DE2532745C2

DE2532745C2 - Wärmeisolierende Auskleidung für Speiser

Info

Publication number: DE2532745C2
Application number: DE19752532745
Authority: DE
Inventors: Gerard Vancouver Norton
Original assignee: CHEMINEON INC SOUTHFIELD MICH US
Current assignee: CHEMINEON INC SOUTHFIELD MICH US
Priority date: 1975-07-22
Filing date: 1975-07-22
Publication date: 1985-09-26
Also published as: DE2532745A1

Description

Hochschmelzender Werkstoff 20 bis 80%

9. Geformte wärmeisolierende Auskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Dichte 0,25 bis 0,55 g/cm³ beträgt

10. Geformte wärmeisolierende Auskleidung nach s einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Dichte zwischen 0,28 und 035 g/cm³ beträgt

11. Geformte wärmeisolierende Auskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich-

net, daß ihre Dichte zwischen 032 und 034 g/cm³ beträgt

feinteiliges Metall	10 bis 40%
Oxidationsmittel	0,2 bis 20%
Fluoridkatalysator	0,1 bis 20%
kolloidales Kieselsäuresol	0 bis 20%
organischer Binder	0 bis 10%

wobei der organische Binder und das kolloidale Kieselsäuresol zusammen einen Anteil von 2 bis 30% ausmachen.

8. Geformte wärmeisolierende Auskleidung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch die folgende Zusammensetzung auf Gewichtsbasis:

Hochschmelzender Werkstoff 50 bis 67,5%

feinteiliges Metall 12,5 bis 30%

Oxidationsmittel 2 bis 4%

kolloidales Kieselsäuresol 2 bis 15%

organischer Binder 5 bis 8,5%

Die Erfindung betrifft wärmeisoHerende geformte Auskleidungen für Speiser von Gießformen.

Der Zweck einer wärmeisolierenden, feuerfesten Auskleidung im Gießaufsatz oder dem verlorenem Kopf einer Kokille oder dem Steigkanal einer Gießform besteht darin, die Geschwindigkeit des Wärmeverlüsts aus dem darin enthaltenen geschmolzenen Metall herabzusetzen und die Erstarrungszeit dieses geschmolzenen Metalls soweit auszudehnen, daß sie die Zeit übersteigt, welche das in der eigentlichen Form enthaltene geschmolzene Metall zum Erstarren benötigt In dem Gießaufsatz oder dem Steigkanal wird somit ein Vorrat an geschmolzenem Metall bewahrt, welcher die Bildung von Hohlräumen in dem gegossenem Block oder dem Gußstück in Folge der Schwindung der Schmelze während des Abkühlens verhindert Zur Erfüllung dieser Aufgabe kann die Auskleidung einfach als Wärmeisolator wirken, d. h. als eine Sperre, welche die Wärmeabführung aus dem Gießaufsatz oder Steigkanal auf einem Minimum hält; solche Auskleidungen bestehen in der Regel aus einem körnigen hochschmelzenden Werkstoff oder einer Mischung solcher Werkstoffe, die mittels eines Binders die erforderliche freitragende Form erhalten haben. Bekanntlich kann die Wärmeleitfähigkeit einer solchen hochschmelzenden Auskleidung durch Herabsetzung ihrer Dichte verringert werden und eine Methode hierfür besteht darin, daß man der Auskleidung ein hochschmelzendes Fasermaterial einverleibt, wodurch die Dichte ohne eine störende Beeinträchtigung der mechanischen Festigkeit der Auskleidung herabgesetzt wird. In der GB-PS 12 83 692 ist beispielsweise eine hochschmelzende wärmeisoHerende Zusammensetzung beschrieben, die Aluminium, Magnesium, Silicium oder Zirkonium in feinteiliger Form,

so hochschmelzende Fasern aus Alumino-Silikat, Zirkonsilikat oder Siliciumdioxid und ein aus einem organischen Binder und kolloidalem Kieselsäuresol bestehendes Bindemittel enthält und zusätzlich körnige feuerfeste Werkstoffe wie Al₂O₃, MgO, SiO₂ enthalten kann. Die Dichte dieser bekannten Zusammensetzung liegt unter 0,5 g/cm³.

Eine andere Methode zur Herabsetzung des Wärmeverlusts in einem Gießaufsatz oder Steigkanal besteht in der Verwendung einer exothermen Auskleidung, die ein leicht oxidierbares anorganisches Material (hier als »Brennstoff« bezeichnet) und ein Oxidationsmittel enthält, die eine exotherme Reaktion eingehen, wenn die Temperatur der Auskleidung durch das damit in Berührung kommende geschmolzene Metall erhöht wird. PuI-verförmiges Aluminium eignet sich besonders als Brennstoff, jedoch wurden auch Magnesium-, Ferrosilicium-, Silicium- und Kalciumpulver für diesen Zweck vorgeschlagen. Die exotherme Reaktion erhöht die

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Temperatur einer solchen Auskleidung in ihrer ganzen leichten Anstieg der Wärmeleitfähigkeit mit sich bringt Dicke und hält dabei in idealer Weise die Seite der und die tatsächliche Geschwindigkeit des Wärmever-Auskleidung, die sich von der mit dem geschmolzenen lusts, die für eine gegebene Dicke des Materials der Metall in Berührung befindlichen Seite entfernt befindet Teaiperaturdifferenz über den Querschnitt der Auskleiauf einer Temperatur, die der Temperatur der mit dem 5 dung und deren Wärmeleitfähigkeit proportional ist, geschmolzenen Metall in Berührung befindlichen Flä- wird wesentlich verringert Das steht im Gegensatz zu ehe gleich oder fast gleich ist Unter solchen Bedingun- dem Ergebnis, das man mit Werkstoffen mit hoher gen ist die Temperaturdifferenz im Querschnitt der Aus- Durchlässigkeit für Infrarot- und Ultraviolettstrahlung, kleidung zu vernachlässigen und die Auskleidung nähert z. B. Kieselsäure, erhält, wo die Wärmeleitfähigkeit mit sich einer sogenannten isothermen Barriere, in deren to steigender Temperatur stark zunimmt, so daß der VorQuerschnitt nur ein zu vernachlässigender Wärmever- teil einer Verkleinerung der Temperaturdifferenz über lust auftritt an. Bei Beendigung der exothermen Reak- den Querschnitt der Auskleidung durch den Anstieg der tion hängt der Wärmeverlust über den Querschnitt je- Wärmeleitfähigkeit weitgehend aufgewogen wird. Die der beliebigen Stärke der Auskleidung weitgehend da- exotherme Reaktion setzt ferner in vorteilhafter Weise von ab, welche Wärmeisoliereigenschaften die die aus- is die Zeit herab, innerhalb derer das Temperaturgefälle gebrannten exothermen Stoffe enthaltende Ausklei- über den Querschnitt der Auskleidung einen konstanten dung besitzt Derzeit sind die Hauptkriterien für die Zustand erreicht; die Geschwindigkeit der Wärmeüber-Zusamniensetzung exothermer Auskleidungen die Dau- tragung unter stetigen Bedingungen ist geringer als die er und die Intensität der exothermen Reaktion und man Geschwindigkeit unter nicht-stetigen Bedingungen,
hat bisher den Isoliereigenschaften nach Beendigung 20 Die Wärmeisolierung der erfindungsgemäßen Ausder exothermen Reaktion nur wenig Aufmerksamkeit kleidung wird ferner durch deren geringe Dichte geförgeschenkt Infolgedessen sind exotherme Auskleidun- dert, die in der Regel den Bereich von 0,25 bis 0,55 g/cm³ gen in der Regel dichte Körper und sie sind vom Stand- nicht überschreitet und vorzugsweise zwischen 0,28 und punkt der reinen Wärmeisolierung aus betrachtet den 035 g/cm³ beträgt; der bevorzugteste Bereich beträgt besser wärmeisolierenden (d. h. nicht-exothermen) Aus- 25 0,32 bis 034 g/cm³. Die erforderliche geringe Dichte kleidungen unterlegen. kann entweder durch Zugabe eines Teils oder des ge-

Es wurde vorgebracht daß je größer die Temperatur- samten hochschmelzenden Werkstoffs zu der Zusam-

differenz über den Querschnitt einer wärmeisolierenden mensetzung in Faserform oder durch Verwendung eines

Auskleidung oder mit anderen Worten je kühler die körnigen hochschmelzenden Werkstoffs, das an sich ei- Seite der Auskleidung ist die sich von der mit dem 30 ne geringe Dichte besitzt, erzielt werden,

geschmolzenen Metall in Kontakt befindlichen Seite Geeignete körnige hochschmelzende Werkstoffe sind

entfernt befindet desto höher der Grad der erzielten z. B. Aluminiumoxid, Magnesia, Chromit, Titanoxid und

Wärmeisolierung sei. Es wurde nun jedoch gefunden, Zirkonoxid oder Mischungen von zwei oder mehreren

und das bildet den Ausgangspunkt der vorliegenden Er- dieser Stoffe.

findung, daß unter bestimmten Bedingungen das Umge- 35 Der bevorzugte hochschmelzende Faserwerkstoff ist

kehrte wahr ist d. h. je geringer der Temperaturunter- Aluminosilikatfaser; andere geeignete Stoffe sind Zir-

schied über den Querschnitt der Auskleidung ist umso konsilikat-, Calciumsilikat- und Aluminiumoxidfasern

größer ist die Wärmeisolierung. oder Mischungen derselben. Ein Vorteil der Erfindung

Die erfindungsgemäßen geformten, wärmeisolieren- liegt darin, daß sie sich zur Herstellung von Auskleidunden Auskleidungen für Speiser bestehen aus einem kör- 40 gen eignet für deren Verwendung Asbest als hochnigen und/oder faserigen hochschmelzenden Werkstoff, schmelzender Faserwerkstoff unerwünscht ist
der eine große Undurchlässigkeit für Infrarot- und Ul- Der bevorzugte Binder besteht aus einem organitraviolettstrahlung besitzt einer exothermen Mischung sehen Binder, z. B. Phenolharzen (z. B. Phenolformalaus dem Brennstoff und einem Oxidationsmittel sowie dehydharz), Harnstoffharzen (z. B. Harnstoff-Formaleinem Binder und die Auskleidung besitzt eine Dichte 45 dehydharzen), Furanharzen oder Stärke zusammen mit unter 0,7 g/cm³. einem anorganischen Binder, der vorzugsweise ein kol-

Die exothermen Bestandteile in der Auskleidung ver- loidales Kieselsäuresol ist jedoch ein anderer geeigneursachen eine Temperaturerhöhung derselben über ihre ter anorganischer Binder, z. B. Monoaluminiumorthoganze Dicke und die Temperatur auf der Seite der Aus- phosphat oder kolloidales Aluminiumoxid, sein kann,
kleidung, die der mit dem geschmolzenen Metall in Be- 50 Der bevorzugte Brennstoff ist Aluminiumpulver, das rührung befindlichen Seite gegenüberliegt nähert sich vorzugsweise eine solche Teilchengrößenabstufung beder Temperatur der mit dem geschmolzenen Metall in sitzt daß mindestens 99 Gew.-% durch 100 Bi>.S.-Mesh-Kontakt befindlichen Seite und die Temperaturdiffe- Sieb und mindestens 75% nicht durch ein 270 renz über den Querschnitt der Auskleidung wird auf B.S.S.-Mesh-Sieb gehen und wovon im wesentlichen einen geringen Wert herabgesetzt. Die erfindungsge- 55 garnichts durch ein 400 B.S.S.-Mesh-Sieb geht Bekanntmäße Auskleidung ist jedoch nicht nur exotherm son- Hch hängt die Geschwindigkeit mit welcher das Alumidern auch ein guter Wärmeisolator in zwar in Folge der niumpulver sich entzündet und seine Empfindlichkeit Einbringung eines hochschmelzenden Werkstoffs mit d. h. die Geschwindigkeit mit welcher die Zündung erhoher Undurchlässigkeit gegenüber Infrarot- und Ultra- folgt, von der Feinheit des Pulvers ab und in der Regel violettstrahlung in die Zusammensetzung; die Wärme- 60 ist der der Zusammensetzung zuzugebende Anteil umso leitfähigkeit eines Wärmeisolators hängt nämlich unter größer je grober das Pulver ist. Andere verwendbare anderem von der Leichtigkeit ab, mit welcher Infrarot- Brennstoffe sind Ferrosilicium, Silicium, Magnesium und Ultraviolettstrahlung eindringen kann und von dem oder Zirkonium oder Mischungen von zwei oder mehreumgebenden Material absorbiert wird. Die Wärmeleit- ren dieser Stoffe.

Fähigkeit von für Infrarot- und Ultraviolettstrahlung un- 65 Geeignete Oxidationsmittel, die vorzugsweise was-

durchlässigen Werkstoffen variiert nur leicht mit der serunlöslich sind, sind z. B. Bariumsulfat, Eisenoxid,

Temperatur, so daß die Temperaturerhöhung der Aus- Mangandioxid, Bariumnitrat oder Mischungen von zwei

kleidung in Folge der exothermen Reaktion nur einen oder mehreren dieser Stoffe.

Die Zusammensetzung der Auskleidung enthält vorzugsweise ein FJuorid, das als Katalysator für die exotherme Reaktion wirkt; geeignete Fluoride sind z.B. Kryolith, Flußspat, Natriumsilicofluorid oder Mischungen von zwei oder mehreren dieser Stoffe.

Eine erfindungsgemäße wärmeisolierende Zusammensetzung besitzt vorzugsweise c£e folgende Zusammensetzung auf Gewichtsbasis:

Hochschmelzender Werkstoff

(körnig und/oder fasrig) 20 bis 80%

Brennstoff 10 bis 40% Oxidationsmittel 0,2 bis 20% Fluorid 0,1 bis 20%

kolloidales Kieselsäuresol Obis20% is

organischer Binder 0 bis 10% (das kolloidale Kieselsäuresol und der organische Binder
betragen zusammen 2 bis 30%)

20

Eine bevorzugtere erfindungsgemäße wärmeisoJierende Auskleidung besitzt die folgende Zusammensetzung auf Gewichtsbasis:

Hochschmelzender Werkstoff

(körnig und/oder fasrig) 50 bis 673%

Brennstoff 124 bis 30% Oxidationsmittel 2 bis 4% Fluorid 0bis2%

kolloidales Kieselsäuresol 2 bis 15%

organischer Binder 5 bis 8,5%

Eine erfindungsgemäße Auskleidung eignet sich besonders als Einsatz für einen Steigkanal beim Vergießen von Eisen und Stahl, bei deren Verarbeitung hohe Temperaturen auftreten.

Die bevorzugte Formungsmethode für eine erfindungsgemäße Auskleidung besteht darin, daß man eine wäßrige Aufschlämmung der Zusammensetzung bildet, diese in einem porösen Kernkasten mit der gewünschten Gestalt entwässert und die so erhaltene Form in einem Ofen trocknet Zur Erleichterung der Bildung der Aufschlämmung kann ein Dispersionsmittel, ζ. Β. Aluminiumsulfat oder Ferrichlorid, zugesetzt werden.

Die folgenden Beispiele bilden Ausführungsformen der Erfindung:

Beispiel 1	40,0%	50
Aluminosilikatfaser
gebrannte Magnesia	11,5%
(-100+400 B5.S.-Mesh)
Aluminiumpulver	21^%
(-36+400 B.S.S.-Mesh)		55
Bariumnitrat	4,0%
(-60+200 B.S.S.-Mesh
Kryolith	2,0%
(-lOOB-S-S.-Mesh)
kolloidales Kieselsäuresol	15,0%	60
(30% Feststoff)
Stärke	3,0%
(vorgeliert, teilweise kationisch)
zweistufiges Phenolformaldehydharz	2,0%
(härtet bei 150-180⁰C)	1,0%	65
Ferrichlorid

Beispiel 2 Aluminosilikatfaser Aluminiumoxid

(-100B-SA-MeSh)

Titanoxid

(-100RSA-MeSh)

Aluminium

(-200+400 B.S.S.-Mesh)

Bariumnitrat

(-60+200RSA-MeSh)

Natriumsilico-fluorid

(-100BÄS.-Mesh)

kolloidales Kieselsäuresol

(30% Feststoff)

Stärke

Harz

Aluminiumsulfat Beispiel 3 Aluminosilikatfaser Aluminiumoxid

(-100B.S.S.-Mesh)

Magnesia

(-200B.S.S.-Mesh)

Chromit

(-200B.S.S.-Mesh)

Aluminium

(-300B5Ä-Mesh)

Bariumsulfat

(-100B55.-Mesh)

Kryolith

(-100 B.S.S. Mesh)

kolloidalesKieselsäuresol

(40% Feststoff)

Stärke

Harz

Aluminiumsulfat Beispiel 4 Aluminosilikatfaser Aluminiumoxid

(-100 B.S.S.-Mesh)

Aluminium

(-36 + 200B.S.S.-Mesh)

Bariumsulfat

(-100 B.S.S.-Mesh)

kolloidales Kieselsäuresol

(40% Feststoff)

Stärke

zweistufiges Phenolformaldehydharz (härtet bei 150- 180⁰C)

Aluminiumsulfat

7,0% 7,0%

21,0% 2,0% 1.0%

12,0%

0.8%

45,8% 7,5<>/o 7,5% 6,7%

12,5% 2,5% 1,0%

10,0% 3,5% 2,00/0 1,0%

45,2% 5,0%

27,5% 4,0%

2,0% 3,5%

2,0% 0,8%

Nach der vorstehend beschriebenen Aufschlämmungsmethode wurden aus den Zusammensetzungen der vorstehenden vier Beispiele Formlinge hergestellt, die Dichten von etwa 0,35 g/cm³ aufwiesen.

Beispiel 5

Zerstoßene leichtgewichtige Schamotte (mindestens 70% Aluminiumoxid mit maximaler Schüttdichte von

7	25 32 745	10	2,0%
# 0,24 g/cm³-60 + 200 B.S.S.-Mesh)	40,0%
Magnesia		5,0%
(-100 + 200 B.S.S.-Mesh)	10,0%
Aluminium		3,5% is
(-36+200 B.S.S.-Mesh)	30,0% 5	2,0%
Bariumsulfat
(-100B.S.S.-Mesh)	2,5%
Eisenoxid
(-200B.S.S.-Mesh)	5,0%
Natriumsilico-fluorid
(-100 6.8.8.-MeSh)
Stärke
(vorgeliert)
Phenolformaldehydharz
(härtet bei 150-180⁰C)
Kieselgur (Diatomit)

Es sei bemerkt, daß in diesem Beispiel die erforderliche geringe Dichte durch die Verwendung eines körnigen hochschmelzenden Stoffs mit geringer Dichte er- 20 zielt und kein fasriger hochschmelzender Stoff zugegeben wird. Aus dieser Zusammensetzung wurde ein Formling hergestellt, indem man die Bestandteile mit 50 bis 20% Wasser unter Bildung einer fließfähigen Mischung mischte und diese wurde in einen Kernkasten 25 geblasen (oder von Hand eingestampft) und dann entgratet und bei einer Temperatur von 180 bis 190⁰C getrocknet Dieser Formling besaß eine Dichte von 0,45 g/cm³.

30

35

40

45

50

55

60

65

Claims

Patentansprüche:

1. Wärmeisolierende geformte Auskleidung für Speiser, enthaltend einen körnigen und/oder fasrigen hochschmelzend^ Werkstoff mit hoher Undurchlässigkeit gegenüber Infrarot- und Ultraviolettstrahlung, ein feinteiliges Metall, wie Aluminium-, Ferrosilicium-, Silicium-, Magnesium- und/oder Zirkoniumpulver, sowie einen aus einem organischen und einem anorganischen Bindemittel bestehenden Binder, dadurch gekennzeichnet, daß der hochschmelzende Werkstoff zusätzlich ein Oxidationsmittel für das feinteilige Metall sowie einen Fluoridkatalysator für die exotherme Reaktion der aus dem feinteiligen Metall und dem Oxidationsmittel bestehenden exothermen Mischung enthält und daß die Auskleidung eine Dichte unter 0,7 g/cm³ besitzt

2. Geformte Auskleidung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxidationsmittel Bariumsulfat, Eisenoxid, Mangandioxid und/oder Bariumnitrat ist

3. Geformte Auskleidung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Fluoridkatalysator Kryolith, Flußspat oder Natriumsilicofluorid enthält

4. Geformte Auskleidung nach einem der Ansprache 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der hochschmelzende Faserwerkstoff aus Aluminosilicate Zirkonsilicat-, Calciumsilicat- und/oder Alummiumoxidfasern besteht

5. Geformte Auskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen körnigen hochschmelzenden Werkstoff der au« Aluminiumoxid, Magnesia, Chromit, Titanoxid und Zirkoniumoxid bestehenden Gruppe enthält

6. Geformte Auskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der organische Binder ein Phenolharz, ein Harnstoffharz, ein Furanharz und/oder Stärke und der anorganische Binder kolloidales Kieselsäuresol, kolloidales Aluminiumoxid und/oder Monoaluminiumorthophosphat ist

7. Geformte wärmeisolierende Auskleidung: nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die folgende Zusammensetzung auf Gewichtsbasis: