DE29604793U1

DE29604793U1 - Hitzefeste Auskleidung

Info

Publication number: DE29604793U1
Application number: DE29604793U
Authority: DE
Original assignee: Promat GmbH
Current assignee: Promat GmbH
Priority date: 1996-03-15
Filing date: 1996-03-15
Publication date: 1996-05-30
Anticipated expiration: 2006-03-16

Description

Die Erfindung betrifft eine hitzefeste Auskleidung für den Hochtemperaturbereich oberhalb von 1000⁰C, insbesondere zum Einsatz in Öfen oder Hochtemperaturaniagen, bestehend aus in dichter Packung und flächig aneinanderliegend angeordneten Keramikfaserelementen in Gestalt quaderförmiger Blöcke.

Bei hitzefesten Auskleidungen, die aus einzelnen Modulen aus Keramikfaserelementen zusammengesetzt werden, erfolgt bei den herkömmlichen Materialien während des Zusammensetzens der Module eine Vorkomprimierung, die erst gelöst wird, nachdem die zu dämmende Fläche oder Wandung eines Ofens oder einer anderen Hochtemperatureinrichtung mit solchen Modulen vollständig bestückt ist. Durch das Entspannen werden die durch die Montage bedingten Spalten oder Fugen zwischen den einzelnen Modulen geschlossen. Problematisch bei derartigen Auskleidungen ist jedoch, daß die in den Blöcken verarbeiteten Keramikfasern bei Einwirkung hoher Temperaturen schrumpfen, wodurch in der Auskleidung ein Schwund eintritt. Ursache hierfür sind Rekristallisationsprozesse des verwendeten Keraimikfasermaterials. Diese Prozesse treten bei Temperaturen von über 900⁰C auf, und führen zu einem Verspröden und gleichzeitigen Schwinden der Fasern. Die Wirkungen nehmen mit der Zeit und der Temperatur zu und bestimmen letztlich in Abhängigkeit von der chemischen Zusammensetzung des Keramikfaserelementes dessen Anwendungsgrenze.

Das Ausmaß der Schwindung läßt sich durch die Wahl des Fasermaterials sowie durch konstruktive Maßnahmen verringern. So ist es z.B. bekannt, die Faserblöcke nicht horizontal mehrlagig, sondern stehend durch Stapeln oder

Falten von Faserbahnen aufzubauen. Durch zusätzliches Verdichten der Blöcke vor deren Montage wird erreicht, daß bei der zwangsläufig einsetzenden Schwindung keine Fugen entstehen. Derartige Auskleidungen sind in den US-Patentschriften 4,001,996 und 4,411,621 sowie in der EP O 286 534 B1 beschrieben.

Als Folge des Schwindverhaltens ist es in der Praxis üblich, die Größe der Blöcke auf den angestrebten Temperaturbereich abzustimmen. So werden für den Temperaturbereich um 100O⁰C überwiegend Blöcke in der Abmessung 600 &khgr; 300 mm verwendet, während in dem höheren Temperaturbereich 1 300 bis 1400⁰C vorrangig Blöcke in der Abmessung 300 mm &khgr; 300 mm Anwendung finden. Das Bestreben, gerade in den hohen Temperaturbereichen zum Ausgleich des Schwindverhaltens kleinere Blöcke mit entsprechend reduzierter Spaltweite nach der Schwindung einzusetzen, führt in der Praxis zu einem hohen Montageaufwand durch die Vielzahl der jeweils einzusetzenden und an der Wand der Auskleidung zu verankernden Keramikfaserelemente.

Entgegen der praktischen Möglichkeiten ist es aus Gründen einer schnellen Montage der Module angestrebt, die Auskleidung aus möglichst großflächigen Keramikfaserelementen zusammenzusetzen. So wird in der US 4,411,621 beschrieben, Blöcke aus einer Vielzahl durch Faltungen miteinander verbundene Fasermatten zusammenzusetzen. Durch dieses spezielle Faltsystem entstehen für den Hochtemperaturbereich oberhalb 1000⁰C geeignete, großflächige und fugenfreie Auskleidungen. Nachteilig an dieser Auskleidung ist, daß sich diese zwar für eine Vorfertigung von Decken- und Wandauskleidungen eignet, aber vor Ort geschultes Montagepersonai das Verformen und Verbinden der einzelnen Fasermatten durchführen muß. Trotz der Großflächigkeit der letztlich hergestellten Module ist daher ein erheblicher Arbeitsaufwand erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hitzefeste Auskleidung für den Hochtemperaturbereich oberhalb von 100O⁰C zu schaffen, die schnelle Montagezeiten ermöglicht und ein günstiges Schwindverhalten zeigt.

Zur Lösung wird bei einer Auskleidung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, daß die Keramikfaserelemente homogen und faltungsfrei mit einer größten Abmessung von mindestens 1000 mm aufgebaut sind, und daß

die Dichte des Fasermaterials infolge eines intensiven Vernadelns mit teilweiser Zerstörung der ursprünglichen Faserstruktur ein Mehrfaches der Dichte eines nicht vernadelten Fasermaterials mit weitgehend ursprünglicher Faserstruktur beträgt.

Da die einzelnen Keramikfaserelemente aus einem durch intensives Vernadeln gebildeten Fasermaterial bestehen, entstehen stark verdichtete Blöcke, deren infolge des Vernadelns gebildeten Faserschlingen während des Hochtemperatureinsatzes einreißen und so ein Schließen der Fugen in der Auskleidungsebene bewirken. Damit weist die erfindungsgemäße Auskleidung nicht die bei den bekannten Auskleidungen auftretenden Schwindungsprobleme auf. Insbesondere ist es nicht erforderlich, die Keramikfaserelemente aus mehrfach gefalteten Fasermatten zusammenzusetzen. Vielmehr setzt sich die erfindungsgemäße Auskleidung aus Keramikfaserelementen zusammen, die homogen und faltungsfrei ausgebildet sind, und die ferner infolge des deutlich verbesserten Schwindverhaltens in Abmessungen von mindestens 1000 mm verbaut werden können, wodurch sich die Montagezeiten stark verkürzen lassen.

Bei dem Vernadelungsprozeß werden mehrere Keramikfaserlagen übereinander angeordnet, und dann mittels quer zu den Faserlagen in das Material eindringenden und mit Widerhaken versehenen Nadeln bearbeitet. Auf diese Weise läßt sich, bezogen auf das vliesförmige Ausgangsmateria!, ein Fasermaterial mit einer bis zu fünffachen Dichte erzeugen. Durch den Vernadelungsprozeß werden kompakte Volumengebilde erzeugt, bei denen die Struktur der ursprünglich geschichteten Vliesmatten mit dem Auge nicht mehr erkennbar ist. Der Nadelungsprozeß führt zur Bildung zahlreicher Fadenschlingen, die in wiederum andere Fadenschlingen eingreifen, was dann, auf den Block als Ganzes bezogen, zu einer Verdichtung in allen drei Fiaumebenen führt.

Das auf diese Weise verdichtete Keramikfasermaterial wird anschließend zu Blöcken in dem gewünschten Format zugeschnitten, und zu der hitzefesten Auskleidung zusammengesetzt. Vorzugsweise werden zur Befestigung an der Wand der Auskleidung Anker verwendet, mit denen sich jeweils zwei Keramikfaserelemente der Auskleidung gemeinsam verankern lassen.

Bei einer möglichen Ausgestaltung ist der Anker mit einer Stange versehen, welche beide Keramikfaserelemente zugleich durchdringt und im Rahmen der Auskleidung fixiert.

Weitere Einzelheiten werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 in einem prinzipiellen Schaubild den Ablauf eines Vernadelungsprozesses zur Herstellung der Keramikfaserelemente;

Fig. 2 in einer perspektivischen Darstellung den Aufbau sowie die Befestigung eines aus zwei Keramikfaserelementen zusammengesetzten Doppelmoduls für die Auskleidung von Wänden und

Fig. 3 in einer perspektivischen Darstellung die Verbindung zweier Doppelmodule der in Fig. 2 dargestellten Art für die Auskleidung von Decken.

Der Prozeß des Vemadelns der Fasermatten ist in Fig. 1 dargestellt. Die neu zugeführte Fasermatte 1 gelangt auf eine mit geringer Geschwindigkeit rotierende Walze 2, nahe deren Umfang ein Nadelbett 3 angeordnet ist. Die mit Widerhaken versehenen Nadeln des Nadelbettes 3 dringen durch die neu zugeführte Fasermatte 1 bis mindestens in die darunter angeordnete, bereits vernadelte und aufgewickelte Lage ein, und vernadeln mindestens diese beiden Schichten miteinander. Hierbei wird die ursprünglich überwiegend gerichtete Struktur der Keramikfasern aufgelöst, und es werden unter gleichzeitiger Komprimierung des Keramikfasermaterials Fadenschlingen gebildet. Nach Abschluß der Vernadelung ist die ursprüngliche Struktur der einzelnen Lagen der Fasermatten 1 nicht mehr erkennbar. Die Dichte des so gebildeten Keramikfasermaterials erhöht sich beim Vernadeln bis auf das Fünffache der ursprünglichen Dichte der neu zugeführten Fasermatte 1.

Das nach Fig. 1 hergestellte Fasermaterial wird anschließend in einzelne, blockförmige Keramikfaserelemente 4 mit einer Länge bis zu 6000 mm geschnitten. Derartige Keramikfaserelemente 4 mit einer infolge des Vernadelungsprozesses weitgehend homogenen Faserstruktur sind in den Figuren 2

und 3 dargestellt. Zur Bildung großflächiger hitzefester Auskleidungen werden jeweils zwei der Keramikfaserelemente 4 zusammengefaßt, und mittels einer gemeinsamen Verankerung 5 an der jeweiligen Wand oder der Decke befestigt. Jede der Verankerungen 5 besteht aus Winkeln 6 beidseits des aus zwei Keramikfaserelementen 4 gebildeten Modules, wobei eine Stange 7 die Winkel 6 verbindet, und hierzu durch die senkrecht zur Wand stehenden Schenkel der Winkel 6 sowie durch das Fasermaterial hindurchgesteckt ist. Die Länge L des quaderförmigen Keramikfaserelementes 4 beträgt bis zu 6000 mm, die Dicke D vorzugsweise 150 mm. Da mittels der Verankerung 5 jeweils zwei Keramikfaserelemente 4 zu einem Modul zusammengefaßt werden, beträgt die Dicke D' des Moduls 300 mm.

Als Fasermaterial kommt z.B. eine Struktur aus amorphen aluminiumsilikatischen Fasern mit einem Anteil von ca. 50 % AI2O3 mit einer Klassifikationstemperatur von 1260⁰C oder mit ca. 60 % AI2O3 und einer Klassifikationstemperatur von 1400 ⁰C in Betracht. Ferner eignen sich zirkon- oder chromstabilisierte Fasern mit einer Klassifikationstemperatur von 143O⁰C, Mullit-, Zirkon- und Tonerdefasern mit einer Klassifikationstemperatur von 1600⁰C - 1800°C, ferner auch Calciumsilikatfasem mit einer Klassifikationstemperatur von 1100⁰C.

Bezuqszeichenliste

1	Fasermatte
2	Walze
3	Nadelbett
4	Keramikfaserelement
5	Verankerung
6	Winkel
7	Stange
L	Länge
D	Dicke des Keramikfaserelementes
D'	Dicke des Moduls

Claims

Ansprüche

1. Hitzefeste Auskleidung für den Hochtemperaturbereich oberhalb von 1OOO°C, insbesondere zum Einsatz in Öfen oder Hochtemperaturanlagen, bestehend aus in dichter Packung und flächig aneinanderliegend angeordneten Keramikfaserelementen in Gestalt quaderförmiger Blöcke,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Keramikfaserelemente {4} homogen und faltungsfrei mit einer größten Abmessung (L) von mindestens 1000 mm aufgebaut sind, und daß die Dichte des Fasermaterials infoige eines intensiven Vernadeins mit teilweiser Zerstörung der ursprünglichen Faserstruktur ein Mehrfaches der Dichte eines nicht vernadelten Fasermaterials mit weitgehend ursprünglicher Faserstruktur beträgt.

2. Auskleidung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Keramikfaserelemente (4) gemeinsam verankert werden.

3. Auskleidung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker mit einer Stange (7) versehen ist, welche beide Keramikfaserelemente (4) zugleich durchdringt und fixiert.