicium kann
F.erromangan, Ferromangansilicium, Ferrochrom o. dgl. verwendet werden.
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2. Magnesiumorthosilikatmaterial, z. B. Olivingestein, welches ganz
oder vorwiegend als Grobmaterial angewendet wird, und Magnesiumoxv d, Chromverbindungen
oder Stoffe beider Art, welche ganz oder vorwicgend als Feinmaterial angewendet
werden, werden unter Einverleibung von etwa q. bis 5110 einer spröden Metallegierung,
wie Ferro-Silicium u. dgl., in ein inniges Gemenge übergefÜhrt, vorzugsweise derart,
daß .die Metalllegierung mit dem Feinmaterial vermahlen und das so erhaltene innige
Gemisch mit dem Grobmaterial vermengt wird. Die Mischung wird in üblicher Weise
in Formkörper übergefiihrt und diese bei Temperaturen zwischen i2oo und iq.oo° :gebrannt.
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3. 7o Gewichtsteile Olivin in Korngrößen von 0,3 bis .4 inm
werden mit 3o Gewichtsteilen eines Feinmaterials vermengt, welches etwa 50 °/o Chromerz,
30 °,'o Sintermagnesit, 15 % kaustischen Magnesit und 5 % eines Ferromangansiliciums
mit .etwa 6o °/o Mn, 20 °Jo Fe, 2o % Si enthält, innig vermischt.
Das Gemenge wird mit Wasser angemacht und bei Temperaturen von etwa 1q.00° gebrannt.
An Stelle von Ferromangansilicium kann man z. B. Ferrochromsilicium verwenden. Hierbei
erhält man Erzeugnisse, welche sich durch besondere mechanische Festigkeit auch
bei hohen Temperaturen auszeichnen, Es ist bereits bekannt, bei der Herstellung
feuerfester, aus gebranntem Magnesit bestehender Produkte .den Ausgangsstoffen oder
Zwischenprodukten metallisches Eisen, z. B. in Form von Eisenspänen, oder Eisenoxyde
oder Eisenerze zuzusetzen. Weiterhin ist bekannt, pulverförmige, schwer sinternde
Stoffe, wie z. B. gebrannter gemahlener Magnesit, gemahlene Tonerde u. dgl., mit
einem Sulfat, z. B. Gips und Eisenoxyd oder pulverigen Eisenspänen, zu mischen,
anzufeuchten und nach Formgebung auf hohe Temperatur zu erhitzen. Hierbei soll durch
Aufeinanderwirken von Metalloxyd und Calciumsulfat Schw ef°1säure ausgetrieben und
ein Zusammensintern des pulverförmigen Stoffes bewirkt werden.
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Aus bekannten Verfahren der vorstehend angegebenen Art konnte kein
Fachmann schließen, daß es möglich sein würde, aus Magnesiumorthosilikat bestehenden
oder solches als wesentlichen Bestandteil enthaltenden Baustoffen eine überraschend
hohe Abschreckfestigkeit durch Einverleiben fein verteilter Metalle bzw. Metallegierungen
und Überführung der DTetalle beim Brennvorgang in verkittend wirkende Sauerstoffverbindungen
zu verleihen. Ebensowenig konnte aus den bekannten Verfahren geschlossen werden,
daß der Zusatz von Metallen oder Metallegierungen zu magnesiumorthosil.ikathaltigen
Ausgangsstoffen eine erhebliche Herabsetzung der Brenntemperatur gestattet und trotzdem
nicht nur gleich gute, sondern bessere Erzeugnisse erzielt w,-rden.
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Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, Chromitbaustoffe aus Mischungen
herzustellen, welche neben Chromit und Bindern untergeordnete Mengen von Ferrosilicium
enthalten. Hierbei soll das Silicium beim Brennen eine partielle Reduktion des Chrom.its
bewirken und das Erzeugnis durch ein die Festigkeit desselben erhöhendes Gerippe
des Reduktionsproduktes ersetzt werden. Dieses bekannte Verfahren hat mit dem vorliegenden
schon :deshalb nichts zu tun, weil es sich dort um einen Reduktionsvorgang handelt,
der selbstverständlich nicht in oxydierender Atmosphäre durchgeführt werden kann,
während der Erfolg des vorliegenden Verfahrens gerade dadurch bedingt ist, daß das
dem magnes.iumorthosilikathaltigen Material in feiner Verteilung einverleibte Metall
beim Brennen oxvdiert wird.