Verfahren zur Herstellung tongebundener, keramischer Erzeugnisse. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von tongebundenen, keramischen Erzeugnissen, insbesondere von feuerfesten und säurefesten Steinen. Als tongebundene, keramische Erzeugnisse sind solche Gegen stände zu erachten, die durch Verformen einer aus Bindeton und unelastischen Lage rungsmitteln bestehenden Masse hergestellt sind, wobei das den Grundstoff der Masse bildende 31agerungsmittel je nach dem beson- clern Verwendungszweck des keramischen Er zeugnisses aus vorgebra.nntem Ton (Scha motte), natürlichem oder künstlichem Ko- rund,
Quarzit, Cyanit, Chromit, Ka.rborund, Zirkon, Magnesit oder irgendwelchen andern für Tonbindung geeigneten 'unelastischen Stoffen bestehen kann.
Bisher werden tongebundene, keramische Erzeugnisse, beispielsweise feuerfeste Steine, in der Weise hergestellt, dass Schamotte oder ein anderes, als Grundstoff für das kera mische Erzeugnis dienendes unelastisches Ma;gerungsmittel zunächst mehr oder weni ger feinkörnig gemahlen und dann mit dem als Bindemittel dienenden Ton vermischt wird. Die Menge des Bindetons musste hier bei etwa 25 bis 35% des Massegewichtes be tragen, um die erforderliche Plastizität und eine genügende Bindung der Masse zu ge währleisten.
Unter Zugabe von Wasser wird dann die je nach der Höhe des Tongehaltes mehr oder weniger plastische Masse gemischt und hierauf zu Steinen oder andern Gegen ständen geformt, welche getrocknet und ge brannt werden.
Erfahrungsgemäss ist es bei der üblichen Herstellung tongebundener, feuerfester Steine aber sehr schwierig und praktisch kaum zu erreichen, das mehr oder weniger grobkör nige Magerüngsmittel und den Bindeton voll kommen gleichmässig zu durchmischen. Die ungleichmässige Verteilung beider Mischungs komponenten bewirkt, dass an den einzelnen Stellen des Steines eine unterschiedliche Schwindung eintritt, welche ein Verziehen der äussern Form zur Folge hat. Auch ist das chemische und physikalische Gefüge des Steines ungleichmässig, wodurch die Wider- standsfähigkeit des Steines gegen hohe Tem peraturen, schroffen Temperaturwechsel, chemische Angriffe und mechanische Bean spruchungen bei hohen Temperaturen herab gesetzt ist.
Selbst wenn durch zeitraubende und kost spielige Verlängerung des Mischprozesses eine einigermassen gleichmässige Durchmi- schung erreicht ist, so bleibt doch infolge der erforderlichen grossen Mengen des zuzusetzen den Bindetons und Anmachewassers als Übel stand eine sehr erhebliche Nachschwindung sowohl beim Trocknen wie auch beim Bren nen bestehen.
Gewöhnlich werden die Mage- rungsmittel der Mischung vor dem Mahlen kalziniert oder gebrannt, so dass. sie beim Brennen des Steines zum zweiten Male ge brannt werden und deshalb einen höheren Umwandlungsgrad und damit andere physi kalische Eigenschaften erreicht haben als der nur einmal gebrannte Bindeton. Je grösser der Prozentsatz von Bindeton im Steine ist, desto grösser ist die ungünstige Wirkung der oben erwähnten Unterschiede zwischen den beiden Mischungskomponenten.
Bei der Ver wendung hochfeuerfester Magerungsmittel, wie Korund oder Quarzit, wird zudem die Feuerfestigkeit des Erzeugnisses durch einen erheblichen Prozentgehalt an Bindeton we sentlich herabgesetzt. Die Feuerfestigkeit von Korund entspricht beispielsweise S. K. 42, während die besten Bindetone höchstens eine Feuerfestigkeit von S. K. 35 erreichen. Fer ner kommt in Betracht, dass feuerfeste Er zeugnisse aus billigen Magerungsmitteln, wie gemahlenen Steinbrocken oder Kapselscher ben, deren Preis unter dem des Bindetones liegt, durch den bisher erforderlichen erheb lichen Zusatz von Bindeton stark verteuert werden.
Die Erfindung bezweckt eine gute Bin dung der Magerungsmittel bei der Herstel lung tongebundener, keramischer Erzeugnisse unter Anwendung ganz geringer Tonmengen zu erzielen. Dies ist erfindungsgemäss da durch erreicht, dass der Bindeton durch Zu satz von Wasser und geeigneten Elektroly ten in die Form einer kolloidalen Tonlösung übergeführt wird und in diesem Zustand mit einer derartigen Menge des gemahlenen Ma- gerungsmittels gemischt wird, dass eine ma gere, wenig plastische Masse entsteht, die durch starke mechanische Einwirkung, zum Beispiel durch Pressen, Stampfen oder Schla gen zu Steinen oder andern Körpern ver formt wird.
Es ist an sich bekannt Ton, beispielsweise durch einen geringen Zusatz von Alkali oder Soda oder dergleichen in einen Giessschlicker überzuführen. Man giesst auch Gegenstände aus einem Giessschlicker, der aus verflüssig tem Ton und Magerungsmitteln besteht. Man hat aber noch nie verflüssigten Ton zur Bin dung so grosser Mengen von Magerungsmit- teln verwandt, dass die Masse nicht mehr giessfähig ist, sondern durch Schlagen, Stampfen oder Pressen verformt werden muss.
Durch seine Überführung in giessbaren Zustand wird der Bindeton in sehr weitgehen dem Masse aufgeschlossen und in dispersen Zustand übergeführt, wodurch die Bindefähig keit des Tones bedeutend erhöht wird. Bei Anwendung dieses giessbaren Tonschlickers von kolloidaler Feinheit zur Herstellung ton gebundener Erzeugnisse benötigt man nur eine sehr geringe Menge von Bindeton und erzielt gleichzeitig ohne Schwierigkeit eine durchaus gleichmässige Verteilung des Binde tones in der Mischung.
Versuche haben ergeben, dass an Stelle der grossen Mengen von Bindeton zum Bei spiel 25 bis 35% des Ma.ssegewichtes, welche nach dem üblichen Herstellungsverfahren er forderlich waren, jetzt ein sehr geringer Ton zusatz, der je nach Art des Bindetones und des beim Verformen der Steine angewende ten Druckes bis auf 2 bis 5% des Massege- wichtes verringert werden kann, genügt, um tongebundene Erzeugnisse herzustellen, de ren Güte in vieler Hinsicht die Qualität der nach den bisher üblichen Methoden herge stellten Erzeugnisse übersteigt.
Die Gesamtschwindung des neuen Er zeugnisses wird durch den geringen Zusatz von Bindeton erheblich vermindert und die Gleichmässigkeit des Gefüges ist durch die gute Verteilung des giessbaren Tonschliehers in der Mischung wesentlich erhöht.
Ferner ist die Feuerfestigkeit insbeson dere der Erzeugnisse aus hochfeuerfesten Ma- gerungsmitteln, wie zum Beispiel Korund, infolge des geringen Gehaltes an Bindeton bedeutend verbessert.
Die geringfügigen Zu sätze von Alkalien, welche zum Überführen des Bindetones in den giessfähigen Zustand erforderlich sind, vermögen die durch den geri igen- Tongehalt erzielten günstigen Re sultate nicht zu beeinträchtigen, da sie nur bis zu etwa 1 bis 11@ % der Bindetonmenge, also nur kleine Bruchteile eines Prozentes der gesamten Masse betragen.
Durch die Herstellung von feuerfesten Erzeugnissen aus (lua.rzit nach dem neuen Verfahren erhält man tongebundene Silika- steine, welche den kalkgebundenen Silika- steinen im Hinblick auf Verbandsfestigkeit, Druckfestigkeit, Feuerbeständigkeit und ho hen Kieselsäuregehalt vollkommen gleich, und bezüglich der Beständigkeit gegen .schraffen Temperaturwechsel sogar infolge der vorzüglichen Ilomogenität überlegen sind.
Der im kolloidalen Zustand dem gemahle nen Quarzit beigemengte Tonschlicker bildet eine Art künstliches Basa.lzement mit dem feinen Quarzitmehl, welches sich beim Bren nen schnell umwandelt und auch die Um wandlung der kleineren und grösseren Quar- zitkörner in die andern 3Todifikationen der Kieselsäure, nämlich in Cristobalit und Tri- dvmit begünstigt und beschleunigt.
Deshalb erlaubt das neue Herstellungsverfahren die Verwendung von chemisch reinen Quarziten oder andern hochkieselsäurereichen Stoffen ohne Basalzement wie zum Beispiel Quarz kiesel, Sanden und dergleichen zur Herstel lung erstklassiger Silikasteine.
Bisher war es praktisch unmöglich, eine kleine Menge von Bindeton mit grossen Nen gen von gemahlenem Quarzit, Chamotte oder dergleichen so gleichmässig zu mischen, dass eine gute Bindung der sich berührenden Kör ner in der Masse erzielt werden konnte. Durch die Hinzufügung des Bindetones zu der Masse in Form eines Schlickers werden die Magerungsmittel derselben völlig von einer ausserordentlich dünnen Schicht Binde tones umhüllt.
Unter Umständen kann hier bei der in giessbarem' Zustand überführte Bindeton durch Zugabe einer grösseren Was sermenge, als zum Vergiessen eines Ton- schlickers eigentlich erforderlich ist, in dünn flüssigeren Zustand übergeführt werden. Das im Überschuss zugesetzte Wasser kann, so weit es notwendig ist, dann der fertigen Mi- schunä vor dem Verformen durch bekannte Mittel, beispielsweise Wärme, wieder entzo gen werden.
Nach diesem Verfahren kann man ohne Gefährdung der gleichmässigen Durchmischung bis auf viel geringere Zu sätze von Bindeton herabgehen, als dies bis her für möglich gehalten wurde, ohne dass damit die Gleichmässigkeit der Durchmi- schung oder die gute Bindung der sich berüh renden Körner in derselben beeinträchtigt wird.
Zur Verformung der Massen, welche in der beschriebenen Weise durch Mischung von gemahlenen Magerungsmitteln mit einer ge ringen Menge Tonschlickers hergestellt wur den, kann jedes Verfahren angewendet wer den, durch welches eine innige Berührung der aneinanderstossenden Körner der Masse er zielt wird. Die Masse kann zum Beispiel in Formen gestampft oder geschlagen --erden oder in irgend einer hydraulischen Presse un ter hohem Druck gepresst werden. Je höher der Pressdruck ist, mit welchem die Masse verformt wird, desto besser ist die Bindewir kung der dünnen Tonsehlickerschicht, wel che jedes Korn umgibt.
Nach dem Trocknen werden die geformten Erzeugnisse bei geeig neter Temperatur gebrannt, um eine gründ liche Sinterung des Bindetones zu erzielen.
Auf diese Weise hergestellte feuerfeste Steine haben praktisch ein vollkommen gleichartiges Gefüge. Sie weisen ein Mini mum an Porösität und Trocken-, sowie Brenn- schwindung auf. Trotzdem besitzen sie eine ausgezeichnete Verbandsfestigkeit und ihre Druckfestigkeit ist sowohl bei gewöhnlicher als auch erhöhter Temperatur grösser als bei feuerfesten Erzeugnissen, die nach dem üb lichen Verfahren hergestellt sind. Infolge der Verminderung innerer Spannungen ist auch die Beständigkeit gegen Temperaturschwan kungen bedeutend erhöht.
Bei der Verwendung von billigen Lage rungsmitteln, zum Beispiel gemahlenen Stein brocken oder Kapselscherben, hat der Zusatz von geringen Mengen giessbaren Tonschlik- kers zwecks Bindung gemäss der Erfindung eine wesentliche Verbilligung der Masseko- sten zur Folge, wegen der Verringerung des auf den teueren Bindeton entfallenden Ko stenanteils.
Wird die Verformung von gemäss der Er findung hergestellten Massen unter hohem Druck vorgenommen, so haben die Formlinge nach dem Trocknen eine so hohe mecha nische Festigkeit, dass sie den Transport und die Weiterverarbeitung ebenso gut aushalten wie gebrannte Steine.
Sofern bei der Herstellung derartiger unter hohem Druck verformter Steine bis zur Raumbeständigkeit vorgebrannte Magerungs- mittel benutzt werden, ist auch die Brenn- schwindung der Steine eine überaus geringe. Diese Steine können daher in ungebranntem Zustande in Ofen eingebaut werden, sofern es sich hierbei um solche Öfen handelt, in denen beim Betriebe Temperaturen herrschen, die zum mindesten die Sinterungstemperatur des zur Herstellung der Steine verwendeten Bindetones erreichen.
Eine besondere Ausführungsform des neuen Verfahrens besteht darin, dass der Bindeton nicht für sich allein giessbar ge macht und dann mit der gesamten Menge der gemahlenen Magerungsmittel gemischt wird, sondern mit einem Teil des Magerungsmittels zusammen zu dem Giessschlicker verarbeitet und dann derselbe mit dem Rest des Mage- rungsmittels vermengt wird.
Hierbei kann entweder so verfahren wer den, dass ein Gemisch von Ton und Chamotte oder Quarzit oder einem andern gemahlenen Magerungsmittel zusammen giessbar gemacht, oder al)Pr zunächst der Ton alzf-oelöst und dem Tonschlicker dann ein solcher Teil des gemahlenen Magerungsmittels zugegeben wird, dass das Gemisch noch giessfähig ist.
Die Hinzufügung eines Teils des gemah lenen Magerungsmittels schon bei der Zurich tung des Giessschlickers bietet aen Vorteil, dass die hinzugefügten Körner von thamotte, Quarzit, Korund und dergleichen beim Arbei ten des Rührwerkes eine zerreibende Wir kung auf den Bindeton ausüben und so des sen Auflösung erleichtern und beschleunigen, wodurch ein wesentlicher Teil der Rührarbeit und damit Zeit, Geld und Energie gespart werden.
Derjenige Teil der Magerungsmittel, wel cher in dem Giessschlicker schwebt, umhüllt sich zudem bereits während der Zurichtung des Giessschlickers sehr vollständig mit fein sten Tonteilchen, wodurch ein Teil der späte ren Mischarbeit erspart wird. Vorzugsweise setzt man die feinsten Fraktionen des Mage- rungsmittels in der beschriebenen Weise dem Tonschlicker zu.