DE2352188B2

DE2352188B2 - Feuerfeste Wärmeisolierplatte und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE2352188B2
Application number: DE2352188A
Authority: DE
Inventors: Vincent Edward Birmingham Mellows
Original assignee: Foseco Trading AG
Current assignee: Foseco Trading AG
Priority date: 1972-10-19
Filing date: 1973-10-18
Publication date: 1981-04-09
Also published as: IN139065B; AT344581B; NL7314447A; US3933513A; ZA738116B; ATA888073A; ES419794A1; FR2203789A1; BE806309A; CA1014691A; NL173743C; GB1410043A; JPS4974709A; FR2203789B1; SE393598B; IT999660B; DE2352188C3; BR7308153D0; JPS5129980B2; AU6096473A

Description

Beim Gießen von geschmolzenem Metall zur Herstellung von Blöcken ist es üblich, das Metall des *o Kopfendes des Blocks thermisch zu isolieren, während man den Körper des Blocks abkühlen und erstarren läßt Geschmolzenes Metall vom Kopfende fließt dann zum Körper des Blocks als Ausgleich für die Schrumpfung beim Erstarren und zur möglichst weitgehenden Ausschaltung der Lunkerbildung. Diese Wärmeisolierung wird im allgemeinen durch Ausfüttern der Innenseite der Kokille an ihrem Kopfende (oder in der Warmhaube, wenn es sich um Kokillen mit Warmhauben handelt) mit mehreren vorgeformten Platten oder so einer Schicht aus feuerfestem Wärmeisoliermaterial erreicht. Der Einfachheit halber werden diese Materialien gewöhnlich als Futter des Kopfendes (im englischen Sprachgebrauch »hot tops« oder »hot top linings«) bezeichnet

Es ist bekannt (DE-OS 21 38481), Wärmeisoliermuffen aus einem Gemisch aus Kieselerde, feuerfesten Ziegelstücken, Asbest, Holzspänen und Bindemittel herzustellen. Asbest weist zwar gute Eigenschaften bezüglich Warmfestigkeit und Wärmeisolierung auf, «> seine Verwendung wird jedoch in zunehmendem Maße durch Gesetze und Bestimmungen verboten bzw. eingeschränkt. Ferner zieht die Verwendung von Kieselsäure in zunehmendem Maße Kritik als mögliche Ursache der Silikose auf sich. Es besteht daher das Bedürfnis, Wärmeisolierplatten herzustellen, die diese gefährlichen Stoffe nicht enthalten.

Durch die DE-OS 20 53 765 sind Isolierplatten, bzw.

eine Isoliermasse, bekanntgeworden, die aus geblähten Hohlkugeln aus keramischem, feuerfestem Mater»), die mit einem anörganischerv und/oder organischen Bindemittel gebunden sind, bestehen. Die hierbei vorgeschlagenen Hohlkugeln in der Größenordnung von etwa 2 mm müssert in einem eigenen Herstellungsverfahren geblähtund gebrannt werden, so daß es sich bereits bei dem Ausgangsprodukt um ein aufwendiges Material handelt, so daß auch die Isolierplatten hohe Stückkosten aufweisen. Des weiteren wird auch in dieser !Entgegenhaltung Kieselsäure als Grundstolf vorgeschlagen, dessen Verwendung, wie bereits zur erstgenannten Entgegenhaltung erwähnt, vermieden werden sollte.

Die noch bekannte DE-AS 1211761 bezieht sich ebenfalls auf Aufsätze für Blockformen und ähnliche Gießformen, beschäftigt sich jedoch im wesentlichen mit der Körnigkeit des feuerfesten Materials. Das organische Fasermaterial soll vorzugsweise tos Papier oder Papierbrei bestehen. Hierdurch werden den Aufschlämmungen gute Entwässerung- und Suspendiereigenschaften verliehen, so daß gutgeformte Wärmeisolierplatten entstehen. Bei gewissen Anwendungen, z.B. beim Vakuumguß, ist die Anwendung von Papierfasern oder anderem organischen Material nachteilig, da Gase entwickelt werden, die leicht im erstarrenden Metall eingeschlossen werden und Fehler im fertigen Block oder im fertigen Meiallprodukt z. B. in Walzblechen, verursachen. In gewissen Fällen kann diese Gaserzeugung im Betrieb auch eine Verschlechterung des angelegten Vakuums zur Fnlge haben. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Wärmeisolierplatte zu thermischem Abbau und damit zu einer Verschlechterung der Festigkeit des Futters neigt, wenn die Platten auf heiße Kokillen oder Warmhauben aufgebracht werden. Im modernen Stahlwerkbetrieb ist es in zunehmendem Maße üblich, daß die Kokillen und Warmhauben beim Abstreifen der Blöcke sehr heiß sind und daß die Kokillen und Wannhauben sofort zur Ausfütterung zurückgeführt werden. Demgemäß können sie noch eine Temperatur von 200 bis 600⁰C haben, wenn das neue Futter aufgebracht wird. Diese Nachteile bei diesen Anwendungen stehen der Verwendung von Papiermasse entgegen. Wenn sie jedoch in einer Aufschwemmung, die auch asbestfrei ist, weggelassen wird, wird die Entwässerung sehr schwierig und die Bildung einer homogenen Aufschwemmung kann sogar unmöglich sein.

Aufgabe der Erfindung ist es, die zum Stand der Technik geschilderten Nachteile zu vermeiden und Stoffe zu verwenden, sie keine gesundheitlichen Schädigungen verursachen und im übrigen einfach und kostengünstig zur Verfügung gestellt werden können. Weiterhin sollen gute Suspensions- und Entwässerungseigenschaften der Aufschlämmung zur Herstellung einer homogenen Isolierplatte gleichmäßiger Abmessungen gegeben sein.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer feuerfesten Wärmeisolierplatte, die aus einer Masse gebildet ist die aus 84 bis 35 Gew.-% eines schweren feuerfesten Füllstoffs, 6 bis 35 Gew.-% eines feuerfesten anorganischen Fasermaterisis unter Ausschluß von Asbest, 1 bis 10 Gew.-% eines Bindemittels und 0 bis IO Gew.-% eines leichten feuerfesten Füllstoffs besteht, vorgeschlagen, daß die Platte 0,5 bis 10 Gew.-% eines stark quellenden Tons und 0,01 bis 2 Gew.-% eines Flockungsmittels für den Ton enthält und frei von Zellulosefasern ist.

Die Erfindung umfaßt ferner die Herstellung einer

feuerfester» Wsirmeisplierplatte nach einem Verfahren, des dadurch gekennzeichnet ist, daß man eine Menge einer wäßrigen Aufschlämmung der vorstehend genannten Bestandteile gegen eine perforierte Oberfläche entwässert und hierdurch eine feuchte feste Schicht bildet und die so gebildete Schicht entfernt und trocknet. Dieses Verfahren kann in üblicher Weise ohne Schwierigkeiten durchgeführt werden. Es hat sich gezeigt, daß ohne Verwendung des Flockungsmittels für den Ton die Entwässerung der Aufschlämmung schwierig und zeitraubend ist, und daß es in extremen Fällen, in denen andere Fasern anstelle von Asbest verwendet werden, völlig unmöglich ist, eine homogene Isolierplatte mit gleichmäßigen Abmessungen herzustellen.

Die verwendeten Massen können aufgrund der Wahl des Systems aus Ton und Rockungsmittel, durch dessen Verwendung die durch Weglassen der Papiermasse aus der Aufschlämmung bedingten Herstellungsnachteile und -Schwierigkeiten ausgeschaltet werden, durch Entwässerung unier Bildung von Platten geformt werden. Wenn der Ton allein, z. B. 10 Gew.-% Bentonit und kein Flockungsmittel verwendet wird, sind die Entwässerungseigenschaften einer wäßrigen Aufschlämmung der Bestandteile so schlecht, daß die Entwässerung praktisch unmöglich ist, obwohl die Suspension und Homogenität der Aufschlämmung befriedigend sein können. Bei Verwendung von 5% Bentonit ohne Flockungsmittel sind die Entwässerungszeiten noch sehr lang (z. B. 5 Minuten). Sobald jedoch ein geringer Anteil des Flockungsmittels einbezogen wird, verkürzt sich e,·; Entwässerungszeit schnell auf ein wirtschaftliches und praktisches M^ß. Vorzugsweise wird der Anteil des Tods in der Aufschlämmung im Einklang mit befriedigenden Suspensions- und Entwässerungseigenschaften der Aufschlämmung möglichst niedrig gehalten. Höhere Tonkonzentrationen können zu schlechter Trockenfestigkeit der Platten führen und bergen die Gefahr einer Verstopfung der Siebe bei den zur Herstellung verwendeten Maschinen in sich.

Die verwendete Menge des Flockungsmittels muß genügen, um den Ton unter Erzielung guter Entwässerung ausreichend auszudocken. Das Flockungsmittel spielt jedoch außerdem eine doppelte Rolle als oberflächenaktives Mittel, das dazu beiträgt, das feuerfeste Fasermaterial und die Füllstoffe in der Aufschlämmung zu dispergieren. Zu große Mengen des Flockungsmittels sind zu vermeiden, und zwar aus Wirtschaftlichkeitsgründen und bei Verwendung von oberflächenaktiven Mitteln, die zu Schaumbildung neigen, zur Vermeidung zu starker Schaumbildung der Aufschlämmung während des Mischens. Darüber hinaus besteht bei einer zu hohen Konzentration des Flockungsmittels die Gefahr, daß Bestandteile der Aufschlämmung von niedriger Dichte in einer Schaum- ss schicht eingeschlossen werden, wodurch ein Endprodukt, das unerwünscht ungleichmäßig ist, gebildet wird.

Vorzugsweise werden die Mengenanteile der Bestandteile so gewählt, daß eine fertige trockene Platte einer Dichte von 0,1 bis 1,1 g/cm³ erhalten wird.

Als schwerer Füllstoff mit einem Raumgewicht von mehr als 1,2 g/cm³ wird vorzugsweise keine Kieselsäure (zur Vermeidung der Gefahr der Silikose), sondern ein feuerfestes Silikat, z. B. Zirkonstlikat oder Olivin, oder ein Oxyd, z. B. Zirkonoxyd, Tonerde und Magnesiumoxyd, verwendet

Als feuerfeste anorganische Fasermaterialien eignen sich reine Aluminosilicate oder Calciumsilicate sowie Glasfasern, Gestemswolle, Mineralwolle und Schlackenwolle,

Al? stark quellender Ton wird vorzugsweise ein Ton vom Bentonittyp, z, B, Natriumbentomt, verwendet

Als Bindemittel können die üblicherweise zur Herstellung von feuerfesten Wärmeisoliermaterialien eingesetzten Bindemittel, ζ,Β, Kunstharze (Harnstoffoder Phenol-Formaldehydharze), oder Stärke verwendet werden.

Als Flockungsmittel und oberflächenaktives Mittel für den Ton kommen die verschiedensten Materialien in Frage, Für Tone vom Bentonittyp werden als Flokkungsmittel quaternäre Ammoniumsalze, z. B. quaternäre Dialkylammoniumchloride mit 6 bis 20 C-Atomen im Aikylrest, bevorzugt

Als gegebenenfalls verwendete leichte feuerfeste Füllstoffe, d.h. solche mit einem Raumgewicht von weniger als 0,3 g/cm³, eignen sich beispielsweise Kieselgur, expandierter Perlit oder Vermiculit, Flugasche (»fly ash floaters«), hohle Aluminiumoxyd-Mikrokugein, calcinierter Diatomit calcinierte Puzzolanerde oder calcinierte Reishüisen.

Beispiel 1

Silikamehl	73,0%
Leichtes Magerungsmittel	4,0%
Anorganische Fasern	14,5%
Organisches Bindemittel	6,0%
Natriumbentonit	2,0%

Quaternäres Dialkylammoniumchlorid 03%

In einem Hydropulper wurde eine wäßrige Aufschlämmung der vorstehend genannten Bestandteile hergestellt Die Aufschlämmung wurde in eine Form, bei der eine Seite aus einem durchlässigen Sieb oder Netz bestand, gepumpt bis genügend Aufschlämmung zur Bildung einer trockenen Platte von 17 mm Dicke eingefüllt war. Auf die Oberfläche der Aufschlämmung wurde dann Überdruck (2$ kg/cm²) zur Einwirkung gebracht wodurch das gesamte überschüssige Wasser aus der Platte ausgepreßt wurde. Die Entwässerungszeit betrug 30 Sekunden. Die gebildete »grüne« Platte wurde in einen bei 150⁰C gehaltenen Trockenofen überführt Die gebildete fertige getrocknete und gehärtete Platte hatte eine Dichte von 0,80 g/cm³ und eine Querfestigkeit von 14 kg/cm². Die Gesamtdimensionen und die Oberfläche der gehärteten Platte waren ziemlich glatt, ein Zeichen, daß die Aufschlämmung während des Formungsvorgangs homogen war.

Beispiel 2 Feiner Olivinsand 83,4 Gew.-Teile Natriumbentonit 2,6 Gew.-Teile Schlackenwolle 73 Gew.-Teile Organische Bindestoffe 5,2 Gew.-Teile Quaternäres Dialkylammoniumchlorid 1,0 Gew.-Teile

Die in Beispiel 1 beschriebene Arbeitsweise wurde mit entsprechenden guten Ergebnissen angewandt. Die fertige Platte hatte eine Dichte von 1,15 g/cm³. Die erforderliche Entwässerungszeit betrug 75 Sekunden für eine Platte einer Dicke von 27 mm.

5	84,2%	23 52 188 6	Leichter Füllstoff	4,0%
Beispiel 3	10,5%	Beispiel 4	Sand	83,7%
Feuerfester fejnteiliger Füllstoff	4,0%	5 Anorganisches Fasermaterial	7,0%
Anorganisches Fasermaterial		Organisches Bindemittel	4,0%
Organisches Bindemittel	0,3%	Oberflächenaktives Mittel/
Oberflächenaktives Mittel und	1,0%	Flockungsmittel	0,3%
Flockungsmittel		Natriumbentonit	1,0%
Natriumbentonit

Platten einer Dicke von 40 mm konnten durch io

Entwässerung einer wäßrigen Aufschlämmung dieser Platten einer Dicke von 25 mm konnten aus einer

Bestandteile bei einer Entwässerungszeit von 35 wäßrigen Aufschlämmung dieser Bestandteile bei einer Sekunden hergestellt werden. Die fertige getrocknete Entwässerungszeit von 40 Sekunden gebildet werden. Platte hatte eine Dichte von 0,85 g/cm³. Die fertigen Platten hatten eine Dichte von 0,95 g/cm³.

Claims

Patentansprüche:

1. Feuerfeste Wärmeisolierplatte für die Auskleidung von Kokillen oder Wärmebauben hergestellt aus einer Masse der folgenden Zusammensetzung:

84 bis 35 Gew.-% eines schweren feuerfesten Füllstoffs,

6bis35Gew.-% eines feuerfestes anorganischen Fasermaterials unter Ausschluß von Asbest,

1 bis i OGew.-% eines Bindemittels und
0bisl0Gew.-% eines leichten feuerfester. Füllstoffs,

dadurch gekennzeichnet, daß die Platte 0,5 bis 10 Gew.-% eines stark quellenden Tons und 0,01 bis 2 Gew.-% eines Flockungsmittels für den Ton enthält und frei von Zellulosefasern ist

2. Feuerfeste Wärmeisolierplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Ton einen Bentonitton enthält

3. Feuerfeste Wärmeisolierplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß sie als Flockungsmittel ein quaternäres Ammoniumsalz 2s enthält

4. Verfahren zur Herstellung einer feuerfesten Wärmeisolierplatte nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß man eine Menge einer wäßrigen Aufschlämmung eines Feststoffgemisches der in Anspruch 1 genannten Zusammensetzung gegen eine perforierte Oberfläche entwässert und hierdurch eine feuchte feste Schicht bildet und die so gebildete Schicht entfernt und trocknet

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