DD289039A5 - Hochtemperaturbestaendige ueberzugsmasse fuer waermereflexionsaktive beschichtungen mit vitrokeramischer matrix und verfahren zu deren herstellung - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine hochtemperaturbestaendige UEberzugsmasse fuer waermereflexionsaktive Beschichtungen mit vitrokeramischer Matrix und Verfahren zu deren Herstellung. Die hochtemperaturbestaendige UEberzugsmasse ist geeignet fuer waermereflexionsaktive Beschichtungen von Innenflaechen der Auskleidung und Konstruktionsteile von Industrieoefen und Feuerungen, Warmhaltegefaeszen und Abdeckhauben, Brennraeumen, Brennkammern, metallurgischen Gefaeszen und Waermetauschern. Ziel der Erfindung ist eine verschleiszfeste Beschichtung zum Waermestrahlungsschutz und zur Verringerung der Wand- und Speicherverluste unter Vermeidung der Nachteile des Standes der Technik. Daraus leitet sich die Ausgabe ab, die hochtemperaturbestaendige UEberzugsmasse fuer Beschichtungen mit einem Strahlungsemissionsgrad im Spektralbereich von 1 bis 4 Mikrometer von kleiner 0,35 fuer Anwendungstemperaturen bis 2000 K sowie das Verfahren zu deren Herstellung vorzuschlagen. Erfindungsgemaesz wird die Aufgabe dadurch geloest, dasz die Beschichtung eine vitrokeramische Matrix aufweist und die trockene Komponente der UEberzugsmasse besteht aus: a) 55 bis 95 * reflexionsaktiver Feststoffanteil; b) 0,5 bis 25 * Glas und/oder glasartiger Feststoffanteil; c) 0 bis 40 * keramischer Stoffanteil; d) 0,1 bis 15 * feinstgemahlene Mineralisatoren in einer Koernung von mindestens 90 * gleich kleiner 0,2 mm und die fluessige Komponente der UEberzugsmasse 1 bis 40 * betraegt. Trockene und fluessige Komponente werden vor dem Auftrag auf eine entsprechend der Auftragstechnologie geeignete Konsistenz gebracht und in einer Schichtdicke von gleich kleiner 1,0 mm auf die zu beschichtende Oberflaeche aufgebracht. Zur Ausbildung der Vitrokerammatrix der Beschichtung wird diese einer definierten Waermebehandlung unterzogen.{hochtemperaturbestaendige UEberzugsmasse; waermereflexionsaktive Beschichtung; vitrokeramische Matrix; Waermebehandlung; Industrieofen; Feuerung; Waermetauscher; Brennkammer; reflexionsaktiver Feststoffanteil; Silikatglas; Sol}
Description
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine hochtemperaturbeständige Überzugsmasse für wärmereflexionsaktive Beschichtungen mit vitrokeramischer Matrix und Verfahren zu deren Herstellung für die Innenflächen und Konstruktionsteile der Auskleidung von Industrieöfen und Feuerungen, Warmhaltegefäßen und Abdeckhauben, Brennräumen, metallurgischen Gefäßen, Wärmetauschern und sonstigen Wärmeübertragungsanlagen.
Die für eine wärmereflexionsaktive Beschichtung geeigneten Wärmeaggregate sind in allen Bereichen der Industrie, des Bauwesens, der Landwirtschaft und der Dienstleistungen vorhanden.
-2- 289 039 Charakteristik des bekannten Standes der Technik
Es ist bekannt, daß Wärmeanwendungsanlagen, wie beispielsweise Industrieöfen, Feuerungen, Wärmetauscher und Warmhaltegefäße zum Zweck der Wärmeisolation mit einer feuerfesten oder wärmedämmenden Auskleidung versehen sind. Je nach Wärmeübertragungsbedingungen im Innenraum derartiger Anlagen sollen diese Auskleidungen ein hohes Emissionsoder Reflexionsvermögen der Wärmestrahlung aufweisen.
Zum Zweck der Reflexion sind Wärmestrahlschutzschichten für Industrieöfen (DD-WP 81184) oder Anstrichmassen zur Verminderung der Wärmeausstrahlung aus hocherhitzten Ofenräumen (DRP 574717) bekannt geworden. Nach der Lösung DD-WP 81184 wird eine reflektierende Strahlenschutzschicht aus Metall, deren Oxid oder Carbid auf die Auskleidung mittels Plasmaspritzpistole aufgespritzt, mit dem Einsatzgut verdampft oder aufgeklebt. Im Ausführungsbeispiel wird reines Magnesiumoxid als Auftragsmaterial angegeben.
Nach DRP 574717 müssen die weißen Oxide wie AI2O3, MgO und ZrO2 in einem äußerst feinkörnigen Zustand von Korngrößen unter 1 Mikrometer vorliegen.
In beiden Lösungen wird nicht angegeben, wie die aus Messungen schon seit langer Zeit bekannten reflektierenden Oxide gebunden werden. Beim Plasmaspritzen erfolgt ein Verschmelzen mit dem Substrat, wodurch sich die Strahlungseigenschaften ändern und außerdem ist dieses Verfahren für eine breite Anwendung unökonomisch und aufwendig. Derartige Oxidbeschichtungen können nicht an die physikalischen Eigenschaften des Substrats angepaßt werden (Dehnung, Haftung), und sie zeigen hohe Reaktionsneigung mit der umgebenden Atmosphäre. Ihre Sprödigkeit führt zu Abplatzungen, insbesondere bei häufig wechselndem Temperaturregime. Weiterhin ist nach DE-OS 3105963 eine Farbe zum Aufbringen spektralselektiver Überzüge bekannt, wo reflektierende Metallteilchen mittels Bindemittels für Sonnenkollektoren Verwendung finden.
Es ist bekannt, daß hochpolierte Metalloberflächen in einem breiten Spektralbereich ein hohes Reflexionsvermögen besitzen. Für Temperaturen oberhalb 3000C ist deren Einsatz jedoch zum Wärmestrahlschutz ungeeignet, da durch Oxidation das Reflexionsvermögen rapide abnimmt.
Für Hitzeschutzüberzüge auf NE-Superlegierungen (Basis Nickel, Titan oder Niob) von wiederverwendbaren Raumfahrzeugen und Raumflugkörpern ist nach DE-PS 2417358 (US-Priorität) eine im Spektralbereich der Sonnenstrahlung (unter 1,5 Mikrometer) reflektierende Emailüberzugsmasse aus einer Fritte mit eng begrenzter Zusammensetzung von bestimmten Oxiden und LiF bekannt geworden.
Die mit einem hohen Anteil Flußmitteln versehene Fritte mit Email-Glasur-Charakter besitzt entsprechend des Anwendungsgebietes einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten und ein enges Schmelzintervall, wodurch die Schicht beim Einsatz in den bezweckten Wärmeanlagen zum Abtropfen und Abfließen neigt.
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist eine Überzugsmasse für wärmereflexionsaktive, verschleißfeste Beschichtungen zum Zweck des Wärmestrahlungsschutzes von Auskleidungen und Konstruktionsteilen in Wärmeanlagen zur Verringerung der Wand· und Speicherverluste sowie des Verschleißgrades unter Vermeidung cter Nachteile des Standes der Technik.
Diese Beschichtungen verbessern den Wirkungsgrad, tragen zur Energieeinsparung bei und verlängern die Verfügbarkeit der Anlagen.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hochtemperaturbeständige Überzugsmasse für wärmereflexionsaktive Beschichtungen für Auskleidungen und Konstruktionsteile von Wärmeanwendungsanlagen mit einem Strahlungsemissionsgrad im Spektralbereich von 1 bis 4 Mikrometer von kleiner 0,35 für Anwendungstemperaturen bis 2000K herzustellen, die nach dem Auftrag auf die entsprechenden Oberflächen in einer Stärke von gleich oder kleiner 1,0mm, vorzugsweise unter 0,5mm, auch bei intermittierender thermischer Belastung, insbesondere auf Glas-, Mineralwolle- oder Mischfasererzeugnissen, durch entsprechende Viskosität, Oberflächenaktivität der Bestandteile und Anpassung der wärmephysikalischen Eigenschaften, insbesondere der Ausdehnung an den Trägerbaustoff, eine hohe Elastizität und Haftfähigkeit in einem breiten Temperaturintervall, hohen Schutz gegen Abrieb und eine hohe Verschleißfestigkeit bei der Anwendungstemperatur aufweist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Beschichtung eine vitrokeramische Matrix aufweist bzw. eingelagert ist und die Beschichtungsmasse aus einer trockenen und einer flüssigen Komponente angemacht wird, wobei die trockene Komponente der Überzugsmischung sich zusammensetzt aus:
a) 55 bis 95Ma.-% reflexionsaktiver Feststoffanteil bestehend aus: Zirkoniumsilikat und/oder Zirkoniumoxid und/oder Zirkoniumspinell und/oder AI2Oj- und/oder MgO- und/oder CaO-haltigen Verbindungen und/oder Sillimanit und/oder Feldspat,
b) 0,5 bis 25Ma.-% Glas und/oder glasartiger Feststoffanteil, vorzugsweise feinzerkleinerter Silikatglasbruch und/oder Glasurfritten und/oder Stoffe auf der Basis natürlicher und/oder synthetischer Alkali- und/oder Erdalkali- und/oder Borverbindungen,
c) 0 bis 40Ma.-% keramischer Stoffanteil bestehend aus feinverteilten alumosilikatischen Verbindungen wie beispielsweise Mullit und/oder Kaolin und/oder Ton und/oder Cordieritkeramikbruch und/oder Quarz,
d) 0,1 bis 15Ma.-% feinstgemahlene Mineralisatoren wie ZrO2, ZrSiO4, Titanoxid, ZnO, Fluoride, Sulfide, Phosphate oder Mischungen daraus
in einer Körnung von mindestens 90Ma.-% gleich kleiner 0,2 mm und der reflexionsaktive und/oder keramische Stoffanteil in Form von Partikeln und/oder feinporösen Granulaten und/oder Faserteilchen vorliegt.
Die flüssige Komponente beinhaltet Wasser und/oder eine kolloide Lösung (Sol), vorzugsweise eine Kieselsol· Natriumpolyphosphat-Mischung und/oder Dispersions- und/oder Suspensions- und/oder Bindemittel, vorzugsweise einen Gleitbinder auf Kieselsolbasis.
Trockene und flüssige Komponente werden vor dem Auftrag auf eine entsprechend der Auftragstechnologie geeignete Konsistenz gemischt und in einer Schichtdicke von gleich oder kleiner 1 mm, vorzugsweise kleiner 0,5mm im Ein- oder Mehrfachauftrag auf die kalte oder noch warme zu beschichtende Oberfläche aufgebracht.
Die erfindungsgemäße Überzugsmasse wird nach dem Aufbringen auf das Keramiksubstrat (Auskleidung) oder metallisches Konstruktionsteil einer definierten Wärmebehandlung unterzogen. Diese kann örtlich an dem entsprechenden Teil erfolgen, oder die Wärmeanlage wird insgesamt einem Temperaturzeitregime unterzogen.
Erfindungsgemäß erfolgt die Wärmebehandlung zur Ausbildung der Vitrokerammatrix je nach Substratart und Einsatztemperatur im Temperaturbereich von 700 bis 18000C und Haltezeiten von 0,5 bis 40 h.
Die erfindungsgemäßen vvärmereflexionsaktiven Überzüge mit vitrokeramischer Matrix sind auch bei häufigen Temperaturwechseln abplatzfest und besitzen eine hohe Elastizität im Anwendungstemperaturbereich. Sie sind sehr verschleiß- und abriebfest.
Dies wird durch die Ausbildung der erfindungsgemäß gebildeten vitrokeramischen Matrix bzw. der in der Schicht eingelagerten Vitrokerammatrix erreicht.
Ausführungsbeispiele
Die erfindungsgemäße hochtemperaturbeständige Überzugsmasse für wärmereflexionsaktive Beschichtungen mit vitrokeramischer Matrix und das Verfahren zu deren Herstellung werden nachstehend anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert:
Die trockene Komponente der Überzugsmischung mit der Zusammensetzung:
vitrokeramisches Gerüst: 10 2
wird mit 8Ma.-% (bezogen auf trockene Komponente) Kieselsol-Natriumpolyphosphat-Mischung versehen und bis zum
Erreichen der Farbkonsistenz mit Wasser versetzt. Die erfindungsgemäße Überzugsmischung wird auf die Innenfläche von Mineralmischfaserplatten in einer Schichtstärke von 0,5mm aufgespritzt. Diese Platten werden zur Ausbildung der vitrokeramischen Matrix einer Wärmebehandlung bei 8500C mit einer Haltezeit von 4 h unterzogen.
Nach dieser Behandlung werden die Platten als Auskleidung von Abdeckhauben über dem Auslaufrqllgang von Stahlblöcken zwischen Ofen und Walzgerüst mittels Stiften angebracht.
Der Emissionsgrad im Spektralbereich von 1 bis 4 Mikrometer ist kleiner 0,35. Durch die geringere Wärmeabgabe der Blöcke vom Ofen bis zum Walzgerüst konnte infolge der Erhöhung des Reflexionsgrades der Haubenauskleidung und des damit erreichten Wärmestrahlschutzes die Ofenraumtemperatur um 10K abgesenkt werden.
Auf einen wassergekühlten torkretierten E-Ofendeckel wird folgende Überzugsmischung in einer Stärke von 0,5mm aufgespritzt.
Die trockene Komponente setzt sich zusammen aus:
Körnung in mm kleiner0,1 kleiner 0,1 kleiner 0,1
vitrokeramisches Gerüst:
8 Glasurfritte kleiner0,05
5 TiO2 kleiner 0,03
2 Flußspat kleiner 0,05
Diese Komponente wird mittels Wasser und 8 Ma.-% (bezogen auf die trockene Komponente) Kieselsolgleitbinder G1 vor dem Auftrag auf Farbkonsistenz gebracht.
Die so behandelte Auskleidung des Deckels wird nach der Lufttrocknung mittels Erdgas-Handflammenbrenner 0,5h örtlich übsr 8000C zur Ausbildung der Vitrokerammatrix wärmebehandelt.
Die Beschichtung besitzt im Spektralbereich von 1 bis 4 Mikrometern einen Emissionsgrad von kleiner 0,3. Durch diese Beschichtung wird der Wärmestrahlungsschutz im Ε-Ofen erhöht, wodurch die Kühlverluste sinken und die Haltbarkeit der Deckelauskleidung erhöht wird.
| Mischungsanteil | Körnung in mm |
| Tonerdemehl | kleinerO,1 |
| Calcium-Silikat-Mehl | kleiner 0,1 |
| Cordieritkeramikmehl | kleiner0,1 |
| Feldspat | kleiner0,03 |
| AI2O3-SiO2-Mischfaserschnipsel | |
| üst: Glasurfritte | kleiner 0,05 |
| Na2SiF8 | kleiner0,02 |
| Ma.-%. | Mischungsanteil |
| 30 | Zirkoniumsilikat |
| 40 | Tonerdemehl |
| 15 | Mullitmehl |
Claims (9)
1. Hochtemperaturbeständige Überzugsmasse für wärmereflexionsaktive Beschichtungen mit vitrokeramischer Matrix mit einem Strahlungsemissionsgrad im Spektralbereich von 1 bis 4 Mikrometern von kleiner 0,35 sowie hoher Warm haft- und Abriebfestigkeit und Elastizität in einem breiten Temperaturintervall auch bei intermittierender thermischer Belastung für die Innenflächen und Konstruktionsteile von Industrieöfen, Feuerungen, Warmhaltegefäßen und Abdeckhauben, Brennräumen, metallurgischen Gefäßen, Wärmetauschern und sonstigen Wäfmeübertragungsanlagen zur Erhöhung des Wärmestrahlungs- und Verschleißschutzes, gekennzeichnet dadurch, daß die trockene Komponente der Überzugsmischung sich zusammensetztaus:
a) 55 bis 95 Ma.-% reflexionsaktiver Feststoffanteil
b) 0,5 bis 25 Ma.-% Glas und/oder glasartiger Feststoffanteil
c) 0 bis 40 Ma.-% keramischer Stoffanteil
d) 0,1 bis 15 Ma.-%feinstgemahlene Mineralisatoren
in einer Körnung von mindestens 90 Ma.-% gleich kleiner 0,2 mm und die flüssige Komponente der Überzugsmasse 1 bis 40 Ma.-% beträgt,
2. Hochtemperaturbeständige Überzugsmasse nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der reflexionsaktive Feststoffanteil aus Zirkoniumsilikat und/oder Zirkoniumoxid und/oder Zirkoniumspinell und/oder AI2O3- und/oder MgO- und/oder CaO-haltigen Verbindungen und/oder Sillimanit und/oder Feldspat besteht.
3. Hochtemperaturbeständige Überzugsmasse nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Glas und/oder glasartiger Feststoffanteil vorzugsweise feinzerkleinerter Silikatglasbruch und/oder Glasurfritten und/oder Stoffe auf der Basis natürlicher und/oder synthetischer Alkali- und/oder Erdalkali- und/oder Borverbindungen eingesetzt sind.
4. Hochtemperaturbeständige Überzugsmasse nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der keramische Stoffanteil aus feinverteilten alumosilikatischen Verbindungen wie beispielsweise Mullit und/oder Kaolin und/oder Ton und/oder Cordieritkeramikbruch und/oder Quarz besteht.
5. Hochtemperaturbeständige Überzugsmasse nach Anspruch 1,2 und 4, gekennzeichnet dadurch, daß der reflexionsaktive und/oder keramische Stoffanteil in Form von Partikeln und/oder feinporösen Granulaten und/oder Faserteilchen zur Anwendung kommt.
6. Hochtemperaturbeständige Überzugsmasse nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Mineralisatoren ZrO2, ZrSiO4, Titanoxid, ZnO, Fluoride, Sulfide, Phosphate oder Mischungen daraus sind.
7. Hochtemperaturbeständige Überzugsmasse nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die flüssige Komponente Wasser und/oder eine kolloide Lösung (Sol), vorzugsweise eine Kieselsol-Natriumpolyphosphat-Mischung und/oder Dispersions- und/oder Suspensions- und/oder Bindemittel, vorzugsweise einen Gleitbinder auf Kieselsolbasis beinhaltet.
8. Ve^ahren zur Herstellung von wärmereflexionsaktiven Beschichtungen mit vitrokeramischer Matrix unter Verwendung hochtemperaturbeständiger Überzugsmassen nach Anspruch 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß nach dem Aufbringen der Überzugsmasse mittels bekannter Verfahren auf ein Ketamik- oder Metallsubstrat dieses einer definierten Wärmebehandlung zur Ausbildung der Vitrokerammatrix in der Schicht unterzogen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet dadurch, daß die Wärmebehandlung zur Bildung der Vitrokerammatrix je nach Einsatztemperatur, Substrat und Zusammensetzung der Überzugsmasse örtlich oder geschlossen im Temperaturbereich von 700 bis 18000C und Haltezeiten von 0,5 bis 40 h erfolgt.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD33450889A DD289039A5 (de) | 1989-11-13 | 1989-11-13 | Hochtemperaturbestaendige ueberzugsmasse fuer waermereflexionsaktive beschichtungen mit vitrokeramischer matrix und verfahren zu deren herstellung |
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| DD33450889A DD289039A5 (de) | 1989-11-13 | 1989-11-13 | Hochtemperaturbestaendige ueberzugsmasse fuer waermereflexionsaktive beschichtungen mit vitrokeramischer matrix und verfahren zu deren herstellung |
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|---|---|
| DD289039A5 true DD289039A5 (de) | 1991-04-18 |
Family
ID=5613773
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| DD33450889A DD289039A5 (de) | 1989-11-13 | 1989-11-13 | Hochtemperaturbestaendige ueberzugsmasse fuer waermereflexionsaktive beschichtungen mit vitrokeramischer matrix und verfahren zu deren herstellung |
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|---|---|
| DD (1) | DD289039A5 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4423716A1 (de) * | 1994-07-08 | 1996-01-18 | Freiburger Ziegelei Duedingen | Baustein mit wärmeisolierend wirkenden inneren Hohlräumen |
-
1989
- 1989-11-13 DD DD33450889A patent/DD289039A5/de not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4423716A1 (de) * | 1994-07-08 | 1996-01-18 | Freiburger Ziegelei Duedingen | Baustein mit wärmeisolierend wirkenden inneren Hohlräumen |
| US5904963A (en) * | 1994-07-08 | 1999-05-18 | Ziegeleien Freiburg & Lausanne Ag Duedingen | Block having heat insulating inner cavities |
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