DE3020681C2

DE3020681C2 - Granuliertes Isoliermaterial

Info

Publication number: DE3020681C2
Application number: DE3020681A
Authority: DE
Inventors: Andre Longeville les Metz Daussan; Gerard Metz Daussan; Jean-Charles Daussan
Original assignee: Daussan SAS
Current assignee: Daussan SAS
Priority date: 1979-06-11
Filing date: 1980-05-30
Publication date: 1982-04-01
Also published as: GB2055775A; IT8048927A0; FR2458521B1; MC1284A1; ES8104975A1; ES492248A0; AT378703B; IT1143969B; ZA803290B; DE3020681A1; US4440575A; GB2055775B; ATA301980A; FR2458521A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Granuliertes Isoliermaterial mit einer wärmeisolierenden festen Phase, die in einen Zellulosebrei eingebettet ist.

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.:

— als Bedeckung der freien Oberfläche eines in einer Pfanne enthaltenen Stahlbads;

— als Bedeckung dir 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 sind Formkörper aus einem körnigen Füllstoff und Zellulose bekannt, wobei der Füllstoff aus expandiertem Perlit besteht und die Zellulose als Bindemittel zugesetzt ist.

Der Nachteil eines solchen Produkts besteht darin,

daß nach der Zersetzung des Zellulosebindemittels der Perlit sehr leicht in Berührung mit dem flüssigen Metall schmilzt und dabei eine verunreinigende Schlacke ohne jedes Wärmeisoliervermögen bildet

Bekannt sind ferner Perlit, Vermiculit, Diatomeenerde oder calcinierte Reisspreu enthaltende, in ein Bindemittel auf Silicatbasis eingebettete Granulate.
Auch dieses Produkt leidet unter dem Nachteil, daß

ίο das Silicatbindemittel reichlich Schlacke bildet, welche das flüssige Metall verunreinigen kann, ohne eine Wärmeisolierung für dasselbe zu bilden.

Auch 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 Schlackenmenge 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 Wärmeisoliervermögen umso besser ist, je weniger feine Körner die Asche der Reisspreu enthält.

Ganz allgemein enthält eine Reisspreuasche etwa 20% Körner unter 0,05 mm, wobei dieser Prozsntgehalt 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 Wärmeleitfähigkkeit, Schmelztemperatur über 1600^cC), bietet hingegen ihre Bearbeitung bestimmte Nachteile, wovon die beiden hauptsächlichen eine Neigung zur Staubbildung und eine schlechte Ausbreitung infolge der stäbchenförmigcn 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.

Im Hinblick auf diesen Stand der Technik besteht die mit der vorliegenden Erfindung zu lösende Aufgabe in der Schaffung eines wärmeisolierenden körnigen Produkts, das während seiner Handhabung keine Verunreinigungen ergibt und optimale Wärmeisoliereigenschaften bei seiner Verwendung als Bedeckung für geschmolzene Metallbäder besitzt.

Das erfindungsgemäße granulierte Isoliermaterial, das in erster Linie zur Isolierung, zum Schutz oder zur Behandlung von Metallbädern während ihrer Verarbeitung oder ihres Transports bestimmt ist und das ein wärmeisolierendes, in einen Zellulosebrei eingebettetes

festes Material enthält, kennzeichnet sich dadurch, daß das feste Material ein Stücke oder Teilchen von pflanzlichen Neben- oder Abfallprodukten mit einem bestimmten Gehalt an Siliziumdioxid enthaltender organischer Stoff, z. B. Abfälle von Gräsern, insbesondere Getreide-, Mais- und Reisspreu, ist und daß das feste Material noch die aus der Verbrennung der pflanzlichen Stoffe stammenden Aschen und/oder Kohlen- oder Koksruß enthält.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile sind die folgenden:

Während der Handhabung des Produkts vor und ._e während der Granulierung sind die Asche oder der Ruß

|| von pflanzlichen Abfällen umhüllt, was die Staubbildung

U stark beschränkt.

['■ Außerdem verhindern die bis zu einem gewissen

ξ Grad weichen und nachgiebigen pflanzlichen Abfälle

'I den Zerfall der hohlen Kieselsäurekörner der pflanzli-

if chen Asche stark, weshalb diese Körner ihr Wärmeiso-

j_: liervermögen beibehalten.

ic. Außerdem bilden die sich unter der Einwirkung der

f/. von dem flüssigen Metall abgegebenen Wärme

J' zersetzende pflanzlichen Abfälle ihrerseits hohle Kiesel-

■ säurekörner mit einem optimalen Wärmeisoliervermögen, da sie »in situ« unter Bedingungen gebildet werden,

.. unter denen überhaupt keine Gefahr des Zerfalls

£■ besteht.

; Auch macht die während der Verbrennung dieser

p pflanzlichen Abfälle gebildete und/oder dem Gemisch in

■f ί Form von Kohle- oder Koksruß ebenfalls zugesetzte

5^:: Kohle dieses Gemisch hochschmelzend, so daß man die

i: Bildung von verunreinigender Schlacke vermeidet.

Ι':-. Der Anteil an Papierbrei in dem Endprodukt liegt

j.: zwischen 0,1 und 20% Trockenstoff, vorzugsweise

i'·,' zwischen 2 und 8%.

k" Die Korngröße der Granulate wiederum liegt

y zwischen etwa 0,1 und 20 mm, vorzugsweise zwischen

0,5 und 5 mm.

;; Gemäß einer besonderen Ausführungsform enthalten

Yf die Granulate ein zusätzliches Bindemittel, z. B. ein

I stärkehaltiges Bindemittel, einen Zucker, ein syntheti-

r·,: sches Harz, einen Ton, Natriumsilicat, kolloidale

; Kieselsäure oder ein Gemisch dieser Stoffe oder auch

ι ein Stearat.

[· Die Granulate können auch mit einer Schicht aus

j Kohle- oder Graphitteilchen oder Ruß von Wärme-

1 kraftwerken oder Schlacke von Hochöfen in pulverför-

^! migem Zustand, die gegebenenfalls mit üblichen

Flußmitteln versetzt sind, umhüllt sein.

■ Das Verfahren zur Herstellung eines granulierten Materials der vorstehend beschriebenen Art kennzeichnet sich dadurch, daß die Granulierung unter solchen Bedingungen erfolgt, daß die in Bildung begriffenen Granulate keinem merklichen Druck ausgesetzt sind, welcher die Struktur der mineralischen Phase zerstören könnte.

Zu diesem Zweck bedient man sich z. B. einer der folgenden Techniken: Übereinanderrollen der in Bildung begriffenen Granulate 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 granulierte Material angegeben. b5

Insbesondere für die Gießerei- und Stahlwerkindustrie interessante Granulate bestehen aus teilchen- oder pulverförmigen Abfällen eines oder mehrerer Gräser,

z. B. Getreide oder Mais, oder Reisspreu oder den Aschen dieser letzteren, wobei diese Granulate durch Papierbrei agglomeriert sind. Die Gewichtsanteile an Trockenstoff sind vorzugsweise die folgenden:

— pflanzliche Ausgangsstoffe,

z. B. Asche von Reisspreu: 60—99,9%

— getrockneter Papierbrei: 0,1—40%

Die interessantesten Bereiche sind die folgenden:

— Stoffe 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 g/cm³, während ihre Asche eine Dichte von etwa 0,30 g/cm³ besitzt. Außerdem besitzt das nicht-gebrannte Produkt einen höneren Kohlenstoffgehalt als die Asche, was das exotherme Verhalten der Körner erhöht.

Zur Erhöhung der Widerstandsfähigkeit der durch Granulierung erhaltenen Kügelchen kann man ein Bindemiuel, und zwar ein stärkehaltiges Bindemittel, Zucker, ein synthetisches Harz, einen Ton oder Natriumsilikat z. B. zugeben.

Auch kann man ein Bindemittelgemisch, ζ. Β. 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 Übereinanderrollen 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 Granulate 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.

Das Pulver, im vorliegenden Fall Reisspreuasche, 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 von: 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 Widerstandsfähigkeit 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, 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 Tei! zur Erhöhung des Isoliervermögens der Granulate 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 Granulate des erfindungsgemäßen Materials je nach dem Gehalt an Papierbrei und dem Gehalt an Kohle der Reisspreuasche unterschiedliche Eigenschaften besitzen.

ίο Wenn so die Granulate 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 1400^cC), wie sie in Verteilern für den Strangguß auftritt.

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 Granulate wieder pulverförmig. Das Wärmeisoliervermögen bleibt jedoch ausgezeichnet. Das Zusammenbacken oder Sintern der Siliziumdioxidteilen der Asche erfolgt deshalb nicht, weil der hohe Kohlenstoffgehalt sie hochschmelzend macht.

Wenn die Reisspreuasche arm an Restkohlenstoff (zischen 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.

Claims

Patentansprüche:

1. Granuliertes Isoliermaterial, insbesondere für die Isolierung, den Schutz oder die Behandlung von Metallbädern während ihrer Verarbeitung oder ihres Transports, enthaltend ein wärmeisolierendes, in einen Zeilulosebrei eingebettetes festes Material, dadurch gekennzeichnet, daß das feste Material ein aus Stücke oder Teilchen . von pflanzlichen Neben- oder Abfallprodukten mit einem bestimmten Gehalt an Siliziumdioxid enthaltender organischer Stoff, wie Abfälle von Gräsern, insbesondere Getreide-, Mais- und Reisspreu, ist und daß das feste Material noch die aus der Verbrennung der pflanzlichen Storfe stammenden Aschen und/ oder Kohlen- oder Koksruß enthält.

2. Material nach Anspruch 1 mit einem Papierbrei als Cellulosebrei, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Papierbrei in dem Endprodukt zwichen 0,1 und 20% auf Trockenbasis, vorzugsweise zwischen 2 und 8% ausmacht.

3. Material nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße der Granulate zwischen 0,1 und 20 mm und vorzugsweise zwischen 0,5 und 5 mm liegt.

4. Material nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Granulate ein züsätzlichs Bindemittel, wie ein stärkehaltiges Bindemittel, einen Zucker, ein synthetisches Harz, einen Ton, Natriumsilikat, kolloidale Kieselsäure oder ein Gemisch derselben enthalten.

5. Material nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Granulate von einer Schicht aus Kohle- oder Graphitteilchen oder von Wärmekraftwerken stammendem Ruß oder Hochofenschlacke in pulverförmigem Zustand mit oder ohne übliche Flußmittel umhüllt sind.