DD202135A5 - Formteile mit hoher mechanischer stabilitaet bei hohen temperaturen, verfahren zu ihrer herstellung und ihre verwendung - Google Patents

Formteile mit hoher mechanischer stabilitaet bei hohen temperaturen, verfahren zu ihrer herstellung und ihre verwendung Download PDF

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DD202135A5
DD202135A5 DD82237378A DD23737882A DD202135A5 DD 202135 A5 DD202135 A5 DD 202135A5 DD 82237378 A DD82237378 A DD 82237378A DD 23737882 A DD23737882 A DD 23737882A DD 202135 A5 DD202135 A5 DD 202135A5
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fibers
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Axel Eschner
Hermann Stein
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Didier Werke Ag
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Abstract

Formteil hergestellt aus einer Mischung von 100 Gewichtsteilen keramischer Fasern oder eines Gemisches aus wenigstens 20 Gewichtsprozent Fasern und maximal 80 Gewichtsprozent gebrannter Faserkoernung, 2-20 Gewichtsteilen Ton oder feinst zerteilter feuerfester Oxide oder Hydroxide, wenigstens 2 Gewichtsteilen Bindemittel und Wasser, wobei d. Mischung verdichtet, getrocknet und/oder gebrannt wird. Die Formteile und insbesondere Platten haben eine Rohdichte von 0,5-1,8, eine hohe mechanische Stabilitaet und gute Isoliereigenschaften.

Description

9 Q7 0 7 P Ε" --/- AP C 04 Β/237 378/5
Berlin* den 30* 6β 82 AP C 04 Bj 60 418 18
Formteile mit hoher mechanischer Stabilität bei hohen Tempe-
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft Formteile mit hoher mechanischer Sta bilität bei hohen Temperaturen» ein Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung*
Charakteristik der bekanntenL>Xgjc.hjioischen Lö
Wärmeisolierende keramische Faserkörper aus feuerfesten Fasern t: organischem oder anorganischem Bindemittel mit einerseits geringer Festigkeit und hoher Zusarsmendrückbarkeit und andererseits erhöhten Werten für die Festigkeit f Dichte und Formbeständigkeit sind bekannt* So beschreibt die DE-AS 1 274 490 eine Verbrennungskammer für öfens die durch Ausformung der mit Bindemittel versetzten Fasermasse gebildet wird* und bei der die Bindemittelkonzentration über den Querschnitt der Wand abnehmen soll* Als geeignetes Bindemittel werden Tone,. Alkalisilikate 9 Aluminiumphosphat, kolloidale Kieselerde mit einem Gewichtsanteil von 5 bis 35, optimal 10 %v genannt« Der Faserkörper ist aber wegen seiner dichten harten Wandoberfläche und der gegenüberliegenden weichen flexiblen VYandoberflache nicht für hohe Belastungen in ausreichendem Maße geeignet«
Bei dem Verfahren nach der DE-AS 2 732 387 soll die mit einem organischen Kunststoffbindemittel vorgebundene Mineralfaserplatte durch Tranken mit einer wäßrigen Aufschlämmung eines Bindetons und anschließendes Tempern verfestigt werden« Weiterhin sind aus der europäischen Patentanmeldung
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0006362 Platten bekannt, welche in einer Matrix aus einem plastischen Ton als Verstärkung glasartige, anorganische Fasern enthalten» Die Mengen an Ton liegen in diesem Fall in einem Bereich von 29 bis 80 Gew„-% und die Menge der glasartigen^ anorganischen Fasern im Bereich von 15 bis 55 Gews- % der Platte«
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung von Formteilen mit verbesserten mechanischen und thermischen Eigenschaften, welche insbesondere auch als Ersatz für Feuerleichtplatten dienen können«
Darlegung des Wesens der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine geeignete Zusammensetzung aufzufinden, aus der Formteile mit verbesserten mechanischen und thermischen Eigenschaften, welche insbesondere auch als Ersatz für Feuerleichtplatten dienen könnens hergestellt werden können«
Erfindungsgemäß werden Formteile mit hoher mechanischer Stabilität bei hohen Temperaturen aus folgender Zusammensetzung hergestellt:
100 Gew»-Teilen entweder keramischer Fasern, oder eines
Gemisches, bestehend aus wenigstens 20 Gew«-% Fasern und bis zu 80 Gew„-% einer gebrannten Faserkörnung,
2-20 Gewe-Teilen Ton und/oder feinst zerteiltem Al2O3 und/
oder feinst zerteiltem SiO? und/oder Alu-
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miniumhydroxiden und/oder feinst zerteilter Magnesia und/oder feinst zerteiltem Titandioxid und/oder feinst zerteiltem Chromoxid,
O- 8 Gew«-Teilen Phosphatbindemittel5 berechnet als p 2^5» 0-10 Gew«-Teilen eines organischen Bindemittels» und 0-10 Gew«-Teilen anderer Feuerfestzusätzes wobei jedoch wenigstens 2 Gew*-Teile eines Bindemittels vorhanden sind,
eine Dichte von 095 bis 1,8
einer Heißbiegefestigkeit bei 1 000 C von wenigstens 0,8 N/mm2 s
einer TWB von wenigstens 25 Luftabschreckungen*
Die erfindungsgeraäßen Formteile werden in der Weise hergestellt, daß
a) 100 Gewo-Teile entweder keramische Fasern oder eines Gemisches s bestehend aus wenigstens 20 Gewe-% Fasern und bis zu 80 Gewe-% einer gebrannten Faserkörnung mit 2 20 Gewe-Teilen Ton und/oder feinst zerteiltem Al2O3 und/ oder feinst zerteiltem SiO2 und/oder Aluminiumhydroxiden und/oder feinst zerteilter Magnesia und/oder feinst zerteiltem Titandioxid und/oder feinst zerteiltem Chromoxide 0-8 Gewe~Teilen Phosphatbindemittel, berechnet als P3O5, O- lö Gewe-Teilen eines organischen Bindemittels a wobei jedoch wenigstens 2 Gewe-Teile eines Bindemittels vorhanden sinds sowie 0-10 Gewe-Teiien anderer Feuerfestzusätze sowie Wasser in einem Mischer gründlich vermischt werden e
737
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b) die in Stufe a) erhaltene Mischung um einen Volumenfaktor von wenigstens 3 bei alleiniger Verwendung von keramischen Fasern oder um einen Volumenfaktor von wenigstens 1,5 bei Verwendung eines Geraisches aus 80 Gew„-Teilen Faserkörnung und 20 Gew*-Teilen keramischer Fasern unter Formgebung verdichtet wird, und
c) das in Stufe b) hergestellte Formteil getrocknet und/oder getempert und/oder gebrannt wird»
Die erfindungsgemäßen Formteile können für viele Zwecke verwendet werden „ insbesondere als Ersatz für bekannte Feuerleichtplatten,» Ihr Vorteil hierbei ist, daß sie eine geringere Dichte als diese aufweisen und sie eine sehr enge Porengrößenverteilung und geringe Porengröße besitzen. Ihre War- meleitfähigkeit liegt trotz der Verdichtung in der gleichen Größenordnung wie diejenige von bei ihrer Herstellung nicht verdichteten, an sich bekannten Formteilen aus Glasfasern, die nach einem Vakuumsaugverfahren hergestellt wurden. Gegenüber diesen weisen die erfindungsgemäßen Formteile jedoch eine wesentlich höhere Festigkeit auf.
Durch ihre hohe mechanische Festigkeit sind die erfindungsgemäßen Formteile insbesondere als Dehnungsfugenfüller zwischen den Steinen von Drehrohrofen geeignet. Hierzu wurde bislang Asbest verwendet, jedoch wird die Verwendung von Asbest zunehmend wegen der gesundheitsschädigenden Einflüsse abgelehnt«
Als anorganische Fasern können die erfindungsgemäßen Formteile sämtliche übliche keramische Fasern, wie Steinwolle oder Fasern auf Basis von Aluminiumsilikat mit einem AIpO^- Gehält von etwa 40 bis 95 Gew*-% verwendet werden.
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Die in den erf indungsgernäßen Formteilen verwendeten * anderen Feuerfestzusätze sind die üblicherweise zu Faserformteiler, geraachten Zusätze wie Porzellanmehl * Schamotte» Hohlkugelkorund oder Vermiculit«
Die in den erfindungsgemäßen Formteilen vorliegenden Bindemittel sind phosphathaltige Bindemittel, z* B* Borphosphat, Aluminiumphosphat oder Natriumpolyphosphat mit einem Polymerisationsgrad von η = 4 und insbesondere η ^ 6 bis IG*
Die in den erfindungsgemäßen Formteilen vorliegenden organischen Bindemittel sind die üblicherweise in feuerfesten oder feuerbeständigen Formteilen verwendeten Bindemittel wie Stärke, Sulfitablauge, Melasse und insbesondere jedoch Methylcellulose« Die angegebene Bindemittelmenge bezieht sich auf festes, organisches Bindemittel, d« h, ohne Wasseranteil*
Sowohl das Phosphatbindemittel als auch das organische Bindemittel kann sowohl in gelöster Form als auch in fester Form zugesetzt werden, bei Verwendung von Methylcellulose3 die üblicherweise als 5 Gew«~%ige wäßrige Lösung zugesetzt wird, wird jedoch vorteilhafterweise ein Teil dieser Methylcellulosef insbesondere bei größeren Zusatzmengen an Methylcellulose* als organischem Bindemittel in fester, fein zerteilter Form eingesetzte da sonst die über eine solche Bindemittellösung in die Zusammensetzung eingebrachte Wassermenge zu groß werden würde*
Der in der Zusammensetzung der erfindungsgemäSen Formteile vorliegende Ton und/oder das feinst zerteilte Al„O_ und/odi das feinst zerteilte SiO? und/oder die Aluminiumhydroxide
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und/oder die feinst zerteilte Magnesia und/oder das feinst zerteilte Titandioxid und/oder das feinst zerteilte Chromoxid sind auf dem Feuerfestgebiet bekanntermaßen verwendete Bestandteile· Falls Ton verwendet wird, handelt es sich hier um einen üblichen Bindeton oder auch um einen bevorzugt verwendeten, speziellen Ton, wie beispielsweise Bentonit« Unter dem hier verwendeten Ausdruck "feinst zerteilt" im Zusammenhang mit den zuvor genannten Bestandteilen ist zu verstehen, daß diese Bestandteile in feinst gemahlenen oder auch im kolloidalen Zustand vorliegen» Insbesondere bei Verwendung von solchen in kolloidalem Zustand vorliegenden Materialien wie kolloidalem SiO bzw» kolloidalem Aluminiumoxid ist es möglich, nur geringe Mengen an Bindemittel, nämlich nahe beim unteren Grenzwert von 2 Gew.-Teilen eines solchen Bindemittel zu verwenden. Entweder kann das Bindemittel nur aus einem Phosphatbindemittel oder nur aus einem organischen Bindemittel bestehen-, vorteilhafterweise wird jedoch ein Gemisch von sowohl Phosphatbindemittel als auch organischem Bindemittel verwendet, wobei die Verwendung von etwa gleichen Gewe-Teilen Phosphatbindemittei und Methylcellulose als organischem Bindemittel besonders bevorzugt ist*
Vorteilhafterweise enthält die Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Formteile 5 bis 15 Gew«-Teile Ton bzw« der anderen genannten Bestandteile auf 100 Gew*-Teile der keramischen Fasern, Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines Gemisches von Ton und insbesondere von Bentonit und 1 bis 3 Gew«-Teilen eines der zuvor genannten Bestandteile, * insbesondere von kolloidaler Kieselerde,
Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Formteile wird aus den keramischen Fasern oder dem Gemisch aus keramischen Fa-
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sern und gebrannter Faserkörnung, dem Ton bzw« den arideren zuvor genannten Bestandteilen,, dem gegebenenfalls vorliegenden Phosphatbindemittel, den gegebenenfalls verwendeten anderen Feuerfestzusätzen und dem gegehsnenfalls verwendeten organischen Bindemittel unter Zusatz von Wasser ein Geraisch hergestellt* Falls das Phosphatbindemittel und/oder das organische Bindemittel bereits in Form einer Lösung 3 üblicherweise einer wäßrigen Lösung t vorliegen„ kann der Zusatz von Wasser nicht notwendig sein* Bei der Herstellung in der Stufe a) des erfindungsgeraäßen Verfahrens liegen in dem Gemisch üblicherweise 5 bis 25 Gew.-Teile Wasser auf 100 Gew*-Teile der keramischen Fasern vor, Phosphatbindemittel wie Natriurnpolyphosphat und Monoaluminiuraphosphat sowie organische Bindemittel wie Sulfitablauge oder Methylcellulose können in fester, gemahlener Form eingesetzt werden „ es ist jedoch auch möglich „ einen Teil dieser Bindemittel in Form einer Lösung und den restlichen Teil in fester Form zuzusetzen«
Die bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Formteile verwendete^ gebrannte Faserkörnung ist in der deutschen Patentanmeldung P 3 105 579.6-45 der Anmelderin vom gleichen Tag näher beschrieben» Ihre Herstellung erfolgt in der Weise, daß
a) 100 Gewe-Teile keramische Fasern, 2 bis 15 Gew«-Teile Ton und/oder feinst zerteiltes Al?0^ und/oder feinst zerteiltes SiO„ und/oder Aluminiumhydroxide und/oder feinst zerteilte Magnesia und/oder feinst zerteiltes Titandioxid und/oder feinst zerteiltes Chromoxid a gegebenenfalls bis zu 10 Gewe-Teilen andere Feuerfestzusätze und 1 bis 8 Gewe-Teile Phosphatbindemittel, gegebenenfalls unter Zusatz von Plastif izierungsrnittel s mit
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etwa 2 bis 25 Gew.-Teilen Wasser in einem Mischer gründlich vermischt werden,
b) die in Stufe a) erhaltene Mischung um einen Volumenfaktor von wenigstens 3 verdichtet wird, und
c) das in Stufe b) erhaltene Produkt gegebenenfalls getrocknet und bei Temperaturen von 800 bis 1 550 0C gebrannt und anschließend bis auf die gewünschte Körnung zerkleinert wird«
Die bei der Herstellung dieser Faserkörnung verwendeten Materialien keramische Fasern, Ton bzw» die anderen genannten Bestandteile, die Feuerfestzusätze und das Phosphatbindemittel entsprechen den Materialien, wie sie zuvor beschrieben wurden« Als Plastifizierungsmittel wird vorzugsweise Methylcellulose verwendet. Bei der Herstellung der Faserkörnung kann die Verdichtung in der Stufe b) in einer Strangpresse, einer Drehtischpresse oder einer Brikettiereinrichtung durchgeführt werden« Das Vermischen der Bestandteile in der Stufe a) bei der Herstellung dieser Faserkörnung kann in jedem geeigneten Mischer erfolgen, beispielsweise in einem Drais-Mischer« Vorteilhafterweise werden bei der Herstellung einer solchen Faserkörnung als keramische Fasern aufbereitete Fasern verwendet, wie sie auch bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Formteile eingesetzt werden können» Die Zerkleinerung in der Stufe c) bei der Herstellung dieser Faserkörnung kann in jeder geeigneten Vorrichtung erfolgen, wobei die maximale Korngröße üblicherweise 6 mm beträgt* Diese Zerkleinerung kann jedoch auch auf einen bestimmten Bereich eingestellt werden, beispielsweise kann ein Produkt mit einer Körnung zwischen 2 und 3 mm ohne weiteres durch Zerkleinerung in üblichen Brecheinrichtungen und gegebenenfalls Aussieben der gewünschten Körnungen er-
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halten werden, Das hierbei erhaltene, körnige Material besitzt eine Dichte von 0,7 bis 1,75 g/cm und weist ein Porenvolumen in der Größenordnung von 35 - 75 % auf«. Die Menge des in der Stufe a) bei der Herstellung dieser Faserkörnung gegebenenfalls zugesetzten Plastifizierungsmittels hängt von der in der Stufe b) verwendeten Verdichtungseinrichtung ab* Beispielsweise wird bei Verwendung von Methylcellulose und Verdichtung in einer Strangpresse eine Menge von 4 Gew«-Teilen Methylcellulose zugesetzt s wobei die Hälfte dieser Methylcellulosemenge als 5 %±ge Lösung in Wasser und die andere Hälfte als trockene Methylcellulose zugesetzt wird« Falls die Verdichtung in einer Strangpresse durchgeführt wirds kann die in der Stufe a) verwendete Wassermenge jedoch bis zu 100 Gewe-Teile betragen.
Die bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Forrateile verwendete Wassermenge sollte so gering wie möglich gehalten werden, vorteilhaftsrweise werden nur bis zu 15 Gew*-Teile Wasser auf 100 Gew»-Teile der keramischen Fasern und besonders bevorzugt nur 10 Gew»~Teile Wasser auf 100 Gewe~Teile der keramischen Fasern zugemischtv so daß eine teigartige Masse erhalten wird«
Der Vorteil bei der Verwendung eines Gemisches von keramischen Fasern und einer Faserkörnung liegt darins daß bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Formteile eine geringere Wassermenge verwendet werden muß« Die Wassermenge hängt hierbei von dem Anteil von keramischen Fasern und gebrannter Faserkörnung in dem Gemisch ab, wobei die erforderliche Wassermenge um so geringe wird, je größer der Anteil an gebrannter Faserkörnung in dem Gemisch ist« Besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung eines Gemisches aus
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50 Gew«-% keramischen Fasern und 50 Gew,-% der gebrannten Faserkörnung herausgestellt.
Die in der Stufe a) bei der Herstellung der Formteile erhaltene, teigartige Masse wird in der Stufe b) des erfindungsgemäßen Verfahrens in eine geeignete Presse» beispielsweise eine Plattenpresse oder Tischpresse oder auch eine isostatisch Presse, eingefüllt und für eine geeignete Zeitspanne, wobei diese von dem verwendeten Pressentyp abhängt-, gepreßt« In einer Plattenpresse beträgt die Preßzeit üblicherweise 5 bis 20 Sekunden.
Wesentlich ist, daß bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Formteils in der Stufe b) die Verdichtung um einen Volumenfaktor von wenigstens 3 bei alleiniger Verwendung von keramischen Fasern oder um einen Volumenfaktor von wenigstens 1,5 bei Verwendung eines Gemisches aus 80 Gew.-Teilen gebrannter Faserkörnung und 20 Gew.-Teilen keramischen Fasern erfolgt» Bei Verwendung eines Gemisches aus keramischen Fasern und gebrannter Faserkörnung in anderen Mischungsverhältnissen liegt dieser Mindestverdichtungsfaktor bei Werten zwischen 3 und 1,5, Vorteilhafte Werte für den Verdichtungsfaktor liegen bei alleiniger Verwendung von keramischen Fasern bei Werten zwischen 5 und 8 und bei Verwendung eines Gemisches aus 80 Gew,-Teilen Faserkörnung und 20 Gew«-Teilen keramischen Fasern bei 2,5 bis 4. Selbstverständlich liegen bei anderen Anteilen von keramischen Fasern und gebrannter Faserkörnung in einem Gemisch die vorteilhaften Verdichtungsfaktoren zwischen den zuvor angegebenen Grenzwerten,
/ ο
"7 t%
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Dar maximale Volumenfaktor der Verdichtung liegt bei alleiniger Verwendung von keramischen Fasern bei etwa 12 bis 14, während sr bei Verwendung eines Gemisches aus 80 Gew„-Teilen Faserkörnung und 20 Gew«-Teilen keramischer Fasern bei Werten von S bis 8 liegt»
Falls die erfinciungsgeraäßen Formteile in Form von Faserplatten hergestellt werden, können diese eine Stärke von 1 bis 50 mm aufweisen*
Nach dem Presser, werden die Formteile in der Stufe c) des erfindungsgemäßen Verfahrens bei höheren Temperaturen» vorteilhafterweise zwischen 110 und 180 C getrocknet, anschließend können sie bei Temperaturen zwischen 250 0C und 600 C getempert oder auch bei Temperaturen zwischen 800 C und 1 650 0C gebrannt werden« Die maximale Brenntemperatur ebenso wie die Anwendungsgrenztemperatur hängt jedoch hauptsächlich von den im Ausgangsgemisch verwendeten keramischen Fasern abe in geringerem MaSe von den gegebenenfalls vorliegenden anderen Feuerfestzusätzen«
Keramische Fasern liegen bei ihrer Anlieferung in Form einer losen Wolle, welche jedoch teilweise stark verdichtet sind-,. vor· Um eine rrc-ch bessere Anbindung der Fasern durch das verwendete Bindemittel und eine gute Benetzung dar Oberfläche durch Flüssigkeiten in geringster Konzentration zu ermöglichen^ werden die Fasern vorteilhafterweise vor der Formgebung aufbereitet«,
Hierzu können Mischaggregate mit schnell rotierenden Mischerköpfen, sogenannte Turbomischer, verwendet werden, wodurch die im Anlieferungszustand der Fasern vorhandenen, größeren
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Agglomerate aufgeschlossen werden, ohne daß die Fasern dabei unzulässig stark zerschlagen werden«
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, falls keine gebrannte Faserkörnung verwendet wird, die Stufe a) ebenfalls in einem solchen Turbomischer, d* h» einem Mischer mit schnell rotierenden Messerköpfen, durchzuführen, dies bedeutet, daß das Aufschließen der Fasern und das Vermischen mit den in dieser Stufe a) zugesetzten weiteren Bestandteilen, nämlich Ton und/oder den anderen genannten Bestandteilen, gegebenenfalls Phosphatbindemittel, anderen Feuerfestzusätzen, gegebenenfalls dem organischen Bindemittel, durchgeführt wird« In diesem Fall werden jedoch nur trockene Feststoffe zugesetzt, um einerseits das Aufschließen der agglomerierten Fasern und das homogene Einmischen der zugesetzten Stoffe zu bewerkstelligen· Anschließend werden dann Wasser und gegebenenfalls in Form von Lösung verwendete Bindemittel in den Mischbehälter eingesprüht und weiter ein-.gemischt*
Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, den Aufschluß der keramischen Fasern zunächst in einem Turbomischer durchzuführen und dann in einem anderen Mischer, z# B. einem Drais-Mischer oder einem Eirich-Mischer die anderen Zusatzstoffe zuzusetzen» Diese Arbeitsweise wird insbesondere bei Verwendung von Vermiculit oder Hohlkugelkorund als weiteren Feuerfestzusätzen verwandt, da sonst ein Zerschlagen dieser Stoffe auftreten würde, ebenfalls bei Verwendung einer gebrannten Faserkörnung im Gemisch mit keramischen Fasern«
Die erfindungsgemäßen Formteile weisen den besonderen Vorteil auf, daß sie wegen des relativ hohen Gehalts an kera-
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mischen Fasern sehr gute thermische Isolierungseigenschaften und wegen der Verdichtung und um einen Volumenfaktor von wenigstens 3 bzw* 1,5 bei ihrer Herstellung dennoch eine relativ gute mechanische Stabilität aufweisen. Weiterhin ist ihreTemperaturwechselbeständigkeit (TWB) ausgezeichnet und beträgt mehr als 25 Zyklen,
Ausführunpsbeispiel
Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert«
In den Beispielen wurden keramische Fasern des Systems Al 0, SiO0 verwende^und zwar ein Fasermaterial A mit 47 % Al0O-J
ο 53 % SiOpj Einsatztemperatur bis 1 260 C und ein für höhere
Einsatztemperaturen geeignetes Fasermaterial B mit 95 O3 und 5 %
Die Mischungen wurden teilweise in einem Turbomischer hergestellt, der mit einem schnell rotierenden Messerkopf (3000 U/ min) ausgestattet ist* In diesem Mischwer wird einmal das Fasermaterial gut aufgeschlossen und zum anderen bildet sich ein schütt- und rieselfähiges gleichmäßig mit den Mischungsbestandteilen durchsetztes Fasergranulat, Die aus Fasergranulat bestehende Mischung führt bei der weiteren Verarbeitung durch Pressen zu Faserwerkstoffen mit niedriger bis hoher Rohdichte und besonders homogenem Gefüge« Mit einem Mischer, der mit relativ geringer Geschwindigkeit umlaufende Mischarme besitzt« z, B9 einem Eirich-Mischer s wird dagegen ein weniger intensiver Aufschluß der Fasern und eine nicht so homogene Aufbereitung der Mischung erzielt» Die 50 %ige Monoaluminiumphosphatlösung wird im Mischer in den Bereich des schnell
2373 7
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rotierenden Messerkopfs als Spruhnebel eingebracht. Dadurch wird mit geringstem Flüssigkeitsvolumen, z, B# 10 Gew»-% MAP = 6,6 Liter, eine vollständige Benetzung der Agglomeratoberflächen erreicht» Wasser wird in gleicher Weise anschließend eingesprüht« Das Wasser löst eventuell vorhandene trockene Methy.lcellulose an und bewirkt damit eine gute Grünfestigkeit der Formkörper*
Herstellung von gebrannten Faserkörnungen:
a) Es wurden 100 Gew«-Teile der keramischen Fasern A)* 10 Gew.-Teile Bindeton mit einem Al„03~Gehalt von 35 Gew»-% und 1,5 GeWe-Teile trockene Methylcellulose in Pulverform in einem Eirich-Mischer eingegeben und für 10 Minuten miteinander vermischt« Dann wurden 10 Gew.-Teile 50 Gew„-%ige Monoaluminiumphosphatlösung und 2 Gew«-Teile Wasser auf die Masse in dem Mischer unter fortwährendem Weitermischen aufgesprüht und für weitere 30 Minuten vermischt.
Das aus dem Mischer herausgenommene Produkt wurde bei einem
Preßdruck von 30 N/mm in einer Plattenpresse zu einem plattenförmigen Produkt mit einer Stärke von 30 mm verpreßt, wobei eine Verdichtung um einen Faktor von 5,5 erhalten wurde.
Das erhaltene plattenförmige Produkt wurde anschließend bei 110 C während 24 Stunden in einem Ofen getrocknet und dann bei unterschiedlichen Temperaturen jeweils 24 Stunden gebrannt und anschließend auf eine maximale Korngröße von 3 mm zerkleinert«
Die Körnung hatte die folgenden Eigenschaften:
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*J * U . <J - 15 -Tabelle I
Brenntemperatur (0C) 8oo .34 1 350 1 510
Kornrauragewicht R (g/cm3) 1 ,60 1 ,52 1 ,77
spezifisches Gewicht S (g/cm ) 2 .7 2 ,70 2 ,75
Pg (Vol.-95) 47 43 ,7 35 ,6
b) Die Arbeitsweise von Herstellung a) wurde wiederholt, wobei jedoch ein die Faser aufschließender Turbo-Mischer verwendet wurde« Der Preßdruck in Stufe b) betrug 10 bzw» 15 N/ mm ., die Verdichtung lag bei einem Faktor von 4 bzw* 5,
Nach einem Brand bei 1 350 C für 24 Stunden und Zerkleinerung wurde eine Körnung mit folgenden Eigenschaften erhalten
Tabelle II
Preßdruck (N/mm2) R (g/cm3)
spez« Gewicht (g/cm ) Pg (VoU-%)
c) Die Arbeitsweise von Herstellung a) wurde wiederholt, wobei jedoch der Anteil an Honoaluminiumphosphatlösung auf 15 Gewe-Teile und der Anteil von Wasser auf 5 Gew«-Teile bei auf 20 Minuten verkürzter Mischzeit erhöht wurden* Nach einem Brand bei 1 350 °C während 24 Stunden und Zerkleinerung auf die gewünschte Körnung hatte diese die folgenden Eigenschaften;
10 ,7 15 ,02
O ,7 1 ,7
2 2
74 63
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- 16 Tabelle III
R (g/cm3) 1,29
S (g/cm3) 2,69
Pg (Vol.-35) 53,8
d) Die Arbeitsweise von Herstellung a) wurde wiederholt, wobei jedoch noch 8 Gew.-Teils Schgraottemehl in der ersten Stufe zugesetzt wurden. Weiterhin wurden nur 8,3 Gew.-Teile 50 Gew«-%ige Monoaluminiumphosphatlösung jedoch 4 Gew»-Teile Wasser in der Mischstufe zugesetzt.
Der Preßdruck in der Verdichtungsstufe lag bei 30 N/nm , dies ergab eine Verdichtung um einen Volumenfaktor von 5,2.
Das erhaltene ,plattenförmige Produkt wurde bei 180 0C getrocknet und Proben wurden bei den unterschiedlichen, bei der folgenden Tabelle IV angegebenen Temperaturen gebrannt» Anschließend wurde das getrocknete bzw« gebrannte Produkt auf eine maximale Korngröße von 3 mm zerkleinert«
Die erhaltene Körnung hatte die folgenden Eigenschaften:
Tabelle IV
Behandlungs-Temp. (0C) Kornraumgewicht, R, (g/cm3) spez. Gew., (g/cra3) Pg, (Vol.-%)
Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert.
180 ,30 800 ,26 1200 ,31 1300 ,34 1500 ,48
1 ,60 1 ,60 1 ,65 1 ,68 1 ,72
2 ,0 2 ,5 2 ,5 2 ,0 2 ,6
50 51 50 50 45
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Beispiel 1
Es wurde folgender Ansatz verwendet:
Gew,-Τeilο
Keramische Fasern A 100
(mit 47 Gewe-% Al2O3)
Bindeton 10
(mit 35 Gewe~% Al2O3)
Methylcellulose? trocken 1,5
Monoaluminiumphosphatlösung
50 Gewe-%ig 10
Wasser 2
Die keramischen Fasern A wurden mit dem Bindeton und der trockenen Methylcellulose in den Eirich-Mischer eingegeben und für 20 Minuten hierin behandelt, wobei eine homogene Mischung erreicht wurde» Dann wurde bei weiterlaufendem Mischer die Monoaluminiumphosphatlösung und anschließend das Wasser aufgesprüht und gründlich weiter vermischt.
Anschließend wurde bei einem Preßdruck von 30 N/mm zu Steinen mit den Abmessungen 405 χ 135 χ 50 mm verpreßt» Der Verdichtungsfaktor betrug 6,0,.
Anschließend wurden die Steine 4 Stunden bei 110 C getrocknet und danach bei verschiedenen Temperaturen für verschiedene Zeiten gebrannte
Die nach dem Brennen bei unterschiedlichen Brenntemperaturen an den Steinen gemessenen Eigenschaften waren wie folgt:
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Tabelle V
800 6 h
C/
1350 6 h
C/
1510 6 h
R (g/cm0) Pg (Vol.-%) VM (N/mm2) KBF (N/mra2)
TWB
HBF, 1000 0C (N/mm2) HBF, 1200 0C (N/mm2)
1,34 47,7 1408
5,0 > 25
4,7
6,2
1,52
43,7
1303
4,4
> 25
6,6
5,9
1,77 35*6 5291
8,2
> 25
11,6
9,6
Schwindung nach 24 h bei
1400 0C 1500 °C 1600 0C
-3,19
-6,94
-10,32
-1,89
-3,35
- 7,70
-0,16
-5,45
Chemische Analyse: Al2O3 (%)
P2O5 (SK)
44,7 50,7 2,95
Wärmeleitfähigkeit, WLF, (W/m 0K bei 700 0C)
0,45
Beispiel 2
Die gleiche Mischung führte bei Aufbereitung im Turbo-Mischer und geringem Preßdruck nach dem Brennen bei 1350 °C zu Steinen mit folgenden Eigenschaften, wobei die Eigenschaften beim
AP C 04 Β/237 378/5 60 418 18
Preßdrück 30 N/mm aus der Tabelle V zum Vergleich mit aufgeführt sind:
Tabelle VI
Bsp. 1 B 20 ερ« 2 10
Preßdruck (N/mm2) 30 5,4 15 3,5
Verdichtungsfaktor 6 ,o 1350 4,4 1350
Brenntemperatur (0C) 1350 24 1350 24
Brenndauer (h) 6 1,34 24 0,7
R (G/cm3) 1,52 58,0 1,02 74,0
Pg (Vol.-%) 43,7 4,1 63 ,0 0,7
KBF (N/mm2) 4,4 - °*9 0,8
HBF, 1000 0C (N/mm2) 6,6 5,6 2,0 „
HBF, 1200 0C (N/mm2) 5,9 - - 0,9
HBF, 1400 0C (N/mm2) - 0,25 2,3 0*16
WLF, (W/m 0K bei 700 0C) 0,45 0,20
Beispiel 3
Es wurde folgender Ansatz verwendet:
Gewa-T Keramische Fasern A (mit 47 Gew*-% Al2O3) 100
Bindeton
(mit 35 Gew.-% Al2O3) 10
Methylcellulose, trocken lt5
Monoaluminiumphosphat"
lösung, 50 Gew*-%ig 15
Wasser 5
AP C 04 B/237 378/5 ^ 60 418 18
2373 78 5
- 20 -
In der Stufe a) des erfindungsgemäSen Verfahrens wurde ein Eirich-Mischer verwendet. Zunächst wurden die trockenen Bestandteile in den Eirich-Mischer eingegeben und hierin 10 Minuten vermischt, anschließend wurde die Monoaluminiumphosphatlösung und dann das Wasser aufgesprüht. Nach einem weiteren Mischen von 20 Minuten wurde die Masse aus dem Mischer herausgenommen*
Wie zuvor bei Beispiel 1 wurde die Mischung in einer Presse bei einem Preßdruck von 30 N/r Verdichtungsfaktor betrug 5,2.
bei einem Preßdruck von 30 N/mm zu Steinen verpreßt» Der
Die gepreßten Steine wurden bei 110 C für 4 Stunden getrocknet, anschließend wurden sie 6 Stunden bei 1350 C gebrannt«.
Die an den erhaltenen Steinen ermittelten Eigenschaften waren wie folgt:
Tabelle VII
R (g/cm3) lt29
Pg (Vol.-%) 53,8 HBF bei 1000 °C (N/mm2) 2,1
KBF (N/mm2) 2,6
WLF (W/m 0K bei 700 0C) 0,35
Ein Vergleich der gemäß Beispiele 1, 2 bzw. 3 hergestellten Steine zeigt, daß bei der Aufbereitung in einem Turbo-Mischer und gleichem Preßdruck Formteile mit höherer Kaltbiegefestigkeit erhalten werden können. Bei der Aufbereitung in einem Eirich-Mischer, d. h. ohne Aufschluß der keramischen Fasern, ist es zweckmäßig, den Anteil an Phosphatbindemittel und
AP C 04 B/237 378/5 60 418 18
- 21 -
auch den Wasseranteil geringfügig zu erhöhen, wobei der Wasseranteil zweckmäßicerweise bei 8 bis 10 % liegen soll.
Beispiele 4 und 5
Es wurden folgende Ansätze verwendet:
Keramische Fasern B (mit 95 Gew,-%
Bindeton
(mit 35 Gewe-% Methylcellulose, trocken
Monoaluminiurophosphatlösung, 50 Gew,-%ig
Wasser
Gew.-Teile
100
10
1,5
.12
100
10
1,5
15
Die Herstellung des Ansatzes in der Stufe a) erfolgte entsprechend der Arbeitsweise von Beispiel 29 d» h. unter Verwendung eines Turbo-Mischers«
Die in der Stufe a) erhaltene Mischung wurde entsprechendder Arbeitsweise von Beispiel 2 bei einem Preßdruck von
2 bzw* 20 N/mm zu Steinen gepreßt, anschließend 4 Stunden
bei 110 0C getrocknet und dann 24 Stunden bei 1350 0G gebrannt« Die hierbei erhaltenen Eigenschaften der Steine waren wie folgt:
AP C 04 B/237 378/5 60 418 18
23737
* ,J - 22 Tabelle VIII Bsp·
R (g/cm3) 0,52 1,01
Verdichtungsfaktor 3,5 6,7
Pg (Vol.-&) 84,2 69,4
KBF (N/mm2) 0,9 1,9
HBF, 900 0C (N/mm2) 3,4
HBF1 1000 0C (N/mm2) 0,8
HBF, 1400 0C (N/mm2) 0,7
WLF (W/m 0K bei 700 0C) 0,19 0,35
Beispiele 6 bis 9:
Es wurde folgender Ansatz verwendet:
Gev^-Teile Keramische Fasern A) (mit 47 % Gew.-£ A1 2°3) 25 ·
Keramische Fasern B) 75
(mit 95 Gew.~% Al 2°3)
Bindeton ' 5
(mit 35 Gew.-% Al2O3)
feinst gemahlene Tonerde, <44 >um 5
Methylcellulose, trocken 1,5
Monoaluminiumphosphat-
lösung, 50 Gew.-%ig 10
Wasser 2
AP C 04 B/237 378/5 60 418 18
Entsprechend oer Arbeitsweise von Beispiel 2 wurde die Mischung des Beispiels 6 in einem Turbo-Mischer aufbereitet und bei dem in der folgenden Tabelle IX angegebenen Preßdruck zu Steinen entsprechend der Arbeitsweise von Beispiel 1 gepreßt« Bei den Beispielen 7 bis 9 wurde ein Eirich-Mischer verwendete
Nach einem Trocknen bei 110 C während 4 Stunden wurde bei unterschiedlichen, ebenfalls in der Tabelle angegebenen Temperaturen für 24 Stunden gebrannt. Die Eigenschaften der hierbei erhaltenen Steine sind in der Tabelle angegeben«
Statt zu Steinen mit den im Beispiel 1 angegebenen Abmessungen wurden die hier angegebenen Mischungen auch zu Platten mit den Abmessungen 350 χ 360 χ 18 mm in einer hydraulischen Plattenpresse verpreßt. Solche Platten stellen ausgezeichnete Brennhilfsmittels z„ B« beim Brennen von feinkeramischen Erzeugnissen oder Porzellan, dar«
Tabelle IX
Bsp, 6 7 8 9
Preßdruck (N/mm2) 8 30 30 30
Verdichtungsfaktor 3,8 5,3 5,3 5,3
Trocknung (0C) 110 110 110 110
Brenntemperatur (0C) 1350 1520 1580 1520
Eigenschaf ten j
R (g/cm3)
Pg (Vol.-%) KBF (N/mm2) HBF4 1000 °C (N/mm2)
O ,57 1 ,22 1 ,22 1 ,31
79 *9 62 ,1 62 *2 59 ,3
O .4 3 S5 3 »6 4 ,2
O ,8
23737
AP C 04 B/237 378/5 60 418 18
- 24 -
Tabelle IX (Fortsetzung)
Bsp· 6 7 8
HBFv 1400 0C (N/mm2) 0^,8 4,5 4,9 5,6
WLF (W/m 0K bei 700 0C) 0,22 0,47 0,49 0,53
Beispiel 10
Es wurde folgender Ansatz verwendet:
Gew«-Teile
Faserkörnung a) _ 80
Keramische Fasern B) 20
Bindeton mit 35 % Al2O3 5
feinst gemahlene Tonerde, ^- 44 /Um 5
feinst gemahlenes Chromoxid, <; 44 ,um 2 Monoaluminiumphosphat-
lösung (50 Gew,-%ig) 5
Natriumpolyphosphat, fest 0,5
Wasser 5
Die Faserkörnung, der Ton, die Tonerde und das Chromoxid wurden mit dem festen Natriumpolyphosphat in einen Eirich-Mischer eingegeben,.dann wurden 5 Gew„-Teile Wasser aufgesprüht und 5 Minuten vermischt* Anschließend wurden die 20 Gew.-Teile der keramischen Fasern B) zugesetzt, es wurde weitere 10 Minuten gemischt, dann wurde die Monoaluminiumphosphatlösung zugegeben und weitere 10 Minuten vermischt. Die aus dem Mischer entnommene Mischung wurde bei einem Preßdruck von 30 N/mm zu Platten von 405 χ 135 χ 15 mm gepreßt, anschließend 24 Stunden bei 110 0C getrocknet und jeweils 8 Stunden bei 800 0C bzw, 1350 0C gebrannt. An dem erhaltenen Produkt wurden die folgenden Eigenschaften bestimmt:
800 1350
1,8 . 1,8
2,0 2,0
35*8 35,8
2, 6 5 6,4
4,5 7,0
0,70 0,55
AP C 04 B/237 378/5 60 418 18 - 25 -
Tab ell.e _X
Brenntemperatur (0C) R (g/cm3)
Verdichtungsfaktor
Fg (Vol.-») KBF (N/mm2) HBF:* 1000 0C (N/mm2) WLF (W/m 0K bei 700 °C)
Beispiel 11
Es wurde folgender Ansatz verwendet:
Gew«-Teile
Keramische Fasern A) 100
Hohlkugelkorund, < 3 mm 10
Ton mit 35 % Al2O3 5
Magnesia 2
Borphosphat, fest 4,5
Wasser 9
Die Fasern wurden zunächst während 10 Minuten in einem Turbo-Mischer aufgeschlossen. Anschließend wurden in einen Eirich-Mischer der Hohlkugelkorund, der Ton und das Wasser eingegeben, es wurde für 5 Minuten vermischt, dann wurde die Magnesia und das Borphosphat zugesetzt und für weitere 5 Minuten gemischt« Anschließend wurden die in dem Turbo-Mischer aufgeschlossenen Fasern in den Eirich-Mischer eingegeben und für weitere 20 Minuten vermischt*
Aus der erhaltenen Mischung wurden Platten entsprechend der Arbeitsweise von Beispiel 10 hergestellt. Diese wurden nach
237378 5
AP C 04 B/237 378/5 60 418 18
- 26 -
dem Trocknen bei 120 0C bei 800 °C bzw. 1350 °C gebrannt» An dem erhaltenen Produkt wurden die folgenden Eigenschaften bestimmt:
Tabelle XI
Brenntemperatur (°C)
R (g/cm3)
Verdichtungsfaktor Pg (Vol.-ft)
HSF, 1000 °C (N/mm2) WLF (W/m 0K bei 700 0C)
800 1350
1,15 1,18
4,1 4,1
51,9 54,6
2,8 4,1
0,63 0,65
Beispiel 12
Es wurde folgender Ansatz verwendet
Gew«-Teile
Keramische Fasern A) 100
Bindeton 10
Sulfitablauge, trocken 9
Wasser 9
In einem Eirich-Mischer wurden die keramischen Fasern, der Ton und die fest Sulfitablauge 10 Minuten vermischt, dann wurde das Wasser aufgesprüht und für weitere 10 Minuten fer-
tig gemischt. Bei einem Preßdruck von 30 N/mm wurden Steine wie in Beispiel 1 gepreßt« Nach einem Trocknen bei 110 0C während 24 Stunden wurden diese Steine bei 800 0C bzw, 1350 C gebrannt« An den Steinen wurden folgende Eigenschaften ermittelt*
AP C 04 B/237 378/5 60 418 18
Tabelle XII
Brenntemperatur ( C)
R (g/cm3)
Verdichtungsfaktor Pg (VoL-%)
HBF, 1000 0C (N/mm2) WLF (W/m °K bei 700 0C))
800 1350
1,18 1,28
5,1 5,1
54,6 52,6
1,5 2,9
0,27 0,28

Claims (10)

- 28 Erfindunqsanspruch
1« Formteil mit hoher mechanischer Stabilität bei hohen Temperaturen, gekennzeichnet dadurch, daß es hergestellt ist aus folgender Zusammensetzung:
100 Gew«-Teilen entweder keramischer Fasern oder eines
Gemisches, bestehend aus wenigstens Gew.-% Fasern und bis zu SO Gewu-% einer gebrannten Faserkörnung,
2. Formteil nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß es als Ton Bentonit enthält.
2-20 Gew,-Teilen Ton und/oder feinst zerteiltem Al2O3
und/oder feinst zerteiltem SiO2 und/ oder Aluminiumhydroxiden und/oder feinst zerteilter Magnesia und/oder feinst zerteiltem Titandioxid und/oder feinst zerteiltem Chromoxid,
0-8 Gew#-Teilen Phosphatbindemittel, berechnet als
P2O5.
0-10 Gew#-Teilen eines organischen Bindemittels, und 0-10 Gew«-Teilen anderer Feuerfestzusätze,
wobei jedoch wenigstens 2 Gew.-Teile eines Bindemittels
vorhanden sind, mit:
einerDichte von 0,5 bis 1,8
einer Heißbiegefestigkeit bei 1000 C von wenigstens
0*8 N/mm2,
einer TWB von wenigstens 25 Luftabschreckungen.
3* Formteil nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß es als
AP C 04 B/237 378/5 60 418 18
~ 29 -
weiteren Feuerfestzusatz Porzellanmahl, Schamotte oder Hohlkugelkorund enthält*
4* Formteil nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß es als Phosphatbindemittel Natriumpolyphosphat oder Monoaluminiumphosphat enthält«
5· Formteil nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch^ daß es als organisches Bindemittel Methyicellulose enthält,
6« Verfahren zur Herstellung eines Formteils nach Punkt I1 gekennzeichnet dadurch, daß
a) 100 GeWe-Teile entweder keramische Fasern oder eines Gemisches, bestehend aus wenigstens 20 Gew*-% Fasern und bis zu 80 Gew*~% einer gebrannten Faserkörnung mit 2-20 Gew»-Teilen Ton und/oder feinst zerteiltem Al3O3 und/oder feinst zerteiltem SiOp und/oder Aluminiurahydroxiden und/oder feinst zerteilter Magnesia und/oder feinst zerteiltem Titandioxid und/oder feinst zerteiltem Chromoxid, 0-8 Gew„-Teilen Phosphatbindemittel, berechnet als p 2°5* 0-10 Gew*-Teilen eines organischen Bindemittels, wobei jedoch wenigstens 2 Gew«-Teile eines Bindemittels vorhanden sind sowie 0-10 Gew«-Teilen anderer Feuerfestzusätze sowie Wasser in einem Mischer gründlich vermischt werden,
b) die in Stufe a) erhaltene Mischung um einen Volumenfaktor von wenigstens 3 bei alleiniger Verwendung von keramischen Fasern oder um einen Volumenfaktor von wenigstens 1,5 bei Verwendung eines Gemisches aus 80 Gew„-Teilen Faserkörnung und 20 Gew.-Teilen keramischen Fasern unter Formgebung verdichtet wird» und
AP C 04 B/237 378/5
2373 7 8 5 ..."*""
c) das in Stufe b) hergestellte Formteil getrocknet und/ oder getempert und/oder gebrannt wird»
7, Verfahren nach Punkt 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Verdichtung in Stufe b) um einen Faktor von 5 bis 8 bei alleiniger Verwendung von keramischen Fasern oder um
einen Faktor von 2,5 bis 4 bei Verwendung eines Gemisches aus 80 Gew»-Teilen Faserkörnung und 20 Gew.-Teileri keramischen Fasern durchgeführt wird»
8. Verfahren nach Punkt 6 oder 7, gekennzeichnet dadurch,
daß das Verdichten in Stufe b) unter Herstellung von
Faserplatten durchgeführt wird,
9· Verfahren nach Punkt 6, gekennzeichnet dadurch, daß als keramische Fasern aufbereitete Fasern verwendet werden»
10· Verwendung der Formteile nach einem der Punkte 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß sie als Brennhilfsmittel,
d* h. Unterlagen für zu brennende Gegenstände angewandt werden«
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