CS267149B1 - Žárovzdorné vrstevnaté keramické tvarovky - Google Patents

Abstract

žárovzdorné vrstevnaté tvarovky o stejné teplotní roztažnosti vrstev tvořené vnitřní pracovní a vnější tepelněizolační vrstvou, které jsou integrálně spojeny do celku. Vnitřní vrstva obsahuje objemově 70 až 30 % lupku nebo jílovce do 3 mm, s podílem 10 % pod 0,09 mm a 30 až 70 » žáruvzdorného jílu v zrnitosti se zbytkem 10 % na sítě 0,1 mm. Vnější tepelněizolační vrstva obsahuje objemově 20 až 30 % lupku, 20 až 40 % žáruvzdorného jílu a 30 až 60 % expandovaného perlitu se zrny do 1 mm. Podle potřeby může být vnitřní vrstva opatřena vrstvou otěruvzdorného žárovzdorného keramického materiálu. Výrobek spadá do oboru žárovzdorného keramického materiálu a je určen pro použití do 1 400 °C.

Description

Vynález se týká žárovzdorných vrstevnatých keramických tvarovek o dvou až třech vrstvách, z nichž vnitřní je pracovní, případně opatřená další vrstvou z otěruvzdorného keramického materiálu, a vnější je tepelněizolační. Všechny vrstvy jsou navzájem pevně a trvale spojeny·do jediného integrálního celku. Ke spojení dochází slisováním s následným výpalem, při němž probíhají fyzikálněchemické přeměny směsí, které spojení dále zintenzívňují. Vzájemnému spojení napomáhá přítomnost expandovaného perlitu ve směsi tepelněizolační vrstvy, který v místech styku vrstev působí svým slínavým účinkem·

Tvarovky jsou určeny pro vyzdívky tepelných zařízení pracujících s teplotami do 1400 °C, kde se hospodárně uplatňuje jejich tepelněizolační vlastnost· V běžné praxi se tohoto účelu dociluje sezdíváním tvarovek s různou tepelnou vodivostí do dvou nebo více vrstev, přičemž jednu vrstvu tvoří materiál izolační. Vrstvy jsou v tom případě spojovány maltou nebo jsou slepovány. Tento způsob má ovšem nevýhody v tom, že materiály takto složených vrstev nemívají zpravidla stejnou teplotní roztažnost. Tím v nich dochází za provozu k napětí. Toto napětí mívá za následek vydrolování malty a vzájemná nesouhra dilatací zapříčiňuje porušení celistvosti vyzdívky. Někdy materiály vrstev spolu i reagují chemicky,což je vždy nepříznivé.

- I 267 149

Jiný způsob vrstvového skládání materiálů odlišných vlastností je znám z uplatňování zrněných žárovzdorných hmot pro monolitické vyzdívání. I zde však zůstaly nevyřešeny problémy rozdílné teplotní roztažností a tím i problémy trvalé vzájemné soudržnosti vrstev· Problémem bývá též i první zahřívání vyzdívky z nepálených, netvarovaných materiálů. Byly činěny pokusy vyřešit problémy s rozdílnou roztažností vkládáním kompenzujících mezi vrstev. Je tomu tak u patentu DEi.310 5595 za použití keramických vláken ve spojení s jílem a chemickou vazbou. Objevily se však problémy s korozí vláken. Jsou známé i pokusy vyřešit problémy zabudováním vláken přímo do vytvářecí hmoty. Ukázalo se však, že keramická vlákna prodělávají za vysokých teplot,při působení pecní atmosféry, strukturální změny, které vyzdívku rozrušují. Neuplatnily se ani pokusy amerických autorů EU-patentu čís. 0086501 založeného na použití suspenzí pro vytváření vrstev. Jsou známa i technická řešení založená na použití vrstevnatých tvarovek.Na jejich podkladě se v NSR vyrábějí tvarovky Combinal.Podobně je tomu i u japonského vynálezu čís.57-170881, kde byly rovněž použity vrstvy s odlišnou objemovou hmotností. Tyto výrobky nedoznaly uplatnění vzhledem k přetrvávajícím problémům různé roztažností a též proto, že jde o materiályvysokých teplotních tříd a tudíž drahé. V SSSR bylo Uděleno autorské osvědčení čís. AO 637 391, řešící výrobu vrstevnatých tvarovek litím z keramických suspenzí. Je znám i způsob podle patentu DE£11O 8130, řešící výrobu vrstevnatých tvarovek zalisováním pálené tvarovky do zrněné nepálené keramické hmoty. Jiná řešení,například podle DEí.234 6113 a Jap .«.57-205384, jsou založena na použití vláknového jádra do tepelněizolační hmoty, které se zalisuje nebo zalije keramickou suspenzí k vytvoření pracovní vrstvy.

-3267 149

Širšímu uplatnění těchto kompozitních materiálů brání složitá a nákladná technologie· Při_tom na trhu chyběl ^ruh vrstevnatého materiálu výrobně nenákl_adného pro široké použití do teplot 1 400°C. Šlo i o to» aby tvarovky skýtaly záruku pevného a trvalého spojení obyčejného šamotu SI v kombinaci s levným vylehčeným šamotem· Takový výrobek je předmětem vynálezu· Odstraňuje se jím mezera na trhu žárovzdorného keramického vrstevnatého materiálu s teplotou použití do 1 400°C. Způsobem jeho technického řešení jsou odstraněny problémy integrálního spojení bez nebezpečí rozrušení vyzdívky. Při vývoji tohoto vrstevnatého materiálu se potvrdil předpoklad» že expandovaný perlit» použitý do směsi pro tepelně!zolační vrstvu» přispívá na styčných plochách mezi hutným a lehčeným materiálem k pevnému spojení vrstev difúzním prolínáním a svým slinavým účinkem.

Podstatou vynálezu jsou žárovzdorné keramické vrstevnaté tvarovky sestávající z vnitřní pracovní, a vnější tepelně!zolační vrstvy.Vnitřní vrstva může být opatřena vrstvou otěruvzdorného žárovzdorného keramického materiálu typu tvrdý šamot STI s pevností v tlaku 32 MPa,měřeno při 20°C.Vnitřní vrstva tvarovky obsahuje objemově až 30 % lupku nebo jílovce v zrnitosti do 3 mm, s podílem 10 % pod 0»09 mm, 30 až 70 % žárovzdorného jílu v zrnitosti se zbytkem 10 % na sítě 0,1 mm, přičemž obě složky obsahují nejméně 39 hmot. % oxidu hlinitého a jejich žárovzdornost je 1 730°C.

Vnější vrstva obsahuje objemově až 30 % lupku, 20 až 40 % žárovzdorného jílu, 30 až 60 % expandovaného perlitu o zrnitosti do 1 mm.

ί i ' 4 - 267 149

Vrstevnaté žárovzdorné keramické materiály podle vynálezu mají řadu předností ve srovnání s druhy tvarovek sezdívaných do vrstev maltou nebo lepidlem· Uplatňují se zejména pro vyzdívání dveří žíhacích a jiných pecí» suéáren, topenišť atp· Zde plní současné funkci konstrukční i tepelně izolační· Měrné náklady na vyzdívku za použití těchto tvarovek jsou nižší než náklady spojené β vyzdíváním samostatných vrstev· Zmenšuje se počet spár» opravy vyzdívek jsou snadnější a vyzdívky mají delší životnost, jelikož se nerozrušují vlivem nestejnorodé dllatace* Je také usnadněna montáž vyzdívky·

Podstatu vynálezu objasňují 4 příklady možného provedení a naznačují také možnost volby ekonomicky optimální skladby tvarovek· Příklady se liší stupněm vylehčení tvarovky, a tím i zdánlivou pórovitostí· Jeden z příkladů charakterizuje třívrstvou tvarovku s otéruvzdornou vrstvou na vnitřní straně tvarovky· Vypálené tvarovky měly vlastnosti uvedené v tabulce za příklady·

Příklad 1

Byla připravena směs určená pro vnitřní vrstvu A· Objemově byla složena ze 70 % páleného lupku třídy B/2 o pórovitostí 4 až 9 %» upraveného na zrno do 3 mm, s podílem 10 % pod 0,09 mm, a z 30 % utřeného žáruvzdorného jílu W-speciál se zbytkem 10 % na sítě 9,1mm· Dále byla připravena směs pro vnější vrstvu B,objemové složená z 20 % páleného lupku B/2 do 3 mm, dále z 20 % žárovzdorného jílu W-speciál a 60 % expandovaného perlitu o velikosti zrn do 1 ran·

Do formy pro cihly C-32, o vnitřní světlosti 320 x 158 x 78 mm byla na výšku 78 mm vložena plechová , varhánkovitě uspořádaná vložka se zuby 40 mnuTa rozdělila prostor formy na dva stejné díly o objemu po 0,0187 m\ Do takto vzniklých volných prostorů byly oddělené nasypány směsi A,B a po vyjmutí vložky byl celek hydraulicky slisován tlakem 30 MPa.Výlisek byl Po vysušení vypálen při teplotě 1 400°c.

-s 267 149

Zjištěný tepelněizolační účinek byl 23 %.

Příklad 2

Byla připravena směs A pro vnitřní vrstvu složená objemově ne % páleného lupku stejného druhu jako v příkladu 1, 40 % žárovzdorného jílu ezrnitosti jako v příkl· 1 ·

Pro tepelněizolační vrstvu B byla připravena směs objemového složení % páleného lupku, % žárovzdorného jílu, % expandovaného perlitu, vše v druzích a zrnitosti jako v příkladu 1. Do stejné formy C 32 jako v příkladu 1 byla opětné vložena plechová vložka, avšak tak, že vnitřní prostor byl objemové rozdělen tak,že pro vnitřní vrstvu vznikl prostor 38 %, pro vnější vrstvu 62 %. Po naplnění formy a vyjmutí vložky následoval další postup jako v příkladu 1· Na vypálené tvarovce byl zjištěn tepelněizolační účinek 13%·

Příklad 3

Byla připravena keramická směs pro vnitřní vrstvu A o objemovém složení :

% páleného lupku, 35 % žárovzdorného jílu·

Pro vnější vrstvu byla připravena směs B o složení % páleného lupku, % žárovzdorného jílu, % expandovaného perlitu, vše v druzích a zrnitostech jako v příkladu 1· Tvarovka byla provedena na způsob dojité normálky 2C 25 o rozměrech 250 x 250 x 65 mm«Byl svolen prostorový objem A/B 1,5 : 2,5 $ tj· 0,015 v? pro vnitřní a 0,025 v? pro vnější vrstvu· Ostatní postup podle příkladu 1· Tepelněizolační účinek byl 18,6 %·

-cPříklad 4

267 149

Pro tvarovku s otěruvzdornou vrstvou na vnitřní straně byla svolena tzv· velká normálka C 30 rozmělni 300 x 148 x 65 mm o objemu 0,289 m\ Vnitřní prostor formy byl rozdělen dvěma varhánkovitými plechovými vložkami o dílčích objemech :

0,130 iP pro vnitřní vrstvu A, •a *

0,130 nr pro vrstvu B „ o ’

0,029 nr pro otěruvzdornou vrstvu C. Pro vrstvy A a B byly použity směsi podle příkladu 1 b tím rozdílem, že místo páleného lupku byl použit jílovec stejných charakteristik. Pro otěruvzdornou vrstvu C byla připravena směs odpovídající složením tvrdému šamotu STI, sestávající ze 70 obj· % ostřiva (lupku) a 30 % jílu W-speciál· Zjištěný tepelněizolační účinek tvarovky byl 19,7 %·

Tabulka

Vlastnosti fyzikálně-mechanické tvarovek podle vynálezu Příklad 1 Příklad 2 Příklad 3 Příklad 4

4,91	1 420	1 320	tn co	1 620 2 060	ocn \OCM	COt- * CO	o o o o o*rcM CM Or- * ••H r- O>Fh A	σ\ r*
										O o
7,01		o	1 310	s	1 600 2 040	t-co iacm		CO CM e» <n		o oooo r- Μ·<Ό « * r- O A	18,6
& a <0		o v— V“	1 310	a	1 620 2 030	ιτ\σ\ incu		CO CM CO		O o 00 o T- O CO M-COCM O«H >h A
Hmotnost tvarovky, kg 7,09	Odolnost proti deformaci v žáru při zatížení	o OJ ϋ o aJ Š CM o •rl A CQ >	vrstva B při 0,1 MPa 1 300	Zdánlivá porovitost % vrstva B 35	Objemová hmotnost kg m“^ vrstva B 1 600 vrstva A 2 050	Pevnost v tlaku MPa vrstva A 60 vrstva B 27	Délkové změny pálením %	vrstva A 3 vrstva B 3,2	Měrná tepelná vodivost -	vrstva A/1400°C w m K 1,418 vrstva B 0,593 Λ při 1200°0 .—........- .. ... .......... — — - ______________________	Tepelněizolační účinek tvarovky % 23

- S-

Claims (2)

1. Žárovzdorné vrstevnaté keramické tvarovky sestá_t vající z vnitřní a vnější vrstvy* které jsou tvořeny směsí ostřiva a vazby, vyznačující se tím,že vnitřní vrstva obsahuje objemově

70 až 30 % lupku nebo jílovce v zrnitosti do 3 mm, s podílem 10 % částic pod 0,09 mm»

30 až 70 % žáruvzdorného jílu v zrnitosti se zbytkem 10 % na sítě 0,1 mm, a vnější vrstva obsahuje

20 až 30 % lupku,

20 až 40 % žárovzdorného jílu a

30 až 60 % expandovaného perli tu o zrnitosti do 1 mm.

2. Žárovzdorné vrstevnaté keramické tvarovky podle bodu 1, vyznačující se tím, že vnitřní vrstva je opatřena vrstvou otěruvzdorného žárovzdorného keramického materiálu, jako šamotem.