DE2346113C3

DE2346113C3 - Aluminiumsilikathaltiges keramisches Bauelement sowie Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE2346113C3
Application number: DE19732346113
Authority: DE
Inventors: Klaus 4000 Düsseldorf Fischges
Original assignee: Krupp-Koppers Gmbh, 4300 Essen
Filing date: 1973-09-13
Publication date: 1977-07-14

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft ein aluminiumsilikathaltiges keramisches Bauelement, das bei Temperatüren oberhalb 75O°C, insbesondere aber im Temperaturbereich zwischen 1200 und 1700⁰C, eingesetzt werden soll, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Es ist bekannt, daß aluminiumsilikathaltige keramische Bauelemente bzw. Steine in dem genannten Temperaturbereich zur Anwendung gelangen können. Meist handelt es sich dabei jedoch um sogenannte Vollsteine. Diese dienen vor allem zum Bau und zur Auskleidung von Ofenanlagen, in denen sie einer hohen thermischen und mechanischen Beanspruchung ausgesetzt sind. Das Isoliervermögen derartiger Vollsteine ist allerdings nicht in allen Fällen vollauf befriedigend.

In der DT-OS 22 31 658 wurde bereits vorgeschlagen, derartige Ofenanlagen und ähnlich beanspruchte Einrichtungen mit einer Isolierung zu versehen, die aus einer Matte oder einem Vlies besteht, weil diese Art der Isolierung vor allem beim Verlegen gewisse Vorteile bietet. Es hat sich jedoch gezeigt, daß Matten oder Vliese aus Aluminiumsilikatfaser bei Temperaturen oberhalb 1200⁰C allmählich rekristallisieren und verglasen. Dadurch geht die Elastizität des Materials verloren, und es tritt im Laufe der Zeit eine Zerrieselung der Faser ein, wodurch die Isolierung natürlich zerstört wird.

Aus der DT-AS 11 08 130 ist ferner ein feuerfester ungebrannter Hängestein aus Magnesit und/oder Chromit bekannt, bei dem in den ungebrannten Steinkörper durch Preßdruck ein Einpreßstück aus gebranntem feuerfesten Material eingeformt ist. Durch diese Ausgestaltung soll ein Abfallen bzw. ein Absplittern von Steinstücken, was bei diesen ungebrannten Steinen während des Einsatzes sonst oft als Nachteil zu beobachten war, vermieden werden. Wegen dieser völlig anderen Aufgabestellung und der anderen Zusammensetzung dieser Steine vermochte die genannte Auslegeschrift jedoch keine Anregungen für das Zustandekommen der vorliegenden Erfindung zu vermitteln.

Der Erfindung lag demgegenüber vielmehr die Aufgabe zugrunde, ein aluminiumsilikathaltiges keramisches Bauelement zu schaffen, daß sowohl gute Isoliereigenschaften als auch eine gute mechanische Festigkeit in dem eingangs erwähnten Temperaturbereich aufweist.

Das der Lösung dieser Aufgabe dienende aluminiumsilikathaltige keramische Bauelement ist gemäß der Erfindung gekennzeichnet durch einen Kern aus Aluminiumsilikatfaser, der von einer die äußere Form des Bauelementes bildenden und den jeweiligen Anwendungsbedingungen angepaßten Umhüllung aus keramischem Material umgeben ist.

Das erfindungsgemäße Bauelement kann dabei sowohl in Form und Größe den üblichen Steinen entsprochen. Es kann aber auch eine andere Formgebung aufweisen und größer sein als die üblichen Steine.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Bauelemente wird zunächst die Aluminiumsilikatfaser, die in Form einer Matte oder eines Vlieses vorliegt, auf die erforderlichen Ausmaße zurechtgeschnitten. Dieses Faserstück wird sodann in eine Gießform, die den gewünschten Ausmaßen und der gewünschten Form des Bauelementes entspricht, locker eingelegt. In die Hohlräume, die zwischen dem Faserstück und den Wänden der Gießform vorhanden sind, wird danach eine hydraulisch abbindende keramische Masse eingegossen. Dabei wurde festgestellt, daß die Aluminiumsilikatfaser nicht die Eigenschaft besitzt, diese Masse aufzusaugen. Die eingegossene keramische Masse bildet daher die Umhüllung, die den Kern aus Aluminiumsilikatfaser umgibt und die dem Stein die gewünschte äußere Form verleiht.

Selbstverständlich muß beim Eingießen der keramischen Masse in die Gießform sorgfältig darauf geachtet werden, daß die Hohlräume vollständig mit der Masse ausgefüllt werden und daß auch auf der Oberseite eine ausreichend dicke Deckschicht auf die Faser aufgetragen bzw. aufgestrichen wird.

Das Eingießen der keramischen Masse kann deshalb gegebenenfalls auch unter Zuhilfenahme von Rütteln oder Stampfen erfolgen. Ferner ist es gegebenenfalls auch möglich, daß für einzelne Teile der Umhüllung, insbesondere für die Deckschicht, eine andere keramische Masse verwendet wird wie für den übrigen Teil der Umhüllung. Auf diese Weise gelingt es, die Eigenschaften des hergestellten Steines ganz speziell den Anwendungsbedingungen in der Praxis anzupassen.

Eine keramische Masse, die sich für die Herstellung der Umhüllung besonders eignet, hat beispielsweise folgende Zusammensetzung:

40 Teile	Kugelkorund, 1 —3 mm
20 Teile	Kugelkorund, 0—1 mm
15 Teile	Tonerde
25 Teile	Calciumaluminatzement
0,25 Teile	Mischöl
25 Teile	Wasser

Eine andere Massenzusammenstellung ist folgende:

45 Teile Schamotte mit 33% Al₂O₃,1 -3 mm

10 Teile Schamotte, 0—1 mm

10 Teile Bauxit, Feinmehl 5 Teile Tonerde
25 Teile Tonerdezement

5 Teile Toni Ton
25 Teile Wasser

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Eine dritte Masse weist schließlich folgende Zusammensetzung auf:

45 Teile Korund, 1—2,5 mm

35 Teile Korund, 0-1 mm 5 Teile Tonerde

Ib Teile Calziumaluminatzement
12 Teile Wasser

Selbstverständlich erhebt diese Aufzählung keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Vielmehr ist hier natürlich auch der Einsatz anderer, dem jeweiligen Verwendungszweck angepaßter keramischer Massen möglich.

Für die Herstellung der Kerne wird eine handelsübliche Aluminiumsilikatfaser verwendet, die in Form von Matten oder Vliesen im Handel erhältlich ist.

Nach dem Abbinden und Trocknen der keramischen Masse wird der Formkörper aus der Gießform genommen und falls erforderlich gebrannt. Die dabei angewandten Brenntemperaturen liegen zwischen 1200 und 1700⁰C, und die Brenndauer beträgt normalerweise zwischen 2 und 5 Stunden. Da die erforderlichen Brenntemperaturen im selben Bereich liegen wie die normalerweise üblichen Einsatztemperaturen des Formkörpers, ist es vielfach möglich, auf ein gesondertes Brennen desselben zu verzichten. Die aus der Gießform entfernten, ungebrannten Formkörper werden in diesem Falle in den zu isolierenden Ofen bzw. Apparat eingebaut und beim Betrieb desselben gleichsam von selbst gebrannt.

Die F i g. 1 zeigt einen Schnitt durch einen in der Gießform befindlichen Stein. Man erkennt den aus Aluminiumsilikatfaser bestehenden Kern 1, der von der Umhüllung 2 aus keramischem Material umgeben ist. Die Umhüllung 2 füllt dabei den gesamten Hohlraum zwischen dem Kern 1 und der Gießform 3 aus.

Die F i g. 2, die ebenfalls einen Schnitt durch einen in der Gießform befindlichen Stein darstellt, gibt eine Variante des Steines wieder. Hierbei wurde die den Kern 1 bildende Aluminiumsilikatfasermatte an den Rändern mit Einkerbungen versehen. Dadurch bilden sich in der Umhüllung 2 Stege heraus, wodurch die Festigkeil der Umhüllung und damit des gesamten Steines heraufgesetzt werden kann.

Bei dem in Fig.3 ebenfalls im Schnitt dargestellten Stein isi schließlich die obere Deckschicht 4 aus einem anderen keramischen Material als die übrige Umhüllung 2. Diese Art des Steinaufbaus ist vor allem dann sinnvoll, wenn die einzelnen Seiten des Steines unterschiedlichen Temperatur- und sonstigen Belastungen ausgesetzt sind. Wird beispielsweise ein derartiger Stein zur Isolierung und Auskleidung eines Hochtemperaturindustrieofens verwandt, so kann beispielsweise die dem Ofeninnern zugewandte Deckschicht 4 aus einer keramischen Masse bestehen, die einen hohen Anteil an Korund aufweist. Die übrige Umhüllung 2, die in diesem Falle weniger stark hohen Temperaturen ausgesetzt ist, kann dagegen aus einer keramischen Masse aufgebaut werden,die einen hohen Anteil an Schamotte aufweist.

Bei einem Vergleichsversuch wurden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Steine verwendet, deren Umhüllung folgende Zusammensetzung aufwies:

40 Teile Kugelkorund, 1 —3 mm

20 Teile Kugelkorund, 0— 1 mm

15 Teile Tonerde

25 Teile Tonerdezement

5 Teile Toni Ton

25 Teile Wasser

Diese Steine wurden zur Auskleidung eines Industrieofens verwendet, der für 4 Stunden auf eine Temperatur von 1400⁰C aufgeheizt wurde. Die nach 4 Stunden an der Außenwand des Ofens gemessene Temperatur betrug in diesem Falle 165⁰C. Anschließend wurde der gleiche Ofen mit einem handelsüblichen Sillimanitstein ausgekleidet, der als Vollstein ausgebildet ist und etwa 95% Sillimanit enthält. Der Ofen wurde unter den gleichen Bedingungen betrieben, und die an der Außenwand gemessene Temperaiur lag jetzt nach 4 Stunden bei 280°C. Dieses Ergebnis zeigt die eindeutige Überlegenheit des erfindungsgemäßen Steines.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Aluminiumsilikathaltiges keramisches Bauelement, gekennzeichnet durch einen Kern aus Aluminiumsilikatfaser, der von einer die äußere Form des Bauelementes bildenden und den jeweiligen Anwendungsbedingungen angepaßten Umhüllung aus keramischem Material umgeben ist.

2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekenn- to zeichnet, daß die Umhüllung aus korund- und/oder schamoitehaltigen Massen besteht.

3. Bauelement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Teile der Umhüllung aus unterschiedlichen Massen bestehen.

4. Verfahren zur Herstellung eines Bauelementes gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Matte oder ein Vlies aus Aluminiurnsilikatfaser auf die gewünschten Ausmaße zurechtgeschnitten wird, worauf das Faserstück in eine Gießform locker eingelegt und in die Hohlräume zwischen dem Faserslück und der Gießform die Umhüllung bildende keramische Masse eingegossen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stein nach dem Abbinden und Trocknen aus der Gießform herausgenommen und bei einer Temperatur zwischen 1200 und 1700⁰C zwischen 2 und 5 Stunden gebrannt wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingießen der keramischen Masse in die Gießform unter Rütteln oder Stampfen erfolgt.