DE3105530A1

DE3105530A1 - "verfahren zur herstellung von keramische fasern enthaltenden, koernigen, feuerbestaendigen oder feuerfesten materialien, nach dem verfahren hergestellte materialien und ihre verwendung"

Info

Publication number: DE3105530A1
Application number: DE19813105530
Authority: DE
Inventors: Axel Dr. Eschner; Rudolf Dipl.-Ing. 6500 Mainz Ganz; Günter 6200 Wiesbaden Tkotz
Original assignee: Didier Werke AG
Current assignee: Didier Werke AG
Priority date: 1981-02-16
Filing date: 1981-02-16
Publication date: 1982-09-02
Also published as: GB2093013B; NO820437L; GB2093013A; ES509211A0; FR2499970A1; DE3105530C2; ES8304898A1; ZA821012B; BE892033A; YU31982A; IT8247784A0; SE8200855L; JPS57145083A; DD201996A5; PL235105A1; NL8200600A

Description

DIDIEE-WERKE AG
6200 Wiesbaden

Verfahren zur Herstellung von keramische Fasern enthaltenden, körnigen, feuerbeständigen oder feuerfesten Materialien, nach dem Verfahren hergestellte Materialien und ihre Verwendung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von keramische Fasern enthaltenden, körnigen, feuerbeständigen oder feuerfesten Materialien, enthaltend keramische Fasern, Ton, Bindemittel und gegebenenfalls andere übliche Zusätze, das nach dem Verfahren hergestellte Material sowie dessen Verwendung.

Wärmeisolierende keramische Faserkörper aus feuerfesten Fasern, organischem oder anorganischem Bindemittel mit einerseits geringer Festigkeit und hoher Zusammendrückbarkeit und ande-r rerseits erhöht entwerten für die Festigkeit, Dichte und Formbeständigkeit sind bekannt. So beschreibt die DE-AS 12 74 4-90 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, Alkali-. Silikate, Aluminiumphosphat, kolloidale Kieselerde mit einem Gewichtsanteil von 5 bis 35» optimal 10 %, 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 Mineralfaserplatte durch Tränken mit einer wäßrigen Aufschlämmung eines Bindetons und anschließendes Tempern verfestigt werden. Weiterhin sind aus der JDE-AS 26 18 813 Faserspritzmassen bekannt, welche neben einem größeren Anteil an anorganischen Fasern geringe Anteile an Bindemittel~bzw. anderen anorganischen Zusätzen sowie einen chemischen Zusatzbinder enthalten, wobei diese Faserspritzmassen zur Vermeidung der Staubbildung noch 5 bis. 20 Gew.-% eines Öles enthalten. Bei der Verwendung dieser

Faserspritzmassen ist ausdrücklich angegeben, daß die anorganischen Fasern, wie z. B. die Steinwolle, in aufgelockertem Zustand eingesetzt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von keramische Fasern enthaltenden, körnigen, feuerbeständigen oder feuerfesten Materialien, welche im verarbeiteten Zustand eine höhere Festigkeit,insbesondere gegenüber mechanischer Beanspruchung, aufweisen und die besonders vorteilhaft in sogenannten Faserspritzmassen eingesetzt werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient das Verfahren, wie es im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 näher beschrieben ist.

Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens sind in den Patentansprüchen 2 bis 10 näher beschrieben.

Die Erfindung betrifft weiterhin das nach dem Verfahren hergestellte, keramische Fasern enthaltende, körnige, feuerbeständige oder feuerfeste Material, das besonders gute Eigenschaften besitzt.

Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten, keramische Fasern oder Mineralfasern können alle übliche Fasern dieser-Art sein,, z. B. Steinwolle oder Fasern auf Basis

von Aluminiumsilikat mit insbesondere hohem A^O^-Gehalt im Bereich von 4-5 bis 95 Gew.-%. Selbstverständlich können auch Gemische von verschiedenen keramischen Pasern eingesetzt werden.

Der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Ton kann ein üblicher Ton oder ein spezieller Bindeton, z. B. Bentonit, sein. Dieser Ton wird üblicherweise in einer Menge von 2 bis 15 Gew.-Teilen auf 100 Gew.-Teile der keramischen Fasern eingesetzt. Weiterhin können bei- dem erfindungsgemäßen Verfahren bis zu 10 Gew.-Teile anderer Feuerfestzusätze verwendet werden, Beispiele hierfür sind Porzellanmehl und Schamotte. Die in der Zusammensetzung der erfindungsgemäßen, körnigen Materialien gegebenenfalls vorliegenden anderen, feinst zerteilten Bestandteile wie feinst zerteiltes A^O^ und/ oder feinst' zerteiltes SiO^ und/oder Aluminiumhydroxide und/oder feinst zerteilte Magnesia und/oder feinst zerteiltes Titandioxid und/oder feinst zerteiltes Chromoxid sind auf dem Feuerf estgebiet bekanntermaßen verwendete Bestandteile. 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, nümlich nahe beim unteren Grenzwert von 1 Gew.-Teil eines solchen Bindemittels zu verwenden.

Vorteilhafterweise liegt der Gesamtanteil von Ton und/oder anderen feinst zerteilten Bestandteilen plus anderen Feuerfestzusätzen bei 20 Gew.-Teilen auf 100 Gew.-Teile der keramischen Fasern.

Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten, organischen Bindemittel sind übliche Bindemittel dieser Art, bevorzugt sind Melasse, Sulfitablauge und ganz besondex's Methylcellulose.

Das organische Bindemittel wird üblicherweise in Form einer konzentrierten Lösung verwendet, ein Heil des organischen Bindemittels, vorteilhafterweise bis zu 50 Gew.-%, können jedoch auch in fester, fein zerteilter form verwendet werden, falls Methylcellulose als Bindemittel verwendet wird, wird dieses üblicherweise in form einer 5 Oew.-%igen Lösung in Wasser eingesetzt. Sulfitablauge kann als Sulfitablauge mit einem üblichen fest stoff gehalt von etwa 50 Gew.-% verwendet werden, jedoch ist es auch möglich, getrocknete, fein pulverisierte Sulfitablauge zu verwenden.

Sas Vermischen der Bestandteile der Stufe a) des erfindungsgemäßen Verfahrens kann in einem üblichen Mischer erfolgen, beispielsweise in einem Drais-Mischer.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsfomi des erfindungsgemäüen Verfahrens werden die keramischen Fasern "als aufgeschlossene Fasern in der Stufe a) verwendet. Hierzu werden handelsübliche Fasern in ihrem Anlief erungs zustand in einen Turbomischer (Fabrikat Drais-TurbuIent-üchnellmischer) gegeben, worin· die üblicherweise als Faserbündel angelieferten Fasern in aufgeschlossene Fasern umgewandelt werden. Ein solcher Turbomischer besteht aus einem Mischaggregat mit schnell rotierenden Messerköpfen, wodurch eventuell vorliegende Agglomerate in handelsüblichen Fasern, die teilweise in stark verdichteter Form vorliegen, aufgeschlossen werden, ohne daß hierbei die Fasern unzulässig stark zerschlagen oder zerkleinert werden.

Selbstverständlich ist es auch möglich, die in der Stufe a) zuzumischenden Bestandteile, nämlich den Ton und/oder die anderen feinst zerteilten Bestandteile, gegebenenfalls die anderen i'euerfestzusatze und, falls das organische Bindemittel in fester Form eingesetzt wird, es mit den Fasern in einem solchen Turbomischer zu vermischen, wobei gleichzeitig ein Aufschließen der Fasern und eine besonders gute und homogene Vermischung mit den in der Stufe a) zugesetzten Bestandteilen erfolgt. Anschließend werden dann eventuell gelöstes Bindemittel und Wasser zugesetzt und eingemischt.

• ··

*··' - 3 Ί 05530

Die in der Stufe a) des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltene Mischung muß um einen Volumenfaktor von wenigstens 3 verdichtet werden. Dies kann varteilhafterweise in einer Strangpresse erfolgen. Weiterhin kann, eine solche Verdichtung in einer Drehtischpresse oder einer üblichen Brikettiereinrichtung durchgeführt werden, es kann Jedoch auch Jede andere übliche Presse verwendet werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren muß die Verdichtung um einen Volumenfaktor von wenigstens 3 erfolgen, vorteilhafterweise wird die Verdichtung um einen Volumenfaktor von 3 "bis 6 durchgeführt. Der maximale Volumenfaktor der Verdichtung liegt "bei etwa 12 bis 14. Anschließend wird das um den Volumenfaktor von wenigstens 3 verdichtete Produkt getrocknet, üblicherweise bei Temperaturen zwischen 110 und 180 ⁰C, bis das darin enthaltene Wasser weitgehend oder vollständig entfernt ist. Die dann erhaltenen Stücke werden auf.die gewünschte Körnung zerkleinert, wobei die maximale Korngröße üblicherweise 8 mm und vorteilhafterweise 6 mm beträgt. Die Zerkleinerung kann jedoch auch auf einen bestimmten Bereich eingestellt werden, beispielsweise' kann ein Produkt mit einer Körnung zwischen 2 und 3 nun oder einer maximalen Korngröße bis 2 mm oder 3 mm ohne weiteres durch Zerkleinerung in üblichen Brecheinrichtungen und gegebenenfalls Aussieben der gewünschten Körnungen erhalten werden.

Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene, körnige Material besitzt eine Dichte von 0,7 bis 1,75 gycm^ und weist ein Porenvolumen in der Größenordnung von 35 "bis 75 # auf.

Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene, körnige Material kann besonders geeignet in Faserspritzmassen verwendet werden. Hierzu wird das Material entweder in trockener Form einer Spritzdüse, an dessen Kopf es mit Wasser und einem anorganischen weiterei Bindemittel oder Zusätzen vermischt wird, zugeführt, oder es wird eine Aufschlämmung des körnigen

kompakte Isolierschicht ergeben, welche keine Abdeckplatte benötigen.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Faserkörnung liegt darin, daß das organische Bindemittel bei der Anwendung solcher Faserkörnungen, sei es als solche oder in Form von Zuschlagen zu anderen Feuerfestmaterialien oder feuerfesten Formkörpern, bei höheren Temperaturen teilweise oder vollständig ausbrennt, z. B. bei Temperaturen oberhalb von 500 ⁰C, wobei dann die Einzelkörner dieses Materials kein·Bindemittel mehr erhalten, so daß die elastischen Eigenschaften der keramischen Fasern wieder zu Tage treten. Bei der Verwendung einer solchen keramischen Faserkörnung, beispielsweise als Zuschlag in einer feuerfesten Masse, ist daher der Vorteil gegeben, daß nach dem Ausbrennen des organischen Bindemittels die Einzelkörner der Faserkörnung elastisch sind, so daß hierdurch den aus solchen Massen hergestellten feuerbeständigen oder feuerfesten Bauteilen die vorteilhafte Eigenschaft erteilt wird, daß hierin auftretende Spannungen ausgeglichen werden können. Dies führt dazu, daß solche feuerbeständigen oder feuerfesten Bauteile, welche die erfindungsgemäße Faserkörnung erhalten, weniger Eißbildung aufweisen, da die Spannungen durch die elastischen Einzelkörner der Faserkörnung aufgehoben werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden unterschiedliche Wassermengen bei der Herstellung der Mischung in der Stufe a) verwendet. Die verwendete Wassermenge hängt im wesentlichen davon ab, in welcher Vorrichtung die in der Stufe a) erhaltene Mischung anschließend in der Stufe b) verdichtet wird. Falls diese Verdichtung in einer Brikettiereinrichtung oder einer Drehtischpresse erfolgt, sind Wassermengen von · 5 bis 25 Gew.-Teilen ausreichend, falls das Verdichten jedoch auf einer Strangpresse durchgeführt wird, ist die in dieser Stufe a) zuzusetzende Wassermenge höher, sie kann bis zu ΊΟΟ Gew.-Teilen betragen. Aufgrund einfacher Vorversuche

Materials mit Wasser und mindestens einem anorganischen Bindemi hergestellt und verspritzt. Als solche Zusätze können entweder Phosphafbindemittel oder auch hydraulisch abbindende Bindemittel wie Portlandzement oder hochfeuerfeste Zemente wie Xonerdeschmelzzement zugesetzt werden, ebenfalls ist der Zusatz anderer üblicher Zuschläge bei der Verwendung als Faserspritzmasse möglich. Ebenfalls ist ein

«44. m ,Bindemittel .

Verspritzen unter Zusatz von Wasser/und keramischen Fastrn mogl Bei der Verwendung des erfindungsgemäßen körnigen Materials in Faserspritzmassen ist der Vorteil gegeben, daß diese Faserspritzmassen weniger Wasser zum Aufspritzen benötigen, wobei die Wassereinsparung bis zu 50 % betragen kann. Weiterhin ist die Vernebelung der Pasern weitgehend·herabgesetzt. Bei der erfindungsgemäßen Verwendung in Faserspritzmassen werden diese insbesondere zur isolierenden Auskleidung von Wärmebehandlungsöfen oder als isolierende Schutzschicht über feuerfeste Materialien in Zustellungen verwendet, wobei solche Faserspritzmassen auch für die nachträgliche, feuerseitige Isolierung bereits bestehender Zustellungen, z. B. bei Reparaturen, verwendet werden können. Im Pail dieser Verwendung muß bei dem Aufspritzen der Faserspritzmassen in diesen selbstverständlich noch ein weiteres hochtemperaturfestes Bindemittel, beispielsweise ein Phosphatbindemittel oder Tonerdeschmelzzement, vorliegen.

Eine besonders vorteilhafte Anwendung der Faserspritzmassen betrifft das Ausspritzen der Decken von Feuerungsräumen. Solche Deckenauskleidungen für Feuerungsräume sind beispielsweise in der deutschen Auslegeschrift 28 32 079 beschrieben, wobei hier Matten aus temperaturbeständigem Fasermaterial mittels Halterungen eingelegt werden und die letzte Mattenlage dann mit einer Schutzlage aus.hochtemperaturbeständigem Leichtbaustoff vollständig abgedeckt wird. Bei der erfindungsgemäßen Verwendung von Faserspritzmassen ist es möglich, solche Deckenkonstruktionen mit den erfindungsgemäßen Faserspritzmassen auszuspritzen, die nach dem Trocknen eine

kann die zu verwendende Wassermenge jedoch ohne weiteres bestimmt werden·. Die verwendete Wassermenge hängt auch davon ab, wie groß die in der Stufe α) zugesetzte Menge an Ton, i'einst zerteiltem Al₂O^ bzw. den anderen genannten, feinst zerteilten Bestandteilen ist, wobei insbesondere bei Verwendung von kolloidalem SiO₂ und kolloidalem Al₂O, größere' Wassermengen vorteilhaft sein können.

Die Erfindung wird anhand der folgenden' Beispiele näher erläutert. Hierbei wurden keramische Fasern A mit 4.7 $> AIpO, und 53 f" SiO₂ oder Pasern B mit 95 i<> Al₂O, und 5 ^.SiO₂ verwendet.

Beispiele 1 bis 5
Es wurden folgende Ansätze verwendet:

•Bsp. 1 2 " . 3. ' 4 I

keramische Fasern A 100

keramische Pasern B
Bindeton (mit 35 % Al₂O₃) " 15 Chromoxid, < 63 ,um —

kolloid. SiO₂

—	— —	—	50
100	100	100	50
6	—	• 4	—
4		—	■ —
— -	6	2	4
—	—·	—	6
			1

kolloid. ₂₅

Methylcellulose, fest

Sulfitablauge, fest . — 7 2

Schamottemehl 2 — — ·--

Wasser 25 10 15 1-2

In einem Eirich-Mischer wurden die keramischen Fasern.mit Bindeton bzw. den anderen Bestandteilen 5 Minuten vermischt, dann wurde das' organische Bindemittel bzw. Bindemittelgemisch aufgegeben und zuletzt das Wasser, zugesetzt. Es wurde insgesamt 20 Minuten gemischt.·

Diese Mischung wurde in einer Brikettiereinrichtung (Fabrikat' KHD) um die angegebenen Volumenfaktoren verdichtet, dann

12 Stunden bei 120 ⁰C getrocknet und abschließend auf eine maximale Korngröße von etwa 6 mm zerkleinert. An den erhaltenen Paserkörnungeh wurden die folgenden Eigenschaften bestimmt;

BsT)I * 1 2 3 4- 5

Eaumgewicht,	E,(g/cm⁵)	ι ?S,	1	,25	1	,09	1	,15	1	,20	1	,23
Verdichtungsfaktor		5	A	7	,2	6	,8	6	,0	6	VJl
Porenvolumen.
AToI. -%)	49	,5	69	,7	68	,0	53	,8	62	,6

Beispiele 6 bis 10

Es wurden die Ansätze der Beispiele 1 bis 5 wiederholt, wobei hier jedoch aufgeschlossene Fasern verwendet wurden. Das Aufschließen der Pasern erfolgte in einem Turbo-Mischer (Pabrikat Drais) während 5 Minuten. Anschließend wurden die übrigen Zusätze eingegeben und während 2 Minuten eingemischt.

Das Verdichten erfolgte in einer hydraulischen Presse zu Steinen von 250 χ 12S χ 30 mm, diese wurden 12 Stunden bei 120 ⁰C getrocknet.und anschließend auf eine maximale Korngröße von 6 mm zerkleinert. An den erhaltenen Pasex'körnungen wurden folgende Eigenschaften bestimmt:

Bsp. ; (5 7 8 9 ■ 10

E (g/cm³)	1	,10	0	,95	1	,01	1	,04	1	,09
Verdichtungsfaktor	6	,0	7	,9	7	,2	6	,9	7	,3
Pg (Vol.-%)	56	,0	73	,5	71	,7	59	,9	66	,6

Beispiel 11

Es wurde der Ansatz von Beispiel 6 mit der Ausnahme verwendet, daß 80 Gew.-Teile Wasser eingemischt wurden. Die Verdichtung erfolgte in einer Strangpresse, wobei hier der Querschnitt der Düse 250 χ 190 mm betrug. .Die aus der- Strangpresse austretenden Hohbatzen wurden auf geeignete Längen abgeschnitten und. 24 Stunden bei 120 ⁰C getrocknet.. Anschließend wurden die erhaltenen, getrockneten Batzen auf eine maximale Korngröße von 3 mm zerkleinert. An der erhaltenen Paserkörnung wurden folgende Eigenschaften bestimmt:

ß (g/cm³) · 0,95

Verdichtungsfaktor 3,2
Pg (Vol--%) 62,7

Claims

3154· '

DIDIER-WEEKE AG
6200 Wiesbaden

Patentansprüche

1,. Verfahren zur Herstellung von keramische Fasern enthaltenden, körnigen, feuerbeständigen oder feuerfesten Materialien, enthaltend keramische Fasern, Ton, Bindemittel und gegebenenfalls andere übliche Zusätze, dadurch gekennzeichnet, daß

a) 100 Gew.-Teile keramische Fasern, 2 bis 15 Gew.-Teile Ton und/oder feinst zerteiltes AIpO, und/oder feinst zerteiltes S1O2 und/oder Aluminiumhydroxide und/oder feinst zerteilte Magnesia und/oder feinst zerteiltes Titandioxid und/oder feinst zerteiltes Chromoxid, gegebenenfalls bis zu 10 Gew.-Teile andere Feuerfestzusätze und 1 bis 10 Gew.-Teile organisches Bindemittel, berechnet in fester Form, mit etwa 5 bis 25 Gew.-Teilen Wasser in einem Mischer gründlich vermischt werden,.und

b) die in Stufe a) erhaltene Mischung um einen Volumenfaktor von wenigstens 3 verdichtet, getrocknet und dann auf. die gewünschte Körnung zerkleinert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ton Bentonit verwendet wird.
3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als keramische Fasern aufgeschlossene Fasern verwendet werden.
4·. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,· daß als Bindemittel Melasse verwendet wird.
5· Verfahren nach, einem der Ansprüche 1 bis 31 dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel Sulfitablauge in fester Form oder als Lösung verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3i dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel Methylcellulose in fester Form und/oder als Lösung in Wasser verwendet wird.
7· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als weiteres Feuerfestmaterial Porzellanmehl oder Schamotte verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtung in Stufe b) um einen Volumenfaktor von 5 bis 8 durchgeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Stufe b) die Verdichtung durch Strangpressen durchgeführt wird, wobei dann in Stufe a) jedoch bis zu 100 Gew.-Teile Wasser zur Herstellung der Mischung verwendet werden.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Stufe b) die Verdichtung in einer Brikettiereinrichtung durchgeführt wird.
11. Keramische Fasern enthaltendes, körniges, feuerbeständiges oder feuerfestes Material, Hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
12. Verwendung des keramische Fasern enthaltenden, körnigen, feuerbeständigen oder feuerfesten Materials in Faserspritzmassen. . ■ '

13· Verwendung des keramische Fasern enthaltenden, körnigen, feuerbeständigen oder feuerfesten Materials als Zuschlag in bei im Betrieb auf Spannungen beanspruchten feuerbeständigen oder feuerfesten Bauteilen.