DE2100624A1 - Ceramic body containing metal - Google Patents
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Description
Pall 2502 VXE/P/Sa/Le.Pall 2502 VXE / P / Sa / Le.
DIDIER-WEHKE A.G. 62 Wiesbaden, Leasingstr. 16DIDIER-WEHKE AG 62 Wiesbaden, Leasingstr. 16
Keramischer metallhaltiger Körper.Ceramic body containing metal.
Die Erfindung betrifft einen keramischen metallhaltigenThe invention relates to a ceramic metal-containing
Körper, der an wärmebeaufschlagten Stellen unter anderem M Body, which in places exposed to heat, among other things, M
in Öfen verwendet werden kann.can be used in ovens.
An mit Wärme beaufschlagten Stellen werden vielfach keramische gebrannte poröse Formkörper eingesetzt, die jedoch außer einer genügenden Feuerfestigkeit noch andere Eigenschaften besitzen müssen. So sollen keramische Körper, die in Rekuperatoren eingesetzt werden, eine gute Wärmeleitfähigkeit, Dichte und Temperaturwechselbeständigkeit aufweisen. Des weiteren wird verlangt, daß keramische Körper für Wärmespeicheröfen eine hohe Wärmespeicherkapazität aufweisen. Auch ist an vielen Stellen eine hohe Beständigkeit der keramischen Körper hinsichtlich plötzlich auftretender Temperaturwechsel erforderlich. JjCeramic fired porous shaped bodies are often used at places exposed to heat, but apart from one must have sufficient fire resistance as well as other properties. This is how ceramic bodies are supposed to be used in recuperators are used, have good thermal conductivity, density and resistance to temperature changes. Furthermore will requires that ceramic bodies for heat storage stoves have a high heat storage capacity. There are also many Make a high resistance of the ceramic body with regard to sudden temperature changes necessary. Yy
In Rekuperatoren werden keramische Körper als Trennschicht zwischen dem wärmeabgebenden und wärmeaufnehmenden gasförmigen Medium in Form von dünnwandigen Rohren und Platten verwendet. Derartige keramische Körper besitzen zwar eine ausreichend hohe Feuerfestigkeit, doch ist ihre Wärmeleitfähigkeit insbesondere verglichen mit der von Metallen relativ gering. Des weiteren ist bei don keramischen Körpern ihre Porosität und Gasdurchläasigkeit und ihre Anfälligkeit gegenüber Rissbildung durch r0oniperatui'3chock nachteilig.In recuperators, ceramic bodies are used as a separating layer between the heat-emitting and heat-absorbing gaseous medium in the form of thin-walled tubes and plates. Such ceramic bodies have a sufficiently high fire resistance, but their thermal conductivity is relatively low, especially compared with that of metals. Furthermore, its porosity and Gasdurchläasigkeit and their susceptibility to cracking r 0oniperatui'3chock is disadvantageous in don ceramic bodies.
— 2 —- 2 -
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Ala keramisches Material werden "bei den Körpern für Rekuperatoren Massen auf der Grundlage von Schamotte und hochtonerdehaltigem Material, Magnesit und Siliziumcarbid eingesetzt. Die Körper aus Siliziumcarbid sind zwar hinsichtlich ihrer Wärmeleitfähigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit sehr zufriedenstellend, doch ist ihre betriebliche Anwendung auf bis etwa 700° C beschränkt.Ala ceramic material are used in the bodies for recuperators Compounds based on chamotte and high alumina material, magnesite and silicon carbide are used. The bodies made of silicon carbide are very good in terms of their thermal conductivity and thermal shock resistance satisfactory, but their operational use is limited to up to about 700 ° C.
Für Wärmespeicherofen werden als wärmespeicherndes Material keramische Formkörper auf der Basis von Schamotte und insbesondere Magnesit eingesetzt. Zur Erzielung einer hohen Wärme Speicherkapazität der keramischen Körper wird dabei eine hohe spezifische Wärme und ein hohes Raumgewicht angestrebt. For heat storage stoves are used as a heat storage material Ceramic moldings based on chamotte and especially magnesite are used. To achieve a high Heat storage capacity of the ceramic body is aimed at a high specific heat and a high density.
Im Kontakt mit kalten und heißen Gasen oder heißen Schmelzen stehende keramische Körper unterliegen in Brennöfen, metallurgischen Gefäßen sowie Rinnen und Rohren zur Weiterleitung von Schmelzen einer hohen Beanspruchung durch Temperaturschock. Die Beständigkeit der keramischen Körper gegenüber der Einwirkung von Temperaturschock ist aber vielfach noch unbefriedigend.In contact with cold and hot gases or hot melts Standing ceramic bodies are subject to metallurgical in kilns Vessels as well as channels and pipes for the transfer of melts that are subject to high stress from thermal shock. The resistance of the ceramic body to the action of temperature shock is, however, in many cases still unsatisfactory.
Es sind bereits keramische metallhaltige Körper bekannt geworden, die aber eine aufwendige Hestellung erforderlich machen, und die nur in relativ begrenztem Rahmen Anwendung gefunden ha.ben. Zu ihnen zählen die nach pulvermetallurgischen Verfahren hergestellten Cermets und keramische Körper, die unter Zwischenschaltung verschiedenartiger metallischer Überzüge mit Metall verbunden werden.Ceramic bodies containing metal have already become known, but they require expensive manufacture and which have only been used to a relatively limited extent. They include those based on powder metallurgy Process produced cermets and ceramic bodies, which with the interposition of various metallic Coatings are connected to metal.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, keramische metallhaltige Körper für den Einsatz an den vorstehend aufgeführten Stellen in ihren speziellen Eigenschaften zu verbessern. The object of the present invention is to provide ceramic metal-containing bodies for use on the above-mentioned Improve bodies in their special properties.
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Die Erfindung sieht nun vor, daß der keramische Körper gasdurchlässig und mit einem Metall getränkt ist, das im Betriebszustand mit dem keramischen Material verträglich ist. In dem gasdurchlässigen Körper füllt das Metall die offenen und miteinander verbundenen Poren aus, so daß eine kontinuierliche und in sich verflochtene metallische Matrix entsteht.The invention now provides that the ceramic body is gas-permeable and is impregnated with a metal that is compatible with the ceramic material in the operating state is. In the gas-permeable body, the metal fills the open and interconnected pores, so that a continuous and interwoven metallic matrix is created.
Die keramischen metallhaltigen Körper nach der Erfindung können als wärmeübertragendes Material in keramischen Rekuperatoren, als wärmespeicherndes Material in Wärmespeicheröfen oder als tempaaturwechselbeständiges Material für die Auskleidung von Brennöfen, metallurgischen Ggfäßen, Hinnen und Rohren verwendet werden.The ceramic metal-containing body according to the invention can be used as a heat-transferring material in ceramic Recuperators, as a heat-storing material in heat storage stoves or as a temperature change-resistant material for the lining of kilns, metallurgical vessels, Hinnen and pipes are used.
Die Erfindung sieht ferner vor, daß der gebrannte keramische Körper aus einem Material auf der Basis Schamotte, tonerdereiche Stoffe mit über 50$ Al-O,, oder Magnesia besteht. Der gebrannte keramische Körper kann vorteilhaft einenThe invention also provides that the fired ceramic Body is made of a material based on chamotte, alumina-rich substances with over $ 50 Al-O ,, or magnesia. The fired ceramic body can advantageously be a
Al 0.-Gehalt von ca. 85$ und mehr aufweisen. 2 3Al 0 content of approx. $ 85 and more. 2 3
Als Beispiel für den keramischen Körper sei eine Zusammensetzung angeführt, die zur Herstellung von insbesondere Rekuperatorrohren dient. Aus einer Mischung bestehend aus Schamotte, Sillimanit, Bauxit in einer Menge von 24 Gew.$ der Körnung 1 - 2 mm und 50 Gew.$ der Körnung oT1 mm sowie 26 Gew.$ Ton, wobei die Hälfte des Tons als Schlicker verwendet wird, und eventuell noch zusätzlich Wasser werden Rekuperatorrohre durch Pressen oder Gießen geformt, anschließend getrocknet und bei Temperaturen von 1300 bis 1400° C gebrannt. Die gebrannten keramischen Körper besitzen eine offene Porosität von bis über 20$.As an example of the ceramic body, a composition is cited that is used to manufacture recuperator tubes, in particular. Of a mixture consisting of chamotte, sillimanite, bauxite in an amount of 24 wt $ of grain size 1 - mm 2 and 50 wt $ grit o T 1 mm and 26 wt $ clay, with half of the clay used as the slurry... and possibly additional water, recuperator tubes are formed by pressing or casting, then dried and fired at temperatures of 1300 to 1400 ° C. The fired ceramic bodies have an open porosity of up to over $ 20.
Es können aber auch keramische gebrannte Körper Anwendung finden, deren offene Poren einen relativ hohen mittleren Durchmesser besitzen, wodurch der Körper gleichzeitig eine erhöhte Gasdurchlässigkeit erhält. Als Beispiel sei einHowever, ceramic fired bodies can also be used, the open pores of which have a relatively high average Have a diameter, which gives the body increased gas permeability at the same time. As an example, consider a
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Körper angeführt, der aus 97 Gew.^ Korund der Körnung 0,5 bis 1 mm, 3 Gew.^ Ton mit über 4O# Al20,-Gehalt und einem Zusatz von 1,5 Gew.$ Aluminiummonophosphat (in Form einer 50$igen wässrigen Lösung) durch Mischen, Pressen (Pressdruck 600 kpim2) und Brennen bei 1500° C im Tunnelofen hergestellt wird. Dieser keramische Körper besitzt nach dem Brand eine Druckfestigkeit von rund 300 kp/cm , eine offene Porosität bis zu 30?S und eine Gasdurchlässigkeit von rund ft^noperm (nPm ; Ermittlung der Gasdurchlässigkeit nach der deutschen Prüfnorm DIN 51O58).Body led consisting of 97 wt. ^ Corundum of grain size 0.5 to 1 mm, 3 wt. ^ Tone with more than 4O # Al 2 0, content and an addition of 1.5 wt. $ Aluminum monophosphate (in the form of a 50 $ igen aqueous solution) by mixing, pressing (pressure 600 kpim 2 ) and firing at 1500 ° C in a tunnel furnace. After firing, this ceramic body has a compressive strength of around 300 kp / cm, an open porosity of up to 30? S and a gas permeability of around ft ^ noperm (nPm; determination of gas permeability according to the German test standard DIN 51O58).
Als weitere Beispiele zur Erzielung von keramischen Körpern mit hoher Gasdurchlässigkeit sind noch folgende Mischungen zu nennen:As further examples for achieving ceramic bodies The following mixtures with high gas permeability should also be mentioned:
1 21 2
Sintermullit oder Korund o,5-3 nun 95-97Sintered mullite or corundum o, 5-3 now 95-97
Sintermagnesia (o,3/^ Fe2°3^ °»5-3mm 88Sintered magnesia (o, 3 / ^ Fe 2 ° 3 ^ ° »5-3mm 88
23
Ton (43$ Al2O3) 3- 523
Clay (43 $ Al 2 O 3 ) 3- 5
SintermagnesiaSintered magnesia
wässrige Lösung)Mono aluminum phosphate (as $ 50
aqueous solution)
permeablen Poren (nach Methode von
Washburn) mmmean diameter of the
permeable pores (according to the method of
Washburn) mm
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Ein weiteres Merkmal nach der Erfindung besteht darin, daß der keramische gasdurchlässige Körper mit flüssigem Aluminium bei einer Temperatur von ca. 1250° C getränkt wird. Die Tränkung kann durch die Anwendung eines Vakuums und danach durch zusätzlichen atmosphärischen Druck unterstützt werden. Bei der Anwendung von Aluminium wird die Füllung der offenen Poren des keramischen Körpers durch wesentlich über dem Schmelzpunkt des Aluminiums liegende Temperaturen von z.B. 1250 C sehr erleichtert, da dann das Metall das keramische Material völlig benetzt, es in den Körper eindringt und die Poren ohne jegliche Anwendung von Vakuum füllt. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, statt mit Aluminium den keramischen Körper auch mit Silizium zu tränken, obgleich letzteres wegen seines höheren Schmelzpunktes und seines Verhaltens gegenüber sauerstoffhaltiger Atmosphäre gewisse Nachteile bietet.Another feature of the invention is that the ceramic gas-permeable body is impregnated with liquid aluminum at a temperature of approx. 1250 ° C. The watering can by applying a vacuum and then by additional atmospheric pressure can be supported. When using aluminum, the filling of the open pores becomes of the ceramic body due to temperatures of e.g. 1250 C, which are significantly above the melting point of aluminum facilitated because the metal then completely wets the ceramic material, it penetrates the body and the pores without any Application of vacuum fills. However, there is also the possibility of using the ceramic body instead of aluminum to impregnate with silicon, although the latter because of its higher melting point and its behavior towards oxygenated Atmosphere has certain disadvantages.
Der keramische mit Metall getränkte Körper nach der Erfindung besitzt auch bei einem nur geringen Gehalt an Metall eine wesentlich verbesserte Wärmeleitfähigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit.. So ergibt sich beim mit Aluminium getränkten keramischen Körper unter der Voraussetzung der etwa 30-fachen Wärmeleitfähigkeit des Aluminiums gegenüber feuerfestem Material eine Steigerung der Wärmeleitfähigkeit bis zu 3o$, 150#i 300$ bei einer mit Metall erfüllten offenen Porosität von 1#, 5#, IO96.The ceramic body impregnated with metal according to the invention also has a low metal content Significantly improved thermal conductivity and thermal shock resistance ceramic body provided that the thermal conductivity of aluminum is about 30 times that of refractory Material an increase in thermal conductivity up to $ 3o, 150 # i 300 $ for a metal-filled open Porosity of 1 #, 5 #, IO96.
Bei den keramischen Körpern nach der Erfindung ist die Verwendung von Aluminiummetall insofern vorteilhaft, weil es beim Erhitzen auf Betriebstemperaturen bis etwa 1OOO C unter Zutritt von sauerstoffhaltiger Atmosphäre durch die Ausbildung einer dichten Oxidschicht vor einer mit der Zeit fortschreitenden Oxidation weitgehend geschützt ist. Zum anderen trägt die auf dem Aluminiummetall vorliegende Al„0 -haltige Überzugsschieht bei den keramischen lOrmkörpern auf der Basis tonerdehaltiger Stoffe zu. deren erhöhter Feuerfestigkeit und verbesserter chemischer Beständigkeit bei. Bei keramischenIn the ceramic bodies according to the invention, the use of aluminum metal is advantageous in that it is the Heat to operating temperatures down to about 1000 C below Ingress of an oxygen-containing atmosphere due to the formation of a dense oxide layer in front of a progressive over time Oxidation is largely protected. On the other hand, the Al "0 -containing coating layer present on the aluminum metal carries In the case of the ceramic lorm bodies on the basis of alumina Fabrics too. their increased fire resistance and improved chemical resistance. With ceramic
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porösen Formkörpern auf der Basis von Magnesia wird aus dem durch Oxidation entstehenden AIpO- mit dem MgO feuerfester Spinell gebildet. ...Porous molded bodies based on magnesia are made more refractory with the MgO from the AlpO produced by oxidation Spinel formed. ...
Oberhalb Betriebstemperaturen von etwa 1000 bis 1100° C nimmt in Gegenwart von sauerstoffhaltiger Atmosphäre die Oxidation des Alumiüms in dem keramischen Formkörper in starkem Umfang zu, und es tritt ferner spührbar die Reduktion von SiOp durch das Aluminiummetall in Erscheinung, so daß aus diesen Gründen der Einsatz des Materials bei diesen Temperaturen nicht mehr ohne weiteres von Vorteil ist.Above operating temperatures of about 1000 to 1100 ° C decreases in the presence of an oxygen-containing atmosphere the oxidation of the aluminum in the ceramic molded body to a large extent and the reduction of SiOp also occurs noticeably the aluminum metal in appearance, so that for these reasons the use of the material at these temperatures is no longer possible is an advantage without further ado.
Als Beispiel der Tränkung eines leramischen Körpers sei angeführt, daß ein keramischer gebrannter Körper mit über 85$ AlpO.-Gehalt (ca. 25$ offene Porsosität) durch Tauchen in Aluminiumschmelze bei 1250 C mit Aluminium imprägniert wurde. Der Formkörper wies nach dieser Behandlung eine kontinuierliche metallische Matrix auf, die die ursprünglich offenen Poren erfüllte.As an example of the impregnation of a ceramic body, that a ceramic fired body with over $ 85 AlpO. Content (approx. $ 25 open porosity) by dipping in Aluminum melt was impregnated with aluminum at 1250 C. After this treatment, the molded body exhibited a continuous metallic matrix that filled the originally open pores.
Bei der Verwendung der keramischen Körper bei Temperaturen über dem Schmelzpunkt des Aluminiums wird das flüssige Metall in den Poren zurückgehalten. Dabei führt das unterschiedliche Ausdehnungsverhalten von Metall und keramischem Material zu keinerlei schädlichen Spannungen im Körper.When using the ceramic body at temperatures above the melting point of aluminum, the liquid metal becomes retained in the pores. The different expansion behavior of metal and ceramic material leads to it no harmful tension in the body.
Die mit Aluminiummotall imprägnierten keramischen Körper können in Rekuperatoren in Form von Rekuperatorrohren eingesetzt werden. Derartige Rokuperatorröhre weisen eine verbesserte Wärmeleitfähigkeit, eine erhöhte Gasdichtigkeit sowie eine geringe Rissanfälligkeit gegenüber Temperaturwechsel auf, wodurch die Leistungsfähigkeit der Rekuperatoren gesteigert werden kann. Die mit Aluminiummetall imprägnierten Formkörper für Rekuperatoren sind in einem weiten Temperaturbereich bis gegen 1000° C und vorteilhaft bis 400° C einsetzbar.Ceramic bodies impregnated with aluminum metal can be used in recuperators in the form of recuperator tubes will. Such Rokuperatorröhre have an improved Thermal conductivity, increased gas tightness and a low susceptibility to cracking due to temperature changes on, whereby the performance of the recuperators can be increased. Those impregnated with aluminum metal Shaped bodies for recuperators can be used in a wide temperature range up to around 1000 ° C and advantageously up to 400 ° C.
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Es ist natürlich auch möglich, die im unteren Temperaturbereich von Rekuperatoren arbeitenden Rohre aus Siliziumcarbid entweder selbst mit Aluminiummetall zu imprägnieren oder sie durch mit Aluminium imprägnierte keramische Rohre auf der Ba&is tonerdereicher Stoffe zu ersetzen.It is of course also possible to use those in the lower temperature range Silicon carbide pipes that work in recuperators can either be impregnated with aluminum metal themselves or through ceramic tubes impregnated with aluminum on the basis of replacing high-alumina substances.
Beim Einsatz des mit Aluminium getränkten keramischen Körpers in Wärmespeicheröfen tritt insbesondere die Erhöhung der Wärmespeicherkapazität durch die Schmelzwärme des Aluminiums vorteilhaft in Erscheinung. An Stellen, die starkem'Temperaturwechsel unterliegen, wie z.B. bei plötzlich auftretender Berührung der keramischen Körper mit kalten und heißen Gasen sowie metallurgischen Schmelzen, wird andererseits wegen des Metallgehaltes der keramischen Körper eine Verbesserung der Temperaturwechselbeständigkeit erzielt.When using the ceramic body impregnated with aluminum in heat storage stoves, there is a particular increase in the Heat storage capacity due to the heat of fusion of the aluminum is advantageous in appearance. In places where there is a strong change in temperature such as sudden contact of the ceramic body with cold and hot gases and metallurgical smelting, on the other hand, becomes an improvement because of the metal content of the ceramic bodies the thermal shock resistance achieved.
Zur Verminderung einer fortschreitenden Oxidation der mit Metall imprägnierten keramischen Körper bei hohen Temperaturen kann der Körper mit einem eine Glasur bildendem Überzug versehen werden, der aus Aluminiumsilikat, AluminiumphosphatTo reduce progressive oxidation of the metal-impregnated ceramic bodies at high temperatures the body can be provided with a glaze-forming coating made of aluminum silicate, aluminum phosphate
und evtl. Zusätzen von Alkali, MgO, TiO- gebiBet wird, und der bereits vor oder erst bei der Verwendung des Körpers eingebrannt wird. Der Überzug kann in Form eines wässrigen Schlickers, dem in bekannter Weise Binde- und Netzmittel beigegeben werden, aufgebracht werden.and possibly additions of alkali, MgO, TiO-gebiBet, and which is burned in before or only when the body is used. The coating can be in the form of an aqueous Schlickers, to which binders and wetting agents are added in a known manner, can be applied.
Es ist ferner auch möglich, die keramischen Körper nur teilweise mit Metall,insbesondere in Schichten zu tränken. Dieses Vorgehen ist beispielsweise bei mit Aluminium imprägnierten Wärmespeichersteinen wünschenswert, da hierdurch auch bei den Speichersteinen, die an den elektrischen Heizleitern anliegen, die elektrische Durchschlagsfestigkeit gewahrt werden kann.It is also possible to only partially impregnate the ceramic body with metal, in particular in layers. This The procedure is desirable for heat storage stones impregnated with aluminum, for example, as this also applies to the storage stones, which are in contact with the electrical heating conductors, maintain their dielectric strength can be.
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Claims (10)
Rekuperatoren verwendet wird.2. Body according to claim 1, characterized in that the body as a heat-transferring material in ceramic
Recuperators is used.
metallurgischen Schmelzen, z.B. bei metallurgischen Gefäßen, Rinnen und Rohren verwendet wird.4. Body according to claim 1, characterized in that the body as a material with high temperature change resistance as a lining material in kilns and opposite
metallurgical smelting, e.g. for metallurgical vessels, gutters and pipes.
Poren mit einem durchschnittlichen Durchmesser von mehr als o,o5 mm besitzt.7. Body according to claim 5 and 6, characterized in that the fired body has a coarse-grained structure with over 85 ^ of grain size 0.5-3 mm, a gas permeability of more than 50 hPm and a predominant proportion of open
Has pores with an average diameter of more than 0.05 mm.
Metall getränkt wird.10. Body according to claim 1 to 9> characterized in that the body only partially
Metal is soaked.
Applications Claiming Priority (1)
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| Country | Link |
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| GB (1) | GB1342581A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2283105A1 (en) * | 1974-08-29 | 1976-03-26 | Veitscher Magnesitwerke Ag | REFRACTORY MOLDED PARTS AND THEIR MANUFACTURING PROCESS |
| EP2026008A1 (en) | 2007-08-14 | 2009-02-18 | Jörg Mehlhorn | Fireplace with alcohol burner |
| EP2075523A1 (en) * | 2007-12-26 | 2009-07-01 | Chin-Kuang Luo | Method for making a heat dissipating device and product made thereby |
Families Citing this family (1)
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- 1971-01-08 DE DE19712100624 patent/DE2100624A1/en active Pending
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| GB1342581A (en) | 1974-01-03 |
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