DD289038A5

DD289038A5 - Waermestrahlungsaktive beschichtung fuer keramik-, mineral-, glas- oder mischfaser- und leichtbaustoffauskleidungen von waermeanlagen

Info

Publication number: DD289038A5
Application number: DD33450789A
Authority: DD
Inventors: Ulrich Morgenstern; Frank Borrmann; Wolfgang Tschirswitz; Lutz Herrmann; Helmut Reinhardt; Manfred Schmidt
Original assignee: Brennstoffinstitut,De; Staatliche Energieinspektion Abt. Hauptinstektion,De; Veb Stahl- U. Walzwerk "W. Florian",De
Priority date: 1989-11-13
Filing date: 1989-11-13
Publication date: 1991-04-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine waermestrahlungsaktive Beschichtung fuer Keramik-, Mineral-, Glas- oder Mischfaser- und Leichtbaustoffauskleidungen von Waermeanlagen. Die waermestrahlungsaktive Beschichtung ist geeignet fuer die Innenflaechen der Keramik-, Mineral-, Glas- oder Mischfaser- und Leichtbaustoffauskleidung von Industrieoefen, Feuerungen, Waermetauschern, metallurgischen Gefaeszen, Brennerbloecken und Strahlungselementen. Ziel der Erfindung ist eine Beschichtung fuer Auskleidungen in Leichtbauweise mit hohem Waermestrahlungsemissionsgrad bei gleichzeitiger Senkung des Wand- und Speicherwaermeverlustes sowie Minimierung des Fasermaterialien- oder Leichtbaustoffeinsatzes. Daraus leitet sich die Aufgabe ab, eine Beschichtung vorzuschlagen, bei der die Transmission der Waermestrahlung in die Faserauskleidung sowie die Erhoehung des Waermeleitvermoegens infolge erhoehter Strahlung in den Poren des Leichtbaustoffes vermieden bzw. eingeschraenkt wird. Erfindungsgemaesz ist auf der dem Innenraum der Waermeanlage zugewandten Seite der Faser- oder Leichtbaustoffauskleidung und der waermestrahlungsaktiven Schicht eine die Waermestrahlen reflektierende Transmissionssperrschicht mit einem Strahlungsemissionsgrad kleiner 0,35 im Spektralbereich von 1 bis 4 Mikrometer, vorzugsweise auf der Basis von Al2O3- und/oder alumosilikatischen und/oder MgO- und/oder CaO- und/oder zirkonhaltigen Verbindungen, insbesondere ZrO2 und/oder ZrSiO4 und/oder Zirkoniumspinell in einer die Waermestrahlen nicht durchlaessigen Schicht von kleiner 0,8 mm, vorzugsweise unter 0,5 mm angeordnet.{waermestrahlungsaktive Beschichtung; Faserauskleidung; Leichtbaustoffauskleidung; Leichtsteine; reflektierende Transmissionsperrschicht; Tonerde, alumosilikatische; MgO- und CaO-haltige Verbindungen; Brennerbloecke; Strahlungselemente}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine wärmestrahlungsaktive Beschichtung für die Innenflächen der mit Keramik-, Mineral-, Glas oder Mischfasern ausgekleideten oder tapezierten oder mit makroporösen Leichtbaustoffen zugestellten Industrieöfen, Feuerräume von Feuerungen, Wärmetauschern und sonstigen Wärmeübertragungsanlagen sowie Strahlungsbrenner- oder Strahlungselemente aus Fasern, faserartigem Material oder Leichtbaustoffen.

Die zu dieser Beschichtung geeigneten Wärmeaggregate sind in allen Bereichen der Industrie, der Landwirtschaft, des Bauwesens und der Dienstleistungen vorhanden.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Wärmeanwendungsanlagen, wie Industrieöfen, Feuerungen und Wärmetauscher werden in der Leichtbauweise zum Zweck der besseren Wärmeisolation mit F'sermaterial oder Leichtbaustoffen in Form von Steinen, Platten oder Blöcken ausgekleidet. Das Fasermaterial in Form von Matten, Plattet! oder Modulen besteht je nach Prozeßtemperatur aus Keramik-, Mineral-, Glas- oder Mischfasern. Als sehr energieeinsparend erweist sich auch die Innentapezierung der Auskleidung in Schwerbauweise mit derartigen Faserelementen.

Bekanntgeworden sind auch Isolierverfahren, wo auf Ofenwände mit Bindemittel benetzte Faserschichten aufgespritzt werden.

Zwecks Verhinderung bzw. Verminderung der Erosion ist der Auftrag von Coatings auf die Faseroberfläche bekannt. Damit wird bei Keramikfasern (AI₂O₃ und SiO;) die Mullitbildung an der Oberfläche begünstigt.

Es ist bekannt, daß das Strahlungsemissionsvermöyen von z. B. alumosilikatischen Fasererzeugnissan unter 0,4 liegt. Um den

Strahlungswärmeübergangs von diesen Fasererzeugnissen zu erhöhen, wurden wärmestrahlungsaktive Überzüge entwickelt.

Durch Untersuchungen wurde festgestellt, daß in derartigen Faserschichten eine Transmission der Wärmestrahlung stattfindet.

Dier.a Transmission ist um so intensiver, je höher die Temperatur und/oder der Strahlungsemissionsgrad der Faseroberfläche bzw. des Ofenraumes ist.

Eine Beschichtung mit wärmestrahlungsaktiven Überzügen führt somit neben der gewünschten sehr effektiven Erhöhung des Strahlungswärmeübergangs von der Innenfläche der Auskleidung auf das Wärmgut zu einem Anstieg des Wärmedurchganges durch die Faserauskleidung, wodurch der Speicherwärme- und Wandverlust ansteigt.

Bei makroporösen Leichtbaustoffzustellungen wird durch einen hohen Strahlungsemissionsgrad auf der Innenfläche der Auskleidung der Anteil der Festkörperstrahlung an der Wärmeleitung über die Porenräume des Materials erhöht.

Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer wärmestrahlungsaktiven Beschichtung für Keramik-, Mineral-, Glas- oder Mischfaser- und Leichtbaustoffauskleidungen, bei der der Wärmedurchgang durch die Auskleidung vermindert und die Wärmeisolation erhöht wird.

Damit wird der Wand- und Speicherwärmeverlust gesenkt. Der Fasermaterialien- und Leichtbaustoffeinsatz kann minimiert werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine wärmestrahlungsaktive Beschichtung für Keramik-, Mineral-, Glas- oder Mischfaser- und Leichtbaustoffausklaidungen von Wärmeanlagen mit hohem Strahlungsemissionsgrad und hoher Beständigkeit gegen Verschleiß zu schaffen, bei der die Transmission der Wärmestrahlung von der beschichteten Innenoberfläche der Faserauskleidung in die Faserschicht sowie der Festkörperstrahlungsanteil an der Wärmeleitung in den Poren der Leichtbaustoffe und somit eine Erhöhung des Wärmedurchganges vermieden bzw. eingeschränkt wird. Bei bekannten technischen Lösungen werden strahlungsaktive Überzüge direkt auf die Faser- oder Leichtbaustoffauskleidung aufgebracht, was zur Erhöhung des Wärmedurchganges durch die Auskleidung führt. Das bewirkt eine Minderung der mit der Faserauskleidung bezweckten effektiven Wärmeisolation.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen der Keramik-, Mineral-, Glas- oder Mischfaserauskleidung bzw. -tapezierung (Platten, Matten, Vlies, Papier, Module, Blöcke) oder einer fasergeschäumten bzw. -gespritzten Schicht oder einer Leichtbaustoffzustellung und einer wärmestrahlungsaktiven vitrokeramischen oder keramischen oder Glasur-Beschichtung eine die Wärmestrahlen reflektierende Transmissionssperrschicht mit einem Strahlungsemissionsgrad im Spektralbereich 1 bis 4 Mikrometer von kleiner 0,35, vorzugsweise auf der Basis von AI₂O₃ und/oder CaO- und/oder alumosilikatischer und/oder MgO- und/oder zirkonhaltiger Verbindungen, insbesondere ZrO₂ udn/oder ZrSiO₄ und/oder Zirkoniumspinell in einer die Wärmestrahlen nicht durchlässigen Schicht von kleiner 0,8 mm, vorzugsweise kleiner 0,5 mm angeordnet ist.

Der erfindungsgemäßen Auftragsmischung für die reflektierende Transmissionssperrschicht können feinporöse Granulate und/oder anorganische Faserschnipsel, vorzugsweise auf Zirkonium- und/oder Aluminiumoxidbasis und/oder feinteilige organische Ausbrennstoffe zugegeben sein.

Beim Auftrag einer Isolierschicht nach dem Faserspritzverfahren wird eine Deckschicht in der Zusammensetzung der reflektierenden Transmissionssperrschicht aufgetragen und danach erfolgt der Auftrag der wärmestrahlungsaktiven Schicht. Vor dem Auftrag der reflektierenden Transmissionssperrschicht kann die Faserauskleidung, insbesondere Faserblöcke oder -elemente mit einem Tränkungsmittel aus anorganischem Sol und phosphathaltigem Bindemittel, vorzugsweise Kieselsol und Natriumpolyphosphat imprägniert sein.

Die Transmissionssperrschicht weist vorzugsweise eine vitrokeramische Matrix auf, die sich mit dem Aufheizen der Anlage und Halten auf einer bestimmten Zeit bei Anwendungstemperatur einstellt.

AusfQhrungsbelsplele

Die erfindungsgemäße wärmestrahlungsaktive Beschichtung für Keramik-, Mineral-, Glas-, Mischfaser- und Leichtbaustoffauskleidungen von Wärmeanlagen mit hohem Strahlungsemissionsgrad wird nachstehend anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert:

Beispiel 1

Ein Mischfaserstrahlungsbrennerblock wird auf der Flammenbegrenzungs- bzw. Strahlungsfläche mit einem anorganischen Sol aus Kieselsol und Natriumpolyphosphat oberflächen- und tiefenwirksam imprägniert.

Danach wird eine bindemittelhaltige reflektierende Transmissionssperrschicht aus:

Körnung in mm

kleinerO,1 kleiner 0,1 kleiner 0,03 kleiner 0,04 kleiner 0,02

4 Al2O₃-Mischfaserschnipsel (10mm lang)

mit Wasser auf Farbkonsistenz gebracht und in einer Stärke von 0,5mm aufgestrichen. Die reflektierende Transmissionssperrschicht besitzt einen Emissionsgrad von kleiner 0,29 im Spektralbereich von 1 bis 4 Mikrometern. Nach der Trocknung wird eine wärmestrahlungsaktive Beschichtung mit vitrokeramischer Matrix aufgebracht.

Masse in %	Mischungsanteil
32	Mullitmehl
10	Edelkorund
36	ZrSiO₄
10	Glasurfritte
2	Flußspat (CaF₂)
8	Kieselsolgleitbinder G1

30	Walzenzunder
17	Glühzunder
6	FeSi 90
8	Glasurfritte
1,5	Zeolithbacaltmehl
36	Schamottemehl Ix
1,5 *	ZrSiO₄

Diese wärmestrahlungsaktive Überzugsmasse setzt sich zusammen aus: Masse in % Mischungsanteil Körnung in mm

kleiner 0,3 kleiner 0,1 kleiner 0,1 kleiner 0,05 kleiner 0,03 kleiner 0,1 kleiner 0,03

Diese festen Bestandteile werden mit Wasser und 5Ma.-% (bezogen auf die Trockensubstanz) Kieselsolgleitbinder G1 auf Farbkonsistenz gebracht und abschließend aufgespritzt. Nach dem Aufheizen und Halten von 2 h bei Anwendungstemperatur ist die Vitrokerambildung erreicht.

Diese Beschichtung widersteht Oberflächentemperaturen von 1400⁰C und zeichnet sich gegenüber anderen Strahlungsbrennersteinen in traditioneller Bauweise durch extrem schnelle Aufheizzeiten und gutes Kaltstartverhalten aus. Es werden um mehr als 40% höhere Abstrahlleistungen gegenüber unbeschichteten Faserblöcken ereicht.

Beispiel ? Auf die Innenflächen eines Hubbalkenofens wird eine Faserschicht von 40 mm Stärke aufgespritzt. Danach erfolgt der Auftrag der

erfindungsgemäßen reflektierenden Transmissionssperrschicht in der Zusammensetzung nach Beispiel 1 in e:;iai Stärke von

Nach der Lufttrocknung erfolgt der Auftrag der wärmestrahlungsaktiven Überzugsmasse nach Beispiel 1 in einer Schichtdicke Durch diese Beschichtung wird die Wärmetransmission durch die Faserschicht um mehr als 50% gemindert.

Claims

1. Wärmestrahlungsaktive Beschichtung für Keramik-, Mineral-, Glas- oder Mischfaser- und Leichtbaustoffauskleidungen von Wärmeanlagen mit hohem Strahlungsemissionsgrad und hoher Beständigkeit gegen Verschleiß, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen der Keramik-, Mineral-, Glas- oder Mischfaserauskleidung bzw. -tapezierung (Platten, Matten, Vlies, Papier, Module, Blöcke) oder einer fasergeschäumten bzw, -gespritzten Schicht oder einer Leichtbaustoffauskleidung und einer wärmestrahlungsaktiven vitrokeramischen oder keramischen oder Glasur-Beschichtung eine Wärmestrahlen reflektierende Transmissionssperrschicht mit einem Strahlungsemissionsgrad im Spektralbereich von 1 bis 4 Mikrometern von kleiner 0,35, vorzugsweise auf der Basis von AI₂O₃- und/oder CaO- und/oder alumosilikatischen und/oder MgO- und/oder zirkonhaltigen Verbindungen, insbesondere ZrO₂ und/oder ZrSiO₄ und/oder Zirkoniumspinell in einer die Wärmestrahlen nicht durchlässigen Schicht von kleiner 0,8 mm, vorzugsweise kleiner 0,5mm angeordnet ist.

2. Wärmestrahlungsaktive Beschichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die erfindungsgemäße Auftragsmischung für die reflektierende Transmissionssperrschicht feinporöse Granulate und/oder anorgansiche Faserschnipsel, vorzugsweise auf Zirkonium- und/oder Aluminiumoxidbasis und/oder feinteilige organische Ausbrennstoffe enthält.

3. Wärmestrahlungsaktive Beschichtung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß beim Auftrag einer Isolierschicht nach dem Faserspritzverfahren eine Deckschicht in der Zusammensetzung der reflektierenden Transmissionssperrschicht aufgetragen wird und danach die wärmestrahlungsaktive Schicht angeordnet ist.

4. Wärmestrahlungsaktive Bsschichtung nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß vor dem Auftrag der reflektierenden Transmissionssperrschicht sowie der wärmestrahlungsaktiven Schicht die Faserauskleidung, insbesondere Faserblöcke oder -elemente, mit einem Tränkungsmittel aus anorganischem ScI und phosphathaltigem Bindemittel, vorzugsweise Kieselsol und Natriumpolyphosphat imprägniert ist.

5. Wärmestrahlungsaktive Beschichtung nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Transmissionssperrschicht vorzugsweise eine vitrokeramische Matrix aufweist.