DE19809590A1 - Feuerfestformkörper - Google Patents
FeuerfestformkörperInfo
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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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 (15)
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.
2-20 , 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.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
DE1998109590 DE19809590B4 (de) | 1998-03-06 | 1998-03-06 | Feuerfestformkörper |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1998109590 DE19809590B4 (de) | 1998-03-06 | 1998-03-06 | Feuerfestformkörper |
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Publication number | Publication date |
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DE19809590B4 (de) | 2004-11-18 |
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8364 | No opposition during term of opposition | ||
8381 | Inventor (new situation) |
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