DE2831505A1

DE2831505A1 - Hitzebestaendiger exothermer waermeisolierender gegenstand

Info

Publication number: DE2831505A1
Application number: DE19782831505
Authority: DE
Inventors: Frank Neat
Original assignee: Foseco Trading AG
Current assignee: Foseco Trading AG
Priority date: 1977-07-19
Filing date: 1978-07-18
Publication date: 1979-02-01
Also published as: ATA522578A; BR7804627A; JPS5421414A; SE7807930L; AU3817278A; FR2397901B1; IT7868704A0; AR215324A1; LU79996A1; ZA784072B; CA1103884A; AT372367B; US4201606A; NL7807730A; SE431536B; BE869134A; FR2397901A1; IT1108013B; ES471866A1; DE2831505C2

Description

Die Erfindung betrifft eine hitzebeständigen exothermen wärmeisolierenden Gegenstand zum Gebrauch in der metallurgischen Industrie.

In der metallurgischen oder Hüttenindustrie werden eine große Vielzahl von hitzebeständigen wärmeisolierenden Gegenständen verwendet, um den Wärmeverlust geschmolzenen Metalls herabzusetzen. Beispiele für solche Gegenstände sind Deckelauskleidungen an den oberen Enden von Barrenformen, Steigerhülsen in Metallgußformen und Platten zur Auflage auf frei liegende Oberflächen von Metallschmelzen zur Verringerung des dort auftretenden Wärmverlusts und zur Verringerung des Auftretens von Lunkern im fest gewordenen Metall. Diese letztere Anwendungsart wird einfach als Anti-Lunkerauflage in Plattenform bezeichnet.

Viele derartige Gegenstände sind im Gebrauch und es gibt eine wesentliche Anzahl von Patent- und anderen Schriften über ihre Zusammensetzung und Herstellung. Während die erwünschte Wirkung einfach durch die Wärmeisolierungseigenschaften solcher hitzebeständiger wärmeisolierenden Gegenstände erzielt werden kann, ist es auch bekannt, in die Gegenstände einen größeren oder kleineren Anteil einer exotherm reagierenden Mischung aufzunehmen, die bei der Berührung mit einer äußeren Wärmequelle, beispielsweise mit geschmolzenem Metall, entzündet wird und entweder einfach dazu dient, den hitzebeständigen wärmeisolierenden Gegenstand aufzuwärmen und so die Abkühlwirkung des Gegenstandes auf das geschmolzene Metall so gering wie möglich zu halten,, oder das infolge einer wesentlichen exothermen Reaktion dem geschmolzenen Metall Wärme zuführt.

Hitzebeständige exotherme wärmeisolierende Gegenstände dieser Art müssen zur Erzielung einer zufriedenstellenden Wirkung nicht nur thermisch in der richtigen Weise ausgelegt sein, sondern sie müssen bestimmte mechanische Eigenschaften

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besitzen, um einen einfachen Umgang zu gestatten und den auf sie einwirkenden mechanischen Kräften zu widerstehen. Schließlich ist es bei der Herstellung eines Gegenstandes, der die erwünschten thermischen und mechanischen Eigenschaften besitzt^ eine einfache und kostengünstige Herstellungsart aus leicht erhältlichen relativ kostengünstigen Bestandteilen erwünscht.

Es hat sich gezeigt, daß sehr zufriedenstellende hitzefeste exotherme wärmeisolierende Gegenstände zum Gebrauch in der metallurgischen oder Hüttenindustrie mit einem gewissen Ausmaß von Exothermie, die ausbrennen, um einen ausgebrannten Gegenstand von sehr zufriedenstellender Festigkeit und Wärmeisolierung zu ergeben, durch ein Aufschlämmverfahren unter Benutzung einer besonderen Kombination von Bestandteilen hergestellt werden können.

Erfindungsgemäß wird ein hitzefester exothermischer wärmesiolierter Gegenstand zum Gebrauch in der metallurgischen Industrie mit eineirr Gewicht von weniger als 0,75 g/cm mit exothermen und wärmeisolierenden Eigenschaften geschaffen, der durch Entfernen des flüssigen Anteils aus einem Schlamm gebildet wird, und bei dem der Festkörpergehalt des Schlamms eine Binder subs tanz einschließt, der ,bezogen auf den gesamten Festkörpergehalt, 8 bis 20 Gew.-% oxidierbare Metallpartikel, 5 bis 25 Gew.-% faserartiges hitzebeständiges Material und 5 bis 20 Gew.-% eines geblähten Perlits enthält, der in seinem Trockenpulverzustand ein spezifisches Schüttgewicht (im lockeren Zustand) von weniger als 0,15 g/cm besitzt.

Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß, ungeachtet der Tatsache, daß die erfindungsgemäßen Gegenstände 5 bis 20 Gew.-% geblähten Perlits enthalten, diese in direkte Berührung mit geschmolzenem Stahl gebracht werden können, ohne daß ein Zusammenbrechen erfolgt und ohne ein wesentliches Eindringen des geschmolzenen Stahles in den Gegenstand, obwohl

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der Erweichungspunkt des Perlits sehr viel niedriger als die Temperatur der Stahlschmelze liegt.

Selbstverständlich treten die bekannten Nachteile eines hohen Gehalts dieses Materials bei hitzebeständigen Gegenständen auf, wenn zu viel Perlitanteil in dem Gegenstand vorhanden ist. In diesem Fall würde die Festigkeit des Endprodukts reduziert, die Verdichtung durch den metallostatischen Druck des geschmolzenen Metalls erhöht und es ergäbe sich eine vergrößerte Neigung zum Auftreten einer Metalldurchdringung und der Gegenstand hätte die erhöhte Tendenz, eine flüssige Schlacke zu bilden. Durch eine Begrenzung des Anteils und der Art des Perlits innerhalb der oben bestimmten Bereiche können die erwünschten Eigenschaften des hitzebeständigen Gegenstandes, die niedere Dichte und hohe Wärmeisolation erzielt werden, ohne die besprochenen Nachteile zu erleiden.

Die Aufnahme des Perlits unterstützt naturgemäß die Bildung eines Gegenstands mit einem spezifischen Gewicht von unter

Of75 g/cm .Vorzugsweise werden die Bestandteile so ausgewählt und in solchem Verhältnis gemischt, daß sich ein spezifisches Gewicht von weniger als 0,6 g/cm ergibt, wobei der Bereich von 0,35 bis 0,45 g/cm der meist bevorzugte ist.

Die exothermen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch den Einschluß von oxidierbarem Material in der Mischung erzeugt. Wenn der Gegenstand seine erste Berührung mit geschmolzenem Metall erfährt, oxidiert das oxidierbare Metall und gibt dabei Wärme ab. Das Gemisch enthält vorzugsweise wenigstens 10 Gew.-% oxidierbares Metall, damit sich eine ausreichende exotherme Wirkung ergibt, und diese Wirkung kann zusätzlich dadurch erhöht werden, daß dem Gemisch ein für das Metall oxidierend wirkendes Mittel zugesetzt wird. Das Oxidierungsmitte1 sollte in Partikelform zugesetzt werden, und es handelt sich vorzugsweise um Eisenoxid und/oder

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Mangandioxid. Das oxidierbare Metall ist vorzugsweise Aluminium, es kann jedoch auch Magnesium verwendet werden. Die Menge des gegebenenfalls zugefügten Oxidierungsmittels wird entsprechend dem erwünschten oder erforderlichen Anstieg der exothermen Wirkung ausgewählt, die durch die Zugabe des Oxidierungsmittels gegenüber dem nur oxidierbares Metall enthaltenden Gemisch erzielt werden soll.

Die exothermen Eigenschaft des Gegenstandes können weiterhin dadurch verbessert werden, daß dem Gemisch ein Sensibilisator der Reaktion zwischen dem oxidierbaren Metall und dem Oxidationsmittel zugesetzt wird. Bevorzugte Sensibilatoren sind anorganische Fluoride und können von 2 bis 5 Gew.-% der verwendeten Mischung bilden.

Zusätzlich zu der erwünschten exothermen Wirkung wird durch das oxidierbare Metall und das etwa hinzugefügte Oxidierungsmittel im Gebrauch die Bildung eines ausgebrannten hitzebeständigen Gegenstandes, der weiterhin gute Wärmeisolation ergibt. Dementsprechend besitzen die erfindungsgemäßen Gegenstände in sehr zufriedenstellendem Maße die Fähigkeit, den Wärmeverlust geschmolzenen Metalls während eines langen Zeitabschnitts zu verringern.

Bevorzugterweise bildet das in Teilchenform zugegebene oxidierbare Metall einen Anteil von 12 bis 17 Gew.-% des Gegenstandes und das entsprechende Oxidierungsmittel einen Anteil von 3 bis 6 Gew.-%.

Das faserförmige wärmefeste Material verleiht dem Gegenstand ein erforderliches Ausmaß von mechanischer Festigkeit und verhindert insbesondere eine Versprödung oder Brüchigkeit. Zusätzlich verleiht das zugegebene faserförmige Material in dem Gemisch dem Endprodukt ein geringes spezifisches Gewicht und verleiht ihm zusätzlich ein gewisses Ausmaß von Wärmefestigkeit. Das bevorzugte faserartige wärmefeste

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Material ist faserförmiges Aluminosilikat.

Zusätzlich zu den hitzebeständigen Fasern kann der Gegenstand einen geringen Anteil schmelzbarer anorganischer Fasern, beispielsweise Glasfasern, z.B. mit einem Anteil von 1 bis 2 Gew.-% und/oder einen Anteil von organischem Fasermaterial z.B. bis zu 8 Gew.-% enthalten. Beispielsweise kann der Gegenstand 2 bis 8 Gew.-% (Zeitungs-)Papierschnitzel enthalten. Bevorzugterweise enthalten erfindungsgemäße Gegenstände 10 bis 20 Gew.-% faserförmiges hitzebeständiges Material.

Zusätzlich zu den verschiedenen angeführten Bestandteilen ist in den Gegenständen bevorzugterweise ein pulverisierter oder körniger hitzebeständiger Füllstoff wie Aluminiumoxid (Tonerde),Titanoxid, Zirkonoxid oder Magnesiumoxid (Magnesia) enthalten, und zwar vorzugsweise mit einem Anteil von 20 bis 50 Gew.-%. Die Artikel enthalten bevorzugterweise kein freies Siliciumoxid. Der Gehalt eines Anteils an hitzebeständigen Füllstoffen dieser Art erhöht die Gesamthitzebeständigkeit des Gegenstandes.

Als Binder oder Bindungsmittels wird vorzugsweise ein organischer Binder, beispielsweise ein Stärke- oder Harzbinder, z.B. Phenolformaldehyd-Harz oder Harnstoff-Formaldehyd-Harz verwendet. Der Binder bildet vorzugsweise 8 bis 18 Gew.-% des Gegenstandes. Anorganische Bindemittel können gleichfalls verwendet werden, beispielsweise der Rückstand eines kolloiden Oxidhydrosols, z.B. eines kolloiden Silikasols.

Der Gegenstand kann mit einem oder mit mehreren Bindern abgebunden sein.

Wie bereits erwähnt, werden die erfindungsgemäßen Gegenstände aus einer Aufschlämmung der Bestandteile, üblicherweise einer wäßrigen Aufschlämmung hergestellt. Aufschlämmungsverfahren für in der Hüttenindustrie verwendete hitzebeständige Gegenstände

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sind bekannt und bieten den Vorteil, daß Gegenstände ohne
beträchtlichen Verlust von Rohmaterialien hergestellt werden können. Zusätzlich zu den verschiedenen erwähnten Bestandteilen können oberflächenaktive Mittel und/oder Schlämmungshilfsmittel in der Aufschlämmung enthalten sein, damit der Herstellungsprozeß, der im Grunde aus dem Entwässern einer Menge der Aufschlämmung in einer Form der gewünschten Gestalt besteht, unterstützt wird. Die feuchte Vorform der entwässerten Festkörper wird dann aus der Form entnommen und der Binder zum Aushärten gebracht bzw. es wird dem Binder Gelegenheit zum Aushärten gegeben. Das spezifische Gewicht der erzeugten Gegenstände kann in bekannter Weise durch Abwandlungen der Verfahrensschritte beeinflußt werden.

Wie bereits erwähnt, muß ein Blähperlit mit einer lockeren

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Schüttdichte von weniger als 0,15 g/cm verwendet werden. Es

hat sich herausgestellt, daß in besonders vorteilhafter Weise zusätzlich zur Verwendung eines Blähperlits dieser Art mindestens 90 Gew.-% des Blähperlits aus Teilchen mit einer
Teilchengröße von 0,053 bis 0,71 mm bestehen sollten. Vorzugsweise besteht der gesamte oder im wesentlichen der gesamte Perlit aus Teilchen innerhalb dieses Größenbereichs.

Bevorzugte und am meisten bevorzugte Verteilungen der Teilchengrößen des verwendeten Perlits sind in der nachfolgenden
Tabelle angegeben:

Teilchengröße (mm) bevorzugter größter am meisten bevorzugt Gewichtsanteil% größter Gewichtsanteil%

0,355 bis 0,5 12 7

0,25 bis 0,355 15 12

0,15 bis 0,25 25 18

0,105 bis 0,15 20 14

0,075 bis 0,105 30 21

0,053 bis 0,075 30 15

unter 0,053 20 14

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Es hat sich gezeigt, daß die Verwendung von Blähperlit mit der bevorzugten oder meist bevorzugten Teilchengrößenverteilung nach der angegebenen Tabelle einen nur sehr geringen Verlust von Perlit bei der Herstellung infolge des Schwimmens auf dem Aufschlämmungswasser ergibt.

Zusätzlich zu den verschiedenen genannten Bestandteilen kann das Gemisch noch andere Materialien enthalten, etwa Füllstoffe mit niedrigem spezifischen Gewicht außer Perlit, z.B. Kieselgur, und andere anorganische Fasern, beispielsweise Schlackenwolle. Es können auch Zusätze hinzugefügt werden, die die Verarbeitungseigenschaften der Aufschlämmung verbessern, z.B. Schlamm- oder Suspensionsmittel.

Die folgenden Beispiele, bei denen die Anteile und Prozentsätze jeweils Gewichtsanteile und Gewichtsprozentsätze sind, dienen zur besseren Darstellung der Erfindung:

Beispiel 1

Eine wäßrige Aufschlämmung wurde mit den	folgenden Festkörper
Bestandteilen hergestellt:
	Gewichtsteile
Papier	4
Phenolformaldehyd-Harz	5
Harnstoff-Formaldehyd-Harz	7
Stärke	3
Aluminosilikatfasern	16
Glasfaser	1
Eisenoxid	4
Aluminiumpulver	14
Kryolit	3
Aluminiumoxid (Tonerde)	30
Blähperlit	12
Flockungsmittel und Schaumbremsen	1

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Anteile des Schlammes, der einen Feststoffgehalt von 20%
hatte, wurden in einer Tafelform entwässert, aus der Form entnommen und in einem Ofen getrocknet; es ergaben sich
hitzebeständige Tafeln mit einem spezifischen Gewicht von 0,36 g/cm³.

Beispiel 2

Exotherme Tafeln mit einer Dichte von 0,41 g/cm wurden wie im Beispiel 1 hergestellt, jedoch wurde eine wäßrige Aufschlämmung der folgenden Bestandteile verwendet:

Gewichtsteile

Papier 6

Phenolformaldehyd-Harz 7

Harnstoff-Formaldehyd-Harz 6

Glasfaser 2

Eisenoxid 5

Aluminiumpulver 10

Blähperlit 11

Kryolit 2

Aluminosilikatfaser 10

Aluminiumoxid (Tonerde) 41

Beispiel 3

Exotherme Tafeln mit einem spezifischen Gewicht von 0,34 g/cm wurden entsprechend Beispiel 1 hergestellt, aus einer wäßrigen Aufschlämmung der folgenden Bestandteile:

Gewichtsteile

Papier 7

Phenolformaldehyd-Harz 4

Harnstoff-Formaldehyd-Harz 3

Stärke 4

Aluminosilikatfaser 10

Eisenoxid 5

Aluminiumpulver 16

Blähperlit 16

Kalium-Kryolit 8 G 9885/0922 ³

Aluminiumoxid (Tonerde) 32

Beispiel 4

Exotherme Tafeln wurden durch Entwässern verschiedener wäßriger Aufschlämmungen in einer Form im Vakuum hergestellt, wobei
die Aufschlämmungen die folgenden Gewichtsanteile enthielten:

Harnstoff-Formaldehyd-Harz 7,5 Teile

Phenolformaldehyd-Harz 8 Teile

Papier 5,8 Teile

Mangandioxid 4 Teile

anorganisches Fluorid 3 Teile

Mittel zur Herabsetzung der Oberflächenspannung

und Schlamm-Mittel 0,2 Teile

Dazu kamen Anteile von Aluminosilikatfaser, Blähperlit, Aluminium und kalzinierter Tonerde nach der folgenden Tafel

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Tafel

Gemisch Nr.	I	1	Gewichtsteile	Perlit	—	kalzinier te Ton
	2	Aluminosilikat- faser		Aluminium	erde
3		10		28.5
4	15	10	18	43.5
5	0	10	18	41.5
6	15	10	5	46.5
7	15	25	0	13.5
8	15	0	18	38.5
15	15	18	16.5
20	0	20	17.5
42	12

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Streifen einer Standardgröße von 2,5 χ 25 χ 25 cm wurden hergestellt, ihre Dichte gemessen und die Streifen wurden dann als Auskleidung des Deckels einer Gußform verwendet, um eine wärmeisolierende Abdeckung zu bilden. Dann wurde Stahl mit einer Temperatur von 16OO°C in die Form eingegossen und zum Erstarren gebracht. Eine Sichtprüfung der Wirksamkeit der Abdeckungsstäbe wurde durchgeführt und die Ergebnisse in der nachfolgenden Tafel aufgelistet. Gleichfalls wurden die thermischen Eigenschaften der Stäbe unter Benutzung eines Standard AMITEC (Schutzmarke) Prüfgerätes gemessen. Diese Ergebnisse sind ebenfalls in der folgenden Tafel aufgelistet. Die Festigkeit der Stäbe wurde subjektiv nach ihrer Neigung zur Beschädigung oder zum Brechen während des Umgangs bewertet. Die Einschnürung unter der Wirkung des metallostatischen Drucks wurde nach Sicht nach der Verfestigung des Gußstücks bewertet.

Alle Gemische mit Ausnahme von Nr. 5 und Nr. 7 zeigten bei der Erprobung vernachlässigbare Schlackenbildung. Geschmolzenes Metall war in die Stäbe bei den Gemischen Nr. 1, 2 und 6, 7, 8 in vernachlässigbarer Weise eingedrungen, leichte Eindringungen fanden bei den Zusammensetzungen 3 und 4 statt und eine gemäßigte Eindringung bei dem Gemisch Nr. 5.

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Tafel

co ο co 00 co on

co to

Gemisch Nr.	spez.Gew. 3 g/cm	thermische Eigenschaften	Isolations eigenschaft Versuchsende	Festigkeit	Zusammen drückung
		exothermische Eigenschaft			vernachlässigbar
1	0.38		hoch	gut	vernachlässigbar
2	0.48	gut	hoch	spröde	gering
3	0.38	gut	niedrig	gut	mäßig
4	0.38	schlecht	niedrig	gering	stark"
VJl	0.26	keine	gering	gering	vernachlässigbar
6	0.55	schlecht	gering	gut	gering-
7	0.32	schlecht	hoch	gut	vernachlässigbar
8	0.44	gut	hoch	gering
gut..__.

■P-

N5 CX) CO

cn

Aus diesen Ergebnissen ist zu ersehen, daß nur die Gemische Nr. 1 und Nr. 7 in jeder Hinsicht zufriedenstellen. Läßt man wie bei Gemisch Nr. 2 die Aluminosilikatfasern weg, so werden sowohl das spezifische Gewicht als auch die Festigkeit beeinträchtigt, während ein übermäßiger Anteil (Gemisch Nr. 8) an diesen Fasernzu Stäben mit geringer Festigkeit führt. Ein Weglassen des Aluminiums (Gemische Nr. 3 und Nr. 4) ergibt unzureichend exotherme Stäbe.

Falls zu viel Perlit enthalten ist (Gemisch Nr. 5) werden Festigkeit, exothermen Eigenschaft und Isolierung im Endzustand verringert.

Claims

Patentansprüche

1. Hitzebeständiger exothermer wärmeisolierender Gegenstand zur Verwendung in der metallurgischen Industrie mit einem spezifischen Gewicht von weniger als 0,75 g/cm mit exothermer und wärmeisolierenden Eigenschaften, der durch Entfernen von Flüssigkeit aus einem Schlamm gebildet wird, wobei der Feststoffgehalt des Schlammes ein Bindemittel enthält, dadurch gekennzeichnet , daß in Gewichtsanteilen des Festkörpergehalts 8 bis 20% aus Teilchen bestehendes oxidierbares Metall, 5 bis 25% faserförmiges hitzebeständiges Material und 5 bis 20% Blähperlit enthalten sind, das im trockenen Pulverzustand

eine Schüttdichte (nicht gestampft) besitzt.

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von weniger als 0,15 g/cm"

MANlTZ FINSTERWALD HEYN MORGAN 8000 MÜNCHEN 22 ROBERT-KOCH-STRASSE 1 TEL. (089) 22 4211 TELEX 05-29672 PATMF

DIPL-ING W GRAMKOW 7000 STUTTGART 50 (BAD CANNSTATT) SEELBERGSTR. 23/25 TEL (07 11) 56 72 61 ZENTRALKASSE BAYER VOLKSBANKEN MÜNCHEN KONTO-NUMMER 7270 POSTSCHECK: MÜNCHEN 770 62-805

ORIGINAL INSPECTED

2. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 90 Gew.-% des Perlits eine Teilchengröße von 0,053 bis 0,71 mm aufweist.

3. Gegenstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das faserförmige hitzebeständige Material Aluminosilikatfasern umfaßt.

4. Gegenstand nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß ein Anteil von Aluminiumoxid (Tonerde) enthalten ist.

5. Gegenstand nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das spezifische Gewicht weniger als 0,6 g/cm , vorzugsweise zwischen 0,35 und 0,45 g/cm beträgt.

6. Gegenstand nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß ein Anteil eines Oxidationsmittels für das oxidierbare Metall in Teilchenform enthalten ist.

7. Gegenstand nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß er in Form eines Stabes für eine Wärmeabdeckungs-Auskleidung, einer Antilunker-Zusammensetzungsabdeckung oder einer Steigerhülse vorliegt.

8. Verfahren zur Herstellung eines Gegenstand nach einem

der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestandteile des Gegenstandes wäßrig aufgeschlämmt werden, daß ein Anteil des Schlammes in einer Form zu einem feuchten Gegenstand der erforderlichen Gestalt entwässert wird, daß der feuchte Gegenstand aus der Form entnommen wird, daß der Gegenstand getrocknet wird und daß das Bindemittel zum Aushärten gebracht oder seine Aushärtung ermöglicht wird.

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