DE1274490B

DE1274490B - Verbrennungskammer fuer OEfen

Info

Publication number: DE1274490B
Application number: DEJ26072A
Authority: DE
Inventors: Arthur Scheppers
Original assignee: Johns Manville
Current assignee: Johns Manville
Priority date: 1963-07-10
Filing date: 1964-06-23
Publication date: 1968-08-01
Also published as: US3336716A; GB1064644A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CI.:

C04b

Deutsche Kl.: 80 b-8/15

Nummer: 1274 490

Aktenzeichen: P 12 74 490.0-45 (J 26072)

Anmeldetag: 23. Juni 1964

Auslegetag: !.August 1968

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbrennungskammer für Öfen und insbesondere Verbrennungskammern für Öfen leichten Gewichtes. Bisher bestanden derartige Verbrennungskammern für öfen aus gegossenen Körpern, oder sie wurden aus Steinen und feuerfesten Massen, beispielsweise Feuerton, aufgebaut. Diese bekannten Verbrennungskammern besitzen ein hohes Gewicht; sie sind bei der Handhabung, beim Versand und beim Einbau gegen Stoßbeanspruchungen empfindlich und neigen somit zum Zerbrechen; außerdem entstehen hohe Arbeitskosten beim Aufbau der Verbrennungskammer in dem Ofen.

Um das Gewicht der Verbrennungskammern zu verringern, ist es schon bekannt, die Kammer aus übereinander angeordneten, scheibenförmigen Schichten aus durch Bindemittel verstärkten Fasern zu bilden, indem die einzelnen Schichten lochartige Ausnehmungen entsprechend dem inneren Querschnitt der Kammerwand aufweisen. Diese Schichten werden übereinandergelegt und so zu der jeweiligen Verbrennungskammer zusammengefügt. Die innere Kammerwand ist bei diesen bekannten Verbrennungskammern mit einer mantelartigen Schicht ausgekleidet, in der zusätzlich zur Erhöhung der Feuerfestigkeit dienende Einsätze angeordnet sind. Diese bekannte Kammer zeichnet sich zwar durch ein geringes Gewicht aus, ihr Aufbau und ihre Herstellung sind jedoch kompliziert und aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbrennungskammer zu schaffen, die sich auf einfachste Weise herstellen läßt, die das erforderliche geringe Gewicht aufweist und die erforderliche Festigkeit und ebenfalls die erforderliche Feuerfestigkeit besitzt. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Kammer durch eine Ausformung der mit Bindemittel versetzten Fasermasse gebildet ist und daß die Bindemittelkonzentration von einem höchsten, an der einen Kammerwand gegebenen Wert nach der anderen Kammerwand zu abnimmt, während die Faserkonzentration umgekehrt von einem höchsten, an der anderen Kammerwand gegebenen Wert nach der einen Kammerwand zu abnimmt.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Bindemittelkonzentration von der Kammeraußenwand an abnimmt, während die Faserkonzentration von der Kammerinnenwand an abnimmt.

Die Erfindung kennzeichnet sich weiter dadurch, daß der Anteil der feuerfesten Fasern und des anorganischen Bindemittels wenigstens 75% des Kammergewichtes beträgt.

Ein weiteres Merkmal besteht darin, daß die feuerfeste Faser in einer Menge von 60 bis 95 Ge-Verbrennungskammer für Öfen

Anmelder:

Johns-Manville Corporation,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Seiler und Dipl.-Ing. J. Pfenning,
Patentanwälte, 1000 Berlin 19, Oldenburgallee 10

Als Erfinder benannt:

Arthur Scheppers, Martinsville, N. J. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 10. Juli 1963 (294165)

wichtsprozent und das anorganische Bindemittel in einer Menge von 5 bis 35 Gewichtsprozent vorliegt.

Weiter ist noch wesentlich, daß eine nicht feuerfeste Faser in einer Menge bis zu 20 Gewichtsprozent vorliegt.

Schließlich ist noch von Bedeutung, daß bis zu 10 Gewichtsprozent eines organischen Bindemittels angewandt werden.

Die erfindungsgemäße Kammer kann so ausgebildet sein, daß je nach dem Verwendungszweck sich die die Festigkeit bedingende größte Bindemittelkonzentration an der äußeren oder inneren Kammerwand befindet, während die stärkste Faserkonzentration an der jeweils gegenüberliegenden Wand vorgesehen ist. In den meisten Fällen wird jedoch die Kammer so aufgebaut sein, daß die größte Bindemittelkonzentration und damit die größte mechanische Festigkeit an der Kammeraußenwand, die größte Faserkonzentration und damit die größte Feuerfestigkeit an der Kammerinnenwand liegt. Die erfindungsgemäße Kammer weist eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit und eine ebenfalls ausgezeichnete Feuerfestigkeit auf. Sie besitzt auf Grund ihrer Einstückigkeit gute physikalische Eigenschaften bei einem leichten Gewicht; Beschädigungen bei der Handhabung, beim Versand und beim Einbau können bei der erfindungsgemäßen Kammer nicht auftreten. Die Kammer ist selbsttragend und kann in

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zu geeigneten Hochtemperaturbindemitteln gehören z. B. Tone, wie Bentonit und Hectorit, Alkalisilikate, wie Natrium- und Kaliumsilikate, Frittenmasse, Borax, AluniMumphosphat, kolloidale Kiesel-5 erde, kolloidale Tonerde usw. und Kombinationen derselben in feinvertveilter Teilchen- oder Lösungsform. Geeignete Anteile der feuerfesten Faser gegenüber den anorganischen Bindemitteln belaufen sich auf angenähert 60 bis 95 Gewichtsteile Faser auf

der Mitte eines Ofens in beliebiger Weise befestigt werden. Sie kann hohen Temperaturen, einem Wärmeschock und den unmittelbar auftretenden Flammen Widerstand leisten, ohne daß eine die Funktionsfähigkeit störende Rißbildung oder sonstige Beschädigungen auftreten können.

Die erfindungsgemäße Verbrennungskammer kann
als eine vollständige Einheit ausgeformt oder aus
zwei oder mehreren ausgeformten einstückigen Bauelementen gebildet werden, die an Ort und Stelle zu io etwa 5 "bis 35 Gewichtsteile des Bindemittels, wobei der Verbrennungskammer zusammengesetzt werden ein typischer optimaler Wert etwa 9 Gewichtsteile können. Das Ausformen der Kammer erfolgt durch pro 1 Gewichtsteil Bindemittel beträgt. Aufgabe einer konzentrierten oder verdünnten wäß- Zusätzlich zu den wesentlichen angegebenen Berigen Aufschlämmung oder Suspension der faserför- standteilen können verschiedene weitere Zusatzmittel migen Bestandteile und des Bindemittels und gege- 15 oder Komponenten zwecks Vermitteln oder Verbenenfalls weiterer Zuschläge auf ein durchlöchertes, bessern spezieller Eigenschaften angewandt werden, siebartiges Verformungswerkzeug, auf dem die Ver- Zu denselben gehören z. B. organische oder flüchtige festigung und die Vermischung der Bestandteile in Bindemittel, die bei dem Erhitzen abbrennen, wie der gekennzeichneten Weise erfolgt. Bei der Ausfor- z. B. Bindemittel auf Stärkegrundlage und die synmung einer Verbrennungskammer mit mechanischer 20 thetischen und natürlichen Harze, die im unge-Festigkeit an der Außenwand und Feuerfestigkeit an brannten Zustand eine wesentliche mechanische der Innenwand wird als Formungswerkzeug ein Sieb Festigkeit vermitteln. Nicht feuerfeste faserförmige angewendet, das in seiner Formgebung der äußeren Materialien, wie Asbest-, und Cellulosefaser^ wie Kammerwand entspricht. Hierbei zeigen die kleine- Kraftzellstoff, bedingen ebenfalls eine Verbesserung ren Teile der Aufschlämmung, die üblicherweise das 25 der mechanischen Festigkeit des nicht gebrannten Bindemittel darstellen und gegebenenfalls auch das Bindemittels. Es können weiterhin Ausflockungs-Füllmittel, eine größere Neigung, mit dem Wasser mittel, wie Separan, von der Dow Chemical Company durch das vorher auf dem Sieb angesammelte faser- in den Handel gebracht, für ein Verbessern des Verförmige Material zu wandern, woraus sich ergibt, daß formungsverfahrens angewandt werden, und es köneine größere Anhäufung des Bindemittels auf und in 30 nen als Füllmittel hochtemperaturfeste und leichte der Nähe der Oberfläche des Siebes sich ergibt, wäh- Aggregate angewandt werden. Die organischen oder rend zwangläufig die größte Anhäufung des faserför- flüchtigen Bindemittelkomponenten können in Menmigen Materials auf der Kammerinnenwand vorliegt. gen bis zu etwa 10 bis 15 Gewichtsprozent der Fest-Selbstverständlich kann die Ausformung auch auf stoffe angewandt werden, und Asbest, Glas u. dgl. andere geeignete, an sich beliebige Weise geschehen. 35 nicht feuerfeste Fasern finden Anwendung in Mengen Es können beim Ausformen auch verschiedene Auf- bis zu etwa 20 Gewichtsprozent. Die Füllmittel finden schlämmungen nacheinander verwendet werden, wo- in Mengen von bis zu 20 Gewichtsprozent Anwenbei die erste Aufschlämmung einen hohen Binde- dung.

mittelanteil im Verhältnis zur organischen Faser hat, In dem folgenden sind typische Zusammensetzun-

der sich bei den folgenden Aufschlämmungen ver- 40 gen für das Herstellen leichter (0,096 bis 0,32 g/cm³

ringert. und vorzugsweise etwa 0,192 g/cm³) faserförmiger

Nach erfolgter Verformung wird der einstückige Körper oder der ausgeformte Teil aus dem Verformungswerkzeug entfernt und etwa 4 bis 6 Stunden lang bei Temperaturen zwischen 149 und 177° C ge- 45 trocknet. Danach ist der Herstellungsprozeß abgeschlossen, wenn nicht spezielle Bindemittel verwendet werden, die einer besonderen Härtung bedürfen.

Zu den für den Aufbau der Verbrennungskammern

Verbrennungskammern für öfen oder Boiler angegeben:

Flüchtige Bindemittel

Leichtes Füllmittel

Allgemeiner Bereich

60 bis 95 5 bis 35 0 bis 15 0 bis 20 0 bis 20

Bevorzugter Bereich

»/0

75 bis 90

7 bis 10

5 bis 10

Obis 5

Feuerfeste Faser

geeigneten faserfönnigen Materialien gehören die 50 Anorganisches Bindemittel herkömmlichen feuerfesten, faserartigen Materialien Nicht feuerfeste Faser mit einer Temperaturfestigkeit oder Erweichungspunkten über wenigstens etwa 816° C oder weisen
einen Erweichungspunkt auf, der in entsprechender
Weise über den höchsten Temperaturbedingungen 55
liegt, die in der speziellen Verbrennungskammer des
Ofens auftreten können, für die das Produkt vorgesehen ist. Vorzugsweise beläuft sich dieser Erweichungspunkt auf etwa 1093 bis 1371° C. Zu den
faserförmigen Materialien gehören die halbfeuer- 60
festen Wollen, die aus relativ reinem Steinmaterial
oder tonartigem Material und metallurgischer
Schlacke hergestellt sind. Bevorzugt sind hochfeuerfeste Massen, wie Kieselerde oder Quarz, Magnesiumoxyd, Tonerde—Kieselerde, und ebenfalls die 65 und eine größtmögliche Konzentration der faser-Massen, die Titandioxyd und/oder Zirkondioxyd in förmigen Komponente in der Fläche der innersten größeren Anteilen enthalten usw. sowie Kombina- Oberfläche und/oder benachbart oder angrenzend tionen aus derartigen Fasern. hierzu aufweist. Man geht von einer verdünnten wäß-

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise an Hand einer Reihe von Ausführungsbeispielen erläutert.

Beispiel 1

Es wird eine erfindungsgemäße Verbrennungskammer hergestellt, deren Wandteil eine größtmögliche Konzentration an anorganischem Bindemittel in der Fläche der äußersten Oberfläche der Kammer und/oder benachbart und angrenzend hierzu aufweist

rigen Aufschlämmung oder Suspension aus, die die folgenden Bestandteile aufweist:

Bentonitton 4,54 kg

Feuerfeste Faser *) 33,6 kg

Asbestfaser 2,27 kg

Kraft-Zellstoff 4,54 kg

Stärke 0,45 kg

Wasser 94701

*) Die Faser besteht aus angenähert gleichen Teilen Tonerde und Kieselerde mit etwa 5 Gewichtsprozent Titandioxyd.

Die Masse wird durch Vermischen der Feststoffe in einer Mischvorrichtung (Hydropulver) mit 1895 1 Wasser und anschließendem Verdünnen mit 78801 Wasser in einem Vorratstank hergestellt. Im Anschluß hieran wird das so erhaltene Produkt einem Verformungsbehälter oder Tank in der erforderlichen Weise zugeführt. Das Verformungswerkzeug ao besteht aus 0,355 mm durchlöchertem Messing mit 0,24 cm Durchlöcherungen in Abständen von 0,79 cm voneinander. Das Werkzeug ist zylinderförmig, und ein Ende desselben ist geschlossen. Dieses Verformungswerkzeug weist einen Durchmesser von 30,5 cm und eine Tiefe von 38,1 cm auf. Der durchlöcherte Zylinder und die Endwand sind durch die Vakuumkammer umgeben, durch die eine Filtration durch die Wand bedingt wird, und weist weiterhin eine Anordnung zum Entfernen des wäßrigen Filtrats auf. Dieses Verformungswerkzeug wird in dem Verformungsbehälter eingetaucht, und auf Grund des Beaufschlagens eines Drucks von etwa 51 cm Hg durch die Vakuumkammer werden die Feststoffe auf der Oberfläche des Zylindersiebes mit geschlossenem Ende auf eine Gesamtdicke von etwa 1,59 cm innerhalb etwa 45 Sekunden abgeschieden. Das Verformungswerkzeug wird sodann aus dem Verformungsbehälter entfernt, und der verformte Gegenstand stellt eine an einem Ende offene ringförmige Kammer dar. Man läßt dieselbe etwa eine weitere Minute auf dem Verformungswerkzeug, um so weiter das Wasser vor dem Entfernen der Kammer von dem Verformungssieb zu entfernen. Die so verformten Verbrennungkammern werden sodann auf eine Temperatur von etwa 149° C etwa 8 Stunden lang zwecks Entfernen restlichen Wassers und Feuchtigkeit getrocknet. Die Verbrennungskammern zeigen sodann einen Bruchmodul von größer als 2109 g/cm³ bei einer durchschnittlichen Dichte von etwa 0,176 g/cm³. Diese Kammern besitzen gute Naßfestigkeit für die Handhabung ohne ein Verzerren derselben, und die Trockenfestigkeit ist ausreichend, um einen normalen Versand und Einbau zu widerstehen. Die Hitzefestigkeit ist dergestalt, daß dieselben wiederholt an deren inneren Oberflächen auf eine Temperatur von 1093° C ohne Verzerren, Zerbrechen oder Abplatzen erhitzt werden können. Jede der so hergestellten Kammern aus Fasermaterial zeigt eine relativ kontinuierliche porenfreie, dichte, harte, starre äußere Oberfläche und eine poröse, relativ weiche und flexible, faserartige, federnde innere Oberfläche, wodurch eine Kammer erzielt wird, die mechanisch fest und starr im Aufbau ist und eine nachgebende, filmartige, isolierende innere Oberfläche aufweist.

Im folgenden ist beispielsweise eine weitere Masse für die erfindungsgemäßen Produkte wiedergegeben.

Beispiel 2

Bentonitton 6,5 % 6,0 kg

Feuerfeste Faser 86,5 % 79,4 kg

Kraft-Zellstoff 7,0 % 6,45 kg

Wasser 1,9101

Beispiel 3

Feuerfeste Faser 85%

Kolloidale Kieselerde 15%

Beispiel 4

Feuerfeste Faser 89 %

Bentonitton 7%

Cellulosefaser 4%

Beispiel 5

Bentonitton 5%

Stärke 1%

Zerkleinerte Glasfaserstränge 5%

Feuerfeste Faser 89%

Die Zusammensetzung nach dem Beispiel 5 vermeidet jede Rauchbildung, bedingt durch den Kraft-Zellstoff, wenn die Kammer zum erstenmal gefeuert wird. Das in dieser Zusammensetzung Anwendung findende Glas schmilzt ebenfalls etwas mit der feuerfesten Faser an den erhitzten Oberflächen zusammen, wodurch sich ein die Härte und Festigkeit verbessernder Effekt ergibt. Das durch die Hitzeeinwirkung bei einer Temperatur von 1093° C bedingte Einschrumpfen eines derartigen Produkts ist vergleichbar mit einem durch organische Fasern verstärktes Produkt und beläuft sich auf weniger als 2% bei 1093° C.

Claims

Patentansprüche:

1. Verbrennungskammer für Öfen, bestehend aus mit einem anorganischen Bindemittel versetzten feuerfesten Fasern, beispielsweise aus Kieselerde, Kieselerde—Tonerde, Tonerde, Kieselerde—Titandioxyd oder Magnesiumoxyd, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer durch eine Ausformung der mit Bindemittel versetzten Fasermasse gebildet ist und daß die Bindemittelkonzentration von einem höchsten, an der einen Kammerwand gegebenen Wert nach der anderen Kammerwand zu abnimmt, während die Faserkonzentration umgekehrt von einem höchsten, an der anderen Kammerwand gegebenen Wert nach der einen Kammerwand zu abnimmt.

2. Verbrennungskammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindemittelkonzentration von der Kammeraußenwand an abnimmt, während die Faserkonzentration von der Kammerinnenwand an abnimmt.

3. Verbrennungskammer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der feuerfesten Fasern und des anorganischen Bindemittels wenigstens 75% des Kammergewichts beträgt.

4. Verbrennungskammer nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die feuerfeste Faser in einer Menge von 60 bis 95 Gewichtsprozent und das anorganische Bindemittel in

einer Menge von 5 bis 35 Gewichtsprozent vorliegt.

5. Verbrennungskammer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine nicht feuerfeste Faser in einer Menge bis zu 20 Gewichtsprozent vorliegt.

6. Verbrennungskammer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bis zu 10 Gewichtsprozent eines organischen Bindemittels angewandt werden.

In Betracht gezogene Druckschriften;

Deutsche Patentschrift Nr. 29 488; deutsche Auslegeschriften Nr. 1823 356, 171, 1 086 614;

USA.-Patentschriften Nr. 1 982 490, 3 001 362, 092 247, 3 096 144, 3 090 103; Keram. Zeitschrift, 14 (6), S. 340 bis 347 (1962); Materials in Design Eng., 53, S. 14 bis 16 (1961); Ceramic Age, 78 (2), S. 37 bis 40 (1962).