DE19627961A1 - Feuerfestformkörper - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Feuerfestformkörper, insbesondere für Brennraum- und Brennkammerböden von Heizkesseln, be­ stehend aus einem mit hochtemperaturbeständigem Bindemit­ tel verpreßten Korpus aus Partikeln auf mineralischer Ba­ sis.

Für solche Formkörper und insbesondere für den Einsatz im Heizungsbereich wurden bisher Keramikfaser-Formteile ver­ wendet, die für Temperaturbelastungen bis ca. 1.260°C verwendet werden können, jedoch den Nachteil haben, daß sie durch ihre "lungengängigen" Fasern als gesundheits­ schädlich zu betrachten sind. Soweit bekannt, sind Be­ mühungen, Ersatzstoffe für die Keramikfasern zu finden, gescheitert. Auch die Verwendung von Vermiculite-Material gemäß DE 37 09 478 A1 und DE 44 21 321 A1 ist zumindest für den speziellen Einsatzbereich in Heizkesseln "Papier geblieben", wonach im ersten Fall vorgesehen ist, zwi­ schen zwei Außenschichten aus Vermiculite-Material einen feuerfesten Füllkörper mit höherem Wärmeisolierwert als Vermiculite anzuordnen und im zweiten Fall in gleichmäßi­ ger Verteilung die Einlagerung von hochtemperaturbestän­ digen Granulaten oder Körnern (bspw. Hohlkegelkorund, Ko­ rund) mit Schmelzpunkten über 1.200°C und zwar im nur flammbeaufschlagten Bereich von Vermiculite-Formstücken. Tatsächlich hat sich aber gezeigt, daß trotz dieser spe­ ziellen Ausbildungsvorgaben derartige Formkörper früher oder später rissig werden, und zwar im Falle der DE 44 21 321 A1 vermutlich deshalb, weil der wesentliche Teil aus Vermiculite-Material besteht, offenbar ausgehend von der Vorstellung, daß eine gute Wärmedämmung vermeintlich einen hohen Anteil von Vermiculite-Material im Formkörper verlangt, und zwar geleitet von der Vorgabe gemäß DE 37 09 478 A1, die noch zwischen äußeren Vermiculite-Be­ schichtungen einen massiven Wärmedämmkörper als notwendig erachtete.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, als Ersatz für an sich sowohl feuerfeste, gut wärmedämmende und als auch gut zu Formkörpern verarbeitbare Keramikfasern zur Aus­ bildung solcher Formteile eine Zusammensetzung zu finden, die sich nicht nur komplikationslos in vergleichsweise einfacher Art wie die bisherigen Keramikfaserformteile verarbeiten läßt, sondern die auch eine ausreichend hohe Temperaturbelastbarkeit hat und die insbesondere tatsäch­ lich rißbeständig ist.

Diese Aufgabe ist mit einem Feuerfestformkörper der ein­ gangs genannten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Partikel auf mineralischer Basis als bekannte Vermiculite-Partikel und diese in der Größenordnung von 20-30 Gew. -% im Gesamtkorpus zusammen mit keramischen Hohlkügelchen als sogenannte Extendospheres in der Grö­ ßenordnung von 40-50 Gew. -% enthalten sind, der Rest aus dem hochtemperaturbeständigen Bindemittel besteht und alle drei Komponenten in homogener Verteilung im Korpus vorliegen.

Im Gegensatz zu den Formteilen nach der DE 44 21 321, die im wesentlichen aus Vermiculiten bestehen und dazu materialunterschiedliche Granulate nur im flammbeauf­ schlagten Teil enthalten, ist also beim erfindungsgemäßen Korpus, der sich als Brennraum- und Brennkammerboden in Heizkesseln und bei den dortigen Temperaturbelastungen als absolut rißbeständig erwiesen hat, der Vermiculite- Anteil, der hier in erster Linie als "Arnierung" der Formteile dient, gezielt wesentlich zurückgenommen, wobei die Hohlkügelchen als sogenannte Extendospheres den we­ sentlich größeren Anteil im Feuerfestformkörper bilden, d. h. bei derartigen Formkörpern handelt es sich nicht mehr um solche, die im wesentlichen aus Vermiculite be­ stehen, sondern um Formkörper, die einen relativ geringen Anteil an Vermiculite-Partikeln enthalten, die in dem Hauptbestandteil aus Extendospheres eingelagert sind, und zwar in homogener Verteilung, was die Herstellung im Ge­ gensatz zu Feuerfestformkörpern gemäß DE 37 00 478 A1 er­ leichtert, da dort die Vermiculite-Partikelchen nur in den Außenschichten vorhanden sein sollen, was bei der Herstellung eine Schichteinbringung in entsprechende Her­ stellungsformen verlangt, was übrigens auch bei den Form­ körpern nach der DE 44 21 321 A1 erforderlich ist, um der Förderung der Granulateinlage nur im Oberflächenbereich genügen zu können.

Als Extendospheres werden bevorzugt solche aus Alu­ miniumsilikat verwendet. Solche Extendospheres haben im Gegensatz zu bspw. Hohlkugelkorund eine wesentlich gerin­ gere Wärmeleitfähigkeit (Korund ca. 25-30 W/mk, Exten­ dospheres aus Aluminiumsilikat nur ca. 2-3 W/mk).

Bei den Feuerfestformkörpern nach der vorerwähnten DE 44 21 321 A1 sind, wie erwähnt, zwar auch schon Hohlkügel­ chen in Form von Hohlkugelkorund als Einlagerungsgranulat im Vermiculite-Material in Betracht gezogen, das aber we­ gen seiner hohen Wärmedämmeigenschaften den tragenden Grundbestandteil solcher Formkörper bildet. Im Gegensatz dazu ist, wie vorerwähnt, im vorliegenden Fall erfin­ dungsgemäß gezielt auf einen solch hohen Vermiculite-An­ teil verzichtet und statt dessen ist aber für eine homo­ gene Verteilung aller Komponenten im Formkörper gesorgt.

Als hochtemperaturbeständiges Bindemittel wird vorzugs­ weise ein Kaliwasserglasbinder verwendet, da normales Na­ tronwasserglas nur eine Temperaturbeständigkeit bis ca. 800°C hat.

Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, daß bei entsprechend anteilsgleicher Reduzierung der Gew.-%-An­ teile der drei obengenannten Komponenten, d. h. Vermicu­ lite, Extendospheres und Bindemittel im Formkörper Wollastonit-Fasern in der Größenordnung von 10-20 Gew.-% enthalten sind. Dadurch ist eine bessere Kantenstabilität und insgesamt höhere Festigkeit des Formkörpers erreich­ bar, wobei die Wollastonit-Fasern praktisch eine eingela­ gerte Armierung für den Formkörper bilden.

Mit der gleichen Maßgabe entsprechend anteilsgleicher Re­ duzierung der drei bzw. vier Komponenten (wenn Wollasto­ nit-Fasern mit vorhanden sind) im Korpus hat sich die Zugabe von Bentonit-Bindeton in der Größenordnung von 10 % als vorteilhaft erwiesen, und zwar hinsichtlich einer wesentlich erhöhten "Grünfestigkeit" an den noch nicht getrockneten Formteilen.

Bezüglich der durch die erfindungsgemäße Zusammensetzung erreichbaren Rißbeständigkeit kann nur vermutet werden, daß diese ihren Grund im relativ hohen Anteil der homogen verteilten Extendospheres hat, die offenbar aufgrund ihres geringen Dehnungs- und Schwindungsverhalten dem Formkörper eine höhere Widerstandsfähigkeit gegen Rißbil­ dung vermitteln.

Dies findet sich auch dadurch bestätigt, daß die ge­ stellte Aufgabe auch dadurch gelöst ist, daß man sogar unter Verzicht auf die Verwendung von Vermiculite-Mate­ rial bei gleichen Volumenanteilen den Formkörper allein aus Extendospheres, also Hohlkügelchen und den vorerwähn­ ten Wollastonit-Fasern mit Bentonit und Kieselsäuresol herstellt. Wie sich überraschenderweise herausgestellt hat, sind bei einer derartigen Zusammensetzung Temperaturbelastungen ohne Rißgefahr sogar zwischen 1.200 und 1.300°C möglich, während die Grenztemperaturbelastun­ gen bei Formkörpern mit Vermiculitanteil nach obigen Maß­ gaben bei 1.100°C liegen. Diese hohe Temperaturbelastbar­ keit bis 1.300°C hat ihren Grund in der höheren Tempera­ turbeständigkeit des Kieselsäuresols im Vergleich zum Ka­ liwasserglas, wobei die vergleichsweise zu Kaliwasserglas geringere Bindefähigkeit durch die Zugabe von Bentonit ausgeglichen wird.

Die Formkörper, die zwar insbesondere zur Ausbildung von Brennraum- und Brennkammerböden bestimmt sind, bspw. aber auch als entsprechend angepaßte Formkörper für die Iso­ lierung von Heizkesseltüren in Betracht gezogen werden können, werden in Formen mit geeigneten Preßeinrichtungen im Naßzustand verpreßt, und zwar mit einem Preßdruck, der zu einer Dichte von ca. 400-450 kg/m³ führt, die den Formkörpern die günstigsten Eigenschaften bei den angege­ benen Temperaturgrenzbelastungen vermittelt.

In den Fig. 1 und 2 sind nur der Vollständigkeit halber im Schnitt und in Ansicht typische Formen für solche Feu­ erfestformkörper als Einsatzböden von Brennkammern bzw. Brennräumen (Fig. 1) und als Isolationseinsätze von Heiz­ kesselverschlüssen (Fig. 2) lediglich als Aus­ führungsbeispiele dargestellt, d. h., die beschriebenen und beanspruchten Materialzusammensetzungen können als Form­ körper je nach den konstruktiven Gegebenheiten auch an­ dere geometrische Formen haben oder bspw. auch aus mehre­ ren Segmenten zusammengesetzt sein.

Die Vermiculite werden in bevorzugter Ausführungsform mit einer Korngröße von max. 1 mm zu den Formkörpern verar­ beitet und die Extendospheres mit einer Korngröße von 10 bis 30 µm, d. h., im Durchschnitt mit 130 µm.

Claims (7)

1. Feuerfestformkörper, insbesondere für Brennraum- und Brennkammerböden von Heizkesseln, bestehend aus einem mit hochtemperaturbeständigem Bindemittel verpreßten Korpus aus Partikeln auf mineralischer Basis, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel auf mineralischer Basis in bekannter Weise Vermiculite-Partikel und diese in der Größenord­ nung von 20-30 Gew. -% im Gesamtkorpus zusammen mit ke­ ramischen Hohlkügelchen als sogenannte Extendospheres in der Größenordnung von 40-50 Gew. -% enthalten sind, der Rest aus dem hochtemperaturbeständigen Bindemittel besteht und alle drei Komponenten in homogener Vertei­ lung im Korpus vorliegen.

2. Feuerfestformkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkügelchen aus Aluminiumsilikat bestehen.

3. Feuerfestformkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel ein Kaliwasserglasbinder ist.

4. Feuerfestformkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei entsprechend anteilsgleicher Reduzierung der Gew.-%-Anteile der drei Komponenten, nämlich Vermicu­ lite, keramische Hohlkügelchen und Bindemittel im Kor­ pus Wollastonit-Fasern in der Größenordnung von 10-20 Gew.-% enthalten sind.

5. Feuerfestformkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei entsprechend anteilsgleicher Reduzierung der drei oder vier Komponenten im Korpus Bentonit-Bindeton in der Größenordnung von 10% enthalten ist.

6. Feuerfestformkörper, insbesondere für Brennraum- und Brennkammerböden von Heizkesseln, bestehend aus einem mit hochtemperaturbeständigem Bindemittel verpreßten Korpus aus Partikeln auf mineralischer Basis, dadurch gekennzeichnet, daß bei im wesentlichen gleichen Volumenanteilen und homogener Verteilung im Korpus Extendospheres, Wollastonit-Fasern, Bentonit und Kieselsäuresol ent­ halten sind.

7. Feuerfestformkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die verpreßten Formkörper eine Dichte von im we­ sentlichen 400-450 kg/m³ aufweisen.