Feuerleichtsteine gehören zu der Gruppe der Wärmedämmsteine, zu welcher auch auch Perlit- und Molersteine zählen. Es sind geformte, feuerfeste Erzeugnisse mit einer Anwendungstemperatur von mindestens 800°C und einer Gesamtporosität größer 45%. Die feuerfesten Steine werden nach ASTM 155, EN 1094-2, ISO 2245 oder JIS R2611 klassifiziert.

Feuerleichtsteine werden hauptsächlich im Ofenbau für das Zustellen von Kammer-, Herdwagen- oder Tunnelöfen verwendet. Weitere Anwendungsgebiete sind Wärmebehandlungsöfen als auch petrochemische Anlagen wie Reformer/Spaltöfen und Brennkammerauskleidungen. Feuerleichtsteine können frontseitig eingebaut oder als Hinterdämmung verwendet werden.

Herstellung von Feuerleichtsteinen

Feuerleichtsteine lassen sich in aluminiumsilikatische Feuerleichtsteine, Silikaleichtsteine oder Korundleichtsteine einteilen. Die am häufigsten verwendeten Feuerleichtsteine kommen aus der Gruppe der Aluminiumsilikate. Die chemische Zusammensetzung hat einen unmittelbaren Einfluss auf die Klassifikation der Feuerleichtsteine. In der Regel gilt: Je höher der Aluminiumoxid-Anteil und die Brenntemperatur des Steins, desto höher dessen Klassifikationstemperatur.

Rohstoffe

Für die Herstellung werden Rohstoffe auf Basis von Al₂O₃, SiO₂ als auch CaO verwendet. CaO wird in der Regel für Feuerleichtsteine auf Anorthitbasis verwendet. Als Rohstoffe kommen Ton, Kaolin, Kyanit, Mullit, (Leicht-) Schamotte, Sillimanit oder Andalusit zum Einsatz. Feuerleichtsteine mit einer hohen Klassifikationstemperatur enthalten zudem Tonerde, Tonerdehydrat als auch Korund in Form von Hohlkugelkorund. Das Wärmedämmvermögen wird über die Gesamtporosität als auch Porenform und Porengrößenverteilung definiert. Die Porosität wird bei den meisten Feuerleichtsteine über Ausbrennstoffe als auch Wasser erzeugt. Ausbrennstoffe sind z.B. Sägemehl, Styrolkugeln, Koks oder Zellulose.

Formgebung

Die Rohstoffe und Ausbrennstoffe werden gegebenenfalls trocken vermengt und/oder mit Wasser gemischt. Die Wassermenge richtet sich nach dem Formgebungsverfahren. Die Steine werden über Gießen, Schleudern, Strang- oder Trockenpressen geformt. Beim Gießen werden üblicherweise große Formen verwendet und Blöcke/Hubel gegossen. Die Gießmassen werden direkt nach dem Mischen weiterverarbeitet. Die wasserbindenen Rohstoffen entziehen dem Schlicker Wasser und unterstützen auf diese Weise das Abbinden des Grünlings. Der Prozess kann beschleunigt werden, indem Gips oder Zement beigemischt wird. Aufgrund des hohen Wasseranteils dauert das Trocknen der Grünlinge entsprechend lange. Auf diesem Weg lassen sich sowohl leichte Steine mit hohem Porenanteil als auch schwerere Steine herstellen. Dem Ausgangsschlicker kann zusätzlich ein Schaum oder ein Schaumbildner hinzugefügt werden, um die Porosität weiter zu erhöhen. Als Schaumbildner werden Seifen oder Saponine verwendet, für gastreibende Verfahren kommen Metall- oder Carbidpulver zum Einsatz.

Das Schleuderverfahren ist ein kontinuierlicher Prozess, bei dem die Massen in große Formen oder ein Förderband aufgetragen werden. Auf diesem Weg lassen sich Steine mittlere Rohdichte herstellen

Die Massen, die durch Strangpressen weiterverarbeitet werden, sumpfen (lagern) nach dem Mischen, damit wasserziehende Rohstoffe sich sättigen können und es sich eine gleichmäßige Feuchte im Gemenge ausbildet. Die Steine werden dann über ein Mundstück stranggepresst und geschnitten. Trockenpressen erfolgt in der Regel uniaxial. Die Pressverfahren eigenen sich, um Steine mit höherer Rohdichte herstellen.

Das Formgebungsverfahren und verwendeten Porosierungsmittel ergeben sich typische Strukturen im Stein, die sich stark unterscheiden. Die verwendeten Ausbrennstoffe lassen sich in der Struktur der Feuerleichtsteine erkennen.

Das Brennen der Feuerleichtsteine erfolgt in Herdwagen-, Kammer- oder Tunnelöfen. Die Brenntemperatur liegt dabei in Höhe der angegebenen Klassifikationstemperatur.

Da die Steine während der Trocknung als auch beim Brand schwinden, werden die Steine in der Regel erst nach dem Brennen auf ihre endgültigen Formate geschnitten oder geschliffen.

Feuerleichtsteine – Eigenschaften

Die Eigenschaften der aluminiusilikatischer Feuerleichtsteine ergeben sich aus der chemischen Zusammensetzung, den Porenbildnern (Dichte) und der Brenntemperatur. Je höher der Al₂O₃-Anteil und die Brenntemperatur der Steine, desto höher die Klassifikationstemperatur. Die Klassifikationstemperatur ist die Temperatur, bei der ein geformter Feuerfestwerkstoff nach 24 stündiger Auslagerung maximal 2 % schwinden darf. Die obere Anwendungstemperatur der Materialien liegt in der Regel ca. 100K unter der Klassifikationstemperatur.

Die Wärmeleitfähigkeit der Materialien ist abhängig von der chemischen Zusammensetzung, Dichte und Porenstruktur der Feuerleichtsteine: je leichter der Stein und je feiner die Porenstruktur, desto niedriger ist dessen Wärmeleitfähigkeit. Die Porenstruktur und Dichte sind maßgeblich durch das Herstellungsverfahren bestimmt. Feine Ausbrennstoffe und ein hoher Wasseranteil im Verfahren führen zu einer feineren Struktur der Steine. Dies kann durch das Verwenden von Schaum/Schaumbildner zusätzlich unterstützt werden. Die Dichte lässt sich allerdings nicht beliebig senken, es muss eine ausreichende Struktur im Grünling vorhanden sein, um diesen rissfrei zu Trocknen und Brennen. Das Diagramm zeigt typische Wärmeleitfähigkeiten verschiedener Feuerleichtsteinklassen.

Eine geringe Dichte führt aber auch zu einer geringeren Festigkeit des Feuerleichtsteins. Üblicherweise wird die Kaltdruckfestigkeit als Kennwert angegeben. Aber auch die „Heiss“-Festigkeit des Steins muss groß genug sein, damit Mauerwerk und Gewölbe bei der gewünschten Anwendungstemperatur halten. Als Kennwerte werden Biegefestigkeit oder Druckerweichen bei hohen Temperaturen bestimmt.

Klassifiaktion von Feuerleichtsteinen

Grundsätzlich gibt verschiedene Klassifizierungsmöglichkeiten für Feuerleichtsteine, wobei die Klassifikation nach ASTM C155 und ISO 2245/EN 1094-2 am gebräuchlichsten sind. Beiden Systemen liegt die sogenannte Klassifikationstemperatur und die Rohdichte des Materials zugrunde.

ASTM C155

Feuerleichtsteine sind nach ASTM C155 in verschiedene Gruppen eingeteilt. Die Gruppierung ergibt sich aus der Klassifikationstemperatur und der Dichte des Steins. Die Feuerleichtsteine einer bestimmten Klasse dürfen ein definiertes Raumgewicht nicht überschreiten und dürfen nach einer Auslagerung über 24 h auf Temperatur eine Schrumpfung von  2 % nciht überschreiten. Die Testtemperatur liegt dabei 30 K unter der Klassifikationstemperatur.

Gruppe	Schrumpfung <2 % nach 24 h bei		Maximale Rohdichte
	°F	°C	lb/ft²	kg/m³
Gruppe 16	1550	845	34	545
Gruppe 20	1950	1065	40	641
Gruppe 23	2250	1230	48	769
Gruppe 26	2550	1400	54	865
Gruppe 28	2750	1510	60	961
Gruppe 30	2950	1620	68	1089
Gruppe 32	3150	1730	95	1522
Gruppe 33	3250	1790	95	1522

Beispiel: Ein Feuerleichtstein „FLS 23“ darf ein Raumgewicht von 769 kg/m³ nicht überschreiten und muss nach 24 h Auslagerung bei 1230°C eine Schrumpfung unter 2% aufweisen, um in Gruppe 23 klassifiziert zu werden.

ISO 2245 und EN 1094-2

Die Klassifikation nach ISO 2245 und EN 1094-2 erfolgt ebenfalls nach Klassifikationstemperatur (KT) und Dichte. Die Schrumpfung nach 24 h Auslagerung bei Klassifikationstemperatur darf 2 % nicht überschreiten.

Gruppe	Schrumpfung <2% nach 24 h bei	Maximale Rohdichte
	°C	kg/m³
Gruppe 75	750	0,4
Gruppe 80	800	0,5
Gruppe 85	850	0,55
Gruppe 90	900	0,6
Gruppe 95	950	0,65
Gruppe 100	1000	0,65
Gruppe 105	1050	0,65
Gruppe 110	1100	0,7
Gruppe 115	1150	0,7
Gruppe 120	1200	0,7
Gruppe 125	1250	0,75
Gruppe 130	1300	0,8
Gruppe 135	1350	0,85
Gruppe 140	1400	0,9
Gruppe 150	1500	0,95
Gruppe 160	1600	1,15
Gruppe 170	1700	1,35
Gruppe 180	1800	1,6

Beispiel: Ein Feuerleichtstein „FLS 110“ darf ein Raumgewicht von 700 kg/m³ nicht überschreiten und muss nach 24 h Tempern bei 1100°C eine Schrumpfung unter 2 % aufweisen, um in Gruppe 110 klassifiziert zu werden.

Es gibt auch abweichende Bezeichnungen, bei denen die erste Angabe sich auf die Klassifikationstemperatur und die zweite auf die Dichte des Steins bezieht. Ein Stein mit der Bezeichnung „FLS 110-12“ hat eine Klassifikationstemperatur von 1100°C und eine Rohdichte von 1200 kg/m³.

Formate

In Abhängigkeit von der Anwendung gibt es verschiedene Standardformate für Feuerleichtsteine.

Rechtecksteine

Rechteckformate werden als NF- oder N-Steine (Normalformat) bezeichnet. Ergänzt werden diese durch Verband-(B-), Doppelnormal-(D-) und Strecker-(L-)Formate:

Bezeichnung	Kurzzeichen	Maße in mm			Rauminhalt
		l	b	h	dm³
Normalsteine	1	230	114	64	1,68
	2	250	124	64	1,98
	3	300	150	64	2,88
	1-76	230	114	76	1,99
	2-76	250	124	76	2,36
	3-76	300	150	76	3,42
Verbandsteine	1 B	230	172	64	2,53
	2 B	250	187	64	2,99
	3 B	300	225	64	4,32
	1 B-76	230	172	76	3,01
	2 B-76	250	187	76	3,55
	3 B-76	300	225	76	5,13
Doppel-Normalsteine	1 D	230	230	64	3,39
	2 D	250	250	64	4,00
	3 D	300	300	64	5,76
	1 D-76	230	230	76	4,02
	2 D-76	250	250	76	4,75
	3 D-76	300	300	76	6,84
Strecker	1 L	345	114	64	2,52
	2 L	375	124	64	2,98
	3 L	450	150	64	4,32
	1 L-76	345	114	76	2,99
	2 L-76	375	124	76	3,53
	3 L-76	450	150	76	5,13

Rechteckformate als PDF zum Download

Wölbsteine

Für Gewölbe oder runde Formen kommen Halb-(H-), Quer-(Q-), Verbandsganz-(GB-) oder Ganz-(G-)wölber zum Einsatz. Letztere gibt es auch als Doppelganz-(GG)wölber. Der angegebene Radius bezieht sich dabei auf eine Fugendicke vom 2 mm.

Bezeichnung	Kurzzeichen	Maße in mm					Rauminhalt
		a	b	h	l	r1)	dm³
Halbwölber	1 H   6	67	61	114	230	1197	1,68
	1 H 10	69	59	114	230	695	1,68
	1 H 16	72	56	114	230	413	1,68
	1 H 24	76	52	114	230	257	1,68
	1 H   6-76	79	73	114	230	1425	1,99
	1 H 10-76	81	71	114	230	832	1,99
	1 H 16-76	84	68	114	230	499	1,99
	1 H 24-76	88	64	114	230	314	1,99
	2 H   6	67	61	124	250	1302	1,98
	2 H 10	69	59	124	250	756	1,98
	2 H 16	72	56	124	250	450	1,98
	2 H 24	76	52	124	250	279	1,98
Querwölber	1 Q 10	119	109	230	64	2553	1,68
	1 Q 14	121	107	230	64	1791	1,68
	1 Q 28	128	100	230	64	838	1,68
	1 Q 50	139	89	230	64	419	1,68
	1 Q 10-76	119	109	230	76	2553	1,99
	1 Q 14-76	121	107	230	76	1791	1,99
	1 Q 28-76	128	100	230	76	838	1,99
	1 Q 50-76	139	89	230	76	419	1,99
	2 Q 10	129	119	250	64	3025	1,98
	2 Q 14	131	117	250	64	2125	1,98
	2 Q 28	138	110	250	64	1000	1,98
	2 Q 50	149	99	250	64	505	1,98
1) Radius bei 2 mm Fuge

Halb- und Querwölberformate als PDF zum Download

Bezeichnung	Kurzzeichen	Maße in mm					Rauminhalt
		a	b	h	l	r1)	dm³
Ganzwölber	1 G   4	66	62	230	114	3680	1,68
	1 G 10	69	59	230	114	1403	1,68
	1 G 16	72	56	230	114	834	1,68
	1 G 24	76	52	230	114	518	1,68
	1 G   4-76	78	74	230	114	4370	1,99
	1 G 10-76	81	71	230	114	1679	1,99
	1 G 16-76	84	68	230	114	1006	1,99
	1 G 24-76	88	64	230	114	633	1,99
	2 G   4	66	62	250	124	4000	1,98
	2 G 10	69	59	250	124	1525	1,98
	2 G 16	72	56	250	124	906	1,98
	2 G 24	76	52	250	124	563	1,98
Doppelganzwölber	1 GG   4	66	62	230	230	3680	3,39
	1 GG 10	69	59	230	230	1403	3,39
	1 GG 16	72	56	230	230	834	3,39
	1 GG 24	76	52	230	230	518	3,39
	1 GG   4-76	78	74	230	230	4370	4,02
	1 GG 10-76	81	71	230	230	1679	4,02
	1 GG 16-76	84	68	230	230	1006	4,02
	1 GG 24-76	88	64	230	230	633	4,02
	2 GG   4	66	62	250	250	4000	4,00
	2 GG 10	69	59	250	250	1525	4,00
	2 GG 16	72	56	250	250	906	4,00
	2 GG 24	76	52	250	250	563	4,00
Verbandganzwölber	1 GB   4	66	62	230	172	3680	2,53
	1 GB 10	69	59	230	172	1403	2,53
	1 GB 16	72	56	230	172	834	2,53
	1 GB 24	76	52	230	172	518	2,53
	1 GB   4-76	78	74	230	172	4370	3,01
	1 GB 10-76	81	71	230	172	1679	3,01
	1 GB 16-76	84	68	230	172	1006	3,01
	1 GB 24-76	88	64	230	172	633	3,01
	2 GB   4	66	62	250	187	4000	2,99
	2 GB 10	69	59	250	187	1525	2,99
	2 GB 16	72	56	250	187	906	2,99
	2 GB 24	76	52	250	187	563	2,99
1) Radius bei 2 mm Fuge

Ganzwölberformate als PDF zum Download

Links und Literatur

Hier finden Sie nützliche Links zu Normen, Webseiten, Arbeitsschutz sowie Fachliteratur zu Feuerleichtsteinen:

Bücher:

Arbeitsschutz:

TRGS 559 „Mineralischer Staub“: https://www.baua.de/DE/Angebote/Rechtstexte-und-Technische-Regeln/Regelwerk/TRGS/TRGS-559.html

Normen zu Feuerleichtsteinen:

ISO 2245: https://www.iso.org/standard/38367.html

ASTM C155: https://www.astm.org/Standards/C155.htm

EN 993-1: https://www.beuth.de/de/norm/din-en-993-1/2525981

EN 1094-2: https://www.beuth.de/de/norm/din-en-1094-2/8541498

JIS R2611: https://infostore.saiglobal.com/en-gb/Standards/JIS-R-2611-2001-799588/