DE2816335A1 - Verfahren zur herstellung von feuerfesten formkoerpern - Google Patents
Verfahren zur herstellung von feuerfesten formkoerpernInfo
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Description
'JtTRICH LEWINSKY 1991/FEF | % ptfi\ fäyg
*' UNCHEN 21 ■ 5 ■
GOTTHARDSTR.81
GEORG FISCHER AKTIENGESELLSCHAFT, CH-8201 Schaffhausen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
eines phosphatgebundenen, bei Temperaturen über 1300 C feuerfesten Formkörpers, das nach diesem Verfahren
erhaltene Produkt und dessen Verwendung für Zwecke der Giessereiindustrie«, Es ist bekannt, feuerfeste Formkörper
aus tongebundener Schamotte herzustellen, welche in die gewünschte Form gebracht, durch Brennen eine hohe Kaltdruckfestigkeit
erhalten. Als Beispiel für diese bekannte Technik sind die Schamotterohre und -Trichter zu nennen» Diese
bekannte Herstellungsart hat den Nachteil, dass sie verhältnismässig teuer ist, weil Formen, Modelle und Strangpressen erforderlich sind, die einem erheblichen Pressdruck
standhalten müssen und weil die Schamottekörper zur Gewährleistung genügender Druck- und Standfestigkeit bei hoher
Temperatur gebrannt und dickwandig, d.h. mit hohem Gewicht ausgeführt v/erden müssen. Durch diese Umstände sind auch
die Möglichkeiten der Formgebung beschränkt.
Aus der DT-AS 24 46 820 ist eine keramische Masse enthaltend
Aluminiumoxid und ein Phosphatbindemittel bekannt, welche als Stampfmasse und als plastische Masse verwendbar isto
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Um aus dieser keramischen Masse feuerfeste Formkörper, beispielsweise
feuerfeste Steine, herzustellen sind jedoch Temperaturen von 500 bis 1650° C erforderlich.
Die CH-PS 500 144 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von keramischen Formteilen bei dem man ein feuerfestes
keramisches Material mit primären, sekundären oder tertiären Metallphosphaten als Bindemittel umsetzt. Die vorgeschlagene
Formmasse wird jedoch nach der Vermischung der einzelnen Komponenten lediglich zu einem Formteil gestampft ohne
irgendwelchen internen Strukturaufbau.
Die vorliegende Erfindung ist aus der Aufgabe entstanden, dünnwandige feuerfeste Formkörper durch billigere Verfahren
als Ersatz für Schamottekörper bei hoher Druck- und Standfestigkeit herzustellen und den Härtungsvorgang
zu vereinfachen.
Erfindungsgemäss erfolgt dies dadurch, dass ein feuerfester
Füller mit Al (H2PO4)3-XH3O oder einem Polyphosphat als
Binder auf ein ein- oder mehrschichtiges Trägermaterial aufgebracht und in ein- oder mehrschichtigem, dünnwandigem
Aufbau vorzugsweise bei Temperaturen unter 400 C darauf ausgehärtet wird„ Eine Variante des erfindungsgemässen Verfahrens besteht
darin, dass das Trägermaterial in verformbarem Zustand
mit dem Binder und dem Füller beschichtet und in ein- oder mehrschichtigem, 15 mm Wandstärke nicht überschreitenden
Aufbau in die endgültige Form gebracht und anschliessend ausgehärtet wird. Ein wesentliches Merkmal einer weiteren
Variante besteht darin, dass bei Verwendung von tonerdehaltigen
Füllern oder Zusätzen, z.B. Aluminiumhydroxid, feuerfester Ton oder Tonerde, der Formkörper bei Umgebungstemperatur
an der Luft gehärtet xvird. Eine v/eitere Variante sieht vor, dass der in die endgültige Form gebrachte Formkörper
an der Luft vorgetrocknet und anschliessend im Ofen bei Temperaturen zwischen 150° C und 300° C nachgehärtet wird.
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Nachstehend werden einige Beispiele des Verfahrens näher beschrieben.
1. Beispiel
Die Herstellung feuerfester Rohre, beispielsweise als Träger für Heizspiralen, erfolgt mittels Verwendung von Papier
als Trägermaterial, welches mit Aluminiumphosphat-Tonerde-Kleber bis zur gewünschten Wandstärke auf ein geeignetes
Rohr resp. Stab aufgerollt wird. Die gerollten feuchten Rohre werden nachher vom Stützrohr abgezogen und vorzugsweise
an der Luft vorgetrocknet und anschliessend im Ofen bei ca. 300 C nachgetrocknet. Bei dieser Temperatur härten
die Rohre aus, wobei das Papier unter dem Einfluss des sauren Binders weitgehend entgast und verkohlt wird. Diese
Rohre sind auch schockbeständig in flüssigem Eisen und bewähren sich als Schutzrohre z.B. für Eisenstangen. Sie
sind hochfeuerfest und wenig reaktiv. Als Träger für diesen Zweck besonders geeignet sind dünne, feste, aber duchlässige
Papiere, bei denen der mineralische Binder durch die Poren hindurchtreten kann und die einzelnen Lagen der Papierschicht
verbindet. Als Beispiel für einen mineralischen Binder sei genannt:
200 g Poliertonerde (feinstes Aluminiumoxid) 30 g Aluminiumhydroxid, stark klebend wirkend
100 ml Monoalumxniumphosphat 50 ml Wasser
Die Tonerde dient hierbei als Füller und als Reaktionsmittel, welche die Eigenschaft der Hitze- und Feuerbeständigkeit
verbessert. Die Zusammensetzung kann in weiten Grenzen variiert werden. Grundsätzlich binden alle tonerdehaltigen
feuerfesten Stoffe mit Monoaluminiurciphosphat ab und zwar bei niederen Temperaturen. Ein Zusatz von Aluminiumhydroxid
fördert vor allem die Lufttrocknungseigen-
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schäften. Bei Aluminiumphosphat und Aluminiumhydroxid als
Kleber können auch andere Füller verwendet werden, wie z.B. Zirkon, Quarzmehl, Schamottemehl etc. Als Trägermaterial
kann anstelle von Papier ein Textilgewebe, z.B. ein Verbandstoffgewebe verwendet werden, bei welchem der
Binder zwischen den Maschen des Gewebes hindurchtreten kann, was besonders hohe Festigkeiten des Endproduktes ergibt.
Es ist ferner möglich, flexible oder dehnbare Faserstoffe, wie beispielsweise Textilschläuche, Wirkwaren,
Litzen oder Bandagen zu verwenden und über ausbrennbaren oder ausschmelzbaren Modellkörpern feuerfeste Hohlkörper
herzustellen. Mit der Wahl des faserigen Trägermaterials kann eine zu erzielende Porosität oder Gasdurchlässigkeit
des feuerfesten Endproduktes eingestellt werden. Wahlweise kann auch mit vorbereiteten Gaze-Bahnen gearbeitet werden,
welche mit Aluminiumphosphat-Tonerde-Kleber bestrichen und mit gekörntem feuerfestem Material bestreut sind. Derartige
Bahnen können in feuchtem Zustand um einen Stützkörper gewickelt und mit oder ohne zusätzlichem Kleber
in die endgültige Form gebracht werden.
2. Beispiel
Die Herstellung eines Giesstrichters zum Schutz einer
Giessform aus Formsand kann wie folgt geschehen: Auf einen Stützkörper wird zuerst eine dünne Lage von Papier oder
Textilgewebe aufgelegt. Anschliessend wird die aufgebrachte Lage von Papier oder Textilgewebe mit einer Tonerde-Monoaluminiumphosphat-Klebmasse
bestrichen und mit klassierter Schamotte, beispielsweise mit einer Körnung von 0,1 bis 0,3 mm bestreut. Nach einem Trocknungsvorgang an
der Luft oder im Ofen kann der Beschichtungsvorgang je nach der gewünschten Dicke mehrfach wiederholt werden. Anschliessend
folgt eine Aushärtung bei Temperaturen zwischen 150° C und 300° C. Mit dem vorbeschriebenen erfindungsgemässen
Beschichtungsverfahren können auch irgend-
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-Y-
welche andere dünnwandige feuerfeste Formkörper, wie Rohre oder Schalen, für Giessformen oder Kerne hergestellt werden.
Dabei wird zweckmässigerweise gekörnte Schamotte als Füller im Beschichtungsmaterxal verwendet. Als Beschichtungsmaterxal
kann auch ein Schlicker, bestehend aus Binder, Füller und allenfalls einem Reaktionsmittel zur Verwendung
gelangen. Als weitere Zusätze sind auch Sägemehl oder Sägespäne oder Styroporkugeln verwendbar.
Als Binder können z.B. "Aluphos" (Gebr. Giulini, Ludwigshafen) oder "Feuerfestbinder 32" (Metallgesellschaft AG,
Frankfurt a/Main) verwendet werden. Das Beschichtungsmaterxal kann körnige oder faserige Stoffe, wie beispielsweise
Schamotte, Mullitschamotte, Korund, Quarzglas, Quarzsand, Olivin, Chromit,- Magnesit oder Zirkonsand enthalten.
Zusätzlich zum feuerfesten Füller können Hohlkugeltonerde, Styroporisolierperlen, Holzmehl, Textilabfälle und dergl.
verwendet werden, um eine gewünschte Porosität und/oder
Gasdurchlässigkeit zu erzielen. Durch Zumischung von Stahlkies feiner Körnung ergeben sich Formkörper mit erhöhter
Wärmeleitfähigkeit. Als Stützkörper können Körper aus
Papiermache, Kunststoff-Folien, geschäumte Kunststoffe,
Papier- oder Kartonrollen, Wachsmodelle oder lösliche Körper aus Salz, Harnstoff oder Kunststoff zur Verwendung
gelangen. Die Beschichtung kann sowohl von aussen wie von innen her erfolgen.
3. Beispiel
Gerade Rohre, Krümmer oder Kreuzstücke für die Zuleitung von flüssigem Metall in den Formhohlraum usw. können gemäss
dem vorliegenden Verfahren auch mit Armierung hergestellt werden. Dabei kann die erste, wahlweise auch die
zweite oder dritte Schicht gemäss einem vorstehenden Beispiel auf einen Stützkörper aufgebracht werden. Eine hiernach
aufgebrachte Armierung kann aus einem aufgewickelten
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Draht oder Drahtgeflecht bestehen. Dabei kann die Armierung
auch weitgehend vorgeformt sein. Ueber die Armierung wird wiederum mindestens eine Schicht von Binder und Füller
aufgebracht. Die Aushärtung der armierten Formstücke erfolgt gleich wie bei den Beispielen 1 und 2.
Das vorliegende Verfahren eignet sich mit Vorteil zur Herstellung von
- feuerfesten Rohren, anstelle von Schamotterohren z.B. zum Abgiessen von Stahlguss,
- Giesstrichtern und Wirbeltrichtern mit hoher Erosionsfestigkeit,
- flexiblen Rohren für Giess-Systeme, die mit Tonerdepulver
versetzt sind und vor der Verwendung mit Aluminiumphosphatlösung imprägniert und in der Form
getrocknet werden; die Imprägnation kann auch mit fertiger keramischer Klebelösung erfolgen,
- Hohlkernen für Giessformen,
- Präzisionsgiessformen mit Ausbrenn- oder Ausschmelzmodellen,
- Isolierplatten aus imprägnierten Textilgeweben, Papieren ein- oder mehrschichtig verklebt, oder aus
mineralisch- keramisch verklebter Holzwolle.
Wesentliche Vorteile der erfindungsgemäss hergestellten
Formkörper liegen in ihrer gegenüber herkömmlichen Feuerfestkörpern besseren Temperaturwechselbeständigkeit und
ihrer für gewisse Anwendungen erforderlichen geringen Wärmekapazität.
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Claims (21)
1. Verfahren zur Herstellung eines phosphatgebundenen,
bei Temperaturen über 1300 C feuerfesten Formkörpers, dadurch gekennzeichnet, dass ein feuerfester Füller
mit Al (H2PO4)3 * XH2O oder einem Polyphosphat als
Binder auf ein ein- oder mehrschichtiges Trägermaterial aufgebracht und in ein- oder mehrschichtigem, dünnwandigem
Äμfbau darauf ausgehärtet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Wandstärke des Formkörpers auf unter 15mm,
vorzugsweise unter 10mm, beschränkt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche .1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial in verformbarem
Zustand mit dem Binder und dem Füller beschichtet und in ein- oder mehrschichtigem Aufbau in die endgültige
Form gebracht und anschliessend ausgehärtet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial durch ein- oder
mehrmaliges Tauchen mit dem Binder und Füller beschichtet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Trägermaterial, Binder und Füller
vor dem Aushärten auf einen Stützkörper gebracht werden, welcher wahlweise im Formkörper belassen oder nach dem
Erhärten entfernt wird.
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ORIGINAL INSPECTED
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass in den Schichtaufbau eine Armierung, z.B. ein Drahtgeflecht, eingebracht wird, welche
im Formkörper verbleibt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Binder zusätzlich Al (OH)-,
oder feuerfester Ton beigegeben wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass nichtbasische feuerfeste Oxide oder Silikate, z.B. Ouarzmehl als Füller verwendet
werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung von tonerdehaltigen
Füllern oder Zusätzen xtfie z.B. Aluminiumhydroxid,
feuerfester Ton oder Tonerde, der Formkörper bei Umgebungstemperatur an der Luft ausgehärtet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der in die endgültige Form gebrachte
Formkörper an der Luft vorgetrocknet und anschliessend im Ofen bei Temperaturen zwischen
150 - 300° C nachgehärtet wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnetf dass ein organisches Trägermaterial
verwendet wird, z.B. vorzugsweise dünnes, festes aber durchlässiges Papier oder Textilgewebe.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11,, dadurch
gekennzeichnet, dass bei Verwendung von Tonerde oder tonerdehaltigen Stoffen Monoaluminiumphosphat in situ
durch Phosporsäure gebildet wird.
809842/1073 " ■
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12,, dadurch
gekennzeichnet, dass der Füller ein basisches Oxid enthält,
z.B. Talk, Asbest, Speckstein, Magnesia, Chromerz, Olivin oder Forsterit.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Abbindevorgang durch beschleunigende
oder verzögernde Zusätze gesteuert wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 7 bis 10 oder
12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial ein vorgeformtes Drahtgewebe oder -Geflecht ist, welches
gleichzeitig als Stützkörper dient, und das durch wiederholtes Tauchen in eine Binder-Füller-Mischung beschichtet
wird und als Armierung im Formkörper verbleibt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet,
dass die Aushärtung des Formkörpers unterhalb des Sinterpunktes des Füllers erfolgt.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Aushärtung des Formkörpers unterhalb 400° C erfolgt.
18. Phosphatgebundener, dünnwandiger, bei Temperaturen über
1300° C feuerfester Formkörper, hergestellt nach dem Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 17.
19. Verwendung des Formkörpers, hergestellt nach dem Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 18 für Zwecke
der Giessereiindustrie.
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20. Verwendung nach Anspruch 19 zum Transport von flüssigem Metall, z.B. in Form eines Trichters, Eingussrohres,
Wirbeltrichters oder einer Ofengussrinne.
21. Verwendung nach Anspruch 19 als Träger elektrischer Heizwicklungen.
GEORG FISCHER AKTIENGESELLSCHAFT
21.Febr.1978
2672WGL-bg
2672WGL-bg
809842/1073
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