Bøger af Hans-Ernst Schwiete

In den letzten Jahren werden in Stoß öfen in immer stärkerem Maße an Stelle der Gleitschienen aus wassergekühlten Stahlrohren keramische Gleitschienen aus schmelzgegossenen oder keramisch gebundenen feuerfesten Steinen eingesetzt. Die keramischen Gleitschienen haben den Vorteil, daß b~i richtiger Auswahl der Steinqualität die Betriebskosten gesenkt werden und eine bessere Durchwärmung des Einsatzgutes erreicht wird. Mit dem Einsatz von keramischen Gleitschienen ist jedoch das Problem der Ab­ riebfestigkeit des als Schienen verwendeten feuerfesten Materials stark in den Vordergrund getreten. Es sind zwar verschiedene Verfahren zur Prüfung der Abriebfestigkeit feuerfester Steine, besonders bei normaler Temperatur, bekannt, doch auf Grund ihres appa­ rativen Aufbaues und der Versuchsbedingungen können die erzielten Ergebnisse nicht zur Charakterisierung des Abriebverhaltens der für diesen Zweck zu ver­ wendenden Steine herangezogen werden. Um aber den ganzen Beanspruchungsmechanismus, dem feuerfeste Steine in keramisch zugestellten Öfen ausgesetzt sind, zu erfassen, sollte in der vorliegenden Arbeit ein Verfahren entwickelt werden, das es ermöglichte, in Form von Labor­ versuchen weitgehendst die herrschende~ Betriebsbedingungen nachzuahmen und weiterhin in vertretbaren Zeiten Ergebnisse zu liefern, die eine richtige Auswahl und Überprüfung der Steinqualitäten garantierten. Für den speziellen Fall der Untersuchung von keramischen Gleitschienen für Stoßöfen bedeutet das aber, daß außer der Temperatur, Belastung und der Ofenatmosphäre neben der mecha­ nischen Abriebbeanspruchung eine zu vermutende Reaktion oder Korrosion zwischen Stein und Eisen während der Prüfung durch den Versuchsaufbau er­ möglicht wird.

Zahlreiche Gründe führen zur Untersuchung von organischen Bestandteilen in Böden und Lagerstätten. So versuchen z. B. Bodenkundler und Landwirte die Beziehungen festzustellen, die zwischen dem Gehalt, der Zusammensetzung und der Struktur dieser Substanzen auf der einen Seite und der Bodenfruchtbarkeit auf der anderen Seite be­ stehen. Dabei bezeichnen sie den Teil der Erdkruste bis zu einer Tiefe von 1 mals »Boden«. Er enthält große Mengen an organischen Stoffen. Die in der Gesteinshüttenkunde verwendeten Rohstoffe enthalten organische Bei­ mengungen in wechselnden Mengen. Durchschnittlich beträgt der Anteil bei Lager­ stätten in Deutschland etwa 0-3%, während in England Tone mit organischen Bestand­ teilen bis zu 20% keine Seltenheit sind. Diese organischen Stoffe sind teilweise erwünscht, da sie die Fließeigenschaften von Tonschlickern günstig beeinflussen. In vielen Fällen führen die organischen Substanzen aber auch zu Aufblähungen und Rissen beim Brennen der Rohlinge. Der Keramiker richtet sein Interesse hauptsächlich auf die Wirkung dieser Beimengungen und nicht so sehr auf detaillierte Untersuchungen der organischen Stoffe selber. Der organische Bodenanteil b::steht aus einem komplizierten System von Stoffen, das sich laufend verändert. Diese Veränderungen werden durch biologische, chemische und physikalische Faktoren bestimmt. Diese Vielzahl organischer Substanzen kann nach KONoNow A [1] in zwei Gruppen aufgeteilt werden, nämlich in die Verbindungen un­ spezifischer Natur und die Stoffe spezifischer Natur. Ehe wir auf nähere Einzelheiten eingehen, wollen wir uns einen Überblick über die geschichtliche Entwicklung der Kenntnisse dieses Gebietes der Naturstoffchemie ver­ schaffen.

Ftir die gesamte Steine- und Erdenindustrie ist die Kenntnis der minerali­ schen Zusammensetzung sowohl der Rohstoffe als auch der Fertigprodukte von ausschlaggebender Bedeutung. Zur Bestimmung des Mineralgehaltes werden heute verschiedene Verfahren an­ gewandt, die aber meist ziemlich umstandlich und recht langwierig sind, besonders wenn prazise quantitative Aussagen gemacht werden sollen. In den wenigsten Fallen ist hierbei die Genauigkeit ausreichend, fast immer bleibt eine Unsicherheit, die endgtiltige Schltisse sehr erschwert oder fast unmoglich macht. Die chemische Analyse ist ftir derartige Bestim­ mungen unzureichend, weil sie zwar die einzelnen Komponenten mit hinrei­ chender Genauigkeit ermittelt, dagegen jedoch keine Aussagen tiber die mi­ neralische Zusammensetzung macht. Auch tiber den Umwandlungsgrad eines Fertigproduktes sagt die chemische Analyse nichts aus. Wohl ist eine sol­ che Bestimmung zum Beispiel bei einem Silikastein mit Hilfe des spezifi­ schen Gewichts moglich, jedoch kann gerade diese Methode zu einem falschen Bild ftihren, da zu viele Komponenten das spezifische Gewicht im Stein bestimm~n.

Der Zwang zur Steigerung der Leistung nach Menge und Güte geht durch die ganze Technik. Er besteht auch für Glasschmelzwannen ; hier vielleicht um so mehr, als dabei jahrzehntelang Versäumtes nachzuholen ist. K. FLEssA [1] zeigt in einer Veröffent­ lichung die Steigerung der Schmelzleistung und die Erhöhung der Lebensdauer einer Weißhohlglaswanne im Laufe von 20 Jahren (1928-1948). Es ist zu sehen, daß die 2 Leistung von etwa 0,5 tfm und Tag auf etwa 1,2 t, also rd. auf das 2,5fache gesteigert wurde. Gleichzeitig hat sich die Lebensdauer von ursprünglich 6 Monaten auf über 30 Monate erhöhen lassen. E. STEINHOFF [171] gibt 1960 die Lebensdauer von Glasschmelzwannen aus schmelz­ gegossenen Steinen mit 2 bis 4 Jahren an. Nach einer Angabe von P. BEYERSDORFER [100] aus dem Jahre 1964 beträgt die Lebensdauer von schmelz gegossenen Wannen­ steinen für erschmolzene Natron-Kalk-Gläser bei einer Temperatur von 1550°C 3-4 Jahre. Nach W. LIEHN [172] und einer mündlichen Mitteilung von W. TRIER aus dem Jahre 1966 bewegt sich die Haltbarkeit von Glasschmelzwannen je nach Art des erschmolzenen Glases heute zwischen 4 und 5 Jahren. Die Leistung wurde auf das 4fache gesteigert. Eine weitere Betriebsstatistik von H. W. BAQUE [27] ist geeignet, die Rentabilität zu 2 beurteilen. Nach dieser Aufstellung hat eine Wanne von 77,5 m Schmelzfläche, die mit Schamotte-Material ausgekleidet war, 7 Monate Betriebszeit überdauert, und die Aus­ kleidung mit geschmolzenen Mullit-Korund-Steinen eine Lebensdauer von 27 Monaten erreicht. An Glas wurden im ersten Falle 6648 t und im zweiten 77 485 tausgearbeitet.

Literatur bekannt waren, konnten diese zur Identifikation der jeweils vorliegenden Stoffe herangezogen werden.

Sauerstoff-OH-Oktaedern, die .++++ Sl -Ionen dagegen Zentralbausteine von Sauerstoff-OH-Tetraedern bzw.

werden.

zu gewinnen. 7 2. Einführung 2.

Feuerfeste Mörtel, Streichmassen, Kitte, Mörtel und Stampfmassen haben als gemeinsames Merkmal, daß sie im ungeformten und zerkleinerten Zustand ver­ wendet werden. Sie finden immer weitere Verbreitung zum Auskleiden von Be­ hältern aller Art, wie z. B. Konverter, Pfannen usw., und im Industrieofenbau. So machten die ungeformten Erzeugnisse bereits 1957 in Europa bei Silikaerzeug­ nissen etwa 20%, bei Schamotteerzeugnissen etwa 12,5% und bei basischen Er­ zeugnissen etwa 10% der gesamten Produktion aus [1]. Der Mörtel hat den Zweck, die einzelnen Steine innerhalb des Mauerwerks dicht und mechanisch fest zu verbinden. Er muß daher eine gute Klebkraft haben, um die Steine schon nach dem Vermauern im ungebrannten Zustand fest mitein­ ander verbinden zu können. Bei der späteren Betriebstemperatur setzt dann zu­ sätzlich die keramische Verfestigung ein. Diese soll aber so verlaufen, daß der Mörtel durch das Einbrennen sich selbst verfestigt und durch seine gute Haft­ festigkeit den Mauerverband bei hohen Temperaturen zusammenhält.

Problems in der vorliegenden Arbeit. 1.

Die natürlichen Puzzolanen (Trasse) finden in der Bauindustrie auf Grund ihrer hydraulischen Eigenschaften vielfache Verwendung. Schon den alten Römern war es bekannt, daß ein Zusatz von Puzzolanen zum gelöschten Kalk ein hydraulisches Bindemittel ergab. Viele Bauwerke, insbesondere Wasserbauten, die unter Verwendung dieser Puzzolanen-Kalk-Mörtel erbaut wurden, sind heute noch ein Beweis der Bau­ kunst im Altertum und der Haltbarkeit der verwendeten Bindemittel. Als Beispiel hierfür in unserer Gegend sei die noch heute zum Teil erhaltene Wasserleitung von Sötenich nach Köln genannt. Es ist noch darauf hinzuweisen, daß die Kenntnisse der Römer über die Ver­ wendung der Eifeltuffe zur Herstellung hydraulischer Bindemittel nach ihrem Rückzug aus Deutschland eine Zeitlang vollkommen in Vergessenheit geraten waren. Erst im späten Mittelalter wurden die Eifeltuffe wieder im Baugewerbe angewendet. Nach HAMBLOCH [1] wurde im Jahre 1682 wieder mit der industriellen Aus­ beutung der Trachyttuffe der Eifel begonnen. Die hier kurz angedeutete Bedeutung des Trasses war der Anlaß, im Anschluß an die umfangreichen Untersuchungen von SCHWIETE und LUDWIG sowie SCHWIETE, LUDWIG und WIGGER [2, 3, 4, 5] weitere Kenntnisse über die Puzzo­ lanen, besonders aber über den rheinischen Traß zu gewinnen.

besonders auf die über längere Zeiten hin konstanten und leicht reproduzierbaren Versuchsbedingungen geachtet.

Die vorliegenden Untersuchungen wurden durchgefuhrt, um das morteltech- nische Verhalten von verschiedenen rheinischen und bayrischen Trassen zu klaren. Obwohl die Verbesserung der Kalke durch Puzzolanen, das sind hydraulische Zusatzstoffe wie Puzzolanerde, Tra, Diatomeenerde etc., seit langem bekannt ist, gehen die Anschauungen uber die Wirksamkeit des Trasses in Verbindung mit Normenzementen stark auseinander. So schrieb MICHAELIS [1J am Ende des 19. Jahrhunderts: "e;Geeignete Puzzolane erho- hen die zementierende Kraft eines Zementes"e;. Dem steht die Meinung von GRAF [2J entgegen, nach der die Puzzolanzusatze nur eine bessere Poren- ausfullung im Beton bewirken, also die Dichte des Betons erhohen sollen, um so den Beton gegen aggressive Wasser bestandiger zu machen. Zur Bestimmung des Einflusses des Trasses wurden Bindemittelmischungen hergestellt, in denen Zemente und auch Kalke teilweise durch Tra bzw. durch Quarz oder Tonerde ersetzt wurden. Das heit, Quarz und Tonerde wurden als inerte Vergleichssubstanzen herangezogen. Auf die Tatsache, da der feingemahlene Quarz nicht als vollstandig inert bezeichnet wer- den darf, wird bei der Betrachtung der Kalkbindung der Trasse noch zu- ruckgekommen werden.