DD206552A1 - Verfahren zur herstellung feuerfester auftragmassen hoher spektraler emissionsgrade - Google Patents

Abstract

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG FEUERFESTER AUFTRAGMASSEN HOHER SPEKTRALER EMISSIONSGRADE, ZUM EIN- UND/ODER MEHRMALIGEN AUFTRAGEN EINER STRAHLUNGSWIRKSAMEN SCHICHT AUF FEUERFESTE AUSKLEIDUNGEN SOWIE BRENNERSTEINE UND STRAHLUNGSBRENNER VON WAERMETECHNISCHEN ANLAGEN, VORZUGSWEISE INDUSTRIEOEFEN, ZUR VERBESSERUNG DER STRAHLUNGSWAERMEUEBERTRAGUNG AN DAS WAERMGUT UND DAMIT ZUM WAERMETECHNISCH EFFEKTIVEREN BETREIBEN SOLCHER ANLAGEN. DAS ZIEL DER ERFINDUNG BESTEHT DARIN, DURCH AUSWAHL UND KOMBINATION EINER ANZAHL GEEIGNETER ROHSTOFFE UND BINDEMITTEL DEN MASSEN SOLCHE EIGENSCHAFTEN ZU VERLEIHEN, DASS SIE NACH DEM AUFTRAGEN AUF DIE FEUERFESTE AUSKLEIDUNG VON WAERMETECHNISCHEN ANLAGEN, AUF KALTES WIE AUF ERWAERMTES MAUERWERK, EINE HOHE HAFTFESTIGKEIT UND DURCHGAENGIG HOHE SPEKTRALE EMISSIONSGRADE UM ODER UEBER 0,9 IM WELLENLAENGENBEREICH UEBER 1- 10 MY M BESITZEN.

Description

Titel der Erfindung

Verfahren zur Herstellung feuerfester Auftragmassen hoher spektraler Emissionsgrade

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von feuerfesten Auftragmassen für Wärmeanwendungsanlagen, insbesondere Industrieöfen und andere technische Anlagen, in denen eine gezielte Wärmeführung von Stoffen im Rahmen der Herstellungs-, Vergütungs-, Veredlungs- und sonstiger thermisch belasteter Technologien durchgeführt wird und bei denen Wärme durch Strahlung übertragen wird«

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Nach Schack "Der industrielle Wärmeübergang" ist bekannt, daß die Oberflächen der feuerfesten Materialien, die in wärmetechnischen Anlagen den thermischen Prozessen als Wände, Decken und Gewölbe zugewandt sind, an der Strahlungswärmeübertragung beteiligt sind» Das gleiche gilt auch für Brennersteine der keramischen Strahlungselemente (Strahlungsbrenner, Strahlwände, Gas-Infrarot strahler)_o Es ist weiterhin bekannt, daß die Erhöhung der Emissionsgrade der Oberflächen dieser feuerfesten Ofenelemente zu einer Erhöhung der Wärmeabstrahlung und damit zur Intensivierung der Strahlungswärmeübertragung in wärmetechnischen Anlagen, insbesondere Industrieöfen, führt. Trotzdem stellen die Emissionsgrade der feuerfesten Baustoffe gegenwärtig bei der Auskleidung wärmetechnischer Anlagen, insbesondere der Innenräume von Industrieöfen, kein Kriterium für die Auswahl

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der Feuerfestmateria^sn dar, die für Wände, Decken und Gewölbe sowie für . ;Strah^^eine in keramischen Strahlungselementen verwendet werden»

Die Wärmestrahlung ist ein temperatur« und wellenlängenabhängiger Prozeß. Es ist durch das Plancksche Strahlungsgesetz und das Wiensche Verschiebungsgesetz bekannt, daß in Abhängigkeit von der Temperatur die HauptanteiIe der schwär« zen Strahlung auf bestimmte und temperaturabhängig jeweils verschiedene Wellenlängenbereiche entfallen. Damit spielt für Industrieöfen, die im Temperaturbereich von 800 - 1500 ⁰G arbeiten, der Wellenlängenbereich von 1 - 10^m für die Strahlungswärme über tragung die entscheidende .Rolle·.' . Es ist nach Bauer und Steinhardt;,' "Stoffwertkatalog der_v Emissionsgrade feuerfester und keramischer Materialien" und Energie anwendung, 31 (1981;) ,,Heft 3» bekannt, daß die 'GSäamtemissionsgrade der feuerfesten Baustoffe stoff- und tempera« turabhängig sind und im interessierenden Temperaturbereich bei den meisten feuerfest Materialien zwischen 0,3 ·». 0,7 liegen. Das liegt teilweise beträchtlich unter dem maximal möglichen Emissionsgrad von 1,0« Grund dafür sind die relativ niedrigen spektralen Emissionsgrade der feuerfesten Baustoffe zwischen 1 - 5_cxm und teilweise 1 ~ 8^m* Handelsübliche feuerfeste Baustoffe weisen damit wärmetechnisch ungünstige spek« trale Emissionsgrade und infolgedessen auch Gesamtemissionsgrade auf β Bisher sind keine Lösungen bekannt', die für technische Feuerfestmaterialien die spektralen Emissionsgrade in diesen genannten Spektralbereichen, und damit auch die Gesamt« emissionsgrade, durch zielgerichtete Auswahl und Kombination entsprechender Rohstoffe auf Werte nahe 1,0 anheben.

Es ist bekannt, daß die Eigenschaften von feuerfesten Baustoffen durch das Auftragen von feuerfesten Massen mit unterschiedlichen Auftragverfahren und unterschiedlichen Schichtdicken beeinflußt werden. Es sind aber keine Auftragmassen bekannt, die in ihrer Zusammensetzung so beschaffen sind, daß sie die Wärmestrahlung erhöhen, weil sie in dem dafür bedeutsamen Wellenlängenbereich von 1 - 10^m durchgängig hohe spektrale Emissionsgrade um oder über 0,9 aufweisen«

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Aus der Fachliteratur ist bekannt, daß das Chromoxid Eisenoxide und Siliziumkarbid im Spekt albere ich von 1 hohe spektrale Bmissionsgrade aufweisen und weiterhin .als Beimengungen bei anderen Materialien zur Erhöhung der spektralen Emissionsgrade in diesem Wellenlängenbereich beitra- gen» Die zielgerichtete Nutzung dieser technischen Effekte erfolgt Z₀Z₄, aber nicht»

Die Herstellung feuerfester Auftragmassen auf der Basis dieser Grundstoffe aus reinen oxidischen Komponenten oder reinem Siliziumkarbid ist rohstoffseitig und ökonomisch mit unvertretbar hohem Aufwand verbunden© Es sind aber keine Lösungen bekannt, die auf der Basis von Sekundärrohstoffen der genannten Komponenten oder deren Kombinationen die Herstellung derartiger Auftragmassen ermöglichen, die dann in möglichst dünner, dabei aber strahlungswirksamer und haftfester Schichtdicke, aufgetragen werden können«

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung feuerfester Auftragmassen mit durchgängig hohen spektralen Emissionsgraden um oder über 0,9 in dem für die Strahlungswärmeübertragung in Wärmeanwendungsanlagen be- , deutenden Wellenlängenbereich von 1 - 10/^m«, Durch Auf ^: tragen dieser Massen auf die den thermischen Prozessen zugewandten Oberflächen der feuerfesten Auskleidungen und der keramischen Strahlungselemente von Wärmeanwenc|ungs« anlagen wird erreicht, daß die Strahlungswärme strömdichten von den Oberflächen der genannten AnlageneJLemen.teieriiöht werden, was zu einer Leistungssteigerung der Anlagen und zu Senkungen der Energieverbräuche führt.

Parleyung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, feuerfeste Auftragmassen für Anwendungstemperaturen bis 1500 ⁰C herzustellen und diesen durch entsprechende Auswahl und Kombination einer Anzahl feuerfester Rohstoffe und geeigneter Bindemittel solche Eigenschaften zu verleihen, daß sie nach

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dem Auftragen aufhalte oder erwärmte Oberflächen in strahlungswirksamer Schichtdicke eine gute Haftfähigkeit besitzen und den so veränderten Oberflächen in thermischen Prozessen in dem für die Strahlungswärmeübertragung bedeutende Y/ellenlängenbereich von 1 « 10/^m durchgängig hohe spektrale Emissionsgrade um oder über 0,9 verleihen*

Merkmale der Erfindung;

Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, daß 40 « 70 Gew_e% metallurgische Schlacke der chemischen'Iusammensetzung 10 - 30 % SiO₂I 3 - 8 % 40 - 65 % FeO, 10 - 30 % Fe₂Oo₁I - 3 Körnung kleiner 1 mm ^: ; - "-;·^;·.

;·': ·ί+-ΐ.ί3.

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setzung 5 ^15""%"; 34-O₂, 5 - 10 % Al₂O₃, 10 - 15 % ^e₂O₃, 15 -25 % MgO,

40 - 65 % Cr₂OoJ Körnung kleiner 1 mm, oder

40 « 85 Gew»% SiC oder SiC-haltige Abprodukte mit einem SiC-Gehalt größe? 40 %_f Körnung kleiner 1 mm,

und/oder ' ' ..... 25 - 50 Gew,% SG-gteinbruch oder E4elkqrund, Körnung

kleiner 0,2 mm, . '

5-12 Gew,% feuerfester Bindeton mit· einem AlgO^-Gehalt größer 26 %, Körnung kleiner 3 nun, eingesetzt werden und als Bindemittel 10 - 30 Gewa% Sintermagnesit, Körnung kleiner 1 mm,

und - '

4-6,5 Gew*% Bittersalz

oder 1-2 Gewe% Sulfitablaugepulver zur Anwendung kommen,

die Ausgangsstoffe in bekannter Weise zerkleinert werden oder bereits in der erforderlichen Körnung vorliegen, die Mischung der Komponenten im trockenen Zustand erfolgt, dabei 5-15 GeT»»% Pe, Körnung kleiner 0,5 mm, zugegeben werden«

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Durch Züs'a'tii-Voti !MaserTwejrden die Auftragmassen in eine der Verarbeitungstechnologie angepaßte Konsistenz gebracht und können danach auf kalte oder erwärmte Oberflächen in möglichst dünner, jedoch die Oberfläche bedeckender, strahlungswirksamer und fest haftender Schichtdicke ein- und/oder mehrmalig aufgetragen werden.

Der Auftrag kann auf ungebrauchte Feuerfestmaterialien vor, während oder nach ihrem Einbau in wärmetechnische Anlagen, auf die Oberfläche gebrauchter Feuerfestmaterialien während des Betriebes oder in Stillstandszeiten der Anlagen sowie weiterhin auch schon im Rahmen der technologischen Her-s.« stellungs« und/oder Formgebungsverfahren der Feuerfest«* materialien in jeweils geeigneter Weise erfolgen.

Die Massen besitzen danach eine hohe'Haft festigkeit und bei thermischer Belastung bei Temperaturep bis 1500 ⁰O eine hohe Wärmestrahlung in dem¹ für die Strahlungswärmeü,bertra~ gung bedeutenden Wellenlängenbereich von 1 - 10^m₀ In diesem Wellenlängenbereich weisen die Massen durchgängig spektrale Emissionsgrade um oder über 0,9 auf.

Die genannten Massen können auch, mit entsprechend variiertem Kornaufbau, zur Herstellung komplett geformter keramischer Erzeugnisse verwendet werden.

Ausführungsbeispiel <'- , '

Die Erfindung soll nachstehend an zwei Ausführungsbeispie·» len näher erläutert werden«

Beispiel 1

Feuerfeste Auftragmassen, anwendbar bis 1500 ⁰G, mit hoher Haftfestigkeit und durchgängig hohen spektralen Emissionsgraden um oder über 0,9 m im WeIlenlängenbereich über 1 ~ 10^m, bestehend aus:

40 - 70 Gew.% metallurgischer Schlacke der chemischen Zu~

sammensetzung 10 - 30 Gew.% SiO₂, 3 - 8 % Al₂O₃, 40 - 65 % FeO, 10 · 30 % Fe₂O₃, 1 - 3 % CrO, Körnung kleiner 1 mm, 5-10 Gew«% feuerfestem Bindeton mit einem Al₉Oo- Gehalt größer 26 %, Körnung kleiner 3 mm, 10 - 30 Gewo% Sintermagnesit, Körnung kleiner 0,1 mm, Λ _ £ c; Clattt -OL TU -h-ho «aal rr

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werden durch Zugabe von Wasser in einen verarbeitungsfähigen Zustand versetzt und danach vorzugsweise durch Anwendung des Naßtorkretierverfahrens oder durch Anwerfen von Hand auf die zu beschichtenden Oberflächen mit einer Dicke von vorzugsweise 2 - 5 mm aufgetragen.

Bei erwärmtem Mauerwerk über 50 ⁰O tritt eine kurzfristige Verfestigung der Masse bei gleichzeitiger sicherer Haftung auf dem Untergrund ein. Danach kann die Masse unbegrenzt schnell aufgeheizt werden.'

Beispiel 2 ^

Feuerfeste Auftragmassen, einsetzbar bis 15OO ⁰G, mit*hoher Haftfestigkeit und durchgängig: hohen spektralen Emissionsgraden um oder über 0,9 /im Wellenlängenbereich über ' 1-10 m, bestehend aus:

40 - 50 Gew«% SG-Steinbruch oder Edelkorund, Körnung

kleiner 0,2 mm, 25 - 50 Gew.% SiC oder SiCJialtigen Abprodukten mit einem SiC-^Anteil größer'4Q %,: Körnung kleiner''TIM^ " 5-12 Gew,% feuer|ies|eia._;Windel?on mitieinem Al^Oy-; Gehalt

1 - 2 Gew_#% SuifitablaugepulverV' : wird durch Zugabe von Wasser in einen verarbeitungsfähigen Zustand versetzt. Eine Lagerung der Masse in diesem Zustand von 1 bis 2 Stunden wirkt sich vorteilhaft auf die Haftfähigkeit aus« Danach wird die Masse, vorzugsweise mittels Anstrich oder Anwurf, auf die zu beschichtende Oberfläche mit einer Dicke von vorzugsweise 2 - 5 mm aufgetragen© Kaltes oder mäßig erwärmtes Mauerwerk ist zu bevorzugen. Danach kann die Masse unbegrenzt schnell aufgeheizt werden«

Claims (1)

1. 240 399 3 -^?-

   Erfindungsansprüche

   1« Verfahren zur Herstellung feuerfester Auftragmassen mit durchgängig hohen spektralen Emissionsgraden um oder über 0,9 im Wellenlängenbereich von 1 - lOjim dadurch gekennzeichnet, daß

   40 - 70 Gew„% metallurgische Schlacke der chemischen Zu« sammensetzung 10 - 30 % SiO₂, 3 - 8 % Al₂O₃, 40 - 65 % FeO, 10 - 30 % Pe₂O₃, 1 - 3 % GrO, Körnung kleiner 1 mm

   oder

   40 -♦ 85 Gew»% Chromerz der chemischen Zusammensetzung 5 - 15 % SiO₂, 5 - 10 % Al₂O₃, 10 ~ 15 % Fe₂O₃, 15 - 25 % MgO, oder 40 - 85 Geviofo SiC oder SiC-haltige Abprodukte

   mit einem SiC-Gehalt größer 40 %, Körnung kleiner 1 mm,

   und/oder
   25 - 50 Gewo% SC-^Steinbruch oder Edelkorund, Körnung kleiner 0,2 mm,

   5-12 Gew»% feuerfester Bindeton mit einem Al₂O₃ ~ Gehalt größer 26 %_t Körnung kleiner 3 mm, eingesetzt werden, und als Bindemittel 10 - 30 Gew.% Sintermagnesit, Körnung kleiner 0,1 mm, und

   4 -6,5 Gew_e% Bittersalz

   oder
   1-2 Gew»% Sulfitablaugepulver verwendet werden,

   durch Zusatz von Wasser in eine der Verarbeitungstechno« logie angepaßte Konsistenz gebracht werden und durch, für den jeweiligen Anwendungsfall geeignete Auftragverfahren auf kalte oder erwärmte, den thermischen Prozessen zugewandte Oberflächen der feuerfesten Auskleidungen und der keramischen Strahlungselemente von Wärmeanwendungsanlagen, ein- und/oder mehrfach aufgetragen werden, so daß eine möglichst dünne, jedoch die Oberfläche bedeckende, strahlungswirksame und fest haftende Schicht von vorzugsweise 2 - 5 mm Dicke entsteht.

   240399 3.

   2_β Feuerfeste Auftragmassen nach Punkt 1 dadurch, gekennzeichnet, daß 5-15 Gew,% Fe, Körnung kleiner 0,5 mm, zugegeben werden.

   3β Feuerfeste Auftragmassen nach Punkt 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß diese bereits bei der Herstellung γοη gebrannten oder ungebrannten Feuerfestmaterialien / als dünne, strahlungswirksame und fest haftende Schicht /' auf die den thermischen Prozessen augewandten Ober« flächen der Feuerfestmaterialien bei den technologischen Herstellungs- und/oder Formgebungsverfahren in geeigneter Weise aufgebracht werden« 4· Feuerfeste Auftragmassen nach Punkt ι -j Q₃₁^ 2 dadurch gekennzeichnet, daß aus ihr ohne Trägermaterial komplett geformte keramische Erzeugnisse hergestellt werdenβ