DE1646449C3 - Feuerfestes Isoliermaterial und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

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% zur Verwendung bei Temperaturen bis etwa 1315° C eines Gemisches aus 1 bis 10% Aluminiumsilicataus Aluminiumsilicatfasern, feinverteiltem Silicium- fasern, gegebenenfalls bis zu 40% feinkörnigem dioxid und Calciumaluminat-Bindemittel. 60 Material gleicher Zusammensetzung wie die Aluin der Technik werden in zunehmendem Maße miniumsilicatfasern, 1 bis 10% sehr fei η verteiltem 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 Aluminiumsilicatfaser!!

wegen ihrer mechanischen Festigkeit, Feuerfestigkeit der Art des Mischers und der Viskosität der Suspen- und niedrigen Wärmeleitfähigkeit für die Verwendung sion ab. Ein Mischen über das notwendige Maß hinaus gemäß der vorliegenden Erfindung besonders geeignet sollte vermieden werden, da beim Mischen die Fasern sind. Vorzugsweise haben die Fasern eine durchschnitt- zerkleinert werden können und dann das Endprodukt liehe Länge von 12,5 bis 25 mm und einen Durch- 5 geringere mechanische Festigkeit aufweist. Die Suspenmesser von 1 bis 20 μπι, wobei das Verhältnis von sion wurde in eine Form gebracht und zum Füllen der Faserlänge zu Faserdurchmesser mindestens 1000 : 1 Form gestampft. Die Masse wurde 18 Stunden lang betragen sollte. aushärten gelassen und danach bei einer Temperatur

Die im Handel erhältlichen Aluminiumsilicatfasern von mindestens 370⁰C getrocknet. Die Trockenzeit sind normalerweise mit nichtfaserigem Material von io betrug 18 bis 24 Stunden. Sie hängt jedoch von der im wesentlichen der gleichen chemischen Zusammen- Größe des Erzeugnisses und der Trocknungstempesetzung wie die Fasern vermischt. Dieses nicht- ratur ab und kann dementsprechend variieren. Das faserige, feinkörnige Material kann vor der Ver- getrocknete Stück hatte eine Dichte von 0,84 g/cm³. Wendung der Fasern entfernt werden. Die Fasern

können aber auch in ihrer handelsüblichen Form, 15 B e i 5 ρ i δ 1 e 2 bis 7

d. h. zusammen mit dem feinkörnigen Material, ver- In den folgenden Beispielen werden weitere Mi-

wendet werden, solange sein Anteil 40% der Mischung schungen beschrieben, die in der gleichen Weise wie nicht übersteigt. Enthält die Mischung mehr als 40% die Mischung des Beispiels 1 hergestellt wurden, wobei feinkörniges Material von der Zusammensetzung der jedoch handelsübliches Fasermaterial verwendet wurde, Aluminiumsilicatfasern, so werden mechanische Festig- ao bei dem das feinkörnige Material nicht entfernt war. keit und Temperaturwechselfestigkeit des Isolier- Die Mischungen hatten folgende Zusammen-

materials herabgesetzt. Geringe Anteile verschlechtern die Eigenschaften des Materials jedoch nicht.

Das sehr feinverteilte Siliciumdioxid hat zweckmäßigerweise eine Korngröße von weniger als 5 μπι 25
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 30
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 35
Größenordnung von 12 μηι liegt, eine sehr große
Oberfläche haber.

Das Calciurr aluminat und auch die anderen Be- 100 %

standteile der Mischung müssen möglichst frei von

Eisen sein, da merkliche Gehalte an Eisen, d. h. mehr 4° Die gewünschte Dichte der Fertigerzeugnisse kann als 4%, die Feuerfestigkeit der Mischung empfindlich mit Hilfe der Wassermergen eingestellt werden, mit herabsetzen. denen die Mischungen angerührt werden. Die folgen-

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Aus- den Ausführungsbeispiele zeigen eine Anzahl der führungsbeispielen näher erläutert. Dichten, die erhalten werden können.

_R . 45 Unter Benutzung der Mischungen a und b wurde

e 1 s ρ 1 e χ _mjj verschiedenen Mengen an Wasser eine Anzahl

Feuerfeste Aluminiumsilicatfasern, sehr feinver- von Auf schlämmungen hergestellt, wobei die Herteiltes Siliciumdioxid und feinverteiltes Calcium- stellung der Aufschlämmungen, die Formgebung und alvminat wurden in folgendem Verhälnis trocken das Trocknen wie beim Beispiel 1 vorgenommen temischt: 50 wurden. Bei den Beispielen 2 bis 4 wurde die Mi-

Aluminiumsilicatfasern 10 %

Siliciumdioxid 7 %

Setzungen:	Mischung a	68,2%
Calciumaluminat-Bindemittel	7,5%
Aluminiumsilicatfaser	9,1%
feinverteiltes Siliciumdioxid	15,2%
feinkörniges Al-Silicat-Material	100 %
Mischung b	70,6%
Calciumaluminat-Bindemittel	7,8%
Aluminiumsilicatfaser	5,9%
feinverteiltes Siliciumdioxid	15,7%
feinkörniges Al-Silicat-Material

Calciumaluminat-Bindemittel ■ 83% _{Beispiel Mischung Wasser Dichte}

100% ^5S % % g/cm»

Als Siliciumdioxid wurde ein sehr reines amorphes Erzeugnis mit 99,8% SiO₂-Gehalt verwendet, das eine durchschnittliche Teilchengröße von ungefähr 12 μ.ηι hatte. Die Aluminiumsilicatfasern waren zur Ent- 60 fernung des feinkörnigen Materials in bekann:er Weise behandelt worden.

Die Mischung wurde mit Wasser im Verhältnis von 36% Mischung zu 64% Wasser zu einer weichen,

homogenen Suspension aufgeschlämmt. Hierzu kann 65 Die bei den Beispielen 2 bis 7 erhaltenen Erzeugnisse ein Mischer mit Flügelrührer oder ein Bandmischer wurden verschiedenen Eigenschaftsprüfungen unterverwendet werden. Die zur Herstellung einer genügend worfen. Der Bruchmodul wurde nach dem ASTM-homogenen Suspension benötigte Mischzeit hängt von Verfahren C 133-55, die Verformung in Abhängigkeit

2	32	68	0,48
3	41	59	0,64
4	48	52	0,80
5	55	45	0,96
6	62	38	1,12
7	68	32	1,28

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.

Tabelle A

Material des Beispiels	Dichte	Bruchmodul	Verformung	649	760 871
	g/cm3	kg/cm2	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 ?.,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%

Fe₈O₃ 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 geneigt, 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. *\uf der anderen Seite führt eine Verwendung von weniger als 1 % feuerfesten Fasern zu einem Erzeugnis mit zu großer Dichte und verhältnismäßig schlechter Temperaturwechselbeständigkeit. 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 Anreicherungzu Knöllchen oder Knäueln, ist bei der vorliegenden Erfindung weder nötig noch erwünscht. Die

»5 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.

Claims (6)

ι "2 bei hohen Temperaturen eine gute Wärmeisolierung Patentansprüche: gewährleisten. Es sind bereits feuerfeste Isolierstoffe in Form

1. Feuerfestes Isoliermaterial zur Verwendung fertiger Steine bekannt, die sich aber als Futtermaterial, bei Temperaturen bis etwa 1315⁰C 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. Außerge ken η ze ich η et, daß das Isoliermaterial dem ist die Verwendung von Steinen und anderen 1 bis 10% Aluminiumsilicatfasern, 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 von Industne-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 Fesugkeit und eine miniumsilicatfasern, 6 bis 9% sehr feinverteiltes hohe Dichte.

Siliciumdioxid sowie 68 bis 86% eines mit Wasser 10 Auch faserhaltige feuerfeste Gießmassen sind beabbindenden Calciumaluminat-Bindemittels ent- kannt, wie beispielsweise der US-Patentschrift 3253936 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 Kahumdadurch 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 Frosionsnis 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

6. Verfahren zur Herstellung eines feuerfesten Isolierwirkung, hoher Temperaturwcchselbeständigkeit 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