DE2339139B2

DE2339139B2 - Keramische Isoliersteine

Info

Publication number: DE2339139B2
Application number: DE2339139A
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl.-Ing. Dr.- Ing. 6000 Frankfurt Ehlert
Original assignee: OTAVI MINEN- U EISENBAHN-GESELLSCHAFT 6000 FRANKFURT
Current assignee: OTAVI MINEN- U EISENBAHN-GESELLSCHAFT 6000 FRANKFURT
Priority date: 1973-08-02
Filing date: 1973-08-02
Publication date: 1975-08-14
Also published as: GB1478904A; DE2339139C3; LU70640A1; FR2239432B1; ATA630674A; IT1032067B; AT360412B; DE2339139A1; BE818401A; NL7410354A; FR2239432A1; CH605457A5

Description

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Die Erfindung betrifft keramische Isoliersteine auf der Basis von geblähtem Perlit.

Keramische Isoliersteine sind Baustoffe für Industrieöfen, die in besonderem Maße gegen Wärme isolieren. Sie werden hauptsächlich zur Hintermauerung bei hoher Kontakttemperatur und feuersettig in Wänden von Stoß- und Flammofen verwendet.

Die im weiteren Sinne den feuerfesten Erzeugnissen zuzurechnenden Baustoffe nutzen die geringe Wärmeleitfähigkeit (hohe Wärmedämmfähigkeit) und Wärmekapazität der Luft aus. Sie sind dihe» hochporös und besitzen meist Raumgewichte zwischen etwa 0,3 und 1,6 g/cm³. Die poröse Struktur wird beispielsweise durch Beimengung von brennbaren, verdampfenden, vergasenden oder schäumenden Stoffen zur Rohmasse erzeugt. Des weiteren können der Rohmasse auch Porenträger wie Vermikulu, Kieselgur, Asbest oder geblähtes Perlit zugesetzt werden.

Die entweder mittels geeigneter Bindemittel wie z. B. Portland-, Tonerdeschmelzzement, Kalk und Phosphat, kalt bzw. hydrothermal gebundenen oder im keramischen Brand hergestellten bekannten Isoliersteine finden ihre Anwendungsgrenze in der Regel in Temperaturbereichen zwischen 800 bis HOO=C, da bei diesen Temperaturen, bedingt durch Versintorung, eine hohe Schwindung einsetzt, so daß die Steine ihre Isolierfähigkeit verlieren und rissig werden. Der keramische Brand ist darüber hinaus mit einer hohen Brennschwindung der Steine von etwa 8 bis IS⁰Zo verbunden, so daß die Abmessungen der gebrannten Steine stark schwanken. Daher sind die Hersteller häufig gezwungen, insbesondere zur Herstellung hochwertiger Erzeugnisse, den gebrannten Stein einer Nachbehandlung, z. B. durch Schleifen oder Schneiden, zu unterziehen, um maßgerechte Steine anbieten zu können.

Gegenstand der Erfindung sind feuerfeste keramische Isoliersteine mit an der Außenhaut verglasten Poren, gekennzeichnet durch ein Bindemittelgerüst aus hydraulischem Bindemittel, insbesondere Tonerdeschmelzzement, und überwiegend geschlossenen Poren mit verglaster Außenhaut aus Perlit.

Das feuerfeste Gerüst kann z. B. aus Portiand- oder Tonerdeschmelzzement bestehen. Es kann sich aber auch im wesentlichen aus gesintertem Calciumsilikat zusammensetzen, wenn bei der Herstellung der Steine eine vorherige hydrothermale Bindung erfolgte. Die verglaste Außenhaut der Poren hat im wesentlichen die Zusammensetzung des geschmolzenen geblähten Perlits.

Die Verwendung von Perlit für feuerfeste Steine ist bereits aus der USA.-Patentschrift 28 65 772 bekannt. Diese bekannten Steine enthalten außer Perlit zwingend ein bestimmtes Aluminiumphosphat in Mengen von 2,5 bis 5⁰O, Oxid in Mengen von 35 bis 67,5°/o und Kyanit in Mengen von 5 bis 15°/o. Auf Grund dieser Zusammensetzung reagiert das Perlitkorn bei Brenntemperaturen um 1200 C mit den anderen Bestandteilen, so daß es wegschmilzt bzw. verschwindet und der Stein zu schwinden beginnt. Diese Schwindung wird durch Zugabe von Kyanit aufgefangen. Überwiegend geschlossene Poren mit verglaster Außenhaut aus Perlit können dabei nicht entstehen.

Darüber hinaus ist aus der schweizerischen Patentschrift 492 657 ein Verfahren zur Herstellung poröser keramischer Formkörper durch Brennen oxidischer hochtemperaturbeständiger Massen in Gegenwart von Hohlräume erzeugenden Zusätzen bekannt, wonach in die trockenen oder feuchten Ausgangsmassen Partikeln aus verschäumten natürlichen oder künstlichen Silikaten eingemischt werden, das Gemisch geformt wird und die Formkörper bei Temperaturen oberhalb des Schmelzpunkts der eingelagerten Schaumpartikeln derart gebrannt werden, daß die Zellstruktur der letzteren verlorengeht und an Stelle der Partikeln von einer Glashaut umschlossene Hohlräume entstehen. Bei den Verfahrensprodukten

handelt es sieb nicht um keramische Isolierstehic auf 4er Basis von Perlit, sondern um poröse keramische Formkörper, deren Poren aus verscbäumten Silikaten hergestellt wurden.

Die Herstellung der erfindungsgemäßeu keramischen Isoliersteine erfolgt nach geeigneter Zusammenstellung der Rohstoffe mittels bekannter Verfahrensweisen. Die Rohlinge werden entweder durch Strangpressen oder in Form durch Rütteln, Vibration oder leichtes Pressen hergestellt und anschließend einem keramischen Brand unterzogen. Bei geeigneter Grünsteinfestigkeit, z. B. bei kaltgebundenen Produkten, kann der keramische Brand auch L" situ, d. h. im eingebauten Zustand, im Ofen erfolgen.

Der keramische Brand ist derart zu führen, daß das geblähte Perlitkom in der das Gerüst bildenden Masse schmilzt und an Stelle einer ursprünglichen offenen Pore eine geschlossene, mit einer verglasten Außenhaut versehene Pore bildet.

Ubeiraschenderweise hat sich gezeigt, daß die mit einem Schmelzvorgang verbundene Verglasung nicht die das feuerfeste Gerüst bildenden chemischen, hydraulischen oder tonmineralischen Bindemittel wesentlich angeschmolzen hat, wie das häufig bei der Bildung von Glasphase in ähnlichen Produkten geschieht, wodurch in der Regel eine Versinterung mit starker Festigkeitsminderung erfolgt. Vielmehr bleibt eine ausreichende Druckfeuerbeständigkeit auch dann erhalten, wenn der Stein z. B. nach dem Erkalten wieder Temperaturen ausgesetzt wird, die über der Temperatur des keramischen Brandes liegen. Es ist denkbar, daß die Glasschmelze aus der Umgebung Fremdionen aufnimmt, die die Schmelztemperatur der aus dem geblähten Perlit entstandenen Glasphase erhöhen.

Die erfindungsgemäßen keramischen Isoliersteine besitzen eine hohe Kaltdruckfestigkeit, die auf die verglasten, nahezu kugel- bis eiförmigen geschlossenen Poren zurückzuführen ist. Diese geschlossenen Poren verstärken nicht nur das Gerüst des Steins, sondern sorgen auch für eine sehr gute Wärmedämmung bzw. Isolierfähigkeit.

Ein besonderer Vorteil liegt in der Verwendungsmöglichkeit der Steine in einem Temperaturbereich zwischen etwa 1000 bis 1500° C, also in einem Bereich, in dem handelsübliche Isoliersteine bereits einen erheblichen Festigkeitsrückgang besitzen und nicht mehr verwendbar sind.

Ein weiterer Vorteil bedeutet die bei kaltgebundenen Steinen geringe Brennschwindung. Sie ist in allen Fällen geringer als l°/o, so daß die Abmessungen der gebrannten Steine in vertretbaren Toleranzen liegen und auf eine Nachbearbeitung verzichtet werden kann. Darüber hinaus kann aber auch diese Brennschwindung in bekannter Weise mittels Zusatz von rohem Kyanit völlig kompensiert werden. Die erforderliche Zusatzmenge richtet sich dabei nach der zulässigen, noch tragbaren Schwindung der Steine und muß von Fall zu Fall ermittelt werden. Durch Verwendung von besonders feinem Kyanit mit einer Korngröße unter 0,1 mm wird die schwindungshemmende Wirkung des Kyanitzusatzes noch verstärkt.

Als Rohstoffe zur Bildung des feuerfesten Gerüsts eignen sich als hydraulische Bindemittel insbesondere Portland- und Tonerdeschmelzzemente. Unter Verwendung von Kalk können in einem Hydrothermalprozeß auch calciumsilikathydratgebundene Steine hoher Grünsteinfestigkeit hergestellt werden, die nach dem keramischen Brand ein CaJciumsilikatgerüst hoher Feuerfestigkeit besitzen.

Das als Porenbildner dienende geblähte Perlit wird vorzugsweise mit Schuttgewichten zwischen 40 und 150 g/l und im Korngrößenbereich zwischen 0 und 6 mm verwendet. Es kann außerdem auch hydrophobiert sein.

Zur Erhöhung der Porosität können den Massen bekannte Ausbrenn- und Treibstoffe bzw. Luftporenbildner in Mengen bis zu etwa 3 Gewichtsprozent, bezogen auf die Trockensubstanz, zugesetzt werden.

Die Rohdichte der Steine kann außerdem mittels

bekannter feuerfester Produkte, wie z. B. Schamotte in geeigneter Körnung, oder anderer bekannter Porenträger, wie Kieselgur, Vermikulit und Asbest variiert werden, so daß feuerfeste, keramische Isoliersteine mit Rohdichten zwischen etwa 0,3 und 1,6 g/cm³ und Porositäten zwischen etwa 90 und 45% hergestellt werden können. Die Menge der Zu-

ao satzstoffe soll jedoch 80 Gewichtsprozent, bezogen auf die Trockensubstanz, nicht überschreiten. Im Falle des Zusatzes von Schamotte werden besonders hochwertige Erzeugnisse erzielt, wenn die Zusatzmenge 20 bis 80 Gewichtsprozent, insbesondere 43 bis S"⁷ Gewichtsprozent beträgt.

Gut isolierende Steine mit hoher Kaltdruckfestigkeit und einem Anwendungsbereich bei hohen Temperaturen bis etwa 1500° C werden au& Trockenmassen hergestellt, die 75 bis 96 Gewichtsprozent Binde-

mittel und 4 bis 25 Gewichtsprozent geblähtes Perlit enthalten. Besonders geeignet sind Mischungen aus 8 bis 12 Gewichtsprozent geblähtem Perlit und 88 bis 92 Gewichtsprozent Bindemittel, wobei das Bindemittel insbesondere aus Tonerdeschmelzzement besteht. Die Trockenmasse wird mit der jeweils erforderlichen Wassermenge versetzt, anschließend schonend, z. B. im Freifall-, Eirich- oder Doppelwellenmischer, gemischt und dann zu Steinen des gewünschten Formats und ausreichender Grünsteinfestigkeit geformt.

Im Fall der Verwendung von hydraulischen Bindemitteln als feuerfeste Gerüstbildner wird nach Abzug des vom geblähten Perlit adsorbierten Wassers mit Wasserzementfaktoren von 0,4 bis 0,5 gearbeitet. Die feuchte Masse wird dann in Formen gegeben und vorzugsweise mittels Vibration auf 0,3 bis 1,5 kg/1 verdichtet. Zusätzlich können Preßdrücke von maximal 1 kp/cm² aufgewendet werden. Diese Verfahrensweise gestattet es, die Rohdichte der Steine bei

konstanter Zusammensetzung der Rohmasse zu variieren.

Sehr feste Rohlinge erhält man auch, wenn man unter Verwendung einer CaO- und gegebenenfalls einer SiOi-Komponente gemäß dem Kalksandstein-

herstellungsprozeß verfährt und hydrothermalgebundene Steine erzeugt.

Die Rohlinge werden anschließend einem keramischen Brand unterworfen, der je nach Zusammensetzung der Steine zwischen 1100 und 1300° C durch-

geführt wird, wobei gewährleistet sein muß, daß die geblähten Perlitkörner schmelzen und Poren mit einer verglasten Außenhaut bilden.

Bei ausreichender Grünsteinfestigkeit kann der keramische Brand auch in situ erfolgen.

Die erfindungsgemäßen Isoliersteine, die somit im wesentlichen aus feuerfestem Bindemittelgerüst und aus geblähtem Perlit gebildeten, verglasten geschlossenen Poren bestehen, besitzen Porositäten zwischen

45 und 90% und Kaltdruckfestigkeiten zwischen 5 und SO kp/cm². Ihr besonderes Einsatzgebiet Hegt zwischen 1000 und 1500° C. Die Wärmeleitzahlen bei 1000° C schwanken in Abhängigkeit von der Rohdichte im allgemeinen zwischen 0,15 und 0,45 Kcal/m h und ^c C. Diese Eigenschaften der erfindungsgemäßen Steine können durch die oben genannten weiteren Zusätze varL.rt werden.

An Hand der folgenden Beispiele wird die Erfindung näher erläutert:

Beispiel 1

In einem Freifallmischer wurden 8 Gewichtsprozent geblähtes Perlit (Kornbereich 0 bis 3 mm, Litergewicht 70 g/l) zunächst trocken mit 25 Gewichtsprozent Schamotte A und 20 Gewichtsprozent Schamotte B sowie 47 Gewichtsprozent Tonerdeschmelzzement gemischt. Anschließend wurden 22 Gewichtsprozent Wasser (bezogen auf die Trockensubstanz) dazugegeben und 3 Minuten weiter gemischt. Die feuchte Masse wurde dann in Formen einer Vibrationspresse gefüllt. Nach kurzem Rütteln unter leichtem Druck ließen sich die Rohlinge leicht entformen und transportieren. Der keramische Brand erfolgte nach einer 24stündigen Härtung der Rohlinge. Die Prüfung der Steine ergab die folgenden Ergebnisse:

Raumgewicht 0,7 g/cm·¹

Porosität 72%

Kaltdruckfestigkeit 22 kp/cm²

Anwendungsgrenze (ASTM) 1250⁰C

Schwindung bei 1200° C

(DIN 51066) 0,8%

Beispiel 2

Gemäß Beispiel 1 wurden aus einem Gemenge aus 7 Gewichtsprozent geblähtem Perlit, 40 Gewichlsprozent Schamotte A, 45 Gewichtsprozent Tonerdäschmelzzement, 8 Gewichtsprozent Kyanft und 20 Gewichtsprozent Wasser (bezogen auf die Trockensubstanz) Feuerleichtsteine hergestellt. Die Prüfung ergab die folgenden Ergebnisse:

Raumgewicht 0,82 g/cm³

Porosität 67%

Kaltdruckfestigkeit 25 kp/cm²

Anwendungsgrenze 1300 C

Schwindung bei 1200 ~ C 0,3%

Beispiel 3

Gemäß Beispiel 1 wurden Steine aus 10 Gewichtsprozent geblähtem Perlit, 90 Gewichtsprozent Tonao erdeschmelzzement und 25 Gewichtsprozent Wasser (bezogen auf die Trockensubstanz) hergestellt. Diese Steine hatten die folgenden Prüfergebnisse:

Raumgewicht 0,65 g/cm³

Porosität 80%

Kaltdruckfestigkeit 12 kp/cm²

Anwendungsgrenze 1230° C

Schwindung bei 1200° C 0,9%

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die Zusammensetzung der Rohstoffe bzw. ihr Zusammenwirken erlauben es, großformatige Isolierblöcke, beispielsweise in Abmessungen von 600 · 1300 mm, herzustellen.

Claims

Patentansprüche:

1. Feuerfeste keramische isoliersteine mit Poren, die ait der Außenhaut verglast sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Isoliersteine aus einem Bindemittelgerüst aus hydraulischem Bindemittel, insbesondere Tonerdeschmelzzement und geblähtem Perlit, der überwiegend geschlossene Poren mit verglaster Außenhaut aufweist, bestehen.

2. Isoliersteine gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gehalt an Poren zwischen 45 und 90%.

3. Isoliersteine gemäß Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch eine Anwendungsgrenze bei etwa 1500° C.

4. Isoliersteine gemäß Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein Gehalt an zusätzlichen feuerfesten Produkten von 43 bis 57 Gewichtsprozent.

5. Verfahren zur Herstellung der feuerfesten keramischen Isoliersteine gemäß Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemenge aus Bindemittel, geblähtem Perlit und Wasser zu as einem Rohling geformt wird, der anschließend derart gebrannt wird, daß die Perlitkörner geschlossene Poren mit verglaster Außenhaut bilden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch ge- 3» kennzeichnet, daß ein Gemenge aus 75 bis 96 Gewichtsprozent Bindemittel und 4 bis 25 Gewichtsprozent geblähtem Perlit, insbesondere aus 88 bis 92 Gewichtsprozent Bindemittel und 8 bis 12 Gewichtsprozent geblähtem Perlit, bezogen auf die Trockensubstanz, verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Formgebung mittels Vibration und gegebenenfalls unter einem leichten Preßdruck bis maximal 1 kp/cm² erfolgt.

8. Verfahren zur Herstellung der feuerfesten keramischen Isoliersteine nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel eine CaO- und gegebenenfalls eine SiCh-Komponente verwendet wird und der geformte Rohling einer Dampfhärtung unterworfen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der keramische Brand in situ erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das trockene Gemenge zur Kompensierung der Brennschwindung Kyanitgehalte bis zu 20 Gewichtsprozent enthält.