CS213295B1 - Tavenina pro minerální vlákna · vysoké tepelné odolnosti - Google Patents

Abstract

Vynález se týká taveniny zejména pro minerální vlákna o vysoké tepelné odolnosti do teploty 900 °C a u vláken vybraného chemického sležení až do teploty 1 000 eC. ude tedy o vlákna, která se svými vlastnostmi blíži vláknům keramickým, přitom je lze ale vyrábět z odpadních surovin jako jsou odpadní strusky z barevné metalurgie nebo z výroby ferroslitin, odpadni šamot, zmetkové šarže při výrobě titanové běloby apod. Na 1 kg vláken z taveniny podle vynálezu se spotřebuje cca 0,5 kffh, což představuje cca 5 % energie potřebné při výrobě keramických vláken.

Description

Vynález se týká taveniny pro výrobu minerálních vláken o vysoké tepelné odolnosti,

V současné době se ve světě vyrábí· široký sortiment tepelných izolaci z umělých anorganických vláken» Po stránce tepelné odolnosti těchto izolací má však značné nedostatky. Izolace ze skleněných vláken jsou použitelné nanejvýš do teploty 550 °C, strusková vlákna do teploty 650 °C až 700 ^eC, čedičová vlákna pak do teploty 700 až 750 °C. Nad uvedenými teplotami se snižuje viskozita skloviny vláken natolik, že vlákna tvarově degradují a navzájem slinují. Izolace se smrštuje a její izolační schopnost prudce klesá. Pro teploty nad 700 °C až 750 ^eC je tedy nutno použit izolace z keramických (kaolinových) vláken. Tato vlákna jsou použitelná až do teploty 1 250 °C. U tohoto typu vláken dojde sice již při teplotách nad 950 °C ke změnám mikrostruktury vláken, avšak vyloučením nukleačnich zárodků a mikrokrystalů mullitu vzroste tvarová stálost vláken. Makrostruktura izolace se pak zachová až do teploty 1 150 až 1250 ^eC. K výrobě keramických vláken však nelze použít velkokapacitních výrobních linek a výroba je velmi náročná na čistotu surovin a na spotřebu elektrické energie pro jejich tavení. To vše ovlivňuje výrobní náklady, které jsou pak asi 30 krát vyšší než u minerálních vláken. Za současného stavu se tedy musí již od teploty 700 až 750 °C používat keramická vlákna (Resistex, Kaowool apod.). V celosvětovém sortimentu pak výrazně chybí anorganická vlákna, určená pro teploty 700 až 1 000 °C, která by se svou surovinovou základnou a výrobní technologií, (a tím i výrobními náklady) blížila vláknům skleněným nebo minerálním a přitom se při zahřívání na vyšší teploty chovala spíše jako vlákna keramická.

Tento nedostatek odstraňuje tavenina pro minerální vlákna o vysoké tepelné odolnosti podle vynálezu, jehož podstata je v tom, že tavenina obsahuje 42 až 65 % hmotnosti kysličníku křemičitého SiOg, 15 až 38 % hmotnosti kysličníku hlinitého AlgOg a 7 až 30 % hmotnosti kysličníku hořečnatého MgO, přičemž celková suma těchto hlavních kysličníků tvoří nejméně 80 % celkové hmotnosti taveniny, obsahující dále 3 až 15 % hmotnosti nukleátoru, tvořeného kysličníkem titaničitým TiOg nebo zirkoničitým ZrOg nebo směsí obou. Pro ulehčení tavení «sázky a nukleace skla může tavenina obsahovat do 2 % hmotnosti tavidla jako je fluorid vápenatý, fluorokřemičitan sodný nebo heřečnatý.

Takto vyrobená minerální vlákna počínají při zahřátí na teplotu cca 800 °C vylučovat nukleační zárodky fází, měnících se. později v mikrokrystaly cordieritu, čímž odčerpávají ze skloviny kysličníky působící jako tavidla a zvýšením viskozity skloviny zachovávají tvar vláken, a tím za běžných podmínek použití i užitnou hodnotu izolace až do teploty 900 °C a u vlá ken vybraného chemického složení až do teploty 1 000 °C.

Vlákna z taveniny o chemickém složeni podle vynálezu je možno vyrábět v jakékoliv vhodné kombinaci tavících a rozvlákňovacích agregátů, například známých z výroby skleněných a minerálních vláken, jako vanový pec, kupolová pec, rozvlákňovací trysky, vicekotoučový rozvlákňovaci stroj, způsob TEL apod. Vyrobená vlákna je pak možno zase jakýmkoliv známým způsobem zpracovat na konečný výrobek ve formě volné vlny, rohoží, matrací, měkkých až tuhých desek, skruží, lamelovaných prvků apod.

Zásadním pokrokem dosaženým tímto vynálezem je skutečnost, že z taveniny o složení podle vynálezu, je možno na technologickém zařízení používaném při výrobě minerálních nebo skleněných vláken vyrábět vlákne, jejichž chování za vyšších teplot se blíží chování vláken keramických.

213 295

Přitom lze k jejich výrobě použít odpadních surovin, jako například odpadních strusek z barevné metalurgie nebo z výroby ferroslitin, odpadního šamotu, cihel, zmetkových šarží při výrobě titanové běloby apod. Výsledkem je pak například sníženi spotřeby elektrické energie na výrobu 1 kg vlákna z 8 až 10 kWh potřebných r.a výrobu keramického vlákna na cca 0,5 kíh u vláken vyrobených dle vynálezu, řádové snížení výrobních nákladů, možnost výroby na velkokapacitních linkách.

Vynález bude dále podrobněji vysvětlen na příkladech, v nichž všechna uvedená % znamenají koncentraci hmotnostní.

Příklad 1 , V elektrické indukční peci byla vytavena vsázka, skládající se z 62 % odpadního šamotu z cowperů vysoké pece, 32 % odpadni strusky z výroby ferroslitiny, 5 % titanové běloby o nestandardní bělosti a 1 % kazivce. Tavenina měla složení: 45,29 % SiOg

33,12 % Al₂0₃ 0,45 % ^Fe2°3 4,65 % Ti0₂ 0,34 % Cr₂O₃ 1,68 % CaO

13,64 % MgO 0,54 % K₂0 0,17 % Na₂0

Tavenisa, která měla na výroku z pece teplotu 1 420 ^eC byla rozvlákněna tryskou na vlákna o průměrné tlouštce 5,1 /um a s indexem délky 5 cm. Volná vlna z těchto vláken byla podrobena mechanickým a fyzikálně-chemickým zkouškám před a po 24-hodinových výpalech na teplotu 800, 900 a 1000 ⁰C. Bylo zjištěno, že až do teploty 900 °C včetně se na vzorku neprojevily rozměrové změny. Po výpalu na teplotu 1000 °C vykázal vzorek smrštěni objemu o 4,8 %. Pevnost v tlaku, která indikuje mj. i počátek slinování vláken, byla až do teploty 1 000 °C stejná jako u nevypáleného vzorku. Z těchto vláken byly připraveny vláknité desky pojené silexano-3 vou pryskyřicí a mající objemovou hmotnost 150 kg.m. Lamely z těchto desek byly zabudovány do celovláknité vyzdívky průmyslové žíhací pece tak, že ve vymezeném prostoru nahrazovaly vyloženi z keramického vlákna Resistex. Pec pracovala v cyklech 20 až· 900- 20 °C. Po 18. měsíčním provozu nebyly na vzorku patrny žádné objemové změny a změny mikrostruktury vláken (počátky nukleace) odpovídaly teoretickým předpokladům.

Příklad 2

V kupolové peci byla tavena vsýzka, sestávající z 44 % strusky z výroby ferroslitin, 27 % odpadního šamotu, 20 % cihelných zlomků a 9 % titanové běloby. Tavenina měla chemické složení: 45,40 % Si0₂

21,74 % Al₂0₃ 0,68 % Fe₂0₃ 7,78 % TÍ0₂ 2,35 % Cr₂0₃ 2,64 % CaO

213 285

18,22 % MgO 0,53 % K₂0 0,70 % Na₂0

Tavenina měla na výtoku pece teplotu 1 390 ®C. Byla rozvlákněna 4-kotouěovým rozvláknovacím strojem na vlákna o průměrné tlouštce 6,6 /um a o indexu délky 5,6 cm. Volná vlna z těchto vláken byla zkoušena stejně jaké v přikladu 1. Až do teploty 900 ®C nevykazovala žádné objemové ani mechanické změny. Pokles pružnosti byl srovnatelný s poklesem, zjištěným za stejných podmínek u vláken keramických. Výrobky z vláken, zhotovených dle vynálezu lze s výhodou použít pro izolaci zařízení, pracujících s teplotami do 900 ®C včetně. S výhodou je lze použít hlavně u průmyslových pecí, u nichž pracovní teplota nepřesáhne tuto hranici.

U peci a zařízení s teplotami do 1250 ®C lze snížit spotřebu drahého a při výrobě energeticky náročného keramického vlákna tím, že se použije izolace ze 2 vrstev vláknitých výrobků. Výrobky z drahého a při výrobě energeticky náročného keramického vlákna by se aplikovaly pouze v tenčí vnitřní vrstvě s teplotním spádem 1 250 až 900 ®C a pro vnější vrstvu s teplotami do 900 ®C by se použily výrobky z vláken dle vynálezu.

Claims (2)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Tavenina pro minerální vlákna o vysoké tepelné odolnosti, vyznačující se tím, že obsahuje 42 až 65 % hmotnosti kysličníku křemičitého Si0₂, 15 až 38 % hmotnosti kysličníku hlinitého AlgOg a 7 až 30 % hmotnosti kysličníku hořečnatého MgO, přičemž celková suma těchto hlavních kysličníků tvoři nejméně 80 % celkové hmotnosti taveniny, obsahující dále 3 až 15 % hmotnosti nukleátoru, tvořeného kysličníkem titaničitým TiOg nebo zirkoničitým Zr0₂, nebo směsí obou.
2. 2. ¹avenina podle bodu 1, vyznačující se tím, že k ulehčení tavení vsázky a nukleace skla obsahuje do 2 % hmotnosti tavidla jako fluorid vápenatý, fluorokřeroičitan sodný nebo hořečnatý.