DE2352188A1

DE2352188A1 - Feuerfeste waermeisolierplatte und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2352188A1
Application number: DE19732352188
Authority: DE
Inventors: Vincent Edward Mellows
Original assignee: Foseco Trading AG
Current assignee: Foseco Trading AG
Priority date: 1972-10-19
Filing date: 1973-10-18
Publication date: 1974-05-02
Also published as: FR2203789B1; AT344581B; ES419794A1; CA1014691A; NL173743C; GB1410043A; JPS4974709A; AU6096473A; BR7308153D0; BE806309A; ZA738116B; ATA888073A; SE393598B; NL173743B; NL7314447A; US3933513A; FR2203789A1; IT999660B; IN139065B; DE2352188C3

Description

PATENTANWALT DR. HANS-GUNTHER EGGERT, DIPLOMCHEMIKER

5 KÖLN 51, OBERLÄNDER UFER 90

Köln, den 17. Okt. 1973 Eg/Ax /185

Foseco Trading AG., Langenjohnstrasse 9, Chur (Schweiz). Feuerfeste Wärmeisolierplatte und Verfahren zu ihrer

Herstellung

Beim Gießen von geschmolzenem Metall zur Herstellung von Blöcken ist es üblich, das Metall des Kopfendes des Blocks thermisch zu isolieren, während man den Körper des Blocks abkühlen und erstarren läßt. Geschmolzenes Metall vom Kopfende fließt dann zum Körper des Blocks als Ausgleich für die Schrumpfung beim Erstarren und zur möglichst weitgehenden Ausschaltung der Lunkerbildung. Diese Wärmeisolierung wird im allgemeinen durch Ausfüttern der Innenseite der Kokille an ihrem Kopfende (oder in der Warmhaube, wenn es sich um Kokillen mit Warmhauben handelt) mit mehreren vorgeformten Platten oder einer Schicht aus feuerfestem Wärmeisoliermaterial erreicht. Der Einfachheit halber werden diese Materialien gewöhnlich als Futter des Kopfendes (im englischen Sprachgebrauch "hot tops" oder "hot top linings") bezeichnet.

Bisher wurden diese Platten gewöhnlich aus einem Gemisch aus körnigem feuerfestem Material, gewöhnlich Silicasand, Fasern organischen oder anorganischen Ursprungs und Bindemittel hergestellt. Zur Erzielung von Warmfestigkeit, verbesserter Wärmeisolierung und Widerstand gegen das Eindringen von geschmolzenem Metall werden häufig Asbestfasern verwendet, deren Verwendung jedoch in zunehmendem Maße durch Gesetze und Bestimmungen, die die Verwendung von Asbest verbieten, beschränkt wird. Ferner zieht die Verwendung von Kieselsäure in zunehmendem Maße Kritik als mögliche Ursache der Silikose

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auf sich.

Abgesehen davon, daß die Verwendung anderer Materialien anstelle von Siliciumdioxyd und Asbest teurer ist, ist es bemerkenswert, daß die Herstellung feuerfester Wärmeisoliermaterialien nach dem Verfahren der Entwässerung von Aufschlämmungen unter Verwendung synthetischer feuerfester Fasern (z.B. Aluminosilicatfasern und Calciumsilicatfasern) schwieriger ist als unter Verwendung von Asbest.

Bei einem der üblichen Verfahren zur Herstellung dieser Materialien wird eine wäßrige Aufschlämmung der notwendigen Bestandteile gebildet und diese Aufschlämmung auf einem Sieb entwässert. Hierbei bleibt eine feuchte Schicht von abgeschiedenen Peststoffen zurück, die anschließend vom Sieb genommen und in einem Ofen unter Bildung einer trockenen Platte getrocknet wird. Um der Aufschlämmung optimale Eigenschaften zu verleihen., ist es seit langem üblich, dem Gemisch einen gewissen Anteil an Papiermasse oder Asbest zuzusetzen. Hierdurch werden den Aufschlämmungen ausgezeichnete Entwässerungs- und Suspendiereigenschaften verliehen, so daß anschließend eine Wärmeisolierplatte mit im wesentlichen gleichmäßiger Dicke und ausgezeichneter Oberflächenbeschaffenheit erhalten wird. Bei gewissen Anwendungen, z.B. beim Vakuumguß, ist die Anwesenheit von Papierfasern oder anderem organischem Material nachteilig, da Gase entwickelt werden, die leicht im erstarrenden Metall eingeschlossen werden und Fehler im fertigen Block oder im fertigen Metallprodukt, z.B. in Walzblechen, verursachen. In gewissen Fällen kann diese Gaserzeugung im Betrieb eine Verschlechterung des angelegten Vakuums zur Folge haben. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß das Wärmeisolierfutter zu thermischem Abbau und damit zu einer· Verschlechterung der Festigkeit des Futters neigte wenn die Platten auf heiße Kokillen oder Warmhauben aufgebracht werden. Im modernen Stahlwerksbetrieb ist es in zunehmen-

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dem Maße üblich, daß die Kokillen und Warmhauben beim Abstreifen der Blöcke sehr heiß sind, und daß die Kokillen und Warmhauben sofort zur Ausfütterung zurückgeführt werden. Demgemäß können sie noch eine Temperatur von 200 bis 600°C haben, wenn das neue Futter aufgebracht wird. Diese Nachteile bei diesen Anwendungen stehen der Verwendung von Papiermasse entgegen. Wenn sie jedoch in einer Aufschlämmung, die auch asbestfrei ist, weggelassen wird, wird die Entwässerung sehr schwierig, und die Bildung einer homogenen Aufschlämmung kann sogar unmöglich sein.

Gemäß der Erfindung wird eine feuerfeste Wärmeisolierplatte aus einer Masse gebildet, die aus 84 bis 35 Gew.-% eines schweren feuerfesten Füllstoffs oder Magerungsmittel, 6 bis 55 Gew.-^ eines feuerfesten Fasermaterials unter Ausschluß von Asbest, 0,5 bis 10 Gew.-% eines stark quellenden Tons, 1 bis 10 Gew.-% eines Bindemittels und OjOl bis 2 Gew.-^ eines Flockungsmittels für den Ton und 0 bis 10 Gew.-% eines leichten feuerfesten Füllstoffs oder Magerungsmittels besteht. Die Platte ist frei oder im wesentlichen frei von Cellulosefasern.

Die Erfindung umfasst ferner die Herstellung von feuerfestem Wärmeisoliermaterial nach einem Verfahren, das

eine dadurch gekennzeichnet ist, daß man/Menge einer wäßrigen Aufschlämmung der vorstehend genannten Bestandteile gegen eine perforierte Oberfläche entwässert und hierbei eine feuchte Feststoffschicht bildet und die Schicht entfernt und trocknet. Dieses Verfahren kann in üblicher Weise ohne Schwierigkeiten durchgeführt werden. Es hat sich gezeigt, daß ohne Verwendung des Flockungsmittels für den Ton die Entwässerung der Aufschlämmung schwierig und zeitraubend ist, und daß es in extremen.Fällen, in denen andere Fasern anstelle von Asbest verwendet werden, völlig unmöglich ist, eine homogene Isolierplatte mit gleichmäßi-. gen Abmessungen herzustellen.

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Die verwendeten Massen können aufgrund, der Wahl des Systems aus Ton und Flockungsmittel-, durch dessen Verwendung die durch Weglassen der Papierraasse aus der Aufschlämmung bedingten Herstellungsnachtsile und -Schwierigkeiten ausgeschaltet werden,, durch Entwässerung unter Bildung von Platten geformt werden» Wenn der Ton aliein, z.B. 10 Gew.-/a Bentonite und kein Flockungsmittel verwendet wird, sind die Entwässerungseigenschaften einer wäßrigen Aufschlämmung der Bestandteile so schlecht ₃ daß die Entv,'ässerung praktisch unmöglich ist, obwohl die Suspension und Homogenität der Aufschlämmung befriedigend sein können. Bei Verwendung von 5$ Bentonit ohne Flockungsmittel sind die Entwässerungszeiten nooh sehr lang (z.B. 5 Minuten)«, Sobald jedoch ein geringer Anteil des Flockungsmittels einbezogen wird, verkürzt sich die Entwässerungszeit sohneil auf ein wi-rtsohaftliehes und praktisches Maß. Vorzugsweise wird der Anteil des Tons in der Aufschlämmung im Einklang mit befriedigenden Suspensions- und Entwässerungseigenschaften der Aufschlämmung möglichst niedrig gehalten. Höhere Tonkonzentrationen können zu schlechter Trockenfestigkeit der Platten führen und bergen die Gefahr einer Verstopfung der Siebe bei den zur Herstellung verwendeten Maschinen in sich.

Die verwendete-Menge des Flockungsmittels muß genügen, um den Ton unter Erzielung guter Entwässerung ausreichend auszuflocken. Das Flockungsmittel spielt jedoch außerdem eine doppelte Rolle als oberflächenaktives Mittel-, das dazu beiträgt, das feuerfeste Fasermaterial und die Füllstoffe in der Aufschlämmung zu dispergieren. Zu große Mengen des Flockungsmittels sind zu vermeiden, und zwar aus WirtschaftlichkeitsgrUnden und bei Verwendung .von oberflächenaktiven Mitteln, die zu Schaumbildung neigen,, zur Vermeidung zu starker 3oiiaumbildung der Aufschlämmung während des Mischens. Darübei³ hinaus besteht bei einer zu hohen Konzentration des FloelcuagSiaittels die Ge

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daß Bestandteile der Aufschlämmung von niedriger Dicht© in einer Schaumschicht eingeschlossen werden, wodurch ein Endprodukt, das unerwünscht ungleichmäßig ist, gebildet wird α

Vorzugsweise werden die Mengenanteile der Bestandteile so gewählt, daß eine fertige trockene Platte einer Dichte von 0,1 bis 1,1 g/cnr erhalten wird=,

Als schwerer Füllstoff bzw» als schweres Magerungsmittel mit eineßi Raumgewicht von mehr als 1,2 g/onr wird vorzugsweise keine Kieselsäure (zur Vermeidung der Gefahr der. Silikose), sondern ein feuerfestes Silikat, z.B. Zirkonsilicat oder Olivin, oder ein Oxyd, z.B. Zirkonoxyd, Tonerde und Magnesiumoxyd, verwendet,,

Als feuerfeste Fasermaterialien eignen sich reine AIu= minosilicate oder Galciumsilicate sowie Glasfasern,, Gesteinswolle, Mineralwolle und Schlackenwolle_o

Als stark quellender Ton wird vorzugsweise ein Ton vom Bentonittyp, z.B. Natriumbentonit, verwendet»

Als Bindemittel können die üblicherweise zur Herstellung von feuerfesten Wärmeisoliermaterialien eingesetzten Bindemittel, Z₀B₀ Kunstharze (Harnstoff- oder Phenol-Formaldehydharze), oder Stärke verwendet werden„

Als Flockungsmittel und oberflächenaktives Mittel für den Ton kommen die verschiedensten Materialien infrageo Für Tone vom Bentonittyp werden als Flockungsmittel quaternäre Ammoniumsalze, ZoB₀ quaternäre Dialkylammoniumchlorlde mit 6 bis 20 C-Atomen im Alkylrest^ bevorzugt«

Als gegebenenfalls verwendete leichte feuerfeste Füllstoffe oder Magerungsmittel, d_oh» solche mit einem Raumgewicht von weniger als O₅J g/cm , eignen sich beispielsweise Kieselgur, expandierter Perlit oder Vermiculit, Flugasche ("fly ash floaters"), hohle Aluminiurnoxyd-Mikrokugeln, caleinierber Diatomit, calcinierte Puzzolanerde oder

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oaleiniert-e Reishülsen.

Beispiel 1 Silikamehl 73,0 %

Leichtes Magerungsmittel 4,0%

Anorganische Fasern 14 _s5%

Organisches Bindemittel 6^0$

Hatriumbentonit 2.,0^?

Quaternäres Di&lkjr !ammonium -

ohlorid " 0,5$

In einem Hydr©pulper wurde eine wäßrige Aufschlämmung der vorstehend genannten Bestandteile hergestellt. Die Aufschlämmung ward© in eine Form, bei der eine Seite aus einem durchlässigen Sieb oder Netz bestand, gepumpt η bis genügend Aufschlämmung zur Bildung einer trockenen Platte von VJ buh Dicke eingefüllt war. Auf die Oberfläch® der Aufschlämmung wurde dann Überdruck (2₃8 kg/anf') su.r Einwirkung gebracht _s wodurch das gesarate überschüssige Masser- aus der Platte ausgepresst wurde. Die En.twM.sssrungs zeit betrug ^O Sekunden,, Die gebildete " grüne'⁵ Platte wurde in einen bei 150 C gehaltenen Trockenofen überführt * Die gebildete fertige getrocknete und gehärtete Platts hatte sine Dichte von 0^,80 g/cwP und eine Qiierfestigkeifc von 14 kg/oüi"» Die Gesamtdimensionen und die Oberfläche der gehärteten Platte waren ziemlich glatt., ein Zeichen, daß die Aufschlämmung während des FormungsVorganges homogen war«,

Beispiel 2

Peiner Olivinsand 80,,0 Gew.-Teile

Matriumbentonit 2,5 ^K

Schlackenwolle 7^3 "

Organische Bindestoffe 5^.0 ^t3

Quaternäres DlaHrylaiumoniumchlorid 1,0 Gew.-Teil

Die in Beispiel I beschriebene Arbeitsweise wurde mit

entsprechenden guten Ergebnissen angewandt« Di© fertige Platte hatte eine Dichte von 1-, 15 g/cnr.. Die erforderliche Entwässerungszeit betrug 75 Sekunden für eine Platte einer Dicke von 27 mm.

Beispiel 3

Feuerfester feinteiliger Füllstoff ßk_S2$ Anorganisches Fasermaterial ΛO₃ 5$

Organisches Bindemittel 4,0$

Oberflächenaktives Mittel und
Flockungsmittel 0,3%

Natriumbentonit 1,0$

Platten einer Dicke von 40 mm konnten durch Entwässerung einer wäßrigen Aufschlämmung dieser Bestandteile bei einer Entwässerungszeit von 35 Sekunden hergestellt werden. Die fertige getrocknete Platte hatte eine Dichte von 0,85 g/cm⁵.

Beispiel 4

Leichter Füllstoff k _s0%

Sand 83 ,,7$

Anorganisches Fasermaterial 7s>0%

Organisches Bindemittel k_s0%-

Oberflächenaktives Mittel/

Flockungsmittel 0,3$>

Natriumbentonit 1,0?ί

Platten einer Dicke von 25 mm konnten aus einer wäßrigen Aufschlämmung dieser Bestandteile bei einer Entwässe= rungszeit von 40 Sekunden gebildet werden. Die fertigen trockenen Platten hatten eine Dichte von O„95 g/cm-^o

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Claims

Patentan sprüche

1. Feuerfeste Wärmeisolierplatte, hergestellt aus einer Masse der folgenden Zusammensetzung: 84 bis 35 Qew.-% eines schweren feuerfesten Füllstoffs

oder Magerungsmittel, 6 bis 55 Gew.-% eines feuerfesten Fasermaterials

unter Ausschluß von Asbest, 1 bis 10 Gew.-% eines Bindemittels und 0 bis 10 Gew.-^ eines leichten feuerfesten Füllstoffs

oder Magerungsmittel,

dadurch gekennzeichnet, daß die Platte 0,5 bis 10^ eines stark quellenden Tons und 0,01 bis 2% eines Flockungsmittels für den Ton enthält und frei oder im wesentlichen frei von Cellulosefasern ist.

2. Feuerfeste Wärmeisolierplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als schweren feuerfesten Füllstoff ein feuerfestes Silikat oder Oxyd enthält.

J5. Feuerfeste Wärmeisolierplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie als feuerfestes Fasermaterial Mineralwolle, Schlackenwolle, Gesteinswolle oder Glasfasern enthält.

4. Feuerfeste Wärmeisolierplatte nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Ton einen Bentonitton enthält.

5· Feuerfeste Wärmeisolierplatte nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Flockungsmittel ein quaternäres Ammoniumsalz enthält.

6. Feuerfeste Wärmeisolierplatte naoh Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Bindemittel ein Harnstoffharz oder Phenol-Formaldehydharz enthält.

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7. Feuerfeste Wärmeisolierplatte nach Anspruch 1 Ms 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie als leichten feuerfesten Füllstoff Kieselgur, expandierten Perlit^ expandierten Vermiculit, Flugasche, Flugasche—"floaters", hohle Aluminiumoxyd-Mikrokugeln, calcinierte Puzzolanerde und/oder calcinierte ReishUlsen enthalte

8. Verfahren zur Herstellung von feuerfesten Wärmeisolierplatten nach Anspruch 1 bis 7* dadurch gekennzeichnet, daß man eine Menge einer wäßrigen Aufschlämmung eines Feststoffgemisches der in Ansprach 1 genannten Zusammensetzung gegen eine perforierte Oberfläche entwässert und hierdurch eine feuchte feste Schicht bildet und die so gebildete Schicht entfernt und trocknet.