DE3105531A1 - "verfahren zur herstellung von keramische fasern enthaltenden, feuerbestaendigen oder feuerfesten massen, nach dem verfahren hergestellte massen und ihre verwendung" - Google Patents
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Description
DIDIER-WERKE AG
6200 Wiesbaden
6200 Wiesbaden
Verfahren zur Herstellung von keramische Pasern enthaltenden,
feuerbeständigen oder feuerfesten Massen, nach dem Verfahren hergestellte Massen und ihre Verwendung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von keramische Pasern enthaltenden, gegebenenfalls körnigen,
feuerbeständigen oder feuerfesten Massen, die nach dem Verfahren hergestellten Massen bzw. Paserkörnungen sowie deren
Verwendung.
Wärmeisolierende ksramische Faserkörper aus feuerfesten Fasern,
organischem oder anorganischem Bindemittel mit einerseits
geringer Festigkeit und hoher Zusammendrückbarkeit und andererseits
erhöhten-Werten für die Festigkeit, Dichte und Formbeständigkeit
sind bekannt. So beschreibt die DE-AS 12 74 490
eine Verbrennungskammer für öfen, die durch Ausformung der mit
Bindemittel versetzten Fasermasse gebildet wird, und bei der die Bindemittelkonzentration über den Querschnitt der Wand abnehmen
soll. Als geeignetes Bindemittel werden Tone, Alkalisilikate, Aluminiumphosphat, kolloidale Kieselerde mit einem
Gewichtsanteil von 5 bis 35» optimal 10 %, genannt. Der Faserkörper
ist aber wegen seiner dichten harten Wandoberfläche und
der gegenüberliegenden weichen flexiblen Wandoberfläche nicht
für hohe Belastungen in ausreichendem Maße geeignet.
Bei dem Verfalireii nach der DE-AS 27 32 387 soll die mit einem
organischen Kunststoff "bindemittel vorgebundene Mineralfaserplatte durch Tränken mit einer wäßrigen .Aufschlämmung eines
Bindetons und anschließendes Tempern verfestigt werden. Weiterhin sind aus der DE-AS 26 18 813 i'aserspritzmassen bekannt,
welche neben einem größeren Anteil an anorganischen Pasern
geringe Anteile an Bindemittel bzw. anderen anorganischen Zusätzen noch einen chemischen Zusatzbinder enthalten, wobei
diese Faserspritzmassen zur Vermeidung der Staubbildung noch
5 bis 20 Gew.-% eines Öles enthalten. Bei der Verwendung dieser
i'aserspritzmassen ist ausdrücklich angegeben, daß die anorganischen
Fasern, wie z. B. die Steinwolle, in aufgelocker-' tem Zustand eingesetzt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung von keramische Pasern enthaltenden, feuerbeständigen oder feuerfesten
Massen, gegebenenfalls in Form einer Faserkörnung, welche als Hauptbestandteil in i'aserspritzmassen oder auch
als Zuschlag bei der Herstellung von Feuerfestmassen oder feuerfesten Formteilen verwendet werden kann und besonders
gute Eigenschaften aufweist. Falls die Masse in feuchter Form vorliegt, kann sie als solche eingesetzt werden.
'Zur Lösung dieser Aufgabe dient das erfindungsgemäße Verfahren,
wie es im Patentanspruch 1 näher gekennzeichnet ist.
Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens
sind in den Patentansprüchen 2 Dis 6 näher beschrieben.
Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung der nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten körnigen, feuerbeständigen
oder feuerfesten Materialien, insbesondere in Faserspritzmassen oder als Zuschlag bei der Herstellung von
Feuerfestmassen oder feuerfesten Formteilen.
Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten, keramischen Fasern oder Mineralfasern können alle üblichen Fasern
dieser Art sein, ζ. B. Steinwolle oder Fasern auf Basis von Aluminiumsilikat mit insbesondere hohem AlgO^-Gehalt im
Bereich von 45 "bis 95 Gew.~%. Selbstverständlich können
auch Gemische von verschiedenen keramischen Fasern eingesetzt werden.
Keramische Fasern liegen bei ihrer Anlieferung in Form einer losen Wolle, welche jedoch teilweise stark verdichtet ist,
vor. Zur Herstellung; der erfindungsgemäßen Massen können
diese Fasern vorteilhafterweise in aufgeschlossener Form
eingesetzt werden, wodurch eine bessere Anbindung der Fasern durch das verwendete Bindemittel und eine ausgezeichnete
Benetzung der Oberfläche durch Flüssigkeiten in geringster Konzentration möglich wird. Zum Aufschluß der Fasern kön- ·
nen Mischaggregate mit schnell rotierenden Mischerköpfen,
sogenannte Turbomischer, verwendet werden, wodurch die im Anlieferungszustand der Fasern vorhandenen, größeren Agglomerate
aufgeschlossen werden, ohne daß die Fasern dabei unzulässig stark zerschlagen werden.
Der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Ton kann
ein üblicher Ton oder ein spezieller Bindeton, z. B. Bentonit, sein. Dieser Ton wird üblicherweise in einer Menge von
5 bis 20 Gew.-Teilen auf 100 Gew.-Teile der keramischen Fasern eingesetzt, vorteilhafterweise werden 8 bis 15 Gew.-Teile
Ton verwendet.
Die in der Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Massen
gegebenenfalls vorliegenden Bestandteile feinst zerteiltes AIoO, und/oder feinst zerteiltes SiO^ und/oder Aluminiumhydroxide und/oder feinst zerteilte Magnesia und/oder feinst
zerteiltes Titandioxid und/oder feinst zerteiltes Chromoxid sind auf dem Feuerfestgebiet bekanntermaßen verwendete
Bestandteile. Unter dem hier verwendeten Ausdruck "feinst zerteilt" im Zusammenhang mit den zuvor genannten Bestandteilen
ist zu verstehen, daß diese Bestandteile im feinst
gemahlenen oder auch im kolloidalen Zustand vorliegen. Insbesondere
bei Verwendung von solchen in kolloidalem Zustand vorliegenden Materialien wie kolloidalem SiOo bzw. kolloidalem
Aluminiumoxid ist es möglich, nur geringe Mengen an Bindemittel,
nämlich nahe beim unteren Grenzwert von 1,5 Gew.-Teilen eines organischen Bindemittels und 1 Gew.-Teil eines
Phosphatbindemittels zu verwenden. Die Verwendung von etwa gleichen Gew.-Teilen Phosphatbindemittel und Methylcellulose
als organischem Bindemittel ist besonders bevorzugt. Besonders vorteilhaft ist es auch, ein Gemisch von Ton und einem
oder mehreren der zuvor genannten, anderen feinst zerteilten Feuerfestbestand'teile zu verwenden, wobei die Menge dieser
anderen, feinst zerteilten Feuerfestbestandteile üblicherweise 1 bis 3 Gew.-Teile ausmacht und der Eest aus Ton
besteht, so daß insgesamt die im Patentanspruch angegebene Menge von 5 "bis 20 Gew.-Teilen Feuerfestb es tandteile zugesetzt
wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein organisches
Bindemittel verwendet. Zu diesem Zweck können alle auf diesem Gebiet üblicherweise verwendeten organischen Bindemittel
verwendet werden, beispielsweise Methylcellulose, Sulfitablauge oder Melasse. Diese organischen Bindemittel werden
üblicherweise in Form einer Lösung in Wasser oder auch teilweise in fester Form zugesetzt, dies gilt insbesondere für
die Verwendung von Methylcellulose. Da auf 100 Gew.-Teile
keramische Fasern 0,5 bis 14 Gew.-Teile des organischen Bindemittels
verwendet werden und da Methylcellulose üblicherweise in Form einer 5 %igen Lösung eingesetzt wird, da höherprozentige
Lösungen zu viskos werden, wäre ansonsten die durch den Zusatz der Lösung des organischen.Bindemittels
eingeführte Wassermenge zu groß, so daß insbesondere im Fall der Methylceilulose bis zu 50 Gew.-% dieses organischen Bindemittels
in fester Form zugesetzt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden weiterhin 1 bis 8
Gew.-Teile und vorzugsweise 2 bis 6 Gew.-Teile eines Phosphatbindemittels , wobei die angegebenen Mengen in Gewichtsteilen
sich auf ^2 0 5 in dem Jeweiligen Bindemittel beziehen,verwendet.
ßeispiele für solche Phosphatbindemittel sind Natriumpolyphosphat
mit einem -Polymerisat ionsgrad von η » 4 und vorzugsweise
mit einem Polymerisationsgrad von 6 bis 10. .Dieses Natriumpolyphosptiat wird üblicherweise in gelöster Ji'orm
verwendet. Ein weiteres Phosphatbindemittel ist Monoaluminiumphosphat, das sowohl in fester, gemahlener i'orm oder als wäßrige
Lösung, insbesondere als eine Lösung mit 50 Gew.-%, ein
handelsübliches Produkt ist. Das Phosphatbindemittel kann entweder insgesamt in i'oriu einer Lösung zugesetzt werden,
oder das Phosphatbindemittel kann teilweise in gelöster und teilweise in fester i'orm zugesetzt werden.
Bei der Herstellung werden die keramischen fasern in einem
Mischer, üblicherweise einem Trommelmischer oder einem Pflugscharmischer mit 10 bis 40 Gew.-Teilen Wasser auf 100 Gew.-Teile
der eingesetzten keramischen Fasern vermischt, wobei das Wasser zweckmäßigerweise aufgesprüht wird.
Insgesamt werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bis zu etwa 100 Gew.-Teile Wasser zugesetzt, teilweise in der Stufe
a) und teilweise in der Stufe c) bei der Zugabe des organischen Bindemittels in gelöster I'orm und des Phosphatbindemittels,
falls dieses in gelöster I'orm zugesetzt wird.
Nach einem Vermischen bis zum homogenen Zustand wird der Ton und/oder die anderen, zuvor genannten, feinst zerteilten
Jj'euerfestbestandteile,- die in trockener, fein zerteilter
i'orm vorliegen, auf dieses Gemisch'in dem Mischer aufgegeben und ebenfalls homogen eingemischt. Hierbei bleiben der Ton
und/oder die anderen, zuvor genannten, feinst zerteilten Feuerfestbestandteile auf der Oberfläche der eingefeuchteten
Fasern haften. Ebenfalls in dieser Stufe wird gegebenenfalls
zugesetztes, festes organisches Bindemittel zugegeben.
Dann wird die Lösung des organischen Bindemittels auf das
zuvor erhaltene Gemisch aufgegeben, ebenfalls die Lösung des Phosphatbindemittels, wobei hier die eventuell zugesetzten
Anteile an festem, anorganischem Bindemittel gleichzeitig mit der Lösung des Bindemittels oder nach dem Zusatz dieses
Bindemittels in den Mischer eingegeben werden.
Anschließend wird noch homogen vermischt, wobei dieser Mischvorgang
bis zu 30 Minuten erfordern kann.
Die hierbei erhaltene Masse kann als solche verwendet werden, z. B. dem Anwender in Pässer abgefüllt als Stampfmasse
geliefert werden.
Alternativ kann diese feuchte Masse jedoch auch noch in eine Paserkörnung umgewandelt werden, wie im folgenden näher
beschrieben. Nach dem homogenen Vermischen wird das fertige Gemisch getrocknet, üblicherweise bei Temperaturen oberhalb
von 100 0C, z. B. 110 0C bis 180 0C. Die Trocknungszeit beträgt
vorteilhafterweise 2 bis 24· Stunden. .
Anschließend wird der auf diese Weise erhaltene, feste Kuchen in einer üblichen Zerkleinerungsvorrichtung, z. B. einer Hammermühle
oder einem Walzenbrecher, auf die gewünschte Korngröße zerkleinert. Die Zerkleinerung erfolgt üblicherweise
bis auf eine Korngröße von maximal J mm, vorteilhafterweise
6 mm, jedoch ist es ebenso möglich, je nach dem gewünschten Verwendungszweck des hergestellten Materials eine maximale
Korngröße von 2 oder 3 ^a einzustellen. Je nach Verwendungszweck
ist es ebenfalls möglich, gewünschte Korngrößenfraktionen aus dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten
Material auszusieben.
Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene, körnige Material besitzt, eine Dichte von 0,12 bis 0,50 und weist
ein· Gesamtporosität in der Größenordnung von 95 bis 80 % auf.
Durch den hohen Anteil an organischem Bindemittel in dem körnigen
Material wird erreicht, daß das körnige Material eine geringere Dichte besitzt, d. h- der Effekt der Dichteerhöhung,
der durch den Zusatz von Ton und/oder der anderen feinst zerteilten Feuerfesttestandteile gegeben ist, wird wieder
aufgehoben oder weitgehend kompensiert. Bei dem Einsatz des nach dem erfindungsg.emäßen Verfahren erhaltenen, körnigen
Materials, d. h. sobald dieses auf höhere Temperaturen wie z. B. oberhalb von 500 0C gebracht wird, brennt das in ihm
enthaltene, organische Bindemittel je nach der erreichten Temperatur vollständig oder teilweise aus, so daß ein noch
poröseres Produkt erhalten wird, das besonders gute Wärmeisolationseigenschaften
aufweist.
Ein weiterer Vorteil des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
erhaltenen, körnigen Materials liegt darin, daß nach dem vollständigen oder teilweisen Ausbrennen des organischen ..
Bindemittels die elastischen Eigenschaften der keramischen Fasern in den Einzelkörnern erhalten bleiben, so daß ein
Material, bei welchem das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene, körnige Material als Zuschlag eingesetzt wurde,
teilweise elastische Eigenschaften erhält, da die Einzelkörner in sich elastisch bleiben. Dies wird dadurch erreicht,
daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auf die angefeuchteten Fasern zunächst der Ton und/oder die anderen feinst
zerteilten Feuerfestbestandteile aufgebracht wird und dann erst das Phosphatbindemittel zugesetzt wird, so daß dieses
Phosphatbindemittel weitgehend an der Oberfläche der mit Ton quasi umhüllten Faserteilchen zurückbleibt, so daß im Inneren
des Korns eine entweder kein oder nur eine geringe Menge an Phosphatbindemittel enthaltender Kern zurückbleibt, so
daß die Fasern an sich elastisch bleiben.
Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene, körnige
Material kann - wie bereits beschrieben - besonders gut in Faserspritzmassen verwendet werden. Hierzu wird das Material
entweder in trockener Form einer Spritzdüse, an dessen Kopf es mit Wasser und gegebenenfalls weiteren Bindemitteln oder
Zusätzen vermischt wird, zugeführt, oder es wird eine Aufschlämmung
des körnigen Materials mit Wasser und gegebenenfalls weiteren Zusätzen hergestellt und verspritzt, bolche
üblichen, weiteren Zusätze können beispielsweise hydraulisch abbindende Bindemittel wie Portlandzement oder Tonerdezement
oder auch andere Zusätze sein. Weiterhin können auch keramische
Fasern und Wasser zusammen mit einer solchen erfindungsgemäßen Körnung verspritzt werden.
Bei der Verwendung des erfindungsgemäßen, körnigen Materials in Faserspritzmassen ist der Vorteil gegeben, daß diese
!•'aserspritzmassen weniger Wasser als konventionelle Faserspritzmassen
beim Aufspritzen benötigen, wobei die Wassereinsparung bis zu 50 °/° betragen kann.
Besonders vorteilhaft läßt sich die erfindungsgemäße, feuchte
Masse als elastische und nachgiebige Dehnfugenfüllmasse verwenden. Eine solche Verwendung ist insbesondere zwischen
den Steinen des Drehrohrofens vorteilhaft, da diese Masse
bei den Anwendungstemperaturen teilweise elastische Eigenschaften
beibehält. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die keramischen Fasern im Gegenteil zu oft in solchen Dehnfugenmaterialien
verwendeten Asbestfasern nicht gesundheitsschädlich sind.
Bei dieser Anwendung wird die Masse vorteilhafterweise in der gewünschten Stärke, z. B. 2 bis 8 mm Stärke, zwischen
Kunststofffolien eingepackt und kann als plastische Schicht mit den sie umhüllenden Folien beim Ausmauern eines Ofens
als.Zwischenlage, d. h. Dehnfugenfüllung, eingelegt werden.
Hierbei kann es sich beispielsweise um eine endlose Rolle der zwischen Kunststofffolien eingepackten plastischen
Schicht der Masse handeln, es können aber auch vorgefertigte und in ihren Abmessungen festgelegte Einzelpackungen
der zwischen den Kunststofffolien eingepackten oder eventuell auch hierin eingeschweißten plastischen Masse in
Schichtform handeln. Von der Holle können die gewünschten Längen geschnitten werden.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher
erläutert.
In den Beispielen wurden keramische Fasern A und B verwendet,
welche folgende chemische Zusammensetzung besaßen:
Fasern A) Al2O3 = 47 %; SiO2 » 53 %\
Fasern B) Al2O5 = 95 %; SiO2 » 5 %.
Es wurden die folgenden Ansätze verwendet, die Angaben beziehen sich auf Gewichtsteile:
Bsp. ; 1 · - 2 - 3
Fasern A | 100 | 100 | 100 |
H2O | 30 | 15 | 40 |
Bentönit | 10 | - | 15 |
Al2O5 | 5 | 5 | - |
TiO2 | - | 2 | 1 |
Methylcellulose fest | - | 3,5 | |
Sulfitablauge fest | - | 5 | - |
SuIfitablauge-Lösung, | — | 2 | — |
10 Gew.-%ig | |||
Methylcellulose-LÖsung, | 0,5 | — | 3 . |
5 Gew.-%ig | |||
Monoaluminiumt)hosTDhat fest | 4 | 8 |
Natriumpolyphosphat fest - 2,5
Zunächst wurden die keramischen Fasern in einen Eirich-Mischer eingegeben und hierauf die angegebenen Wassermengen
aufgesprüht und 10 Minuten vermischt. Anschließend wurde auf dieses Gemisch der Bentönit, das Al2O, bzw. TiO2, und
die feste Methylcellulose bzw. die feste Sulfitablauge
aufgegeben und weitere 8 Minuten eingemischt.· Danach wurde in den Mischer die angegebenen Lösungen an Sulfitablauge
bzw. Methylcellulose, zu denen die fein zerteilten, festen Phosphatbindemittel zugesetzt worden waren, aufgesprüht
und noch weitere 10 Minuten vermischt.
Das erhaltene, krümelige Gemisch wurde aus dem Mischer herausgenommen.
Das krümelige Gemisch der Beispiele 1 und 2 wurde 6 Stunden bei 120 0C getrocknet und anschließend in einem Walzenbrecher
auf eine maximale Korngröße von 4 mm zerkleinert. Das krümelige
Produkt des Beispiels 3 wurde als plastische Masse verwendet, hierzu wurde es zu einer plastischen, 5 nua starken
Schicht ausgestrichen, welche in Kunststoffolien eingepackt wurde. Eine solche plastische Schicht, welche in
Kunststoffolien eingepackt ist, konnte erfolgreich als Dehnfugenfüllmaterial zwischen gebrannten Steinen in Drehrohrofen,
bei der Zustellung solcher Drehrohrofen eingesetzt werden.
Die an den Produkten ermittelten Eigenschaften waren wie folgt: . '
Bsp. 1 2 3
Raumgewicht, g/cm5 0,22 0,14 0,40
Die Arbeitsweise der Beispiele 1 bis 3? wurde wiederholt, · wobei hier jedoch aufgeschlossene, keramische Fasern B
verwendet wurden. Das Aufschließen der Pasern erfolgte in
einem Turbo-Mischer (Fabrikat Drais), hierzu wurden die Fasern in diesem mit Messerköpfen ausgerüsteten, schnelllaufenden
Mischer 5 Minuten behandelt. Diese aufgeschlossenen Fasern-B wurden dann in einen Eirich-Mischer überführt,
in welchen die weiteren Bestandteile entsprechend den Ansätzen der Beispiele 1 bis 3 zugesetzt wurden.
Aus den Produkten der Beispiele 4- und 5 wurde ebenfalls
eine Faserkörnung hergestellt, das Produkt des Beispiels wurde als Stampf mast·, e verwendet.
Die an den Produkten ermittelten Eigenschaften waren wie folgt:
Bsp. 4 5 6
Raumgewicht, (g/cm5) 0,25 0,17 0,45
Claims (10)
- DIDIER-WESKE AG
6200 WiesbadenPatentansprüche■!Λι Verfahren zur Herstellung von keramische Fasern enthaltenden, feuerbeständigen oder feuerfesten Massen, enthaltend keramische Fasern, Ton und Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, daßa) 100 Gew.-Teile keramische Fasern mit 10 bis 40 Gew.-Teilen Wasser in einem Mischer vermischt werden,b) zu dem in Stufe a) erhaltenen Gemisch 5 "bis 20 Gew.-Teile Ton und/oder feinst zerteiltes Al2O, und/oder feinst zerteiltes SiOp und/oder Aluminiumhydroxide · und/oder feinst zerteilte Magnesia und/oaer feinst zerteiltes Titandioxid und/oder feinst zerteiltes Chromoxid, sowie 0 bis 10 Gew.-Teile festes, organisches Bindemittel zugesetzt und hierin eingemischt werden,c) auf das in Stufe b) erhaltene Gemisch 0,5 bis 4- Gew.-Teile eines organischen Bindemittels, berechnet als Feststoff, in Lösung, sowie 1 bis '8 Gew.-Teile eines Phosphatbindemittels, berechnet als ^2^5» aufgegeben und eingemischt werden, undd) das in der Stufe c) erhaltene Gemisch gegebenenfalls getrocknet und gekörnt wird. - 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ton Bentonit verwendet wird.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als keramische Fasern aufgeschlossene Fasern verwendet werden.
- A-. Verfahren nach..Anspruch Λ , dadurch gekennzeichnet, daß als organisches Bindemittel Methylcellulose verwendet wird.
- 5· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als organisches Bindemittel Sulfitablauge oder Melasse verwendet wird.
- 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Phosphatbindemittel Monoaluminiumphosphat oder Natriumpolyphosphat in gelöster und/oder fester Form verwendet wird.
- 7· Keramische Fasern enthaltende, gegebenenfalls gekörnte, feuerbeständige oder feuerfeste Masse, hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
- . 8. Verwendung der keramische Fasern enthaltenden, körnigen, feuerbeständigen oder feuerfesten Masse in Faserspritzmassen.
- 9- Verwendung der keramische Fasern enthaltenden, körnigen, feuerbeständigen oder feuerfesten Masse als Zuschlag in bei im Betrieb auf Spannung beanspruchten feuerbeständigen oder feuerfesten Bauteilen.
- 10. Verwendung der keramische Fasern enthaltenden, feuchten Masse als Dehnfugenfüllmaterial, gegebenenfalls als in Kunststofffolien eingepackte, plastische Schichti
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