DE2031526A1

DE2031526A1 - Poröse keramische Strahlungs Heizelemente und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE2031526A1
Application number: DE19702031526
Authority: DE
Inventors: Kenneth Frederick Cove Farnborough Westlake Donald Fleet Hampshire Coles (Großbritannien)
Original assignee: Shell Internationale Research Maat schappij N V , Den Haag (Niederlande)
Priority date: 1969-06-27
Filing date: 1970-06-25
Publication date: 1971-01-07
Anticipated expiration: 1997-03-20
Also published as: DE2031526B2; DE2031526C3; NL7009326A; FR2052896A5; BE752220A; JPS5013287B1; NL169638C; GB1294353A; NL169638B

Description

und Verfahren zu deren Herstellung"

Die Erfindung betrifft poröse keramische Elemente, die sich für Strahlungsheizung anwenden lassen,sowie ein Verfahren zu deren Herstellung. Es sind verschiedene Konstruktionen 'für Strahlungsheizsysteme bekannt (U.S.A. Patentschrift 3,20.8,247).. ■

Bei einem Verbrennungssystem mit porösem Medium wird ein Gasgemisch von Brennstoff und Oxidationsmittel .der Eintritt sseite des porösen Mediums zugeführt, die Verbrennung oder- Reaktion findet nun in der Nähe der Austrittsfläche des porösen Mediums statt. Eine Vielfalt von p'orösen Strukturen und festen Werkstoffen bietet eine Vielzahl von Reaktionszonen für die Verbrennung in der Gasphase über dem porösen Medium» innerhalb der Poren selbst oder an der Porenfläche innerhalb des porösen Mediums dar, welches gegebenfalls katalytisch wirksam sein kann.

Bei Wärmebehandlungsverfahren besteht die Notwendigkeit ,höhere Aufheizgeschwindigkeiten.und eine genauere Dosierung des Wärmeangebots zu gewährleisten. Diese Forderungen

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werden erfüllt mit Hilfe von Materialen, die einen hohen Warmeiibergangskoeffizient besitzen und die möglicherweise verfügbar sind für Hochtemperatur-Strahlungsquellen.

In dieser Beziehung können poröse keramische Elemente angewandt werden aufgrund der hohen VJärmeübergangsgeschwindigkeit, dem ruhigen Betrieb, der sauberen Verbrennung über einen weiten Bereich des Mischungsverhältnisses von Gas und Oxidationsmittel und dergleichen. Eine Begrenzung der Bedingungen stellt.praktisch nur die Beständigkeit der feuerfesten Materalien gegenüber sehr hohen Temperaturen und Belastungen dar, die merklich ihre Anwendbarkeit beeinflußen. Darüberhinaus sollen die keramischen Elemente schockbeständig sein.

Die Erfindung bringt nun ein poröses keramisches Element, welches in der Lage ist, schweren Arbeitsbedingungen zu widerstehen und die hohen Anforderungen hinsichtlich Temperaturverteilung und vorbestimmtes Wärmeangebot zu erfüllen.

Die erfindungsgemäßen porösen keramischen Elemente eignen sich als Strahlungsheizkörper, sie besitzen einen durchlässigen Kern von einer oder mehreren Ko)If raktionen eines feuerfesten Materials, um welchen sich eine Schale aus einer dichteren Fraktion des gleichen feuerfesten Materials befindet. Der Kern und die Schale sind gesintert, der durchlässige Kern bildet einen integralen Bestandteil der Schale.

Als feuerfestes Material bevorzugt man hochtonerdhaltige Granulate. Aluminiumoxid ist schockbeständig und widersteht hohen Temperaturen, ist erosionsbeständig und besitzt eine solche mechanische Festigkeit, daß es während schweren

zu .

Arbeitsbedingungenvkeine¹* Beschädigung der Elemente kommen

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Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen porösen keramischen Elemente wird ausgegangen von dem feuerfesten Material, welches in eine Anzahl von . Kornfraktionen durch Sieben getrennt wird. Aus einer oder mehreren Kornfraktionen wird dann mit einer vorbestimmten Menge an Zement und Wasser in einer Form (frame-type mould) ein permeabler Kern abgegossen, er kann an der Luft härten, wird dann durch Wärmebehandlung gesintert, abge^ kühlt und umgössen beziehungsweise umformt mit einer im wesentlichen nicht durchlässigen feuerfesten Schale innerhalb einer Form und zwar aus einer dichten Fraktion des feuerfesten Materials mit Zement und Wasser, worauf diese grüne Schale wieder ( an der Luft trocknen kann, gesintert wird und nach dem Abkühlen das erfindungsgemäße poröse keramische Element fertig ist.

Die erfindungsgemäßen keramischen Elemente besitzen einen Kern mit relativ hoher Permeabilität, welcher umschlossen ist von einer Schicht im wesentlichen keiner Permeabilität aus dem gleichen Material, jedoch unterschiedlicher Korngröße als der Kern. Die erfindungsgemäßen Elemente besitzen Vorteile, da im wesentlichen keine äussere Durchlässigkeit (lateral leakr age) herrscht und außerdem das Material temperatur-und temperaturwechselbestnn&ig ist. Mit den erfindungsgenäßen Elementen sind alle Probleme in Zusammenhang mit metallischen Gehäusen» wie sie üblicherweise bei'Strahlungselementeen im Betrieb auf- "™ treten, vermieden. Ein Hauptvorteil der erfdndungsgemäßen Produkte liegt in der vollständig vorherbeεtimdbaren Einstellung der Verbrennung ganz einfach durch wahl der entsprechenden Kornfraktionen.

Die Wärmebehandlung des fertigen Elements kann innerhalb etwa 12 Stunden erfolgen einschließlich einer Rastzeit bis zu 3 Stunden bei einer Temperatur von etwa l600 C. Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen porösen Kerne wird die

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Temperatur vorzugsweise bei etwa 17OÖ°C, während bis zu 4 Stunden, gehalten.

Die Klassierung des feuerfesten Materials in verschiedenen Kornfräktionen wird im allgemeinen auf Siebsätzen durchgeführt, so daß sich Kornfraktionen zwischen 0,85-1,68 bzw. 0,6-0,85 bzw. 0,42-0,6 mm ergeben (10-18, 18-25ι 25-36 BSS). Man kann aber auch breitere Kornfraktionen anwenden, zum Beispiel zwischen 0,85 und 0,42 mm (I8-36 BSS).

Das feuerfeste Material für den Kern kann auch feiner sein als entsprechend den oben angegebenen Fraktionen. Körnungen bis herunter auffPulν erfeinheit sind anwendbar. Bei Herstellung von Blöcken, bei der außerordentlich feine Kornfraktionen für den Aufbau der Kerne angewandt werden, sollte man zusammen mit.dem Zement dem Kern noch ein zusätzliches Material einverleiben, welches während des Sinterns ausbrennt, um die erforderliche Permeabilität des Kerns zu gewährleisten.

Als Zement bevorzugt man einen Tonerdezement ausreichender Feuerfestigkeit mit einer Korngröße unter etwa 76 ,um (200 BSS);Für die Bindung des feuerfesten Materials wird dann bis etwa 5 % Anmachwasser benötigt. Der abgegossene Schlicker wird dann an der Luft gehärtet; dies geschieht während zumindest 20 Stunden. Als feuerfestes Material kann man Tonerde oder auch Zirkon beziehungsweise auch Zirkoniumoxid anwenden.

Die erfindungsgemäßen porösen Elemente können als solche oder kombiniert mit mehreren Elementen Strahlungsbrenner bilden. Die Elemente müssen nicht eine ebene Form besitzen, sie können jede geeignete Form und Größe aufweisen,.. so können sie gekrümmte Konturen besitzen und in der Materi-

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alstärke variieren. Um verschiedene Formen zu erreichen, kann man ein Element oder eine Vielzahl von Elementen anwenden. Die Elemente können auch aus einem Block bestehen, der mehrere Kerne aufweist, die Kernteile können voneinander getrennt sein durch dichtere Verbindungsoder Rahmenteile, die aus derselben Masse bestehen wie die äußere Schale. Diese Ausführungsform wird bevorzugt angewandt in Blöcken mit relativ großen Dimensionen; die Verbindungsteile wirken in diesem Fall auch zur Erhöhung der Steifigkeit und Festigkeit.

Strahlungsbrenner mit porösem Medium nach.der Erfindung werden in großem Umfang für Wärmebehandlungen, Trocknungsprozesse und.verschiedene Verfahrensmaßnahmen wie in der keramischen Industrie»als Baumbeheizung, zum Kochen, für die Straßenbeheizung, für chemische Verfahren in der Textiltechnik, in der Anstrich-,Lebensmittelöder Papierindustrie, für die Verarbeitung von Eisenmetall IeA und Nicht-Eisenmetallen, von Glässern, feuerfesten Materalien, Zement und Kalk und dergleichen.

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Poröses keramisches Element als Strahlungsheizelement gekennzeichnet/ durch einen durchlässigen Kern aus einer oder mehreren Kornfraktion eines feuerfesten Materials und einer äußeren Schale aus einer dichten Kornfraktion des gleichen feuerfesten Materials, wobei Kern und Schale gesintert sind und der durchlässige Kern mit der Schale einen integralen Bestandteil darstellt. _...-_ -

2) Poröses keramisches Element nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß des feuerfeste Material ein hochtonerdehaltiges Granulat istf.

3) Verfahren zur Herstellung der porösen keramischen Elemente nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß man aus einem feuerfesten Material eine Anzahl von Kornfraktionen aussiebt, einen durchlässigen Kern aus einer oder mehreren Kornfraktion mit Hilfe einer vorbestimmten Menge an Zement und Wasser formt_t den ' grünen Formkörper an der Luft trocknet und sintert, woraufhin um diesen Kern eine im wesentlichen nicht permeable Schale aus dem gleichen feuerfesten Material jedoch einer dichten Kornfraktion mit Hilfe von Zement und Wasser geformt wird, der grüne Formling an der Luft gehärtet, die Schale gesintert, und das poröse keramische Element abgekühlt wird. '

k) Verfahren nach Anspruch 3 dadurch g β k e a a ί β i c.ii net, daß man das Sintern des keramischen Elements, Innerhalb von etwa 12 Stulden einschließlich einer Bastzeit- bis zu 3 Stunden bei einer Temperatur von zumindesten 1600 C

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5) Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch g e k e η η -seichnett daß nan das feuerfeste Material in Kornfraktionen zwischen 0,42 bis 0,6, 0,6 bis 0,85 und O_t85 bis 1,68 emaussiebt·

6) Verfahren nach Anspruch 3 bis 5· dadurch g e k e η η -

ζ e i c h η e t , daß man als Zement ein feuerfestes Pulver | mit einer Körnung unter 76#um anwendet und für das Formen dem keramischen Material bis etwa 5 % Anmachwasser zusetzt.

7) Verfahren nach Anspruch 3 bis 6, dadurch g e k e η η -

ζ e ic h η e t , daß man den grünen Formkörper zum Trocknen zumindest etwa 20 Stunden an der Luft hält·

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