CH631096A5 - Verfahren zur herstellung von feuerfesten formkoerpern. - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines phosphatgebundenen, bei Temperaturen über 1300 °C feuerfesten Formkörpers, das nach diesem Verfahren erhaltene Produkt und dessen Verwendung für Giessereizwecke. Es ist bekannt, feuerfeste Formkörper aus tongebundener Schamotte herzustellen, welche in die gewünschte Form gebracht, durch Brennen eine hohe Kaltdruckfestigkeit erhalten. Als Beispiel für diese bekannte Technik sind die Schamotterohre und -trichter zu nennen. Diese bekannte Herstellungsart hat den Nachteil, dass sie verhältnismässig teuer ist, weil Formen, Modelle und Strangpressen erforderlich sind, die einem erheblichen Pressdruck standhalten müssen und weil die Schamottekörper zur Gewährleistung genügender Druck- und Standfestigkeit bei hoher Temperatur gebrannt und dickwandig, d. h. mit hohem Gewicht ausgeführt werden müssen. Durch diese Umstände sind auch die Möglichkeiten der Formgebung beschränkt.
Die vorliegende Erfindung ist aus der Aufgabe entstanden, dünnwandige feuerfeste Formkörper durch billigere Verfahren als Ersatz für Schamottekörper bei hoher Druck-und Standfestigkeit herzustellen und den Härtungsvorgang zu vereinfachen.
Erfindungsgemäss erfolgt dies dadurch, dass ein feuerfester Füller mit AI (H2P04)3 -x H20 oder einem Polyphosphat als Binder auf ein ein- oder mehrschichtiges Trägermaterial aufgebracht und in ein- oder mehrschichtigem Aufbau bei Temperaturen unter 400 °C darauf ausgehärtet wird, wobei die gesamte Wandstärke unter 1 cm liegt. Eine Variante des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass das Trägermaterial in verformbarem Zustand mit dem Binder und dem Füller beschichtet und in ein- oder mehrschichtigem Aufbau in die endgültige Form gebracht und anschliessend ausgehärtet wird. Ein wesentliches Merkmal einer Variante besteht darin, dass bei Verwendung von tonerdehaltigen Füllern oder Zusätzen, z.B. Aluminiumhydroxid, feuerfester Ton oder Tonerde, der Formkörper bei Umgebungstemperatur an der Luft gehärtet wird. Eine weitere Variante sieht vor, dass der in die endgültige Form gebrachte Formkörper an der Luft vorgetrocknet und anschliessend im Ofen bei Temperaturen zwischen 150 und 300 °C nachgehärtet wird.
Nachstehend werden einige Beispiele des Verfahrens näher beschrieben.
1. Beispiel. Die Herstellung feuerfester Rohre, beispielsweise als Träger für Heizspiralen, erfolgt mittels Verwendung von Papier als Trägermaterial, welches mit Aluminium phosphat-Tonerde-Kleber bis zur gewünschten Wandstärke auf ein geeignetes Rohr resp. Stab aufgerollt wird. Die gerollten feuchten Rohre werden nachher vom Stützrohr abgezogen und vorzugsweise an der Luft vorgetrocknet und anschliessend im Ofen bei ca. 300 °C nachgetrocknet. Bei dieser Temperatur härten die Rohre aus, wobei das Papier unter dem Einfluss des sauren Binders weitgehend entgast und verkohlt wird. Diese Rohre sind auch schockbeständig in flüssigem Eisen und bewähren sich als Schutzrohre z.B. für Eisenstangen. Sie sind hochfeuerfest und wenig reaktiv. Als Träger für diesen Zweck besonders geeignet sind dünne, fe2
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ste, aber durchlässige Papiere, bei denen der mineralische Binder durch die Poren hindurchtreten kann und die einzelnen Lagen der Papierschicht verbindet. Als Beispiel für einen mineralischen Binder sei genannt:
200 g Poliertonerde (feinstes Aluminiumoxid) 30 g Aluminiumhydroxid, stark klebend wirkend
100 ml Monoaluminiumphosphat 50 ml Wasser
Die Tonerde dient hierbei als Füller und als Reaktionsmittel, welche die Eigenschaft der Hitze- und Feuerbeständigkeit verbessert. Die Zusammensetzung kann in weiten Grenzen variiert werden. Grundsätzlich binden alle ton-erdehaltigen feuerfesten Stoffe mit Monoaluminiumphosphat ab und zwar bei niederen Temperaturen. Ein Zusatz von Aluminiumhydroxid fördert vor allem die Lufttrocknungseigenschaften. Bei Aluminiumphosphat und Aluminiumhydroxid als Kleber können auch andere Füller verwendet werden, wie z.B. Zirkon, Quarzmehl, Schamottemehl usw. Als Trägermaterial kann anstelle von Papier, ein Textilgewebe, z.B. ein Verbandstoffgewebe verwendet werden, bei welchem der Binder zwischen den Maschen des Gewebes hindurchtreten kann, was besonders hohe Festigkeiten des Endproduktes ergibt. Es ist ferner möglich, flexible oder dehnbare Faserstoffe, wie beispielsweise Textil-schläuche, Wirkwaren, Litzen oder Bandagen zu verwenden und über ausbrennbaren oder ausschmelzbaren Modellkörpern feuerfeste Hohlkörper herzustellen. Mit der Wahl des faserigen Trägermaterials kann eine zu erzielende Porosität oder Gasdurchlässigkeit des feuerfesten Endproduktes eingestellt werden. Wahlweise kann auch mit vorbereiteten Gaze-Bahnen gearbeitet werden, welche mit Aluminiumphosphat-Tonerde-Kleber bestrichen und mit gekörntem feuerfestem Material bestreut sind. Derartige Bahnen können in feuchtem Zustand um einen Stützkörper gewickelt und mit oder ohne zusätzlichem Kleber in die endgültige Form gebracht werden.
2. Beispiel. Die Herstellung eines Giesstrichters zum Schutz einer Giessform aus Formsand kann wie folgt geschehen: Auf einen Stützkörper wird zuerst eine dünne Lage von Papier oder Textilgewebe aufgelegt. Anschliessend wird die aufgebrachte Lage von Papier oder Textilgewebe mit einer Tonerde-Monoaluminiumphosphat-Klebemasse bestrichen und mit klassierter Schamotte, beispielsweise mit einer Körnung von 0,1 bis 0,3 bestreut. Nach einem Trocknungsvorgang an der Luft oder im Ofen kann der Beschichtungs-vorgang je nach der gewünschten Dicke mehrfach wiederholt werden. Anschliessend folgt eine Aushärtung mit Temperaturen zwischen 150 und 300 °C. Mit dem vorbeschriebenen Beschichtungsverfahren können auch irgendwelche andere dünnwandige feuerfeste Formkörper, wie Rohre oder Schalen, für Giessformen oder Kerne hergestellt werden. Dabei wird zweckmässigerweise gekörnte Schamotte als Füller im Beschichtungsmaterial verwendet. Als Beschichtungs-material kann auch ein Schlicker, bestehend aus Binder, Füller und allenfalls einem Reaktionsmittel zur Verwendung gelangen. Als weitere Zusätze sind auch Sägemehl oder Sägespäne oder Styroporkugeln verwendbar.
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Als Binder können z.B. «Aluphos» (Gebr. Giulini, Ludwigshafen) oder «Feuerfestbinder 32» (Metallgesellschaft AG, Frankfurt a/Main) verwendet werden. Der Binder kann ein Polyphosphat, z.B. Natriummetahexaphosphat, oder 5 Monoaluminiumphosphat enthalten. Das Beschichtungsmaterial kann körnige oder faserige Stoffe, wie beispielsweise Schamotten, Mullitschamotte, Korund, Quarzglas, Quarzsand, Olivin, Chromit, Magnesit oder Zirkonsand enthalten. Zusätzlich zum feuerfesten Füller können Hohlkugeltoner-io de, Styroporisolierperlen, Holzmehl, Textilabfalle und/oder Gasdurchlässigkeit erzielt werden. Durch Zumischung von Stahlkies feiner Körnung ergeben sich Formkörper mit erhöhter Wärmeleitfähigkeit. Als Stützkörper können Körper aus Papiermaché, Kunststoff-Folien, geschäumte Kunststof-15 fe, Papier- oder Kartonrollen, Wachsmodelle oder lösliche Körper aus Salz, Harnstoff oder Kunststoff zur Verwendung gelangen. Die Beschichtung kann sowohl von aussen wie von innen her erfolgen.
3. Beispiel. Gerade Rohre, Krümmer oder Kreuzstücke 20 für die Zuleitung von flüssigem Metall in den Formhohlraum usw. können gemäss dem vorliegenden Verfahren auch mit Armierung hergestellt werden. Dabei kann die erste, wahlweise auch die zweite oder dritte Schicht gemäss einem vorstehenden Beispiel auf einen Stützkörper aufgebracht 25 werden. Eine hiernach aufgebrachte Armierung kann aus einem aufgewickelten Draht oder Drahtgeflecht bestehen. Dabei kann die Armierung auch weitgehend vorgeformt sein. Über die Armierung wird wiederum mindestens eine Schicht von Binder und Füller aufgebracht. Die Aushärtung der ar-30 mierten Formstücke erfolgt gleich wie bei den Beispielen 1 und 2.
Das vorliegende Verfahren eignet sich mit Vorteil zur Herstellung von
35 - feuerfesten Rohren, anstelle von Schamotterohren z.B. zum Abgiessen von Stahlguss,
- Giesstrichtern und Wirbeltrichtern mit hoher Erosionsfestigkeit,
- flexiblen Rohren für Giess-Systeme, die mit Tonerdepul-40 ver versetzt sind und vor der Verwendung mit Aluminiumphosphatlösung imprägniert und in der Form getrocknet werden; die Imprägnation kann auch mit fertiger keramischer Kleberlösung erfolgen,
- Hohlkernen für Giessformen,
45 - Präzisionsgiessformen mit Ausbrenn- oder Ausschmelzmodellen,
- Isolierplatten aus imprägnierten Textilgeweben, Papieren, ein- oder mehrschichtig verklebt, oder aus mineralisch-keramisch verklebter Holzwolle.
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Wesentliche Vorteile der erfindungsgemäss hergestellten Formkörper liegen in ihrer gegenüber herkömmlichen Feuerfestkörpern besseren Temperaturwechselbeständigkeit und ihrer für gewisse Anwendungen, wie z.B. als Element 55 zur Einführung verdampfbarer Stoffe in verschiedene Metallschmelzen, erforderlichen geringen Wärmekapazität.
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Claims (18)
1. Verfahren zur Herstellung eines phosphatgebundenen, bei Temperaturen über 1300 °C feuerfesten Formkörpers, dadurch gekennzeichnet, dass ein feuerfester Füller mit AI (H2P04)3-x H20 oder einem Polyphosphat als Binder auf ein ein- oder mehrschichtiges Trägermaterial aufgebracht und in ein- oder mehrschichtigem Aufbau bei Temperaturen unter 400 °C darauf ausgehärtet wird, wobei die gesamte Wandstärke unter 1 cm liegt.
2. Phosphatgebundener, bei Temperaturen über 1300 °C feuerfester Formkörper, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Anspruch 1.
3. Verwendung des Formkörpers, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Anspruch 1 für Giessereizwecke.
4. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial in verformbarem Zustand mit dem Binder und dem Füller beschichtet und in ein- oder mehrschichtigem Aufbau in die endgültige Form gebracht und anschliessend ausgehärtet wird.
5. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial durch ein- oder mehrmaliges Tauchen mit dem Binder und Füller beschichtet wird.
6. Verfahren gemäss Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Trägermaterial, Binder und Füller vor dem Aushärten auf einen Stützkörper gebracht werden, welcher wahlweise im Formkörper belassen oder nach dem Erhärten entfernt wird.
7. Verfahren gemäss Ansprüchen 1,4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass in den Schichtaufbau eine Armierung, z.B. ein Drahtgeflecht, eingebracht wird, welche im Formkörper verbleibt.
8. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Binder zusätzlich AI (OH)3 oder feuerfester Ton beigegeben wird.
9. Verfahren gemäss Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass nichtbasische feuerfeste Oxide oder Silikate, z.B. Quarzmehl als Füller verwendet werden.
10. Verfahren gemäss Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung von tonerdehaltigen Füllern oder Zusätzen wie z.B. Aluminiumhydroxid, feuerfester Ton oder Tonerde, der Formkörper bei Umgebungstemperatur an der Luft ausgehärtet wird.
11. Verfahren gemäss Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der in die endgültige Form gebrachte Formkörper an der Luft vorgetrocknet und anschliessend im Ofen bei Temperaturen zwischen 150 - 300 °C nachgehärtet wird.
12. Verfahren gemäss Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein organisches Trägermaterial verwendet wird, z.B. vorzugsweise dünnes, festes aber durchlässiges Papier oder Textilgewebe.
13. Verfahren gemäss Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Monoaluminiumphosphat in situ durch Phosphorsäure gebildet wird.
14. Verfahren gemäss Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Füller basisch wirkende mineralische Stoffe enthält, z.B. Talk, Asbest, Speckstein, Magnesia, Chromerz, Olivin oder Forsterit.
15. Verfahren gemäss Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Abbindevorgang durch beschleunigende oder verzögernde Zusätze gesteuert wird.
16. Verwendung gemäss Anspruch 3 des Formkörpers, erhalten nach dem Verfahren gemäss einem der Ansprüche 4 bis 15.
17. Verwendung gemäss Anspruch 3 oder 16 als Element zur Einführung von verdampfbaren Stoffen, wie Magnesium, in verschiedenen Metallschmelzen, z.B. Eisenschmelzen.
18. Verwendung gemäss Anspruch 3 oder 16 zum Transport von flüssigem Metall, z. B. in Form eines Trichters, Eingussrohres, Wirbeltrichters oder einer Ofengussrinne.
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