DE2609074C2

DE2609074C2 - Formverfahren zur Herstellung eines feuerfesten Bauelementes

Info

Publication number: DE2609074C2
Application number: DE2609074A
Authority: DE
Inventors: Barrie John Tyldsley Lancashire Harvey
Original assignee: Mh Detrick Co Ltd London Gb
Current assignee: Mh Detrick Co Ltd London Gb
Priority date: 1975-03-07
Filing date: 1976-03-05
Publication date: 1983-04-21
Also published as: HK46384A; BR7601391A; IN156494B; FR2302980A1; JPS5829135Y2; FR2302980B1; GB1544407A; NL7602322A; JPS54147755U; CA1056155A; DE7606643U1; AU501145B2; DE2609074A1; AT379236B; DE2660834C2; AU1160576A; SE422842B; SE7603042L; ES445838A1; BE839265A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Formverfahren zur Herstellung eines feuerfesten Bauelementes in offener Kastenform zur Aufnahme wenigstens einer einschichtigen Isolierfüllung, dessen Grundfläche beim Einbau heißseitig gerichtet ist.

Derartige feuerfeste, wärmeisolierende Bauelemente werden beim Aufbau oder bei der Auskleidung von Hochtemperaturbehältern verwendet. Solche Hochtemperaturbehälter können in Form von Röhrenofen, Röstöfen, verschiedenen Typen von Schmelzöfen usw. vorliegen.

Die kastenförmigen Bauelemente müssen aus einem Material hergestellt sein, welches in dem Sinne hitzebeständig ist, daß das Material der Temperatur, welcher es ausgesetzt ist, ohne Beschädigung standhält, und daß das Material ferner als Hitzeisolator wirkt. Demgemäß soll an den Steilen, an denen auf Isoliermaterial abgehoben wird, vorausgesetzt werden, daß das Material ebenso hitzebeständig bzw. standfest bei der Temperatur ist, bei welcher sein Einsatz verlangt

Bekannte Ausführungsformen von feuerfesten Schmelzofenauskleidungen sind aus hitzebeständigen Ziegeln oder als monolithische Auskleidung gestaltet. Diese Auskleidungen sind sehr schwer und erfordern dementsprechend angepaßte Fundamente und Tragekonstiruktionen. Außerdem besitzen diese Auskleidungen eine beachtliche thermische Kapazität, so daß einerseits das Abkühlen nach dem Gebrauch einen langen Zeitraum in Anspruch nimmt, während sie andererseits einen hohen Anteil von Verlustwärme ausnehmen müssen, bevor sie die erforderliche Arbeitstemperatur erreichen. Außerdem dehnen sich solche Auskleidungen mit ansteigender Temperatur aus, so daß eine entsprechende Tragekonstruktion in Anpassung an diesen Vorgang erforderlich ist.

Zum vorbekannten Stand der Technik gehört ein Bauelement gemäß DE-GM 18 27 901, welches kastenförmig aus feuerfester Stampfmasse geformt ist und in dessen Hohlraum Isolierblöcke, vorzugsweise Stein-, Glas- oder Mineralwollmatratzen liegen. Ein solches kastenförmiges Bauelement kann gegebenenfalls auch rückwandseitig mit einer Abdeckplatte aus Isoliermaterial abgedeckt sein. Derartige Bauelemente sind schwer und wärmeträg, außerdem gegen raschen Temperaturwechsel sehr empfindlich.

60 In jüngerer Zeit sind hitzebeständige Fasern, allgemein bekannt als Keramikfasern, entwickelt worden, welche eine ausgezeichnete Hitzebeständigkeit aufweisen. Solche Keramikfasern bestehen gewöhnlich aus einem Tonerde-Silicat und sind im Handel in verschiedenen Güteklassen entsprechend der gewünschten Maximal-Betriebstemperatur verfügbar. Beispielsweise erscheinen Fasern, welche etwa zwischen 43—55% Tonerde und 42—54% Kieselerde enthalten, zum Gebrauch bis zu 126O⁰C geeignet, während ein Anstieg des Tonerde-Anteils bis zu 60-62% auf Kosten des Kieselerde-Anteils Fasern ergibt, welche zum Gebrauch bis 1400⁰C geeignet erscheinen. In jüngster Zeit sind Fasern verfügbar geworden, welche aus nahezu vollständig reiner Tonerde bzw. Zirkonerde (Zirkonoxid) bestehen und bis zu 1600⁰C benutzt werden können. Da Formstücke aus solchen keramischen Fasern mit geringen Gewichts-ZVolumenverhältnissen hergestellt werden können und eine geringe thermische Kapazität aufweisen, sind sie sehr geeignet zum Gebrauch als Schmelzofenauskleidungen und sind in dieser Weise auch in der Form von Schutzüberzügen, Filzen oder Platten verwendet worden. In diesen Formen bietet das Material jedoch ernsthafte Schwierigkeiten der Anbringung. Darüber hinaus zeigen Auskleidung, Filz und Platte den schwerwiegenden Nachteil einer thermischen Schrumpfung, wobei die Auskleidung und der Filz den weiteren Nachteil aufweisen, daß sie abschleifend wirkenden Gasen eine weiche, leicht erodierte Oberfläche darbieten.

Es ist ferner bereits angegeben worden, keramische Fasern zum Herstellen von festen Bauelementen mit geringer Dichte zn verwenden, welche als Ziegel zum Aufbau von Schmelzofenauskleidungen benutzt werden. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines feuerfesten/isolierenden Bauelementes der eingangs angegebenen Art unter Verwendung von keramischem Faserwerkstoff, wobei optimale Eigenschaften bei der Verwendung dieses Faserwerkstoffes am fertigen Bauelement erzielt werden sollten. Die Lösung dieser Aufgabenstellung erfolgt mit den Mitteln des Patentanspruchs 1. Nützliche Weiterbildungen sind in den Patentansprüchen 2 und 3 angegeben.

Die besondere Bedeutung der Verwendung kurzstapliger Fasern liegt darin, daß hierbei durch Vakuumformung ein besonders homogener Formkörper entsteht, welcher in allen Raumrichtungen gleiche Dichte aufweist. Die Faserlängen in Form von Fasersträngen, wie sie von den Herstellern keramischer Fasern geliefert werden, sind für diesen Zweck ungeeignet, weil sich hiermit kein Faserbrei herstellen läßt, welcher in der Ausfüllung der Form die erforderliche gleichmäßige Verteilung in allen Raumrichtungen ermöglicht. Für das Vakuum-Formverfahren ist es im vorliegenden Falle wichtig, daß der Faserbrei selbst möglichst homogen ist, und dies wird durch die Verwendung der kurzstapligen Fasern bzw. solcher Fasermischungen ermöglicht. Außerdem lassen sich hierdurch im Produktionsprozeß völlig gleichmäßige Bauelemente herstellen, von denen jedes einzelne die gewünschten Eigenschaften aufweist. Die Grundausführung des Bauelementes bildet ein einstückiger Kasten, dessen Grundfläche heißseitig gerichtet ist. Um eine Steuerung des Temperaturgradienten zwischen der heißen und der kalten Seite zu ermöglichen, kann der Innenraum des Bauteils in verschiedener Weise aufgebaut werden. Beispielsweise läßt sich der Innenraum mit einem geeigneten Isoliermaterial in Teilchenform oder geschäumt ausfül-

len. Üblicherweise ist die Kastenform kaltseitig mit einer Platte aus einem keramischen Fasermaterial oder aus einem hiervon verschiedenen geringerwertigen Isoliermaterial belegt Der so abgeschlossene Raum kann mit Isoliermaterial, beispielsweise in unterteilter Form, gefüllt sein. In einer alternativen Ausführung kann der eingeschlossene Raum in eine Mehrzahl von Lufträumen aufgeteilt sein, und zwar durch die Anwendung von einer oder mehreren Zwischenlagen, welche sich zwischen den Seitenwänden parallel zur Vorderwand erstrecken. Solche Zwischenlagen kennen ebenfalls aus keramischen Fasernplatten, aus Platten mit wurmförmig verlaufenden Hohlräumen oder aus anderen isolierenden Platten bestehen, welche entweder einzeln oder in ausgewählten Kombinationen in Abhängigkeit von den gegebenen Voraussetzungen verwendet werden. Der Luftraum bzw. einige der so gebildeten Lufträume können dabei ferner Isoliermaterial enthalten. Da ein wesentlicher Teil der Hitze durch Strahlung übertragen wird, kann wenigstens eines der Isoliermaterialien eine Substanz, wie »Rutile« enthalten, welche eine Herabsetzung der Wärmeübertragung durch Strahlung bewirkt.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert werden; es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht, teilweise im Ausschnitt, eines kastenförmigen feuerfesten Bauelementes,

Fig.2 eine explodierte Ansicht, teilweise im Ausschnitt, eines Bauelementes mit einer Rückwand,

F i g. 3 einen Querschnitt des in F i g. 2 dargestellten Bauelementes nach dem Zusammensetzen,

F i g. 4 eine perspektivische Ansicht eines kompletten Bauelementes mit einem weggeschnittenen Teil, wodurch die innere Anordnung erkennbar wird,

F i g. 5 einen Querschnitt durch eine andere Form des eines kompletten Bauelementes, welches zwischen anschließenden Bauelementen liegt, und

F i g. 6 eine teilweise geschnittene Ansicht einer perspektivischen Darstellung einer Gießform, welche zur Herstellung des kastenförmigen Bauelementes verwendbar ist.

In F i g. 1 ist das feuerfeste Bauelement in Form einer offenen kastenförmigen Struktur dargestellt, welche einstückig aus keramischen Fasern geformt ist und eine Vorderwand 4 aufweist, welche die heiße Seite bildet. Ferner sind Seitenwände 6 vorgesehen. Zur Erleichterung der Herstellung sind die inneren und äußeren Oberflächen der Seilenwände 6 beiderseits leicht abgeschrägt, so daß sich die Dicke jeder Wand nach ihrem äußeren Ende hin vermindert. Dieser Grundtyp kann bereits als solcher benutzt werden, es können aber auch seine Isoliereigenschaften durch Ausfüllung des Hohlraums mit isolierendem Material verbessert werden. Solches Material kann beispielsweise ein keramischer Faserüberzug mit oder ohne geeignetes Bindemittel sein, oder ein geschäumter, hitzebeständiger Werkstoff, welcher anfänglich aus einer zementartigen Mischung von keramischen Fasern unter Zusatz von Binde- und Schäummitteln besteht, der sich während des Trocknungsprozesses formt.

Fig.2 zeigt eine Modifikation des Bauelementes nach F i g. 1. Hierbei ist die Dicke der Seitenwände 6 an den äußeren Enden vermindert, wodurch eine Stufe 8 gebildet wird, die einen Sitz für eine Rückwand 10 bildet. Diese kann aus einer Platte aus keramischen Fasern oder aus anderem geeigneten hitzebeständigem/isolierendem Material bestehen, und sie kann in der vorgesehenen Lage durch einen geeigneten hitzebeständigen Zement gesichert werden. Der eingeschlossene Hohlraum zwischen der Vorderwand, den Seitenwänden und der Rückwand kann leergelassen werden, oder entsprechend den verlangten Anforderungen läßt sich dieser Hohlraum mit einem geeigneten hitzebeständigen/isolierenden Material ausfüllen oder so unterteilen, daß ein oder mehrere Luftspalte gebildet werden, welche sich parallel zu der heißen Fläche erstreckea

F i g. 3, die einen Querschnitt des in F i g. 2 erläuterten Bauteils darstellt, zeigt den zwischen der Vorderwand 4, den Seitenwänden 6 und der Rückwand 10 eingeschlossenen Raum mit einem isolierenden Material 12 gefüllt, welches in geschäumter Form oder in Teilchenform vorliegen kann.

F i g. 4 zeigt eine Form eines kompletten Bauelementes, welches das in Fig.2 gezeigte Bauelement mit Rückwand 10 enthält, und bei dem eine Zwischenlage oder Platte 14 zwischen der Rückwand und der inneren Oberfläche der Vorderwand 4 mit Hilfe von Stegleisten 16 befestigt ist Der Raum zwischen der Platte 14 und der Rückwand 10 ist zur Bildung eines Luftspaltes offengelassen worden, während der Raum zwischen der Platte 12 und der inneren Fläche der Vorderwand 4 mit einem geeigneten Isolierkörper 18 ausgefüllt ist Das dargestellte Bauelement zeigt ferner einen Körper 20 von geringerwertigem Isoliermaterial, wie Mineralwolle, welcher auf seiner Kaltflädie befestigt ist

F i g. 5 zeigt eine andere Ausführung des Bauteils nach Fig.4, bei der eine Zwischenlage oder Platte auf einer in den Seitenwänden 6 geformten Stufe angeordnet ist, so daß auf jeder Seine der Platte ein Luftspalt entsteht. Bei dieser Konstruktion kann als Material der Platte 24 ein solcher Werkstoff verwendet werden, welcher als Sperre für die Strahlungshitze dient.

Es ist erkennbar, daß die verschiedenen Teile der in den F i g. 2,3,4 und 5 dargestellten Bauelemente so weit erforderlich durch den Gebrauch eines geeigneten hitzebeständigen Zementes gesichert werden können.

F i g. 5 zeigt drei Bauelemente 26 in der Lage Seite an Seite nebeneinanderliegend, welche sie bei einer vollständigen Schmelzofenauskleidung einnehmen würden.

Um eine Strömung von heißen Gasen durch die Anschlußstellen zwischen den Bauelementen sogar dann zu verhindern, wenn diese Bauelemente schrumpfen, ist eine Packung 28 von keramischen Fasern zwischen den Seiten benachbarter Bauelemente angeordnet.

Die Herstellung des Bauelementes in offener Kastenform erfolgt durch die Anwendung des Vakuum-Formverfahrens.

Bei einer geeigneten Ausführungsart dieses Verfahrens wird eine entsprechend gestaltete Form verwendet, welche wenigstens auf eimern Teil ihrer Oberfläche perforiert, oder in anderer Weise durchlässig ist, und die mit einer Saugleitung in Verbindung steht und in einen Brei von kurzstapligen keramischen Fasern getaucht wird.

Der Saugvorgang wird dabei so lange aufrecht erhalten, bis eine hinreichend«: Dicke des Fasermaterials erreicht ist. Danach wird das Bauelement aus der Form genommen und in strömender Luft bei etwa 150° C getrocknet.

Der Faserbrei enthält geeignete Bindemittel wie kolloidale Kieselerde (Siliciii) und/oder Stärke. Die Dichte des Bauelementes liegt vorzugsweise in der

Größenordnung 0,24—0,29 g/cm³. Es können jedoch auch etwas höhere Dichten verwendet werden, wenn der entsprechende Abfall der Isolierwerte annehmbar ist.

Eine zur Verwendung in einem solchen Herstellungsverfahren geeignete Form ist in F i g. 6 dargestellt. Wie gezeigt, enthält diese Form einen Träger 30, welcher an seiner offenen Seite nach innen gewandte Flanschteile 32 aufweist, mit deren Kanten der Umfang eines Formstücks verbunden ist. Dieses Formstück besteht aus perforiertem Blattmessing und hat die Gestalt des herzustellenden Bauelementes. Der Innenraum des Trägers ist durch eine nicht gezeigte Leitung mit einer Saugvorrichtung verbunden. Der Saugvorgang wird so lange fortgesetzt, bis der keramische Faserbrei das Randniveau der Flanschteile 32 erreicht.

Es soll darauf hingewiesen werden, daß beim Vakuumformen der Bauelemente gemäß einer Weiterbildung der Erfindung eine Auswahl der Natur bzw. der Wertigkeit der keramischen Fasern, welche in der Mischung verwendet werden, im Hinblick auf den vorgesehenen Gebrauch der Bauelemente durchgeführt wird. Unter diesem Gesichtspunkt sind die Arbeitstemperatur des Schmelzofens und die physikalischen sowie chemischen Bedingungen seiner Atmosphäre zu berücksichtigen, und es sind nieder- oder höherwertige keramische Fasern oder Mischungen solcher Gütestufen derart auszuwählen, daß ein Bauelement geschaffen wird, welches den gegebenen Bedingungen am besten entspricht.

Derartige Bauelemente in offener Kastenform können dazu benutzt werden, um die Auskleidung eines Schmelzofens in der Art von Ziegeln herzustellen, sie können an der Wandfläche des Schmelzofens oder anderen Tragkonstruktionen in jeder gewünschten Weise beispielsweise mit Hilfe von Zement befestigt werden. Das vorteilhafte geringe Gewicht der Bauelemente vereinfacht die Befestigung.

Aus dem Zusammenhang des Vorangegangenen ergibt sich, daß das feuerfeste/isolierende Bauelement sehr vielseitig verwendbar ist, weil eine gegebene Größe des Grundtyps für verschiedene Belastungen durch die Auswahl entsprechender Innenfüllungen ausgerüstet werden kann. Darüber hinaus kann die Dicke der Heißfläche, d.h. der Vorderwand des Grundbauelementes bei Bedarf leicht geändert werden.

Das geringe Gewicht und die verbesserten Isoliereigenschaften der Bauelemente ermöglichen eine Umkonstruktion von Schmelzofen und anderen Behältern im Hinblick auf eine wesentliche Verminderung der schweren Tragkonstruktion sowie der Fundamente, welche üblicherweise benutzt werden und zwar dahingehend, daß statt dessen eine leichte Rahmenkonstruktion verwendet wird, welche hauptsächlich als Träger der Bauelemente dient.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: ίο

1. Anwendung des Vakuum-Formverfahrens zur Herstellung eines feuerfesten Bauelements in offener Kastenform zur Aufnahme wenigstens einer einschichtigen Isolierfüllung, dessen Grundfläche beim Einbau heißseitig gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Brei aus kurzstapligen keramischen Fasern mit Bindemittelzusatz vakuumgeformt wird.

2. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die keramischen Fasern als Mischung verschiedener Gütestufen verwendet werden.

3. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 is oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumformung derart durchgeführt wird, daß die Dichte des Bauelements 0,24 bis 0,29 g/cm³ beträgt