DE1946018B2

DE1946018B2 - Aus mindestens zwei regelmäßig aufeinanderfolgenden Schichten unterschiedlicher Zusammensetzung bestehendes feuerfestes Verbundisoliermaterial auf Mineralfaserbasis und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE1946018B2
Application number: DE19691946018
Authority: DE
Inventors: Jean Divitol Puy-De-Dome Baujon (Frankreich)
Original assignee: Societe Generale des Produits Refractaires
Current assignee: Societe Europeenne des Produits Refractaires SAS
Priority date: 1968-09-12
Filing date: 1969-09-11
Publication date: 1978-03-16
Also published as: DE1946018A1; FR1602362A; NL6913924A; BE737018A; LU59428A1; GB1296681A

Description

Die Erfindung betrifft ein feuerfestes Verbundisoliermaterial auf Mineralfaserbasis, das aus mindestens zwei regelmäßig aufeinanderfolgenden Schichten unterschiedlicher Zusammensetzung besteht.

Die verschiedenen Arten von Mineralfasern für die Herstellung von feuerfesten Matten oder Filzen haben gewisse Nachteile: Asbest trocknet von einer Temperatur von 500° C und höher aus und zerfällt zu Staub. Gesteinswolle hat eine Gebrauchstemperatur, die 700° C nicht übersteigt, und die Edelfasern aus beispielsweise Aluminiumoxyd und Zirkonoxyd, die eine wesentlich höhere Hitzebeständigkeit haben, sind verhältnismäßig teuer.

Aus der AT-PS 241 717 ist bereits ein Verbundmatcrial auf Mineralfaserbasis bekannt, das mindestens zwei in regelmäßiger Reihenfolge angeordnete Faserschichten aufweist. Diese Schichten unterscheiden sich in ihrer Zusammensetzung, und zwar werden den Mineralfasern unterschiedliche Mengen an Zusatzstoffen zugeführt, die die Fasern imprägnieren, und dadurch wird die Dichte des Produktes ständig steigernd oder aber schrittweise erhöht. Allerdings unterscheiden sich die Schichten nicht in bezug auf ihre Hitzebeständigkeit, was für zahlreiche Anwendungen eines derartigen Vcrbundmaterials große Vorteile mit

sich bringen würde.

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein feuerfestes Verbundmaterial auf Mineralfaserbasis zur Verfügung zu stellen, dessen Schichten ^r> sich in bezug auf ihre Hitzebeständigkeit unterscheiden, und zwar als Folge der unterschiedlichen Zusammensetzung der verwendeten Mineralfasern.

Die Lösung dieser Aufgabe ist ein aus mindestens zwei regelmäßig aufeinanderfolgenden Schichten un-K) terschicdlicher Zusammensetzung bestehendes feuerfestes Verbundisoliermaterial auf Mineralfaserbasis, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die aufeinanderfolgenden Schichten sich in der Hitzebeständigkeit der verwendeten Mineralfasern unterscheiden und innerhalb des Verbundmaterials in bezug auf diese Hitze beständigkeit regelmäßig in der einen Richtung zu- und in der anderen Richtung abnehmend angeordnet sind und außerdem eine Dicke haben, die in Abhängigkeit von der Temperatur der freiliegenden Fläche des Verbundmaterials und von der Leitfähigkeit jeder Schicht so berechnet ist, daß die weniger heiße Fläche jeder Schicht im stationären Zustand sich auf höchstens der Grenztemperatur, bei der die Fasern der angrenzenden Schicht eingesetzt werden können, befin- dei.

Bei einer besonderen Ausführungsform ist dieses Verbundisoliermaterial durch eine Einlage mechanisch verstärkt. Außerdem kann im Rahmen der Erfindung jede Schicht, die in der Reihenfolge der

K) Hitzebeständigkeit angeordnet ist, besondere Eigenschaften aufweisen. So kann beispielsweise eine der Schichten steifer sein als die anderen, eine Außenschicht kann eine harte oder gefärbte oder gerippte Oberfläche haben oder eine Schicht kann katalytisch

j-, sein, d. h. das Verbundisoliermaterial gemäß der Erfindung kann Schichten unterschiedlicher Steifigkeit und/oder Außenschichten unterschiedlicher Oberflächcnbcschaffenheit aufweisen.

Bei einem besonders zweckmäßigen Verfahren zur

Herstellung des Verbundisoliermaterials gemäß der Erfindung wird eine Arbeitsweise angewendet, die aus der Papierindustrie entlehnt ist. Man stellt mechanisch Fasern einer ersten Art her, laugt sie aus, um sie von den in einer Vorstufe ihrer Herstellung verwendeten Appreturmitteln zu befreien, und suspendiert sie in einer Flüssigkeit, meist Wasser, bei starker Verdünnung in einer Vorrichtung, die ausgezeichnetes Homogenisieren ohne mechanisch heftige Einwirkung ermöglicht, wobei man Füllstoffe und Bindemittel entsprechend der gewünschten Zusammensetzung zusetzt. Diesen dünnflüssigen Brei gießt man über ein aus der Papierherstellung bekanntes Rüttelsieb, das beispielsweise eine an die neue Verwendung angepaßte Form aufweist. Vor Beendigung des Rütteins gießt man erneut über die Form einen Brei, der in der gleichen Weise mit Fasern einer zweiten Art hergestellt worden ist. Auf diese Weise werden nacheinander alle Arten von Fasern aufgebracht, die zur Bildung des Verbundisoliermaterials notwendig sind, das

_b0 von der Form abgenommen wird, wenn es genügend cingerüttelt und die Flüssigkeit abgesaugt worden ist. In Fig. 1 ist diese Methode des Absaugens für den besonderen Fall dargestellt, daß eine konische Oberfläche gewünscht wird. Die Zuführung erfolgt durch einen hohlen Metallkegel 1, in dessen dicker Wand Löcher von etwa 5 mm Durchmesser vorgesehen sind, die das die Fasern enthaltende Gemisch durchlassen, das auf ein aus einem geeigneten Drahtgewebe beste-

hendes und durch eine Deformierungen vermeidende Metallstütze verstärktes konisches Sieb 3 aufgebracht wird. Das Absaugen der Flüssigkeit erfolgt durch die Öffnung 4. Reicht die aufgebrachte Materialmenge aus, wird der Hohlkegel um einige Miliimeter nach ·"> unten bewegt, um einen leichten Druck auf die Faserschicht auszuüben. Anschließend wird er wieder so weit nach oben bewegt, daß auf die erste Schicht eine Schicht aus anderen Fasern in der gleichen Weise aufgebracht werden kann. ι ο

Es ist auch möglich, den Brei durch Zentrifugieren auf eine rotierende Form aufzubringen. Diese Arbeitsweise, die sich von dem Aufbringen durch Absaugen unterscheidet, hat zwei Hauptparameter: die Geschwindigkeit des Zentrifugierens, die von der gewünschten Dichte abhängt, und die Zuführungsweise.

In Fig. 2 ist dieses Aufbringen durch Zentrifugieren schematisch dargestellt. Die Zuführung erfolgt durch das zentrale Rohr 10, das koaxial zum Aufnahmesieb 11 angeordnet ist, unter einem Dru :k von etwa >o 3 bis 4 kg/cm², so daß der Zylinder während der Formgebung mit der mit Fasern beladenen Flüssigkeit praktisch gefüllt ist. Das Sieb wird vom Zylinder 13 gehalten, der mit Ablauflöchern 12 versehen ist. Wenn die Vorrichtung rotiert, wird die Flüssigkeit >:>' durch diese Löcher herausgeschleudert und die Faserschicht auf der Innenfläche des Siebes abgelegt. Dieser Arbeitsgang wird beliebig oft wiederholt, wobei jeweils Schichten verschiedener Fasern aufgebracht werden. Im Falle von langen Stücken wird das Zufüh- jo rungsrohr mit seitlichen Löchern versehen oder dieses Rohr einer axialen Bewegung unterworfen.

Da jeder Faserbrei auf den vorhergehenden gegossen wird, bevor dieser stabilisiert ist und jeder Brei unter gleichen Bedingungen in die Schicht umgewan- r> delt wird, erhält man eine innige Vereinigung der Fasern zweier benachbarter Schichten an deren Berührungsfläche. Das abschließend erhaltene Produkt ist somit vollkommen kohärent und kann mit einfach übereinandergelegten verschiedenen unabhängigen to Schichten nicht verglichen werden.

Gewisse Eigenschaften des Verbundisoliermaterials gemäß der Erfindung können durch eine mechanische, chemische oder thermische Nachbehandlung, durch die der eigentliche Aufbau nicht verändert wird, verbessert werden.

Das Verbundisoliermaterial gemäß der Erfindung kann in den verschiedensten Formen, beispielsweise in Form von Platten, Zylindern oder Kegel für die verschiedensten Zwecke verwendet werden, unter an- ->₀ derem als Auskleidung in hitzeerzeugenden Apparaien, als Auflage für elektrische Widerstände, als Katalysatorträger und Filtermittel.

Beispiel 1

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Durch Absaugen wurde eine zweischichtige feuerfeste Platte mit einer Gesamtdicke von 50 mm (Fig. 3) hergestellt. Die 20 mm dicke Schicht A an der heißen Seite bestand aus einem Gemisch von 5 Gew.-% ver- _b0 schiedener Bindemittel und 95 Gew.-% keramischen Fasern der folgenden Zusammensetzung:

AI₂O₃

SiO₂

Fe₂O₃

TiO₂

CaO

Alkalioxyde

Gcw.-%

45

51,7

1,3

1,7

0,1

0,2

Diese Fasern hatten einen Durchmesser von etwa 2 bis 4 μπι und eine Länge von 100 biL 250 mm. Die Schicht hatte ein Raumgewicht von 200 g/dm¹.

Die 30 mm dicke Schicht B an der kalten Seite bestand aus einem Gemisch von 5 Gew.- % Bindemitteln und 95 Gew.-% Mineralfasern der folgenden Zusammensetzung: Gew.-%

(B) Al₂O₃ 12
SiO₂ 42
CaO 40
MgO 4
Verschiedene Oxyde 2

diese Fasern hatten einen Durchmesser von etwa 5 bis 10 μίτι und eine Länge von IO bis 100 mm. Dus Raumgewicht dieser Schicht betrug 150 g/dm³.

Die beiden Schichten waren entsprechend einem homogenen Gemisch sehr gut miteinander verzahnt. Diese Platte kann an der Außenseite der Schicht A, die der Hit7.e ausgesetzt ist, eine Temperatur von 1000° C aushalten. Die Temperatur an der Berührungsfläche beträgt etwa 600° C und ist für die Schicht B zulässig, deren kalte Seite in der umgebenden Luft von 20° C eine Temperatur von 120° C nicht überschreitet.

Durch diese Platte wird somit unter Verwendung nur einer stark beschränkten Menge der teureren Fasern eine aus einem Block bestehende Wärmeisolierung erhalten, die allein aus Fasern der Schicht B nicht hergestellt werden könnte.

Beispiel 2

Nach dem Zentrifugicrverfahrcn wurde ein dreischichtiger Hohlzylinder (Fig. 4) hergestellt. Die 15 mm dicke Innenschicht C an der heißen Seite bestand aus Fasern mit hohem Gehalt an Aluminiumoxyd der folgenden Zusammensetzung:

Gew.-%

(C) Al₂O, 85
SiO₂' 15

Diese Fasern hatten einen Durchmesser von 3 bis 6 μπι und eine Länge von K) bis 100 mm. Das Raumgewicht dieser Schicht betrug 9ü g/dm³.

Die Zwischenschicht A war identisch mit der Schicht an der heißen Seite der Wärmeisolierung gemäß Beispiel 1. Sie hatte eine Dicke von 25 mm.

Die 30 mm dicke Außenschicht B war identisch mit der in Beispiel 1 beschriebenen Schicht an der kalten Seite. Die drei Schichten waren sehr gut ineinander verzahnt.

Bei einer Innentemperatur von 1400° C und einer Temperatur der umgebenden Luft von 20° C wurde an der Grenzfläche C-A eine Temperatur von 1200° C, an der Grenzfläche A-B eine Temperatur von 640° C und an der kalten Seite der Schicht öeine Temperatur von 115° C gemessen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Aus mindestens zwei regelmäßig aufeinanderfolgenden Schichten unterschiedlicher Zusammensetzung bestehendes feuerfestes Verbundisoliermaterial auf Mineralfaserbasis, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinanderfolgenden Schichten sich in der Hitzebeständigkeit der verwendeten Mineralfasern unterscheiden und innerhalb des Verbundmaterials in bezug auf diese Hitzebeständigkeit regelmäßig in der einen Richtung zu- und in der anderen Richtung abnehmend angeordnet sind und außerdem eine Dicke haben, die in Abhängigkeit von der Temperatur der freiliegenden Fläche des Verbundmaterials und von der Leitfähigkeit jeder Schicht so berechnet ist, daß die weniger heiße Fläche jeder Schicht irr: stationären Zustand sich auf höchstens der Grenztcmpcratur, bei der die Fasern der angrenzenden Schicht eingesetzt werden können, befindet.

2. Verbundisolierniaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es Schichten unterschiedlicher Steifigkeit und/oder Außenschichten unterschiedlicher Oberflächenbeschaffenheit aufweist.

3. Verfahren zur Herstellung eines Verbundisoliermaterials nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man jeweils für eine der aufeinanderfolgenden Schichten die Fasern unter Zusatz von gegebenenfalls Füllstoffen und Bindemitteln in einer Flüssigkeit suspendiert und in eine Form gießt und einrüttelt und die Flüssigkeit absaugt und entsprechend für die anderen Schichten verfährt.