DD231338B1 - Verfahren zur herstellung feuerfester waermedaemmender formkoerper und gemenge - Google Patents

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Description

Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung feuerfester wärmedämmender Formkörper und Gemenge, die in der Metallurgie, der Keramik-, Glas-, Feuerfest- und in der Zementindustrie eingesetzt werden können.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Für die Herstellu ng feuerfester wärmedämmender Formkörper und Gemenge werden nach bekannten Verfahren unter anderem Gemische aus porösen Körnungen mit geeigneten Bindemitteln versetzt und geformt. Anschließend erfolgt die Aushärtung auf chemischem Wege oder durch keramische Bindung.
Die für die Herstellung feuerfester wärmedämmender Formkörper und Gemenge benutzten porösen Körnungen besitzen überwiegend bedingt durch das Verfahren ihrer Herstellung eine hohe offene Porosität. Bei der Verarbeitung derartiger poröser Körnungen mit hohem Anteil an offener Porosität zu Formkörpern und Gemengen ergibt sich der Nachteil, daß die Bindemittel beim Mischen durch Kapillarwirkungen teilweise in das poröse Korn eindringen. Die Bindemittel können so ihrer eigentlichen Aufgabe, die porösen Körner in einen festen Verband zu bringen, nicht mehr oder nur in verringertem Maße gerecht werden. Man erhält Formkörper mit geringerer Festigkeit, besonders mit verringerter Kantenfestigkeit.
Zum Ausgleich dieser unerwünschten Erscheinung ist es möglich, den Bindemittelgehalt zu erhöhen. Das führt bedingt durch den hohen Preis vieler Feuerfestbindemittel zu erhöhten Herstellungskosten.
Das Verfüllen der Poren ist außerdem unerwünscht, weil dadurch die Porosität der Formkörper und Gemenge vermindert wird. Es kommt zu einem Ansteigen der Rohdichte und der Wärmeleitfähigkeit der Erzeugnisse. Des weiteren kann der Chemismus der Erzeugnisse in unerwünschter Richtung verändert werden.
Bekannte technische Lösungen derProblematikausdem Bauwesen basieren auf einer Versiegelung des porösen Granulates mit Epoxidharz (DDR-Patent Nr. 139249) oder auf einer Hydrophobierung der porösen Zuschlagstoffe mit Silikonöl, Fettsäuren, Harzen oder Asphalt (BRD AS 3001893, USA-Patent 4.235.460). Der Nachteil dieser Lösungen besteht darin, daß beim Einsatz von Stoffen zur Versiegelung oder Hydrophobierung des Granulates die feste Verbindung zwischen Bindematrix und Korn stark beeinträchtigt wird.
Eine weitere bekannte technische Lösung der Problematik beruht auf dem Zusatz von Vermiculitglimmer in Kombination mit hydrophobierenden Zusätzen wie organischen Metallkomplexen und kationenaktiven Fettsäurederivaten (BRD-Patent 2606511). Hierbei soll der Vermiculit semipermeable kolloidale Membranen bilden, die das Eindringen von Wasser in poröse Zuschläge zeitweilig verhindern. Die Anwendung dieser Lösung der Problematik führt ebenfalls zu einer verringerten Bindefestigkeit zwischen Matrix und porösem Zuschlagstoff. Außerdem wird durch dieses Verfahren die Feuerfestigkeit bei Wärmedämmstoffen durch Verunreinigung mit Alkaliverbindungen herabgesetzt.
Ziel der Erfindung
Das Ziel der Erfindung besteht darin, feuerfeste wärmedämmende Formkörper und Gemenge aus porösem Granulat herzustellen mit erhöhter Kantenfestigkeit und minimiertem Rohdichtezuwachs des Ausgangsgranulates.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Die Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, feuerfeste wärmedämmende Formkörper und Gemenge herzustellen auf der Basis von porösem Granulat, die sich gegenüber bekannten Lösungen durch einen geringeren Gehalt an Bindemitteln, höhere Kantenfestigkeit, geringere Rohdichte und geringere Wärmeleitfähigkeit auszeichnen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß porösem Granulat außerdem üblichen Bindemittel wasserunlösliche feine Teilchen in nadeliger, stäbchenförmiger oder faserförmiger Gestalt zugesetzt werden, wobei die wasserunlöslichen feinen Teilchen eine Länge von 0,05 mm bis 1Crmm bei einem Verhältnis von Länge zu Durchmesserzwischen 600:1 bis 20:1 aufweisen und der Zusatz an derartigen Teilchen 1 bis 10Ma.-% bezogen auf die trockenen feuerfesten Grundkomponenten beträgt. Die wasserunlöslichen feinen Teilchen sind mit dem porösen Granulat innig zu vermischen. Der Zusatz der feinen Teilchen kann direkt zum porösen Korn erfolgen mit anschließender Mischung. Das übliche keramische oder chemische Bindemittel wird in diesem Fall zuletzt untergemischt. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die wasserunlöslichen feinen Teilchen direkt mit dem Bindemittel oder mit Anmachwasser zu vermischen und anschließend dem porösen Granulat unterzumischen. Als letztes sollen die erfindungsgemäßen Teilchen dem Gemisch nicht zugesetzt werden, weil sich dadurch ihre Wirkung verringert.
Die überraschenden Effekte der Erfindung bestehen darin, daß:
die wasserunlöslichen feinen Teilchen, noch begünstigt durch ihre gestaltsbedingte große Oberfläche, von den chemischen und/oder keramischen Bindemitteln durch chemische Reaktionen und/oder Adhäsion eingehüllt werden und Feinkornanteile der Bindematrix an ihrer Oberfläche anlagern. Dadurch werden die Bindemittel verstärkt in den Zwischenkornräumen des porösen Granulates festgehalten. Sie stehen somit für ein Verfüllen von Poren nicht mehr zur Verfügung.
die mit Bindemittelanteilen umhüllten wasserunlöslichen feinen Teilchen offene Poren des porösen Granulates überdecken und so Porenöffnungen verschließen. Durch eine Filterwirkung wird damit ein weiteres Eindringen von Feinanteilen der Bindematrix in das Innere der Poren verhindert.
die mit B'mdematrix umhüllten feinen Teilchen zwischen den porösen Körnern Bindebrücken bilden, die den Formkörpern nach derTrocknung, der chemischen oder keramischen Härtung einen festen Verband verleihen auch ohne daß eine dichte Kornpackung der Bindematrix zwingend erforderlich ist. Das fördert die beabsichtigte hohe Porosität der Erzeugnisse.
Im Sinne der Herstellung hochporöser wärmedämmender Formkörper und Gemenge ist es gegebenenfalls von Vorteil, die erfindungsgemäßen wasserunlöslichen feinen Teilchen im Einsatzzustand der Erzeugnisse wieder zu entfernen, weil ihre vorteilhaften Wirkungen nicht mehr benötigt werden.
Ein erfindungsgemäßes Merkmal der Herstellung feuerfester wärmedämmender Formkörper und Gemenge besteht deshalb darin, daß die erfindungsgemäßen Teilchen aus organischem Material bestehen wie beispielsweise Zellstoff, welcher sich bei der Erwärmung auf Einsatztemperatur zersetzt.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Merkmal der Herstellung feuerfester wärmedämmender Formkörper und Gemenge besteht darin, daß die erfindungsgemäßen feinen Teilchen selbst als zusätzliche Bindemittel wirken, indem sie bei erhöhten Temperaturen schmelzen oder mit der Bindematrix und mit dem porösen Granulat zu Mineralneubildungen reagieren unter Bildung fester Bindebrücken. Für derartige Anwendungsfälle sind insbesondere feine erfindungsgemäße Teilchen geeignet, die aus der Gruppe der Gläser ausgewählt werden können.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Merkmal besteht darin, daß die feuerfesten Formkörper und Gemenge zu 50 bis 95Ma.-% aus porösem Granulat in der Korngröße >0,5 mm und zu 5 bis 50 Ma.-% Bindematrix in der Korngröße < 0,5 mm bestehen und mit 6 bis 30 Ma.-% bezogen auf die Trockenmasse Anmachwasser auf eine erdfeuchte Konsistenz gebracht werden.
Als poröses Granulat können Stoffe wie Schaumschamotte Perlit, keramische Hohlkugeln, Hohlkugelkorund, Blähton, Leichtsteingranulat, Leichtbetongranulat und poröse Schlacken ausgewählt werden.
Die Bindematrix kann neben bekannten feuerfesten Stoffen wie Kaolin, Ton, feuerfeste Oxide, Mullit, Schamotte außer dem Anmachwasser auch Zemente, organische Bindemittel und/oder chemische Binder wie Wasserglas, Äthylsilikatlösungen und Phosphatbindemittel enthalten.
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von 2 Beispielen näher erläutert werden:
Beispiel 1:
Einem feuerfesten Leichtsteingranulat mit 72% AI2O3-Gehalt und der Hauptmineralphase Mullit, zusammengesetzt aus den Kornfraktionen 0,5 bis 5mm zu 85Ma.-% und 0 bis 0,5mm zu 15Ma.-% wird eine Aufschlämmung bestehend aus organischen Fasern in Wasser zu 31 Ma. -% bezogen auf das Leichtstein granulat zu gesetzt undgemischt. Die Aufschlämmung aus Fasern und Wasser hat einen Faseranteil von 10 Ma.-%.
Anschließend wird eine Binde matrix folg ender Zusammensetzung mit einem Anteil von 58Ma.-% bezogen auf das Leichtsteingranulat zugemischt.
Komponente Anteil in Ma.-%
Kaolin 36
Tonerdehydrat 30
Dextrinlösung 15%ig 10
Wasser 24
Man erhält eine erdfeuchte Masse, welche durch Pressen zu Formkörpern verarbeitet werden kann. Der Zusatz der wasserunlöslichen feinen Teilchen führt gegenüber einer gleichartigen Masse ohne diesen Zusatz bei gepreßten und danach bei 1 5500C gebrannten Formkörpern zu folgenden Eigenschaften:
Merkmal herkömmlicher Formkörper erfindungsgemäßer Formkörper
Rohdichte [g/cm3] 1,35 1,14
Kaltdruckfestigkeit [MPa] 3 3
Wärmeleitfähigkeit 0,61 0,54
bei 10000C [W/m K].
Besonderheiten geringe Kantenfestigkeit, deutlich höhere Kantenfestigkeit im
dadurch viel Ausschuß getrockneten und gebrannten Zustand,
bei Handhabung dadurch wenig Ausschuß
Beispiel 2:
70Ma.-% einer Kaolinschaumschamotte in der Korngröße 0 bis 10mm, davon 20% <0,5mm, werden mit 3Ma.-% Kaolinwolle der Klassifikationstemperatur 1 25O0C und mit 36 Ma.-% Wasser bezogen auf die Kaolinschaumschamotte versetzt. Abschließend werden 27 Ma.-% bezogen auf die trockenen Massebestandteile einer Bindung bestehend aus 50% Ton, 48% Schamottemehl und 2% Sulfitablaugepulver untergemischt. Man erhält ein gut formbares Gemenge, welches durch Pressen, Trocknen und Brennen zu feuerfesten Formsteinen verarbeitet werden kann. Die Formkörper weisen gegenüber vergleichbaren Steinen aus Granulat eine ca. 8% geringere Rohdichte und eine erhöhte Kantenfestigkeit auf. Die Steine sind bereits nach dem Trocknen gut handhabbar.

Claims (6)

  1. Erfindungsanspruch:
    1. Verfahren zur Herstellung feuerfester wärmedämmender Formkörper und Gemenge, gekennzeichnet dadurch, daß porösem Granulat außer dem üblichen Bindemittel wasserunlösliche feine Teilchen in nadeliger, stäbchenförmiger oder faseriger Gestalt zugesetzt werden, wobei die wasserunlöslichen feinen Teilchen eine Länge von 0,05mm bis 10 mm bei einem Verhältnis von Länge zu Durchmesserzwischen 600:1 bis 20:1 aufweisen und der Zu satz a η derartigen Teilch en 1 bis 10Ma.-% bezogen auf die trocknen feuerfesten Grundkomponenten beträgt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die erfindungsgemäßen Teilchen aus der Gruppe der Gläser ausgewählt werden.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die erfindungsgemäßen Teilchen aus Zellstoff bestehen.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die feuerfesten Formkörper und Gemenge zu 50 bis 95Ma.-% aus porösem Granulat in der Korngröße >0,5mm und zu 5-50Ma.-% aus Bindematrix in der Korngröße < 0,5mm zusammengesetzt sind.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 und 4, gekennzeichnet dadurch, daß als poröses Granulat Stoffe wie Schaumschamotte, Perlit, keramische Hohlkugeln, Hohlkugelkorund, Blähton, Leichtsteingranulat, Leichtbetongranulat und poröse Schlacken ausgewählt werden.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1 und 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Bindematrix zusammengesetzt ist aus üblichen Bindemitteln und deren Kombinationen wie Ton, Kaolin, feuerfeste Oxide, Schamotte, Mu 11 it, organischen Bindemitteln, Zement und chemischen Bindern wie Wasserglas, Äthylsilikatlösungen und Phosphatbindemitteln.
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