CS213295B1

CS213295B1 - Mineral fiber melt · high heat resistance

Info

Publication number: CS213295B1
Application number: CS67781A
Authority: CS
Inventors: Lumir Mach; Helena Machova; Miroslav Kunert; Papanek
Original assignee: Lumir Mach; Helena Machova; Miroslav Kunert; Papanek
Priority date: 1981-01-30
Filing date: 1981-01-30
Publication date: 1982-04-09

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.The invention relates to a melt, in particular, for mineral fibers with high heat resistance up to 900 °C and for fibers of selected chemical sizing up to 1,000 °C. These are fibers whose properties are close to ceramic fibers, but they can be produced from waste raw materials such as waste slag from non-ferrous metallurgy or from the production of ferroalloys, waste fireclay, scrap batches from the production of titanium white, etc. Approximately 0.5 kffh is consumed per 1 kg of fibers from the melt according to the invention, which represents approximately 5% of the energy required for the production of ceramic fibers.

Description

Vynález se týká taveniny pro výrobu minerálních vláken o vysoké tepelné odolnosti,The present invention relates to a melt for producing mineral fibers of high heat resistance,

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.A wide range of man-made thermal insulations from man-made inorganic fibers is currently being produced in the world. Fiberglass insulation can be used up to 550 ° C, slag fibers up to 650 ° C to 700 ^e C, basalt fibers up to 700 to 750 ° C. Above these temperatures, the glass melt viscosity decreases to such an extent that the fibers degrade and sinter each other. The insulation shrinks and its insulating ability decreases sharply. For temperatures above 700 ° C to 750 ^e C, ceramic (kaolin) insulation must be used. These fibers can be used up to 1250 ° C. Although this type of fiber already changes the fiber microstructure at temperatures above 950 ° C, the elimination of nucleation nuclei and microcrystals of mullite will increase the shape stability of the fibers. The insulation macrostructure is then maintained up to a temperature of 1 150 to 1250 ^e C. However, large-scale production lines cannot be used for the production of ceramic fibers and production is very demanding on the purity of raw materials and the consumption of electric energy for melting them. All this affects production costs, which are then about 30 times higher than for mineral fibers. At present, ceramic fibers (Resistex, Kaowool, etc.) have to be used at temperatures from 700 to 750 ° C. In the worldwide assortment, there is a significant lack of inorganic fibers, designed for temperatures of 700 to 1000 ° C, which would with its raw material base and production technology (and thus production costs) approach glass or mineral fibers while behaving when heated to higher temperatures rather like ceramic fibers.

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.This deficiency is overcome by the high temperature melt mineral melt according to the invention, which comprises 42 to 65% SiOg, 15 to 38% AlgOg and 7 to 30% MgO, the total sum of these main oxides constituting at least 80% of the total weight of the melt, further comprising from 3 to 15% by weight of a nucleator consisting of titanium dioxide TiOg or zirconium ZrOg or a mixture of both. To facilitate the melting of the bet and nucleation of the glass, the melt may contain up to 2% by weight of a flux such as calcium fluoride, sodium fluorosilicate or magnesium fluoride.

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.The mineral fibers produced in this way start to precipitate nucleation seeds of the changing phases when heated to a temperature of about 800 ° C. later in cordierite microcrystals, thereby removing fluxes from the glass and maintaining the shape of the fibers by increasing the viscosity of the glass, and thus under normal conditions of use also an insulation value of up to 900 ° C and for fibers of selected chemical composition .

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.The melt fibers of the chemical composition according to the invention can be produced in any suitable combination of melting and pulping aggregates, for example known from the manufacture of glass and mineral fibers such as a bath furnace, cupola furnace, pulping nozzles, multi-disc pulping machine, TEL method. then, in any known manner, it can be processed into the final product in the form of loose wool, mats, mattresses, soft to rigid boards, rings, lamellas, etc.

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.A major advance achieved by the present invention is that fibers having a higher temperature behavior close to that of ceramic fibers can be produced from the melt of the composition of the invention on the process equipment used in the manufacture of mineral or glass fibers.

213 295213 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.Waste raw materials such as waste slags from color metallurgy or from the production of ferrous alloys, waste fireclay, bricks, scrap batches in the production of titanium dioxide, etc. can be used for their production. 10 kWh needed for production of ceramic fiber for about 0,5 kilo for fibers produced according to the invention, orderly reduction of production costs, possibility of production on high-capacity lines.

Vynález bude dále podrobněji vysvětlen na příkladech, v nichž všechna uvedená % znamenají koncentraci hmotnostní.The invention will now be explained in more detail by way of examples, in which all percentages are by weight.

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 % SiOgEXAMPLE 1 A charge consisting of 62% blast furnace cowpots, 32% scrap slag from ferrous alloy production, 5% titanium dioxide of non-standard whiteness and 1% fluorspar was melted in an electric induction furnace. The melt had a composition of: 45.29% SiO2

33,12 % Al₂0₃0,45 % ^Fe2°3 4,65 % Ti0₂0,34 % Cr₂O₃1,68 % CaO33.12% Al ₂ 0 ₃ 0.45% ^Fe 2 ° 3 4.65% TiO ₂ 0.34% Cr ₂ O ₃ 1.68% CaO

13,64 % MgO 0,54 % K₂0 0,17 % Na₂013.64% MgO 0.54% K ₂ 0 0.17% Na ₂ 0

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.Tavenisa, which had a furnace temperature of 1420 ^e C, was spun into a 5.1-µm fiber nozzle with a 5 cm length index. Loose wave of these fibers was subjected to a mechanical and physico-chemical tests before and after 24-hour firing at temperature of 800, 1000 and 900 ⁰ C. It was found that temperatures up to 900 ° C inclusive for a sample did not show dimensional changes. After firing at 1000 ° C, the sample showed a shrinkage of 4.8%. The compressive strength, which indicates, inter alia, the onset of fiber sintering, was up to 1000 ° C the same as that of the unburned sample. Fibre plates bonded with a silexano-3 resin and having a bulk density of 150 kg / m were prepared from these fibers. The lamellas of these plates were incorporated into the full fiber lining of the industrial annealing furnace, replacing the Resistex ceramic lining in the space provided. The furnace was operated in cycles of 20 to 900 ° -20 ° C. After 18 months of operation, no volume changes were observed on the sample, and changes in the microstructure of the fibers (nucleation origins) were consistent with theoretical assumptions.

Příklad 2Example 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 In the cupola furnace, a charge consisting of 44% slag from the production of ferrous alloys, 27% waste fireclay, 20% brick fragments and 9% titanium white was melted. The melt had a chemical composition: 45.40% SiO ₂

21,74 % Al₂0₃0,68 % Fe₂0₃7,78 % TÍ0₂2,35 % Cr₂0₃2,64 % CaO21.74% Al ₂ 0 ₃ 0.68% Fe ₂ 0 ₃ 7.78% TiO ₂ 2.35% Cr ₂ 0 ₃ 2.64% CaO

213 285213 285

18,22 % MgO 0,53 % K₂0 0,70 % Na₂018.22% MgO 0.53% K ₂ 0 0.70% Na ₂ 0

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.The melt had a temperature of 1390 ° C at the furnace outlet. It was spun by a 4-disc fiber spinning machine with an average thickness of 6.6 µm and a length index of 5.6 cm. Loose wool from these fibers was tested as in Example 1. It showed no volume or mechanical changes up to 900 ° C. The decrease in elasticity was comparable to that observed for ceramic fibers under the same conditions. The fiber products made according to the invention can advantageously be used for the isolation of devices operating at temperatures up to and including 900 ° C. They can be used preferably in industrial furnaces where the working temperature does not exceed this limit.

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.For furnaces and equipment with temperatures up to 1250 ® C, the consumption of expensive and energy-intensive ceramic fiber can be reduced by using insulation from 2 layers of fiber products. Products of expensive and energy-intensive ceramic fiber would only be applied in a thinner inner layer with a temperature gradient of 1250 to 900 ° C, and the fiber products of the invention would be used for the outer layer with temperatures up to 900 ° C.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

The first melt for mineral fibers of high heat resistance, characterized in that it contains 42 to 65% by weight of silicon oxide Si0 _2, 15-38% by weight alumina AlgOg and 7-30% by weight of magnesium oxide MgO, while the sum total of these main oxides constitute at least 80% of the total weight of the melt, further comprising 3-15% by weight of nucleating formed Tioga titanium dioxide or zirconium oxide Zr0 ₂ or a mixture of both.

2. ¹ avenin according to claim 1, characterized in that the melting of the batch to facilitate the nucleation and the glass contains up to 2% by weight of a flux such as calcium fluoride, fluorokřeroičitan sodium or magnesium.