DE19627961B4

DE19627961B4 - Feuerfestformkörper

Info

Publication number: DE19627961B4
Application number: DE19627961A
Authority: DE
Inventors: Uwe Strobl; Harry Guthardt
Original assignee: Viessmann Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Viessmann Werke GmbH and Co KG
Priority date: 1996-07-11
Filing date: 1996-07-11
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2016-07-12
Also published as: DE19627961A1

Abstract

Feuerfestformkörper für Brennraum- und Brennkammerböden und für Heizkesseltüren von Heizkesseln, bestehend aus einem mit hochtemperaturbeständigem Bindemittel verpreßten Korpus aus Partikeln auf mineralischer Basis, dadurch gekennzeichnet, 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 aus Aluminiumsilikat 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 Verteilung im Korpus vorliegen.

Description

Die Erfindung betrifft Feuerfestformkörper für Brennraum- und Brennkammerböden und für Heizkesseltüren von Heizkesseln, bestehend aus einem mit hochtemperaturbeständigem Bindemittel verpreßten Korpus aus Partikeln auf mineralischer Basis.

Für solche Formkörper für den Einsatz im Heizungsbereich wurden bisher Keramikfaser-Formteile verwendet, die für Temperaturbelastungen bis ca. 1.260°C verwendet werden können, jedoch den Nachteil haben, daß sie durch ihre "lungengängigen" Fasern als gesundheitsschädlich zu betrachten sind. Soweit bekannt, sind Bemühungen, Ersatzstoffe für die Keramikfasern zu finden, gescheitert. Auch die Verwendung von Vermiculite-Material gemäß DE 37 00 478 A1 und DE 44 21 321 A1 ist zumindest für den speziellen Einsatzbereich in Heizkesseln "Papier geblieben", wonach im ersten Fall vorgesehen ist, zwischen zwei Außenschichten aus Vermiculite-Material einen feuerfesten Füllkörper mit höherem Wärmeisolierwert als Vermiculite anzuordnen und im zweiten Fall in gleichmäßiger Verteilung die Einlagerung von hochtemperaturbeständigen Granulaten oder Körnern (bspw. Hohlkegelkorund, Korund) 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 00 478 A1 , die noch zwischen äußeren Vermiculite-Beschichtungen 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 Ausbildung 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 tatsächlich rißbeständig ist.

Diese Aufgabe ist mit einem Feuerfestformkörper der eingangs 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 aus Aluminiumsilikat 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 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 flammbeaufschlagten Teil enthalten, ist also beim erfindungsgemäßen Korpus, der sich als Brennraum- und Brennkammerboden und für Heizkesseltüren in Heizkesseln und bei den dortigen Temperaturbelastungen als absolut rißbeständig erwiesen hat, der Vermiculite-Anteil, der hier in erster Linie als "Armierung" der Formteile dient, gezielt wesentlich zurückgenommen, wobei die Hohlkügelchen als sogenannte Extendospheres den wesentlich größeren Anteil im Feuerfestformkörper bilden, d.h. bei derartigen Formkörpern handelt es sich nicht mehr um solche, die im wesentlichen aus Vermiculite bestehen, 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 Gegensatz zu Feuerfestformkörpern gemäß DE 37 00 478 A1 erleichtert, da dort die Vermiculite-Partikelchen nur in den Außenschichten vorhanden sein sollen, was bei der Herstellung eine Schichteinbringung in entsprechende Herstellungsformen verlangt, was übrigens auch bei den Formkörpern nach der DE 44 21 321 A1 erforderlich ist, um der Forderung der Granulateinlage nur im Oberflächenbereich genügen zu können.

Als Extendospheres werden solche aus Aluminiumsilikat verwendet. Solche Extendospheres haben im Gegensatz zu bspw. Hohlkugelkorund eine wesentlich geringere Wärmeleitfähigkeit (Korund ca. 25–30 W/mk, Extendospheres 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 Hohlkügelchen in Form von Hohlkugelkorund als Einlagerungsgranulat im Vermiculite-Material in Betracht gezogen, das aber wegen seiner hohen Wärmedämmeigenschaften den tragenden Grundbestandteil solcher Formkörper bildet. Im Gegensatz dazu ist, wie vorerwähnt, im vorliegenden Fall erfindungsgemäß gezielt auf einen solch hohen Vermiculite-Anteil verzichtet und stattdessen ist aber für eine homogene Verteilung aller Komponenten im Formkörper gesorgt.

Als hochtemperaturbeständiges Bindemittel wird vorzugsweise ein Kaliwasserglasbinder verwendet, da normales Natronwasserglas nur eine Temperaturbeständigkeit bis ca. 800° C hat.

Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, daß bei entsprechend anteilsgleicher Reduzierung der Gew.-%-Anteile der drei obengenannten Komponenten, d.h. Vermiculite, 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 erreichbar, wobei die Wollastonit-Fasern praktisch eine eingelagerte Armierung für den Formkörper bilden.

Mit der gleichen Maßgabe entsprechend anteilsgleicher Reduzierung der drei bzw. vier Komponenten (wenn Wollastonit-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 Rißbildung vermitteln.

Dies findet sich auch dadurch bestätigt, daß die gestellte Aufgabe auch dadurch gelöst ist, daß man sogar unter Verzicht auf die Verwendung von Vermiculite-Material bei gleichen Volumenanteilen den Formkörper allein aus Extendospheres, also Hohlkügelchen und den vorerwähnten 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 Grenztemperaturbelastungen bei Formkörpern mit Vermiculitanteil nach obigen Maßgaben bei 1.100°C liegen. Diese hohe Temperaturbelastbarkeit bis 1.300°C hat ihren Grund in der höheren Temperaturbeständigkeit des Kieselsäuresols im Vergleich zum Kaliwasserglas, wobei die vergleichsweise zu Kaliwasserglas geringere Bindefähigkeit durch die Zugabe von Bentonit ausgeglichen wird.

Die Formkörper, die zur Ausbildung von Brennraum- und Brennkammerböden bestimmt sind und auch als entsprechend angepaßte Formkörper für die Isolierung 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 angegebenen Temperaturgrenzbelastungen vermittelt.

In den 1 und 2 sind nur der Vollständigkeit halber im Schnitt und in Ansicht typische Formen für solche Feuerfestformkörper als Einsatzböden von Brennkammern bzw. Brennräumen (1) und als Isolationseinsätze von Heizkesselverschlüssen (2) lediglich als Ausführungsbeispieh dargestellt, d.h., die beschriebenen und beanspruchten Materialzusammensetzungen können als Formkörper je nach den konstruktiven Gegebenheiten auch andere geometrische Formen haben oder bspw. auch aus mehreren Segmenten zusammengesetzt sein.

Die Vermiculite werden in bevorzugter Ausführungsform mit einer Korngröße von max. 1 mm zu den Formkörpern verarbeitet und die Extendospheres mit einer Korngröße von 10 bis 300 μ, d.h., im Durchschnitt mit 130 μ.

Claims

Feuerfestformkörper für Brennraum- und Brennkammerböden und für Heizkesseltüren von Heizkesseln, bestehend aus einem mit hochtemperaturbeständigem Bindemittel verpreßten Korpus aus Partikeln auf mineralischer Basis, dadurch gekennzeichnet, 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 aus Aluminiumsilikat 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 Verteilung im Korpus vorliegen.
Feuerfestformkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel ein Kaliwasserglasbinder ist.
Feuerfestformkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei entsprechend anteilsgleicher Reduzierung der Gew.-%-Anteile der drei Komponenten, nämlich Vermiculite, keramische Hohlkügelchen aus Aluminiumsilikat als sogenannte Extrudospheres, im Korpus Wollastonit-Fasern in der Größenordnung von 10–20 Gew.-% enthalten sind.
Feuerfestformkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei entsprechend anteilsgleicher Reduzierung der drei oder vier Komponenten im Korpus Bentonit-Bindeton in der Größenordnung von 10% enthalten ist.
Feuerfestformkörper für Brennraum- und Brennkammerböden und für Heizkessentüren 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 enthalten sind.
Feuerfestformkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die verpreßten Formkörper eine Dichte von im wesentlichen 400–450 kg/m³ aufweisen.