DD208970A5 - 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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DD208970A5
DD208970A5 DD82237350A DD23735082A DD208970A5 DD 208970 A5 DD208970 A5 DD 208970A5 DD 82237350 A DD82237350 A DD 82237350A DD 23735082 A DD23735082 A DD 23735082A DD 208970 A5 DD208970 A5 DD 208970A5
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mixture
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DD82237350A
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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, 0-2 GEWICHTSTEILEN TON ODER FEINST ZERTEILTER FEUERFESTER OXIDE ODER HYDROXIDE, 2-8GEWICHTSTEILEN PHOSPHATBINDEMITTEL, 0-10 GEWICHTSTEILEN ORGANISCHER BINDEMITTEL U. WASSER, WOBEI DIE MISCHUNG VERDICHTET, GETROCKNET U. /ODER GEBRANNT WIRD. DIE FORMTEILE UND INSBESONDERE PLATTEN HABEN EINE ROHDICHTE VON 0,5 -1,8, EINE HOHE MECHANISCHE STABILITAET UND GUTE ISOLIEREIGENSCHAFTEN.

Description

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Formteile mit hoher mechanischer Stabilität bei hohen Temperaturen
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft Formteile mit hoher mechanischer Stabilität bei hohen Temperaturen, ein Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Wärmeisolierende keramische Faserkörper aus feuerfesten Fasern, organischen oder anorganischem Bindemittel mit einerseits geringer Festigkeit und hoher Zusammendrückbarkeit und andererseits erhöhten Werten für die Festigkeit, Dichte und Formbeständigkeit sind bekannt. So beschreibt die DE-AS 12 74 490 eine Verbrennungskammer für Öfen, 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, Aluminiumphosphat, kolloidale Kieselerde mit einem Gewichtsanteil von 5 bis 35, optimal 10 %t genannt. Der Faserkörper ist aber wegen seiner dichten harten Wandoberfläche und der gegenüberliegenden weichen flexiblen Wandoberfläche nicht für hohe Belastungen in ausreichendem Maße geeignet·
Bei dem Verfahren nach der DE-AS 27 32 387 soll die mit einem organischen Kunststoffbindemittel vorgebundene Mineral-
faserplatte durch Tränken mit einer wäßrigen Aufschlämmung eines Bindetons und anschließendes Tempern verfestigt werden. Weiterhin sind aus der europäischen Patentanmeldung 0006362 Platten bekannt, welche in einer Matrix aus einem plasti-
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sehen 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 Gew.-% 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, die Formteile mit hoher mechanische Stabilität bei hohen Temperaturen und guten Isoliereigenschaften ergibt.
Erfindungsgemäß werden die Formteile mit hoher mechanischer Stabilität bei hohen Temperaturen aus folgender Zusammensetzung hergestellt:
100 Gew.-Teilen entweder aufgeschlossener, keramischer
Fasern oder eines Gemisches, bestehend aus wenigstens 20 Gew.-% aufgeschlossener Fasern und bis zu 80 Gew«-% einer gebrannten Faserkörnung, " "
0-2 Gew.-TIn. Ton und/oder feinst zerteiltem AlgO., und/
oder feinst zerteiltem SiO« und/oder Alumini umhydroxiden und/oder feinst zerteilter Magnesia und/oder feinst zerteiltem Titandioxid und/oder feinst zerteiltem Chromoxid,
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2-8 Gew.-Tin. Phosphatbindemittel, 0-10 Gew.-Tin. organischem Bindemittel, und 0-10 Gew.-Tin. anderer Feuerfestzusätze,
einer Dichte von 0,5 bis 1,8
einer Heißbiegefestigkeit bei 1000 0C von wenigstens 0,8 N/mm , einer TWB von wenigstens 25 Luftabschreckungen.
Die erfindungsgemäßen Formteile werden in der Weise hergestellt, daß
a) 100 Gew.-Teile entweder aufgeschlossener, keramischer Fasern oder eines Gemisches, bestehend aus wenigstens 20 Gew.-% aufgeschlossener Fasern und bis zu 80 Gew.-% einer gebrannten Faserkörnung, 0-2 Gew.-Teilen Ton und/oder feinst zerteiltem AIpO, und/oder feinst zerteiltem SiO2 und/oder Aluminiumhydroxiden und/oder feinst zerteiltem Magnesia und/oder feinst zerteiltem Titandioxid und/oder feinst zerteiltem Chromoxid, 2-8 Gew.-Teilen Phosphat bindemittel, berechnet als ^?^' 0-10 Gew.-Teilen organischem Bindemittel und 0-10 Gew.-Teilen anderen Feuerfestzusätzen, 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
c) das in Stufe b) hergestellte Formteil getrocknet und/oder getempert und/oder gebrannt wird· .
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Die Verdichtung in Stufe b) wird um einen Paktor von 5 bis 8 bei alleiniger Verwendung von keramischen Pasern oder um einen'Volumenfaktor von 2,5 bis 4 bei Verwendung eines Gemisches aua 80 Gew.-Teilen Paserkörnung und 20 Gew.-Teilen keramischen Pasern durchgeführt.
Das Verdichten in Stufe b) erfolgt unter Herstellung von Paserplatten·
Vorzugsweise werden die erfindungsgemäßen Formteile als Brennhilfsmittel, d. h. als Unterlagen für zu brennende Gegenstände angewandt.
Die erfindungsgemäßen Formteile können für viele Zwecke verwendet werden, insbesondere als Ersatz für bekannte Peuerleichtplatten. Ihr Vorteil hierbei ist, daß sie eine geringere Dichte als diese aufweisen und sie eine sehr enge Porengrößenverteilung und geringe Porengröße besitzen. Ihre Wärmeleitfähigkeit 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 wes-entlich höhere Festigkeit auf·
Durch ihre hohe mechanische Festigkeit sind die erfindungsgemäßen Formteile insbesondere als Brennhilfsmittel, d· h. Unterlagen für zu brennende Gegenstände, insbesondere aus Porzellan, geeignet·
Als anorganische Pasern können die erfindungsgemäßen Formteile sämtliche übliche keramische Fasern, wie Steinwolle oder Fasern auf Basis von Aluminiumsilikat mit einem AIgO,-
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Gehalt von etwa 40 bis 95 Gew.-% verwendet werden» die jedoch aufgeschlossen sein müssen, was im folgenden noch erläutert wird. Die in den erfindungsgeraäßen Formteilen verwendeten, anderen Feuerfestzusätze sind die üblicherweise zu Faserformteilen gemachten Zusätze wie Porzellanmehl, Schamotte, Hohlkugelkorund oder Vermiculit«
Die in den erfindungsgemäßen Formteilen vorliegenden Bindemittel sind phosphathaltige Bindemittel, Zo Be Borphosphat, Aluminiumphosphat oder Natriumpolyphosphat mit einem Polymerisationsgrad von η = 4 und insbesondere η = 6 bis 10.
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 Methylcellulose, die üblicherweise als 5 Gew.-%ige wäßrige Lösung zugesetzt wird, wird jedoch vorteilhafterweise ein Teil dieser Methylcellulose, insbesondere bei größeren Zusatzmengen an Methylcellulose, als organischem Bindemittel in fester, fein zerteilter Form eingesetzt, da sonst die über eine solche Bindemittellösung in die Zusammensetzung eingebrachte Wassermenge zu groß werden würde. ' -
Der in der Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Formteile vorliegende Ton und/oder das feinst zerteilte AlgO, und/ oder das feinst zerteilte SiO2 und/oder die Aluminiumhydroxide und/oder die feinst zerteilte Magnesia und/oder das feinst
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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 Betonit. 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 SiOp bzw· kolloidalem Aluminiumoxid ist es möglich, nur geringe Mengen an Bindemittel, nämlich nahe £eim unteren Grenzwert von 2 Gew.-Teilen eines solchen Bindemittels zu verwenden» Entweder kann das Bindemittel nur aus einem Phosphatbindemittel oder aus einem Gemisch von sowohl Phosphatbindemittel als auch organischem Bindemittel bestehen, wobei die Verwendung von etwa gleichen Gew«-Teilen Phosphatbindemittel und Methylcellulose als organischem Bindemittel besonders bevorzugt ist·
Vorteilhafterweise enthält die Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Formteile 0,5 - 1,5 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 Betonit und einem der zuvor genannten anderen Bestandteile, insbesondere von kolloidaler Kieselsäure oder von kolloidalem AlgOo·
Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Formteile wird-aus-aufgeschlossenen keramischen Fasern oder einem Gemisch aus aufgeschlossenen keramischen Fasern und einer gebrannten Faserkörnung, dem gegebenenfalls vorhandenen Ton und/oder den gegebenenfalls vorhandenen anderen zuvor genannten Bestandteilen, dem Phosphatbindemittel, den gegebenenfalls
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verwendeten anderen Peuerfestzusätzen und dem gegebenenfalls verwendeten organischen Bindemittel unter Zusatz von Wasser ein Gemisch hergestellte Palls das Phosphatbindemittel und/ oder das organische Bindemittel bereits in Form einer Lösung, üblicherweise einer v/äßrigen Lösung, vorliegen, kann der Zusatz von Y/asser nicht notwendig sein» Bei der Herstellung in der Stufe a) des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen in dem Gemisch üblicherweise 5 bis 25 Gew.^Teile Y/asser auf 100 Gew.-Teile der keramischen Pasern vor· Phosphatbindemittel v/ie Natriumpolyphosphat und Monoaluminiumphosphat sowie organische Bindemittel wie Sulfitablauge oder Methylcellulose können in fester, gemahlener Porm eingesetzt werden, es ist jedoch auch möglich, einen Teil dieser Bindemittel in Form einer Lösung und den restlichen Teil in fester Porm zuzusetzen»
Die bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Formteile verwendete, gebrannte Faserkörnung ist in der deutschen Patentanmeldung P 31 05 579«6-45 der Anmelderin vom gleichen Tag näher beschrieben. Ihre Herstellung erfolgt in derWeise,
a) 100 Gew.-Teile keramische Fasern, 2 bis 15 Gew.-Teile Ton und/oder feinst.zerteiltes AlgO^ und/oder feinst zerteiltes SiOp und/oder Aluminiumhydroxiden und/oder feinst zerteilte Magnesia und/oder feinst zerteiltes Titandioxid und/oder feinst zerteiltes Chromoxid, gegebenenfalls bis zu 10 Gew.-Teilen andere Feuerfestzusätze und 1 bis 8 Gewo-Teile Phosphatbindemittel, gegebenenfalls unter Zusatz von Plastifizierungsmittel, mit etwa 2 bis 25 Gew.-Teilen Wasser in einem Mischer gründlich vermischt werden,
b) die in Stufe a) erhaltene Mischung um einen Volumenfaktor
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von wenigstens 3 verdichtet wird, und
c) das in Stufe b) erhaltene Produkt gegebenenfalls getrocknet und bei Temperaturen von 800 bis 1550 0C gebrannt und anschließend bis auf die gewünschte Körnung zerkleinert wird.
Die bei der Herstellung dieser Paserkörnung verwendeten Materialien keramische Pasern, Ton bzw. die anderen genannten Bestandteile, die Peuerfestzusätze und das Phosphatbindemittel entsprechen den Materialien, wie sie zuvor beschrieben wurden, jedoch müssen die keramischen Pasern nicht aufgeschlossen sein, können dies jedoch bei einer bevorzugten Ausführungsform. Als Plastifizierungsmittel wird hierbei vorzugsweise Methylcellulose verwendet. Bei der Herstellung der Paserkörnung 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 Paserkörnung kann in jedem geeigneten Mischer erfolgen, beispielsweise in einem Drais-Mischer· .Vorteilhafterweise werden bei der Herstellung einer solchen Paserkörnung als keramische Pasern aufbereitete Pasern verwendet, wie sie auch bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Formteile eingesetzt werden· Die Zerkleinerung in der Stufe c) bei der Herstellung dieser Paserkörnung 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 erhalten werden· Das hierbei erhaltene, körnige Material besitzt eine Dichte
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von 0,7 bis 1,75 g/cnr 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, wobei die Hälfte dieser MethylcelIuIοsemenge als 5 %ige Lösung in Wasser und die andere Hälfte als trockene Methylcellulose zugesetzt wird. Bei Verwendung in einer Strangpresse können der Mischung jedoch auch bis zu 100 Gew.-Teile Wasser zugesetzt werden, um eine plastischere Masse zu erhalten.
Die bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Formteile verwendete Wassermenge sollte so gering wie möglich gehalten werden, vorteilhafterweise werden nur bis zu 15 Gew.-Teile Wasser auf 100 Gew.-Teile der keramischen Pasern und besonders bevorzugt nur 10 Gew.-Teile Wasser auf 100 Gew.-Teile der keramischen Pasern zugemischt, so daß eine teigartige Masse erhalten wird.
Der Vorteil bei der Verwendung eines Gemisches von keramischen Pasern und einer Faserkörnung liegt darin, 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 geringer wird, je größer der Anteil an gebrannter Faserkörnung in dem Gemisch ist. Besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung eines Gemisches aus 50 Gew.-# keramischen Pasern und 50 Gew.-# der gebrannten Faserkörnung herausgestellt.
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Die in der Stufe a) bei der Herstellung der Formteile erhaltene, teigartige Masse wird in der Stufe b) des erfindungggemäßen Verfahrens in eine geeignete Presse, beispielsweise eine Plattenpresse oder Tischpresse oder auch eine isostatische 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 Formteils in der Stufe b) des erfindungsgemäßen Verfahrens 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 Faserkörnung und 20 Gew.-Teilen keramischen Fasern durchgeführt wird· Vorteilhafterweise beträgt dieser Volumenfaktor bei alleiniger Verwendung von keramischen Fasern 5 bis 8 und bei Verwendung eines Gemisches aus 80 Gew.-Teilen gebrannter Faserkörnung und 20 Gew·-Teilen keramischen Fasern 2,5 bis 4· Die Volumenfaktoren der Verdichtung bei Verwendung mit Gemischen anderer Zusammensetzung liegt zwischen diesen angegebenen Werten.
Falls die erfindungsgemäßen Formteile in Form von Faserplatten hergestellt werden, können diese eine Stärke von 1 bis
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50 mm aufweisen.
Nach dem Pressen werden die Formteile in der Stufe c) des erfindungsgemäßen Verfahrens bei höheren Temperaturen, vorteilhafterweise zwischen 110 und 180 0C getrocknet, anschließend können sie bei Temperaturen zwischen 250 0C und 600 0C getempert oder auch bei Temperaturen zwischen 800 0C und 1650 0C gebrannt werden. Die maximale Brenntemperatur
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ebenso wie die Anwendungsgrenztemperatur hängt jedoch hauptsächlich von den im Ausgangsgemisch verwendeten keramischen Pasern ab, in geringerem Maße von den gegebenenfalls vorliegenden anderen Feuerfestzusätzen.
Keramische Fasern liegen bei ihrer Anlieferung in Form einer losen Wolle, welche jedoch teilweise stark verdichtet ist, vor. Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Formteile müssen diese Fasern aufgeschlossen werden, wodurch eine bessere Anbindung der Fasern durch das verwendete ,Bindemittel und eine_ ausgezeichnete Benetzung der Oberfläche durch Flüssigkeiten in geringster Konzentration möglich wird·
Außerdem ist es durch die Verwendung von aufgeschlossenen keramischen Fasern möglich, Formteile auch ohne Zugabe von Ton oder den anderen genannten Bestandteilen zum Ausgangsgemisch herzustellen und dieses Ausgangsgemisch zu verdichten, ohne daß nach dem Verdichtungsvorgang, z· B· in einer Plattenpresse, eine zu starke Rückfederung des Preßlings auftritt. Die Aufbereitung bzw. das Aufschließen der keramischen Fasern vor ihrem Einsatz ist daher unbedingt notwendig.
Hierzu können Mischaggregate mit schnell rotierenden Mischerköpfen, sogenannte Turbo-Mischer, verwendet werden, wodurch die im Anlieferungszustand der Fasern vorhandenen, größeren Agglomerate aufgeschlossen werden, ohne daß die Fasern dabei unzulässig stark zerschlagen werden (Fabrikat Drais).
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es, falls keine gebrannte Faserkörnung verwendet wird, möglich, die Stufe a) ebenfalls in einem solchen Turbo-Mischer, d. h· einem Mischer mit schnell rotierenden Messerköpfen, durchzuführen, dies bedeutet, daß das Aufschließen der Fasern und das Ver-
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mischen mit den in dieser Stufe a) zugesetzten weiteren Bestandteilen, nämlich gegebenenfalls Ton und/oder den anderen genannten Bestandteilen, 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 eingemischt.
Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, den Aufschluß der keramischen Fasern zunächst in einem Turbo-Mischer 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 v/eiteren Feuerfestzusätzen angewandt, da sonst ein Zerschlagen dieser Stoffe auftreten würde, ebenfalls bei Verwendung einer gebrannten Faserkörriung im Gemisch mit keramischen Fasern.
Die erfindungsgemäßen Formteile weisen den besonderen Vorteil auf, daß sie wegen des relativ hohen Gehalts an keramischen Fasern sehr gute thermische Isoliereigenschaften und wegen der Verdichtung und um einen Volumenfaktor von wenigstens 3 bzw. 1,5 bei ihrer Herstellung dennoch eine relativ gute mechanische Stabilität aufweisen.
In den Beispielen(vwurden keramische Fasern des Systems Al2Oo-SiO2 verwendet und zwar ein Fasermaterial A mit 47 % AIpO-, 53 % SiO0, Einsatztemperatur bis 1260 0C und ein für
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höhere Einsatztemperaturen geeignetes Fasermaterial B mit 95 % Al2O3 und 5 %
Die Mischungen wurden teilweise nur unter Anwendung eines Turbo-Mischers hergestellt, der mit einem schnell rotierenden Messerkopf (3000 U/min) ausgestattet war. In diesem Turbo-Mischer 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. B. einem Eirich-Mischer, 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 rotierenden Messerkopfs als Sprühnebel eingebracht. Dadurch wird mit geringstem Flüssigkeitsvolumen, z. B. 10 Gewo-% MAP = 6,6 Liter, eine vollständige Benetzung der Agglomeratoberflächen erreicht. Wasser wird in gleicher Weise anschließend eingesprüht. Das Wasser löst eventuell vorhandene trockene Methylcellulose an und bewirkt damit eine gute Grünfestigkeit der Formkörper. .
Bei Verwendung einer Faserkörnung, die in einem Turbo-Mischer übermäßig mechanisch zerkleinert, dt h. zerschlagen __.; werden könnte, ist es jedoch zweckmäßig, nur die keramischen Fasern zunächst in einem· Turbo-Mischer aufzuschließen, beispielsweise durch Behandlung während 2 bis 20 Minuten in einem solchen Turbo-Mischer, und dann diese in dem Turbo-Mischer aufgeschlossenen keramischen Fasern in einen Eirich-
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Mischer einzugeben, in welchem das Vermischen der gebrannten Faserkörnung mit den anderen Bestandteilen erfolgt» Hierbei wird vorteilhafterweise so vorgegangen! daß zunächst die Faserkörnung und die anderen Bestandteile mit Ausnahme des Wassers miteinander vermischt werden, dann die aufgeschlossenen Fasern zugesetzt werden und zum Schluß das Wasser in den Eirich-Mischer eingegeben und kurz untergemischt wird.
Herstellung von gebrannten Faserkörnungen:
a) Es wurden 100 Gew.-Teile der keramischen Fasern a), 10 Gew.-Teile Bindeton mit einem AIpOy Gehalt von 35 Gew.-% und 1,5 Gew.-Teile trockene Methylcellulose in Pulverform in einem Eirich-Mischer eingegeben Und für 10 Minuten miteinander vermischt. Dann wurden 10 Gew.-Teile 50 Gew.-%ige Monoaluirdniumphosphatlösung 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 0C 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·
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Die Körnung hatte die folgenden Eigenschaften:
Tabelle I
Brenntemperatur (°c) 800 1350 1510
Kornraumgewicht R (g/cm3) 1,34 1,52 1,77
spezifisches Gewicht S (g/cm3) 2,60 2,70 2,75
Pg (VoL-%) 47,7 43,7 35,6
b) Die Arbeitsweise von Herstellung a) wurde wiederholt, wobei jedoch ein die Fasern aufschließender Türbo-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 1350 0C für 24 Stunden und Zerkleinerung wurde eine Körnung mit folgenden Eigenschaften erhalten:
Tabelle II Preßdruck (N/mm2) 10 15
R (g/cm3) 0,7 1,02
spez. Gewicht (g/cm3) 2,7 2,7
Pg (VoL-SS)- 74 63
c) Die Arbeitsweise von Herstellung a) wurde wiederholt, wobei jedoch der Anteil an Monoaluminiumphosphatlösung auf 15 Gew.-Teile und der Anteil von V/asser auf 5 Gew*- Teile bei auf 20 Minuten verkürzter Mischzeit erhöht wurden. Nach einem Brand bei 1350 0C während 24 Stunden und Zerkleinerung auf die gewünschte Körnung hatte diese die folgenden Eigenschaften:
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Tabelle III 1, 29
2, 69
53 ,8
R (g/cm3) S (g/cm3) Pg (VoL-%)
d) Die Arbeitsweise von Herstellung a) wurde wiederholt, wobei jedoch noch 8 Gewo-Teile Schamottemehl 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 b) 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 gebrannte Produkt auf eine maximale Korngröße von 3 mm zerkleinert.
Die erhaltene Körnung hatte die folgenden Eigenschaften:
Tabelle IV
Behandl.-Temp. (0C) 800 Kornraumgewicht, R, (g/cnr) 1,26 spez. Gew., (g/cnr) 2,60
Pg, (Vol.-%) 51,5
1200 31 1 300 1 500
1, 65 1 ,34 1 ,48
2, 5 2 ,68' 2 ,"72
50, 50 ,0 45 ,6
237350 2 ~. ~ '
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AP C 09 K /237 350/2 60 442 18
Ausführungs bei spiel
Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert.
Beispiel 1
Es wurde folgender Ansatz verwendet:
Gew«-Teile
Fasern B 100
Monoaluminiumphosphatlösung, 13 50 Gew.-%ig
Wasser 5
Methylcellulose, trocken 1,5
100 Gewo-Teile Fasern B wurden 7 Minuten in einem Turbo-Mischer zusammen mit den 1,5 Gew.-Teilen fester Methylcellulose aufgeschlossen, anschließend wurde die Monoaluminiumphosphatlösung und das Y/asser in dem Mischer aufgesprüht und weitere 2 Minuten gemischt.
Dann wurden in einer hydraulischen Presse in einer Form Steine mit den Abmessungen 405 χ 135 x 75 mm bei einem Preßdruck von 10 N/mm gepreßt, diese Steine wurden bei 120 0C während 24 Stunden getrocknet und anschließend 24 Stunden bei 1350 0C und 1500 0C gebrannt.
Die an den Steinen gemessenen Eigenschaften waren wie folgt:
2 373 5 0 2
Tabelle V 1350
Brenntemperatur (0C) 0,82
R (g/cm3) 5,1
Verdichtungsfaktor 3,63
spez. Gewicht (g/cm3) 77,4
Pg (Vol.-%) 1.9
HBP, 1000 0C (N/mm2) 0,30
Y/LP (W/m 0K bei 700 ° C)
Beispiel 2
Es wurde folgender Ansatz verwendet:
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AP C 09 K /2ß7 35Θ/2 60 442 18 "Λ
1500 0,87 5,1 3,68 76,4 2,2 0,31
Gew« -Teile
Faserkörnung gemäß Herstellung b) 70
mit R = 1,02 (hergestellt bei einem 30
Preßdruck von 15 N/mm ) 1
keramische Pasern B 0,5
AIpO-, Mehl
Chromoxid, «£ 63/um 15
Monoaluminiumphosphatlösung, 2
50 Gew.-%ig
Wasser
30 Gew.-Teile der keramischen Paserη Β wurden zunächst für 5 Minuten in einem Turbo-Mischer aufgeschlossen·
In einem Eirich-Mischer wurden die 70 Gew.-Teile Paserkörnung b), das mehlförmige Al3O3, das Chromoxid und die Monoaluminiumphosphatlösung eingegeben und 5 Minuten hierin vermischt. Dann wurden die in dem Turbo-Mischer zuvor aufgeschlossenen Pasern zugesetzt und weitere 20 Minuten ge-
237350 2
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'%· AP C 09 K /237 350$.
60 442 18
mischt, anschließend wurden die 2 Gew.-Teile Wasser aufgegeben und für weitere 4 Minuten gemischt. Die Mischung wurde aus dem Eirich-Mischer entnommen und dann in einer hydraulischen Presse zu Steinen mit Abmessungen von 405 χ 135 x 75 mm bei 20 N/mm2 verpreßt. Anschließend wurde 24 Stunden bei 120 0C getrocknet und dann 24 Stunden bei 1350 0C gebrannt· Die an den gebrannten Steinen gemessenen Eigenschaften sind in der folgenden Tabelle VI zusammengestellt.
Tabelle VI
Brenntemperatur (0C) 1350
R (g/cm3) 1,30
Verdichtungsfaktor 2,5
spez. Gewicht (g/cm-0 3,6
Pg (Vol.-%) - - 64,2
HBP, 1000 0C (N/mm2) 2,4
WLP (W/m 0K bei 700 0C) 0,35
Beispiele 3 bis 5
Es wurden die Paserkörnungen gemäß der Herstellung a), c) bzw· d) zusammen mit keramischen Pasern A verwendet. In der folgenden Tabelle VII sind die Bestandteile der verschiedenen Ansätze angegeben.
Tabelle VII
Bsp. 3 4 5 '
Paserkörnung, Typ a) c) d)
Paserkörnung Menge, Gew.-TIe. 20 35 60
keramische Pasern, Gew.-Tle. 80 65 40 feinste Methylcellulose,
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Fortsetzung Tabelle VII Bsp.
Gew.-TIe. 1,5 1,5 1,5
Monoaluminiumphosphat-
löaung, 50 Gew.-%ig 7 9 10
Wasser, Gewe-Tip. 5 3 2
Die Verarbeitung erfolge entsprechend der Arbeitsweise von Beispiel 2, do h. zunächst wurden die keramischen Fasern in einem Turbo-Mischer aufgeschlossen· Getrennt hiervon wurden die anderen Bestandteile bis auf das Wasser für 5 Minuten in einem Eirich-Mischer vermischt, dann wurden die in dem Turbo-Mischer zuvor aufgeschlossenen Fasern zugesetzt, anschließend das Wasser aufgegeben und für weitere 4 Minuten vermischt.
Diese Mischungen konnten ebenso wie die Mischung des Beispiels 2 bei einem Preßdruck von 20 N/mm zu einwandfreien Formkörpern verpreßt werden.

Claims (9)

  1. 237350 2 -
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    AP C 09 K /237 350/2
    60 442 18
    Erfindungsanspruch
    Formteil mit hoher mechanischer Stabilität bei hohen Temperaturen, gekennzeichnet dadurch, daß es aus folgender Zusammensetzung hergestellt wird: 100 Gewo-Teilen entweder aufgeschlossener, keramischer
    Fasern oder eines Gemisches, bestehend aus wenigstens 20 Gew.-% aufgeschlossener Fasern und bis zu 80 Gew.-% einer gebrannten Faserkörnung, 0-2 Gew.-TIn. Ton und/oder feinst zerteiltem Al3O3 und/
    oder feinst zerteiltem SiO2 und/oder Aluminiumhydroxiden und /oder feinst zerteilter Magnesia und/oder feinst zerteiltem Titandioxid und/oder feinst zerteiltem Chromoxid,
  2. 2. Formteil nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß es als Ton Bentonit enthält·
    2-8 Gew.-TIn. Phosphatbindemittel, 0-10 Gew.-TIn. organischem Bindemittel, und 0τ10 Gew.-Tin. anderer Feuerfestzusätze, mit:
    einer Dichte von 0,5 bis 1,8 .
    einer Heißbiegefestigkeit bei 1000 0C von wenigstens 0,8 N/mm , einer TWB von wenigstens 25 Luftabschreckungen·
  3. 3· Formteil nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß es als weiteren !Feuerfestzusatz Porzellanmehl, Schamotte oder Hohlkugelkorund enthalte
  4. 4· Formteil nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß es als Phosphatbindemittel .,Natriumpolyphosphat oder Monoalumini-
    50 2
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    • AP G 09 K /237 350/2
    ' 60 442 18
    umphosphat enthält.
  5. 5. Formteil nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß es als organisches Bindemittel Methylcellulose enthält.
  6. 6. Verfahren zur Herstellung eines Formteils nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß
    a) 100 Gew.-Teile entweder aufgeschlossener, keramischer Fasern oder eines Geraisches, bestehend aus wenigstens 20 Gew.-% aufgeschlossener Fasern und bis zu 80 Gew.-% einer gebrannten Faserkörnung, 0-2 Gew.-Teilen Ton und/oder feinst zerteiltem Al3O^ und/oder feinst zerteiltem SiO2 und/oder Aluminiumhydroxiden und/oder feinst zerteiltem Magnesia und/oder feinst zerteiltem Titandioxid und/oder feinst zerteiltem Chromoxid, 2 8 Gew.-Teilen Phosphatbindemittel, berechnet als P20,-,
    / 0 - 10 Gew.-Teilen organischem Bindemittel und 0-10 Gew.-Teilen anderen Feuerfestzusätzen, 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
    c) das in Stufe b) hergestellte Formteil getrocknet und/ oder getempert und/oder gebrannt wird.
  7. 7. Verfahren nach Punkt 6, gekennzeichnet dadurch, daß~ die" " Verdichtung in Stufe b) um einen Faktor von keramischen Fasern oder um einen Volumenfaktor von 2,5 bis 4 bei Verwendung eines Gemisches aus 80 Gew.-Teilen Faserkörnung und 20 Gew.-Teilen keramischen Fasern durchgeführt wird."
    237350 2 - * -
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    AP C 09 K /237 350/$2 60 442 18
  8. 8. Verfahren nach Punkt 6 oder 7, gekennzeichnet dadurch, daß das Verdichten in Stufe b) unter Herstellung von Paserplatten durchgeführt wird«
  9. 9· Verwendung der Formteile nach einem der Punkte 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß sie als Brennhilf sraittel, de h. Unterlagen für zu brennende Gegenstände angewandt werden.
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