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Verfahren zur Herstellung einer faserhaltigen, feuerfesten, wärmeisolierenden
Masse Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur herstellung einer faserhaltigen,
feuerfesteng wärmeisolierenden Masse, die insbesondere zur Anwendung beim Gießen
von geschmolzenem Metall kommen soll und insbesondere bei der Herstellung von Metallblöcken
Anwendung finden soll.
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Beim Gießen-von geschmolzenem Metall in eine Blockform zur Herstellung
von Blöcken, z. B. bei dem Gießen von gesch-.,(,.-'-zenerü Stahl zur Herstellung
von Stahlblöcken, ist es wichtig, zu gewährleisten, daß das Kopfmetall,
d. h. das Metall am obersten Teil der Form-, sich nicht zu rasch verfestigt,
da, wenn dies der Fall ist, die Nachspeisung von geschmolzenem Metall zur Kompensierung
der Schrumpfung des Hauptkörpers des Blockmetalls bei der Abkühlung und Verfestigung
beeinträchtigt wird, und der sic.i ergebende Block Unvollkommenheiteng wie Risse
und Hohlräume,
enthalten kann. Es wird demgemäß in der Praxis der
Kopf der Blockform oder ein Gießaufsatz, der auf die Blockform aufgesetzt ist, mit
einer Masse ausgekleidet, die als Schranke gegen den Verlust von Wärme von dem Kopfmetall
wirkt und z. B. aus einer wärmeisolierenden Masse oder einer Masse besteht, die
Bestandteile enthält, welche exotherm reagieren, wenn sie durch die Wärme des geschmolzenen
Metalls in Brand gesetzt werden, und dadurch positiv Wärme dem Kopfmetall zuführen.
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In den letzten Jahren sind in wachsendem Umfang zum Zwecke der Auskleidung
Massen verwendet Worden, die ein körniges-oder pulverförmiges, feuerfestes, wärmeisolierendes
Material, organisches Fasermaterial und ein Bindemittel umfassen. Während verschiedene
organische Fasermaterialien angewendet worden sind, hat es sich als sehr zweckmäßig
herausgestellt, aus wirtschaftliehen Gründen entweder von sich aus billiges organisches
Fasermaterial, wie Papierbrei, oder Abfälle von synthetischem Fasermaterial zu verwenden.
-Es ist auch vorgeschlagen worden, in solche Massen einen geringen Anteil von feuerfestem,
faserförmigem Material, z. B. Asbest, einzubringen.
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Die in Betracht kommenden Massen müssen jedochgum höchst wirksam zu
sein, eine im wesentlichen homogene Beschaff-enheit aufweisen, und die Arbeitsweise,
welche allgemein angewendet worden ist, bestand daring einen wäßrigen-Schlamm herzustellen,
der
das körnige oder pulverförmige feuerfeste Material, das organische Fasermaterialg
gegebenenfalls feuerfestes Fasermaterial, und Bindemittel enthielt, und dann die
Flüssigkeit aus dem Schlamm'auszudrücken, um geeignete Formkörpert gewöhnlich P-atteng
aus den festen Bestandteilen herzustellen, welche nach Trocknen und vorzugsweise
nach Ofenbehandlung starre Gefüge aufwiesen, wobei das Bindemittel dazu dient, die
anderen Bestandteile zusammenzubinden. Der Schlamm kann so gegen ein Drahtsieb gebracht
werden, und die Flüssigkeit kann durch die Maschen. ausgedrückt werdeng so daß ein
Körper aus den festen-Bestandteileng die nicht durch die Maschen geheng auf der
Maschenoberfläche aufgebautwird.
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Während die vorstehend geschilderte. Methode Platten undälmUche Produkte
liefert, die für den beabsichtigten Zweck von guter Beschaffenheit-sind, hat das
Verfahren'den Nachteil, daß es die Handhabung von gi#oßen Volumina von Wasser Ünd
eine ziemlich komplizierte Maschinerie erfordert, und daß die sich ergebenden Produkte,
da sie ein weseutliches Volumen von Wasser enthalten, unter Anwendung von wesentlicher
Wärme ausgetrocknet werden müssen. Diese Nachteile werden besonders schwerwiegend
bei der Herstellung von Platten von wesentlicher Dickeg bei denen der Entwäauerungsvorgang
entsprechend längere Zeit in Anap - ruch nimmt.
Es würde
daher offensichtlich erwünscht sein, die Massen durch direkte Mischung der wesentlichen
Bestandteile ohne übermäßige Anwendung von Wasser zu bilden, d. h. die Schlammtechnik
zu vermeiden, es'ist jedoch in der Praxis gefunden worden, daßl wenn man dies versucht,
das organische Fasermaterial zur Klumpenbildung ("ball-up") in.dem Mischgefäß neigt
so daß 'ein sehr heterogenes Endprodukt erhalten wird. Diese Schwierigkeit ist besonders
groß, wenn das organische Fasermaterial eine'wesentliche Faserlänge besitzt, z.
B. von der Art von Baumwolle oder geschnittener künstlicher Stapelfaser, ein Umstand..welcher
wahrscheinlich aus der Neigung solcher großen Fasern herrührt, verwirrt zu werden..
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Es ist nun gefunden worden, daß die ge'schilderte Schwierigkeit überwunden
werden kahn, und ausgezeichnete homogene Produkte nach einem direkten Mischverfahren
ohne Gegenwart irgendeiner größeren Menge Wasser erhalten werden können, indem man
in die Masse ein Schaummittel einbringt.
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Gemäß.der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung einer
faserhaltigeng feuerfesteng wärmeisolierenden Masse vorgesehen, bei welchem man
ein körniges oder pulverförmiges feuerfestes Material, organisches Fasermateriall
einen Anteil
eines Verschäumungsmittels, der ausreicht, um die-Mgsse
während des Mischvorgange zu verschäumen, und ein Bindemittel oder einen Vorläufer
dafür zusammenmischt. 'Solche Massen sind zur Verwendung beim Auskleiden der Köpfe
von Blockformen und der Gießaufsätze für solche Formen geeignet.-Das Bindemittel
kann während des anfänglichen Mischens der Masse oder sp4ter, vorzugsweise kurz
bevor die Masse in Gebrauch genommen werden soll, zugesetzt werden. Gegebenenfalls
kann ein Vorläufer für das Bindemittel verwendet werdeng so daß geringe oder keine
Bindewirkung stattfindet, bis ein Beschleuniger oder Katalysator zur Umwandlung
des Vorläufers in ein Bindemittel der Mischung zugesetzt wird. Obwohl es nicht wesentlich
ist, ist es gewöhnlich erwünscht, eine geringe Menge von Wasser einzubringeng
d. h. genügend Wasser, um das Schaummittel zur Herstellung eines wesentlichen*Schaumes
zu unterstützen.
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Die ärfinjungsgemäß herzustellenden Massen können andere Bestandteile
enthalten, die vorzugsweise während des geschilderten Mischvorgangs zugesetzt, jedoch
gewünschtenfa-llä auch danach eingemischt werden können. Wenn der zugesetzte Bestandteil
selbst faserig istg a. B. aus einem feuerfesten Fasermaterial, wie Asbest,
bestehtg ist es erwünecht,.daß er bei dem Mischvorgang in Gegenwart des Schaumm
ittele-eingebracht wird.
Andere Zusatzstoffe können aus-Materialien
bestehen, die bei Zündung exotherm miteinander reagieren. Es ist in manchen Fällen
auch erwünscht, ein Gelier- oder Verdickungpmittbl, z..B. einen Celluloseäther oder
Carboxymethylcellulose, zuzu-
geben.
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Das körnige oder pulverförmige feuerfeste Material kann z. B; aus
Sand, Siliciumdioxydmehl-, Olivinschamotte, Aluminiumoxyd oder irgendeindm feuerfesten
Silicat-bestehen. Das organische Fasermaterial kann z. B. aus Holzbrei oder '.'angfaserigem
Material, z.-B. Baumwollabfall, Lumpenmaterial oder Abfall von synthetischen Stapelfasern,
wie Polyamidfasern (Nylon), Polyester- oder Acrylnitrilfasern, bestehen. Es ist
ersieht-..; lieh, daß die längeren Fasermaterialien die Neigung haben, wirksamer
hinsichtlich der Erhöhung der Festigkeit und der Biegsamkeit der endgültigen Masse
zu sein. Der Ausdruck "Fasermateriallt wird hier verwendet, um Materialien zu bezeichnen,
die noch in einem solchen Zustand sind, daß echte- Fasern vorhanden sind,
d. h. Elemente, deren eine Abmessung wesentlich größer ist als die beiden
anderen. Daher umfaßt dieser Ausdruck nicht Materialien, die-zu feiner Teilchengröäße
gemahlen sind, selbst wenn diese Materialien Faserutsprung haben.
Das
Bindemittel kann aus irgendeinem an sich bekannten Material zur Herstellung von
Platten aus feuerfestem Material für die hier angegebenen Zwecke bestehen und z.
B. ein anorganisches Bindemittell wie Natriumeilicatg oder ein organisches Bindemittel,
wie ein natürlicher Gummi, z. B. Dextrin, oder ein synthetisches harzartiges Material,
z. B. Harnstofformaldehydharzg das bei Raumtemperatur durch Verwendung eines Katalysators,
wie Phosphorsäure, zum Verfestigen oder Härten gebracht werden kanng oder ein wärmehäxtbares
Harz, wie Harnstoffformaldehyd-, Phenolformaldehyd- oder Furanharz sein. Harnstoffformaldehydharz
wird im allgemeinen aus technischen und wirtschaftlichen Gründen bevorzugt, obwohl
der begleitende Geruch zu nachteilig für seine Verwendung erachtet werden kann.
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Wenn ein Ofentrocknungsvorgang vorgesehen ist,-kann ein weiter Bereich
von 'kärmehärtbaren Harzen Anwendung finden. Die synthetischen Harze können in der
Form von Sirupen angewendet werden, die durch die Kondensation ihrer Vorläufer erhalt-en
werden; bei den anderen Materialien ist es gewöhnlich erwünscht, sie in wäßriger
lösung oder Dispersion anzuwenden.
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Wenn faserförmige feuerfeste Materialien in die Massen eingebracht
werden, können diese z. B.*aus Asbbet, Schlacken-.wolle oder Metallfaser bestehen.
Solche fäserförmigen feuerfesten Materialien haben den Vorteilt daß sie zu einer
zusätzlichen
Festigkeit der endgültigen Massen beitragen. Solche
zusätzliche Festigkeit kann auch dadurch erhalten werdendaß man den Massen Materialien
einverleibt, die durch eine' Sinterwirkung eine starre Matrix bilden, z. B. Eisenoxyd.
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Die Bestandteile der Massen können in verschiedehen Anteilen in Abhängigkeit
von äen ihnen innewohnenden Eigenschaften und den erforderlichen Eigenschaften in
den herzustellenden Produkten vorhanden sein, im allgemeinen kann der Anteil an
organischem Fasermaterial bis zu 5 Gew.-% oder mehr, z. B. bis zu 10,-oder
bis zu 15 - 25 Vol.-%, betragen. In diesem Zusammenhang ist zu bemerken,
daß, wenn kein Verschäumungsmittel verwendet wird, es sich als undurchführbar erwiesen
hat, mehr als 0,2 Gew.-% Baumwolle den Massen durch ein direktes Mischverfahren
ohne ernsthaftes Klumpen (balling-up) der Baumwollfasern einzuverleiben.
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Die Menge an Bindemittel kann z. B. von 2 bis 20 Gew.-% variieren,
sie ist jedoch im allgemeinen in einer Größenordnung von 4 bis 15 Gew.-%,
bezogen auf die Masse, erforderlich.
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Es folgt daher, daß die Menge an körnigem oder pulverförmigem
feuerfestem Material ausreichend sein wird, um 100 % der Masse auszumachen,
abgesehen von den Fällen, in denen andere Bestandteile zusätzlich vorhanden sindv
z. B. kann der Anteil
60 bis 90 Gew.-% der Masse
betragen. In fast allen Fällen ist es erwünscht, daß das körnige oder pulverförmige
feuerfeste Material den überwiegenden Bestandteil der Mischung darstellt.
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Die Menge an Schaummittel varriert* entsprechend seiner Art, sie liegt
jedoch im allgemeinen in der Größenordnung von 011 bis 2 Gew.-%, bezogen
auf die Masse. Es kann irgendeines der technischen Schaummittel angewendet werden,
die an sich bekannt sind, z. B. zur Verwendung in der Reinigungsmittelindustrie.
Diese Mittel sind gewöhnlich oberflächenaktive Verbindungen, die anionenaktiv, kationenaktiv
odeT nichtionisch sind. Bevorzugt sind die anionenaktiven Verbindungen, z. B. langkettige
Alkyleulfate, Mkylarylsulfonate, Naphthalinsulfonate od. dgl.
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Das Produkt des Mischvorgangs hat gewöhnlich den Charakter eines defoümierbaren
plastischen Schwammaterials und es kann als solches zur Herstellung von Platten,
Buchsen od. dgl. nach solchen Verfahren, wie Preßformen, Extrudiereng Spritzguß
oder Stampfen, verwendet werden. Die Produkte des kischvorgangs sind besonders zur
Herstellung von Platteng Buchsen oder dgl.9 ohne,die Notwendigkeit von langen Entwässerungs-
oder Ofentrocknungsvorgängen geeignetpund gemäß einem weiteren Merkrmal der Erfindung
wird ein Verfahren zur Bildung von Platten,
Buchsen od. dgl. vorgesehen,
die zum Auskleiden des Kopfes einer Blockform oder eines Gießaufsatzes für eine
solche Form geeignet sind, wobei mae eine Masse, die wie oben geschildert erzeugt
wurde, verformt, und die Mischung in der beticeffenden Gestalt zum Härten bringt
oder härten läßt. Diesehärtung kann durch Zusatz eines Beschleunigers oder Katalysators
für das Bindemittel zu der Mischung gerade vor der Verformung oder dadurch beschleunigt
werden, daß man die geformte Masse in der das Bindemittel aus einem Alkalisilicat
besteht, durch Begasung mit einem sauren Gas behandelt. Geeignete saure Gase sind
Kohlendioxyd und Schwefeldioxyd. Ohlorwasserstoff und Schwefeltrioxyd können auch
zur Anwendung gelangen, obwohl ihre korrodierende Wirkung im allgemeinen ihre Anwendung
ausschaltet. Die Massen gemäß der Erfindung 4önnen auch zur Herstellung einer Auskleidung
an Ort und Stelle in einer Blockform oder in einem Gießaufsatz verwendet werden,
oder sie können dazu benutzt werden, Platten zu bilden, die dann so angebracht werden,
daA sie eine Auskleidung darstellen, wie es erwünscht ist. Durch die Verwendung
von z. B. wärmehärtbaren oder katalytisch aktivierten Bindemitteln kann die Herstellung
von Platten
mit sehr dickem Querschnitt für solche Zwecke sehr
leicht unter Verwendung der Massen gemäß der Erfindung ausgeführt werden. Diese
Produkte haben einen hohen Grad von':PDrosität, der für viele Zwecke sehr erwünscht
ist, z. B. wenn man Wert auf die Porosität legt, um die Wärmeisolierwirkung zuerhöhen,
und/oder wenn es erwünscht ist, zu gewährleisten, daß irgendwelche Gase, die durchdie
Berührung des geschmolzenen Metalls mit der Auskleidung erzeugt werden, durch die
Auskleidung anstatt durch den Körper von geschmolzenem Metall entweichen. Die Dichte
des Endproduktes liegt- gewöhnlich vorzugsweise zwischen 0,7 und
0p8 g/cm3, es können jedoch auch Produkte mit geringerer Dichte, z. B. so
niedrig wie 0,3 9/em 3
nach dem Verfahren gemäß der Erfindung erzeugt
werden.
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Wenn es jedoch erwünscht ist, ein dichteres Produkt zu erzeugen, kann
zu der erhaltenen Mischung in einer Endstufe des Mischvorgangs ein Entschäumungsmittel,
z..B. Isopropylalkohol oder Hexanol, zugesetzt werden.
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Es ist jedoch beim Gießen von Stahl unerwünscht, ein zu poröses Auskleidungeplattengefüge
zu habeng da dieses zu einem Eindringen des Stahls in die Poren der Platte mit daraus
sich ergebender Verringerung derWirksamkeit-der wärmeisolierenden Eigenschaften
der Platte führt. Dieser Nachteil kann leicht
dadurch überwunden
werdeng daß man die mit dem Metall in Berührung kommenden Oberflächenbereiche der
Platte entschäumt. Dies wird am besten dadurch ausgeführt, daß man ein Sieb auf
die Platte drückt während die Platte sich verfestigt.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen näher erläutert.
| Beispiel 1 |
| Die folgenden Materialien werden in den angegebenen |
| Anteilen, bezogen auf das Gewicht, verwendet: |
| Schaummittel (z. B. solcheg die unter |
| der Handelsbezeichnung EMPICOli und TEEPOL |
| verkauft werden) 095 % |
| C#, |
| Harnstoff-Formaldehydharz bis 10 lb |
| Katalysator zum Härten des Harzes |
| (10 %-ige-Lösung von Phosphorsäure) 092 % |
| Wasser bis zu 1 |
| Synthetische organische Stapelfaser, |
| 495 den (Acrylnitril-Typ)- 093 bis 2 |
| Feuerfestes Material (Kings Lynn Sand) 85 |
Das feuerfeste Material wird mit dem Katalysator
3 Minuten in einem Mischer
imprägniert, das Schaummittel wird dann zugegeben, worauf das Harnstoff-Formaldehydharz
folgt. In dieser Stufe schäumt die Mischung gewöhnlichi Wenn dies nicht der Fall
istg werden bis zu
1 % Wasser zugegeben-. Die ätapelfaser wird dann zugesetzt
und das-Mischen wird weitere
5 Minuten fOitgesetzt,
Die
sich ergebende verschäumte Masse wird nach-irgendeiner der obenangegebenen Methoden
geformt und die geformten Produkte werden bei Raumtemperatur härten gelassen oder
sie
0
können bei-180 C
10 Minuten lang ofengetrocknet werden, Platten
können so erhalten werden, die zum Auskleiden des Kopfes der Blockform oder zum
Zuskleiden eines Gießaufsatzes für eine solche Form sehr geeignet sind.
| Beispiel 2 |
| Die folgenden Materialien werden in den angegebenen |
| Anteilen, bezogen auf das Gewicht, verwendet: |
| Schaummittel (Teepol : wäßrige Lösung) 1 % |
| Phenolformaldehydharzpulver 5 % |
| Synthetische organische Stapelfasert 4,5 den |
| (Aarylni-tril-Typ) 096% |
| Holzmehl 6 |
| Geliermittel (verkauft unter der'IIandelsbe-' |
| zeichnung (CELACOL) 1 |
| Feuerfestes Material (Siliciumdioxydmehl) 86949'" |
100 Tolle der vorgenannten Masse werden mit
17 Gew.-Teilen Wasser
geinischt, um eine Mischung mit einer teigartigen Konoistenz zu schaffen. Vorzugsweise
werden die Bestandteile in einer besonderen Reihenfolge gemiselit,
d. h.
das feuerfeste Material, (las Holzmehl, dafi 11,arz und das Wasser werden zusammenwonach
das Schaummittel zugegeben wird. Wenn (ILe in einem durcli und durch verschzäumten
Zu.#."t.--tnd J-"Li-(1 die Illid es wird EA-Iv-.
homogene Mischung
erhalten. Gewünschtenfalls können bis zu
0,5 Gew.-% eines Entschäumungsmittels,
z. B. Hexanol, zugesetzt werden, um die Dichte des Produktes zu erhöhen.' Das Produkt
wird zu Platten verformt und die Platten werden bei
1800 C 2'1/2 Stunden
im Ofen getrocknet. Die sich ergebenden Platten haben ausgezeichnete Eigenschaften
zur Verwendung bei der Auskleidung des Kopfes einer Blockform oder zur Auskleidung
des Gießaufsatzes für eine solche Form. Sie haben hohe Wärmeisoliereigenschaften,
sie sind beständig gegenüber Eindringen von Metall und gestatten ein leichtes Abstreifen
des Blockes.
| Beispiel 3 |
| Die folgenden Materialien werden in den angegebenen An- |
| teilen, bezogen auf das Gewicht, verwendet, um zwei verschäumte |
| Mischungen zu bilden: |
| Mischung I |
| Schaummittel (Teepol : wäßrige Lösung) 0,75 Gew.-Teile |
| Flüssiges lIarnstoff-Formaldehydharz 15,5 Gew.-Teile |
| Wasser 1P4 Gew.-Teile |
| Feuerfestes Material 73945 Gew.-Teile |
| Mi s chung I I |
| Schaummittel (Teepol : wäßrige Lösung) 0,25 Gew.-Teile |
| Organische Faser (Papierbrei) 2,25 Gew.-Teile |
| Wasser 6,4 Gew.-Teile |
| Katalysator (Phosphorsäure)' 0905,bis 1 Gew.-Teil |
Die Gebrauchodauer (Banklebenszeit) jeder Mischung erstreckt sich über Tage und
kann als unbegrenzt angesehen werden. Wenn es gewünscht wird, Platten herzustellen,
werden die beiden Mischungen durch irgendwelche geeignete Mittel miteinander gemischt
und die sich ergebende Masse wird in die gewünschte Gestalt geformt. Die geformte
Platte verfestigt sich zu einem lautschukartigen Zustand in einer vorbestimmten
Zeit in Abhängigkeit von der Menge des verwendeten Katalysator's. Die mit dem Metall
in Berührung kommende Oberflächb der Platte wird dadurch nicht-porös gemacht, daß.man
gegen die Platte ein durchlochtes Metallblech mit
60 Maschen drückt. Die
endgültige Härtung kann entweder dadurch ausgeführt werden, daß man die Platten
bei Raumtemperatur z. B.
6 bis
10 Minuten läßt, wehn eine hohe Katalysatorkonzentration
verwendet wird, oder daß man sie durch irgendwelche geeigneten Mittel, z. B. im
Ofen oder durch dielektrische Erhitzungvwährend einer ähnlichen Zeitdauer erhitzt,
wenn eine niedrige Katalysatorkonzentration verwendet wird.
Die
Arbeitsweise der vorstehenden Beispiele kann.dadurch modifiziert werden, daß man
einen Tej.1 der organischen Faser, z. B. bis zu
50 % davon, durch faserförmiges,
feuerfestes Material, z. B. Asbest, ersetzt.' Ein solcher Ersatz, bei welchem. das
faserförmige feuerfeste Material 2 bis
8 % des Endproduktes darstellt, liefert
sehr gute Ergebnisse.
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Die vorliegende Er findung sieht zusätzlich zu dem Verfahren zu Herstellung
der Masse und zur Herstellung von Formkörpern aus ihr neue Massen zur Verwendung
bei dem Verfahren gemäß der Erfindung vor. Die Erfindung sieht insbesondere Massen.vor,
welche das körnige oder pulverförmige feuerfeste Materiali organisches Fasermaterial
und Schaummittel zusammen mit einem Vorläufer für ein Bindemittel für-diese Stoffe
umfassen.. Solche-Massen haben ausgezeichnete Aufbewahrungseigenschaften.und können
durch den Zusatz eines Katalysators oder Beschleunigers fertig gemacht Werden, um
den Vorläufer in ein wirksames Bindemittel an sich umzuwandeln.