CZ302465B6 - Smesi pro výrobu tepelne izolacních tvarovek z expandovaných minerálních materiálu a zpusob jejich výroby - Google Patents

Abstract

Smesi pro výrobu tepelne izolacních tvarovek pro teplotní rozsah 700 .degree.C až 1200 .degree.C, podle tohoto technického rešení obsahují expandované keramické materiály v množství až 75 % hmotnostních, s prídavkem drcených keramických prísad jako je šamot, porcelán nebo lupek v množství 0,01 až 35 % hmotnostních, hydraulického pojiva v množství 0,01 až 35 % hmotnostních a oxid hlinitý v množství 0,01 až 10 % hmotnostních. Smes se pred lisováním zvlhcí prídavkem do 20 % hmotnostních vody, standardizuje prídavkem drcených keramických prísad a lisuje v zarízení sestávajícím z formy (1) s nejméne jedním pruchozím otvorem (4), pricemž v každém z nich se vertikálne pohybují horní a spodní tvárníky (2, 3), které jsou uvádeny do vstrícného pohybu spodním a horním hydraulickým válcem (11, 12). V horní úrovni formy (1) je upravena operná deska (9) s plnicím rámem (8).

Description

Předmět vynálezu

Předmětem vynálezu jsou směsi pro výrobu tepelně izolačních tvarovek z expandovaných keramických materiálů a způsob výroby tepelně izolačních tvarovek pro teplotní rozsah 650 °C až 1200 °C.

Dosavadní stav techniky

Tepelně izolační tvarovky se používají k ochraně vnějšího prostředí, případně konstrukcí zařízení před zvýšenými teplotami, s cílem snížení tepelných ztrát a ochrany okolí, osob i zařízení před nežádoucím vlivem tepla. Obecně se izolační materiály skládají z minerálních komponent, které obsahují značný podíl dutin, obvykle zaplněných plynem, což se projevuje výrazně sníženou specifickou hmotností. Vhodnými materiály s podílem dutin jsou obvykle materiály expandované nebo lehčené. Takovými izolačními materiály jsou např. materiály z přírodních nebo průmyslově vyrobených minerálních, vláken nebo porézní minerální materiály s uzavřenými nebo otevřenými póry z přírodních nebo průmyslových zdrojů. Použití tepelně izolačních materiálů je omezeno přibližně teplotou do 700 °C. Při vyšších teplotách u tvarovek z běžných materiálů již dochází k měknutí a tavení materiálu, k zhroucení porézní struktury a ztrátě tepelně izolačních vlastností. Pro teploty nad 1200 °C, např. do žíhacích pecí, se používají tvarovky ze žáruvzdorných materiálů a tepelně izolační tvarovky z expandovaných materiálů se v tomto případě používají jako podkladová, tepelně izolační vrstva pod žáruvzdorné tvarovky nebo cihly, které zachycují hlavní teplotní nápor.

Expandovat je možné pouze takové minerální materiály, které obsahují fyzikálně nebo chemicky vázanou vodu, která se při vyšších teplotách uvolňuje. Úprava materiálu spočívá v mletí, třídění ajeho expanzi za vysoké teploty ve fluidním loži. Produktem expanze mohou být mikroporézní částice nebo duté mikrosféry, jejichž sypná hmotnost se pohybuje v rozmezí 80 až 350 kg/m². Je výhodné, když jsou tepelně izolační materiály upravené do formy tvarovek, které jsou přímo použitelné do potřebné vazby takovým způsobem, aby nedošlo k snížení tepelně izolačních vlastností. Výroba tepelně izolačních tvarovek obvykle probíhá tak, že se připravená směs plní do forem a za přídavku pojiv se formují do požadovaného tvaru. Jako pojivá se používají různé pryskyřice, škroby, modifikované škroby, akryláty, cementy, fosfáty, alumosilikáty a vodná skla. Pojivá zajišťují tvarovou stálost výrobku do okamžiku vyžíhání, kdy mezi jednotlivými částicemi vzniknou vazby a spoje částečným slinutím jejich povrchu.

Patentový dokument WO 007589 například popisuje přípravu práškových keramických materiálů, složených ze žáruvzdorné složky, expandovaného izolačního materiálu a hutné žáruvzdorné přísady bez přídavku vody a hydraulického pojivá a způsob přípravy tvarovek. Patentový dokument WO 0236522 se týká přípravy tvarovek pro teploty 650 až 950 °C s obsahem expandovaných keramických materiálů, pemzy nebo perlitu nad 90 % hmotn., vázaných anorganickými pojivý. Patentový dokument WO 9014319 popisuje použití perlitu se směsi s dalšími expandovanými keramickými materiály k přípravě tepelně izolačních směsí, které jsou vázány hydraulickými pojivý. Patentový dokument WO 9837032 se týká přípravy kompozitního materiálu pro použití při nízkých teplotách, složeného z expandovaných keramických materiálů s anorganickými plnivy. Patentový dokument WO 8300042 se týká keramických směsí vázaných hydraulickými pojivý, které jsou určeny k nanášení stříkáním. Patentový dokument EP 0047675 se týká způsobu výroby tvarovek foukáním polosuché směsi, s vodním sklem a fosfátem jako pojivém, do forem, přičemž dokončení výrobního procesu proběhne v autoklávu, v atmosféře oxidu uhličitého.

- i .

Podstata vynálezu

Cílem tohoto vynálezu je příprava směsí pro výrobu tepelně izolačních tvarovek pro použití při teplotách nad 700 °C a způsob výroby tvarovek. Složkami směsí pro přípravu tvarovek podle vynálezu jsou expandované minerální materiály, kterými mohou být expandovaný perlit, expandovaný vermikulit, expandované korundové mikrosféry, aluminosilikátové mikrosféry nebo mulitové a hydraulické pojivo s keramickými přísadami, kterými jsou obvykle drcené keramické odpady, případně keramická vlákna a oxid hlinitý. Bylo zjištěno, že vysokoteplotní stabilitu tvarovek výrazně zlepšuje chemická reakce jemných podílů drcených alumosilíkátů s velikostí částic do 0,01 mm (např. lupku, porcelánu nebo šamotu a jejich směsi) s hydraulickým pojivém. Při vysokých teplotách dochází mezi uvedenými složkami k chemické reakci:

AI2O3.2SÍO2 + CaO -> CaO.AUO₃.2SiO2 (anortit).

Vysokoteplotní reakce oxidu křemičitého s oxidem vápenatým rovněž zvyšuje teplotní stabilitu tvarovek:

SiO₂ + 3 CaO -> Ca₃(SiO₃)₃ (wollastonit).

Protože se tvarovky nevypalují, probíhají uvedené chemické reakce až při jejich vysokoteplotním namáhání během užití. Uvedenými chemickými přeměnami se zlepšují fyzikální vlastnosti tvarovek a současně se zvyšuje i tvarová stálost. Vznik anortitu a wollastonitu zabraňuje vzniku volného CaO a tím ztrátě pevnosti cementů při vysoké teplotě. Základní tepelně izolační složkou směsí pro výrobu tvarovek podle tohoto vynálezu jsou expandované keramické materiály nebo expandované mikrosféry. Mezi expandované keramické materiály řadíme např. perlit, vermikulit a mikrosiliku. Jako expandované mikrosféry lze použít mikrosféry alumosilikátové, mulitové nebo korundové v množství do 75 % hmotn. Jako keramická vlákna se používají wollastonit, krácená nebo cupovaná hlinitá nebo alumosilikátová, syntheticky připravená vlákna, do 10% hmotn. Jako pojivá se používají hydraulická pojivá, jako např. portlandský cement nebo hlinitanové žárové cementy v množství do 35 % hmotn. Samostatnou složkou směsí je oxid hlinitý v množství do 10 % hmotn. Celkový součet hmotnostních podílů složek ve směsi pro lisování tvarovek je vždy 100 % hmotn.

Příprava směsí pro tvarovky podle vynálezu se provádí tak, že do mísíce, který může být např. lopatkový nebo bubnový, se nadávkují a za sucha nejdříve smísí expandované materiály s keramickými přísadami (drcený porcelán, šamot apod.). Pokud se do směsi dávkuje oxid hlinitý, dávkuje se samostatně a poté opět smísí. Po smísení uvedených složek se k směsi přidá předem připravená směs hydraulického pojivá s keramickými vlákny a opět smísí. Nakonec se suchá proπι ísená směs zvlhčí přídavkem vody, aby se dosáhlo soudržnosti potřebné pri dalších operacích a standardizuje se přídavkem perlitu nebo keramických přísad.

Standardizace je operace, pri které se upravuje sypná hmotnost směsi před lisováním tak, aby se pohybovala v předem stanoveném rozmezí. Tím je zajištěno, že se do forem dávkuje vždy konstantní hmotnost směsi a výsledná objemová hmotnost výrobku bude v požadované toleranci. Standardizace, tzn. nastavení sypné hmotnosti směsi na vyšší hodnotu se provádí přídavkem mletých keramických materiálů, jako jsou např. mletý porcelán, lupek nebo šamot s velikostí zrn 1 až 3 mm. V případě potřeby snížit sypnou hmotnost, přidává se perlit. Pokud jsou možnosti úpravy sypné hmotnosti standardizací vyčerpány, lze upravit hloubku násypného prostoru formy.

Zařízení pro lisování tvarovek podle vynálezu se skládá z formy s průchozími otvoiy, mající požadovaný profil tvarovek. Z horní i ze spodní strany formy se do otvorů zasouvají tvárníky, které uzavírací násypný prostor. Velikost násypného prostoru lze v případě potřeby měnit změnou polohy spodního tvárníku, jímž se mění hloubka h dutiny formy. Pohyb horního i spodního tvárníku obstarávají hydraulické válce, které vyvíjejí potřebný lisovací tlak. Rychlost posuvu obou tvárníků je při lisování řízena programem tak, aby se pohyb postupně zpomaloval. V rovině . 7

CZ 302465 Β6 horního okraje formy je umístěna podpůrná deska, která současně tvoří dno pohyblivého plnicího rámu během jeho plnění. Nad plnicím rámem je umístěn zásobník se směsí.

Standardizovaná směs se nadávkuje do plnicího rámu, který se poté bočním pohybem nasune nad formu. Forma může být vícenásobná, takže umožňuje současnou výrobu několika tvarovek najednou. Volný násypný prostor formy, který je k dispozici pro plnění, je určen hloubkou h dutiny formy, která se nastavuje polohou spodního tvárníku. Nasunutím plnicího rámu s přebytkem směsi nad formu se směs vysype do dutin formy. Rovnoměrného zaplnění dutin formy a přiměřeného zhutnění směsi se dosahuje opakovanými stranovými kmity plnicího rámu. Zpětným pohybem rámu nad podpůrnou deskou se přebytečná směs odstraní. Směs se lisuje vstřícným pohybem horních a spodních tvárníků ve formě. Vstřícným pohybem se rozumí současný pohyb tvárníků proti sobě. Rychlost stlačování směsi se řídí programem tak, aby se rovnoměrně zpomaloval a po dosažení požadované výšky výlisku se výlisek stabilizuje několikasekundovým zastavením pohybu při zachování tlaku ve formě. Lisovací tlak se podle typu směsi pohybuje v rozmezí 8 až 12 MPa. Rychlost posuvu každého z tvárníku je 1 až 50 mm/s, což znamená, že vstřícná rychlost tvárníků je dvojnásobná. Poměr maximální rychlosti tvárníku kjeho minimální rychlosti se může podle požadavku nastavit v poměru 2 : 1 až 20 : 1.

Uvedený postup lisování umožňuje rovnoměrné odvzdušnění výlisku a jeho zhutnění v celém objemu. Lícní plochy tvarovek jsou za těchto podmínek stlačovány stejnou silou, čímž se dosahuje potřebná pevnost i kvalita povrchu. Tvarovky mají dobře vytvarované a pevné hrany a po ztuhnutí mají velmi dobrou pevnost. Směs se při lisování obvykle stlačuje na poloviční objem a objemová hmotnost směsi se vylisováním tvarovky přibližně zdvojnásobuje. Po vylisování se tvarovky ukládají na palety přes zračí tunel, kde sušení a ztuhnutí se provádí za zvýšené teploty působením vodní páry. Při této operaci se odstraní část vody a tvarovka nabude požadovanou pevnost.

Přehled obrázků na výkresech

Na Obr. 1 je schématicky znázorněno zařízení pro lisování tvarovek při operaci 1, kdy jsou tvárníky vysunuty z formy a směs je připravena v plnicím rámu. Na Obr. 2 je znázorněna operace 2, kdy byl rám nasunut nad formu a její násypné prostory se zaplnily směsí.

Příklady provedení

Příklad 1

Celkové složení směsi:

perlit expandovaný drcený šamot cement keramická vlákna voda % hmotn. 10 % hmotn. 25 % hmotn.

% hmotn. 20 % hmotn.

Do lopatkového mísiče se nadávkuje a za sucha po dobu 3 minut smísí perlit a drcený šamot. Po jejich promíchání se k směsi přidá předem připravená směs cementu s keramickými vlákny a vše se opět mísí po dobu 3 minut. Nakonec se suchá promísení směs zvlhčí přídavkem vody, aby se dosáhlo soudržnosti potřebné při dalších operacích a mísí další 3 min. Sypná hmotnost směsi se podle potřeby standardizuje přídavkem perlitu nebo keramických složek na hodnotu 175 až 225 kg/m³. V příslušném poměru musí být dodán i cement. Tvarovka se lisuje za tlaku 10 MPa

-3 CZ 302465 B6 s maximální rychlosti posuvu tvárníku 50 mm/s a minimální objemová hmotnost tvarovky po vylisování je 350 až 450 kg/m³.

rychlosti 5 mm/s. Výsledná

Příklad 2

Celkové složení směsi:

korundové mikrosféry drcený porcelán cement voda % hmotn. 27 % hmotn. 20 % hmotn. 15 % hmotn.

Do lopatkového mísíce se nadávkují korundové mikrosféry s drceným porcelánem a hlinítanovým cementem a smísí za sucha po dobu 3 minut. Po jejich promísení se směs zvlhčí přídavkem vody, aby se dosáhlo soudržnosti potřebné při dalších operacích, mísí 3 min a poté standardizuje přídavkem drceného porcelánu nebo mikrosfér na požadovanou hodnotu sypné hmotnosti 400 až 450 kg/m³. V příslušném poměru musí být dodán i cement. Tvarovka se lisuje za tlaku 10 MPa a maximální rychlosti posuvu tvárníku 50 mm/s a minimální rychlosti 5 mm/s. Výsledná objemová hmotnost tvarovky po vylisování je 800 až 900 kg/m³.

Příklad 3

Celkové složení směsi:

perlit expandovaný oxid hlinitý cement drcený lupek voda % hmotn. 7 % hmotn.

% hmotn. 22 % hmotn. 20 % hmotn.

Do lopatkového mísiěe se nadávkuje expandovaný perlit a oxid hlinitý a mísí se po dobu 3 minut. Poté se k směsi přidají drcený lupek a hydraulické pojivo a smísí další 3 minuty. Poté se směs zvlhčí přídavkem vody, aby se dosáhlo soudržnosti potřebné při dalších operacích, mísí další 3 min. Následně se směs standardizuje přídavkem perlitu nebo drceného lupku na sypnou hmotnost 500 až 600 kg/m³. V příslušném poměru musí být dodán i cement. Tvarovka se lisuje za tlaku 10 MPa a maximální rychlosti posuvu tvárníku 50 mm/s a minimální rychlosti 5 mm/s. Výsledná objemová hmotnost tvarovky po vylisování je 1000 až 1200 kg/m³.

Příklad 4

Celkové složení směsi:

vermikulit expandovaný oxid hlinitý drcený šamot keramická vlákna cement voda % hmotn. 5 % hmotn. 9 % hmotn. 1 % hmotn.

% hmotn. 20 % hmotn.

-4 CZ 302465 B6

Do lopatkového mísíce se nadávkuje expandovaný vermikulit a oxid hlinitý a složky se mísí v lopatkovém mísiči po dobu 3 minut. Poté se k směsi přidají keramické přísady a předem připravená směs hydraulického pojivá s keramickými vlákny a mísí další 3 minuty. Připravená směs se zvlhčí přídavkem vody, aby se dosáhlo soudržnosti potřebné při dalších operacích a mísí 3 min. Následně se směs standardizuje přídavkem vermikulitu nebo drceného šamotu na sypnou hmotnost 100 až 125 kg/m³. V příslušném poměru musí být dodán i cement. Tvarovka se lisuje za tlaku 10 MPa a maximální rychlosti posuvu tvárníku 50 mm/s a minimální rychlosti 5 mm/s. Výsledná objemová hmotnost tvarovky po vylisování je 200 až 250 kg/m³.

Příklad 5

Směs podle příkladu 2 se nadávkuje do plnicího rámu 8, který se nasune nad formu I a násypné prostory 5 formy i se zaplní přebytkem směsí. Volný násypný prostor 5 formy 1, který je k dispozici pro plnění, je určen nastavitelnou hloubkou h formy 1, která se nastavuje polohou spodního tvárníku 3. Opakovanými stranovými kmity plnicího rámu 8 se forma 1 rovnoměrně zaplní směsí a zhutní. Plnicí rám 8 s přebytkem směsi se v dalším kroku odsune zpět na opěrnou desku 9. Směs se pri tlaku 10 MPa zalisuje ve formě vstřícným pohybem horního tvárníku 2 proti spodnímu tvárníku 3. Rychlost stlačování směsi, tj. posuvu tvárníků 2, 3 je řízena programem tak, aby se rovnoměrně zmenšovala z 40 mm/s na 2 mm/s. Vstřícná rychlost tvárníků je dvojnásobná. Po dosažení požadované výšky výlisku se tvarovka stabilizuje ve formě zastavením pohybu tvárníků 2 a 3 na dobu 2 s při zachování lisovacího tlaku. Po vylisování se tvarovky pohybem spodních tvárníků 3 vysunout nad úroveň formy 1, manipulátorem se ukládají na palety a nechají tuhnout a sušit volně po dobu 56 hodin.

Průmyslová využitelnost

Vynález je průmyslově využitelný k přípravě směsí pro výrobu tepelně izolačních tvarovek, k výrobě tvarovek z tvarovek z expandovaných keramických materiálů pri konstrukci zařízení k provádění způsobu výroby tvarovek z expandovaných keramických materiálů, kteréjsou určené pro teploty 700 až 1200 °C.

Claims (8)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Směsi pro výrobu tepelně izolačních tvarovek z expandovaných minerálních materiálů, hydraulického pojivá, případně skeramickými vlákny a oxidem hlinitým, vyznačené tím, že směs pro přípravu tvámic obsahuje až 75 % hmotn. expandovaných minerálních materiálů, 0,01 až 35 % hmotn. keramických přísad, 0,01 až 35 % hmotn. hydraulických pojiv, a popřípadě 0,01 až 10 % keramických vláken, a popřípadě 0,01 až 10 % hmotn. oxidu hlinitého, v takovém hmotnostním poměru, aby součet hmotnostních podílů složek byl 100 %.
2. 2. Směsi podle nároku 1, vyznačené tím, že obsahují 0,01 až 10 % hmotn. keramických vláken a/nebo 0,01 až 10 % hmotn. oxidu hlinitého.
3. 3. Směsi podle nároku 1 nebo 2, vyznačené tím, že dále obsahují 2 až 20 % hmotn. volné vody.
4. 4. Směsi podle nároku 1 nebo 2, vyznačené tím, že expandovaným keramickým materiálem je nejméně jedna látka vybraná ze skupiny zahrnující expandovaný perlit, expandovaný

   - 5 CZ 302465 B6 vermikulit, expandované korundové mikrosféry, alumosilikátové mikrostery, mulitové mikrosféry·
5. 5. Směsi podle nároku 1 nebo 2, vyznačené tím, že keramickou přísadou je nejméně

   5 látka vybraná ze skupiny látek zahrnujících drcený porcelán, drcený šamot, lupek.
6. 6. Směsi podle nároku I nebo 2, vyznačené tím, že keramickým vláknem je nejméně jedna látka vybraná ze skupiny zahrnující wollastonit, hlinitá vlákna, alumosilikátová vlákna.

   io
7. 7. Směsi podle nároku 1 nebo 2, vyznačené tím, že hydraulickým pojivém je nejméně jedna látka vybraná ze skupiny látek zahrnujících portlandský cement, hlinitanový žárový cement.
8. 8. Způsob výroby tepelně izolačních tvarovek ze směsi podle některého z nároků 1 nebo 2,

   15 vyznačený tím, že směs složek se za sucha smísí, zvlhčí přídavkem 2,0 až 20 % hmotn.

   vody, standardizuje na stanovenou sypnou hmotnost přídavkem perlitu nebo drcených keramických přísad a lisuje za tlaku 8 až 12 MPa a vstřícné rychlosti posuvu tvárníků od 2 do 100 mm/s.