DD231338B1 - METHOD FOR PRODUCING FIRE-RESISTANT HEAT-DRYING FORMKOERPER AND GEMENGE - Google Patents

METHOD FOR PRODUCING FIRE-RESISTANT HEAT-DRYING FORMKOERPER AND GEMENGE Download PDF

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Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

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.The invention relates to a method for producing refractory thermally insulating moldings and mixtures, which can be used in metallurgy, the ceramic, glass, refractory and in the cement industry.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

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.For the production of refractory thermally insulating shaped bodies and mixtures, inter alia mixtures of porous grains with suitable binders are added and shaped by known processes. Subsequently, the curing takes place by chemical means or by ceramic bond.

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.The porous grains used for the production of refractory thermally insulating moldings and blends predominantly have a high open porosity due to the process of their preparation. In the processing of such porous grains with a high proportion of open porosity to moldings and mixtures there is the disadvantage that the binder partially penetrate during mixing by capillary action in the porous grain. The binders can thus no longer or only to a lesser extent do justice to their actual task of bringing the porous grains into a firm bond. This gives moldings with lower strength, especially with reduced edge strength.

Zum Ausgleich dieser unerwünschten Erscheinung ist es möglich, den Bindemittelgehalt zu erhöhen. Das führt bedingt durch den hohen Preis vieler Feuerfestbindemittel zu erhöhten Herstellungskosten.To compensate for this undesirable phenomenon, it is possible to increase the binder content. Due to the high price of many refractory binders, this leads to increased production costs.

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.The filling of the pores is also undesirable because it reduces the porosity of the moldings and blends. There is an increase in the bulk density and the thermal conductivity of the products. Furthermore, the chemistry of the products can be changed in an undesirable direction.

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.Known technical solutions to construction problems are based on sealing the porous granules with epoxy resin (DDR patent No. 139249) or on hydrophobicizing the porous aggregates with silicone oil, fatty acids, resins or asphalt (BRD AS 3001893, US Pat. No. 4,235,460). The disadvantage of these solutions is that when using materials for sealing or hydrophobing of the granules, the solid bond between binder matrix and grain is severely impaired.

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.Another known technical solution to the problem is based on the addition of Vermiculitglimmer in combination with hydrophobierenden additives such as organic metal complexes and cationic fatty acid derivatives (BRD Patent 2606511). Here, the vermiculite semipermeable form colloidal membranes that prevent the ingress of water in porous aggregates temporarily. The application of this solution to the problem also leads to a reduced bond strength between matrix and porous aggregate. In addition, this method reduces the fire resistance of thermal insulation materials by contamination with alkali compounds.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, feuerfeste wärmedämmende Formkörper und Gemenge aus porösem Granulat herzustellen mit erhöhter Kantenfestigkeit und minimiertem Rohdichtezuwachs des Ausgangsgranulates.The object of the invention is to produce refractory thermally insulating moldings and mixtures of porous granules with increased edge strength and minimized increase in bulk density of the starting granules.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

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.The invention has for its object to produce refractory thermally insulating moldings and mixtures based on porous granules, which are distinguished from known solutions by a lower content of binders, higher edge strength, lower bulk density and lower thermal conductivity. According to the invention, the object is also achieved by addition of water-soluble fine particles of needle-shaped, rod-shaped or fibrous form to porous granules, the water-insoluble fine particles having a length of 0.05 mm to 1 Crm with a length to diameter ratio of 600: 1 to 20: 1 and the addition of such particles 1 to 10Ma .-% based on the dry refractory components. The water-insoluble fine particles are to be intimately mixed with the porous granules. The addition of the fine particles can be carried out directly to the porous grain with subsequent mixing. The usual ceramic or chemical binder is mixed in this case last. Another possibility is to mix the water-insoluble fine particles directly with the binder or with mixing water and then mix under the porous granules. Finally, the particles according to the invention should not be added to the mixture because this reduces their effect.

Die überraschenden Effekte der Erfindung bestehen darin, daß:The surprising effects of the invention are that:

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.the water-insoluble fine particles, still favored by their form-related large surface area, are enveloped by the chemical and / or ceramic binders by chemical reactions and / or adhesion and accumulate fines of the binding matrix on their surface. As a result, the binders are increasingly retained in the intermediate grain spaces of the porous granules. They are thus no longer available for filling pores.

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.the water-insoluble fine particles coated with binder components cover open pores of the porous granules and thus close pore openings. By a filter effect, this prevents further penetration of fines of the binding matrix into the interior of the pores.

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.the fine particles enveloped with B'mdematrix form binding bridges between the porous grains, which give the shaped bodies a firm bond after drying, chemical or ceramic hardening, even without a dense grain packing of the binding matrix being absolutely necessary. This promotes the intended high porosity of the products.

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.In the context of the production of highly porous heat-insulating shaped bodies and mixtures, it may be advantageous to remove the water-insoluble fine particles according to the invention again in the starting state of the products because their advantageous effects are no longer needed.

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.An inventive feature of the production of refractory thermally insulating moldings and mixtures is therefore that the particles according to the invention consist of organic material such as pulp, which decomposes on heating to use temperature.

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.Another feature of the present invention of producing refractory thermally-insulating molded bodies and blends is that the fine particles of the invention themselves act as additional binders, melting at elevated temperatures or reacting with the binder matrix and porous granules to form mineral neodymium to form fixed bond bridges. For such applications, in particular fine particles of the invention are suitable, which can be selected from the group of glasses.

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.A further feature of the invention is that the refractory moldings and mixtures to 50 to 95Ma .-% of porous granules in the grain size> 0.5 mm and 5 to 50 wt .-% binder matrix in the grain size <0.5 mm and with 6 to 30% by weight, based on the dry matter, of mixing water to a moisture-moist consistency.

Als poröses Granulat können Stoffe wie Schaumschamotte Perlit, keramische Hohlkugeln, Hohlkugelkorund, Blähton, Leichtsteingranulat, Leichtbetongranulat und poröse Schlacken ausgewählt werden.As porous granules, substances such as foam chamotte perlite, ceramic hollow spheres, hollow spherical corundum, expanded clay, light granules, lightweight concrete granules and porous slags can be selected.

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.In addition to known refractory substances such as kaolin, clay, refractory oxides, mullite, chamotte, the binding matrix can also contain cements, organic binders and / or chemical binders such as waterglass, ethylsilicate solutions and phosphate binders in addition to the mixing water.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von 2 Beispielen näher erläutert werden:The invention will be explained in more detail below with reference to two examples:

Beispiel 1:Example 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.-%.A refractory light granules with 72% AI 2 O 3 content and the main mineral phase mullite, composed of the grain fractions 0.5 to 5mm to 85Ma .-% and 0 to 0.5mm to 15Ma .-% is a slurry consisting of organic fibers in Water to 31 Ma. -% based on the light stone granules to set and mixed. The slurry of fibers and water has a fiber content of 10% by mass.

Anschließend wird eine Binde matrix folg ender Zusammensetzung mit einem Anteil von 58Ma.-% bezogen auf das Leichtsteingranulat zugemischt.Subsequently, a binder matrix successive composition is added with a proportion of 58Ma .-% based on the light granules.

Komponentecomponent Anteil in Ma.-%Share in% by weight Kaolinkaolin 3636 Tonerdehydratalumina hydrate 3030 Dextrinlösung 15%igDextrin solution 15% 1010 Wasserwater 2424

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:This gives a soil-moist mass, which can be processed by pressing into moldings. The addition of the water-insoluble fine particles leads to a similar mass without this additive in pressed and then fired at 1 550 0 C molded articles to the following properties:

Merkmal herkömmlicher Formkörper erfindungsgemäßer FormkörperFeature of conventional moldings inventive moldings

Rohdichte [g/cm3] 1,35 1,14Bulk density [g / cm 3 ] 1.35 1.14

Kaltdruckfestigkeit [MPa] 3 3Cold pressure strength [MPa] 3 3

Wärmeleitfähigkeit 0,61 0,54Thermal conductivity 0.61 0.54

bei 10000C [W/m K].at 1000 ° C [W / m K].

Besonderheiten geringe Kantenfestigkeit, deutlich höhere Kantenfestigkeit imSpecial features low edge strength, significantly higher edge strength in the

dadurch viel Ausschuß getrockneten und gebrannten Zustand,thereby much scrap dried and burned state,

bei Handhabung dadurch wenig Ausschußby handling thereby little committee

Beispiel 2:Example 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.70Ma .-% of a kaolin foam chamotte in the grain size 0 to 10mm, of which 20% <0.5mm, are mixed with 3Ma .-% kaolin wool of the classification temperature 1 25O 0 C and 36 Ma .-% water based on the kaolin foam Schamotte. Finally, 27% by weight, based on the dry mass constituents, of a bond consisting of 50% clay, 48% fireclay flour and 2% sulfite waste liquor powder are mixed in. This gives a good mouldable mixture, which can be processed by pressing, drying and firing to refractory shaped bricks. The moldings have about 8% lower bulk density and increased edge strength compared to comparable stones made of granules. The stones are easy to handle after drying.

Claims (6)

Erfindungsanspruch:Invention claim: 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.1. A process for producing refractory thermally insulating moldings and mixtures, characterized in that porous granules are added except the usual binder water-insoluble fine particles in needle-like, rod-shaped or fibrous form, wherein the water-insoluble fine particles have a length of 0.05 mm to 10 mm at a The ratio of length to diameter has between 600: 1 to 20: 1 and the additional amount of such particles is 1 to 10% by mass, based on the dry refractory base components. 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die erfindungsgemäßen Teilchen aus der Gruppe der Gläser ausgewählt werden.2. The method according to claim 1, characterized in that the particles according to the invention are selected from the group of glasses. 3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die erfindungsgemäßen Teilchen aus Zellstoff bestehen.3. The method according to claim 1, characterized in that the particles according to the invention consist of pulp. 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.4. The method according to claim 1, characterized in that the refractory moldings and mixtures to 50 to 95Ma .-% of porous granules in the grain size> 0.5mm and to 5-50Ma .-% of binder matrix in the grain size <0.5mm are composed. 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.5. The method according to claim 1 and 4, characterized in that are selected as porous granules substances such as foam fireclay, perlite, ceramic hollow spheres, Hohlkugelkorund, expanded clay, light granules, lightweight concrete granules and porous slags. 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.6. The method according to claim 1 and 4, characterized in that the binder matrix is composed of conventional binders and their combinations such as clay, kaolin, refractory oxides, chamotte, Mu 11 it, organic binders, cement and chemical binders such as water glass, ethyl silicate solutions and phosphate binders ,
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