DE69204309T2 - Isolierendes monolithisches Feuerfest-Material. - Google Patents
Isolierendes monolithisches Feuerfest-Material.Info
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein feuerfestes Material, insbesondere für die Herstellung von Gegenständen für den Transport von geschmolzenem Metall, wie z.B. Rinnen, Schüttrinen oder Löffel. Genauer gesagt geht es bei der Erfindung um ein monolithisches, feuerfestes Material, das aus mindestens einer Primärschicht eines dichten, feuerfesten Materials besteht, wobei eine Sekundärschicht aus geschäumtem, feuerfestem Material mit dieser besagten Primärschicht aus dichtem, feuerfestem Material verbunden wird. Für solche Anwendungen ist die Wärmeleitfähigkeit des Materials von grundlegender Bedeutung.
- Im Grunde genommen muß das Metall, um den Temperaturverlust auszugleichen, auf eine Temperatur aufgeheizt werden, die höher ist als die für die Weiterverarbeitung des metalls notwendige Temperatur; oder die Verarbeitungstemperatur des Metalls muß beibehalten werden, um zu gewährleisten, daß das Metall in der gewünschten Temperatur am Zielort aknommt. Aus diesem Grund werden die z.Z. verwendeten Transportmittel, wie beispielsweise Schüttrinnen, außen mit einer doppelten Lage Isolierung versehen.
- Im Dokument FR-A-1 582 587 wird eine Methode dargestellt, mit der eine feuerfeste Auskleidung hergestellt werden kann, und zwar unter Verwendung einer feuerfesten Grundmasse, die verdampftes Wasser und eine Schicht bestehend aus einer feuerfesten Masse, die eine sehr hohe Porosität aufweist, enthält.
- Das Dokument EP-A-O 190 098 beschreibt eine Seiten-Isolationsauskleidung für einen Kammerofen, die aus mindestens einer Schicht Schamotteziegel und isolierenden, aus feuerfestem Material geschäumten Ziegeln und Daitomit oder Kalziumsilikatsteinen besteht.
- Das Dokument FR-A-2 296 485 beschreibt die Auskleidung eines Behälters, die aus einer ersten Schutzschicht aus Schamotteziegeln, einer zweiten Schicht von hochisolierenden Ziegelen, die auf der ersten Schicht befestigt sind, einer dritten Schutzschicht aus Schamottezieglen und einer vierten Schutzschicht besteht. Die heute gebräuchlichen Behälter und Rinnen können aus geschmolzenem Silikamaterial hergestellt werden. Dieses Material bietet viele Vorzüge. Es reagiert passiv mit verschiedenen flüssigen Metallen wie Aluminium, Kupfer, Stahl, Zink, und ihren Legierungen. die Unbenetzbarkeit des Materials hat darüberhinaus den Vorteil, daß auf bestimmte Beschichtungen und Vorbereitungsmaßnahmen, die bei Verwendung der meisten anderen Materialien durchgeführt weden müssen, verzichtet werden kann. Durch seinen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten verfügt Silikamaterial über einen hervorragenden Schutz gegen Thermoschocks. Seine ausgezeichnete Kohäsion verhindert das Loslösen von Oberflächenpartikeln aufgrund von Erosin durch das flüssige Metall.
- Dennoch hat ein feuerfestes Material wie Silika noch ein relative hohes Wärmeleitvermögen, d.h. ca. 0,7 W/m.K bei einer Temperatur von 700 ºC.
- Bei der vorliegenden Erfindung geht es um ein monolithisches, feuerfestes, zusammengesetztes Material, das die obengenannten Vorzüge aufweist und gleichzeitig eine verbesserte Wärmeisolation gewährleistet.
- Charakeristisch für das in der Erfindung verwendete feuerfeste Material ist, daß das Material in der besagten ersten Schicht und/oder das Material in der zweiten, aus geschäumten, feuerfestem Material bestehenden Schicht auf Kieselglasmaterial beruht.
- Gemäß einer bestimmten Zusammensetzung besteht das monolithisches, zusammengesetzte Material aus zwei äußeren Schichten eines ersten, dichten Materials, und einer Schicht eines geschäumten, feuerfesten Materials, das zwischen den äußeren Schichten eingelassen und mit ihnen verbunden ist. Es ist zudem vorteilhaft, daß das Material der äußeren Schichten und/oder die Schicht aus geschäumten Material eine Füllung enthalten kann, die aus mindestens einem Zusatzstoff aus dem Gruppe feuerfester Ton, Metall-Oxide und Oxide-Zusammensetzungen, Karbid, Borid, Siliziumoxynitrid, Sialon und der Wärmeabbauprodukte von Karbosilan besteht. Das Material der äußeren Schicht und/oder das Material der Schaumsicht wird auf der Grundlage von Kieselglasmaterial hergestellt.
- Der Erfindung bezieht sich auch auf eine Verfahrensweise für die Herstellung eines isolierenden, monolithischen feuerfesten Materials, bei dem eine Gießform, die dazu ausgelegt ist, ein festes Material zu halten, gefüllt wird. Nachdem diese Füllung nach einer gewissen Zeit angetrocknet ist, wird die noch flüssige Mitte der Füllung ausgeschüttet. Dann wird die Mitte der Form mit Schaum gefüllt, um den Kern herzustellen.
- Die Erfindung beizht sich letztlich auch auf einen aus feuerfestem Material hergestellten Artikel, wobei das feuerfeste Material aus dem obengenannten monolithischen, zusammengesetzten Material besteht. Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den in der Anlage beigefügten Abbildungen ersichtlich.
- Abbildung 1 ist eine Querschnittszeichnung eines Teils des Materials gemäß der Erfindung.
- Abbildung 2 ist eine Querschnittszeichnung einer Schüttrinne, die aus einem Material gemäß der Erfindung hergestellt wurde.
- Abbildung 1 ist eine Teilansicht eines isolierenden, feuerfesten Materials, gemäß der Erfindung. Es besteht aus einer äußeren Schicht 1 eines dichten, feuerfesten Materials, einer Schicht 2 des gleichen dichten, feuerfesten Materials hergestellt auf der Basis von Kieselglasmaterial, welches mindestens einem Zusatzstoff aus der Gruppe feuerfester Ton, Metall-Oxide und Oxid-Zusammensetzungen, Karbid, Borid, Siliziumoxynitrid, Sialon und der Wärmeabbauprodukte von Karbosilan enthalten kann. Eine Schicht 3 befindet sich zwischen den Schichten 1 und 2. Diese Schicht ist generell dicker, besteht aus dem gleichen oder einem anderen feuerfesten Material, bekommt aber durch das Aufschäumen eine isolierende Wirkung. Dieser Schaum wird durch irgendein taugliches Verfahren hergestellt, z.B. dadurch, daß ein Schaumerzeugungsmittel in die Gießform, die bereits das feuerfeste Material in Pulverform enthält, eingefült wird. Diese Schaumschicht hat durchdie eingeschlossene Luft eine wesentlich größere isolierende Wirkung als das dichte feuerfeste Material.
- Im Fall von Silikamaterial hat z.B. das dichte Material eine Leitfähigkeit von 0,7 W/m.K bei 700 ºC, während der Schaum eine Leitfähigkeit von weniger als 0,2 W/m.K bei 700 ºC aufweist. Die Gesamtleitfähigkeit des zusammengesetzten Materials der Erfindung ist natürlich abhängig von der Dicke der dichten Schichten 1 und 2 sowie der Schaumschicht 3. Je dicker die Schaumschicht im Verhältnis zu den dichten Schichten, desto geringer ist die Wärmeleitfähigkeit.
- Es wird beispielsweise ein zusammengesetztes, feuerfestes Material aus Kieselglasmaterial hergestellt. Diese Material hat einen Wärmeleitungskoeffizienten von etwa 0,25 W/m.K bei 700 ºC, d.h. heißt, es isoliert etwa dreimal so gut wie dichtes Silikamaterial.
- Das Material wird vorzugsweise dadurch hergestellt, indem eine Gießform in der Form des herzustellenden Artikels mit einer Füllung bestehend aus dem dichten Material aufgefüllt wird. Diese Füllung wird dann solange stehengelassen, bis diese an den Seiten antrocknet und eine feste oder zumindest klebrige Schicht auf der Innenwand der Form bildet, während das Innere der Füllung noch flüssig ist. Diese restliche flüssige Füllung wird dann ausgeschüttet. Die Form wird dann mit der geschäumten Füllung gefüllt, die den Kern des zusammengesetzten Materials bildet. Da die dichte Schichte noch nicht vollständig fest und ausgehärtet ist, entsteht die Verbindung zwischen den äußeren Schichten und dem Kern, indem sich die Schichten 1 und 2 und der Kern gegenseitig durchdringen. Dieses Verfahren ermöglicht die Herstellung eines monolithischen zusammengesetzten Materials. Die gesamte Einheit wird dann zum völligen Aushärten stehengelassen. Anschließend wird sie aus der Form gedrückt. Das ist die Rohversion des Artikels, der dann noch durch Brennen gefrittet wird. Die Erfindung ermöglicht die Herstellung von einfachen Formen, wie z.B. Teller, Zylinder oder komplexen Formen, wie Z.B. Rinnen.
- Das Material hat eine glatte Oberfläche die nicht bröselt und widerstandsfähig gegen Korrosion und Erosion durch Metalle ist.
- Es ist besonders geeignet für die Herstellung von Schüttrinnen für Gießereien. Es kann auch für die Herstellung von Artikeln verwendet werden, die hochmechanische Merkmale auf der Oberfläche in Verbindung mit hervorragender Wärmeisolierung erfordern, wie z.B. geformte Artikel für die Auskleidung eines Ofens für Wärmebehandlung.
- So zeigt z.B. Abbildung 2 einen Querschnitt einer Schüttrinne für den Aluminiumguß. Sie besteht aus einer dichten äußeren Schicht 1 aus Kieselglasmaterial, welches einen wärmeisolierenden Silikaschaum 3 umgibt. In der Anwendungsposition ist die Rinne meistens in einem Metallkörper 4 montiert. Eine Schicht Keramikfasern befindet sich zwischen dem Metallkörper und der Rinne.
Claims (5)
1. Monolithisches Feuerfgestmaterial, das mindestens aus
einer ersten Schicht (1, 2) aus einem dichten
Feuerfestmaterial und einer zweiten Schicht aus einem
feuerfesten Schaummaterial (3) besteht, die mit der genannten
ersten Schicht (1,2) aus dichtem Feuerfestmaterial verbunden
ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der genannten
ersten Schichte (1,2) und/oder das Material der genannten
zweiten Schicht aus feuerfestem Schaummaterial (3) ein
Material auf Kieselglasbasis darstellt.
2. Monolithisches Feuerfestmaterial nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß dieses aus zwei externen Schichten
(1,2) aus dem genannten ersten dichten Feuerfestmaterial und
einer Schicht aus dem feuerfesten Schaummaterial des genannten
zweiten feuerfesten Materials (3) besteht, die sich zwischen
den externen Schichten (1) und (2) befindet und mit diesen
Schichten aus dichtem Material verbunden ist.
3. Monolithisches Feuerfestmaterial nach Anspruch 1 oder
2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der externen
Schicht (1, 2) und/oder das Material der Schicht aus
Schaummaterial (3) eine Einlage aufweist, die mindestens eine
Beimengung enthält, die aus der Gruppe der Stoffe stammt, die
aus feuerfesten Erden, Metaloxiden und Oxidverbindungen,
Karbiden, Bordien, Siliziumoxynitriden, Silanen und
thermischen Zerfallsprodukten der Karbosilanen bestehen.
4. Verfahren zur Herstellung von monolithischem
feuerfesten Verbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Gießform mit einem Gleitmittel
gefüllt wird, das dafür ausgelegt ist, ein dichtes Material zu
bilden, daß man das Gleitmittel eine bestimmte Zeit stehen
läßt, damit es sich verfestigt, daß die von dem Gleitmittel
übrig bleibende Flüssigkeit in dem mittleren Teil durch
Ausgießen entfernt wird und daß die Gießform mit dem
Schaummaterial gefüllt wird, aus dem der Kern (3) des
Materials gebildet wird.
5. Artikel, der aus feuerfestem Material gefertigt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Material dem Material
nach einem der Ansprüche 1 bis 3 entspricht.
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