DE1646449B2 - Feuerfestes isoliermaterial und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents
Feuerfestes isoliermaterial und verfahren zu seiner herstellungInfo
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Description
6. Verfahren zur Herstellung eines feuerfesten Isolierwirkung, hoher Temperaturwechselbeständigkeit
Isoliermaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 40 und hoher Beständigkeit gegen Erosion und Benetzung
dadurch gekennzeichnet, daß eine Suspension aus durch geschmolzene Metalle zur Verfügung zu stellen,
32 bis etwa 68% Wasser und 68 bis etwa 32% das am Anwendungsort leicht in die gewünschte, auch
eines Gemisches aus 1 bis 10% Aluminiumsilicat- komplizierte Form gebracht werden kann und in
fasern, gegebenenfalls bis zu 40% feinkörnigem fertigem Zustand eine vorteilhafte Dichte aufweist.
Material gleicher Zusammensetzung wie die Alu- 45 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem
miniumsilicatfasern, 1 bis 10% sehr feinverteiltem Isoliermaterial der eingangs genannten Art dadurch
Siliciumdioxid und 40 bis 98% eines mit Wasser gelöst, daß das Isoliermaterial 1 bis 10% Aluminiumabbindenden
Calciumaluminat-Bindemittels her- silicatfasern, gegebenenfalls bis zu 40% feinkörniges
gestellt, in die gewünschte Form gebracht, aus- Material der gleichen Zusammensetzung wie die
härten gelassen und getrocknet wird. 50 Aluminiumsilicatfasern, 1 bis 10% sehr feinverteiltes
Siliciumdioxid, 40 bis 98% eines mit Wasser abbindenden Calciumaluminat-Bindemittels und 32 bis etwa
68% Wasser, bezogen auf die trockene Mischung,
enthält.
55 Das Verfahren zur Herstellung des Isoliermaterials gemäß der Erfindung besteht darin, daß eine Suspen-
Die Erfindung betrifft ein feuerfestes Isoliermaterial sion aus 32 bis etwa 68 % Wasser und 68 bis etwa 32 %
tür Verwendung bei Temperaturen bis etwa 13150C eines Gemisches aus 1 bis 10% Aluminiumsilicataus
Aluminiumsilicatfasern, ieinveiteiitcrn Silicium- fasern, gegebenenfalls bis zu 40% feinkörnigem
dioxid und Calciumaluminat-Bindemittel. 60 Material gleicher Zusammensetzung wie die Aluin
der Technik werden in zunehmendem Maße miniumsiücatfasern, 1 bis 10% sehr fcinverteiltem
feuerfeste Isolierstoffe benötigt, die gegen hohe Siliciumdioxid und 40 bis 98% eines mit Wasser abTemperaturen
beständig und leicht in verschiedene bindenden Calciumaluminat-Bindemittels hergestellt,
Formen zu bringen sind. Insbesondere beim Schmelzen, in die gewünschte Form gebracht, aushärten gelassen
Transportieren und Gießen von Nichteisenmetallen 65 und getrocknet wird.
sind Isolierstoffe erforderlich, die eine hohe Festigkeit, Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind
hohe Beständigkeit gegen Erosion und Benetzung in den Unteransprüchen angegeben.
sowie gute Temperaturwechselfestigkeit haben und Es wurde gefunden, daß Aluminiumsilicatfasern
sowie gute Temperaturwechselfestigkeit haben und Es wurde gefunden, daß Aluminiumsilicatfasern
wegen ihrer mechanischen Festigkeit, Feuerfestigkeit und niedrigen Wärmeleitfähigkeit für die Verwendung
gemäß der vorliegenden Erfindung besonders geeignet sind. Vorzugsweise haben die Fasern eine durchschnittliche
Länge von 12,5 bis 25 mm und einen Durchmesser von 1 bis 20μηι, wobei das Verhältnis von
Faserlänge zu Faserdurchmesser mindestens 1000 : 1 betragen sollte.
Die im Handel erhältlichen Aluminiumsilicatfaser!! sind normalerweise mit nichtfaserigem Material von
im wesentlichen der gleichen chemischen Zusammensetzung wie die Fasern vermischt. Dieses nichtfaserige,
feinkörnige Material kann vor der Verwendung der Fasern entfernt werden. Die Fasern
können aber auch in ihrer handelsüblichen Form, d. h. zusammen mit dem feinkörnigen Material, verwendet
werden, solange sein Anteil 40% der Mischung nicht übersteigt. Enthält die Mischung mehr als 40%
feinkörniges Material von der Zusammensetzung der Aluminiumsilicatfasem, so werden mechanische Festigkeit
und Temperaturwechselfestigkeit des Isoliermaterials herabgesetzt. Geringe Anteile verschlechtern
die Eigenschaften des Materials jedoch nicht.
Das sehr feinverteilte Siliciumdioxid hat zweckmäßigerweise eine Korngröße von weniger als 5 pn
und vorzugsweise eine Korngröße von weniger als 1 μΐη. Derartiges Siliciumdioxid wirkt als Verdicker,
wenn die Mischung mit Wasser angemacht wird. Außerdem verkleinern die feinen Teilchen das Hohlraumvolumen
der Mischung und verbessern damit die Isolationseigenschaften bei höheren Temperaturen.
Für die Wirkung als Verdicker ist es wichtig, daß die Si iciumdioxidteilchen eine große Oberfläche haben.
Daher wird amorphes Siliciumdioxid bevorzugt, da dessen Teilchen wegen ihrer hohen Feinheit die in der
Größenordnung von 12 μιη liegt, eine sehr große
Oberfläche haber.
Das Calciurr aluminat und auch die anderen Bestandteile der Mischung müssen möglichst frei von
Eisen sein, da merkliche Gehalte an Eisen, d. h. mehr als 4%, die Feuerfestigkeit der Mischung empfindlich
herabsetzen.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Feuerfeste Aluminiumsilicatfasem, sehr feinverteiltes
Siliciumdioxid und feinverteiltes Calciumalvminat wurden in folgendem Verhälnis trocken
gemischt:
Aluminiumsilicatfasem 10%
Siliciumdioxid 7 %
Calciumaluminat-Bindemittel 83%
100%
Als Siliciumdioxid wurde ein sehr reines amorphes Erzeugnis mit 99,8% SiO2-Gehalt verwendet, das eine
durchschnittliche Teilchengröße von ungefähr 12 μηι hatte. Die Aluminiumsilicatfase-n waren zur Entfernung
des feinkörnigen Materials in bekannter Weise behandelt worden.
Die Mischung wurde mit Wasser im Verhältnis von 36% Mischung zu 64% Wasser zu einer weichen,
homogenen Suspension aufgeschlämmt. Hierzu kann ein Mischer mit Flügelrührer oder ein Bandmischer
verwendet werden. Die zur Herstellung einer genügend homogenen Suspension benötigte Mischzeit hängt von
der Art des Mischers und der Viskosität der Suspension ab. Ein Mischen über da? notwendige Maß hinaus
sollte vermieden werden, da beim Mischen die Fasern zerkleinert werden können und dann das Endprodukt
geringere mechanische Festigkeit aufweist. Die Suspension wurde in eine Form gebracht und zum Füllen der
Form gestampft. Die Masse wurde 18 Stunden lang aushärten gelassen und danach bei einer Temperatur
von mindestens 3700C getrocknet. Die Trockenzeit
ίο betrug 18 bis 24 Stunden. Sie hängt jedoch von der
Größe des Erzeugnisses und der Trocknungstemperatur ab und kann dementsprechend variieren. Das
getrocknete Stück hatte eine Dichte von 0,84 g/cm3.
B e i s ρ i e 1 e 2 bis 7
In den folgenden Beispielen werden weitere Mischungen beschrieben, die in der gleichen Weise wie
die Mischung des Beispiels 1 hergestellt wurden, wobei jedoch handelsübliches Fasermaterial verwendet wurde,
bei dem das feinkörnige Material nicht entfernt war.
Die Mischungen hatten folgende Zusammensetzungen :
Mischung a Calciumaluminat-Bindemittel 68,2%
7,5%
9,1%
15,2%
100 %
35
Aluminiumsilicatfaser
I'einverteiltes Siliciumdioxid .... feinkörniges Al-Silicat-Material .
Mischung b
Calciumaluminat-Bindemittel 70,6%
Aluminiumsilicatfaser 7,8%
feinverteiltes Siliciumdioxid
feinkörniges Al-Silicat-Material .
5,9% 15,7%
100 %
Die gewünschte Dichte der Fertigerzeugnisse kann mit Hilfe der Wassermengen eingestellt werden, mit
denen die Mischungen angerührt werden. Die folgenden Ausführungsbeispiele zeigen eine Anzahl der
Dichten, die erhalten werden können.
Unter Benutzung der Mischungen a und b wurde mit verschiedenen Mengen an Wasser eine Anzahl
von Aufschlämmungen hergestellt, wobei die Herstellung der Aufschlämmungen, die Formgebung und
das Trocknen wie beim Beispiel 1 vorgenommen
wurden. Bei den Beispielen 2 bis 4 wurde die Mischung a, bei den Beispielen 5 bis 7 die Mischung b
verwendet.
55
Mischung
Wasser
Dichte g/cm3
60 32
41
48
55
62
68
41
48
55
62
68
68 59 52 45 38 32
0,48 0,64 0,80 0,96 1,12 1,28
Die bei den Beispielen 2 bis 7 erhaltenen Erzeugnisse wurden verschiedenen Eigenschaftsprüfungen unterworfen.
Der Bruchmodul wurde nach dem ASTM-Verfahren C 133-55, die Verformung in Abhängigkeit
von der Beanspruchung nach dem ASTM-Verfahren
C165-54 bestimmt. Die Wärmeleitfähigkeit wurde nach dem ASTM-Verfahren C177-63 geprüft. Die
Ergebnisse sind in den Tabellen A und B angegeben
| Material des Beispiels |
Dichte | Bruchmcdul | Verformung | 649 | 760 871 |
| g/cm3 | kg/cm·' | kp/cm!bei5% | |||
| Zusammen | |||||
| 2 | pressung | ||||
| 3 | 0,48 | 1,4 | 1,3 | ||
| 4 | 0,64 | 3,5 | 3,2 | ||
| 5 | 80 | 9,1 | 7,7 | ||
| 6 | 96 | 14,7 | 15,4 | ||
| 7 | 1,12 | 21,0 | 26,6 | ||
| Tabelle B | 1,28 | 32,0 | 41,3 | ||
| Material des | |||||
| Beispiels | Dichte | Mittlere Temperatur (0C) | |||
| g/cm3 | 427 538 | ||||
| 2 | 0,48 | 1,1 | 1,3 | 1,6 | 1,8 | 2,1 |
| 3 | 0,64 | 1,5 | 1,6 | 1,8 | 1,7 | 2,0 |
| 4 | 0,80 | 1,6 | 1,8 | 1,9 | 2,1 | 2,2 |
| 5 | 0,96 | 1,8 | 1,9 | 2,1 | 2,2 | 2,4 |
| 6 | 1,12 | 2,2 | 2,3 | 2,5 | 2,6 | 2,8 |
| 7 | 1,28 | 2,7 | 2,9 | 3,1 | 3,1 | 3,3 |
Das Material der Beispiele 2 bis 7 hatte mit Ausnahme des Wassers folgende Zusammensetzung:
Al2O3 48,1 bis 49,8%
SiO2 21,5 bis 24,2%
CaO 25,6 bis 26,5%
Fe2O3 2%
Organische Bestandteile ... 1 %
Das Mengenverhältnis zwischen feuerfesten Fasern, Bindemittel und Siliciumdioxid bei dem feuerfesten
Isoliermaterial kann beliebig gewählt werden, nur müssen die Anteile der feuerfesten Fasern und des
Siliciumdioxids jeweils zwischen 1 und 10% liegen.
Bei Fasergehalten über 10% hat sich gezeigt, daß das Erzeugnis eine geringe mechanische Festigkeit und
eine unbefriedigende Wärmeleitfähigkeit hatte. Hinzu kommt, daß eine Aufschlämmung mit mehr als 10%
Fasern schwierig zu formen ist. Auf der anderen Seite führt eine Verwendung von weniger als 1 % feuerfesten
Fasern zu einem Erzeugnis mit zu großer Dichte und verhältnismäßig schlechter remperaturwechselbeständigkeit.
Der Anteil an Siliciumdioxid muß unter 10 %
ίο gehalten werden, damit die Schlämme nicht zu dick
wird und ohne Schwierigkeiten in die gewünschte Form gebracht werden kann. Der Anteil der Mischung
an feinkörnigem Al-Silicat-Material darf, wie schon
erwähnt, 40 Gewichtsprozent der Mischung nicht übersteigen. Der Anteil an Bindemittel kann beliebig
groß sein. Das Bindemittel wird in der Regel in einer solchen Menge zugesetzt, daß sich die gewünschten
Mengenverhältnisse an feuerfesten Fasern, Siliciumdioxid und feinkörnigem Al-Silicat-Material in der
ao Mischung ergeben.
Eine Vorbehandlung der Aluminiumsilicatfasern, wie eine Oberflächenbehandlung oder eine Anreicherung
zu Knöllchen oder Knäueln, ist bei der vorliegenden Erfindung weder nötig noch erwünscht. Die
as Mischungen können im Beutel abgefüllt oder in
anderer Weise verpackt werden und in dieser Form unmittelbar an den Einsatzort gebracht werden.
Werden sie benötigt, so braucht sie der Benutzer nur mit der gewünschten Menge Wasser anzurühren; die
so erhaltene Aufschlämmung kann leicht in die gewünschte Form gebracht werden, je nach ihrer
Konsistenz beispielsweise durch Stampfen, Gießen oder Spritzen.
Durch Verwendung verschiedener Mengen von Anmachwasser können Produkte mit einem breiten
Dichtebereich erhalten werden. Der Mischung darf jedoch nicht weniger als etwa 32% und nicht mehr als
etwa 68% Wasser zugegeben werden, da die Aufschlämmung mit weniger Wasser zu dick und mit mehr
Wasser zu dünn wird. Die Wahl der Dichte hängt von dem jeweiligen Verwendungszweck der Erzeugnisse
und von der erforderlichen Fließeigenschaft der Aufschlämmung ab.
Sofern nicht anderes angegeben, bedeuten alle Prozentangaben in der Beschreibung und den Patentansprüchen Gewichtsprozente.
Sofern nicht anderes angegeben, bedeuten alle Prozentangaben in der Beschreibung und den Patentansprüchen Gewichtsprozente.
Claims (5)
1. Feuerfestes Isoliermaterial zur Verwendung fertiger Steine bekannt, die sich aber als Futtermaterial,
bei Temperaturen bis etwa 1315° C aus Alu- 5 Tiegelausgüsse u. dgl. nicht besonders gut eignen, da
miniumsilicatfasern, feinverteiltem Siliciumdioxid sie entweder eine zu hohe Dichte haben oder bei aus-
und Calciumaluminat-Bindemittel, dadurch reichend niedriger Dichte zu kostspielig sind. Außergekennzeichnet,
daß das Isoliermaterial dem ist die Verwendung von Steinen und anderen 1 bis 10% Aluminiumsilicatfaser^ gegebenenfalls vorgefertigten Körpern auf verhältnismäßig einfache
bis zu 40% feinkörniges Material der gleichen Zu- io Formen und damit auf Anwendungen beschrankt, die
sammensetzung wie die Aluminiumsilicatfasern, mit der Form der Steine in Einklang zu bringen sind,
1 bis 10% sehr feinverteiltes Siliciumdioxid, 40 bis wie Kesselfeuerungen, die Zustellung ve η lndustne-98%
eines mit Wasser abbindenden Calcium- öfen u. dgl.
aluminat-Bindemittels und 32 bis etwa 68% Es gibt auch feuerfeste Stampfmassen, die an der
Wasser, bezogen auf die trockene Mischung, ent- 15 Anwendungsstelle in eine beliebige Form gebracht
hält. werden können. Diese Stampfmassen haben bei
2. Feuerfestes Isoliermaterial nach Anspruch 1, hohen Temperaturen jedoch nur eine geringe Isolierdadurch
gekennzeichnet, daß es 7,5 bis 8% Alu- wirkung, eine mäßige mechanische Festigkeit und eine
miniumsilicatfascrn, 6 bis 9% sehr feinverteiltes hohe Dichte.
Siliciumdioxid sowie 68 bis 86% eines mit Wasser ao Auch faserhaltige feuerfeste Gießmassen sind beabbindenden
Calciumaluminat-Bindemittels ent- kannt, wie beispielsweise der US-Patentschrift 32 53 936
hält und eine Dichte von 0,48 bis 1,28 g/cm3 hat. entnommen werden kann. Diese enthalten etwa 20 bis
3. Feuerfestes Isoliermaterial nach Anspruch 1, 90 Gewichtsprozent Aluminiumsilicat- oder Kaliumdadurch
gekennzeichnet, daß es etwa 10% Alu- titanatfasern, etwa 2 bis 40 Gewichtsprozent kolloidale
miniumsilicatfasern, etwa 7% sehr feinverteiltes 25 Kieselsäure oder suspendierte Siliciumdioxid und
Siliciumdioxid sowie etwa 83 % eines mit Wasser etwa 2 bis 60 Gewichtsprozent Calciumaluminat als
abbindenden Calciumaluminat-Bindemittels und mit Wasser abbindendes Bindemittel. Eine derartige
eine Dichte von etwa 0,80 g/cm3 hat. Gießmasse hat gute Feuerfesteigenschaften und auch
4. Feuerfestes Isoliermaterial nach einem der eine höhere mechanische Festigkeit als lediglich aus
Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß 30 Mineralfasern und einer Siliciumdioxid-Suspension
die Aluminiumsilicatfasern eine durchschnittliche hergestellte Gießmassen; ihre thermische Isolier-Länge
von 12,5 bis 25 mm haben und das Verhält- wirkung und ihre Beständigkeit gegen die Erosionsnis
von Faserlänge zu Faserdurchmesser mindestens wirkung geschmolzener Metalle ist jedoch unbe-1000
: 1 beträgt. friedigend. Auch können sich bei der Formgebung von
5. Feuerfestes Isoliermaterial nach einem der 35 Gießmassen mit hohem Fasergehalt erhebliche Schwie-Ansprüche
1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß rigkeiten ergeben.
das Siliciumdioxid eine Korngröße von weniger Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
als 5 μηι hat. feuerfestes Isoliermaterial mit guter thermischer
Applications Claiming Priority (3)
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|---|---|---|---|
| US58697366A | 1966-10-17 | 1966-10-17 | |
| US58697366 | 1966-10-17 | ||
| DEC0043579 | 1967-10-17 |
Publications (3)
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| DE1646449A1 DE1646449A1 (de) | 1971-07-22 |
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| DE1646449C3 DE1646449C3 (de) | 1976-11-18 |
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Also Published As
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| GB1166380A (en) | 1969-10-08 |
| BE705142A (de) | 1968-03-01 |
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| DE1646449A1 (de) | 1971-07-22 |
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| US3467535A (en) | 1969-09-16 |
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| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
| EHJ | Ceased/non-payment of the annual fee |