DE19809590A1

DE19809590A1 - Feuerfestformkörper

Info

Publication number: DE19809590A1
Application number: DE1998109590
Authority: DE
Inventors: Gerhard Schneider; Alfred Normann; Harry Schneider
Original assignee: Viessmann Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Viessmann Werke GmbH and Co KG
Priority date: 1998-03-06
Filing date: 1998-03-06
Publication date: 1999-09-23
Anticipated expiration: 2018-03-07
Also published as: DE19809590B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Feuerfestformkörper, insbesondere für die isolierende Auskleidung der Verschlüsse und Brennkammerböden von im Niedertemperaturbereich mit Taupunktunterschreitung betriebenen Heizkesseln. DOLLAR A Nach der Erfindung ist ein solcher Feuerfestformkörper gebildet aus 2-20, vorzugsweise 5-10 Gew.-% Metakaolin, aus 0,5-10, vorzugsweise 2-5 Gew.-% Siliziumoxid, aus 25-54 Gew.-% Alkalisilikat (Wasserglas) auf Basis von Natrium oder Kalium und der Rest von 30-70 Gew.-% aus mindestens Perlit unf/oder Vermiculit, wobei das aus der Ferrosilizium- oder Siliziummetallherstellung stammende Siliziumoxid mit großer spezifischer Oberfläche und in Feinstverteilung in den Formkörper eingebracht ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Feuerfestformkörper, insbesondere Feuerfestformkörper für die Auskleidung der Verschlüsse und Brennkammerböden von im Niedertemperaturbereich mit Taupunkt unterschreitung betriebenen Heizkesseln.

In modernen Heizkesseln wurden bislang überwiegend Keramik faserformteile für hochwärmedämmende Versatzteile, sprich Feuer festformkörper eingesetzt. Solche Keramikfasern stellen nach heutigem Wissensstand ein Gesundheitsrisiko dar, und zwar wenn solche lungengängige Keramikfasern eingeatmet werden.

Als Alternative zu solchen Keramikfaserteilen boten sich Isolierteile aus anorganischen Materialien wie Perlit, Vermi culit, Reisschalenasche, Hohlkugelsilikate, Leichtbetone usw. an, die auf geeignete Weise und mit geeigneten Bindemittel zu solchen Feuerfestformkörpern ausgeformt werden. Da der Betrieb moderner Heizkessel in der Regel mit sogenannter gleitender Temperatur erfolgt, führt eine solche Betriebsweise oftmals während der Heizphase in den Kesseln zu Taupunktunter schreitungen, wobei es nicht nur zu Durchfeuchtungen, sondern auch zu Schwefelsäurebelastungen der im Feuerraumbereich einge setzten Feuerfestformkörper kommt, und zwar bedingt durch Schwefelanteile im Brennstoff. Bei wasserglasgebundenen Feuer festformkörpern ist dieses mit hohem Festigkeitsverlust ver bunden, da das Wasserglas rehydratisiert und sich die einge setzten Isolationsteile, wie sich gezeigt hat früher oder später langsam auflösen.

Wie vorerwähnt, wird für die Ausbildung von Feuerfestformkörpern zwar bereits wasserglasgebundenes Vermiculit (Aluminium-Eisen- Magnesiumsilikat) eingesetzt, das in der bisher verwendeten Versatzform bei kondensatfreiem Brennbetrieb auch einsetzbar ist, sich jedoch bei Niedertemperatur-Kesselbetrieb im Tau punktbereich aus den genannten Gründen auf Dauer als unge eignet erwiesen hat.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Zusammensetzung für dauerhaft haltbare Feuerfestformkörper zu finden bzw. bekannte Feuerfestformkörper dieser Art dahingehend zu verbessern, daß diese einerseits vergleichbare Isolations werte wie die als gesundheitsschädlich erkannten Keramik faserformteile aufweisen, und zwar verbunden mit der Maßgabe, daß diese Feuerfestformkörper trotz Kondenswasser- und Säurebe lastung dauerhaft ihre Festigkeit und Feuchtebeständigkeit behalten und eine sehr hohe Temperaturwechselbeständigkeit ver bunden mit guten Isoliereigenschaften besitzen.

Diese Aufgabe ist nach der Erfindung mit einem Feuerfestkörper gelöst, der in seinem Versatz bzw. seiner Zusammensetzung gebildet ist aus 2-20, vorzugsweise 5-10 Gew.-% Metakaolin, aus 0,5-10, vorzugsweise 2-5 Gew.-% Siliziumdioxid, aus 25-54 Gew.-% Alkalisilikat(Wasserglas) auf Basis von Natrium oder Kalium und der Rest von 30-70 Gew.-% aus mindestens Perlit und/oder Vermiculit, wobei das aus der Ferrosilizium- oder Silizium metallherstellung stammende Siliziumdioxid mit großer spezifi scher Oberfläche und in Feinstverteilung in den Formkörper eingebracht ist.

Vorteilhaft spezifische Zusammensetzungen und auch Ausbildungen solcher Feuerfestformkörper ergeben sich dabei nach den Unter ansprüchen, und zwar jeweils anpassungsorientiert hinsichtlich Festigkeit und spezieller Konstruktionsvorgaben.

Das verwendete amorphe Siliziumdioxyd wird dabei, wie erwähnt, vorzugsweise aus der Ferrosilizium- oder Siliziummetallher stellung gewonnen, und sämtliche an dieser erfindungsgemäßen Zusammensetzung beteiligten Komponenten sind im Feuerfest formkörper homogen verteilt.

Von den zur Verfügung stehenden Isoliermaterialien haben sich Vermiculit, Perlit aber bspw. auch Reisschalenasche schon in der Vergangenheit bereits als sehr brauchbar erwiesen, da diese Materialien gute Festigkeiten bei hohem Dämmvermögen und eine ausreichende Dauerstandsfestigkeit besitzen.

Überraschenderweise hat sich bei Versuchen herausgestellt, daß Siliziumdioxid aus der Ferrosilizium- oder Siliziummetallher stellung, wie bspw. Fesil-Silizia mit einer spezifischen Ober fläche < 10 m²/g, in Verbindung mit bei 900-1000°C kalziniertem Kaolin(also Metakaolin) und Wasserglas durch Bildung einer an organischen Polymer-Gerüststruktur zu wasser- und säurefesten Verbindungen führen, bei denen das Wasserglas keiner Dehydration im feuchtem Zustand mehr unterliegt. Auch ist eine ungewöhnliche Resistenz gegen Schwefelsäure zu beobachten, die in Heizkesseln durch Verbrennung fossiler Brennstoffe mit Schwefelanteilen in Verbindung mit Kondensatanfall durch Taupunktunterschreitungen entsteht.

Mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung wird erreicht, daß ein Vermiculit-, Perlit- oder Versatz aus Mischungen mit geeignet einschlägig anderen Rohstoffen gemäß der Unteransprüche durch Kombination mit Metakaolin und dem aus der Dampfphase abge schiedenen Siliziumdioxyd aus der Ferrosilizium- oder Sili ziummetallherstellung, also mit hoher spezifischer Oberfläche so ergänzt wird, daß durch die Reaktion zwischen diesen hoch reaktiven Pulveroberflächen mit dem verwendeten Wasserglas eine chemische Verbindung eintritt, die einerseits eine Wasser unlöslichkeit und Säurefestigkeit bewirkt, andererseits die Festigkeiten der Formteile je nach Anteil der Zuschlagstoffe noch erhöht und die wärmetechnischen Eigenschaften, wie hohe Temperaturwechselbeständigkeit und Isolationsvermögen erhalten werden.

Nur der Vollständigkeit halber sind einige Ausführungsbeispiele von Formkörper 1 zeichnerisch dargestellt, wobei jeweils im Schnitt und in Ansicht Fig. 1 einen Formkörper 1 als Heiz kesselverschlußauskleidung zeigt; Fig. 2 ebenfalls einen Form körper 1 als Verkleidung eines kreisförmigen Heizkesselver schlusses; Fig. 3 einen Formkörper 1 als Verschlußauskleidung in anderer Ausführungsform; Fig. 4 einen Formkörper 1 als Verklei dung eines Brennkammerbodens und Fig. 5 im Teilschnitt die Einbindung von Befestigungselementen in den Formkörpern. Mit BS ist dabei jeweils die Wärmebeaufschlagungsseite bezeichnet.

Was die Befestigungselemente 2 betrifft, so können diese bei der Ausformung der Formkörper, im Formwerkzeug entsprechend ange ordnet, direkt in die Formkörper 1 eingebunden werden. Es ist aber auch möglich, beim Ausformen für entsprechend bemessene Aufnahmeausnehmungen 3 zu sorgen, in die dann die entsprechend gestalteten Befestigungselemente eingesetzt und bspw. durch Kleben, Reib- oder Formschluß fixiert werden. Nicht besonders dargestellt ist die preßtechnisch ohne weiteres machbare Möglichkeit, die Formkörper 1 mit unterschiedlich ver dichteten, zwischen 300-700 kg/m³ liegenden Bereichen auszustat ten, und zwar mit Rücksicht auf unterschiedliche thermische und/oder konstruktive Belastungen. Ebenfalls nicht besonders dargestellt ist die Möglichkeit, die beteiligten Material komponenten in Form einer Platte zu verpressen, um dann aus einer solchen Platte einen oder mehrere Formkörper 1 als "Gebrauchsformkörper" mit gewünschter Kontur auszuschneiden.

Nachfolgend sind noch Ausführungsbeispiele möglicher Anteile der Versatzkomponenten in den Formkörpern angeführt, deren Auswahl sich ebenfalls nach den jeweiligen Anforderungen richtet.

Versatzbeispiel auf Vermiculitbasis

40-70 Gew.-% Vermiculit, vorzugsweise 45%-65%;
2-20 Gew.-% Metakaolin, vorzugsweise 5-10%;
0,5-10 Gew.-% amorphes Siliziumdioxid aus der Ferro silizium- oder Siliziummetallherstellung, vorzugsweise 3-4%;
25-54 Gew.-% Wasserglas (optimale Menge ergibt sich aus den Feststoffanteilen) auf Basis von Natrium oder Kalium.

Versatzbeispiel auf Perlisbasis

30-60 Gew.-% Perlit, vorzugsweise 35%-40%;
2-20 Gew.-% Metakaolin, vorzugsweise 5%;
0,5-10 Gew.-% amorphes Siliziumdioxid aus der Ferro silizium- oder Siliziummetallherstellung, vorzugsweise 3-4%;
25-54 Gew.-% Wasserglas auf Basis von Natrium oder Kalium.

Versatzbeispiel auf Vermiculit und Perlitbasis

20 Gew.-% Perlit plus 25 Gew.-% Vermiculit;
2-20 Gew.-% Metakaolin, vorzugsweise 5%;
0,5-10 Gew.-% amorphes Siliziumdioxid aus der Ferro silizium- oder Siliziummetallherstellung, vorzugsweise 3-4%;
40 Gew.-% Wasserglas auf Basis von Natrium oder Kalium.

Versatzbeispiel auf Vermiculit-, Perlit- und Reisschalenasche basis

20 Gew.-% Perlit, 15 Gew.-% Vermiculit und 10 Gew.-% Reis schalenasche;
2-20 Gew.-% Metakaolin, vorzugsweise 8%;
0,5-10 Gew.-% amorphes Siliziumdioxid aus der Ferro silizium- oder Siliziummetallherstellung, vorzugsweise 2-3%;
45 Gew.-% Wasserglas auf Basis von Natrium oder Kalium.

Versatzbeispiel auf Perlit- und Reisschalenaschebasis

30 Gew.-% Perlit und 15 Gew.-% Reisschalenasche;
2-20 Gew.-% Metakaolin, vorzugsweise 8%;
0,5-10 Gew.-% amorphes Siliziumdioxid aus der Ferro silizium- oder Siliziummetallherstellung, vorzugsweise 2-3%;
45 Gew.-% Wasserglas auf Basis von Natrium oder Kalium.

Versatzbeispiel auf Vermiculit-, Hohlkugelsilikat- und Reis schalenaschebasis

20 Gew.-% Hohlkugelsilikat, 15 Gew.-% Vermiculit und 10 Gew.-% Reisschalenasche;
2-20 Gew.-% Metakaolin, vorzugsweise 10%;
0,5-10 Gew.-% amorphes Siliziumdioxid aus der Ferro silizium- oder Siliziummetallherstellung, vorzugsweise 2-5%;
40 Gew.-% Wasserglas auf Basis von Natrium oder Kalium.

Versatzbeispiel auf Perlit-, Hohlkugelsilikat- und Reisschalen aschebasis

20 Gew.-% Hohlkugelsilikat, 20 Gew.-% Perlit und 5 Gew.-% Reisschalenasche;
2-20 Gew.-% Metakaolin, vorzugsweise 8%;
0,5-10 Gew.-% amorphes Siliziumdioxid aus der Ferrosilizium oder Siliziummetallherstellung, vorzugsweise 3-5%;
43 Gew.-% Wasserglas auf Basis von Natrium oder Kalium.

Versatzbeispiel auf Vermiculit-, Perlit- und Hohlkugel silikatbasis

20 Gew.-% Hohlkugelsilikat, 15 Gew.-% Perlit und 10 Gew.-% Vermiculit;
2-20 Gew.-% Metakaolin, vorzugsweise 10%;
0,5-10 Gew.-% amorphes Siliziumdioxid aus der Ferrosilizium oder Siliziummetallherstellung, vorzugsweise 3-4%;
42 Gew.-% Wasserglas auf Basis von Natrium oder Kalium.

Versatzbeispiel auf Hohlkugelsilikat, Vermiculit-, Perlit- und Reisschalenaschebasis

20 Gew.-% Hohlkugelsilikat, 10 Gew.-% Perlit und 10 Gew.-% Vermiculit und 5 Gew.-% Reisschalenasche;
2-20 Gew.-% Metakaolin, vorzugsweise 10%;
0,5-10 Gew.-% amorphes Siliziumdioxid aus der Ferrosilizium oder Siliziummetallherstellung, vorzugsweise 3-5%;
40 Gew.-% Wasserglas auf Basis von Natrium oder Kalium.

Claims

1. Feuerfestformkörper, insbesondere für die isolierende Aus kleidung der Verschlüsse und Brennkammerböden von im Nieder temperaturbereich mit Taupunktunterschreitung betriebenen Heizkesseln, gebildet aus
2-20 , vorzugsweise 5-10 Gew.-% Metakaolin, aus
0,5-10, vorzugsweise 2-5 Gew.-% Siliziumdioxid, aus
25-54 Gew.-% Alkalisilikat(Wasserglas) auf Basis von Natrium oder Kalium und der Rest von 30-70 Gew.-% aus mindestens Perlit und/oder Vermiculit, wobei das aus der Ferrosilizium- oder Siliziummetallherstellung stammende Siliziumdioxid mit großer spezifischer Oberfläche und in Feinstverteilung in den Formkörper eingebracht ist.

2. Feuerfestformkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rest aus 40-70 Gew.-% Vermiculit besteht.

3. Feuerfestformkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rest aus 30-60 Gew.-% Perlit besteht.

4. Feuerfestformkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rest von 30-70 Gew.-% aus einem variablen Gemisch aus Vermiculit und Reisschalen besteht.

5. Feuerfestformkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rest von 30-70 Gew.-% aus einem variablen Gemisch aus Vermiculit, Reisschalenasche und Perlit besteht.

6. Feuerfestformkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rest von 30-70 Gew.-% aus einem variablen Gemisch aus Perlit und Reisschalenasche besteht.

7. Feuerfestformkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rest von 30-70 Gew.-% aus einem variablen Gemisch aus Vermiculit, Hohlkugelsilikat und Reisschalenasche besteht.

8. Feuerfestformkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rest von 30-70 Gew.-% aus einem variablen Gemisch aus Perlit, Hohlkugelsilikat und Reisschalenasche besteht.

9. Feuerfestformkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rest von 30-70 Gew.-% aus einem variablen Gemisch aus Perlit, Hohlkugelsilikat und Vermiculit gebildet ist.

10. Feuerfestformkörper nach jedem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Siliziumdioxid mit einer spezifischen Oberfläche < 10 m²/g im Formkörper (1) enthalten ist.

11. Feuerfestformkörper nach jedem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper (1) eine Dichte zwischen 300-700 kg/m³ aufweist.

12. Feuerfestformkörper nach jedem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Formkörper (1) belastungsabhängig unterschiedlich zwischen 300-700 kg/m³ verdichtete Bereiche angeordnet sind.

13. Feuerfestformkörper nach jedem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Formkörper (1) Befestigungselemente (2) mit einge preßt angeordnet sind.

14. Feuerfestformkörper nach jedem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Formkörper (1) Aufnahmeausnehmungen (3) für den Einsatz von Befestigungselementen (2) eingeformt sind.

15. Feuerfestformkörper nach jedem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper (1) in Form einer Platte ausge bildet und der "Gebrauchsformkörper" aus der Platte ausgeschnitten ist.