DE3020681A1 - Koerniges isoliermaterial und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Koerniges isoliermaterial und verfahren zu seiner herstellung

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    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Description

Dipl.-Ing. Dipl.-Chem. Dipl.-Ing.
E. Prinz - Dr. G, Hauser - G. Leiser
Ernsbergerslrasse 19
8 München 60
DAUSSAN ET COMPAGNIE 2. Juni 1980
29-33, route de Rombas
57140 Woippy / Frankreich
Unser Zeichen: D 731
Körniges Isoliermaterial und Verfahren zu seiner Herstellung
Die Erfindung betrifft ein körniges Isoliermaterial mit mindestens einer festen Phase mit einem gewissen Gehalt an Mineralstoff und mindestens einer organischen Phase, die insbesondere als Bindemittel für die erste Phase dient, wobei die Granulate auch noch andere Bestandteile enthalten können.
Die Erfindung umfaßt auch das Verfahren zur Herstellung des körnigen Materials.
Das erfindungsgemäße Material ist in erster Linie zur Isolierung, dem Schutz und der Behandlung von Metallbädern während ihres Transports oder während ihrer Verarbeitung bestimmt, z.B.:
Dr.Ha/Ma
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- als Bedeckung der freien Oberfläche eines in einer Pfanne enthaltenen Stahlbads;
- als Bedeckung der freien Oberfläche eines in einem Verteiler für den Strangguß zirkulierenden Stahlbads. Das Interesse für solche körnigen Materialien in der Gießerei oder im Stahlwerk beruht insbesondere darauf, daß sie eine sehr leichte Handhabung auf pneumatischem Wege unter Vermeidung einer Einfüllung in Behälter ermöglichen.
Es existieren zahlreiche Materialien zur Isolierung von Metallbädern, die pulverförmig zum Einsatz kommen.
So ist die Verwendung von Vermiculit oder Perlit oder ganz einfach von Ruß von Kohlekraftwerken möglich, wobei dieser letztere so wie er ist oder gegebenenfalls granuliert verwendet wird.
Diese verschiedenen Produkte besitzen als Hauptnachteil eine verhältnismäßig niedrige Schmelztemperatur (1100 bis 13000C); das Ausmaß der Verwendung dieser Produkte ist daher unbedeutend, da sie die Neigung haben, sich bei Kontakt mit dem Metall in Schlacke umzuwandeln. Die so gebildete Schlackemenge ist ebenfalls störend.
Es wurde auch schon die Verwendung von Asche vorgeschlagen, die bei der Verbrennung von Reisspreu in Anwesenheit von Luft entsteht. Dieses pulverförmige Produkt mit einem sehr hohen Kieselsäuregehalt und einer Dichte in der Größenordnung von 0,3 besteht aus sehr bröckeligen Körnern, deren größte 1 mm übersteigen können und deren feinste bis zu einem Mikron gehen. Man hat festgestellt, daß das Wärmeisoliervemögen umso besser ist, je weniger feine Körner die Asche der Reisspreu enthält.
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Ganz allgemein enthält eine Reisspreuasche etwa 20 % Körner unter 0,05 mm, wobei dieser Prozentgehalt an sehr feinen Körnern zunimmt, wenn die Asche einer sehr kräftigen mechanischen Handhabung unterworfen wird. Die Reisspreuasche ist wesentlich höherschmelzend als gewöhnliches Siliziumdioxid. Das läßt sich durch die Tatsache erklären, daß die Siliziumdioxidkörner dieser Asche mit Restkohle beladen sind, die ihnen ihr feuerfestes Verhalten verleiht.
Obzwar die thermischen Eigenschaften dieser Asche ausgezeichnet sind (geringe Wärmeleitfähigkeit, Schmelztemperatur über 16000C), bietet hingegen ihre Bearbeitung bestimmte Nachteile,-wovon die beiden hauptsächlichsten eine Neigung zur Staubbildung und eine schlechte Ausbreitung infolge der stäbchenförmigen Struktur dieser Asche sind.
Im übrigen bietet die Granulierung der Reisspreuasche, die eine Beseitigung der genannten Nachteile ermöglichen würde, einen wesentlichen Nachteil, da beim Pressen mit einem Bindemittel zur Bildung der Granulate die sehr zerbrechliche siliziumhaltige Haut der Ascheteilchen zerbricht, was die Isoliereigenschaften der Granulate stark beeinträchtigt.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Feststellung, daß man Granulate der angegebenen Art unter sehr vorteilhaften Bedingungen mit einem besonderen organischen Bindemittel herstellen kann, das entweder allein oder zusammen mit anderen Bindemitteln verwendet wird; die so erhaltenen Granulate besitzen wiederum für ihre Verwendung sehr interessante Eigenschaften.
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Das erfindungsgemäße körnige Isoliermaterial, das in erster Linie zur Isolierung, zum Schutz oder zur Behandlung von Metallbädern während ihrer Verarbeitung oder ihres Transports bestimmt ist und das eine feste Phase mit einem bestimmten Gehalt an Mineralstoff und ein organisches Bindemittel enthält, kennzeichnet sich dadurch, daß das Bindemittel aus einem Brei auf Zellulosebasis besteht.
Tatsächlich wurde gefunden, daß der Zellulosebrei, insbesondere Papierstoff oder Pulpe, spezifische Vorteile sowohl in bezug auf die Herstellung als auch auf die Verwendung körniger Materialien sehr unterschiedlicher Zusammensetzung, die in erster Linie für Gießereien und Stahlwerke bestimmt sind, besitzt,
Der Anteil an Papierbrei in dem Endprodukt liegt vorzugsweise zwischen 0,1 und 20 % Trockenstoff, vorzugsweise zwischen 2 und 8 %.
Die Korngröße der Granulate wiederum liegt zwischen etwa 0,1 und 20 mm, vorzugsweise zwischen 0,5 und 5 mm.
Die im feinteiligen Zustand vorliegende feste Phase mit einem bestimmten Gehalt an Mineralstoff, die durch den Papierbrei agglomeriert wird, kann insbesondere aus einem der folgenden teilchen- oder pulverförmigen Produkte bestehen:
- rein mineralischen Stoffen, z.B. Perlit, Vermiculit, fossilem Siliziumdioxid oder Schamotte,
- organischen Stoffen, bestehend aus Bruchstücken oder Teilchen von Neben- oder Beiprodukten oder pflanzlichen Abfällen, die insbesondere einen gewissen Gehalt an Siliziumdioxid aufweisen. Insbesondere betrifft die Erfindung als pflanzliche Stoffe die Gräser, u.a. Getreide und Mais, sowie die Spreu - oder Hülsen von Reis,
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- die Asche der vorstehend genannten pflanzlichen Stoffe und insbesondere die Asche von Reisspreu,
- Kohlen- oder Koksruß.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform enthalten die Körner ein zusätzliches Bindemittel, z.B. ein stärkehaltiges Bindemittel, einen Zucker, ein synthetisches Harz, einen Ton, Natriumsilikat, kolloidale Kieselsäure oder ein Gemisch dieser Stoffe oder auch ein Stearat.
Die Körner können auch mit einer Schicht aus Kohle- oder Graphitteilchen oder Ruß von Wärmekraftwerken oder Schlacke von Hochöfen in pulverförmigem Zustand, die gegebenenfalls mit üblichen Flußmitteln versetzt sind, umhüllt sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines körnigen Materials der vorstehend beschriebenen Art kennzeichnet sich dadurch, daß die Granulierung unter solchen Bedingungen erfolgt, daß die in Bildung begriffenen Körner keinem merklichen Druck ausgesetzt sind, welcher die Struktur der mineralischen Phase zerstören könnte.
Zu diesem Zweck bedient sich das Verfahren in nicht beschränkender Weise einer der folgenden Techniken; Ubereinanderrollen der in Bildung begriffenen Körner im Innern eines sich drehenden Behälters oder eines feststehenden Behälters mit Drehschaufel oder Aufspritzen von Papierbrei auf eine Teilchen-Wirbelschicht.
Als nicht-beschränkende Beispiele werden nachstehend Zusammensetzungen für das erfindungsgemäße körnige Material angegeben.
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Insbesondere für die Gießerei- und Stahlwerkindustrie
interessante Körner bestehen aus teilchen- oder pulverförmigen Abfällen eines oder mehrerer Gräser, z.B. Getreide oder Mais, oder Reisspreu oder den Aschen dieser letzteren, wobei diese Körner durch Papierbrei agglomeriert sind. Die
Gewichtsanteile an Trockenstoff sind vorzugsweise die
folgenden:
- pflanzliche Ausgangsphase, z.B. Asche von
Reisspreu: 60 - 99,9 %
- getrockneter Papierbrei: 0,1 - 40 %
Die interessantesten Bereiche sind die folgenden:
- Phase pflanzlichen Ursprungs: 92 - 98 %
- getrockneter Papierbrei: 2 - 8 %.
Die Gräser, deren Abfälle erfindungsgemäß verarbeitet werden, besitzen verschiedene Gehalte an Siliziumdioxid; bevorzugt
werden diejenigen, deren Gehalt der höchste ist, z.B. Reisspreu. Man verwendet das Produkt im nicht gebrannten Zustand, wenn man möglichst leichte Granulate erhalten will.
So besitzt die Reisspreu eine Dichte von 0,15, während ihre Asche eine Dichte von etwa 0,30 besitzt. Außerdem besitzt das nicht-gebrannte Produkt einen höheren Kohlenstoffgehalt als die Asche, was das exotherme Verhalten der Körner erhöht.
Zur Erhöhung der Widerstandsfähigkeit der durch Granulierung erhaltenen Kügelchen kann man ein Bindemittel, und zwar ein stärkehaltiges Bindemittel, Zucker, ein synthetisches Harz, einen Ton oder Natriumsilikat z.B. zugeben.
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Auch kann man ein Bindemittelgemisch, z.B. einen mit einem stärkehaltigen, wasserlöslichen Bindemittel versetzten Ton, verwenden. Diese Kombination ist deshalb von Interesse, weil der Ton im Innern der Kügelchen verbleibt, während das flüssige Bindemittel bei der Trocknung an die Oberfläche wandert.
Durchführung der Granulierung:
Die Granulierung wird so durchgeführt, daß man Kügelchen erhält, deren Durchmesser zwischen 0,1 und 20 mm, vorzugsweise zwischen 0,5 und 5 mm variiert, wobei der Papierbrei sich in wäßriger Suspension befindet.
Um die geringe Dichte des Ausgangspulvers zu bewahren, kann kein mit zu hohen Drücken, z.B. über 1 bar, arbeitendes Granulierverfahren angewendet werden. Die Erfindung umfaßt somit die Anwendung eines Verfahrens, bei welchem Körner durch tibereinanderrollen von pulverförmigem Material erhalten werden. Man kann insbesondere sich drehende Behälter analog Betonmischmaschinen oder feststehende Behälter verwenden, in deren Innerem eine Schaufel mit Spezialform die Bildung einer Suspension und die Bewegung der Körner ohne eine Zerstörung derselben gestattet. Es existieren auch Vorrichtungen, bei welchen der eine wäßrige Suspension bildende Papierbrei auf die eine Wirbelschicht bildende mineralische Phase aufgesprüht wird.
Ausführungsbeispiele:
Die Granulierung erfolgt in einem zylindrischen Behälter mit einem Durchmesser von 60 cm in Richtung der senkrechten Achse, Volumen: 100 Liter (Nutzvolumen: 50 Liter), in welchem sich eine Schaufel mit senkrechter Achse bewegt; Rotationsgeschwindigkeit der Schaufel: 40 bis 300 Drehungen/Minute.
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Das Pulver, im vorliegenden Fall Reisspreuachse, wird mit dem 2 bis 5 % Trockenextrakt enthaltenden Papierbrei angefeuchtet. Der Vorgang der Granulierung dauert etwa 10 Minuten.
Der Bindemittelzusatz kann durch Aufsprühen einer Flüssigkeit vom Zeitpunkt der beginnenden Körnerbildung an erfolgen. Das Granulat wird dann so getrocknet, daß man ein weniger als 2 % Feuchtigkeit enthaltendes Produkt erhält.
Die durch den Einsatz des Papierbreis erzielten Vorteile sind insbesondere die folgenden:
Die Zugabe des Papierbreis während der Granulierung ermöglicht eine raschere Granulatbildung, wenn im übrigen alle anderen Bedingungen gleich bleiben. Man erhält dabei kugelförmige Körner die aus einem innigen Gemisch von Papierfasern und dem zu agglomerierenden Produkt bestehen. Das ist besonders wichtig für den Fall von Reisspreu oder Reisspreuasche, die sich sehr schlecht granulieren lassen. Dank des Papierbreis kann man eine extrem geringe Bindemittelmenge verwenden, welche den Körnern nach ihrer Trocknung ihre mechanische Widestandsfähigkeit verleiht.
Insbesondere bildet die Reisspreuasche, die einfach angefeuchtet wurde, in einer Granuliermaschine Kugeln, die in dem Moment, wenn sich die Maschine aufhört zu drehen, zerfallen. Die Zugabe von Papierbrei ist auch deshalb so interessant, weil dieser Brei das Basiskorn gegen Erschütterungen schützt und der erhaltenen Kugel eine poröse Struktur verleiht, so daß man praktisch ohne Erhöhung der Schüttdichte des Produkts ein Granulat erhält.
Ein weiterer Vorteil des Papierbreis besteht darin, daß er den eventuellen störenden Einfluß eines Bindemittels auf die Aschekörner neutralisieren kann. So konnte man feststellen,
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daß eine einfach mit Ton granulierte Asche ein Granulat mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als der der als Ausgangsprodukt dienenden Asche ergab, dessen Kugeln, unabhängig von der angewendeten Temperatur, nicht mehr zerfallen. Im Gegensatz dazu bleiben die mit Hilfe von Papier granulierten Kugeln sehr hochschmelzend und werden zudem wieder pulverförmig, nachdem infolge einer Temperaturerhöhung das Papier verbrannt ist. Diese Tatsache trägt zum Teil zur Erhöhung des Isoliervermögens der Körner in dem Maße bei, in welchem das Produkt wieder leicht pulverförmig wird, wenn die Wärme das Papier durch Verkohlung zerstört.
Man hat übrigens festgestellt, daß die Körner des erfindungsgemäßen Materials je nach dem Gehalt an Papierbrei und dem Gehalt an Kohle der Reisspreuasche unterschiedliche Eigenschaften besitzen.
Wenn so die Körnchen 2 bis 3 % Papierbrei enthalten und wenn die Reisspreuasche verhältnismäßig arm an Restkohlenstoff (4 bis 8 Restkohlenstoff) ist, backen die Siliziumdioxidteilchen der Reisspreuasche bei der Temperatur von geschmolzenem Stahl zusammen. Man erzeugt so auf der Oberfläche des flüssigen Metalls eine echte, aus einem einzigen Stück bestehende Bedeckung mit einer porösen Struktur, was eine gute Wärmeisolierung sicherstellt.
Dieser Vorgang wird durch die Anwesenheit der Schlacke des flüssigen Metalls begünstigt, welche in bezug auf die Reisspreuasche die Rolle eines Flußmittels spielt. Dieses Zusammenbacken erfolgt auch bei sehr hoher Temperatur (oberhalb 14000C), wie sie in Verteilern für den Strangguß auftritt.
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Wenn die Reisspreuasche reich an Restkohlenstoff (über 12 %), bei einer geringen Menge Papierbrei als Bindemittel, ist, erfolgt dieses Zusammenbacken oder Sintern nicht- Nach Zersetzung des Papierbreis werden die Körnchen wieder pulverförmig. Das Wärmeisoliervermögen bleibt jedoch ausgezeichnet. Das Zusammenbacken oder Sintern der Siliziumdioxidteilchen der Asche erfolgt deshalb nicht, weil der hohe Kohlenstoffgehalt sie hochschmelzend macht.
Wenn die Reisspreuasche arm an Restkohlenstoff (zwischen 5 und 8 %) ist, erfolgt ein Zusammenbacken der Siliziumdioxidteilchen der Asche dann, wenn der Anteil an Papierbrei weniger als 15 % beträgt. Wenn man daher ein Zusammenbacken oder Sintern vermeiden will, muß man einen größeren Anteil Papierbrei als 15 % verwenden.
Die vorstehend beobachteten Ergebnisse erzielt man auch dann, wenn die Reisspreuasche durch Vermiculit, Perlit oder mit Ruß versetzter fossiler Kieselsäure ersetzt wird, je nachdem, ob letztere arm oder reich an Kohlenstoff ist.
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Claims (10)

  1. Dipl.-Ing. Dipl.-Chem. Dipl.-Ing.
    E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser
    Ernsbergerstrasse 19
    8 München 60
    DAÜSSAN ET COMPAGNIE 2· Juni 1980
    29-33, route de Rombas
    57140 Woippy / Frankreich
    Unser Zeichen: D 731
    Patentansprüche
    1/ Körniges Isoliermaterial, insbesondere für die Isolierung, den Schutz oder die Behandlung von Metallbädern während ihrer Verarbeitung oder ihres Transports, enthaltend eine feste Phase mit einem bestimmten Gehalt an Mineralstoff, die aus einem Neben- oder Abfallprodukt eines Siliziumdioxid enthaltenden pflanzlichen Materials besteht, und ein organisches Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel aus einem Brei auf Zellulosebasis besteht.
  2. 2. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel Papierbrei ist.
  3. 3. Material nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Papierbrei in dem Endprodukt zwischen 0,1 und 20 % auf Trockenbasis, vorzugsweise zwischen 2 und 8 % ausmacht.
    Dr.Ha/Ma
    130012/0602
    ORIGINAL INSPECTED
  4. 4. Material nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße der Körnchen zwischen 0,1 und 20 mm und vorzugsweise zwischen o,5 und 5 mm liegt.
  5. 5. Material nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einen bestimmten Gehalt an Mineralstoff besitzende feste Phase aus einem oder mehreren der folgenden Stoffe im gebrochenen, feinteiligen oder pulverförmigen Zustand besteht:
    a) einem rein mineralischen Material wie Perlit, Vermiculit, fossile Kieselsäure oder Schamotte,
    b) einem organischen Material, bestehend aus Bruchstücken oder Teilchen von pflanzlichen Neben- oder Abfallprodukten mit einem bestimmten Siliziumdioxidgehalt, z.B. den Abfällen von Gräsern, insbesondere Getreide, Mais und Reisspreu,
    c) den aus der Verbrennung der pflanzlichen Stoffe von b stammenden Aschen und
    d) Kohlen- oder Koksruß.
  6. 6. Material nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Körnchen ein zusätzliches Bindemittel, z.B. ein stärkehaltiges Bindemittel, einen Zucker, ein synthetisches Harz, einen Ton, Natriumsilikat, kolloidale Kieselsäure oder ein Gemisch derselben enthalten.
  7. 7. Material nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Körnchen von einer Schicht aus Kohle-oder Graphitteilchen oder von Wärmekraftwerken stammendem Ruß oder Hochofenschlacke in pulverförmigem Zustand mit oder ohne übliche Flußmittel umhüllt sind.
    130012/0602
  8. 8. Verfahren zur Herstellung eines körnigen Materials nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Granulierung unter solchen Bedingungen erfolgt, daß die in Bildung begriffenen Körnchen keinem merklichen Druck ausgesetzt werden, welcher die Struktur der festen Phase mit dem Gehalt an Mineralstoff zerbrechen könnte.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren eine der folgenden Methoden zur Anwendung bringt: ubereinanderrollen der in Bildung begriffenen Körnchen im Inneren eines sich drehenden Behälters oder eines feststehenden Behälters mit rotierender Schaufel oder Aufsprühen von Papierbrei auf eine Wirbelschicht bildende Körnchen.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die Körnchen nach ihrer Bildung mit einem pulverförmigen kohlehaltigen Produkt, z.B. Kohle- oder Graphitteilchen, oder Ruß von Wärmekraftwerken oder pulverförmiger Hochofenschlacke mit oder ohne Flußmittel umhüllt.
    1 30012/0602
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