-
Feuerfester Isolierstoff und Verfahren zur Herstellung von aufgeblasenen
Partikeln zum Gebrauch darin.
-
Die Erfindung betrifft einen feuerfesten Isolierstoff.
-
Es ist wohlbekannt, dass Baublocke und andere Formstücke, die auf
Basis von Molererde und anderen Diatomitten mit einem Gehalt an Diatomit kieselsäure
(sie2) von zwischen 65% und 85% und einem Gehalt an Tonerde (A1203) von zwischen
5% und 15% hergestellt sind, ein geringes Raumgewicht aufweisen und eine grosse
Anzahl von Hohlräumen enthalten, die bewirken, dass diese Steine eine geringe Wärmeleitzahl
aufweisen und deshalb als Isolierstoffe wohlgeeignet sind.
-
Etwas entsprechende Isolierstoffe können im übrigen auch auf Basis
von gewöhnlichen Tonarten erzeugt werden, die auf verschiedene Weise, abhängig von
der Tonart, z.B. mittels Zusatzmittel oder besonderer Brennmethoden, auch in mehr
oder weniger aufgeblasene Form gebracht werden.
-
Gemeinsam für bisher bekannte Isolierstoffe dieser Art, unangesehen
ob sie auf Basis von gewöhnlichen Tonarten oder auf Basis von Molererde und entsprechenden
Diatomitten hergestellt sind, ist indessen, dass sie nur bei Temperaturen bis zu
höchstens ein wenig über 100000 verwendet werden können. Bei höheren Temperaturen
sintern die auf Basis von gewöhnlichen Tonarten hergestellten Isolierstoffe infolge
Schmelzens, wodurch ihre isolierenden Eigenschaften verloren gehen, wie sie auch
ganz verfliessen können. Isolierstoffe, die auf Basis von Nolererde hergestellt
sind,
werden zwar an sich wesentlich höheren Temperaturen als den genannten, za. 100000
widerstehen können, aber bei einer Temperatur von etwa 105000 wird die sich im Stoff
befindliche Diatomékieselsäure kristallisieren und Kristoballit bilden mit äusserst
ungünstigen anwendungsfechnischen Eigenschaften zur Folge. Kristoballit weist somit
z.B. eine sehr hohe Wärmeleitzahl auf, weshalb das Isoliervermögen der Isolierelemente
wesentlich reduziert wird, und hat ausserdem einen sehr grossen Wärmedehnungskoeffizient,
der eine sehr grosse Gefahr für Platzen des Isolationsmaterials zur Folge hat. Besonders
ungünstig ist es, dass Isolationsmaterialien, worin Kristoballit gebildet worden
ist, zerstört werden, falls sie nach Abkühlung wieder erhitzt werden, indem der
Wärmedehnungskoeffizient des Kristoballits bei za. 2300C infolge einer enantiotrop
Umbildung sprungartig erhöht wird, mit Totalplatzen des Isolierelementes zur Folge.
-
Isolationsmaterialien die bei höheren Temperaturen als za. 1050"C
'weraen, soLlen, aesnalD immer aut basis von an sicn reuerresten ionarten oder Nineralen
hergestellt werden, die bei verschiedenen mechanischen Behandlungen und durch Zusätzen
von anderen Mineralen oder chemischen Produkten in aufgeblasener Form gebracht sind,
und deshalb sehr teuer sind.
-
Die vorliegende Erfindung dient der Lösung der Aufgabe, auf Basis
von Nolererde und anderen entsprechenden Diatomitten relativ billige Isolierstoffe
mit einem geringen Raumgewicht von zwischen 200 und 600 3 kg/m und damit gutem Isoliervërmögen
herzustellen, und die gleichzeitig Temperaturen von wesentlich über 100000 und ganz
bis in die Nähe vom Schmelzpunkt der Molererde oder der Diatomit von etwas über
14000C widerstehen können.
-
Er findungs gemäss ist dies durch einen feuerfesten Isolierstoff
wie
im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegeben erzielt worden.
-
Die Erfindung ist teils auf der Erkenntnis basiert, dass Molererde
und entsprechende Diatomitten. trotzdem dass ihre physichemische Zusammensetzung
nicht dafür spricht, doch bei Temperaturen in der Nähe des Schmelzpunktes d.h. zwischen
12000C und 1400"C aufblasen, teils auf der Erkenntnis, dass die während der Erwärmung
gebildeten Kristoballitkristalle bei den hohen Temperaturen wieder in der während
der Erwärmung teilweise geschmolzenen oder weichgemachten Masse aufgelöst und dadurch
neutralisiert werden und gleichzeitig diese Masse derart absteift, dass sie ihre
aufgeblasene Struktur beibehalten kann.
-
Das Aufblasen-der Partikeln hat zur Folge, dass diese derart expandieren,
dass ihr ursprüngliches Volumen um 50 bis 200% vergrössert wird und so, dass der
durchschnittliche Expansionsgrad um 100% herum sein wird. Dadurch bekommen die aufgeblasenen
Partikeln ein Raumgewicht von zwischen 200 und 600 kg/m und zeigen eine Wärmeleitzahl
von unter 0,2 O O kcal.tm.h. bei einer Mitteltemperatur von 600 C auf. Es geht daraus
hervor, dass ein erfindungsgemässer Isolierstoff eine sehr kräftige wärmeisolierende
Wirkung hat.
-
Die genannten Partikeln können unmittelbar oder nach Zerkleinerung
an sich selbst als Isolierstoff verwendet werden, z.B. als Hohlraumfüllstoff. Ein
erfindungsgemässer Isolierstoff kann indessen auch aus Partikeln der genannten Art
bestehen, die vorzugsweise nach Zerkleinerung mittels zur Herstellung von Isolierelementen
allgemein bekannter Bindemittel zusammengebunden sind und können somit in der Form
von Isolierbeton, chemisch oder keramisch gebundenen Platten, Bausteinen und Isoliermörtel
gebracht werden.
-
Sofern indessen ein erfindungsgemässer feuerfester Isolierstoff
für
längere Zeit Erwärmung zu höheren Temperaturen vertragen müssen,darf der Isolierstoff
erfindungsgemäss wie im Anspruch 2 angegeben zusammen- -gesetzt sein, wodurch er
für Temperaturen bis ganz in der Nähe von 1400"C feuerfest wird.
-
Im genannten Fall kann die Zusammensetzung ausserdem wie im Anspruch
3 angegeben sein, wodurch die guten wärmeisolierenden Eigenschaften der Partikeln
nicht zu kräftig von den an sich nicht besonders wärmeisolierenden Bindemitteln
reduziert werden.
-
Aus demselben Grunde kann es vorteilhaft sein, falls die Zusammensetzung
ausserdem ist wie im Anspruch 4 angegeben, sodass der Isolierstoff aus einer grossen
Anzahl von Einzelpartikeln zu bestehen kommt, die mit geringem gegenseitigen Abstand
im Bindemittel eingelagert sind und von diesem zusammengehalten werden. Es hat sich
herausgestellt, dass hierdurch wesentlich bessere isolierende Eigenschaften erreicht
werden, als falls unter demselben Mengenverhältnis zwischen Partikeln und Bindemittel
Partikeln von wesentlich grösseren Abmessungen, z.B. ungebrochene Partikeln, benutzt
werden.
-
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung von Partikeln
der angegebenen Art und somit ein Verfahren der im Oberbegriff des An- -spruchs
5 angegebenen Art, welches Verfahren durch die Angaben im kennzeichnenden Teil des
Anspruchs 5 gekennzeichnet ist.
-
Um Partikeln mit einigermassen gleichmässigen Eigenschaften hinsichtlich
Raumgewicht und Isoliervermögen zu erzielen, hat es sich herausgestellt, dass, obwohl
nicht streng notwendig es doch am vorteilhaftesten ist, dass die bei Granulierung
der rohen Erdemasse erzeugten Partikeln oder Körner höchstens eine Dicke von rund
8 mm aufweisen, vorzugsweise sogar höchstens 6 mm, da das Brennen zum vollen Aufblasen,
d.h. auch Aufblasen der sich im Inneren der Partikeln befindlichen Teile, sonst
so viel Zeit in Anspruch nehmen wird,
dass grössere Teile der Masse
jeder einzelnen Partikel schmelzen oder sintern wird, so dass das angestrebte Ergebnis
nur teilweise erzielt wird.
-
Ausserdem ist es von Bedeutung, dass die Partikeln getrocknet sind
und somit einen minimalen Wassergehalt aufweisen, bevor sie dem Brennen ausgesetzt
werden, da sonst Gefahr für Sprengung der Partikeln mit daraus folgendem schlechten
Aufblasen dieser entstehen kann.
-
Am zweckmässigsten kann das erfindungsgemässe Verfahren, wie im Anspruch
6 angegeben durchgeführt werden, wodurch erzielt wird, dass die vorgewärmten Partikeln,
wenn sie plötzlich der sehr hohen Temperatur ausgesetzt werden, diese so umgehend
annehmen, und damit das Temperaturintervall zwischen 10500C und den 120000 so schnell
passieren, dass die eigentliche Bildung von Ktistoballit so gering wird, dass gesichert
wird, dass das gesamte gebildete Kristoballit aufgelöst werden und zur Stärkung
der Zellenwände der aufgeblasenen Partikeln dienen kann, und dass der übrige Si02-Gehalt
derart passiviert wird, dass er bei späterer Erwärmung zu Temperaturen zwischen
1050 und 12000C nicht in Kristoballit umbildet wird.
-
Die Abkühlung der gebildeten aufgeblasenen Partikeln sollte schnell
erfolgen, indem hierdurch gesichert wird, dass die Zellenwände, welche die Blasen
trennen, schnell so steif werden, dass ein Zusammenfall der Blasen nicht oder nur
in sehr geringem Masse erfolgt.
-
Beispiel 1.
-
Herstellung von aufgeblasenen Nolererde-Partikeln.
-
Molererde mit einem Wassergehalt von za. 45% wird derart in einem
Brecher mit dazugehörendem Siebaggregat zerkleinert, dass ein Granulat mit einer
Höchstpartikelgrösse von 6 mm entsteht. Das Granulat wird sodann in einem Mitstromdrehofen
getrocknet, worin Temperaturen zwischen 1200C und 300"C aufrechterhalten werden,
»nd wodurch das Granulat zu einem Wassergehalt
von za. 5% getrocknet
wird. Vom Mitstromdrehofen wird das getrocknete Granulat in einen Gegenstromdrehofen
geleitet, der zwei Abteilungen mit weit verschiedenen Temperaturen aufweist, u.z.
eine erste Abteilung, worin eine Temperatur von rund 800"C aufrechterhalten wird,
und welche Abteilung vom Gronulatim Laufe von za. 4 Minuten passiert wird, und eine
davon temperaturmässig scharf getrennte Abteilung, worin eine Temperatur von 1200
bis 1400"C aufrechterhalten wird, und worin das Granulat zum Aufblasen und dadurch
zur Expansion gebracht wird, so dass die einze-lnen Körner am Ende des Drehofens
ein Volumen von 1.1/2 bis 3 Mal das ursprüngliche Volumen aufweisen. Das aus aufgeblasenen
Partikeln bestehende Endprodukt wird in einer dünnen Schicht vom Drehofen längs
einer abgekühlten Metallplatte unter gleichzeitigem Aufblasen von Kühlluft, so dass
die Partikeln schnell abgekühlt werden, nach einem Brecher geleitet, worin die aufgeblasenen
Partikeln derart zerkleinert werden, dass ein Fertigprodukt mit Korngrössen zwischen
Pulverform und 6 mm entsteht.
-
Insofern die Partikeln lose als isolierenden Füllstoff z.B. als Hohlraumfüllstoff
benutzt werden sollen, besteht kein Hinderniss, dass sie vor dem Brecher von der
Kühlplatte abgenommen werden können.
-
Beispiel 2.
-
Herstellung von Ofenfütterungselementen.
-
Gemäss Beispiel 1 hergestellte aufgeblasene Molererdepartikeln mit
einer annähernd linearen Körnerkurve von 0 mm bis 5 mm und ein loses Raum-3 gewicht
von 450 kg/m werden trocken mit feuerfestem Aluminatzement vom Schmelztyp im Verhältnis
4 Volumenteile aufgeblasene Molererdepartikeln zu 1 Volumenteil Zement gemischt.
Es wird 0,3 Liter Wasser pro kg der Trockenmischung beigegeben, die weiter zur Verteilung
des Wassers gemischt wird, wonach das Ofenfütterungselement gegossen wird. Das Element
zeigt nach vollständigem Austrocknen ein Raumgewicht von za. 900 kg/m3 und eine
Wrarmeleítzahl
von 0,25 kcal/m.h.0C bei einer Mitteltemperatur
von 6000C auf. Bei Erwärmung auf 130000 24 Stunden lang zeigte es einen linearen-
Schwund von nur 1,5% und hatte unveränderte Isoliereigenschaften.
-
Beispiel 3.
-
Herstellung von Isolierplatte.
-
Aufgeblasene Molererdepartikeln, die wie im Beispiel 1 angegeben
hergestellt worden waren, und eine annähernd lineare Körnerkurve von 3 O mm bis
2 mm und ein loses Raumgewicht von 550 kg/m hatte, wurde mit einem feuerfestem Bindeton
aus Cornwall in England gemischt, wonach eine 50%ige Nonoaluminiumphosphatlösung
zugesetzt wurde, und indem das Mengenverhältnis zwischen den Stoffen 1 Gewichtteil
aufgeblasene Molererdepartikel, 0b5 Gewichtteile feuerfester Bindeton und 0,6 Gewichtteile
Monoaluminiumphosphatlösung war. Die Mischung wurde in eine Form gefüllt und in
2 einer hydraulischen Presse unter einem Druck von 5 kp/cm gepresst, wodurch eine
Isolierplatte erzeugt wurde. Nach Trocknem bei 2000C 12 Stunden lang, war die Platte
gebrauchsfertig. Sie hatte ein Raumgewicht von 750 3 kg/m und die- Wärmeleitzahl
war bei einer Mitteltemperatur von 6000C 0,20 kcal/m.h.°C. Nach Erwärmung zu 13000C
24 Stunden lang, zeigte die Platte einen linearen Schwund von nur 0,5% und nach
Wiederabkühlung waren ihre Isoliereigenschaften unverändert.