DE3105530C2

DE3105530C2 - Verfahren zur Herstellung von keramische Fasern enthaltenden, körnigen, feuerbeständigen oder feuerfesten Materialien, nach dem Verfahren hergestellte Materialien und ihre Verwendung

Info

Publication number: DE3105530C2
Application number: DE3105530A
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: 1982-12-02
Also published as: JPS57145083A; PL235105A1; NO820437L; SE8200855L; DE3105530A1; YU31982A; NL8200600A; IT8247784A0; FR2499970A1; ES509211A0; ZA821012B; GB2093013A; ES8304898A1; GB2093013B; DD201996A5; BE892033A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel lung von keramische Fasern enthaltenden, körnigen feuerbeständigen oder feuerfesten Materialien, ent haltend keramische Fasern, Ton, Bindemittel und ge-| gebenenfalls 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 ho-| her Zusammendrückbarkeit und andererseits erhöhten Werten für die Festigkeit, Dichte und Formbe- ', ständigkeit sind bekannt. So beschreibt die DE-AS. 1274490 eine Verbrennungskammer für Öfen, die durch Ausformung der mit Bindemittel versetzten Fa-sermasse gebildet wird, und bei der die Bindemittel-' konzentration über den Querschnitt der Wand abnehmen soll. Als geeignetes Bindemittel weiden Tone,-Alkalisilikate, Aluminiumphosphat, kolloidale: Kieselerde mit einem Gewichtsanteil von 5 bis 35, op-:i timal 10%, genannt. Der Faserkörper ist aber wegenßj seiner dichten harten Wandoberiläche und der gegen-,« überliegenden weichen flexiblen Wandoberfläche^ nicht für hohe Belastungen in ausreichendem Maßetj geeignet. ^

Bei dem Verfahren nach der DE-AS 2732387 soll ^ die mit einem organischen Kunststoffbindemittel vor-,; gebundene Mineralfaserplatte durch Tränken mit ei- ί ner wäßrigen Aufschlämmung eines Bindetons und;; anschließendes Tempern verfestigt werden. Weiter- J hin sind aus der DE-AS 2618813 Faserspritzmassen;; bekannt, weiche 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 keramischen Fasern enthaltenden, körnigen, feuerbeständigen oder feuerfesten ■' Materialien, welche im verarbeiteten Zustand eine höhere Festigkeit, insbesondere gegenüber mechani- ^! scher 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 K) näher beschrieben.

Die Erfindung betrifft weiterhin das nach dem Verfahren hergestellte, keramische Fasern enthaltende, körnige, feuerbeständige oder feuerfeste Material, das besonders nute F.im'iischaften besitzt

Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten, keramischen Fasern oder Mineralfasern können alle übliche Fasern dieser Art sein, z. B. Steinwolle oder Fasern auf Basis von Aluminiumsilikat mit insbesondere hohem AI₂O_rGehalt im Bereich von 45 bis 95 Gew.-%. Selbstverständlich können auch Gemische von verschiedenen keramischen Fasern 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 Al₂O₃ und/oder feinst zerteiltes SiO^ und/oder Aluminiumhydroxide und/oder feinst zertdl:e Magnesia und/oder feinst zerteiltes Titandioxid und/oder feinst zerteiltes Chromoxid sind auf dem Feuerfestgebiet 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 gemahlenem oder auch im kolloidalem Zustand vorliegen. Insbesondere bei Verwendung von solchen in kolloidalem Zustand vorliegenden Materialien wie kolloidalem SiO₂ bzw. kolloidalem Aluminiumoxid ist es möglich, nur geringe Mengen an Bindtmittel, nämlich nahe beim unteren Grenzwert von 1 Gew.-T^iI eint-, solchen Bindemittels zu verwenden.

Vorteilhafterweise liegt der Gesamtat· t\\ 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 besonders Methylcellulose.

Das organische Bindemittel wird üblicherweise in Form einer konzentrierten Lösung verwendet, ein Teil des organischen Bindemittels, vorteilhafterweise bis zu 50 Gew.-% des Gesamtanteils von 1 bis 10 Gew.-Teilen, können jedoch auch in fester, fein zerteilter Form verwendet werden. Falls Methylcellulose als Bindemittel verwendet wird, wird dieses üblicherweise in Form einer 5gew.-%igen Lösung in Wasser eingesetzt. Sulfitablauge kann als Sulfitablauge mit einem üblichen Feststoffgehalt von etwa 50 Gew.-% verwendet werden, jedoch ist es auch möglich, getrocknete, fein pulverisierte Sulfitablauge zu verwenden.

Das Vermischen der Bestandteile der Stufe a) des erfindungsgemäßen Verfahrens kann in einem üblichen Mischer erfolgen.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die keramischen Fasern als aufgeschlossene Fasern in der Stufe a) verwendet. Hierzu werden handelsübliche Fasern in ihrem Anlicfcrungszustancl in einen Turbomischer gegeben, worin die üblicherweise als Faserbündel angelieferten Fasern in aufgeschlossene Fasern umgewandelt werden. Fin solcher Turbomischer besteht aus einem Mischauiiretiat mit schnell rotierenden Messerp, 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 Feuerfestzusätze

ίο und, falls das organische Bindemittel in fester Forn 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) zugeis setzten Bestandteilen erfolgt. Anschließend werden dann eventuell gelöstes Bindemittel und Wasser zugesetzt und eingemischt.

Die in der Stufe a) des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltene Mischung muß um einen Volumenfaktor von wenigstens 3 verdichtet werden. Dies kann vorteilhafterweise in einer Strangpresse erfolgen, wobei dann jedoch bis zu 100 Gew.-Teile Wasser zur Herstellung der Mischung verwendet werden. 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, vor-

jo teilhafterweise 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° C, 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 beträft. Die Zerkleinerung kann jedoch auch auf einen bestimmten Bereich eingestellt werden, beispielsweise kann ein Produkt mit einer Körnung zwischen 2 und 3 mm oder einer maximalen Korngröße bis 2 mm oder :! 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 Rohdichte von 0,7 bis 1,75 g/cm³ und weist ein Porenvolumen in der Größenordnung von 35 bis 75% auf.

Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene, körnige Material kann besonders geeignet in Faserspiitzmassen verwendet werden. Hierzu wird das Material entweder in trockener Form einer Spritzdüse, an dessen Kopf es mit Wasser und einem anorganischen weiteren Bindemittel oder Zusätzen vermischt wird, zugeführt, oder es wird eine Aufschlämmung des körnigen Materials mit Wasser und mindestens einem anorganischen Bindemittel hergestellt und verspritzt. Als solche Zusätze können entv/eder Phosphatbindemittel oder auch hydraulisch abbindende Bindemittel wie Portlandzement oder hoelileiierfestc Zemente wie Tonerdeschmelzzement y.ugc-

f>5 setzt werden, ebenfalls ist der Zusatz anderer üblicher Zuschläge bei der Verwendung als Fascispritzmasse möglich. Ebenfalls ^;st ein Verspritzen unter Zusatz von Wasser. Bindemittel und keramischen Kisem

möglich. Bei der Verwendung des erfindungsgemäßen körnigen Materials in Faserspriumassen ist der Vorteil gegeben, daß diese Faserspritzmassen weniger Wasser zum Aufspritzen benötigen wobei die Wassereinsparung bis zu 50% betragen kann. Wpiserhin ist die Vernebelung der Fasern weitgehend htiab gesetzt. Bei der erfindungsgemäßen Verwendung in Fcserspritzmassen 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 Fall 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 Fcucrungsräurne sind beispielsweise in der deutschen Auslegeschrift 2832079 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 erfmdungsgemäßen Faserspritzmassen auszuspritzen, die nach dem Trocknen eine kompakte Isolierschicht ergeben, welche keine Abdeckplatte benötigt.

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° C. wouei dann die Einzelkörner dieses Materials kein Bindemittel mehr erhalten, so daß die elastischen Ei genschaften 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 Rißbildung aufweisen, da die Spannungen durch die elastischen Einzelkörner der Faserkörnung aufgehoben werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden unterschiedliche Wassermengen bei dei 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 Wasscrmcngen von .S Hjs 25 Gew.-Teilen ausreichend, falls das Verdichten jedoch auf einer Strangpresse durchgeführt wird, ist üie in u\cxi Smid a) ^auu^tzendc Wn&- senneiige höher, sie kann bis zu HK) Gew.-Teile betragen. Aufgrund einfacher Vorversuche kann die zu verwendende \V«:-se::Tien<T·". ^ joch ohne weiteres bestimmt werden. Die verwenuete Wuaaornw.ge hängt auch davon ab, wie groß die in der Stufe a) zugesetzte Menge an Ton, feinst zerteiltem AI₂O, bzw. den anderen genannten, feinst zerteilten Bestandteilen ist, wobei insbesondere bei Verwendung von kolloidalem

ίο SiO₂ und kolloidalem AIiO₃ größere Wassermengt-r, vorteilhaft sein können.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert. Hierbei wurden keramische Fasern A mit 47% Al₂O₃ und 53% SiO₂ oder Fasern B

is mit 95% Al₂O₃ und 5% SiO₂ verwendet.

Beispiele 1 bis 5
Es wurden folgende Ansätze verwendet:

Bsp.

keramische Fasern A 10'¹ — — — 50

keramische Fasern B — 100 100 100 50
Bindeton (mit 35%

Al₂O₃) 15 6 — 4 —

Chromoxid, <63 μπι — 4 4 — —

kolloid. SiO, — — 6 2 4

kolloid. Al₂O₃ — — — — 6

Methylcellulose, fest 6 — — 4 1

Sulfitablauge, fest — 7- 2 — —

Schamottemehl 2 — — — —

Wasser 25 10 15 12 25

In einem 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 ingesamt 20 Minuten gemischt.

Diese Mischung wurde in einer Brikettiereinrichtung um die angegebenen Volumenfakloren verdichtet, dann 12 Stunden bei 120° C getrocknet und abschließend auf eine maximale Korngröße von etwa 6 mm zerkleinert. An den erhaltenen Faserkörnungen wurden die folgenden Eigen .schäften bestimmt:

Bsp.

Rohdichte

(g/cm³) 1,25 1.09 1.15 1.20 1.23

Verdichtungsfaktor 5,4 7.2 6,8 6,0 6.5
Porenvolumen,
Pg, (Vol.-%) 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 Farern verwendet wurden. Das Aufschließen der Fasern erfolgte in einem Turbo-Mischer während 5 Minuten. Anschließend wurden die übrigen Zusätze eingegeben unJ während 2 Minuten eingemischt.

Das Verdichten erfolgte in eine" hydraulischen Presse zu Steinen von 25Ox 12f> x 30 mm. du:se wur-

M den 12 Stunden bei 120 C getrocknet und anschließend auf eine maximale Korngröße von ^Λ mm zerkleinert. An den erhaltenen Faserkoniiiiijien wurden folgende Eigenschaften bestimmt:

Rohdichte
(g cm')
Verdichtungsfiiktnr

Porenvolumen
Pg. (VoI-'

) 5ft.(

1.95

7"*

7.2 71.7

III

.(14

ftft .ft

Fie i sρie I 11

Hs wurde der Ansät/ von Beispiel ft mit der Ausnahme verwendet, daß S(I Gew.-Teile Wasser eingemischt wurden. Die Verdichtung erfolgte in einer

Stnmgpre ■ ·. wobei hier der Querschnitt eier Düse 25(1 χ IW mm betrug. Die ;tus der Strangpresse austretenden Rohbiit/en wurden auf geeignete Langen abgeschnitten und 24 Stunden bei 12(1 C getrocknet. Anschließend wurden die erhaltenen, getrockneten Bat/en nut eine maximale Korngröße von 3 mm zerkleinert. An det erhaltenen l'aserkorniing wurden folgende Figenschaften bestimmt:

Rohdichte

(gern"') (i.^lJ5

Verdichtungsfaktor 3.2

Pg. (VoI.-', ) ft2.7

Claims

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 Al₂O₃ und/oder feinst zerteiltes SiO₂ und/oder Aluminiumhydroxide und/oder feinst zerteilte Magnesia und/oder feinst zerteiltes Titandioxid und/oder feinst zerteiltes Chromoxid, 0 bis 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 I, 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 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel Sulfitablauge in fester Form oder als Lösung verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel Methylcellulose in fester Form und/oder als Lösung in Wasser verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß als andere Feuerfestzusätze Porzellanmehl oder Schamotte verwendet werden.

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 I., dadurch gekennzeichnet, daß in Stufe b) die Verdichtung in einer Brikettiereinrichtung durchgeführt wird.

10. Abwandlung des Verfahrens nach Anspruch

1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Durchführung der Verdichtung in Stufe 'u) durch Strangpressen in der Stufe a) bis zu 100 Gew.-Teile Wasser zur Herstellung der Mischung verwendet werden.

11. Keramische Fasern enthaltendes, körniges, feuerbeständiges oder feuerfestes Material, hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis K).

12. Verwendung des keramische Fasern enthaltenden, körnigen, feuerbeständigen oder feuer- ^h'"> festen Materials nach Anspruch 11 in Fascrspritzm.issi-n.

]}. Verwendung do keramische Fasern enthaltenden, körnigen, feuerbeständigen oder feuerj festen Materials nach Anspruch 11 als Zuschlag in bei irn Betrieb auf Spannungen beanspruchte!] feuerbeständigen oder feuerfesten Bauteilen.