DE910038C

DE910038C - Verfahren zum Herstellen kristallin erstarrender Silikatschmelzen

Info

Publication number: DE910038C
Application number: DES18630A
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Hubert Wagner
Original assignee: SUEDDEUTSCHE BASALTWERKE
Current assignee: SUEDDEUTSCHE BASALTWERKE
Priority date: 1950-08-17
Filing date: 1950-08-17
Publication date: 1954-04-26

Description

Verfahren zum Herstellen kristallin erstarrender Silikatschmelzen Silikatschmelzen neigen vielfach dazu, als unterkühlte Schmelze, d. h. glasig zu erstarren. Diese Eigenschaft macht sich die Glasindustrie zunutze.
Andere Silikatschmelzen, z. B. die von der Zusammensetzung des W ollastonits (Ca0 - Si02) oder des Diopsids (Ca0 - Mg0 # 2 SiO2), erstarren völlig kristallin, jedoch schon bei so hohen Temperaturen, daß der Verformung durch Gießen oder einer anderen Art der Verformung erhebliche technische Schwierigkeiten entgegenstehen.
Zu denjenigen Silikatschmelzen, die bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen kristallin erstarren und daher der Verformung durch Gießen leicht zugänglich sind, gehören Schmelzen, die in erheblichen Mengen (2o bis 50 °/o) Flußspat und andere fluorhaltige Stoffe, wie Kryolith, enthalten, insbesondere solche Schmelzen, deren vorwiegende Bestandteile dem Zweistoffsystem Ca 0 - Si 02--CaF2 angehören. Der Gegenstand der Erfindung bezieht sich auf derartige Schmelzen.
Untersuchungen haben ergeben, daß die Kristallisationsfähigkeit dieser Schmelzen auf deren Dünnflüssigkeit beruht und daß im kristallin erstarrten Gießling CaF2 und gegebenenfalls NaF als mineralische Bestandteile vorhanden sind.
Weitere Beobachtungen haben ergeben; daß die Kristallisationsfühigkeit der in Frage stehenden Schmelzen mit zunehmender Schmelzdauer und Schmelztemperatur abnimmt, weil bei hohen Temperaturen die Fluoride oder deren mit den anderen Bestandteilen der Schmelze gebildeten Reaktionsprodukte flüchtig sind.
Von ganz besonderem, und zwar ungünstigem Einfluß auf die Kristallisationsfähigkeit der erstarrenden Schmelzen ist die Anwesenheit von Wasserdampf beim Niederschmelzen des Rohstoffgemenges und beim Halten der Schmelze auf Arbeitstemperatur. Wasserdampf reagiert nämlich in an und für sich bekannter `reise mit Flußspat in Gegenwart von Kieselsäure nach der Gleichung CaF.--Si02,--H"O=CaO-Si0. --;HF lind läßt den Fluor des Flußspats in Form des gasfiirmigen Fluorwasserstoffs (HF) entweichen, der seinerseits mit Kieselsäure (las ebenfalls gasförmige Siliciumfluorid (SiF_,) bildet: Si 02 -r 4 H F = z H@ 0 = Si F,. Je mehr nun die Schmelze auf diese oder jene Weise an Fluor verarmt, um so geringer wird ihre Kristallisationsfähigkeit.
Ausgehend von diesen Erkenntnissen wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, zum Herstellen von kristallin erstarrenden Silikatschmelzen, die erhebliche 'Mengen (2o bis 5o °/ o) Flußspat und,'oder andere Fluor -haltige Stoffe enthalten, beim Niederschmelzen des Rohstoffgemenges und beim Halten der Schmelze auf Arbeitstemperatur die Gegenwart von Wasserdampf auszuschließen.
Zweckmäßigerweise geschieht das durch Verwendung trockener und von chemisch gebundenem Wasser freier Rohstoffe. Feuchte Rohstoffe müssen also vor der Verwendung getrocknet, hvdratwasserhaltige bis zum Austreiben des chemisch gebundenen Wassers erhitzt werden.
In weiterer Fortbildung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die Erhitzung des Rohstoffgemenges und der Schmelze durch eine von Wasserdampf freie Heizung erfolgt. Dies geschieht zweckmäßigerweise durch Verwendung trockener und wasserstofffreier oder -armer Brennstoffe, z. B. Generator-Luftgas, oder durch Elektroheizung (wobei es zur Sicherung des durch die Erfindung angestrebten Erfolgs unerheblich ist, ob das Schmelzen in Lichtbogenöfen, Induktionsöfen oder Widerstandsöfen erfolgt und ob die Schmelze selbst als Widerstand dient oder nicht) oder durch indirekte Beheizung des Schmelzgutes.
Es wurde weiterhin gefunden, daß der engere Bereich, innerhalb dessen die Anwendung des Gegenstandes der Erfindung besondere Vorteile bietet, durch die folgende chemische Zusammensetzung der in Frage stehenden Schmelzen gekennzeichnet ist: 30 bis 50 ° in Si02, i5 bis 30 °(n Ca0, 2o bis 40 °,/p CaF., o bis fo °in AI203, o bis 20 °/n 3 \7aF - AlF, (Kn=olith), o bis fo °;, A1 F3.
In diesen Schmelzen kann bis zu io °;o Ca0 durch Na20 ersetzt sein. Schmelzen dieses Bereichs erstarren kristallin bei im allgemeinen um fooo bis ifoo' C liegende Temperaturen. Sie können in Sandgüß, Kokillenguß und Schleuderguß verarbeitet werden.

Als Beispiel einer nach dem Verfahren gemäß der Erfindung herzustellenden, kristallin erstarrenden Silikatschmelze sei folgende angeführt:

Chemische Zusammen- Rohstoffgemenge (Versatz)

setzung der Schmelze in Gewichtsprozent

in Gewichtsprozent

34,7 Si02 29,1 Ouarzsand

9,1 Al F3 7,6 Aluminiumfluorid

24,7 Ca0 36,9 Marmor

31,5 CaF. 2(),4 Flußspat

Der vorstehende Versatz ist aus der vorstehenden chemischen Zusammensetzung unter der Annahme errechnet, daß die Rohstoffe rein sind und beim Niederschmelzen des Gemenges kein Fluorverlust stattfindet. In der Praxis wird es jedoch meist zweckmäßig sein, einen Fluorverlust, der durch die den Fluoriden eigentümliche Flüchtigkeit bei hohen Temperaturen bedingt ist, bei der Berechnung des Versatzes zu berücksichtigen, z. B. durch Erhöhung des Flußspatgehaltes auf Kosten des Marmorgehaltes.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: z. Verfahren zum Herstellen kristallin erstarrender Silikatschmelzen, die erhebliche Mengen (2o bis 5o °/p) Flußspat und/oder andere fluorhaltige Bestandteile enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß beim Erhitzen und Niederschmelzen des fluorhaltigen Gemenges und beim Halten der Schmelze auf Arbeitstemperatur die Gegenwart von Wasserdampf ausgeschlossen wird.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß trockene und von chemisch gebundenem Wasser freie Rohstoffe verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Rohstoffgemenge und Schmelze durch eine von Wasserdampf freie Heizung erhitzt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß trockene und wasserstofffreie oder -arme Brennstoffe verwendet «erden.
5. Verfahren nach Anspruch 4., dadurch gekennzeichnet, daß Generator-Luftgas als Brennstoff verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Elektroheizung angewendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß indirekte Heizung angewendet wird.
8: Verfahren nach einem der Ansprüche z bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es zum Herstellen von Schmelzender folgenden chemischenZusammensetzung dient: 3o bis 5o °/p Si02, i5 bis 3o °;" CaO, 2o bis 40 a!. Ca F2, o bis fo °/" A1.,03, o bis 2o °!" 3 NaF - Al F3 (Kryolith), o bis fö0/" Al F3.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der chemischen Zusammensetzung der Schmelze bis zu io °I" Ca 0 durch bis zu io °i" 2\'a.0 ersetzt wird. Angezogene Druckschriften Deutsche Patentschriften Nr. 458 5o9, 630 898, 41e 351, 332 578, 287 394, 544 924, 548,930, 151657, 430 387.