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Verfahren zur Herstellung hochporösen, feuerfesten Isoliermaterials
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung hochporösen, feuerfesten Isoliermaterials.
Bisher wurden feuerfeste Isolierziegel in manchen Fällen aus feuerfestem Material, üblicherweise aus Schamotteton oder Kaolin hergestellt und derart ausgebildet, dass sie sehr porös und daher von geringer Dichte sind. Ihre thermische Leitfähigkeit ist ihrer Dichte im wesentlichen proportional, d. h., je höher die Porosität umso niederer ist die thermische Leitfähigkeit. Sie werden als Auskleidungen für Feuerungen od. dgl. zur Speicherung der Hitze verwendet.
Das bisher allgemein angewendete Verfahren zur Herstellung derartiger Ziegel besteht darin, dem feuerfesten Ton ein brennbares Material, vielfach Sägemehl, beizumischen. Diese Mischung wird in Ziegelformat geformt, getrocknet und hierauf in einem Ofen gebrannt, wobei das brennbare Material herausgebrannt wird und eine poröse Struktur im Fertigprodukt resultiert. Wegen der bei diesem Verfahren auftretenden starken Schrumpfung ist es sehr schwierig, Ziegel mit einem für ihre Zwecke zufriedenstellenden Genauigkeitsgrad herzustellen, ausser sie werden mit Übermass gefertigt und nachfolgend auf geeig-
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Ferner stellt die Herstellung derartiger Ziegel einen zeitraubenden Vorgang dar und das Brennen in grösseren Mengen ist schwierig zu kontrollieren und verursacht grossen Abfall.
Ein anderes bekanntes Verfahren zur Erzeugung der Porosität in einem Ziegel besteht darin, in der den Ziegel bildenden Mischung eine grössere Menge von Gasblasen zu erzeugen. Dies wird im allgemeinen als Schaum-Verfahren bezeichnet und hat den Nachteil, dass Mass, Gestalt und Dichte des fertigen Ziegels nur schwer einzuhalten sind.
Ein weiteres bekanntes Verfahren besteht darin, die trockene, gegebenenfalls gemahlene Tonmasse mit einem brennbaren Material, üblicherweise Kohle oder Koks, zu mischen und hierauf in einem Sinterapparat zu brennen, wobei durch das Herausbrennen des brennbaren Materials ein poröser gebrannter Ton entsteht. Dieser kann hierauf gemahlen, mit einem Bindeton vermischt und in Ziegelformat geformt, getrocknet und in der Folge in einem Ofen zum Enderzeugnis gebrannt werden. Bei einem derartigen Verfahren ist es möglich, massgenaue Ziegel zu erzeugen. Es ist jedoch üblicherweise auf die Verwendung von Ton beschränkt, bei dem während des Sintervorganges ein Aufblähen oder eine Ausdehnung der Körner vorhanden ist.
Aus diesem und ändern Gründen können hochfeuerfeste Tone nicht verwendet werden, erstens weil sie keine Neigung zum Aufblähen haben und zweitens weil die Tone mit der Asche der Kohle oder des Koks, mit dem sie zur Bildung eines Sinters vermischt werden, verunreinigt werden, was ihre Feuerfestigkeit erniedrigt und daher dieses Verfahren auf die Herstellung von Isolieiziegeln für relativ niedere Temperaturen beschränkt. Ferner entsteht bei diesem Verfahren üblicherweise keine Masse von genügend niederer Dichte oder hoher Porosität, um einen hochwirksamen Ziegel herzustellen. Der dabei entstehende gebrannte Ton hat eine Packungsdichte von etwa 0, 8 g/cm'oder mehr, wenn er auf das für die Ziegelherstellung geeignete Mass gesichtet ist.
Es ist ferner bereits vorgeschlagen worden, den Teilchen eines Materials im Ofen eine zellenartige Struktur zu geben. Derartige geblähte Teilchen sind von leichtem Gewicht im Verhältnis zu ihrer Grösse und werden aus dem Ofen nach oben ausgetragen, sobald sie genügend leicht geworden sind. Die restlichen zu schweren Teilchen fallen nach unten und scheiden aus. Dementsprechend muss ebenfalls eln
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toniges Material verwendet werden, dessen Teilchen dehnbar sind.
Im übrigen haftet das Material in erweichtem Zustand an den Wänden des Ofens in solcher Form, dass sich entsprechend des verwendeten Temperaturen eine glasartige Schicht an den Wänden bildet, welche von Zeit zu Zeit durch spezielle Vorrichtungen entfernt werden muss, so dass dieses Material nur mehr als Abfall anzusehen und daher verloren ist.
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vorgeschlagen, bei dem toniges oder anderes feuerfestes Material in Form getrennter Teilchen mit einem gasförmigen Medium in die heisse Zone eines Ofens mit lotrecht angeordneter Kammer eingeführt wird, deren oberer Teil die heisse Zone und deren unterer Teil eine kühlere Zone bilden, wobei die Teilchen und das gasförmige Medium einer heftigen Bewegung unterworfen werden, so dass die Teilchen aufeinander und gegen die Wände in der heissen Zone der Ofenkammer auftreffen.
Das Besondere dieses Verfahrens besteht darin, dass die Teilchen unter Druck, vorzugsweise tangential in die heisse Zone der Kammer zusammen mit der Verbrennungsluft eingebracht und durch Erzeugung einer genügend hohen Temperatur, z. B. von etwa 1000 bis 17500 C, unter Vermeidung einer vollständigen Vereinigung in einen pyroplasti- sehen, d. h. klebrigen Zustand gebracht werden, so dass die Teilchen in. Haufen zu künstlichen, hochporö- sen Agglomeraten zusammenkleben, bis sie schwer genug sind, dass sie die Haftung an den genannten Wänden überwinden und von diesen in die kühlere Ofenzone fallen, von wo sie als gebrannte und gehärtete, künstlich geformte feuerfeste Agglomerate hoher Porosität entfernt werden.
Die künstlich gebildeten, gebrannten Agglomerate können mechanisch zu kleineren Agglomeraten gebrochen werden, die eine Packungsdichte von etwa 0, 24 bis 0,72 g/cm3 aufweisen.
Die Porosität des erfindungsgemäss hergestellten Materials wird durch das Vorhandensein von Zwi- schenräumen sowohl zwischen den aneinanderhaftenden Teilchenanhäufungen als auch zwischen den aneinanderhaftenden einzelnen Teilchen bewirkt.
Die Teilchen des Ausgangsmaterials können einen Feuchtigkeitsgehalt in der Höhe von 15 Gew. -0/0 aufweisen. Vorzugsweise soll er jedoch 51o nicht übersteigen.
Das zur Verbrennung in der Ofenkammer bestimmte Medium, z. B. Gas, Öl oder gepulverter Brennstoff, wird durch Brenner oder andere geeignete Mittel in die Kammer eingeführt.
Die in der heissen Zone des Ofens erforderliche Temperatur kann, wie erwähnt. Innerhalb eines Bereiches von 1000 und 16500 C variieren, je nach dem verwendeten besonderen feuerfesten Material und der Temperatur, bei der die Teilchen pyroplastisch werden. Bei dem verwendeten Material ist es nicht notwendig, dass die Teilchen in ihrem unbehandelten Zustand plastisch sind. Die Grösse der Teilchen ist derart, dass sie von den turbulenten heissen Gasen leicht in Suspension gehalten werden.
Ein Beispiel eines feuerfesten Materials, das verwendet werden kann und das zwischen 1250 und 130ci C pyroplastisch wird, ist ein typischer Schamotteton folgender Zusammensetzung :
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<tb>
<tb> Gew. <SEP> -10 <SEP>
<tb> SiOg <SEP> 4S. <SEP> 55 <SEP>
<tb> Al <SEP> 31, <SEP> 94 <SEP>
<tb> Fe. <SEP> 3, <SEP> 04 <SEP>
<tb> Tir <SEP> 1,28
<tb> CaO <SEP> 0, <SEP> 25
<tb> MgO <SEP> 0, <SEP> 77 <SEP>
<tb> NaO <SEP> 0, <SEP> 30 <SEP>
<tb> KO <SEP> 2, <SEP> 33 <SEP>
<tb> Glühverlust <SEP> 13, <SEP> 35
<tb>
Ein anderes Beispiel eines feuerfesten Materials und eines, das zwischen 1600 und 16500 C pyroplastisch wird, ist Sillimanit mit der folgenden Zusammensetzung :
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<tb>
<tb> Gew. <SEP> -%
<tb> SiO2 <SEP> 35,70
<tb> A10 <SEP> 62, <SEP> 28 <SEP>
<tb>
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<tb>
<tb> FeO <SEP> 1, <SEP> 74 <SEP>
<tb> TiO <SEP> Ö, <SEP> 18 <SEP>
<tb> MgO <SEP> 0, <SEP> 13 <SEP>
<tb> CaO <SEP> Spuren
<tb>
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Handeines Ofens dar, der zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeignet ist. Fig. 2 ist ein Grundriss des Ofens nach Fig. 1 und Fig. 3 stellt eine Mikroaufnahme in 15-facher Vergrösserung der Oberfläche eines sehr dünnen Schnittes eines Bruchstücke eines grösseren, erfindungsgemäss hergestellten Agglomerates dar.
Nach den Fig. l und 2 umschliesst eine Mauerung 10 mit im Querschnitt rechteckiger Aussenbegrenzung eine senkrechte Ofenkammer 11 von kreisförmigem Querschnitt, die sich von der Gewölbedecke 12 abwärts gegen den Boden 13 zu verjüngt. Im unteren Teil der Ofenkammer ist eine Öffnung 14 zur Ableitung der Abgase vorgesehen.
Im oberen Teil der Ofenkammer 11 wird durch vier Brenner 15 ein brennbares Medium eingeführt.
Die Brenner 15 brennen durch die Decke 12 tangential im Winkel von etwa 300 zur Lotrechten abwärts und werden mit einem durch eine Rohrverzweigung 16 geleiteten brennbaren Medium aus einer nicht dar- gestellten Bezugsquelle gespeist.
Unmittelbar unterhalb der Decke 12 sind in Abständen am Umfang der Ofenkammer 11 vier Einlässe 17 für Zusatzluft vorgesehen, die vorerhitzt ist und durch ein Zufuhrrohr 18 und Abzweigrohren 19 geleitet wird, wobei die letzteren mit je einem Einlass 17 in Verbindung stehen.
Die Zusatzlufteinlässe 17 sind so angeordnet, dass sie in die Ofenkammer 11 tangential zu dieser münden und dabei eine Wirbelbewegung der Zusatzluft und des in die Ofenkammer durch die Brenner 15 zugeführten brennbaren Mediums bewirken.
Über einen Bereich, der die heisse Zone 20 der Ofenkammer bildet, hängt von der Mitte der Decke 12 abwärts in die Ofenkammer eine Säule 21 von rundem Querschnitt, wodurch eine ringförmige Ausbildung der genannten heissen Zone 20 entsteht.
Die Zusatzluft wird durch das Zufuhrende 22 dem Rohr 18 zugeführt, das in einen Abgasfeuerkanal 23 eintritt und diesen durchläuft. Der Kanal 23 verbindet die Auslassöffnung 14 in der Ofenkammer mit dem Kamin 24 des Anbaues 25. Die genannte Röhre für die Zusatzluft wird durch den Kontakt mit den heissen Abgasen, die die Ofenkammer verlassen, erhitzt.
An der Stelle, an der die Zufuhrröhre für die Zusatzluft den Kanal 23, wie bei 26 dargestellt, verlässt, ist das genannte Rohr mit einem Aufgabetrichter 27 an der Druckseite eines Gebläses 28 versehen.
Das in der Ofenkammer zu behandelnde Material wird in zerteilter Form in den Trichter 27 eingebracht. Durch die Wirkung des Gebläses 28, das in Zufuhrrohr 18 für die Zusatzluft arbeitet, werden die Teilchen des genannten Materials in die vorerhitzte Zusatzluft eingebracht und mit dieser in die heisse Zone 20 der Ofenkammer geführt, in der eine starke Wirbelwirkung gegeben ist, während die Teilchen einer entsprechend hohen Temperatur über einen Zeitraum ausgesetzt sind, die ergibt, dass die Teilchen pyroplastisch werden.
Infolge der ringförmigen Ausbildung der heissen Zone 20 der Ofenkammer 11 wird durch den auf die Teilchen einwirkenden Wirbelvorgang die Wirkung eines Zyklons ausgeübt und eine dadurch bewirkte Zentrifugalkraft erzeugt, die ein Aufprallen der einzelnen Teilchen untereinander und gegen die Wand der Ofenkammer und die Oberfläche der Mittelsäule verursacht, derart, dass bei Erreichung des pyroplastischen Zustandes der Teilchen, diese aneinander und in Haufen an den genannten Wänden haften und zu Agglomeraten wachsen, wie bei 29 in Fig. 1 gezeigt ist, bis sie so schwer werden, dass sie infolge der Schwere von den genannten Wänden auf den Boden der Ofenkammer und daher in eine kühlere Zone der genannten Kammer fallen.
Der Boden 13 der Ofenkammer kann gegen die Austragöffnung 30 abwärts geneigt sein, so dass die Agglomerate selbsttätig, wie sie anfallen, aus der Ofenkammer ausgestossen oder von Hand durch eine Räumkrücke 31 zur Abkühlung ausgetragen werden.
Aus Fig. 3 ist zu ersehen, dass ein künstlich gebildetes Agglomerat, wie es nach vorliegender Erfindung hergestellt wird und mit einer Feinheit, die für eine Einlagerung in eine Mischung zur Verformung in poröse feuerfeste Ziegel gering genug ist, von hoher Porosität ist, die durch die Zwischenräume 32 hervorgerufen wird, die zwischen den aneinanderhaftenden Teilchenhaufen 33 auftreten.
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Wenn die Agglomerate für die Herstellung poröser feuerfester Isolierziegel oder anderer Formkörper verwendet werden, werden diese Agglomerate, wie sie von der Ofenkammer kommen, jedoch in gekühltem und gehärtetem Zustand, durch Durchsatz durch Siebwalzen in kleinere Agglomerate gebrochen, in verschiedene Abmessungen gesiebt und sortiert, so dass die grösste Abmessung durch ein Sieb mit z. B.
4, 76 mm Maschenweite geht. Diese Fraktion wird weiter mit den noch feineren Anteilen und mit einem geeigneten Schlamm, der aus Wasser und einem Bindemittel besteht, unter Bildung einer feuchten Mi-
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kann ein Zusatzmittel beigefügt werden, das mindestens aus einem der folgenden Stoffe besteht : Alkalisulfitlauge und Core Gum oder ähnliche Bindemittel.
Wenn die erfindungsgemäss hergestellten Agglomerate, wie sie vom Ofen anfallen, gebrochen und gesichtet werden, haben sie eine Packungsdichte von etwa 0, 24 bis 0, 72 g/cm , je nach der Klassierung.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung hochporösen, feuerfesten Isoliermaterials, bei dem toniges oder anderes feuerfestes Material in Form getrennter Teilchen mit einem gasförmigen Medium in die heisse Zone eines Ofens mit lotrecht angeordneter Kammer eingeführt wird, deren oberer Teil die heisse Zone und deren unterer Teil eine kühlere Zone bilden, wobei die Teilchen und das gasförmige Medium einer heftigen Bewegung unterworfen werden, so dass die Teilchen aufeinander und gegen die Wände in der heissen Zone der Ofenkammer auftreffen, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen unter Druck, vorzugsweise tangential in die heisse Zone der Kammer zusammen mit der Verbrennungsluft eingebracht und durch Erzeugung einer genügend hohen Temperatur, z.
B. von etwa 1000 - 17500 C, unter Vermeidung einer vollständigen Vereinigung in einen pyroplastischen, d. h. klebrigen Zustand gebracht werden, so dass die Teilchen in Haufen zu künstlichen, hochporösen Agglomeraten zusammenkleben, bis sie schwer genug sind, dass sie die Haftung an den genannten Wänden überwinden und von diesen in die kühlere Ofenzone fallen, von wo sie als gebrannte und gehärtete, künstlich geformte, feuerfeste Agglomerate hoher Porosität entfernt werden.