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.

Wärmeleitfähigkeit Feuerleichtsteine, Thermal conductivity insulating firebricks

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:

Feuerleichtstein NF
Normalformatstein
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.

Halbwölber, Querwölber
Halbwölber (links) und Querwölber (rechts)
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

Ganzwölber, Doppelganzwölber
Ganzwölber
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/

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