DE3135714A1 - Feuerfester isolierverbundblock - Google Patents

Feuerfester isolierverbundblock

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Description

Feuerfester Isolierverbundblock
Die Erfindung betrifft einen feuerfesten Verbund zur Wärmeisolierung der verschiedensten Arten von öfen und Gefäßen.
Heutzutage bemüht man sioh um Wärmeisolierung verschiede*- ner öfen und Gefäße unter dem Gesichtspunkt der Einsparung von Rohstoffen und Energie.
Es ist üblich,, als Wärmeisoliermaterial für derartige Zwecke Isolierziegelsteine oder ein anorganisches, isolierendes, fasriges Material zu verwenden. Allerdings haben diese Werkstoffe Nachteile, und zwar das erste Material insofern, als die Wärmeisolierung bei hohen Temperaturen nicht ausreichend ist und die Isolierziegelsteine kleine Abmessungen haben, so daß für den Einbau lange Zeit benötigt wird. Bei dem zuletzt genannten Werkstoff ist die Wärmeisolierung bei hohen Temperaturen ausgezeichnet; aber wenn dieser Werkstoff längere Zeit benutzt wird, kristallisiert die Faser und wird pulvrig. Wenn also anorgani-
aches faarigea Material an den Innenseiten eines Heizofens angebracht ist, werden die Erzeugnisse im Ofen durch die pulvrige Paser verschmutzt. Eine weitere Schwierigkeit ergibt sich beim Anbringen der Isolierziegelsteine. oder des anorganischen Fasermaterials an den Innenflächen eines Heisofens, denn die Flächen unterliegen einem Verschleiß durch Gasströmung und erodierender Abnutzung durch erodierendes Gas. Durch Anbringen eines Wärmeisoliermaterials an den Innenwänden verschiedener Arten von öfen und Gefäßen ist auch versucht worden, den Eisenmantel vor Oxidation zu schützen und gleichzeitig gegen Wärmeverlust zu isolieren. Aber die zwei genannten Arten von Isoliermaterial haben eine größere Durchlässigkeit für Gas, so daß sie zwar Wärmeisolierung ermöglichen, aber den Nachteil haben, daß sie die Oxidation des Eisenmantels nicht verhindern können. Als Alternative ist auch bereits vorgeschlagen worden, die Oberfläche des genannten fasrigen Isoliermaterials mit einem feuerfesten Material zu beschichten. Das ist jedoch beim Bau des Ofens mühsam.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen feuerfesten Isolierverbundblock zu schaffen, der ausgezeichnete Wärmeisolierung und Dauerhaftigkeit aufweist und eine feuerfeste Konstruktion ermöglicht, bei der der feuerfeste Isolierverbundblock an den innen- und Außenflächen verschiedener Arten von öfen und Gefäßen anbringbar ist.
Die Erfindung ist das Ergebnis verschiedener Untersuchungen mit dem Ziel, die oben genannten Schwierigkeiten zu lösen. Der Gegenstand der Erfindung wird in einem feuerfesten Isolierverbundblock gesehen, der aus einer flexiblen, feuerfesten Tafel, die auf feuerfesten Stoffen wie Aluminium-, Magnesium-, Siliziumoxid, Schamotte und SiIiziumcarbid beruht und die flexibel, feuerfest sowie unter Druck schrumpffähig ist, und/oder einer harten, feuerfesten Tafel, die auf Aluminium-, Magnesium-, Siliziumoxid, Schamotte und Siliziumcarbid beruht, und aus
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31357U -δι einem anorganischen Faserblock besteht. Mit der Erfindung wird auch eine feuerfeste Konstruktion geschaffen, in der der feuerfeste Isolierverbundblock an den heißen Flächen verschiedener öfen und Gefäße und/oder den innenwänden, beispielsweise Eisenmänteln angeijraoht ist. Dabei besteht der feuerfeste Isolierverbundblock aus einer flexiblen, feuerfesten Tafel, die auf feuerfesten Stoffen, wie Aluminium-, Magnesium-, Siliziumoxid, Schamotte und Siliziumcarbid beru:ht und die flexibel, feuerfest und unter Druck schrumpffähig ist, und/oder einer harten, feuerfesten Tafel, die auf Aluminium-, Magnesium-, Siliziumoxid, Schamotte und Siliziumcarbid beruht, sowie einem anorganischen Faserblook. Damit wird ein feuerfester Isolierverbund geschaffen, der ausgezeichnete isoliereigenschaften hat und über längere Zeit hinweg sehr dauerhaft ist»
la folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand einiger sohematisch dargestellter Ausführungsbeispiele verschiedener feuerfester Isolierverbundblöcke näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1, 2 und 3 jeweils einen Querschnitt durch wesentliehe Teile von feuerfesten Isolierverbundblöcken gemäß der Erfindung.
In Fig. 1 ist der wesentliche Teil eines feuerfesten Isolierverbundblocks im Querschnitt gezeigt, der aus einer flexiblen, feuerfesten Tafel 2 und einem Faserblock 1 besteht. Der Faserblock 1 ist folienartig und weich wie Baumwolle, so daß er nur geringe Festigkeit hat. Wenn aber die Faser in einem Schichtstoff gestapelt angeordnet ist, wie in der Figur gezeigt, läßt sie sich mit der flexiblen, feuerfesten Tafel als Kern, leicht handhaben und kann beim Anbringen des Blocks ohne weiteres nach Wunsch leicht verformt werden, um an gekrümmte Flächen angepaßt zu werden. Selbst bei längerer Benutzung wird
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überdies verhindert, daß der Faserblock durch Kristallisation pulverisiert und durch Gasströmung verschlissen und erodiert wird. Es wird im Gegenteil eine dauerhafte Wärmeisolierung über lange Zeitspannen erhalten. 5
Fig. 2 zeigt im Querschnitt den wesentlichen Teil eines feuerfesten Isolierverbundblocks, der aus einer harten, feuerfesten Tafel 3, Faserblöcken 1 sowie einer flexiblen, feuerfesten Tafel 2 besteht.
Fig. 3 zeigt im Querschnitt ein weiteres Beispiel eines vorfabrizierten, feuerfesten Isolierverbundblocks, bei dem alle sechs Flächen eines rechteckigen feuerfesten Faserblocks 1 mit harter, feuerfester Tafel 3 bedeckt sind.
Diese feuerfesten Isolierverbundblöcke sind nicht flexibel; aber sie werden bei längerer Benutzung nicht durch Kristallisation pulverförmig, so daß eine gute Dauerhaftigkeit zur Wärmeisolierung über lange Zeitspannen hinweg erzielbar ist. Ferner können sie für eine Auskleidung benutzt werden, die mit Metallschmelze in Berührung gelangt. Wenn sie zur Wärmeisolierung zwischen einem feuerfesten Auskleidungsmaterial eines Ofens oder Gefässes und einem Eisenmantel benutzt werden, schrumpfen sie selbst dann nicht, wenn sie der Expansion des Auskleidungsmaterials oder solchen Beanspruchungen wie dem statischen Druck geschmolzenen Metalls ausgesetzt sind. Sie bieten also eine Ofenkonstruktion mit Isoliereigenschaften.
Gemäß der Erfindung beruht die flexible, feuerfeste Tafel 2 auf pulverförmiger, feuerfester und anorganischer Faser und ist vorzugsweise beim Einbau flexibel und unter Druck bei Zimmertemperatur schrumpffähig. Eine solehe flexible, feuerfeste Tafel wird beim Bau eines Ofens vollkommen an die gekrümmten Flächen angepaßt, an denen sie eng anhaftet. Dank des Verbundes mit dem Faserblook kann die Tafel so wie sie/ ist benutzt werden, ohne daß
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—ΤΙ Ihre natürlichen Eigenschaften verlorengehen, selbst wenn sie einen Teil eines feuerfesten Isolierverbundblocks gemäS der Erfindung bildet.
Als flexible, feuerfeste Tafel wird eine Tafel benutzt, die durch Mischen von 100 Gewichtsteilen eines pulvrigen, feuerfesten Rohmaterials, 1 bis 20 Gewichtsteilen einer organischen oder anorganischen Faser und 3 bis 50 Gewichtsteilen (ausgehend von Feststoffteilen) einer Polymerisatemulsion als Bindemittel gekennzeichnet ist, wobei diese Emulsion nach dem Trocknen flexibel ist. Als Faser für die flexible, feuerfeste Tafel werden anorganische Fasern wie Schlackenwolle, Asbest, Glasfaser und keramische Faser und organische Fasern, wie Zellstoff und Hanffaserflocken, Baumwolle und synthetische Fasern verwendet. Die Faserlänge beträgt vorzugsweise keine 10 mm, um für die Tafel ein Gemisch zu erhalten, in welchem die Faser gleichmäßig dlsperglert ist.
Die anorganischen Fasern ergeben Festigkeit bei normaler oder mittlerer Temperatur, setzen jedoch die Feuerfestigkeit der Tafel herab, so daß vorzugsweise die zugesetzte Menge an anorganischer Faser weniger als 20 Teile ausmacht.
Die organischen Fasern ergeben Festigkeit bei normaler Temperatur und vergrößern die Poren Dank ihres Verbrennens bei der Benutzung und erhöhen die Wärmeisolierung. Vorzugsweise beträgt jedoch die Menge zugesetzter organischer Fasern weniger als 5 Gewichtsteile. Bei mehr als 5 Teilen ergibt sich der Nachteil, daß das Tafelgefüge wegen des Verbrennens bei der Benutzung verschlechtert wird.
Die als Bindemittel benutzte Vinylharzemulsion besteht aus einer oder mehreren Stoffen im Gemisch wässriger Emulsionen, wie Polyvinylacetatemulsion, Polyäthylen-Vinylacetatemulsion und Polyvinylacetat-Acrylesteremul-
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aion. Vorzugsweise sollte jedoch die Mindestfilmbildungstemperatur (MPT) des Bindemittels unter 300C liegen. Wenn die Mindtfltfilabildußg»temperatür 3O0O übersteigt, hat die feuerfeste Tafel nach dem Trocknen unter Umständen keine ausreichende Flexibilität mehr.
Je mehr an Bindemittel zugesetzt wird, um so biegsamer und flexibler wird die Tafel. Bei weniger als 3 Gewichteteilen an Bindemittel, reicht die Flexibilität nicht aus, so daß der Isolierverbundblock, mit dem die Oberfläche des Faserblocks beschichtet wird, sich beim Anbringen nicht genügend den gekrümmten Flächen entsprechend verformt, so daß Hisse auftreten können.
Wenn jedoch das Bindemittel in einer Menge von mehr als 40 Gewichtsteilen zugefügt wird, verschlechtert sich wegen der wärmezersetzung des Bindemittels bei steigender Temperatur nach dem Einbau das Tafelgefüge, und die Tafel verliert ihre Beständigkeit gegen VerschleiS und Erosion durch Gasströmung usw..
Die harte, feuerfeste Tafel 3 gemäß der Erfindung beruht auf einem feuerfesten Pulver und Fasern. Vorzugsweise schrumpft sie selbst dann nicht, wenn sie der Expansion von Ziegeln oder Beanspruchungen, wie dem statischen Druck geschmolzenen Metalls ausgesetzt wird, verliert nicht an wärmeisoliervermögen und ist bei Berührung mit Metallschmelze dauerhaft. Dank der Kombination einer harten, feuerfesten Tafel 31 mit einem Faserblock 1 und ei- ner flexiblen, feuerfesten Tafel 2 kann der Verbundblook benutzt werden, ohne seine natürlichen Eigenschaften zu verlieren. Als harte, feuerfeste Tafel wird ein Gemisch benutzt, welches zu 100 Gewichtsteilen aus feuerfesten Stoffen, wie Aluminium-, Magnesium-, Siliziumoxid, Scha motte und Siliziumcarbid, 1 bis 20 Gewichtsteilen organi scher Paser und/oder anorganischer Paser und 2 bis 10 Gewichtsteilen eines Bindemittels, wie Aluminat, Alkalisilikat, Phosphat und Tonerdezement (Aluminacement) be-
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: Γ-·:·: : -·:": : 3 1357 U
steht. Als Paser für die harte, feuerfeste Tafel werden anorganische Fasern, wie Schlackenwolle, Asbest, Glasfaser und keramische Faser und organische Fasern, wie Zellstoff und Hanffaserflocken, Baumwolle und synthetische Fasern verwendet.
Um für die harte, feuerfeste Tafel ein Gemisch zuzubereiten, in welchen die Fasern gleichmäßig dispergiert sind, beträgt die Faserlänge vorzugsweise weniger als 10 mm.
Die anorganischen Fasern ergeben bei normaler und mittlerer Temperatur Festigkeit, setzen jedoch die feuerfeste Eigenschaft der Tafel herab, so daß sie vorzugsweise in einer Menge von weniger als 20 Gewichtsteilen zugesetzt
T5 werden.
Die organischen Fasern ergeben Festigkeit bei normaler Temperatur, vergrößern di* Poren, Dank ihres Verbrennens bei der Benutzung und . .assem das Wärmeisoliervermögen.
Tw-r-ussvsiae sollte jedoch die zugesetzte Menge weniger als 5 Gewiohtsteile betragen, denn bei mehr als 5 Gewichtsteilen ergibt sich der Nachteil, daß das Tafelgefüge wegen des Verbrennens bei der Benutzung verschlechtert wird.
Was die Zusatzmenge an Bindemittel betrifft, so ist die Festigkeit gering, wenn die Menge weniger als 2 Gewichts-, teile ausmacht. Wenn jedoch Bindemittel in einer Menge von mehr als 10 Gewichtsteilen zugesetzt wird, ergibt sich insofern eine Schwierigkeit, als die Feuerfestigkeit herabgesetzt und auch der Widerstand gegen Schmelzen geringer wird, wenn das Material mit der Schlacke geschmolzenen Stahls in Berührung kommt.
Der Faserblock 1 gemäß der Erfindung wird in verschiedenen Gestalten verwendet. Er kann beispielsweise in Form eines Filzes aus Schlackenwolle, keramischer Faser oder Glasfaser oder eines Schichtstoffs derselben benutzt wer-
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-ΙΟΙ den. Die Form läßt sich je nach den Temperaturbedingungen des beabsichtigten Einsatzortes des Verbundblocke entsprechend wählen.
Der feuerfeste Isolierverbundblook wird beispielsweise dadurch geformt, daß ein Faserblock mit Hilfe eines feuerfesten Klebstoffs mit einer flexiblen, feuerfesten Tafel oder einer harten, feuerfesten Tafel verklebt wird. Er kann auch dadurch geschaffen werden, daß die Oberseite des Paserblocke mit einem Gemisch für die flexible, feuerfeste Tafel oder einem Gemisch für die harte, feuerfeste Tafel beschichtet oder begossen, und daß danach das Gemisch mehr als 2 Stunden lang bei einer Temperatur über 1000C getrocknet wird.
Der feuerfeste Isolierrerbundblook gemäß der Erfindung kann, so wie er ist,angebracht werden, wobei er mittels bekannten Mörtels oder Bolzen an den heißen Flächen und/ oder den nicht heißen Flächen (Eisenmantelseite) verschiedener öfen und Gefäße befestigt wird. Um jedoch die Arbeitsgeschwindigkeit zu erhöhen, kann vorzugsweise an den Arbeitsflächen ein druckempfindlicher Klebstoff aufgetragen werden.
Die Arbeitsgeschwindigkeit beim Anbringen des Verbundblocks wird z.B. weiter erhöht, wenn man die Befestigungsflächen mit einem druckempfindlichen Klebstoff überlagert, der aus einem Gemisch aus einem pulvrigen feuerfesten Stoff, einem anorganischen Bindemittel und einem syηthetischen Harz besteht, oder mit einem gummiartigen Klebstoff und ein lösbares Stützpapier oder Gegenpapier anbringt.
Beispiel 1 35
An den Wänden eines Heizofens zum Warmwalzen wurden feuerfeste Isolierverbundblöcke benutzt, die jeweils den in Fig. 1 gezeigten Aufbau hatten und aus einemherami-
: ::..:.: :=..:. X Ί 3 1357 U
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achen Faserblock 1 in einer Dicke τοη 50 mm mit 55$ At20,-Gelialt und einer flexiblen, feuerfesten Tafel 2 in einer Dicke von 5 mm mit 95# A£2°3-Gehalt bestanden. Der Yerbundblock mit 55$ Ad2O,-Gehalt aus den gleichen Stoffen wie die herkömmlicherweise benutzten keramischen Faserblöcke wurde nach 3-monatiger Benutzung pulvrig, und es gab keine andere Möglichkeit, als den yerbundblock zur Reparatur auszutauschen. Am feuerfesten Isolierverbundblock gemäß der Erfindung wurde keinerlei Pulverisierung bemerkt und eine Dauerhaftigkeit von mehr als sechs Monaten festgestellt.
Beispiel 2
Zwischen den feuerfesten Auekleidungsziegeln und dem Eisenaantel einer Gießpfanne für geschmolzenen Stahl wurden völlig feuerfeste Isolierverbundblöcke angebracht, die jeweils den in Fig· 2 gezeigten Aufbau hatten und aus keramischen Faserblöcken 1 in einer Dicke von 30 mm mit 5556 A^gOj-Gehalt, einer flexiblen, feuerfesten Tafel 2 in einer Dicke von 5 mm mit 50$ A^O^-Gehalt und einer harten, feuerfesten Tafel in einer Dicke von 30 mm mit 75$ A^O^-Gehalt bestanden, wobei ein Zwischenraum von 150 mm zwischen jedem konvexen Paar vorgesehen war. Hinsichtlich der Isolierwirkung und Temperaturbeständigkeit zeigte sich, daß das geschmolzene Metall bei 3-stündiger Verweilzeit als Metallschmelze nur einen Temperaturabfall von 3 bis 60C hatte, und daß das Absinken der Temperatur des geschmolzenen Stahls im Bereich von 29 bis 320C verhin-
dert werden konnte. Im Vergleich zu einer Konstruktion, bei der der feuerfeste Isolierverbundblock gemäß der Erfindung nicht benutzt wurde, sank dort die Temperatur geschmolzenen Stahls um 350C ab. Ferner war bei der flexiblen, feuerfesten Tafel 2 des feuerfesten Isolierver-
bundblocks nach Gebrauch die ursprüngliche Dicke von 5 mm auf 2,3 mm abgesunken, so daß die Expansion der feuerfesten Auskleidungsziegel ausreichend absorbiert werden konnte, während im keramischen Faserblock 1 und
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in der harten, feuerfesten Tafel 3 die Abmessungen und andere Werte unverändert wie vor der Benutzung angefunden wurden.
Beispiel 3
Am Eisenmantel eines Schmiedeofens wurde nach dem gleichen Verfahren wie bei Verwendung gewöhnlicher ziegel ein vorfabrizierter feuerfester Isolierverbundblock angebracht, der den in Pig. 3 gezeigten Aufbau hatte. Der feuerfeste Faserblock 1 hatte dabei rechteckige Gestalt mit einer Höhe von 100 mm, einer Breite von 200 mm und einer Länge von 300 mm sowie 55 Gew.^ an A^O^-Gehalt. Die sechs Flächen des feuerfesten Faserblocks 1 waren mit einer harten, feuerfesten Tafel 2 mit 75 Gew.#
bedeckt.
Im Vergleich zur herkömmlichen Konstruktion, bei der ein plastischer feuerfester Stoff in einer Dicke von 100 mm am Eisenmantel und darüber in einer Dicke von 100 mm ein keramischer Faserblock mit 55 Gew.# A&^-G®118·1* angebracht war, wurde festgestellt, daß der feuerfeste Isolierverbundblock gemäß der Erfindung nicht nur leicht herzustellen ist, sondern daß auch die Temperatur des Eisenmantels im Betrieb um 10 bis 150C niedriger war.
Nach 6-monatiger Benutzung wurde bei der herkömmlichen Konstruktion festgestellt, daß die Keramikfaser pulverisiert war. Beim feuerfesten Isolierverbundblock gemäß der Erfindung hingegen wurde keinerlei Entartung festgestellt; es ergab sich eine langfristige Dauerhaftigkeit von mehr als einem Jahr.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf die oben genannten .35 Beispiele, Dicken, Längen, Breiten sowie auch nicht auf die Anzahl Schichten beschränkt.
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Claims (6)

  1. :.«: &0LTE
    31357H
    Patentanwälte
    European Patent Attorneys
    Γ MEISSNER* BOLTE1 Hollerallee 73, D-2800 Bremen 1 "1 Dipl.-Iüg. HatlS Meissner (bi. 1980)
    Dipl.-Ing. Erich Bolte
    Anmelder»
    Shinagawa Refractories Co., Ltd. 2-1, Ohtemachi 2-chome,
    Chiyoda-ku, Telefon (0421) 342019
    T O K i ο / JAPAN Telegramme: patmeis Bremen
    Telex: 246157 (meibod)
    Ihr Zeichen Ihr Schreiben vom Unser Zeichen Datum epn4.pmber 1981
    Yourref. Your letter of Ourref. Date 10- SepteitlDer
    Feuerfester Isolierverbundblock
    Ansprüche
    y Feuerfester Isolierverbundblock, gekennzeichnet durch einen Belag auf mehr als einer der Flächen eines feuerfesten Faserblocks in Form einer flexiblen, feuerfesten Tafel, die a) aus 100 Gewichtsteilen feuerfester Stoffe, wie Aluminium-, Magnesium-, Siliziumoxid, Schamotte und Siliziumcarbid, b) 1 bis 20 Gewichtsteilen einer organischen Faser und/oder einer anorganischen Faser und c) 2 bis 50 Gewichtsteilen eines Bindemittels besteht.
  2. 2. Feuerfester Isolierverbundblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel für die flexible, feuerfeste Tafel aus 3 bis 50 Gewichtsteilen einer Vinylpolymerisatemulsion, ausgedrückt in Feststoffteilen, besteht.
  3. 3. Feuerfester Isolierverbundblock nach Anspruch 1, dadurch gekennze ichne t, daß das Bindemit-
    Konten· Bremer Bank, (BLZ 290 800 10) Nr. 2 310 028 · Die Sparkasse in Bremen (BLZ 290 501 01) Nr. 104 5855 Postscheckkonto: Hamburg (BLZ 200 100 20) 339 52-202
    tel für die feuerfeste Tafel eine harte, feuerfeste Tafel ist, die aus 2 bis 10 Gewichtsteilen mindestens eines der Stoffe Aluminat, Alkalisilikat, Phosphat und Tonerdezement besteht·
  4. 4. Feuerfester Isolierverbundblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der feuerfeste Faserblock mit der flexiblen, feuerfesten Tafel und der harten, feuerfesten Tafel belegt ist.
  5. 5. Feuerfester Isolierverbundblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Block als feuerfeste Konstruktion benutzt ist, die unmittelbar an der Auskleidung der heißen Fläche verschiedener öfen und Gefäße oder den Flächen und Innenwänden des Eisenmantels dieser öfen und Gefäße angebracht ist.
  6. 6. Feuerfester Isolierverbundblock nach Anspruch 2, dadurch g ekennze lehne t, daß die Mindestfilmbildungstemperatur der Vinylpolymerisatemulsion niedriger ist als 300C.
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