DD248353A1 - Verfahren zur herstellung feuerfester fasererzeugnisse - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Fasererzeugnissen aus Aluminiumsilikatfasern. Die Erfindung kann in der Metallurgie, der Keramik-, Glas- und in der Feuerfestindustrie angewendet werden. Die Anwendung der Erfindung erlaubt die Herstellung von waermedaemmenden Fasererzeugnissen mit erhoehter thermischer Bestaendigkeit und Festigkeit. Dadurch wird die Haltbarkeit von Industrieoefen verlaengert und es werden Einsatzgebiete fuer die benutzten Fasern erschlossen, fuer die herkoemmliche Fasererzeugnisse ungeeignet sind. Die erfindungsgemaesse Loesung dieser Aufgabe besteht darin, dass einer waessrigen Aufschlaemmung von Fasern mit bekannten Bindemitteln Aluminiumwasserpaste und Reaktionsvermittler zugesetzt werden. Die aus einer solchen Aufschlaemmung geformten Fasererzeugnisse sind frei von Rissen und bilden beim Einsatz eine stabilisierende Kristallitstruktur aus.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung feuerfester wärmedämmender Fasererzeugnisse, die als Halbfabrikate oder als Formkörper für die Wärmedämmung in Wärmeanlagen der keramischen-, Feuerfest- und Glasindustrie sowie in der Metallurgie und chemischen Industrie Verwendung finden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Für das Problem der Erhöhung der thermischen Beständigkeit und Festigkeit von feuerfesten Fasererzeugnissen liegen bereits mehrere bekannte Lösungen vor.

So werden nach einem bekannten Verfahren (GB-Pat. 1506152) Aluminiumsilikatfasern mit thermisch höherwertigen AI₂O₃-Fasern gemischt. In einem weiteren Verfahren (BRD-OS 2935797) wird die stabilisierende Wirkung von B2O3 ausgenutzt, welches im Gemisch mit SiO2-Fasern und Aluminiumborosilikatfasem wirkt. Der Nachteil dieser Mischfaserverfahren besteht darin, daß verschiedene Rohfasern in getrennten Arbeitsgängen herzustellen sind. Es sind weitere Verfahren bekannt geworden, welche durch Wahl verschiedener Bindemittel auf eine Erhöhung der Festigkeit von Faserformteilen abzielen. So werden nach BRD-OS 2923586 die Faserformteile nach der Formgebung mit Monoaluminiumphosphatlösung getränkt, der auch Natriumpolyphosphat zugesetzt sein kann. Es besteht nach einem weiteren Verfahren (BRD-OS 2900255) auch die Möglichkeit; den Fasern einen Feuerfestbinder basierend auf einer Mischung von Phosphaten mit Silikaten, Oxiden und Hydroxiden zuzusetzen, damit diese verkitten.

Bei diesen genannten Verfahren liegt die thermische Beständigkeit der Erzeugnisse durch die überwiegend als Flußmittel wirkenden Zusätze unterhalb der Beständigkeit der Ausgangsfasern.

Ein anderes Verfahren (BRD-OS 3009182) nutzt zur Stabilisierung der Fasern eine Kohlenstoffmatrix. Derartige Erzeugnisse sind jedoch in der überwiegenden Zahl der Einsatzfälle gegenüber der oxidierenden Ofenatmosphäre nicht beständig. In einem weiteren bekannten Verfahren (BRD-OS 1471384, AS 1471369) wird die Herstellung kristalliner, schwerschmelzbarer Metalloxidkörper mit durchgehendem AI₂O₃-Gerüst beschrieben. Neben >20% groben Aluminiumteilchen, die mit Metalloxidflußmitteln zu behandeln sind, finden als Füllstoff nicht Fasern sondern körnige, kristalline Gemische von Oxiden, Karbiden, Boriden und Nitriäen Anwendung. Die erfindungsgemäße durchgehende Gerüststruktur führt zu verminderter Wärmedämmung. Außerdem erfordert dieses Verfahren erhöhte Aufwendungen bei der thermischen Vorbehandlung der Erzeugnisse.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, das Einsatzgebiet feuerfester wärmedämmender Fasererzeugnisse für höhere Anwendungstemperaturen zu erweitern und gleichzeitig die Haltbarkeit der Feuerfestzustellung zu erhöhen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung feuerfester wärmedämmender Fasererzeugnisse zu schaffen, nach dem gegenüber bekannten technischen Lösungen die Einsatztemperatur und die Haltbarkeit der Fasererzeugnisse erhöht werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß einer wäßrigen Aufschlämmung aus Aluminiumsilikatfasern außer dem üblichen organischen oder anorganischen Bindemittel Aluminiumwasserpaste und wasserlösliche Reaktionsvermittler ausgewählt aus der Gruppe der Alkali-, Erdalkali-oder Chromverbindungen zugesetzt werden. Nach dem Homogenisieren können aus der Faseraufschlämmung nach bekannten Verfahren beliebige Formen zum Beispiel nach der Vakuumtechnik oder in Anlehnung an die Papiertechnologie hergestellt werden.

Bereits innerhalb der wäßrigen Aufschlämmung kommt es, gefördert durch die wasserlöslichen Reaktionsvermittler, zu einer Anlagerung von Aluminiumteilchen an die Fasern. Beim Einsatz der aus einer solchen Faseraufschlämmung geformten Fasererzeugnisse oder auch nach einem wahlweise durchzuführenden Vorbrand kommt es unter der Einwirkung von Sauerstoff überraschend zu einer Stabilisierung der Fasern.

Durch die Reaktionsvermittler gefördert entsteht bei höheren Temperaturen um die Fasern und an Berührungsstellen der Fasern aus dem Aluminium eine typische stabilisierende Kristallitstruktur aus AI2O3, die mit den Fasern bei weiterer Temperatursteigerung fest über eine Aluminiumsilikatglasphase verbunden wird. Durch anhaltende Temperatureinwirkung >1 000°C kann dann beigeeigneten Fasertypen vorteilhaft eine gezielte Oberflächenmullitisierung der Fasern ausgelöst werden.

Gegenüber der normalerweise eintretenden regellosen Fasermullitisierung bei höheren Temperaturen wird bei Anwendung der Erfindung auch hier ein steuerbarer stabilisierender Effekt erreicht.

Man erhält Fasererzeugnisse, die sich durch eine wesentlich geringe Schwindung beim Hochtemperatureinsatz und durch höhere Festigkeit und Abriebfestigkeit auszeichnen. Dadurch kann häufig auf die Anwendung stabilisierender Schutzanstrichmittel gegen Abrieb verzichtet werden.

Ein erfindungsgemäßes Merkmal der Herstellung feuerfester Fasererzeugnisse besteht darin, daß die Faseraufschlämmung nach der Dosierung der Komponenten Aluminiumwasserpaste mit einem Anteil von 0,1 Gew.-% bis 3Gew.-% bei einer Korngröße von > 50% der Aluminiumteilchen < 0,063 mm und wasserlösliche Reaktionsvermittler mit einem Anteil von 0,02 Gew.-% bis 1 Gew.-% enthält.

Ein weiteres erfindungsgemäßes Merkmal besteht darin, daß die Fasererzeugnisse unter Verwendung chromstabilisierter Aluminiumsilikatfasern hergestellt werden.

Ein anderes erfindungsgemäßes Merkmal besteht darin, daß als Reaktionsvermittler ein Alkaliphosphat wie Grahamsches Salz benutzt wird, welches gleichzeitig als anorganisches Bindemittel wirken kann und den Fasererzeugnissen bereits nach dem Trocknen die notwendige Festigkeit verleiht.

Die erfindungsgemäß hergestellte Fasererzeugnisse sind frei von Rissen und besitzen eine hohe thermische Beständigkeit auch bei Überschreitung der normalerweise für die reine Grundfaser zugelassenen Anwendungstemperatur. Das macht die erfindungsgemäßen Fasererzeugnisse besonders geeignet für Anwendungsfälle, wo mit kurzzeitigen aber auch mit länger anhaltenden thermischen Überlastungen der Grundfaser gerechnet werden muß und für Anwendungsfälle in Nähe der Faserklassifikationstemperatur.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung soll nachfolgend an drei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Beispiel 1:

Einer nach bekannten Verfahren hergestellten wäßrigen Faseraufschlämmung mit anorganischen und organischen Bindemitteln zusammengesetzt aus:

94,00 Gew.-% Wasser

4,65Gew.-% Aluminiumsilikatfasern (50% AI₂O₃) 0,13Gew.-%Carboxymethylzellulose 1,00Gew.-% Kieselsol 0,14Gew.-% Kalialaun 0,08 Gew.-% Netzmittel

werden O^Gew.^bezogen auf die Faseraufschlämmung Aluminiumwasserpaste zugesetzt und mit der Aufschlämmung homogenisiert.

In diesem Beispiel wirkt das Kalialaun gleichzeitig als wasserlöslicher Reaktionsvermittler und als Flockungsmittel für Kieselsol.

Nach der Formgebung zu Faserplatten erhält man im Vergleich mit Faserplatten, die ohne Aluminiumwasserpaste hergestellt wurden Erzeugnisse, welche bei den Prüfbedingungen 1 250°C, 12h eine um 40% verminderte Nachschwindung aufweisen.

Gleichzeitig besitzen solche Faserplatten eine erhöhte Festigkeit und sind gegen Abrieb unempfindlicher. Die erfindungsgemäßen Faserplatten erfüllen die Bedingungen an eine gegenüber der Grundfaser mit 1 250°C Klassifikationstemperatur um mindestens 15O⁰C gesteigerte Anwendungstemperatur.

Beispiel 2:

Einer nach bekannten Verfahren hergestellten Aufschlämmung mit organischem Bindemittel bestehend aus:

95,00 Gew.-% Wasser

4,60Gew.-% Aluminiumsilikatfasern (50% AI₂O₃) 0,20Gew.-%Carboxymethylzellulose 0,10Gew.-% Netzmittel

werden bezogen auf die Aufschlämmung Aluminiumwasserpaste und Grahamsches Salz in der Menge zugesetzt, daß der Gehalt an diesen Komponenten in der Aufschlämmung die Werte von 0,5Gew.-% Aluminiumwasserpaste und 0,25Gew.-% Grahamsches Salz beträgt. Nach der Formgebung zu Fasererzeugnissen erhält man gegenüber herkömmlichen Fasererzeugnissen, wie im Beispiel 1 als Vergleichserzeugnis angeführt, bei den Prüfbedingungen 1 250°C, 12h eine um 50% verminderte Schwindung bei gesteigerter Festigkeit.

Beispiel 3:

Es wird eine Faseraufschlämmung wie nach Beispiel 2 hergestellt mit dem Unterschied, daß die Aluminiumsilikatfasern (50% AI₂O₃) gegen aluminiumsilikatische Mineralwolle ausgetauscht werden. Dieser Faseraufschlämmung werden 0,8Gew.-% Aluminiumwasserpaste und 0,5Gew.-% Natriumpolyphosphat zugesetzt und mit dieser homogenisiert. Nach der Formgebung zu Mineralwollplatten erhält man bei den Prüfbedingungen 600⁰C, 12h eine um 60% verringerte Schwindung gegenüber herkömmlichen Mineralwollplatten ohne die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte.

Claims (5)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Verfahren zur Herstellung feuerfester Fasererzeugnisse aus einer wäßrigen Aufschlämmung von Aluminiumsilikatfasern mit organischen oder anorganischen Bindemitteln, gekennzeichnet dadurch, daß der Aufschlämmung Aluminiumwasserpaste und wasserlösliche Reaktionsvermittler ausgewählt aus der Gruppe der Alkali-, Erdaikali- und Chromverbindungen zugesetzt und mit der Aufschlämmung homogenisiert werden.
2. 2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Faseraufschlämmung 0,1 bis 3Gew.-% Aluminiumwasserpaste und 0,02 bis 1 Gew.-% wasserlösliche Reaktionsvermittler enthält,
3. 3. Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß Aluminiumwasserpaste mit einer Korngröße von >50'% der Aluminiumteilchen <0,063mm benutztwird.
4. 4. Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß als Reaktionsvermittler ein Alkaliphosphat wie Grahamsches Salz verwendet wird, welches gleichzeitig als anorganisches Bindemittel wirken kann.
5. 5. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Aluminiumsilikatfasern chromstabilisiert sind.