CS208580B1

CS208580B1 - Heat-isolation elements from the anorganic fibres determined for the high temperatures

Info

Publication number: CS208580B1
Application number: CS582879A
Authority: CS
Inventors: Josef Pridal; Vladimir Franc; Frantisek Kasnik
Original assignee: Josef Pridal; Vladimir Franc; Frantisek Kasnik
Priority date: 1979-08-28
Filing date: 1979-08-28
Publication date: 1981-09-15

Description

Vynález se týká tepelně-izolačních prvků z anorganických vláken, určených pro vysokoteplotní aplikace.The invention relates to thermal insulating elements of inorganic fibers intended for high temperature applications.

Jak je známo, náleží hmoty na bázi anorganických vláken především k velmi dobrým tepelným izolantům vzhledem k velkému množství dutin a komůrek, existujících ve vláknitých strukturách, vyplněných vzduchem. Poměrně malé rozměry těchto komůrek zamezují proudění uzavřeného vzduchu a umožňují tak využít jeho vysokou izolační schopnost. Při vhodně zvolených objemových hmotnostech za účelem omezení rovněž množství tepla, šířícího se vedením, představují vláknité izolační hmoty vysoce efektivní materiál, při jehož aplikacích se s výhodou využívají další příznivé vlastnosti; náleží k nim nehořlavost, dobrá odolnost vůči řadě vnějších vlivů atd. Zvlášť příznivá je vysoká tepelná odolnost, daná anorganickým charakterem vláken. V oblasti teplot, blížících se mezní tepelné odolnosti daného typu anorganických vláken dochází však k řadě změn ve vlákně samotném a na jeho povrchu, majících dopad na vlastnosti vláken, zejména pevnost, objemové změny, pružnost atd. U přírodních vláken (osinek) dochází již při poměrně nízkých teplotách k vypuzování vázané vody; u vláken, připravovaných z taveniny, se opět projevuje počátek krystalizace a její důsledky na vnitřní pnutí vláken, aj. Pro použití jako vysokoteplotní izolace mají rozhodující praktický význam objemové změny — smrštění vláknitých izolací, které působí provozní potíže a může značně ovlivnit efektivnost až použi2 telnost izolace pro dané teploty vůbec. Proto bývá přípustná hodnota smrštění limitována; velikost smrštění jednotlivých typů vláknitých izolací při různých teplotách v porovnání k této limitní hodnotě, jež činí obvykle 3 %, pak určuje jejich praktickou teplotní odolnost. Pokud se týká samotných vláken, pak běžná skleněná vlákna je možno příkladně používat do teplot 350 až 400 °C, strusková vlákna do cca 600 °C, čedičová do cca 700 °C; pro ještě vyšší teploty slouží žárovzdorná hlinitokřemičitá vlákna s teplotní odolností do 1260 °C až 1450 °C podle použitého poměru základních složek, nověji pak vlákna na bázi čistých kysličníků (A1₂O₃, ZrO₂), odolná do 1600 °C. Tyto poslední typy vláken nahrazují úspěšně klasické žárovzdorné vyzdívky z těžkých materiálů u novodobých konstrukcí pecí. Vlákna se zpracovávají různými technologiemi, zejména s použitím mokrého procesu na různé výrobky, umožňující anebo usnadňující montáž vláknitých izolací. Pro potřebnou soudržnost a manipulační pevnosti se používá přísada pojiv.As is well known, inorganic fiber-based materials are primarily very good thermal insulators due to the large number of cavities and chambers existing in air-filled fibrous structures. The relatively small dimensions of these chambers prevent the flow of enclosed air and thus make use of its high insulating capacity. At appropriately selected bulk weights to limit also the amount of heat propagating through the conduit, the fibrous insulating materials are a highly effective material, the application of which advantageously utilizes other favorable properties; These include non-flammability, good resistance to many external influences, etc. Especially favorable is the high heat resistance given by the inorganic nature of the fibers. However, in the region of temperatures approaching the ultimate thermal resistance of a given type of inorganic fibers, there are a number of changes in the fiber itself and on its surface, affecting the fiber properties, in particular strength, volume changes, elasticity, etc. relatively low temperatures to expel bound water; In the case of fibers prepared from the melt, the onset of crystallization and its consequences on the internal stress of the fibers, etc. are again manifested. For use as high temperature insulation, volume changes - shrinkage of fiber insulation, which cause operational difficulties and can significantly affect efficiency and applicability insulation for a given temperature at all. Therefore, the permissible shrinkage value is limited; the shrinkage rate of each type of fiber insulation at different temperatures compared to this limit value, which is typically 3%, determines their practical temperature resistance. With respect to the fibers themselves, conventional glass fibers can be used, for example, at temperatures of from 350 to 400 ° C, slag fibers to about 600 ° C, basalt to about 700 ° C; for even higher temperatures, refractory aluminosilicate fibers with a temperature resistance up to 1260 ° C to 1450 ° C are used, depending on the ratio of basic components used, more recently fibers based on pure oxides (A1 ₂ O ₃ , ZrO ₂ ), resistant up to 1600 ° C. These last types of fibers have been successfully replacing conventional refractory linings made of heavy materials in modern furnace designs. The fibers are processed by a variety of technologies, in particular by using a wet process to a variety of products, enabling or facilitating the assembly of fiber insulation. A binder additive is used for the necessary cohesion and handling strength.

Nevýhodou výrobků ze žárovzdorných vláken je obecně poměrně vysoká cena, jež značně převyšuje cenu výrobků z běžných minerálních struskových nebo čedičových vláken. Tato vysoká cena nepříznivě ovlivňuje náklady na instalaci vláknitých žárovzdorných vyzdívek a snižuje dosažitelný ekonomický efekt.The disadvantage of refractory fiber products is generally a relatively high price which significantly exceeds the cost of conventional mineral slag or basalt fiber products. This high price adversely affects the cost of installing fiber refractory linings and reduces the achievable economic effect.

Výše uvedené nevýhody odstraňují vysokoteplotní, tepelně izolační prvky z anorganických vláken podle vynálezu, jehož podstataThe above-mentioned disadvantages overcome the high temperature, thermal insulating elements of the inorganic fibers according to the invention, whose essence

208 580208 580

208 580 je v tom, že sestávají z 99 až 42 hmotnostních % vláknité složky, obsahující 99,5 až 60 % hlinitokřemičitých vláken a 0,5 až 40 % minerální vlny s obsahem maximálně 50 % vysokopecní strusky, z 0,9 až 8 hmotnostních % organického pojivá a 0,1 až 50 hmotnostních % anorganických koloidních anebo jemně disperzních látek. Vedle uvedených zložek mohou prvky podle vynálezu obsahovat do 3 hmotnostních % celulózových vláken, pro zlepšení retence, do 10 hmotnostních % antimigračních prostředků a do 0,005 hmotnostních % polyakrylamidu jako flokulační přísadu, vztaženo na celkový obsah pevných složek.208 580 consists of 99 to 42% by weight of a fibrous component containing 99.5 to 60% aluminosilicate fibers and 0.5 to 40% mineral wool containing not more than 50% blast furnace slag, 0.9 to 8% by weight % of an organic binder and 0.1 to 50% by weight of inorganic colloidal or finely dispersed substances. In addition to these components, the elements of the invention may contain up to 3% by weight of cellulose fibers to improve retention, up to 10% by weight of antimicrobial agents, and up to 0.005% by weight of polyacrylamide as a flocculating additive based on the total solids content.

Bylo zjištěno, že je možno určitý podíl hlinitokřemičitých vláken ve vláknité žárovzdorné izolaci nahradit minerálními, s výhodou čedičovými vlákny, anebo struskovými vlákny s obsahem čediče, aniž by došlo k podstatnějšímu ovlivnění hodnoty smrštění a tím limitu teplotní odolnosti dané izolace. Příkladně náhrada hlinitokřemičitých vláken s obsahem A1₂O₃ do cca 55 hmotnostních % vlákny minerálními v rozmezí do cca 40 hmotnostních %, vztaženo jen na vláknitou složku, nezvyšuje hodnotu smrštění výsledného prvku při pracovní teplotě 1100 °C nad hranici 3 %.It has been found that a certain proportion of aluminosilicate fibers in the fibrous refractory insulation can be replaced by mineral, preferably basalt, or slag fibers containing basalt, without substantially affecting the shrinkage value and thus the temperature resistance of the insulation. For example, substitution of aluminosilicate fibers having an Al ₂ O ₃ content of up to about 55% by weight with mineral fibers in the range of up to about 40% by weight, based only on the fiber component, does not increase the shrinkage value of the resulting element at 1100 ° C above 3%.

Jako organické koloidní, případně jemně disperzní přísady, zajišťující zlepšenou soudržnost a pevnost, jakož i odolnost vůči proudění plynů, zejména po vyhoření organického pojivá je výhodné použít úlet z výroby krystalického křemíku, případně sol SiO₂, hydratované soli hliníku nebo zirkonia či bentonit.As organic colloidal or finely dispersed additive that provides improved consistency and strength as well as resistance to gas flow, in particular after burnout of organic binder is advantageous to use microsilica from the manufacture of crystalline silicon or SiO ₂ sol, hydrated aluminum salts or zirconium or bentonite.

Použité organické pojivo zde slouží k zajištění soudržnosti, umožnění manipulace a usnadnění instalace prvků dle vynálezu. Je účelné použít latexy, splňující požadavky co do tuhosti příp. ohebnosti a tvarovatelnosti výsledné izolace, poskytující nezávadné a nekorozívní rozkladné produkty a vhodné pro technologii tváření za mokra. Vhodné jsou příkladně anionické disperze terpolymerů vinýlacetátu, esteru kyseliny akrylové a derivátu kyseliny maleinové, anionické disperze vinylacetát-akrylátových kopolymerů, disperze styrenbutadienové, případně měkčené typy těchto ter- a kopolymerů, dále polyvinylacetátové disperze aj., jež se srážejí síranem hlinitým a poskytují film o vyhovující tuhosti, případně ohebnosti. Je rovněž možno použít jako pojivo škrob, s výhodou bramborový škrob, případně škrobový maz, anebo kombinace škrobu a škrobového mazu. Pro zlepšení retence a čistoty podsítových vod je možno použít přísadu menšího množství hydratované celulózy; s výhodou je možné použít též přísadu flokulantů na bázi polyakrylamidu, vnášeného do suspenze těsně před nátokem formovacího stroje. Je účelné použít spolu s pojivý, jež mají sklon k migraci při sušení prvků, přísadu antimigračních prostředků.The organic binder used here serves to ensure cohesion, facilitate handling and facilitate installation of the elements of the invention. It is advisable to use latexes, which meet the requirements in terms of stiffness, resp. the flexibility and formability of the resulting insulation, providing harmless and non-corrosive degradation products and suitable for wet forming technology. Examples of suitable are anionic dispersions of vinyl acetate terpolymers, acrylic ester and maleic acid derivative, anionic dispersions of vinyl acetate-acrylate copolymers, styrene-butadiene dispersions, or softened types of these ter- and copolymers, polyvinyl acetate dispersions, etc. which precipitate aluminum sulphate and satisfactory stiffness or flexibility. It is also possible to use starch, preferably potato starch or starch sebum, or a combination of starch and starch sebum, as binder. To improve the retention and purity of the underwater water, it is possible to use a minor amount of hydrated cellulose; preferably, it is also possible to use a polyacrylamide-based flocculant added to the suspension just prior to the inflow of the molding machine. It is expedient to use, together with a binder which tends to migrate during the drying of the elements, an additive of antimicrobial agents.

Výhoda izolačních prvků z anorganických vláken dle vynálezu, určených pro vysokoteplotní aplikace spočívá především v tom, že umožňují zlevnění vláknitých izolačních vyzdívek pecních prostorů bez znatelnějšího ovlivnění vlastností a kvality izolace. Předností mokrého způsobu přípravy prvků dle vynálezu je jednoduchost homogenizace minerálních a hlinitokřemičitých vláken v důsledku jejich podobného chování v neutrálním vodném prostředí a snadnosti dispergace. Postupuje se příkladně tak, že se v míchacím zařízení např. typu hydropulper rozmíchá nejprve vláknitá složka, použitá v menším podílu, přidá se druhá vláknitá složka, použitá pojivá a případně další přísady. Latexy se vnášejí ve formě zředěné disperze, škrob může být přidáván v práškové formě, anebo jako škrobový maz. Po rozmíchání se provede případně srážení roztokem síranu hlinitého, suspenze o koncentraci 0,2 až 5,0 hmotnostních % se podrobí separaci granálií a přečerpá se do zásobní nádrže sítového stroje. Před nátokem je možno přidávat roztok flokulačního prostředku. Mokrý koberec, vytvořený v odvodňovací části sítového stroje se po úpravě tloušťky podrobuje sušení, formátování a případně další úpravě. Suspenzi vláken a pojiv je možno zpracovat rovněž vakuovým formováním za použití sítových forem na tvarované prvky.The advantage of the inorganic fiber insulating elements according to the invention, intended for high-temperature applications, lies in the fact that they make the fiber insulation lining of the furnace space cheaper without appreciably affecting the properties and quality of the insulation. The advantage of the wet process for preparing the elements of the invention is the ease of homogenization of the mineral and aluminosilicate fibers due to their similar behavior in a neutral aqueous medium and ease of dispersion. For example, the fiber component used in a smaller proportion is mixed in a hydropulper mixer, for example, the second fiber component, the binder used and optionally other additives are added. The latexes are introduced in the form of a dilute dispersion, the starch can be added in powder form or as a starch grease.After stirring, precipitation is optionally carried out with an aluminum sulphate solution; into the storage tank of the sieve machine. The flocculant solution may be added prior to inflow. The wet carpet formed in the dewatering section of the screen machine is subjected to drying, formatting and possibly further treatment after the thickness has been adjusted. The suspension of fibers and binders can also be processed by vacuum molding using screen forms to form the elements.

Příklad 1Example 1

Byla připravena serie desek rozmícháním vláknité složky a pojiv ve vodě na suspenzi, jež byla po homogenizaci odvodněna a mokrý koberec vysušen. Bylo použito vždy 400 g vláknité složky, obsahující v odstupňovaném poměru hlinitokřemičitá vlákna a minerální vlnu, připravenou ze vsázky 50 % čediče a 50 % vysokopecní strusky, jako pojivo byl použit latex na bázi akrylátového kopolymerů, srážený roztokem síranu hlinitého. Dále bylo přidáno 10 g dispergovaného úletu z výroby krystalického křemíku. Rozměr připravených desek činil 34X34 cm; jako kontrolní vzorky byly připraveny rovněž deska z čistých hlinitokřemičitých vláken a deska z čistých vláken minerální vlny. Desky byly rozřezány na menší vzorky, které byly vyhřívány po dobu 24 h při různých teplotách a byly měřeny dodatečně lineární změny. Desky s obsahem minerální vlny do 40 hmotnostních °/o, vztaženo na celkový obsah vláknité složky, vykazovaly hodnoty smrštění při 1100 °C pod 3 %.A series of plates were prepared by mixing the fibrous component and binders in water to a suspension, which was dehydrated after homogenization and the wet carpet dried. 400 g of fibrous component containing aluminosilicate fibers and mineral wool, prepared from a batch of 50% basalt and 50% blast furnace slag, was used as a binder using a latex based on an acrylate copolymer precipitated with an aluminum sulfate solution. Furthermore, 10 g of dispersed particulate from crystalline silicon production was added. The size of the prepared boards was 34X34 cm; A pure aluminosilicate fiber board and a pure mineral wool fiber board were also prepared as controls. The plates were cut into smaller samples, which were heated for 24 h at different temperatures and additionally linear changes were measured. The slabs with a mineral wool content of up to 40% by weight, based on the total fiber content, showed shrinkage values at 1100 ° C below 3%.

Příklad 2Example 2

Byla připravena serie desek rozmícháním vláknité složky a pojiv ve vodě na suspenzi, jež byla po homogenizaci odvodněna jako v příkladě 1, mokrý koberec podroben pro208 580 paření a vysušení. Bylo použito opět vždy 400 g vláknité složky, obsahující v odstupňovaném poměru hllnítokřemičitá vlákna a minerální vlnu s obsahem 50 % čediče, jež byla rozmíchána v 15 1 vody; jako pojivo byla použita na každou desku kombinace škrobu a úletu z výroby krystalického křemíku. Dále byla použita přísada 0,0004 hmotnostních % polyakrylamidu. Z výsledných desek rozměru 34X34 cm byly připraveny menší vzorky, které byly vyhřívány po dobu 2 h při různých teplotách a byly měřeny dodatečné lineární změny. Vzorky z desek do obsahu 40 % minerální vlny ve vláknité složce vykazovaly při 1150 °C hodnotu dodatečného smrštění v poměrně úzkém rozmezí a pod hodnotou — 3,0 °/o.A series of plates were prepared by mixing the fibrous component and binders in water to a suspension, which after homogenization was dewatered as in Example 1, the wet carpet was subjected to steaming and drying for 20880. Again, 400 g of a fibrous component containing in each case a staggered silica filament and a mineral wool containing 50% of the basalt were mixed in 15 l of water; as a binder, a combination of starch and a drift from crystalline silicon production was used on each plate. In addition, 0.0004 wt% polyacrylamide was used. From the resulting 34X34 cm plates, smaller samples were prepared, which were heated for 2 h at various temperatures and additional linear changes were measured. Samples from slabs up to 40% mineral wool in the fibrous component showed an additional shrinkage value at 1150 ° C within a relatively narrow range and below - 3.0 ° / o.

Příklad 3Example 3

Byla připravena serie desek s odstuňovaným poměrem minerálních a hlinitokřemičitých vláken ve vláknité složce jako v příkladu 2 s použitím škrobu a koloidního roztoku kysličníku křemičitého jako pojivá a s přísadou hydroxyetylcelulozy jako antimigračního prostředku. Desky byly formovány ze suspenze vláken a škrobu v koloidním roztoku kysličníku křemičitého. Množství roztoku, zadrženého v mokrém koberci po odformování, činilo cca 1,5 1. Desky byly po vysušení rozřezány na vzorky a byly zjišťovány hodnoty dodatečného lineárního smrštění při různých teplotách. Výsledky byly obdobné, jako v příkladu 2.A series of plates having a reduced ratio of mineral and aluminosilicate fibers in the fibrous component as in Example 2 was prepared using starch and a colloidal silica solution as a binder and with the addition of hydroxyethylcellulose as an anti-migration agent. The plates were formed from a suspension of fibers and starch in a colloidal silica solution. The amount of solution retained in the wet carpet after demoulding was about 1.5 L. After drying, the plates were cut into samples and the values of additional linear shrinkage were determined at various temperatures. The results were similar to Example 2.

Claims

SUBJECT

High temperature thermal insulating elements of inorganic fibers, characterized in that they consist of 99 to 42% by weight of a fibrous component, comprising 99.5 to 60% aluminosilicate fibers and 0.6 to 40% mineral wool containing a maximum of 50% blast furnace slag, from 0.9 to 8% by weight of organic binder and 0.1 to 50% by weight of inorganic colloidal or dispersing substances.

2. The high temperature, thermal insulating elements of inorganic fibers according to claim 1, characterized in that they contain starch or starch oil as organic binder.

3. High temperature, thermal insulating elements of inorganic fibers according to claim 1, characterized in that they contain as an organic binder a latex precipitated by aluminum sulphate.

4. The high-temperature thermal insulating element according to claim 1, characterized in that colloidal silica is used as the dispersing inorganic substance.

5. The high-temperature thermal insulating element according to claim 1, characterized in that it contains, as a dispersing inorganic substance, a dust from the production of crystalline silicon.

6. The high temperature, inorganic fiber heat insulating elements of claims 1 to 5 comprising an additive of up to 3% by weight of the cellulosic fiber to improve retention.

7. Inorganic fiber high temperature thermal insulating elements according to claims 1 to 6, characterized in that they contain up to 0.005% by weight of polyacrylamide as a flocculating additive.

8. The high temperature thermal insulating element of claim 1, comprising an additive of up to 10% by weight of the antimicrobial agent.