DE102019102865B4

DE102019102865B4 - Fugendichtmasse für Hochtemperaturanwendungen, Verwendung der Fugendichtmasse vorzugsweise für den Einsatz an Silika-Materialien und Verfahren zur Abdichtung von Fugen

Info

Publication number: DE102019102865B4
Application number: DE102019102865.5A
Authority: DE
Inventors: Matthias Franke; Marc Lüpfert; Kathrin Choyna
Original assignee: Technische Universitaet Bergakademie Freiberg
Current assignee: Technische Universitaet Bergakademie Freiberg
Priority date: 2019-02-05
Filing date: 2019-02-05
Publication date: 2022-10-06
Anticipated expiration: 2039-02-06
Also published as: WO2020160730A1; DE102019102865A1

Abstract

Fugendichtmasse (3) für Hochtemperaturanwendungen für einen Temperaturbereich zwischen 1280 Grad Celsius und 1440 Grad Celsius umfassend ein schäumbares Gemenge aus Glasmehl oder einem Glasversatz und Quarzmehl als Zuschlag zur Viskositätserhöhung oder zur Temperaturanpassung oder als Feuerfestzuschlag, zumindest ein Blähmittel und zumindest ein Bindemittel, wobei im Gemenge
- das Glasmehl oder der Glasversatz und das Quarzmehl zur Viskositätserhöhung oder zur Temperaturanpassung oder als Feuerfestzuschlag zusammen zwischen 80 und 93 Gew.-%
- das Blähmittel zwischen 0,2 und 2 Gew.-%
- das Bindemittel zwischen 6,5 und 18 Gew.-% enthalten sind, wobei das Glasmehl und das Quarzmehl zur Viskositätserhöhung oder zur Temperaturanpassung in einem Glasmehl-Zuschlag -Verhältnis 1:1 bis 1,9:1 enthalten sind.

Description

Fugenabdichtungen für Hochtemperaturanwendungen kommen an Fugen bzw. Dehnfugen einer Industrieofenanlage wie beispielsweise Glasschmelzöfen zum Einsatz. Bedingt durch hohe Temperaturen und je nach Industrieofenanlage einhergehenden Temperaturschwankungen kommt es zu unterschiedlichen Dicken oder Breiten dieser Fugen. Zudem sind die Fugen so ausgestattet, dass diese als Dehnfugen die durch die unterschiedlichen Temperaturen bedingte Ausdehnung des jeweiligen Ofenmaterials ausgleichen können. Dehnfugen gibt es in unterschiedlichen Bereichen einer Industrieofenanlage. Je nach Lage der Fuge oder Dehnfugen variieren allerdings die vorherrschende Temperatur, Atmosphäre und mechanische Belastung für die zum Abdichten der Anlage bzw. der Dehnfuge eingebrachte Masse als Fugendichtmasse.
Beispielhaft sei als Einsatzbereich eine Glasschmelzanlage mit Silika-Bauteilen genannt. Ausgehend von der Prozesstemperatur beispielsweise zum Schmelzen von Gläsern werden verschiedene Materialien so kombiniert, dass möglichst über einen Zeitraum von mehreren Jahren eine im Betriebszustand gegenüber dem Ofeninnenraum nach außen dichte, hochtemperaturresistente Wandung entsteht. Bei den vorkommenden Wanddimensionen beispielsweise einer Glasschmelzanlage kommt es bei den eingesetzten Materialien zu Dehnungen im nicht unüblichen zweistelligen Zentimeterbereich. Um zu verhindern, dass diese Dehnung im Falle einer geschlossenen Wand zu Spannungsrissen oder gar zur Zerstörung der Wand führt, werden in geeigneten Abständen Fugen als Dehnfugen in das Mauerwerk eingefügt, die die Dehnung der Gesamtwand auf verschiedene Segmente verteilen. Weiterhin muss verhindert werden, dass in der Anfahrphase des Ofens Glas oder Glasbestandteile in die Fugen oder Dehnfugen eindringen können oder ein unkontrollierter Gasaustritt von, während der Verbrennung des Heizgases oder beim Aufschmelzen der Glasbestandteile, entstehenden Abgasen erfolgen kann. Deshalb müssen die Fugen zu Beginn der Ofenaufheizung mit einem Material gefüllt werden, das diese Abdichtung gewährleistet. Während der Aufheizung muss das Material der sich durch die Dehnung des angrenzenden Mauerwerkes schließenden Fuge so ausweichen, dass eine Abdichtung gewährleistet ist. Hierfür sind verschiedene Materialien bekannt, die gut funktionieren. Wichtig ist jedoch, dass die Fugen am heißen Ofen, also im Betriebszustand, dicht sind. Dementsprechend ist ein Material oder Materialgemisch erforderlich bzw. auszulegen, so dass es unter den jeweils gegebenen Bedingungen verarbeitbar ist und die Dichtfunktion während des Betriebes zuverlässig wahrnimmt. Im Betriebszustand des Ofens sollte das Material oder Materialgemisch möglichst homogen die Fuge gefüllt haben und keine Reaktionen mit dem Mauerwerk und der Glasschmelze eingehen, die zur Auflösung der Wand oder zur Verunreinigung der Schmelze führen können.
Die Fugen müssen durch hochtemperaturfeste Materialien ausgefüllt werden, um die Dichtheit des jeweiligen Ofens oder des Regenerators gegenüber unkontrolliertem Gasaustritt zu erreichen. Bislang wurde diese Abdichtung mit speziellen Fugenmörteln oder keramischen Fasermatten realisiert. Auf Grund von Korrosion durch Abgase und mechanische Belastungen durch die temperaturbedingte Bewegung der Wandung kommt es zum Verschleiß der so gefüllten Fugen. Im Hinblick auf die Gesamtlebensdauer einer Ofenanlage geht der Fugenverschleiß relativ schnell vonstatten. Daher sind diese Fugendichtstoffe sehr wartungsintensiv und müssen etwa halbjährlich gewechselt werden. Die Erneuerung der Fuge bringt nicht nur mehr Materialkosten und zu entsorgenden Abfall mit sich, sondern ist auch für die ausführenden Ofenmaurer wegen der hohen Temperaturen eine starke körperliche Belastung.
Neben den genannten speziellen Fugenmörteln oder keramischen Fasermatten sind weitere unterschiedliche Fugendichtmassen oder Fugenmaterialien im Stand der Technik bekannt.
So sind unterschiedliche keramische Fugendichtmassen unter Verwendung von Silikonharzemulsionen, Aluminiumoxid sowie von Siliziumoxidfasern und organischen Bestandteilen, wie Zellulosefasern bekannt. Als Hauptbestandteil des Fugenmaterials kommen verschiedene natürliche organische Materialien zum Einsatz, die am Beginn des Prozesses als Füllstoff für die Fuge dienen und dem Ausgangsmaterial die notwendige Steifigkeit für die Formgebung beim Handling und die Applikation des Materials verleihen. Über den Wassergehalt lässt sich hierbei die Anfangsplastizität steuern. Die Fugendichtmasse als wässrig plastifizierte Masse wird zu Formkörpern in Stab und Wabenform extrudiert, die in die entsprechenden Fugen eingebracht werden. Um jedoch im Einsatz das zu frühe Entweichen des Wassers zu verhindern oder zu beeinflussen, ist es erforderlich, dass der jeweilige Formkörper mit einer Kunststoffumhüllung versehen wird, welche bei der Erwärmung erweicht, abschmilzt oder durchgängig wird bzw. später abbrennt. Nachteilig an dieser Fugendichtmasse ist, dass diese bei der maximal zu erreichenden Temperatur in beispielsweise einem Glasschmelzofen sehr hohe Glühverluste besitzt und einem sehr hohen Schwund unterliegt. Nachteilig ist weiterhin, dass diese Fugendichtmasse gegenüber der in dem jeweiligen Industrieofen bzw. Glasschmelzofen vorliegenden Atmosphäre korrosiv anfällig ist.
Die CN 107289218 A offenbart eine Metall-Keramik-Hochtemperatur-Kombinationsschicht, eine Keramikschicht und eine Keramikglasurschicht an einem Bauteil. Die keramische Schicht wird aus einem Hauptmaterial, einem Porenbildner und einem Füllstoff bei 1500 Grad Celsius gebrannt. Das Hauptmaterial besteht je nach Gewichtsverhältnis aus 40-45 Teilen Kaolin, 10-15 Teilen Holzknotenton und 20-24 Teilen Quarzmasse, der Porenbildner aus 4-6 Teilen Siliziumkarbid-Feinpulver, 1-2 Teilen Natriumchlorid und 2-3 Teilen Natronkalk, und der Füllstoff besteht aus 3-5 Teilen feinem Cyanitpulver, 6-9 Teilen aktiviertem Aluminiumoxid-Feinpulver und 2-3 Teilen Talkum.
Ebenso offenbart die CN 107366793A eine Metall-Keramik-Hochtemperatur-Kombinationsschicht, eine Keramikschicht und eine Keramikglasurschicht an einem Bauteil, deren keramische Schicht ebenfalls aus einem Hauptmaterial, einem Porenbildner und einem Füllstoff bei 1500 1500 Grad Celsius gebrannt wird. Das Gewichtsverhältnis setzt sich hier aus 40-45 Teilen kalziniertem Kaolin, 10-15 Teilen Holzknotenton und 20-24 Teilen Quarzsand, sowie aus 4-6 Teilen feinem Siliziumkarbidpulver und 2-3 Teilen Natronkalk und aus 3-5 Teilen feinem Cyanitpulver, 6-9 Teilen aktiviertem Aluminiumoxid-Feinpulver und 2-3 Teile Talkum zusammen.
Die Metallgrundschicht, die Metall-Keramik-Hochtemperatur-Kombinationsschicht, die Keramikschicht und die Keramikglasschicht sind aufeinanderfolgend und sollen jeweils die Verschleißfestigkeit und die Waschbeständigkeit des Bauteils verbessern.
Die DE 29 03 941 A1 offenbart die Verwendung einer Feuerfestmasse zum Auskleiden und zur Reparatur von Gießrinnen für Hochöfen. So kommen an feuerfesten Bestandteilen 20 bis 70 Gew.-%, an Siliziumcarbid 5 bis 30 Gew.-%, an einem kohlenstoffhaltigen Material 5 bis 15 Gew.-% und an Bindemittel je nach Art des Bindemittels 1 bis 15 Gew.-% in Betracht. Der Anteil an einem Plastifizierungsmittel ist gering und beträgt zwischen 0,1 und 2 Gew.-%. Ein Wasseranteil beträgt üblicherweise 10 bis 15 Gew.-%, bezogen auf die Trockenbestandteile.
Die DE2 363 631 A1 offenbart eine Dichtmasse für Glaskeramikflächen mit Glas auf der Basis von SiO₂, Al₂O₃, Li₂O und CeO₂. Weiterhin kommt SiC als Schäumungsmittel zum Einsatz. Weiterhin wird die Zugabe von ZnO zur Beeinflussung der Viskosität und des Aufschäumens insbesondere für niedrige Verbindungstemperaturen offenbart. Es wird weiterhin auch ein Mindestanteil an CeO₂ offenbart, wenn keine ZnO enthalten ist, so dass auch CeO₂ einen Einfluss auf die Viskosität und das Aufschäumen nimmt. Für die Dichtmasse werden die Bestanteile beispielsweise mit einer wässrigen Lösung aus Ethylenglycol und PVC angefeuchtet und gebunden und lassen sich zu Barren mit rechteckigem Querschnitt pressen.
Bekannt ist aus der DE 2114542 A ein Verfahren zur Abdichtung von Verbindungsstellen bei feuerfesten Vorrichtungen, bei welchen Silikatglas in die Verbindungsstellen geschmolzen wird. Weiterhin ist eine sehr hohe Betriebstemperatur möglich. Die Erfindung betrifft die Abdichtung von Verbindungsstellen bzw. Fugen bei feuerfesten Vorrichtungen bzw. Geräten oder Apparaten. Bei der Herstellung gewisser feuerfester Vorrichtungen ist es erforderlich, verschiedene Bauteile mittels Zementen miteinander zu verbinden. Zur Herstellung solcher Zemente werden zum Beispiel Aluminiumoxid, Magnesiumoxid oder Zirkoniumoxid in pulvriger Form mit einer zähflüssigen wässrigen Silikatlösung, wie Wasserglas, vermischt.
Weiterhin ist die DE 543046 A bekannt, welche sich auf einen aus einzelnen Blöcken zusammengebauten Glaswannenofen mit dem Detail bezieht, dass der Fugendichtstoff aus Glas besteht, das in den Fugen erstarrt.
So ist auch die US 3340031 A bekannt, die ein Verfahren zum Abdichten einer Fuge in einer Glasofenstruktur beschreibt. Hierbei wird ein hitzebeständiges Fasermaterial entlang der Fuge durch Aufschmelzen einer Glasschicht und anschließendes Abkühlen zu einer Dichtungsschicht verfestigt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Fugendichtmasse zum Abdichten von Fugen im Hochtemperaturbereich zu schaffen, welche die Nachteile des Standes der Technik überwindet und damit selbstdichtend sowie hochtemperaturfest ist und sich dem thermischen Dehnungsverhalten der Fuge anpasst.
Mit der Erfindung wird im angegebenen Anwendungsfall erreicht, dass eine Fugendichtmasse für Hochtemperaturanwendungen für einen Temperaturbereich zumindest zwischen 1280 Grad Celsius und 1440 Grad Celsius geschaffen wird, die ein schäumbares Gemenge aus Glasmehl oder einem Glasversatz und Quarzmehl als Zuschlag zur Viskositätserhöhung oder zur Temperaturanpassung oder als Feuerfestzuschlag, zumindest ein Blähmittel und zumindest ein Bindemittel umfasst, wobei im Gemenge das Glasmehl oder der Glasversatz und das Quarzmehl zur Viskositätserhöhung oder zur Temperaturanpassung oder als Feuerfestzuschlag zusammen zwischen 80 und 93 Gew.-%, das zumindest eine Blähmittel zwischen 0,2 und 2 Gew.-% und das zumindest eine Bindemittel zwischen 6,5 und 18 Gew.% enthalten sind, wobei das Glasmehl und das Quarzmehl zur Viskositätserhöhung oder zur Temperaturanpassung in einem Glasmehl-Zuschlag-Verhältnis 1:1 bis 1,9:1 enthalten sind.
So sind Fugendichtmassen für unterschiedliche Schäumungstemperaturen und Temperaturfestigkeiten herstellbar. Damit wird erreicht, dass die Fuge mittels der schäumungsfähigen Fugendichtmasse selbsttätig geschlossen und damit abgedichtet wird. Die schäumungsfähige Fugendichtmasse ist über den Kristallphasenanteil des Schaumes hochtemperaturfest. Sowohl durch eine nicht vollständige Kristallisation und somit einen Rest amorpher Phase als auch durch die Porosität des Schaumes wird eine Plastizität erreicht, mit der sich die Fugendichtmasse an das thermische Dehnungsverhalten der Fuge anpasst. Die Fugendichtmasse lässt sich bei Fugentemperaturen erfindungsgemäß zwischen 1280 Grad Celsius und 1440 Grad Celsius einsetzen.
Weiterhin verhält sich die Fugendichtmasse gegenüber den in den Industrieöfen eingesetzten Ofenmaterialien kaum reaktiv und gegenüber der Ofenatmosphäre weitestgehend unempfindlich.
Über die Veränderung des Glasmehl-Quarzmehl-Verhältnisses wird die Schäumungstemperatur des Gemenges sowie die Temperaturstabilität des Schaumes sowie für den Einsatz der Fugendichtmasse im Kontakt zu Silika angepasst. Je höher der Glasmehlanteil und somit auch der Alkalianteil ist, desto niedriger ist die Schäumungstemperatur. Dabei gilt der Erweichungspunkt des jeweiligen Gemenges als untere Grenze für die Einsatztemperatur der Fugendichtmasse. Die obere Grenze für die Einsatztemperatur ist der Fließpunkt der Gemenge oder des Gemenges. Glas hat am Fließpunkt eine niedrige Viskosität, die außerhalb des günstigen Viskositätsbereiches für die Schaumglasherstellung liegt, wodurch die Fugendichtmasse mindestens ab diesem Punkt zu flüssig und nicht mehr schäumungsfähig bzw. instabil ist. Durch die entsprechend dosierte Zugabe des Quarzmehls als Zuschlag wird die Viskosität des Schaumes erhöht.
Das Glasmehl dient als Basis für die Fugendichtmasse. Da es beispielsweise ein gemahlenes Behälterglas ist, enthält es somit einen gewissen Anteil an Alkalien. Über die eingesetzte Menge des Glasmehls wird die Menge an eingesetzten Alkalien bestimmt und somit die Anwendungstemperatur angepasst.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung lässt sich der amorphe Glasmehlanteil durch einen Glasversatz, bestehend aus mineralischen Komponenten, ersetzen.
Als Zuschlag zur Viskositätserhöhung oder zur Temperaturanpassung oder als Feuerfestzuschlag kommt Quarzmehl zum Einsatz. Für Fugen mit Mauersteinen mit neutralen oder basischen Eigenschaften wäre die Fugenmasse auch neutral bis basisch einzustellen, um die Korrosion zu reduzieren, wobei andere entsprechende geeigneter Zuschläge zur Viskositätserhöhung oder zur Temperaturanpassung zum Einsatz kommen. Der Einsatz von beispielsweise Quarzmehl dient zur Erhöhung der Reaktionstemperatur bzw. Temperaturbeständigkeit der Masse.
Der Zuschlag zur Viskositätserhöhung oder zur Temperaturanpassung ist auch als Feuerfestzuschlag zu verstehen.
Als Blähmittel lassen sich Blähmittel mit Zersetzung oder Blähmittel mit Reaktion einsetzen. Wird beispielsweise Siliciumnitrid und/oder Siliciumcarbid als Blähmittel mit Reaktion verwendet, führt dieses unter Reaktion mit dem Glas oder der Atmosphäre bei entsprechender Temperatur durch Bildung von Blähgasen, wie beispielsweise Kohlenstoffmonoxid, Stickstoff sowie Distickstoffmonoxid, zur Schaumbildung. Zudem hinterlässt beispielsweise Siliciumnitrid nach der Reaktion Siliciumdioxid, was vorteilhaft für den Einsatz mit Kontakt zu Silika-Materialien ist. Mittels des Blähmittels und des Bindemittels wird die Reaktionstemperatur für das Gemenge beeinflusst. Beispielsweise bewirkt Kieselsol als Bindemittel auf Grund der Erhöhung des SiO₂-Gehaltes eine höhere Reaktionstemperatur.
Durch eine entsprechende Auswahl und Rohstoffzusammensetzung der Fugendichtmasse lassen sich je nach Anwendungsfall und Temperaturbereich für den Einsatz als Fugendichtmasse individuelle schäumungsfähige Fugendichtmassen herstellen, welche im jeweiligen Industrieofen oder in der jeweiligen Glasschmelzanlage selbstdichtend und hochtemperaturfest sind sowie sich dem thermischen Dehnungsverhalten der jeweiligen Dehnfuge anpassen.
Mit einer entsprechenden Rohstoffzusammensetzung der Fugendichtmasse wird erreicht, dass die Poren gleichmäßig sind und die Fugendichtmasse gleichmäßig aufschäumt. Hierbei ist die Breite des geschäumten Bereichs abhängig vom Temperaturverlauf in der Fuge. Im kälteren Bereich der Dehnfuge kann die Fugendichtmasse noch ungeschäumt vorliegen. Dieser Teil kann bei einem Verschleiß der Masse im heißen Bereich später nachschäumen und somit die Abdichtung über einen längeren Zeitraum gewährleisten.
Durch die geeignete Rohstoffzusammensetzung der Fugendichtmasse wird weiterhin erreicht, dass die aufschäumende Fugendichtmasse sich nicht in den Ofenraum ausdehnt bzw. aus der Dehnfuge in diesen ausläuft, da andernfalls die Dehnfuge nur unzureichend ausgefüllt ist und den Ofen nur kurzfristig abdichtet.
Weiterhin ist eine Beständigkeit der Fugendichtmasse gegenüber alkalihaltigen Abgasen gegeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Abdichtung von Fugen als beispielsweise Dehnfugen an Industrieofenanlagen für Hochtemperaturanwendungen, wird in die Fuge oder Dehnfuge eine Fugendichtmasse als schäumbares Gemenge aus Glasmehl oder einem Glasversatz und Quarzmehl als Zuschlag zur Viskositätserhöhung oder zur Temperaturanpassung, zumindest einem Blähmittel und zumindest einem Bindemittel eingebracht. Unter Ausnutzung und Einwirkung der Hitze, welche durch und im Betrieb der Hochtemperaturanwendungen im Temperaturbereich zumindest zwischen 1280 Grad Celsius und 1440 Grad Celsius entsteht, wird die Fugendichtmasse als schäumbares Gemenge zumindest bereichsweise aufgeschäumt und dichtet somit die Fuge oder Dehnfuge vollständig ab. Die Fugendichtmasse als schäumbares Gemenge schäumt in der Dehnfuge oder Fuge ausgehend vom Ofenraum auf. Als Ofenraum ist ebenfalls ein Brennraum bzw. eine Abgasseite der jeweiligen Industrieofenanlage zu betrachten. Mit abnehmender Hitze im Verlauf oder Tiefe der Fuge, also vom Ofenraum hin zur Atmosphäre außerhalb der Industrieofenanlage nimmt das Aufschäumen ab. Somit kann auch ein Bereich nichtgeschäumter Fugendichtmasse in der Fuge oder Dehnfuge verbleiben.
Die Erfindung umfasst weiterhin die Verwendung eines schäumbaren Gemenges umfassend Glasmehl oder ein Glasversatz und Quarzmehl als Zuschlag zur Viskositätserhöhung oder zur Temperaturanpassung , zumindest ein Blähmittel und zumindest ein Bindemittel als Fugendichtmasse für Hochtemperaturanwendungen in Dehnfugen oder anderen unbeabsichtigten Ofenraumöffnungen einer Industrieofenanlage oder einer Glasschmelzanlage. Die Fugendichtmasse schließt die Fugen oder Dehnfugen und dichtet den Ofenraum ab. Die Abdichtung des Ofenraums betrifft vorzugweise die Abdichtung gegenüber der Atmosphäre außerhalb des Ofenraums bzw. außerhalb der Industrieofenanlage. Die geschäumte Fugendichtmasse besitzt neben der plastischen Verformbarkeit aufgrund geschlossener Poren eine Gasdichtheit und eine hohe thermische Dämmwirkung, welche an Industrieöfen oder Glasschmelzanlagen eine längere Haltbarkeit bzw. Standzeit der Dehnfugenfüllung als bei bisher bekannten Fugendichtmassen ermöglicht und zudem eine zuverlässigere Dichtwirkung erreicht.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.
In einer alternativen bzw. bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der amorphe Glasmehlanteil durch einen Glasversatz umfassend mineralischer Komponenten ersetzt. Die mineralischen Komponenten können beispielsweise Sand, Kalkstein, Soda, Feldspat oder Ton sein. Der Glasversatz entspricht beispielsweise dem eines an sich bekannten Alkali-Kalk-Glases. Dieser mineralische Glasversatz bildet erst während der Erwärmung in der Fuge ein Glas, welches schäumungsfähig ist. Mit der Zusammenstellung der mineralischen Komponenten kann eine gewünschte Glaschemie eingestellt werden, die sich an die Einsatzbedingungen, nämlich der/die Temperatur, Abgasatmosphäre sowie an die angrenzenden Mauersteine anpassen lässt.
Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung ist als Blähmittel Siliziumnitrid oder Siliciumcarbid enthalten. Durch Zugabemenge und Partikelgröße wird je nach erforderlichem Einsatz eine Anpassung an die entsprechend geforderten Temperaturbereiche erreicht, in welchen die Fugendichtmasse zuverlässig eingesetzt werden und schäumen soll.
Indem als Bindemittel Kieselsol und/oder Wasser enthalten ist, lässt sich neben einer besseren Formbarkeit und Verarbeitbarkeit der unverarbeiteten Fugendichtmasse auch die Anpassung an entsprechend geforderte Temperaturbereiche verbessern. Weiterhin wird die Bildung von vorgefertigten Formen oder Formstücken mittels der Fugendichtmasse begünstigt.
Indem die feuchte Fugendichtmasse plastisch verarbeitbar ist, lässt sich diese auch an ungünstigen Stellen und Fugenausrichtungen einsetzen. Die Fugendichtmasse lässt sich beispielsweise spritzen, pressen oder spachteln.
Indem die Fugendichtmasse in Platten oder in andere Formen formbar, geformt und/oder gepresst und getrocknet ist, lässt sich die Fugendichtmasse für die weitere Verarbeitung individuell für einen beispielsweise großflächigen Einsatz vorbereiten sowie als Zwischenprodukt konfektionieren oder anpassen. Zudem wird auch der Einsatz an vertikalen Fugen begünstigt. Ein Wegrutschen wird zumindest gemindert.
Indem die feuchte Fugendichtmasse in Gefäße wie Kartuschen, Eimer oder Hobbocks abfüllbar ist, lässt sich die Fugendichtmasse für die weitere Verarbeitung so verpacken, dass diese zielgerichtet und individuell einsetzbar ist. Auch an schwer zugänglichen Stellen lässt sich damit die Fugendichtmasse einsetzen. Der Einsatz in größeren Mengen ist möglich.
Je nach konkretem Einsatzzweck des Industrieofens ist die Fugendichtmasse in ihrer Zusammensetzung an die Fugenauskleidung oder das Ofenmaterial angepasst. Aufgrund der thermischen Beständigkeit kommt vielfach die Fugenauskleidung oder das Ofenmaterial auf der Basis von Silika zum Einsatz. Indem die Fugendichtmasse Silika basierende Rohstoffe enthält, korrodieren diese Rohstoffe das umgebende Feuerfestmaterial nicht, da sie wegen ihrer ähnlichen Zusammensetzung eine geringe Wechselwirkung mit diesem eingehen.
Der enthaltene oder ihr zugefügte Anteil an Alkalien senkt die Viskosität der Fugendichtmasse. Je nach erforderlicher Einsatztemperatur lässt sich damit die Viskosität anpassen.
Vorteilhaft wird die Fugendichtmasse während des Betriebes der Hochtemperaturanwendungen in die Fuge eingebracht, so dass sich der jeweilige Mauerstein bzw. die jeweilige Wandung bereits zumindest teilweise ausgedehnt hat und unmittelbar der Schäumungsprozess in der Fuge beginnen kann. Ein vorzeitiges Kristallisieren, Verglasen oder Sintern der Fugendichtmasse wird vermieden. Ungünstige Kräfte gegen die geschäumte Fugendichtmasse durch weiteres Ausdehnen beim Aufheizen werden vermieden. Weiterhin kann die Fugendichtmasse unmittelbar verarbeitet werden, ohne dass beispielsweise das Gemenge zunächst aufwändig gebunden, geformt oder stabilisiert werden muss. Weiterhin braucht die Fugendichtmasse nicht an Zwischentemperaturen oder Zwischenzustände beim Erwärmen der jeweiligen Industrieofenanlage angepasst bzw. geschützt oder abgeschottet werden.
Indem die Fugendichtmasse von einem aufgeschäumten Bereich zumindest auf der Seite der Hitzeeinwirkung im Verlauf der Fuge hin zur Seite außerhalb der Industrieofenanlage zumindest bereichsweise gesintert wird, verbleibt ein stabiler und verfestigter Teil der Fugendichtmasse im kälteren Bereich der Fuge, hin zur Atmosphäre außerhalb der Industrieofenanlage.
Indem die Fugendichtmasse als plastisch verarbeitbares Gemenge oder in Form von Platten oder anderen Formen in die Fuge eingebracht wird, lassen sich einerseits komplizierte oder unregelmäßige Fugen füllen anderseits auch Fugen mit großen bzw. langgestreckten Bereichen mit gegebenenfalls glatten Kanten oder Flächen mit Platten oder entsprechend geformten Stücken aus Fugendichtmasse verfüllen, die dann unter der Hitzewirkung aufschäumen.
Vorteilhaft kommt die Fugendichtmasse als Sanierungsdichtmasse, nachträgliche Ofenabdichtung oder als Aufbaufugendichtmasse zum Einsatz oder lässt sich dafür verwenden. So lassen sich neben Neuerrichtungen von entsprechenden Industrieöfen oder Glasschmelzanlagen auch bestehende Anlagen systematisch bzw. bedarfsgerecht sanieren oder abdichten.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Fuge in Schnittdarstellung, welche mit dem nach dem Stand der Technik üblichen Fugenmörtel verschlossen wurde,
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Fuge in Schnittdarstellung, die mit einer schäumenden Fugendichtmasse verschlossen wurde,
3 eine Platte aus gepresster und getrockneter Fugendichtmasse,
4 zeigt eine schematische Darstellung einer Fuge in Schnittdarstellung, die mit einer schäumenden Fugendichtmasse in Form einer Platte verschlossen wird und
5 zeigt eine schematische Darstellung einer Fuge in Schnittdarstellung, die mit einer schäumenden Fugendichtmasse als plastisch verarbeitbares Gemenge verschlossen wird.

Die 1 zeigt eine aus dem Stand der Technik bekannte, mit Fugenmörtel gefüllte bzw. verschlossene horizontale Fuge 2 als Dehnfuge 2 in einer Wandung 1 beispielsweise eines Glasschmelzofens. Die Fuge 2 sollte durch hochtemperaturfeste Materialien ausgefüllt sein, um die Dichtheit des jeweiligen Ofens sowie bei Glasschmelzöfen des Regenerators gegenüber unkontrolliertem Gasaustritts zu erreichen. Der bislang eingesetzte Fugenmörtel 4 oder keramische Fasermatten halten der Korrosion durch Verbrennungsgase und der/n mechanischen Belastungen durch die temperaturbedingte Bewegung der Wandung 1 jedoch nicht stand, so dass es zum Verschleiß der so gefüllten Fugen 2 kommt und der Fugenmörtel 4 beginnend auf der Seite des Ofenraums 5 schwindet bzw. herausbricht also verloren geht und die Abdichtung geschwächt ist und wird. Innerhalb der Fuge 2 bildet sich zunächst eine sich stetig vergrößernde Oberfläche des verbliebenen Fugenmörtels 4 die von den korrosiven Verbrennungsgasen weiter angegriffen wird bis die Fuge 2 zur Atmosphäre außerhalb des Ofens geöffnet bzw. undicht geworden ist. Auch anhaltende mechanische Belastungen tragen zur sich fortsetzenden Abnutzung bzw. zum Verschleiß des Fugenmörtels 4 als Abdichtung bei.
In 2 ist eine horizontale Fuge 2 zwischen zwei Mauersteinen 1 schematisch dargestellt, welche mittels der erfindungsgemäßen Fugendichtmasse 3 gefüllt wurde und welche unter der Hitzeeinwirkung der Industrieofenanlage aufgeschäumt ist. Erkennbar ist der über den Verlauf bzw. die Tiefe der Fuge 2 als Dehnfuge 2 weite Bereich, in dem die Breite der Fuge 2 vollständig mit der aufgeschäumten Fugendichtmasse 3 verschlossen und damit abgedichtet ist. Die plastische Verformbarkeit der aufgeschäumten Fugendichtmasse 3 wird durch die viskose Glasphase sowie durch die Porosität des Schaumes erreicht, so dass sich die aufgeschäumte Fugendichtmasse 3 an das thermische Dehnungsverhalten der Fuge 2 anpasst.
Je nach gewünschter Einsatztemperatur und der oder den jeweiligen Hochtemperaturanwendungen kommen unterschiedliche Zusammensetzungen des Gemenges für eine Fugendichtmasse zum Einsatz. Im Folgenden werden beispielhaft und nicht abschließend Beispiele für unterschiedliche Zusammensetzungen des Gemenges dargestellt.
Eine Zusammensetzung A für ein Gemenge beinhaltet als Zuschlag zur Viskositätserhöhung oder zur Temperaturanpassung 60 Gew.-% Quarzmehl, wobei davon 24 Gew-% einem Glasversatz zuzuordnen sind, zu dem auch die mineralischen Bestandteile Soda mit 10,5 Gew.-%, Kalkstein mit 9,5 Gew.-% und Feldspat mit 6,0 Gew.-% gehören. Weiterhin sind als Blähmittel 0,5 Gew.-% Si₃N₄ Siliciumnitrid und als Bindemittel 4,5 Gew.-% Kieselsol und 9,0 Gew.-% Wasser enthalten. Damit sind im Gemenge der Glasversatz und das Quarzmehl zusammen mit 86 Gew.-% enthalten.
Die Zusammensetzung A erlaubt eine maximale Einsatztemperatur von 1.320 Grad Celsius bis 1.360 Grad Celsius.
Eine Zusammensetzung B für ein Gemenge beinhaltet als Zuschlag zur Viskositätserhöhung oder zur Temperaturanpassung 63 Gew.-% Quarzmehl, wobei davon 21 Gew-% einem Glasversatz zuzuordnen sind, zu dem auch die mineralischen Bestandteile Soda mit 9,5 Gew.%, Kalkstein mit 8,5 Gew.-% und Feldspat mit 5,0 Gew.-% gehören. Weiterhin sind ebenfalls als Blähmittel 0,5 Gew.-% Si₃N₄ Siliciumnitrid und als Bindemittel 4,5 Gew.-% Kieselsol und 9,0 Gew.-% Wasser enthalten. Damit sind im Gemenge der Glasversatz und das Quarzmehl zusammen mit 86 Gew.-% enthalten.
Die Zusammensetzung B erlaubt eine maximale Einsatztemperatur von 1.400 Grad Celsius bis 1.440 Grad Celsius.
Abweichend von den Zusammensetzungen A und B kommt in den folgenden Zusammensetzungen C und D Glasmehl zum Einsatz. Dementsprechend beinhaltet die Zusammensetzung C für ein Gemenge als Zuschlag zur Viskositätserhöhung oder zur Temperaturanpassung 33 Gew.-% Quarzmehl und 53 Gew.-% Glasmehl. Damit sind im Gemenge der Glasversatz und als Zuschlag zur Viskositätserhöhung oder zur Temperaturanpassung das Quarzmehl zusammen mit 86 Gew.-% enthalten. Weiterhin sind ebenfalls als Blähmittel 0,5 Gew.-% Si₃N₄ Siliciumnitrid und als Bindemittel 4,5 Gew.-% Kieselsol und 9,0 Gew.-% Wasser enthalten. Das Glasmehl-Zuschlag-Verhältnis beträgt hierbei 1,6:1.
Die Zusammensetzung C erlaubt eine Einsatztemperatur von nur 1.280 Grad Celsius bis 1.320 Grad Celsius.
Eine Zusammensetzung D für ein Gemenge beinhaltet als Zuschlag zur Viskositätserhöhung oder zur Temperaturanpassung 39 Gew.-% Quarzmehl und 47 Gew.-% Glasmehl. Damit sind im Gemenge der Glasversatz und als Zuschlag zur Viskositätserhöhung oder zur Temperaturanpassung das Quarzmehl zusammen mit 86 Gew.-% enthalten. Weiterhin sind ebenfalls als Blähmittel 0,5 Gew.-% Si₃N₄ Siliciumnitrid und als Bindemittel 4,5 Gew.-% Kieselsol und 9,0 Gew.-% Wasser enthalten. Das Glasmehl-Zuschlag-Verhältnis beträgt hierbei 1,2:1.
Die Zusammensetzung D erlaubt eine Einsatztemperatur von 1.360 Grad Celsius bis 1.400 Grad Celsius.
Die Fugendichtmasse 3 lässt sich in beliebige Formen 6, wie eine Platte 6 oder einen Streifen 6, formen. Die 3 zeigt einen beispielhaften Streifen aus geformter, gepresster und getrockneter Fugendichtmasse 3. Für einen besseren Verbund wird die Fugendichtmasse 3 gepresst und anschließend getrocknet, so dass diese in der entsprechenden Form 6 wie beispielsweise als Platte 6 oder Streifen 6 lagerbar und transportierbar ist. Zudem sind die vorgefertigten Formen 6, wie die Platte 6 oder der Streifen 6, bei entsprechend geeigneten oder vorbereiteten Fugen 2 zwischen Mauersteinen 1 oder in der Wandung 1 auch einfacher anwendbar, da diese einfach in Pfeilrichtung in die Fuge 2 eingeschoben werden können, wie dies beispielhaft in 4 dargestellt ist.
Weiterhin lässt sich die Fugendichtmasse 3 plastisch verarbeiten. So können auch ungünstige Stellen und Fugenausrichtungen gefüllt und damit abgedichtet werden. Hierfür kann man die Fugendichtmasse 3 spritzen, wie in 5 dargestellt, oder auch im Bedarfsfalle spachteln. Mit beispielsweise geeigneten Kartuschen 7 oder Injektoren 7 oder Tüllen 7 lässt sich die Fugendichtmasse 3 in die jeweilige Fuge 2 einspritzen oder einpressen. Während das Gemenge der Fugendichtmasse 3 in die Fuge 2 gespritzt oder gepresst wird und diese hin zum Ofenraum 5 ausfüllt, werden die Kartuschen 7 oder Injektoren 7 oder Tüllen 7 langsam bzw. entsprechend aus der Fuge 2 gezogen. Die jeweils beispielsweise resultierenden Bewegungsrichtungen 8 und Ausbreitungsrichtungen 9 sind in der 5 als Pfeile dargestellt.
Unabhängig davon, ob die Fugendichtmasse 3 wie oben dargestellt geformt oder plastisch verarbeitbar in die jeweilige Fuge eingebracht wird, füllt sich die Fuge 2 hin zum Ofenraum 5 zumindest teilweise mit der Fugendichtmasse 3, so dass diese aufgrund der Hitzewirkung der Hochtemperaturanwendung der jeweiligen Industrieofenanlage in der Fuge 2 zumindest auf der Seite des Ofenraums 5 aufschäumt. So lassen sich sowohl komplizierte oder unregelmäßige Fugen 2 als auch gleichmäßige und auch ausgedehnte Fugenabschnitte mit der aufschäumbaren Fugendichtmasse 3 verfüllen und abdichten.
Um ungünstige Veränderungen oder ein vorzeitiges Kristallisieren, Verglasen oder Sintern der Fugendichtmasse ohne ein Schäumen zu vermeiden, wird die Fugendichtmasse 3 während des Betriebes der Hochtemperaturanwendungen in die Fuge eingebracht. Damit hat sich der jeweilige Mauerstein 1 bzw. die jeweilige Wandung 1 bereits zumindest teilweise ausgedehnt, so dass ungünstige Kräfte gegen die schäumende bzw. geschäumte Fugendichtmasse 3 durch weiteres Ausdehnen beim Aufheizen vermieden werden.
Im Verlauf der Fuge 2 bzw. mit zunehmender Tiefe der Fuge 2 hin zur Atmosphäre außerhalb der Industrieofenanlage nimmt die Hitzewirkung der jeweiligen Industrieofenanlage ab, so dass die Fugendichtmasse 3 nur gering oder nicht mehr aufschäumt. Von dem aufgeschäumten Bereich zumindest auf der Seite der Hitzeeinwirkung wird hin zur Seite außerhalb der Industrieofenanlage, also im kälteren Bereich, die Fugendichtmasse 3 zumindest bereichsweise gesintert. Die Fugendichtmasse 3 verbleibt bereichsweise als stabiler und verfestigter Teil in der Fuge 2.
Die Verwendung des schäumbaren Gemenges umfassend das Glasmehl oder den Glasversatz und als Zuschlag zur Viskositätserhöhung oder zur Temperaturanpassung Quarzmehl, weiterhin Blähmittel und Bindemittel als Fugendichtmasse 3 in Dehnfugen 2 oder anderen unbeabsichtigten Ofenraumöffnungen einer Industrieofenanlage für Hochtemperaturanwendungen oder einer Glasschmelzanlage zur Abdichtung des Ofenraums 5 eröffnet vielfache Möglichkeiten, Dehnfugen für eine erste Verwendung zu schließen oder nach Bedarf oder nach entsprechenden Betriebsstunden zu sanieren.
Bezugszeichenliste

1: Mauerstein, Wandung
2: Fuge, Dehnfuge
3: Fugendichtmasse
4: Fugenmörtel
5: Ofenraum
6: Form, Platte, Streifen
7: Kartusche, Injektor, Tülle
8: Bewegungsrichtung
9: Ausbreitungsrichtung

Claims

Fugendichtmasse (3) für Hochtemperaturanwendungen für einen Temperaturbereich zwischen 1280 Grad Celsius und 1440 Grad Celsius umfassend ein schäumbares Gemenge aus Glasmehl oder einem Glasversatz und Quarzmehl als Zuschlag zur Viskositätserhöhung oder zur Temperaturanpassung oder als Feuerfestzuschlag, zumindest ein Blähmittel und zumindest ein Bindemittel, wobei im Gemenge - das Glasmehl oder der Glasversatz und das Quarzmehl zur Viskositätserhöhung oder zur Temperaturanpassung oder als Feuerfestzuschlag zusammen zwischen 80 und 93 Gew.-% - das Blähmittel zwischen 0,2 und 2 Gew.-% - das Bindemittel zwischen 6,5 und 18 Gew.-% enthalten sind, wobei das Glasmehl und das Quarzmehl zur Viskositätserhöhung oder zur Temperaturanpassung in einem Glasmehl-Zuschlag -Verhältnis 1:1 bis 1,9:1 enthalten sind.
Fugendichtmasse (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Glasversatz zumindest dem eines an sich bekannten Alkali-Kalk-Glases entspricht.
Fugendichtmasse (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Blähmittel Siliziumnitrid oder Siliciumcarbid enthalten ist.
Fugendichtmasse (3) nach vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass als Bindemittel Kieselsol und/oder Wasser enthalten ist.
Fugendichtmasse (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die feuchte Fugendichtmasse plastisch verarbeitbar ist.
Fugendichtmasse (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fugendichtmasse (3) in Platten (6) oder in andere Formen (6) formbar und/oder pressbar und getrocknet ist oder die Fugendichtmasse (3) in Gefäße abfüllbar ist.
Fugendichtmasse (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fugendichtmasse (3) in ihrer Zusammensetzung an die Fugenauskleidung oder das Ofenmaterial angepasst ist und/oder dass die Fugendichtmasse (3) Silika basierende Rohstoffe enthält.
Fugendichtmasse (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fugendichtmasse (3) Alkalien zugefügt sind oder dass die Fugendichtmasse (3) Alkalien enthält.
Verfahren zur Abdichtung von Fugen (2) an Industrieofenanlagen für Hochtemperaturanwendungen, wobei in die Fuge (2) eine Fugendichtmasse (3) nach Anspruch 1 bis 8 als schäumbares Gemenge aus Glasmehl oder einem Glasversatz und Quarzmehl als Zuschlag zur Viskositätserhöhung oder zur Temperaturanpassung, Blähmittel und Bindemittel eingebracht wird, welches unter der Hitzeeinwirkung der Hochtemperaturanwendungen im Temperaturbereich zwischen 1280 Grad Celsius und 1440 Grad Celsius zumindest bereichsweise aufgeschäumt wird.
Verfahren nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Fugendichtmasse (3) während des Betriebes der Hochtemperaturanwendungen in die Fuge (2) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Fugendichtmasse (3) von einem aufgeschäumten Bereich zumindest auf der Seite der Hitzeeinwirkung im Verlauf der Fuge (2) hin zur Seite außerhalb der Industrieofenanlage zumindest bereichsweise gesintert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass die Fugendichtmasse (3) als plastisch verarbeitbares Gemenge oder in Form von Platten oder anderen Formen in die Fuge (2) eingebracht wird.
Verwendung eines schäumbaren Gemenges umfassend Glasmehl oder Glasversatz und Quarzmehl als Zuschlag zur Viskositätserhöhung oder zur Temperaturanpassung, Blähmittel und Bindemittel als Fugendichtmasse nach Anspruch 1 bis 8 für Hochtemperaturanwendungen in Dehnfugen oder anderen unbeabsichtigten Ofenraumöffnungen einer Industrieofenanlage oder einer Glasschmelzanlage.
Verwendung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Fugendichtmasse als Sanierungsdichtmasse, nachträgliche Ofenabdichtung oder als Aufbaufugendichtmasse zum Einsatz kommt.