DE2162747B2 - Verfahren zur Herstellung von Wärmespeichersteinen - Google Patents

Description

betriebene Wärmespeicheröfen dadurch ge- la P _vorheri jemperung ^^^Ä?

k e η η ζ e i c h η e t, daß als Bindemittel 1 bis 8, ™ _Feuchtigkeitsaufnahme aus C. r Luft auf.

vorzugsweise 2 bis 4 Gewichtsprozent Ton, 0,2 ^e ^_n von Wasserglas bedingt - !schnelle Ws T! vorzugsweise 0,4 bis 0,8 Gewichtsprozent io ^^e;S_{ng de}r fertigen Masse zu gepre,.η Ste.nen.

Natriumpolyphosphat und Wasser zugesetzt die Vererbe tug^ _Natriumpolyphosphat m der fur

Ste ne "ach der Formgebung getrocknet und bei Bam^ En a _Stdnfestigkeit erforderlichen Menge

Lr Temperatur von über 400° C getempert wer- eine aus^ £^^^^^

2 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- i_S und Abwana _yJ _{ng von ange}lagertem Wasser

zeichnet, daß die Steine nach der Formgebung und hang nut _{h was sich irn} Betneb der Warrne-

T ocknung bei 600°C im Tunnelofen getempert m^temb£. _{dner deutlichen} Korrosion der metall,-

werden. _dadurch S Umhüllungen bzw. Abdeckungen und m eine.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch se _]ä j _{g au}ß_ert.

gekennzeichnet, daß für die Steine oder emeMasse »ο Geroctob ^^ _festgestellt werden daß be.

zur Einbettung der elektrischen Heizleiter em Ma- /.usa _{incn mit na}triuinhaltigen chemischen

gnesiasinter mit über 95% MgO und ein Ton mi ^armesp _insbesondere bei der Verwendung von

einem Alkaligehalt (Na₂O + K₂O) von maximal ^Jm.Ue _{die elekuische} Leitfähigkeit bei Tempera-

1% und einem Fe₂O₃-Gehalt von max.mal 2 „ ver- Wasserg^ , _c ^.^ _{d daüU}r_ch bereits

wendet wird. ²⁵ ^ elektrische Durchschlagfestigke.t der Gerate be-

ΝΑ DT^dOS 1 646 665 ist ein Wärmespeicher-

stein auf der Basis Magnesit, Chromerz Ohvm m, L Bindemitt-l aus fettem Ton und/oder Zement 3o ^eine" ^Bindemi _bj; 2QO/ bekannt, wobei unter anderem

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung m Hone ν /o^ _und ^. _feuerfesten Steinen

von Wärmespeichersteinen mit chemischer B.ndung en^ Oenwι _Bin£f_{emiuel we}gen ihrer Schädlichkeit für elektrisch betriebene Wärmespeicheröfen. M, en sollen Da der Stein lediglich durch Ton, Ze-

Bei elektrisch betriebenen Wärmespeicherofen wer- tenien i · _Maenesia bzw. Magnesiahydrat

den auf Grund der wärmetechnischen Anforderungen 35 ^^ent ^™ _n'f _aber seine Eigenschaften bezüglich Wp, -nespeichersteine vor allem auf der Grundlage von g^b™ wärmeleitfähigkeit und Fcuchligkeitsab-Si ter.-nagnesit, Chromerz, Olivin verwendet. Die «^¹^ _{ieb unbe}fiiedigend. S'eine haben entweder eine keram.sche Bindung oder gäbe: im Be ^_{7 m} ^ _{femer ejn feuerfester}

sij sind chemisch gebunden, was wirtschaftliche und /L^us _sinterrnagnesia und Chromerz bekannt, der v.-rfahrenstechnische Vorteile erbringt. Die chemisch 40 StoflΓ aus ^nter mg ^ _ejnem ^_{n Elektrolyt>} g ,bundenen Steine sind jedoch in der Erlangung eines «n Bindern ^ _Natriumbichromat enthält,

nohen Raumgew.chtes gegenüber keramisch gebunde- wie Natmi _eicherstein erfährt aber em deinen, bei Temperaturen im Bereich von 1500 bis 1600 C Be\ «^nem. J _ittel ^p _mit erhöhter Temperatur eine gebrannten Steinen leicht benachteiligt, da letztere^e.ne art ges^ Bindern ^ Einwirkung sowie das

zusätzliche Verdichtung einer infolge Brennschw.ndung 45 ^™"^ _Feuchtigkeit sind nachteilig.

erfahren. · , · in Her Zeitschrift »Journ. Am. Ceram. Soc.« 1950

Bei chemisch gebundenen Wärmespeichersteinen In der ^^cnr. ^ _§ ^ ^^ ^^ _($)

sind neben den Anforderungen, wie Fest.gke.t, Raum- (33), b. ^v _iarti Metaphosphat-Polymere in

gewicht, Wärmeleitfähigkeit und Temperaturwechsel- Abs ί zwar gum e _h .^ _{daraus m}

Beständigkeit insbesondere die Feuchtigkeitsabgabe im 50 Vertandung mit 10 g ^^ ^^ _Bindemiuds Betrieb, die korrosive Einwirkung der Steinkomponen- H,nwe«^u _Wärmespeichersteinen nicht zu

ten auf das eingebettete Heizleitermater.al una im Zu- zur Herstellung vo

sammenhang damit das Verhalten des Bindemittels, cnwehmen. ^ _{Erfindung bes}teht

seine Zersetzung und die Abwanderung von Bindemit- ™l£nd™ ungAnnnteti und chemisch gebunde-

telkomponenten im Betrieb zu beachten^ Um eine ge- 55 nun ^nn, den unge Grundlage von Sinterringe Feuchtigkeitsabgabe der chemisch gebundenen "^e"JrSomerf Olivin hinsichtlich seiner ver-Wärmespeichersteine im Betrieb zu gewährleisten, .st ™J^^S'¹' ^™^_Λβη, wie Festigkeit, Raumgeeinmal die Temperung der Steine erf orderl.ch, und zum ™^en"ffiSuf nähme, Korrosionsverhalten,

ken mit dem Bindemittel mit Geruchsbelast.gung zu _y^_b^^t^ⁿ^_o^ bei Wärmespeichersteinen ^""chemisches Bindemitte, der Wärmespeicher- a₅ als Bindermttel IW. Ϊ;-vorweise Il bj^Gew^htssteine kann Magnesiumsulfat zusammen mit fern- ^^^^S^wphSShat und Wasser zu-

bei einer Temperatur von über 400° C getempert werden. Durch die gleichzeitige Verwendung von Ton und der relativ geringen Menge Natriumpolyphosphat erreichen die Steine nach der Temperung eine hohe Festigkeit. Außerdem wird ein verbessertes Verhalten gegen Feuchtigkeitsaufnahme, eine gute Konsolidierung der phosphathaltigen Komponente und bei vorliegenden eingebetteten Heizleitern eine verminderte Heizleiterkorrosion erzielt. Hierdurch sind die Wärmespeichersteine ohne jegliche weitere Behandlung für den störungsfreien Einsatz in Wärmespeicheröfen, und zwar sowohl als sogenannte Beistellplatten als auch als Heizplatten mit eingeformtem elektrischen Widerstandheizelement in hervorragendem Maße geeignet.

Auf die Zugabe von Ton zum Bindemittel läßt sich ferner ein merklicher Anstieg des Raumgewichtes der Steine sowie eine günstige Temperatürwechselbeständigkeit bzw. Widerstandsfähigkeit gegenüber schroffer Luftabkühlung zurückführen.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung sollte das Bindemittel, wie an sich bekannt, in Form eines Schlickers zugegeben werden. Diese Maßnahme gestattet es, bei der relativ geringen Menge an Natriumpolyphosphat die im Zusammenwirken mit dem Ton sich ergebenden Wirkungen optimal zu erreichen. Der durch das Natriumpolyphosphat in der bevorzugten Menge von 0,4 bis 0,8 Gewichtsprozent eingebrachte P₂O₅-Gehalt des Wärmespeichersteins beläuft sich auf 0,3 bis 0,6 Gewichtsprozent.

Es wurde festgestellt, daß bei Verwendung höherer und über 8% hinausgehender Zusätze an Ton das Raumgewicht und die Wärmeleitfähigkeit der Steine abnehmen und auch bei unter 1 % liegendem Tonzusatz eine Verschlechterung der Eigenschatten hinsichtlich mangelnder Festigkeit und niedrigem Raumgewicht eintritt. Jedoch wirkt sich bei feinkornarmen Mischungen mit relativ niedrigem Gehalt an Körnung unter 0,09 mm ein an der oberen beanspruchten Grenze liegender Tonzusatz vorteilhaft auf das Raumgewicht der Steine aus.

Die für den Zusatz von Natriumpolyphosphat beanspruchte obere Grenze ist dadurch bestimmt, daß durch hohe Gehalte die Feuchtigkeitsaufnahme und die erforderliche Konsolidierung der Phosphate beeinträchtigt wird.

Die Wärmespeichersteine nach der Erfindung können direkt im Anschluß an die Formgebung in Heizkammern getrocknet werden, wobei sich gezeigt hat, daß die Gefahr von Rißbildungen nicht besteht. Die Trocknung sollte bei einer Temperatur von 8O⁰C und höher erfolgen.

Durch die beim vorliegenden Verfahren angewandte Temperung der Wärmespeichersteine soll die Abspaltung von gebundenem Wasser und flüchtigen Bestandteilen erreicht werden. Eine restlose Abspaltung des an den Ton gebundenen Wassers ist dabei nicht erforderlich. Die Temperung kann in vorteilhafter Weise bei einer Temperatur von 600° C im Tunnelofen vorgenommen werden.

Bei der Herstellung von Wärmespeichersteinen nach der Erfindung kann in vorteilhafter Weise ein Magnesiasinter mit über 95% MgO und ein Ton mit einem Alkaligehalt (Na₂O -f K₂O) unter 1 % und einem Fe₂O₃-Gehalt unter 2% verwendet werden. Eine Zusammensetzung mit diesen Stoffen ist besonders auch als Masse zur Einbettung elektrischer Heizleiter in mit entsprechenden Ausnehmungen versehenen Wärmespeichersteinen geeignet.

Beispiele	Zusammensetzung:	Zusätze:	1	2	3	4	5	53
Magnesiasinter 1 bis 5 mm, Gewichtsprozent.	Ton, windgesichtet (28 bis 30% Al2O3)						39
Magnesiasinter 0 bis 0,5 mm, Gewichtsprozent	Natriumpolyphosphat, Gewichtsprozent ....	53	53	53	53
Magnesiasinter unter 0,09 mm, Gewichts	Wasser, Gewichtsprozent ...	39	39	39	39	8
prozent	Verarbeitung:
Preßdruck, 700 kp/cm2	8	8	8	8	—
Temperung nach Trocknung, 600°/6h					1,5
Eigenschaften:	2	4	4	4	5
Raumgewicht, g/cm3 ...	0,8	0,2	0,4	0,8
Kaltdruckfestigkeit, kp/cm2	4	4	4	5	X
Biegefestigkeit, kp/cm2					X
Porosität, Volumenprozent	X	X	X	X
Wärmeleitfähigkeit bei 6000C1)	X	X	X	X	2,78
Temperaturwechselbeständigkeit2)					300
Biegefestigkeit nach 25 Abschreckungen,	2,84	2,84	2,88	2,90
kp/cm2	550	*·>*-* * 560	639	570	22
Feuchtigkeitsaufnahme bei Luftlagerung,		50	70	70	2,3
3O°C/9O% relative Luftfeuchtigkeit bis zur	20			18	über 25
Gewichtskonstanz	3,2	2,4	3,0	3,4
über 25		25	über 25	12
22		20	28
				0,3
0,1	unter 0,1	0,12	0,15

^l) Bestimmt durch stationäres Vergleichsverfahren, bei dem der konstante Wärmefluß durch zw:i zylindrische Scheiben gemessen

wird (s. Berichte der Deutschen Keramischen Gesellschaft, 1957, S. 183 bis 189). ") Erhitzen von Prismen auf 950° C und Abschreckung durch Preßluft.

Bezüglich der Körnung des feuerfesten Grundmaterials ist zu bemerken, daß diese in bekannter Weise zur Erlangung eines hohen Steinraumgewichtes und die maximale Körnung in Abstimmung mit dem Windungsabstand der verwendeten Heizleiterspiralen zu wählen

Das Verfahren zur Herstellung von Wärmespeichersteinen nach der Erfindung soll nun an Hand von Beispielen, die Wärmespeichersteine auf der Basis von Magnesia betreffen, näher erläutert werden.

Als körniges feuerfestes Grundmaterial dient eisenarmer Magnesiasinter mit etwa92 % MgO-Gehalt, einem CaO: SiO₂-Verhältnis von 0,5 und einem Raumgewicht von 3,7.4 g/cm³, bestimmt an der Körnung 2 bis 6 mm. Es kann jedoch auch eisenarmer Magnesiasinter mit einem hohen CaO : SiO₂-Verhältnis von z. B. 2,0 verwendet werden.

Bei den Mischungen nach den Beispielen wird die Sintermagnesia in einem Körnungsaufbau mit Mischungslücke benutzt. Es werden plattenartige Formkörper gepreßt, aus denen nach Trocknung und Temperung durch Herausschneiden die Prüfkörper zur Bestimmung der Festigkeit, Wärmeleitfähigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit gewonnen werden.

Die Beispiele 1 bis 4 nach der Erfindung weisen eine hohe Festigkeit und ein günstiges Raumgewicht sowie eine für chemisch gebundene Wärmespeichersteine hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Außerdem erreicht die Feuchtigkeitsaufnahme bei Luftlagerung einen Wert, der auch bei gebrannten Wärmespeichersteinen auftritt. Demgegenüber fallen im Beispiel 5 mit dem erhöhten Anteil an Phosphatbindemittel und ohne Ton die Eigenschaftswerte ab.

Claims (1)

1. ¹ ■ λ ipHoch im einzelnen mit wesentlichen Nachteilen

   sind jedoch.\m^ Verwendung von Magnesium-

   Patentansprüche: *5££ gsammenhang mit feinteiliger Magnesia zu

   ^sulf ihtn Feuchtigkeitsaufnahme der getemperten

   1 VerfahrenzurHersiellungvonWärmespeicher- ^ ^_dferner läßt ihre Festigkeit bei höheren Tem-V _l^T„l_;^«,_rRinH,,n_e auf der Grundlage 5 steine una ic _{Das Bindemitte}l Zement ver-