DE2031526C3 - Poröses keramisches Strahlungsheizelement und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein poröses keramisches Element als Strahlungsheizelement aus Teilen unterschiedlicher Kornfraktionen eines feuerfesten Materials, welches hergestellt wird aus den Kornfraktionen mit Hilfe eines Bindemittels und Trocknen der geformten Masse.

Aus der US-PS 18 30 826 ist ein Strahlungsheizelement bekannt dessen Strahlungsplatte aus einer Teilschicht aus feinem Feuerfestmaterial und einer Teilschicht aus grobem Feuerfestmaterial besteht, welche in ein metallisches Gehäuse gestampft sind. Nachteilig an derartigen Brennerkonstruktionen und ganz allgemein solchen mit Metallgehäusen sind die unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten des Metallgehäuses und der keramischen Strahlungsplatten, die unterschiedliche Feuerfestigkeit der metallischen und keramischen Werkstoffe und die damit zusammenhängenden Gefahren der Rißbildung, Empfindlichkeit auf Erschütterungen und Stoß, insbesondere von in Metallrahmen eingespannten Keramikplatten. Dies alles führt zu einer wesentlichen Verkürzung der Lebensdauer eines solchen Strahlungsheizelementes, die dadurch um vieles kürzer ist, als sie dem Keramikmaterial als solches zukäme.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, diese mit den unterschiedlichen Werkstoffen des Heizelements zusammenhängenden Schwierigkeiten zu beseitigen und ein Heizelement zu bringen, welches in ungewöhnlich hohem Maße thermischen und mechanischen Beanspruchungen zu widerstehen vermag. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Strahlungselemente aus einem durchlässigen Kern, der die eigentliche Strahlungsfläche bildet, und einer äußeren dichten Schale um die Seitenflächen des Kerns besteht wobei Kern und Schale aus unterschiedlichen Kornfraktionen

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eines feuerfesten Materials aufgebaut sind und zusammen gesintert worden sind. Als feuerfestes Material hat sich dafür besonders hochtonerdehaltiges Granulat bewährt. Die Herstellung der erfindungsgemäßen Strahlungsheizelemente geschieht in der Weise, daß man aus einem feuerfesten Material Kornfraktionen zwischen 0,42 bis 0,6, 0,6 bis 0,85 und 0,85 bis 1,68 mm aussiebt einen durchlässigen Kern aus einer oder mehrerer Kornfraktionen mit Hilfe einer vorbestimmten Menge an Zement und Wasser formt den grünen Formkörper an der Luft trocknet und sintert woraufhin um diesen Kern an den Seitenflächen eine im wesentlichen nicht permeable Schale aus einem gleichen feuerfesten Material jedoch einer dichten Kornfraktion mit Hilfe von Zement und Wasser angeformt wird, der grüne Formling an der Luft gehärtet und nun die Schale um den Kern gesintert und das poröse keramische Element schließlich abgekühlt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Strahlungsheizelement sind Kern und Schale durch den Sintervorgang innig miteinander verbunden und bilden eine Ganzheit Die erfindungsgemäßen Heizelemente zeichnen sich durch eine ungewöhnlich lange Lebensdauer aus. Sie sind gegenüber dem Anhaften von Verunreinigungen unempfindlich und außerordentlich korrosionsbeständig. Sie sind höchsten thermischen Belastungen auszusetzen, lassen sich leicht handhaben und sind relativ unempfindlich gegenüber Erschütterungen und Stoß.

Das erfindungsgemäße Heizelement besitzt im Bereiche des Kerns eine für den Anwendungszweck entsprechende relativ hohe Permeabilität und ist umschlossen von einer Schicht aus dem gleichen Material, welches jedoch im wesentlichen keine Permeabilität besitzt. Durch diese Ausführungsform ist die Dichtigkeit des Heizsystems in der Umfangsrichtung gewährleistet. Durch die Auswahl der Kornfraktionen für den Kern lassen sich Heizelemente der verschiedensten Charakteristiken herstellen, sodaß sich die erfindungsgemäßen Heizelemente speziell für ihre Anwendungsgebiete anfertigen lassen.

Der Fertigbrand der erfindungsgemäßen Heizelemente geschieht beispielsweise nach folgendem Programm: es wird aufgeheizt und eine Sintertemperatur von etwa 1600⁰C etwa 3 h beibehalten und dann wieder abgekühlt; diese Verfahrensstufe kann etwa 12 h dauern. Bei der Herstellung der Kerne wählt man im allgemeinen eine Sintertemperatur von vorzugsweise etwa 1700°C bis zu 4 h.

Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Strahlungsheizelemente geht man im allgemeinen von den oben definierten Kornfraktionen aus. Gegebenenfalls kann man die feine und die mittlere Fraktion zu einer Fraktion 0,42 bis 0,85 mm zusammenfassen. Für den Kern kann man mit noch geringeren Körnungen arbeiten, dann ist es jedoch zweckmäßig, der Formmasse für den Kern noch ein Ausbrennmittel zuzusetzen, um die erforderliche Permeabilität des Kerns zu gewährleisten.

Als Zement bevorzugt man einen Tonerdezement ausreichender Feuerfestigkeit mit einer Korngröße von maximal etwa 76 μπι; zum Anmachen benötigt man bis etwa 2% Wasser. Der abgegossene Schlicker wird dann an der Luft gehärtet; dazu benötigt man mindestens 20 h. Außer dem oben erwähnten feuerfesten Material kann man noch Tonerde oder Zirkon bzw. Zirkoniumoxid anwenden.

Die erfindungsgemäßen Elemente können als solche oder kombiniert mit mehreren Elementen als Strah-

lungsbrenner dienen. Sie müssen nicht eine ebene Form besitzen, sie können jede beliebige Form und Größe aufweisen; so können sie gekrümmte Konturen besitzen und in der Materialstärke variieren. Um verschiedene Formen zu erreichen, kann man ein Element oder eine Vielzahl von Elementen anwender. Die Elemente können auch aus einem Block bestehen, der mehrere Kerne aufweist; die Kernteile können durch dichtere Verbindungs- oder Rahmenteile, die aus derselben Masse bertehen wie die äußere Schale, voneinander getrennt sein. Diese Ausführungsform wird in Blöcken mit relativ großen Dimensionen bevorzugt; die Verbin-

dungsteile tragen in diesem Fall auch zur Erhöhung der Steifigkeit und Festigkeit bei.

Strahlungsbrenner mit erfindungsgemäßen Elementen werden in großem Umfang für Wärmebehandlungen. Trocknungsprozesse und verschiedene Verfahrensmaßnahmen wie in der keramischen Industrie, zur Raumbeheizung, zum Kochen, für die Straßenbeheizung, für chemische Verfahren, in der Textiltechnik, in der Anstrich-, Lebensmittel- oder Papierindustrie, für die Verarbeitung von Eisenmetallen und Nicht-Eisenmetallen, von Gläsern, feuerfesten Materialien, Zement und Kalk und dergleichen, angewandt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Poröses keramisches Element als Strahlungsheizelement aus Teilen unterschiedlicher Kornfraktionen eines feuerfesten Materials gekennzeichnet durch einen durchlässigen Kern und eine äußere dichte Schale an den Seitenflächen des Kerns, wobei Kern und Schale zu einem Element gesintert sind.

2. Poröses keramisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das feuerfeste Material ein hochtonerdehaltiges Granulat ist

3. Verfahren zur Herstellung der porösen keramischen Elemente nach Anspruch 1 oder 2 durch Mischen von Kornfraktionen eines feuerfesten Materials mit einem Bindemittel, Formen und Trocknen, dadurch gekennzeichnet daß man aus einem feuerfesten Material Kornfraktionen von 0,42 bis 0,6, 0,6 bis 0,85 und 0,85 bis 1,68 mm aussiebt einen durchlässigen Kern aus einer oder mehreren Kornfraktione(n) mit Hilfe einer vorbestimmten Menge Zement und Wasser formt, 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 der grüne Formling an der Luft gehärtet, die Schale gesintert und das poröse keramische Element abgekühlt wird.