DE2455500A1 - Waermeisolierende massen - Google Patents

Description

PATENTANWALT DR. HANS-GUNTHER EGGERT, DIPLOMCHEMIKER

S KÖLN 51, OBERLÄNDER UFER 90

Köln, den 3o. Oktober 1974 Rö/Me/228

FOSECO TRADING A.G., Langenjohnstrasse 9, 7ooo Chur,

Schweiz

Wärmeisolierende Massen

Die vorliegende Erfindung betrifft Fasern enthaltende

wärmeisolierende Massen, insbesondere zur'Verwendung beim Giessen von flüssigem Metall und vorzugsweise bei der Herstellung von Metallblöcken, in deren Zusammenhang ,die Erfindung insbesondere beschrieben, wird.

Beim Giessen von flüssigem Metall in eine Giessform zur Herstellung von Blöcken, beispielsweise beim Giessen von flüssigem Stahl, zur Herstellung von Stahlblöcken, ist es wichtig sicherzustellen, dass das Metall im obersten Teil der Form sich nicht zu schnell verfestigt, da dann, wenn es dies tut, die Zufuhr von flüssigem Metall.zum Kompensieren der Kontraktion des Hauptkörpers des Metallblocks durch Abkühlung und Verfestigung hemmt und der erhaltene Block Fehler, wie Risse und Hohlräume aufweisen kann. Der Kopf der Giessform oder das Kopfgehäuse, das an der Giessform befestigt ist, wird daher üblicherweise .mit einer Masse ausgekleidet, die wärmedämmend bezüglich des Wärmeverlustes durch das Kopfmetall wirkt, d.h. es wird eine wärmeisolierende Masse oder eine Masse verwendet, die Bestandteile enthält, die exotherm reagieren, wenn sie durch die Wärme des flüssigen Metalls beaufschlagt werden, um so Wärme an das Kopfmetall abzugeben.

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In den letzten Jahren wurde verstärkt Gebrauch von Ausklei-' dungsmassen gemacht, die ein körniges oder pulverförmiges, feuerfestes, wärmeisolierendes Material, faserartiges Material und ein Bindemittel enthielten. Obwohl verschiedene Fasermaterialien verwendet wurden, wurden aufgrund ökonomischer Überlegungen als sehr geeignet entweder ein an sich billiges organisches Fasermaterial, wie Papierfasern, oder Abfallfasern gefunden. Es wurde ferner vorgeschlagen, in derartige Massen einen Anteil eines feuerfesten Fasermaterials, d.h. Asbest, zu verwenden. In einigeh Fällen jedoch kann das feuerfeste Fasermaterial die Gesamtheit des vorhandenen Faseranteils bilden.

Derartige Massen sollen, damit sie so effektiv wie möglich sind, im wesentlichen homogen sein, wobei das allgemein zu ihrer Herstellung verwendete Verfahren daher darin besteht, eine wässrige Aufschlämmung herzustellen, die das körnige oder pulverförmige feuerfeste Material, die organischen Fasern und/oder feuerfeste Fasern und Bindemittel enthält, wonach die Flüssigkeit aus der Aufschlämmung entfernt wird, um geeignete Formen, üblicherweise Platten, aus den festen Bestandteilen zu bilden, die nach dem Trocknen und vorzugsweise nach einem Brennvorgang feste Gebilde darstellen, wobei das Bindemittel zum Zusammenhalten der anderen Bestandteile dient. Die Aufschlämmung kann daher auf ein Drahtsieb gebracht und die Flüssigkeit durch das Sieb ausgedrückt werden, so dass ein Körper aus den festen Bestandteilen, die nicht durch das Sieb hindurchgehen, auijder Sieboberfläche gebildet wird.

Während dieses Verfahren Platten liefert, die für die beabsichtigten Zwecke zufriedenstellend sind, besitzt es den Nachteil der Handhabung von grossen Wassermengen und einer

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sehr komplexen Anlage , wobei die sich ergebenden Produkte, da sie einen wesentlichen Wasseranteil aufweisen, mit einem grossen Wärmeaufwand getrocknet werden müssen. Diese Nachteile sind vor allem schwerwiegend bei der Herstellung von Platten von wesentlicher Dicke-, bei denen der Entwässserungsvorgang entsprechend lang dauert.

Es ist daher wünschenswert, die Massen durch direkte Mischung der wesentlichen Bestandteile ohne übermässige Wasserverwendung, d.h. unter Vermeidung einer Aufschlämmung herzustellen, wobei jedoch in der Praxis gefunden wurde, dass dann, wenn dies versucht wird, das Fasermaterial dazu neigt, sich in dem Mischgefäss zusammenzuballen, so dass ein sehr heterogenes Endprodukt erhalten wird. Diese Schwierigkeit ist insbesondere dann gross, wenn man anorganische feuerfeste Fasern wie Asbest verwendet, wo die Benetzbarkeit der Fasern sehr gering ist.

Gemäss der vorliegenden Erfindung wird· daher ein Verfahren zur Herstellung von Platten aus einer faserenthaltenden feuerfesten, wärmeisolierenden Masse vorgeschlagen, die das Mischen eines körnigen oder pulverformigen feuerfesten Materials, des Fasermaterials, einer Menge eines Schaumbildners, die ausreicht, um zu bewirken, dass die Masse während des Mischvorganges schäumt, und eines Bindemittels in Form einer kolloidalen oxydischen Hydrosols, von Stärke, von natürlichem Gummi, natürliqhen Harzen, Polyvinylalkohol

das
oder -acetat, das Formen der Masse in die gewünschte Form und das Bewirken oder Ermöglichen umfasst, dass das Bindemittel abbindet oder aushärtet, wonach die Form getrocknet wird. Man kann eine Lufttrocknung beim Raumtemperatur vornehmen, jedoch erfordert dies im allgemeinen lange Trocknungs- und Abbindezeiten. ·

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Wenn ein kolloidales oxydisches Hydrosol verwendet wird, kann das Bindemittel kolloidales Siliciumoxydsol oder kolloidales Aluminiumoxydsol sein. Vorzugsweise wird als Bindemittel ein kolloidales Siliciumoxydsol gewählt.

Das Bindemittel kann während des anfänglichen Mischens der Masse oder auch später zugefügt werden.

Obwohl es nicht wesentlich ist, ist es gewöhnlich wünschenswert eine kleine Menge Wasser, die ausreicht, um den Schaumbildner bei der Erzeugung eines stabilen Schaums zu unterstützen, hinzuzufügen.

Die Masse kann weitere Bestandteile aufweisen, die vorzugsweise während des Mischvorganges zugefügt werden, jedoch auch fakultativ nachher zugemischt werden können. Derartige Zusätze können Materialien sein, die nach Entzündung exotherm, miteinander reagieren.

Das körnige oder pulverförmige feuerfeste Material kann beispielsweise Sand, Siliciumoxydmehl, Olivin, gebrannter Ton, Aluminiumoxyd oder irgendein feuerfestes Silikat sein. Als Fasern können beispielsweise anorganische Fasern, wie Siliciumoxydfasern, Aluminiumoxydfasern, Zirkoniumoxydfasern, Kohlefasern, Calciumsilikatfasern, Zirkoniumsilikatfasern, Aluminiumsilikatfasern, Glasfasern, Metallfasern, wie Stahlfasern, Chromfasern, Nickelfasern, Wolframfasern und Molybdänfasern oder organische Fasern, wie Wolle, Baumwolle, Zellulosefasern (d.h. Papierfasern), synthetische Fasern, wie Rayon-, Nylon-, Polyester- und Polyacrylnitrilfasern oder Mischungen von anorganischen oder organischen Fasern verwendet werden. Längere Fasern sind im allgemeinen wirkungsvoller durch Vergrösserung der Festigkeit und Flexibilität der endgültigen Masse.

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Der Ausdruck "Faser" bezeichnet Materialien, die derart ausgebildet sind, dass echte Fasern existieren, d.h. Elemente vorliegen, deren Abmessung in einer Richtung wesentlich grosser als in den beiden anderen ist. Dieser Ausdruck schliesst daher keine Materialien ein, die eine kleine Teilchengrösse besitzen, obwohl diese Materialien faserigen Ursprungs sein können; beispielsweise umfasst der Ausdruck kein Holzmehl.

Zusätzliche Festigkeit der endgültigen Massen kann durch Zufügen von Materialien erreicht werden, die durch Sintern ein festes Gefüge bilden, beispielsweise Eisenoxyd.

Die Bestandteile der Masse können in sich ändernde Anteile in Abhängigkeit von den ihnen innewohnenden Eigenschaften und der geforderten Eigenschaften des endgültigen Produktes vorhanden sein. Im allgemeinen kann der Anteil der Fasern bis zu 1o Gewichtsprozent oder mehr, beispielsweise bis zu 5o %, betragen, obwohl für die meisten Anwendungsfälle 1 bis 5 Gew.-% bevorzugt werden.

Die Menge des kolloidalen oxydischen Hydrosolbindemittels kann, falls dieses verwendet wird, beispielsweise von o,5 bis 2o Gew.-% (in Bezug auf die getrockneten Feststoffe in der getrockneten Form) variieren, wobei jedoch im allgemeinen ein Anteil von Io Gew.-% der Masse gefordert wird. Daraus folgt, dass der Anteil des körnigen oder pulverförmigen feuerfesten Materials und des Schaumbildners den Rest der Masse ausmacht, es sei denn, dass andere Bestandteile zusätzlich vorhanden sind. In fast allen Fällen ist es wünschenswert, dass das körnige oder pulverförmige feuerfeste Material den vorherrschenden Bestandteil der Mischung ausmacht.

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Die Menge des Schaumbildners ist abhängig von seinen Eigenschaf ten> beträgt jedoch im allgemeinen o,1 bis 2 Gew.-% der Masse. Irgendeiner der an sich für seine oberflächenaktiven Eigenschaften bekannten industriellen Schaumbildner/ die beispielsweise in der Waschmittelindustrie verwendet werden, kann benutzt werden. Dies sind normalerweise oberflächenaktive Verbindungen, die anionen-aktlv, kationenaktiv oder nichtionisch sind. Bevorzugt werden anionenaktive Verbindungen, beispielsweise langkettige Alkylsulfate, Alkylarylsulfonate, sulfonierte epöxydisierte Arylalkohole oder Naphthalensulfonate.

Im allgemeinen wird die endgültige trockene Masse 6o bis 9o Gewichtsteile teilcheiförmiges feuerfestes Material, o,o5 bis 5o Gewichtsteile Fasern, o,1 bis 2 Gewichtsteile Schaumbildner und o,5 bis 15 Gewichtsteile Bindemittel enthalten.

Das sich durch den Mischvorgang ergebende Produkt besitzt überlicherweise die Eigenschaft eines verformbaren schwammartigen Materials und kann als solches zur Herstellung von Platten oder Hülsen etwa durch Pressformen, Extrudieren, Spritzen oder Stampfen verwendet werden. Die Produkte des Mischvorganges sind insbesondere zur Herstellung von Platten oder Hülsen zur Verwendung als Kopfauskleidungen ohne die Notwendigkeit der Vornahme langdauernder Entwässerungen geeignet.

Die mit dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Formkörper besitzen'einen hohen Porositätsgrad, der für viele Zwecke sehr wünschenswert ist, beispielsweise wenn die Porosität dazu verwendet werden soll, den wärmeisolierenden Effekt, und/oder wenn es wünschenswert ist, sicherzustellen, dass irgendwelche Gase, die durch die Berührung des flüssigen +) zu vergrossern

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Metalls mit der Auskleidung erzeugt werden, durch die Auskleidung anstelle durch den flüssigen Metallkörper entweichen sollen. Die Dichte des endgültigen Produktes liegt gewöhnlich vorzugsweise zwischen o,7 bis 0,8 g/cm , jedoch können auch Produkte mit niedrigerer Dichte, beispielsweise mit d,3 g/cm mit dem erfindungsgemässen Verfahren erzeugt werden. .

Wenn jedoch ein dichteres Produkt erzeugt werden soll, kann dies einfach durch Vergrösserung des Drucks der Pressformeinrichtung geschehen. Für die meisten praktischen Zwecke kann die Kraft, die auf das Produkt ausgeübt wird, in der

Grössenordnung von o,o35 bis o,7 kg/cm , vorzugsweise etwa

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o,o7 bis o,35 kg/cm liegen. Beim Giessen von Stahl ist es jedoch nicht wünschenswert, zu poröse Auskleidungsplatten zu verwenden, da dies dazu führt, dass der Stahl in die Poren der Platten eindringt, wodurch die Effektivität der wärmeisolierenden Eigenschaften der Platten gemindert wird. Dieser Nachteil kann leicht durch Entschäumung der mit dem Metall in Berührung kommenden Oberflächenbereiche der Platten beseitigt werden, indem ein Drahtnetz oder eine flache Platte auf die nass-geformte Platte gedrückt wird. Die Erfindung wird im folgenden anhand der Beispiele weiter erläutert.

Beispiel 1

Folgende Materialien werden verwendet:

Schaumbildner (vom Typ eines anionischen Alkylsulfats) 1 Gew.-%

kolloidales Siliciumoxydsol (5o Gew.-%

in wässriger Lösung) 16 Gew.-%

Glasfasern 1 Gew.-%

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Feuerfestes Material (beispielsweise eine Mischung aus Siliciumoxydmehl und feinem Siliciumoxydsand zu gleichen

Teilen) 82 Gew.-%

Hieraus wird die Masse bis zu einem geschäumten Zustand gemischt. Die Bestandteile können in irgendeiner Reihenfolge gemischt werden, obwohl es in einigen Fällen bevorzugt wird, das Sol und den Schaumbildner zu mischen, wonach die Glasfasern und das Füllmaterial zugefügt werden.

Zur Herstellung von Platten wird die Mischung in die gewünschte Form und der gewünschten Dichte in Plastikformen pressgeformt und danach einem Erhitzen mit Radiofrequenz für eine Dauer von 2o see. unterworfen, um die Platte zu trocknen und das Solbindemittel abbinden zu lassen. Die Formen können auch auf anderen Materialien hergestellt sein, vorausgesetzt, dass sie für Radiofrequenz durchlässig sind, beispielsweise miteinander verbundene Glasfasern und Keramikzusammensetzungen. Die geschäumten Platten .

ο besitzen eine Druckfestigkeit von etwa 7 kg/cm . Die Dichte derartiger Platten liegt etwa bei o,7 g/cm und die Durchlässigkeit bei etwa 5o amerikanischen Foundrymen's Society Einheiten.

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Beispiel 2

Beispiel 1 wurde wiederholt mit folgenden Bestandteilen für die Masse:

Schaumbildner (Alkylarylsulfonat) 1 Gew.-%

Weizenmehl (Stärke) 6 GeWi-%

Glasfasern 3 Gew.-%

Feuerfestes Füllmaterial (Olivinsand) 9o Gew.-%.

Die Masse wurde nach einer der in Beispiel 1 beschriebenen Methoden gehärtet und abgebunden. Es wurden ähnliche Ergebnisse erzielt. ■

Beispiel 3

Beispiel 1 wurde unter Zugrundelegung folgender Bestandteile wiederholt.:

Schaumbildner (Alkylarylsulfonat) 1 Gew.-%

Polyvinylacetatemulsion (5o % Feststoffe) 5 Gew.-%

Glasfasern 2 Gew.-%

Feuerfestes Füllmaterial 92 Gew.-%.

Die vorliegende Erfindung liefert zusätzlich zu dem beschriebenen Verfahren Platten, Hülsen und ähnliche Formstücke für Auskleidungszwecke, die nach dem Verfahren hergestellt worden sind.

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Claims (1)

1. - 1ο -

   Patentansprüche

   1. Verfahren zur Herstellung von Platten, Hülsen oder dergleichen aus einer faserenthaltenden, feuerfesten, wärmeisolierenden Masse durch Mischen eines, körnigen oder pulverförmigen feuerfesten Materials, Fasern und eines Bindesmittels, dadurch gekennzeichnet, dass das körnige oder pulverförmige feuerfeste Material und die Fasern mit einer Menge eines Schaumbildners, die ausreicht, um zu bewirken, dass die Masse während .des Mischvorganges schäumt, und einem Bindemittel gemischt werden, das ein kolloidales oxydisches Hydrosol, Stärke, natürlicher Gummi, natürliche Harze, PolyvinylalkQhol oder Polyvinylacetat ist, dass die Masse in die gewünschte Form gebracht wird, wobei bewirkt oder ermöglicht wird, dass das Bindemittel abbindet oder aushärtet, und dass der Formkörper getrocknet wird.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trocknen bei erhöhten Temperaturen vorgenommen wird.

   3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel ein kolloidales Siliciumoxydsol oder ein kolloidales Alumiumoxydsol ist.

   4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zu der Mischung eine solche Wassermenge hinzugefügt wird, die genügt, um den Schaumbildner bei der Ausbildung eines stabilen Schaums zu unterstützen.

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   5.. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das körnige oder pulverförmige feuerfeste Material Sand, Siliciumoxydmehl, Olivin, Chamotte, Aluminiumoxyd oder ein feuerfestes Silicat ist. .

   6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasermaterial anorganische Fasern, Kohlenstofffasern, Calcxumsilikatfasern, Zirkoniumsilikatfasern, Aluminiumsilikatfasern, Glasfasern und Metallfasern aufweist.

   7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasermaterial organische Fasern aus der Gruppe bestehend aus Wolle, Baumwolle, Zellulosefasern, Rayon, Nylon, Polyesterfasern und Polyacrylnitrilfasern enthält.

   8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Eisenoxyd der Mischung zugefügt wird.

   9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse o,5 bis 1o Gewichtsprozent Bindemittel, o,1 bis 2 % Schaumbildner, Rest körniges oder pulverförmiges feuerfestes Material enthält.

   . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse in die gewünschte Form durch Pressen in einer Form unter einem Druck von o,o35 bis .

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   o,7 kg/cm gebracht wird.

   11. Verfahren nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Pressen eine oder mehrere Oberflächen des Formkörpers durch Aufpressen eines Drahtnetzes oder einer flachen Platte behandelt wird, während der Formkörper feucht ist.

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   12. Ibrmkörper aus einer feuerfesten, wärmeisolierenden Masse, hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 11.

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