DE2133469B2 - Halbstarres feuerfestes Isoliermaterial und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Neutrales Magnesiumphosphat	12 bis 25%
ErdalkalMxide Obis 5%
Siliciumdioxid	50 bis 80%
Al2OiZrOaCr2O3
und/oder TiO2	Obis 20%
Mineralfasern	2 bis 20%

2. Halbstarres feuerfestes Isoliermaterial nach Anspruch 1. gekennzeichnet durch ein Rauragewicht zwischen 0,4 und 0,6 g/cm³.

3. Verfahren zur Herstellung eines halbstarren feuerfesten Isoliermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein wäßriges Gemisch von Siliciumdioxid, Magnesiumoxid, gegebenenfalls Erdalkalioxiden, Mineralfasern und wenigstens einem sauren Magnesiumphosphat in geeigneten Mengenanteflen bildet, das Gemisch in Formen gießt, es der Gelbildung und dann der Härtung bei Umgebungstemperatur durch Bildung von hydratisierten neutralen Phosphaten überläßt und dann wenigstens 75% des darin enthaltenen Wassers durch Erhitzen im Ofen auf 100 bis 350° C entfernt

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man in einer Wassermenge, die 70 bis 140% des Gewichts der Mineralstoffe ausmacht, geeignete Mengen an Siliciumdioxid, Magnesiumoxid, Erdalkalioxiden und Mineralfasern dispergiert, zu diesem Brei die geeignete Menge eines wasserlöslichen, P2O5 enthaltenden Produkts gibt, das Gemisch in Formen gießt, ein weiches Gel bilden läßt, die Masse bei Umgebungstemperatur durch Bildung von hydratisierten neutralen Magnesiumphosphaten härten läßt, aus der Form nimmt und im Ofen auf 100 bis 350⁰C erhitzt.

Die Erfindung betrifft ein halbstarres feuerfestes Isoliermaterial und seine Herstellung.

Die Bezeichnung »feuerfestes Isoliermaterial« gilt für alle feuerfesten Stoffe, die eine Gesamtporosität von mehrais45% und eine Schmelztemperatur über 1500° C haben. Eine große Vielfalt dieser feuerfesten Isoliermaterialien, von denen einige bis zu Temperaturen von 1800°C und darüber verwendbar sind, ist bekannt.

Die bekannten Materialien haben mehrere Nachteile. Als Folge des starken Temperaturgefälles, dem sie ausgesetzt sind, widerstehen diese feuerfesten Stoffe ziemlich schlecht schroffen Tentpefttufindeningen. Dies macht sich häufig in einem Abblättern der feuerfesten Stoffe bemerkbar. Sie sind starr, und wenn sie Deformierungen Ober 5% und zuweilen weniger unterworfen werden, verlieren sie jede mechanische Festigkeit und verfallen zu Pulver, wenn der Druck aufgehoben wird. Sie erfordern einen vorherigen Brand bei einer Temperatur Ober 1000⁰C, damit sie zu keramischen Massen erstarren, wodurch ihnen die mechanischen Eigenschaften verliehen werden, und um das porenbildende Material zu verbrennen, das diesen feuerfesten Isolierstoffen ihre Leichtigkeit verleiht Dieses Brennen muß um so sorgfältiger durchgeführt werden, als d*s Volumen der gewünschten feuerfesten Steine wichtig ist. Hieraus ergibt sich, daß die meisten feuerfesten IsoBerzkgel und -formteile zur Zeit noch in Form von Ziegeln und Formteilen mit einem Volumen von weniger ah 5 dm³ auf den Markt gebracht werden.

to Die Errichtung eines Mauerwerks aus Hochtemperatur-IsoRersteinen wird somit teuer in bezug auf Kosten und Arbeitsaufwand.

Es gibt ferner Materialien aus feuerfesten Isolierfasern auf Bass von feuerfesten Tonen oder feuerfesten Oxiden. Diese Materialien, die im allgemeinen ein Raumgewicfat von weniger als 400 kg/m³ haben, haben ein sehr starkes Isoliervermögen und widerstehen schroffen Temperaturänderungen, haben jedoch auf Grund ihrer Struktur nur eine geringe mechanische Druckfestigkeit Sie können als Füllmaterial zwischen Blechen und einer feuerfesten Wand verwendet werden, vorausgesetzt, daß das feuerfeste Mauerwerk in keinem Fall gegen die Fasern stößt Ihre Verwendung als Leitungen für heiße Gase (Ringleitungen von Hochöfen, Leitungen in der Petrochemie) oder als Isolierung von Drehofen ist somit nicht möglich.

Die feuerfesten Fasern haben außerdem einen Herstellungspreis, der um ein Mehrfaches höher ist als der Preis der feuerfesten Isolierstoffe, wodurch ihrer

Verwendung eine weitere Grenze gesetzt ist

Bekannt sind ferner halbfeuerfeste und halbstarre Isoliermaterialien. Diese Produkte bestehen aus einem leichten Material vom Typ des Diatomits, Vermiculite und Perlits in Verbindung mit einer Mineralfaser wie

J3 Schlackenwolle oder Asbest, wobei das ganze mit feuerfestem Zement abgebunden ist. Die Schmelztemperatur dieser halbfeuerfesten Isolierstoffe schwankt zwischen 1100 und 1300° C.

Diese Materialien werden bereits in großem Umfan-

ge für die Isolierung zahlreicher Anlagen der Eisenhüttenindustrie verwendet Sie vereinigen in sich ein geringes Raumgewicht (035 bis 0,60 g/cm³), eine ausgezeichnete Temperaturwechselbeständigkeit einen niedrigen Herstellungspreis und die Fähigkeit ohne

*■> Verlust ihrer mechanischen Festigkeit gepreßt zu werden, selbst wenn die Zusammendrückung 5% übersteigt Diese Isolierstoffe eignen sich somit für die Isolierung von Mauerwerken ohne Verschlechterung ihrer wichtigen Eigenschaften.

v) Leider können diese Materialien auf Grund ihres niedi igen Schmelzpunktes nicht bei Temperaturen über 1050 bis 1100° C verwendet werden.

Das halbstarre feuerfeste Isoliermaterial gemäß der Erfindung, das einen Schmelzpunkt von wenigstens 1500° C und eine obere Temperaturgrenze für den Einsatz von wenigstens 1200° C hat, ist ein Verbundmaterial, das durch ein Raumgewicht von weniger als 03 g/cm³, vorzugsweise zwischen 0,4 und 0,6 g/cm³, und durch die folgende gewichtsmäßige Zusammensetzung gekennzeichnet ist:

Neutrales Magnesiumphosphat 12 bis 25% Erdalkalioxide Obis 5% Siliciumdioxid 50 bis 80% AI₂O₃, ZrO₂, Cr₂O₃ und/oder TiO₂ 0 bis 20% Mineralfasern 2 bis 20%

Diese Zusammensetzung zeigt, daß das Produkt keine definierte chemische Verbindung, sondern ein spezielles

Gemisch mehrerer verschiedener Materialien ist Das neutrale Magnesiumphosphat ist ein wesentliches Element beim Herstellungsverfahren. Die Erdalkalioxide sind nur vorbanden, um vollkommene Neutralität des eingesetzten Phosphats sicherzustellen. Das Siliciumdioxid und die weiteren Oxide steilen ein feuerfestes FQD- oder Zuschlagmeterial dar. Die Mineralfasern bilden eine die Schwindung verhindernde Bewehrung und tragen mit dazu bei, Leichtigkeit und Geschmeidigkeit des Materials zu gewährleisten. ID

Diese feuerfeste Masse hat eine Druckfestigkeit, die mit dem Grad der Druckbeanspruchung steigt und wenigstens bei den folgenden Weiten Regt:

Zusaimntftdrijckuiig Druckfestigkeit

1,96 bar
43 bar
93 bar

Das isoßerverrnegen dieses Materials ergibt sich aus setner Wärmeleitfähigkeit, die nicht höher ist als 039 W/(km) bei 400⁰C und 0.41 W/(ksn).

Das isoliermaterial gemäß der Erfindung hat die Form von Blöcken oder Platten mit Standardabmessungen oder von Formteilen nach Bedarf und kann ²~> geschnitten und bearbeitet werden. Es kann beispielsweise vorteilhaft für die folgenden Zwecke verwendet werden:

1) Isolierung der Winderhitzer von Hochöfen zwischen _M Blech und feuu fester Innenauskleidung sowie Isolierung der Heißwindlei'ungen, ^Jie die Winderhitzer mit dem Hochofen verbinden;

2) Isolierung der Seitenwände der Gewölbe von Wärmebehandlungsöfen der Eisenhüttenindustrie; _K

3) Isolierung von Primäröfen der Anlagen in der Erdölindustrie und Petrochemie, wie Kracköfen und Reformieranlagen;

4) Isolierungen von Elektrolysebehältern aus Aluminium und Nichteisenmetallen; _4n

5) Isolierung von Glaswannenöfen;

6) Herstellung von isolierenden Gießtrichtern für den Strahlguß.

Gemäß der Erfindung wird der feuerfeste Stoff hergestellt, indem ein wäßriges Gemisch von Silicium- ⁴^ dioxid. Magnesiumoxid, gegebenenfalls Erdalkalioxiden, Mineralfasern und wenigstens einem sauren Magnesiumphosphat gebildet, das Gemisch in eine Form gegossen, der Gelbildung und anschließend der Härtung bei Umgebungstemperatur durch Bildung von hydrati- >«> sierten neutralen Phosphaten überlassen und dann im Ofen auf 100 bis 350° C erhitzt wird, um wenigstens 75% des darin enthaltenen Wassers zu entfernen.

Die Anteile der Mineralstoffe hängen von der gewünschten Zusammensetzung des herzustellenden ^v> Produkts ab. Die Wassermenge im Ausgangsgemisch kann zwischen 70 und 140% des Gewichts der Mineralstoffe liegen.

Zur Bildung des Gemisches wird vorzugsweise zuerst die gewünschte Menge der Mineralfasern, des Silicium- *o dioxide, Magnesiumoxids und der Erdalkalioxide in Wasser dispergiert Nach Homogenisation des Gemisches wird ein Produkt, das P₂O₅ enthält, eingeführt. Anschließend wird in Formen gegossen. Nach einigen Minuten bildet sich das weiche Gel. Man läßt die Neutralisationsreaktion bis zur Bildung des harten Gels vonstatten gehen. Diese Reaktion ist auf die fortschreitende Sättigung des sauren Phosphats an neutralem Phosphat zurückzuführen, das mii einer gewissen Zahl von Wassermolekülen kristallisiert. Die Masse bindet in etwa 15 Minuten ab. Die BIctcke können dann aus der Form genommen und für die Dehydratisierung in den Ofen gegeben werden. Wählend der Dehydratisierung werden wenigstens 75%, vorzugsweise 85 bis 90% des Wassers entfernt Die Anwesenheit der Fasern verhindert, daß der lineare Schwund während des Trockvsns des Materials stärker ist als 2%. Das Material nimmt somit die gewünschte Leichtigkeit ohne Zusatz von Ausbrennstoffen an. Der Rest des Wassers verschwindet während des Gebrauchs im Laufe des Erhrtzens.

Das als Ausgangsmaterial verwendete Siliciumdioxid kanu in beliebiger Form, auch in Form von Sand oder Gestein, die nicht vollkommen trocken sind, zugesetzt werden. Ein Teil des Siüciumdioxids kann durch AI2O3, ZrO₂, Cr₂Oj und/oder TiO₂ ersetzt werden. Als Magnesiumoxid eignen sich gesinterte Magnesia, kaustisches Magnesiumoxid, Giobbertit und gefälltes Magnesiumcarbonat Diese Materialien können ohne weiteres bis zu 10% Verunreinigungen enthaften, die aus anderen Oxiden bestehen. Diese festen Bestandteile müssen in Korngrößen von weniger als 2 mm, vorzugsweise weniger als 1 mm, vorliegen.

Als Mineralfasern eignen sich beispielsweise Asbest aus der Gruppe der Atfiosite, Fasern mit 45 bis 50% Tonerde, reine Tonerdefasern oder andere Fasern aus feuerfesten Mineralien. Sie können zu einer oder mehreren Arten gehören.

Das P₂Os kann in Form des pulverförmigen Anhydrids, in Form von Phosphorsäure in Lösung oder in Form von sauren Magnesiumphosphaten zugesetzt werden.

Einer der Großen Vorteile des Verfahrens besteht darin, daß es die Herstellung des Produkts in jedem Einheitsvolumen ermöglicht, das einer rationellen Trocknung zugänglich ist Es können sowohl Stücke mit einem Volumen von 1 m^J als auch Partikel von geringem Volumen oder von komplizierter Form hergestellt werden.

B e i s pi i e I

In 1251 Wasser werden die folgenden Stoffe gemischt:

85 kg Quarzsand auf 75 μΐη gemahlen,

3 kg langfaseriger Amosit-Asbest,

4 kg kurzfaseriger Amosit-Asbest

8 kg gesintertes Magnesiumoxid, auf 75 μπι gemahlen.

Der erhaltene Brei wird homogenisiert, worauf 14,5 kg einer 85%igen Phosphorsäurelösung zugesetzt werden. Anschließend wird erneut wenigstens 2 Minuten homogenisiert, worauf die Masse in eine 200-1- Form gegossen wird. Die Reaktion der Phosphorsäure beginnt sofort und hat zur Folge, daß das Gemisch in 20 Minuten in ein hartes Gel umgewandelt wird. Das Stück wird aus der Form genommen und 48 Stunden in einem Ofen bei 200⁰C getrocknet Ein Schwund von 04% wird festgestellt

Der auf diese Weise hergestellte Hochtemperaturisolierkörper hat die folgende gowichtsmäßige Zusammensetzung:

Neutrales Magnesiumphosphat 144%
Magnesiumoxid 03%

liciumdioxid	74.7%
jsern	104%
at die folgenden Eigenschaften:
aumgewicht bei 20"C	046 g/cm3
lumgewicht bei .1000° C	048 g/cm3
esamtporosität	77%
altdrcckfestigkeit:
5%	27 bar
15%	5,9 bar
30%	13,7 bar

Nachschwund:

24Std.beil2O0°C 13%

24 Std. bei 1400° C 14%

Schmelzpunkt 1680°C Obere Grenze der

Gebrauchstemperatur 1400⁰C Wärmeleitfähigkeit in W/(km):

200⁰C 0,128

400° C 0,144

600°C 0,188

800° C 0,207

1000°C 0,221

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Halbstarres feuerfestes Isoliermaterial mit einem Schmelzpunkt von wenigstens I500°C und einer GebrauchstetnperaUirgieiue von wenigstens 120CC, gekennzeichnet durch ein Raumgewicht von nicht mehr als 0^9 g/cm³ und die folgende gewichtsmäßige Zusammensetzung: