CS252320B1 - Insulation elements from inorganic fibres - Google Patents

Abstract

Řešení se týká izolačních prvků z anorganických vláken" vyznačujících se zvýšenou tepelně izola‘ční schopností. Je to dáno tím, že sestávají z 97 až 50 hmotnostních 4 vláknité složky, obsahující 95 až 40 hmotnostních 4 minerální vlny a 5 až 60 hmotnostních 4 hlinitokřemičitých vláken, z 1 až 10 hmotnostních 4 organických pojiv, 0,1 až 7 hmotnostních 4 anorganických pojiv a z 1 až 35 hmotnostních % disperzních anorganických přísad.The solution relates to insulating elements of inorganic fibers "having increased thermal insulation capability. Yippee this is because they consist of 97 to 50% by weight 4 fibrous components containing 95 up to 40 wt.% mineral wool and 5 to 60% by weight of 4 aluminosilicate fibers from 1 to 10 weight 4 organic binders 0.1 to 7 wt.% Inorganic binder and from 1 to 35% by weight dispersion inorganic additives.

Description

Vynález se týká izolačních prvků z anorganických vláken, připravených za mokra odvodněhím a sušením vodné suspenze složek, vykazujících zlepšenou tepelně izolační schopnost.The invention relates to insulating elements of inorganic fibers prepared by wet dewatering and drying of an aqueous suspension of components exhibiting improved thermal insulating ability.

Jak známo, náleží hmoty na bázi anorganických vláken obecně k dobrým tepelným izolantům vzhledem k velkému množství pórů vyplněných vzduchem, existujících ve vláknitých strukturách. Malé rozměry těchto pórů omezují proudění a umožňují využít vysokou izolační schopnost přítomného vzduchu. Relativně nízké objemové hmotnosti vláknitých izolantů omezují rovněž množství tepla, šířícího se vedením. Vedle izolační schopnosti vykazují tyto hmoty další příznivé vlastnosti, jako nehořlavost, dobrá odolnost vůči řadě vnějších vlivů atd. Zvlášť příznivá je vysoká tepelná odolnost, daná anorganickým charakterem vláken a závislá v podsta-₍ tě na druhu použitého vlákna. Běžná skleněná vlákna je možno příkladně používat do teplot přibližně 400 °C, čedičová do cca 700 °C.As is well known, inorganic fiber-based compositions are generally good thermal insulators due to the large number of air-filled pores existing in fibrous structures. The small dimensions of these pores limit the flow and make use of the high insulating capacity of the air present. The relatively low bulk density of the fiber insulators also limits the amount of heat propagating through the conduit. Besides insulation capacity, these compositions exhibit other beneficial properties such as flame resistance, good resistance to a number of external influences etc. Particularly favorable heat resistance is high, given the nature of the inorganic fiber and depends on essentially _(TE on the type of fibers. Conventional glass fibers can be e.g. use up to approx. 400 ° C, basalt up to approx. 700 ° C.

V novější době vyvinutá žárovzdorná hlinitokřemičitá vlákna umožnila přípravu izolačních prvků, odolných do teplot nad 1 000 °C a umožňujících použití v žárových prostorách průmyslových pecí a dalších tepelných agregátů namísto klasických žárovzdorných vyzdívek, s příznivými dopady z hlediska úspory paliv a tepelných ztrát, nízké tepelné jímavosti a odolnosti vůči tepelným rázům atd.More recently developed refractory aluminosilicate fibers have allowed the preparation of insulating elements resistant to temperatures above 1000 ° C and allowing the use in the fire rooms of industrial furnaces and other heat units instead of conventional refractory linings, with favorable fuel and heat loss impacts, low heat attractiveness and resistance to thermal shock, etc.

. >. >

Nevýhodou výrobků ze žárovzdorných vláken je obecně poměrně vysoká cena, jež značně převyšuje cenu výrobků z běžných struskových nebo čedičových vláken. Tato vysoká cena nepříznivě ovlivňuje náklady na instalaci vláknitých žárovzdorných vyzdívek a snižuje dosažitelný ekonomický efekt. Je proto účelné kombinovat vláknité žárovzdorné vyzdívky s levnější izolací, umístěnou na zadní straně vrstvy žárovzdorných vláken, čím vyšší je teplotní odolnost této zadní izolace, této zadní izolace, tím menší tlouštku vrstvy žárovzdorných vláken je možno použít, což podstatně snižuje náklady na vláknitou vyzdívku a zmenšuje rozměry zařízení.The disadvantage of refractory fiber products is generally a relatively high price, which significantly exceeds the cost of conventional slag or basalt fiber products. This high price adversely affects the cost of installing fiber refractory linings and reduces the achievable economic effect. It is therefore expedient to combine fibrous refractory linings with cheaper insulation placed on the back of the refractory layer, the higher the temperature resistance of the back insulation, the back insulation, the lower the thickness of the refractory layer can be used, which substantially reduces the cost of the fibrous lining and reduces the size of the device.

Jako zadní izolaci je možno aplikovat příkladně desky na bázi kalciumhydrosilikátů s vláknitou výztuží, dosahující teplotní odolnost cca 1 000 °C. Tyto desky jsou samonosné a hodí se pro konstrukce odlehčených typů peci. Dále je možno použít izolační prvky z minerální vlny, jež je oproti žárovzdorným vláknům velmi levná. Nevýhodou v tomto případě je relativně nízká teplotní odolnost minerální vlny, pohybující se kolem 700 °C a tudíž nutnost používat větší tloušťky vrstev žárovzdorných vláken na čelní straně vláknité vyzdívky. Bylo proto navrženo použít pro zadní izolace prvky připravované ze směsi minerálních a hlinitokřemičitých vláken, jejichž přítomnost vyvolává při rovnoměrném rozložení ve struktuře směsného vláknitého prvku zvýšené^-tepelné odolnosti a pokles hodnot smrštění ve srovnání s výrobky ze samotné minerální vlny. Je však žádoucí při dobré tepelné odolnosti dále zlepšit tepelně izolační schopnost těchto směsných prvků.For example, calcium hydrosilicate-based boards with fibrous reinforcement having a temperature resistance of about 1000 ° C can be used as back insulation. These plates are self-supporting and are suitable for lightweight furnace designs. It is also possible to use mineral wool insulating elements which are very cheap compared to refractory fibers. The disadvantage in this case is the relatively low temperature resistance of the mineral wool, which is around 700 ° C and hence the necessity to use higher thicknesses of refractory fibers on the front side of the fiber lining. It has therefore been proposed to use rear insulation elements prepared from a mixture of mineral and aluminosilicate fibers whose presence induces equally distributed in the structure of the mixed fiber element is increased ^- heat resistance and shrinkage values decrease in comparison with products of the mineral wool itself. However, it is desirable, with good heat resistance, to further improve the heat-insulating ability of these mixed elements.

Uvedené nedostatky jsou odstraněny izolačními prvky z anorganických vláken podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že tyto prvky sestávají z 97 až 50 hmotnostních % vláknité složky, obsahující 95 až 40 hmotnostních % minerální vlny a 5 až 60 hmotnostních % hlinitokřemičitých vláken, z 1 až 10 hmotnostních % organických pojiv, 0,1 až 7 hmotnostních % anorganických pojlv a z 1 až 35 hmotnostních % disperzních anorganických přísad. Vedle uvedených složek mohou izolační prvky podle vynálezu obsahovat do 5 hmotnostních % koagulantů a do 0,1 hmotnostních % flokulačních prostředků, vztaženo na celkový obsah pevných složek.These drawbacks are overcome by the inorganic fiber insulating elements according to the invention, which consists of 97 to 50% by weight of a fibrous component containing 95 to 40% by weight of mineral wool and 5 to 60% by weight of aluminosilicate fibers. up to 10% by weight of organic binders, 0.1 to 7% by weight of inorganic binders and from 1 to 35% by weight of dispersing inorganic additives. In addition to the components mentioned, the insulating elements according to the invention may contain up to 5% by weight of coagulants and up to 0.1% by weight of flocculants, based on the total solids content.

Jako disperzní anorganickou přísadu je mošno použít expandovaný perlit, oxid titaničitý anebo úpletový křemičitý. Zavedením expandovaného perlitu objemové hmotnosti 100 případně —3Expanded perlite, titanium dioxide or knitted silica may be used as the dispersing inorganic additive. By introducing expanded perlite a bulk density of 100 or -3

150 kg.m do směsného prvku z minerálních a hlinitokřemičitých vláken se reguluje objemová hmotnost, porozita a rozměr pórů prvku a sníží se jejich tepelná vodivost, tíletový oxid křemičitý z metalurgických procesů, výroby křemíku anebo jeho slitin rovněž působí jako regulátor porozity s obdobným účinkem, Oxid titaničitý jako látka odrážející tepelné záření zlepšuje tepelně izolační mohutnost a snižuje tepelnou vodivost výsledného prvku. Je účelné použít oxid titaničitý O střední velikosti částic pod 10yum, nejlépe pod i yum, Je rovněž možno použít kombinaci uvedených anorganických přísad.150 kg.m in the mineral and aluminosilicate fiber mixed element, the bulk density, porosity and pore size of the element are controlled and their thermal conductivity is reduced, silicon dioxide from metallurgical processes, silicon or its alloys also acts as a porosity regulator with similar effect, Titanium dioxide, as a heat reflecting agent, improves the thermal insulating power and reduces the thermal conductivity of the resulting element. It is expedient to use titanium dioxide with a mean particle size below 10 .mu.m, preferably below .mu.m. It is also possible to use a combination of said inorganic additives.

Jako organická pojivá je možno použír vodné disperze syntetických pryskyřic, splňující požadavky co do tuhosti, případně ohebnosti a tvarovatelnosti izolačních prvků, poskytující nezávadné a nekorozívní rozkladné produkty a vhodné pro technologii formování za mokra.As an organic binder, it is possible to use an aqueous dispersion of synthetic resins meeting the requirements as to the rigidity and / or flexibility and formability of the insulating elements, providing harmless and non-corrosive decomposition products and suitable for wet forming technology.

Vhodné jsou příkladně anionické disperze vinyacetát-akrylátových kopolymerů, anlonlcké disperze terpolymerů vlnylacetátu, esteru kyseliny akrylové a derivátu kyseliny maleinové, disperze styren-butadienové, případně měkčené typy těchto polymerů, dále polyvinylacetátové disperze aj., jež se srážejí příkladně síranem hlinitým jako koagulantem a poskytují film o vyhovující tuhosti, případně odolnosti. Je rovněž možno použít jako pojivo škrob, škrobový maz anebo deriváty škrobu, případně ve směsi. Z anorganických pojiv jsou vhodné koloidní oxid křemičitý nebo hlinitý, anebo bazické hlinité soli, s výhodou chloridpentahydroxid dihlinitý.Suitable are, for example, anionic dispersions of vinyl acetate-acrylate copolymers, anlonl dispersions of terpolymers of wool acetate, acrylic ester and maleic acid derivative, styrene-butadiene dispersions, or softened types of these polymers, polyvinyl acetate dispersions and the like which precipitate e.g. a film of satisfactory stiffness or resistance. It is also possible to use starch, starch grease or starch derivatives, optionally in admixture, as binder. Among the inorganic binders, colloidal silica or alumina, or basic aluminum salts, preferably di-aluminum pentahydroxide, are suitable.

Přísada koagulantu, s výhodou síranu hlinitého zajištuje retenci zejména pojivých složek, zlepšuje filtrovatelnost a čistotu podsítových vod. Případná přísada flokulantu na bázi polyakrylamidu tyto účinky podporuje.The addition of a coagulant, preferably aluminum sulphate, provides retention of especially the binder components, improves the filterability and purity of the underwater waters. The possible addition of a polyacrylamide-based flocculant supports these effects.

Výhoda izolačních prvků z anorganických vláken podle vynálezu spočívá ve vysoké tepelné odolnosti, blížící se podle obsahu hlinitokřemičitých vláken až 1 100 °C, dále v nižší tepelné vodivosti a zlepšené tepelně izolační schopnosti oproti čistě vláknitým prvkům v důsledku přítomnosti disperzních přísad ve tvarové stálosti prvků i po vyžíhání a v nízkém obsahu granálií, jež se z výchozích vláken odstraní během mokrého způsobu zpracování. Výhoda izolačních prvků z anorganických vláken se zlepšenou Izolační schopností dle vynálezu spočívá dále v nižších materiálových nákladech, umožňujícíh zlevnění vláknitých izolačních vyzdívek pecních prostorů bez znatelnějšího ovlivnění vlastností a kvality izolace.The advantage of the inorganic fiber insulating elements according to the invention lies in the high thermal resistance, approaching up to 1100 ° C depending on the aluminosilicate fiber content, further in lower thermal conductivity and improved thermal insulating ability over pure fiber elements due to the presence of dispersants after annealing and in a low granular content, which is removed from the starting fibers during the wet treatment. The advantage of the insulating elements made of inorganic fibers with improved insulating ability according to the invention lies further in lower material costs, making it possible to reduce the fibrous insulating lining of the furnace spaces without appreciably affecting the properties and quality of the insulation.

Postupuje se příkladně tak, že se v míchacím zařízení rozmíchá nejprve vláknitá složka, použitá v menším podílu, přidá se druhá vláknitá složka, disperzní anorganické přísady, dále pojivá a po rozmíchání se provede srážení roztokem síranu hlinitého. Suspenze o koncentraci 0,2 až 5,0 hmotnostních % se případně podrobí separaci granálií a přečerpá se do zásobní nádrže sítového stroje. Před nátokem je možno přidávat roztok flokulačního prostředku. Mokrý koberec, vytvořený v odvodňovací části sítového stroje se po úpravě tloušEky podrobuje sušení, formátování a případně další úpravě. Suspenzi vláken, anorganických přísad a pojiv je možno zpracovat rovněž vakuovým formováním za použití sítových forem na tvarované prvky, případně filtračním formováním ve formách s děrovaným dnem.For example, the fibrous component used in a minor proportion is first mixed in the mixer, the second fibrous component, the dispersed inorganic additives, the binders are added and the aluminum sulfate is precipitated after stirring. The slurry having a concentration of 0.2 to 5.0% by weight is optionally subjected to granular separation and pumped into a storage tank of a sieve machine. The flocculant solution may be added prior to inflow. The wet carpet formed in the dewatering part of the screen machine is subjected to drying, formatting and possibly further treatment after the thickness has been adjusted. The suspension of fibers, inorganic additives and binders can also be processed by vacuum molding using screen molds into shaped elements, or by filter molding in perforated bottom molds.

tfčinek řešení podle vynálezu dokládají dále uvedené příklady jeho praktického použití.The following examples illustrate the invention in practice.

Příklad. 1 (Example. 1 (

Ve 20 1 vody bylo postupné rozmícháno 112 g, tj. 28 % minerální vlny, připravené ze směsné taveniny 50 % čediče a 50 % vysokopecní strusky, dále 40 g škrobu tj. 10 % 26,7 ml 30% koloidního roztoku oxidu křemičitého, tj. 2 %, 112 g hlinitokřemičitých vláken, tj. 28 %,In 20 liters of water, 112 g (28% of mineral wool) prepared from a mixed melt of 50% basalt and 50% blast furnace slag were successively mixed, followed by 40 g of starch, ie 10% 26.7 ml of a 30% colloidal silica solution. 2%, 112 g of aluminosilicate fibers, ie 28%,

120 g expandovaného perlitu EP 100, tj. 30 % a 80 ml 10% roztoku síranu hlinitého, tj. 2 %. Suspenze byla odvodněna na laboratorním odsávacím zařízení na desku o rozměrech 33x33 cm, která byla po propaření vysušena při 105 °C. Objemová hmotnost vysušené desky činila 162 kg.m smrštění po 2 hod. žíhání při 850 °C činilo 1,6 %, součinitel tepelné vodivosti χ 200 ° 0,059 Wm~¹⁰K^_1.120 g of expanded perlite EP 100, ie 30% and 80 ml of a 10% aluminum sulphate solution, ie 2%. The suspension was dewatered in a laboratory suction apparatus onto a 33x33 cm plate, which was dried at 105 ° C after steaming. Bulk density of the dried slabs was 162 kg.m shrinkage after 2 hrs. Annealing at 850 ° C was 1.6%, thermal conductivity χ 200 ° 0.059 Wm ~ ¹⁰ K ^_1.

Příklad 2Example 2

Ve 20 1 vody bylo rozmícháno 162 g minerální vlny, t j . 40,5 %, 20 g škrobu, tj. 5 %,162 g of mineral wool were mixed in 20 l of water, i. 40,5%, 20 g starch, ie 5%,

26,7 ml 30% roztoku .koloidního oxidu křemičitého, tj. 2 %, 40 g úletu z výroby krystalického křemíku t j . 10 %, 162 g hlinitokřemičitých vláken, tj. 40,5 % a 80 ml'10% roztoku síranu hlinitého. Suspenze byla odvodněna na desku o rozměrech 33x33 cm, jež byla propařena a vysušena při 105 °C. Objemová hmotnost činila 172 kg.m \ smrštění po 2 hod. žíhání při 850 °C činilo 1,4 %, součinitel tepelné vodivosti A 200 ° 0,065 Wm příklad 326.7 ml of a 30% solution of colloidal silica, i.e. 2%, 40 g of a drift from the production of crystalline silicon, i. 10%, 162 g of aluminosilicate fibers, i.e. 40.5% and 80 ml of a 10% aluminum sulfate solution. The suspension was drained onto a 33x33 cm plate, which was steamed and dried at 105 ° C. The bulk density was 172 kg / m < 2 > after 2 h annealing at 850 [deg.] C. was 1.4%, the thermal conductivity coefficient A 200 [deg.]

Byla připravena 2% suspenze složek rozmícháním 154 g minerální vlny, tj, 38,5 %, 32 ml 50% styren-butylakrylátové disperze, tj, 4 %, 93,3 ml 30% koloidního roztoku oxidu křemičitého, tj. 7 %, 40 g TiOg, 154 g hlinitokřemičitých vláken tj. 38,5 % a 80 ml 10% roztoku síranu hlinitého, tj. 2 %,ve 20 1 vody; suspenze byla odvodněna jako v příkladech 1 a 2; vytvořená deska vykazovala po vysušení při 105 °C objemovou hmotnost 178 kg.m^, smrštění po 2 hod. žíhání při 850 °C 1,4 %, součinitel tepelné vodivosti λ 200 °C 0,058A 2% suspension of the ingredients was prepared by mixing 154 g of mineral wool, ie, 38.5%, 32 ml of a 50% styrene-butyl acrylate dispersion, ie, 4%, 93.3 ml of a 30% colloidal silica solution, ie, 7%, 40%. g TiOg, 154 g aluminosilicate fibers i.e. 38.5% and 80 ml of a 10% aluminum sulfate solution, i.e. 2%, in 20 liters of water; the suspension was dewatered as in Examples 1 and 2; After drying at 105 ° C, the formed board exhibited a density of 178 kg.m ^, a shrinkage after 2 hours annealing at 850 ° C of 1.4%, a thermal conductivity coefficient of λ 200 ° C of 0.058

Příklad 4Example 4

Suspenze 108 g minerální vlny, tj. 27 %, 64 ml 50% styren-butylakrylátové disperze, tj. 8 %, 13,3 ml 30% roztoku chloridu-pentahydroxidu dihlinitého, tj. 1 %, 100 g expandovaného perlitu EP 100, 40 g TiOg, tj. 10 %, 108 g hlinitokřemičitých vláken, tj. 27 %, 80 ml 10% roztoku síranu hlinitého, tj. 2 %, ve 20 1 vody bylo po přísadě 4 ml 1% roztoku flokulantu na bázi polyakrylamidu odvodněna a vytvořená mokrá deska vysušena jako v příkladě 3. Objemová hmotnost vysušené desky činila 167 kg.m^-^, smrštění po 2 hod. žíhání při 850 °C 1,5 %, součinitel tepelné vodivosti λ 200 °C 0,055Suspension 108 g of mineral wool, ie 27%, 64 ml of a 50% styrene-butyl acrylate dispersion, ie 8%, 13,3 ml of a 30% solution of di-aluminum pentahydroxide, ie 1%, 100 g of expanded perlite EP 100, 40 g TiOg, i.e. 10%, 108 g aluminosilicate fibers, i.e. 27%, 80 ml of a 10% aluminum sulphate solution, i.e. 2%, in 20 l of water, after addition of 4 ml of a 1% polyacrylamide-based flocculant solution wet sheet dried as in example 3. Bulk density of the dried slabs was 167 kg.m ^- ^, shrinkage after 2 hrs. annealing at 850 ° C of 1.5%, thermal conductivity λ of 200 ° C .055

Claims (9)

1. Izolační prvky z anorganických vláken, připravované za mokra odvodňováním a sušením vodné suspenze složek, vyznačující se tím, že sestávají z 97 až 50 hmotnostních % vláknité složky, obsahující 95 až 40 hmotnostních % minerální vlny a 5 až 60 hmotnostních % hlinitokřemičitých vláken, z i až 10 hmotnostních % organických pojiv, 0,1 až 7 hmotnostních % anorganických pojiv a z 1 až 35 hmotnostních % disperzních anorganických přísad.Inorganic fiber insulating elements prepared by wet dewatering and drying of an aqueous suspension of components, characterized in that they consist of 97 to 50% by weight of a fibrous component containing 95 to 40% by weight of mineral wool and 5 to 60% by weight of aluminosilicate fibers, from 1 to 10% by weight of organic binders, 0.1 to 7% by weight of inorganic binders and from 1 to 35% by weight of dispersing inorganic additives. 2. izolační prvky z anorganických vláken podle bodu 1, vyznačující se tím, že jako organická pojivá jsou použity vodné disperze syntetických polymerů anebo škrob, škrobový maz nebo deriváty škrobu.2. Inorganic fiber insulating elements according to claim 1, characterized in that aqueous dispersions of synthetic polymers or starch, starch wax or starch derivatives are used as organic binders. 3, Izolační prvky z anorganických vláken podle bodu 1, vyznačující se tím, že jako anorganická pojivá jsou použity koloidní oxid křemičitý, koloidní oxid hlinitý anebo bazické soli hliníku.3. Inorganic fiber insulating elements according to claim 1, characterized in that colloidal silicon dioxide, colloidal alumina or basic aluminum salts are used as inorganic binders. 4. Izolační prvky z anorganických vláken podle bodu 1 až 3, vyznačující se tím, že jako disperzní anorganická přísada je použit expandovaný perlit.Inorganic fiber insulating elements according to Claims 1 to 3, characterized in that expanded perlite is used as the dispersed inorganic additive. 5. Izolační prvky z anorganických vláken podle bodu 1 až 3, vyznačující se tím, že jako disperzní anorganická přísada je použit oxid titaničitý.Inorganic fiber insulating elements according to Claims 1 to 3, characterized in that titanium dioxide is used as the dispersed inorganic additive. 6. Izolační prvky z anorganických vláken podle bodu 1 až 3, vyznačující se tím, že jako disperzní anorganická přísada je použít úletový oxid křemičitý.Inorganic fiber insulating elements according to Claims 1 to 3, characterized in that fused silica is used as the dispersed inorganic additive. 7. Izolační prvky z anorganických vláken podle bodu 1 až 6, vyznačující se tím, že obsahuje kombinaci uvedených anorganických přísad.7. Inorganic fiber insulating elements according to Claims 1 to 6, characterized in that it comprises a combination of said inorganic additives. 8. Izolační prvky z anorganických vláken podle bodu 1 až 7, vyznačující se tím, že obsahují do 5 hmotnostních % koagulantů, s výhodou síranu hlinitého.Inorganic fiber insulating elements according to Claims 1 to 7, characterized in that they contain up to 5% by weight of coagulants, preferably aluminum sulphate. 9. Izolační prvky z anorganických vláken podle bodu 1 až 8, vyznačující se tím, že obsahují do 0,1 hmotnostních % flokulačních prostředků, s výhodou polyakrylamidu.Inorganic fiber insulating elements according to Claims 1 to 8, characterized in that they contain up to 0.1% by weight of flocculants, preferably polyacrylamide.