DE2339139C3

DE2339139C3 - Verfahren zur Herstellung eines feuerfesten keramischen Isoliersteins

Info

Publication number: DE2339139C3
Application number: DE2339139A
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl.-Ing. Dr.- Ing. 6000 Frankfurt Ehlert
Original assignee: OTAVI MINEN AG 6000 FRANKFURT
Current assignee: OTAVI MINEN AG 6000 FRANKFURT
Priority date: 1973-08-02
Filing date: 1973-08-02
Publication date: 1979-09-27
Also published as: DE2339139A1; DE2339139B2; ATA630674A; LU70640A1; BE818401A; NL7410354A; AT360412B; IT1032067B; FR2239432A1; GB1478904A; CH605457A5; FR2239432B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines feuerfesten keramischen Isoliersteins unter Verwendung von geblähtem Perlit als Porenbildner.

Keramische Isoliersteinc sind Baustoffe für Industrieöfen, die in besonderem Maße gegen Wärme isolieren. Sie werden hauptsächlich zur Hintermauerung bei hoher Korttakttemperatur und feuerseitig 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 daher hochporös und besitzen meist Raumgewichte zwischen etwa 0,3 und 1,6 g/cm·¹. 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 Vermikulit, Kieselgur, Asbest oder geblähter Perlit zugesetzt werden.

Die entweder mittels geeigneter Bindemittel wie z. B. Portland-, Tonerdeschmelzzement, kalt bzw. hydrothermal gebundenen oder im keramischen Brand hergestellten bekannten Isoliersteine finden ihre Anwendungsgrenze in der Regel in Temperaturbereichen zwischen 800 bis 1100° C, da bei diesen Temperaturen, bedingt durch Versinterung, 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 15% verbunden, so daß die Abmessungen der gern brannten 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 ist ein VerEa^vjren zur Herstellung eines feuerfesten keramischen Isoliersteins unter Verwendung von geblähtem Perlit als .Porenbildner mit den im Kennzeichen des An-Spruches 1 aufgeführten Maßnahmen.

Das Bindemittel-Gerüst kann z. B. aus Portlandoder Tonerdeschmelzzement bestehen. Es setzt sich im wesentlichen aus gesintertem Calciumsilikat und -aluminat zusammen. Die verglaste Außenhaut der

»5 Poren hai: im wesentlichen die Zusammensetzung des geschmolzenen geblähten Perlits.

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

Darüber hinaus ist aus der schweizerischen Patentschrift 452 657 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 P'artikeln aus verschäumten natürlichen oder künstlichen Silikaten eingemischt weiden, das Gemisch gelormt wird und die Formkörper bei Temperalurcn oberhalb des Schmelzpunkts der eingelagerten Schaumparlikeln derart gebrannt werden, daß die Zellstruktur der letzteren verlorengeht und an Stelle det Partikeln von einer Glashaut umschlossene Hohlräume entstehen. Bei den Verfahrensprodukten handelt es sich nicht um keramische Isoliersteine auf der Basis von Perlit, sondern um poröse keramische Formkörper, deren Poren aus verschäumten Silikaten hergestellt wurden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Rohlinge entweder durch Strangpressen oder in Formen dur^h Rütteln, Vibration oder leichtes Pressen hergestellt und anschließend einem keramischen Brand unterzogen. Bei geeigneter Grünsteinfestigkeit, z. B. bei kaltgebundenen Produkten, kann der keramische !(rand auch in situ, d. h. im eingebauten Zustand, im Ofen erfolgen.

Der keramische Brand ist derart zu führen, daß uas gebHihtc Pcrlitkorn in der das Gerüst bildenden

Masse schmilzt und an Stelle einer ursprünglichen offenen Pore eine geschlossene, mit einer verglasten Außenhaut versehene Pore bildet.

überraschenderweise 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 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhal- ™ tenen 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 Festigkeitsrückgarm besitzen und nicht mehr verwendbar sind.

Ein weiterer Vorteil bedeutet die hei kaltgebundcnen Steinen geringe Brennschwindurig. Sie ist in allen Fällen geringer als 1%, 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 schwindungshernmende Wirkung des Kyanitzusatzes noch verstärkt.

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

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

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 Isolierstciiic mit Rohdichten zwischen etwa 0,3 und 1,6 g/cm' und Porositäten zwischen etwa 90 und 45%> hergestellt werden können. Im Falle des Zusatzes von Schamotte werden besonders hochwertige Erzeugnisse erzielt, wenn die Zusatzmenge 20 bis 80 Gewichtsprozent, insbesondere 43 bis 57 Gewichtsprozent beträgt.

Gut isolierende Steine mit hoher Kaltdruckfestigkeit und einem Anwendungsbereich bei hohen Temperaturen bis etwa 1500 ' C werden aus Trockenmassen hergestellt, die 75 bis 96 Gewichtsprozent Bindemittel und 4 bis 25 Gewichtsprozent geblähtes Peijit 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 0,1 N/mm² aufgewendet werden. Diese Verfahrensweise gestattet es, die Rohdichte der Steine bei konstanter Zusammensetzung der Rohmasse zu variieren.

Die Rohlinge werden anschließend einem keramischen Brand unterworfen, der je nach Zusammensetzung der Steine zwischen 1100 und 1300⁰C durchgeführt wird, wobei gewährleistet sein muß, daß die geblähten Perlitkörner schmelzen und Poren mit einer verglasten Außenhaut bilden.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Isoliersteine, die somit im wesentlichen aus feuerfestem Bindemittelgerüst und a^s geblähtem Perlit gebildeten, verglasten geschlossenen Poren bestehen, besitzen Porositäten zwischen 45 und 90°/o und Kaltdruckfestigkeiten zwischen 0,5 und 5 N/mm-. Ihr besonderes Einsatzgebiet liegt zwischen 1000 und 1500° C. Die Wärmeleitzahlen bei 1000° C schwanken in Abhängigkeit von der Rohdichte im allgemeinen zwischen 0,18 und 0,52 W/ mK. Diese Eigenschaften der Steine können durch die genannten weiteren Zusätze variiert werden.

An Hand des folgenden Beispiels wird die Erfindung näher erläutert:

Beispiel

In einem Freifallmischer wurden 8 Gewichtsprozent geblähter 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. Danach werden die Rohlinge einer achtstündigen Härtung unter Wasserdampf unterworfen. Der keramische Brand erfolgte später in situ. Die Prüfung der Steine ergab die folgenden Ergebnisse:

Rohdichte 0,7 g/cnV¹

Porasitiii 72»A,

Knltdruekfesligkeit 2,2 N'Tnm²

Anwendiingsgrcnzc (ASTM) 1250 C

Schwindung bei !200'C 5

(DlN 51066) 0,8'Yo

Claims

Potentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines feuerfesten keramischen Isoliersteins unter Verwendung von Perlit als Porenbildner, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemenge aus einer CaO- und ggf. einer SiO.,-Komponente als Bindemittel, geblähtem Perlit und Wasser zu einem Rohling geformt wird, der einer Dampfhärtung unterworfen und anschließend derart gebrannt wird, daß das Bindemittelgerüst versintert und aus den geblähten Perlitkörnern eine verglaste Außenhaut entsteht und die Außenhaut eine geschlossene Pore bildet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemenge aus 75 bis 96 Gew.-°/o Bindemittel und 4 bis 25 Gew.-^o/o geblähtem Perlit, insbesondere aus 88 bis 92 Gew.-°/o Bindemittel und 8 bis 12 Gew.-⁰/» geblähtem Perlit, bezogen auf die Trockensubstanz, verwendet wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemenge verwendet wird mit einem Gehalt an zusätzlichen gekörnten, feuerfesten Produkten, insbesondere an Schamotte mit Zusatzmengen von 43 bis 57 Gew.-%>.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Formgebung mittes Vibration und gegebenenfalls unter einem leichten Preßdruck bis maximal 0,1 N/mm² erfolgt.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der keramische Brand in situ durchgeführt wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemenge verwendet wird, dem Kyanit bis zu 20 Gew.-°/o, bezogen auf die Trockensubstanz, zugemischt wird.