Schamotte

Die Schamotte (auch Schamott) ist ein feuerfestes Halbfabrikat mit 10 bis 45% Aluminiumoxid-Anteil.

Dabei unterscheidet man zwischen:

• saure Schamotte: Al₂O₃-Gehalt zwischen 10 und 30 %
• Normalschamotte: Al₂O₃-Gehalt zwischen 30 und 45 %

Als Schamotte werden von Laien häufig alle feuerfesten Steine und Ausmauerungen bezeichnet. Dies ist jedoch sehr unexakt, da es viele sich verschiedene sich wiedersprechnede Anforderungen an feuerfeste Steine gibt. Siehe feuerfeste Baustoffe. Für unterschiedliche Einsatzzwecke gibt es daher auch unterschiedliches feuerfestes Mauerwerk.

Lage im Zweistoffsystem SiO₂-Al₂O₃

Zweistoffsystem

In diesem Ausschnitt aus dem Zweistoffsystem ist zu erkennen das der Schmelzpunkt der Verbindungen stetig steigt. Mit dem ansteigen des Schmelzpunktes bei steigendem Al₂O₃-Gehalt, nehmen auch anderen Eigenschaften der fertigen Steine zu.

• Festigkeit nimmt zu
• Porenvolumen sinkt
• Temperaturwechselbeständigkeit steigt
• uvm.

Hierbei ist zu bemerken, dass bei 30 MA-% Al₂O₃ ein maximum an Schmelzphase liegt, und somit auch andere Eigenschaften wie erwartet vorliegen. Es tritt also ein Abfall der guten Eigenschaften ein. Ab den 30 Ma-% steigen die guten Eigenschaften wieder an.

Mineralphasen

Mullit 25-50% Glas 25-50% Quarz bzw. Cristobalit bis 30%

Ziel ist es den Anteil an Mullit zu Maximieren. Aufgrund fehlender Al₂O₃-Gehalte, siehe Rohstoffe, ist es schwer dies zu erreichen. Daraus resultieren bei minderwertigen Qualitäten sehr hohe Anteile an SiO₂ (saure Schamotte). Ein qualitativ hochwertiger Schamottestein (höhere Anwendungstemperatur), zeichnet sich dadurch aus möglichst viel Al₂O₃ zu enthalten, um möglichst viel Mullit 3 Al₂O₃*2 SiO₂ zu bilden.

Rohstoffe

Roshstoff für das Endprodukt ist Schamotte und Ton. Wobei der Rohton sowohl zur Bindung der Schamottekörnung wie auch zur Ergänzung des Gefüges eingesetzt wird.

Herstellung von Schamottekörnung:

• Rohton wird plastisch aufbereitet
• grob zerkleinert
• getrocknet
• gebrannt (bis maximale Mullitbildung erreicht)
• zerkleinert(gebrochen und/oder gemahlen)
• fraktioniert in Grob-, Mittel- und Feinkorn.

Zu verwendender Ton

• Hierbei ist darauf zu achten, dass der eingesetzte Ton möglichst rein ist, also keine Verunreinigungen enthält (bei schlechteren Qualitäten kann ein relativ großer Quarzanteil im Rohstoff enthalten sein(saure Schamotte)).
• Ebenso ist es von Vorteil möglichst hohen Kaolinitanteil im Ton zuhaben, da dieser keine Alkalien mitbringt.

Schamotte ist im Prinzip nicht anderes als gebrannter Ton/Kaolin! Warum vorbrennen? Ein Schamottestein aus reinem Ton hätte eine enorme Trocken, Brennschwindung. Durch das Vorbrennen wird ein Großteil der Schwindung vorweggenommen, so dass der Stein weniger Rissanfällig wird.

Man spricht von Schamotte solange nur Ton im Versatz verwendet wurde.

Zusätze von Periklas(MgO) bewirken eine Cordierit-Bildung, welche die TWB auf Grund des kleineren WAK stärkt, aber die Temperaturbesändigkeit leicht senkt.

Formgebung

Die Aufbereitung erfolgt klassisch keramisch. Durch herstellung von Gießschlicker, plastischer Masse, oder Pressgranulat. Dabei ist das eingesetzte Verhältnis von Schamotte zu Ton jeweils unterschiedlich, da mit steigendem Wassergehalt mehr Plastizität bzw. Dispergierbarkeit notwendig ist, um die erwünschte Komplexität der Form erreichen zu können. Schamotte besitzt diese Eigenschaften auf Grund des Vorbrandes nicht mehr. Die Formgebung selbst findet statt mittels Schlickerguß, extrudieren mittel Strangpresse, Trockenpressen. Dabei ist zu bemerken, dass die Eigenschaften der Steine mit fallendem Wassergehalt in der Formgebung besser werden.

Mit fallendem Wassergehalt in der Aufbereitung:

• Rohdichte nimmt zu
• Porosität nimmt ab (Optimum bei ca. 20%)
• KDF (Kaltdruckfestigkeit) nimmt zu
• T₀₅(DE/Druckerweichen) nimmt zu (höhere Anwendungstemperatur)
• TWB (Temperaturwechselbeständigkeit) nimmt zu
• Maßhaltigkeit nimmt zu
• Brenn- und Trockenschwindung nehmen ab

Daher ist ein trockengepresster Stein in hinsicht auf die feuerfesten Eigenschaften den plastisch geformten oder schlickergegossenen Steinen überlegen. Man weicht auf andere Herstellungsverfahren aus, wenn die zu erzeugende Form nicht mehr durch Trockenpressen zu erreichen ist.

Sintern von Schamotte

Angestrebt wird eine maximale Mullitbildung. Unter der Annahme, dass das gesamte Aluminiumoxid im Rohstoff an der Mullitbildung teilnimmt. Dies geschieht bei Temperaturen zwischen 1000°C und 1400°C. Zuerst bildet sich Schuppenmullit, auf diesem sich bei höheren Temperaturen Nadelmullit bildet. Durch die nadelige Form des Nadelmullit verstricken sich die einzelnen Mullitkristalle in einander und erwirken die starke Verfestigung im Stein.

Es ist abzuwägen zwischen:

• langer Brennzeit, maximale Mullitbildung, erreichen einer maximalen Hitzebeständigkeit
• kurzer Brennzeit, Einsparung von Energiekosten
• bei hohen Quarzgehalten vorsichtiges Aufheizen wegen Modifikationswechseln

Eigenschaften

• spezifische Wärmekapazität 1,00 kJ/(kg K).

Anwendungstemperaturen:

Anwendung

Echte Schamottsteine werden in der Ausmauerung von Kachelöfen und Kaminen sowie als Wärmespeichermasse in Elektroheizungen genutzt. Zur eindeutigen Kennzeichnung der Asche eines Verstorbenen bei einer Feuerbestattung werden Schamottesteine mit eingravierter Nummer verwendet.

In Hochöfen, Pfannenwagen, industriellen Brennkammern und Feuerungsanlagen werden hingegen meist Spezialsteine mit genauer definierten Eigenschaften verwendet. In vielen Fällen müssen sogar zwei oder mehr Schichten unterschiedlicher Steine eingesetzt werden, um einerseits eine hohe Innentemperatur des abzuschottenden Bereichs, andererseits eine möglichst geringe Gesamtdicke des Mauerwerks zu erreichen.

Literatur

• Paul Werner: Die Feuerfeste Industrie. (= Hartlebens Chemisch-technische Bibliothek, Band 334). 1. (letzte) Auflage. A. Hartleben’s Verlag, Wien 1911