DE3135714C2

DE3135714C2 - Feuerfester Isolierverbundblock und dessen Verwendung

Info

Publication number: DE3135714C2
Application number: DE3135714A
Authority: DE
Inventors: Hajime Bizen Okayama Asami; Iwao Minato Tokio/Tokyo Iemura; Shigeo Bizen Okayama Yoshino; Tadashi Zenbutsu
Original assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd
Current assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd
Priority date: 1981-09-09
Filing date: 1981-09-09
Publication date: 1986-09-25
Anticipated expiration: 2003-09-25
Also published as: DE3135714A1

Abstract

Ein feuerfester Isolierverbundblock weist an mehr als einer Fläche eines feuerfesten Faserblocks einen Belag in Form einer flexiblen, feuerfesten Tafel auf, die aus a) 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.

Description

a) 100 Gewichtsteile feuerfester Stoffe,

b) 1 bis 20 Gewichtsteile einer organischen Faser und/oder einer anorganischen Faser und

c) 2 bis 50 Gewichtsteile eine^c· Bindemittels.

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. Feuerfester Isolierverbundblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel für die feuerfeste Tafel eine harte, feuerfeste Tafel ist, die aus 2 bis 10 Gewichtsteilen mindestens eines der Stoffe Aluminat, Alkalisilikat, Phosphat und Tonerde-Zement besteht.

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. Verwendung eines Isolierverbundblocks nach den Ansprüchen 1 bis 4 als feuerfeste Konstruktion, 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.

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Die Erfindung betrifft einen feuerfesten Isolierverbundblock gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und dessen Verwendung. Aus der DE-AS 46 018 ist ein solcher feuerfester Isolierverbundblock beschrieben, der aus mindestens zwei Schichten zusammengesetzt ist. Beide Schichten enthalten Mineralfasern, wobei sie sich aus Kostengründen in ihrer Hitzebeständigkeit unterscheiden (Mineralfasern für sehr hohe Temperaturen sind deutlich teurer als Fasern für verhältnismäßig geringe Temperaturen). Die Dicke und Zusammensetzung der einzelnen Schichten ist dabei so ausgelegt, daß sie jeweils entsprechend dem Temperaturgradienten die maximal in ihnen auftretende Temperatur aushalten. Somit wird dort letztlich ein hitzebeständiges Schichlmateriäi erhalten, dessen Hitzeeigenschaften an die örtlich verschiedene Temperatur angepaßt ist.

Es ist auch üblich als feuerfeste Isolierverbundmaterialien Isolierziegelsteine oder ein anorganisches, isolierendes, faseriges Material zu verwenden. Allerdings haben diese Werkstoffe Nachteile, und zwar das erste Material in sofern, 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; wird dieser Werkstoff aber längere Zeit benutzt, so kristallisiert die Faser und wird pulverig. Wenn also anorganisches, faseriges Material an der Innenseite eines Heizofens angebracht ist, werden die Erzeugnisse im Ofen durch die pulverige Faser verschmutzt. Eine weitere Schwierigkeit ergibt sich beim Anbringen der Isolierziegelsteine und des anorganischen Fasermaterials an der Innenfläche eines Heizofens, da die Flächen einem Verschleiß durch Gasströmung und erodierende Abnutzung durch erodierendes Gas ausgesetzt sind. 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. Die zwei genannten Arten von Isoliermaterial haben jedoch eine größere Durchlässigkeit für Gas, so daß sie zwar Wärmeisolierung ermöglichen, jedoch den Nachteil haben, daß sie die Oxydation des Eisenmantels nicht verhindern können. Als Alternative wurde auch vorgeschlagen, die Oberfläche des genannten faserigen Isoliermaterials mit einem feuerfesten Material zu beschichten. Das ist jedoch beim Bau des Ofens mühsam.

Aufgabe der Erfindung ist es, den feuerfesten Isolierverbundblock der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß er bei hervorragenden Wärmeisolierungseigenschaften auch bei längerem Gebrauch keine Pulverisierung der Faserkörper zeigt, durch Gasströmung nicht verschlissen und erodiert wird und schließlich leicht montierbar ist, und dessen Verwendung festzulegen.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen und die Verwendung der Erfindung sind den Ansprüchen 2 bis 5 zu entnehmen.

Mit der Erfindung wird die oben beschriebene Aufgabe gelöst, da der Grundkörper an einem relativ festeren Belag befestigt ist, der ihn gegen Pulverisieren und Gasströmung schützt. Durch den flexiblen Belag läßt sich der nun hergestellte Isolierverburidblock auch leicht montieren, wobei selbstverständlich Hitzebeständigkeit und Wärmeisolation den gestellten Anforderungen genügen. Im folgenden wird die Erfindung anhand verschiedener Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlich erläutert. Es zeigen

Fig. 1, 2 und 3 jeweils einen Querschnitt durch wesentliche Teile von feuerfesten Isolierverbundblöcken.

In F i g. 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 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.

F i g. 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.

F i g. 3 zeigt im Querschnitt ein weiteres Beispiel eines vorfabrizierten, feuerfesten Isolierverbundbiocks, 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 Auskleidüngsmaierial 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.

Die flexible, feuerfeste Tafel 2 beruht auf pulverförmiger, feuerfester und organischer Faser und ist vorzugsweise beim Einbau flexibel und unter Druck bei Zimmertemperatur schrumpffähig. Eine solche flexible, feuerfeste Tafel wird beim Bau eines Ofens vollkommen an die gekrümmten Flächen angepaßt, an denen sie eng anhaftet. Dank des Verbundes mit dem Faserblock 1 kann die Tafel, so wie sie ist benutzt werden, ohne daß ihre natürlichen Eigenschaften verlorengehen, selbst wenn sie einen Teil eines feuerfesten Isolierverbundblocks 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 dispergiert 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. PoIyäthylen-Vinylacetatemulsion und Polyvinylar.etat-Acrylesteremulsion. Vorzugsweise sollte jedoch die Mindcstfilmbildungstemperatur (MFf) des Bindemittels unter 30⁰C liegen. Wenn die Mindestfilmbildungstemperatur 30⁰C 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 Gewichtsteilen an Bindemittel, reicht die Flexibilität nicnt 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 Risse auftreten können.

Wenn jedoch das Bindemittel in einer Menge von mehr als 50 Gewichtsteilen zugefügt wird, verschlechtert sich wegen der Wärmezersetzung das Bindemittel bei steigender Temperatur nach dem Einbau das Tafelgefüge, und die Tafei verliert ihre Beständigkeit gegen Verschleiß und Erosion durch Gasströmung.
Die harte, feuerfeste Tafel 3 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 3, mit einem Faserblock 1 und einer flexiblen, feuerfesten Tafel 2 kann der Verbundblock 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, Schamotte und Siliziumcarbid, 1 bis 20 Gewichtsteilen organischer Faser und/oder anorganischer Faser und 2 bis 10 Gewichtsteilen eines Bindemittels, wie Aluminat, Alkalisilikat, Phosphat und Tonerdezement besteht. Als Faser 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 welchem 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 werden.

Die organischen Fasern ergeben Festigkeit bei normaler Temperatur, vergrößern die Poren, Dank ihres Verbrennens bei der Benutzung und verbessern das Wärmeisoliervermögen. Vorzugsweise sollte jedoch die zugesetzte Menge weniger als 5 Gewichtsteile betragen, den 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 Gewichtsteile 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 wird in verschiedenen Gestalten verwendet. Er kann beispielsweise in Form eines Filzes aus Schlackenwolle, keramischer Faser oder Glasfaser oder eines Schichtstoffs derselben benutzt werden. Die Form läßt sich je nach den Ternperaturbedingungen des beabsichtigten Einsatzortes des Verbundblocks entsprechend wählen.

Der feuerfeste Isolierverbundblock wird beisDiels-

weise 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 Faserblocks 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 100° C getrocknet wird.

Der feuerfeste Isolierverbundblock 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 synthetischen Harz besteht, oder mit einem gummiartigen Klebstoff und ein lösbares Stützpapier oder Gegenpapier anbringt.

Beispiel 1

An den Wänden eines Heizofens zum Warmwalzen wurden feuerfeste Isolierverbundblöcke benutzt, die jeweils den in F i g. 1 gezeigten Aufbau hatten und aus einem keramischen Faserblock 1 in einer Dicke von 50 mm mit 55% AbCh-Gehah und einer flexiblen, feuerfesten Tafel 2 in einer Dicke von 5 mm mit 95% AI₂O₃-Gehalt bestanden. Der Verbundblock mit 55% AbCh-Gehalt aus den gleichen Stoffen wie die herkömmlicherweise benutzten keramischen Faserblöcke wurde nach 3monatiger Benutzung pulvrig, und es gab keine andere Möglichkeit, als den Verbundblock zur Reparatur auszutauschen. Am feuerfesten Isolierverbundblock gemäß F i g. 1 wurde keinerlei Pulverisierung bemerkt und eine Dauerhaftigkeit von mehr als sechs Monaten festgesellt.

Beispiel 2

von 5 mm auf 2,3 mm abgesunken, so daß die Expansion der feuerfesten Auskleidungsziegel ausreichend absorbiert werden konnte, während im keramischen Fascrblock 1 und in der harten, feuerfesten Tafel 3 die Abmessungen und andere Werte unverändert wie vor der Benutzung vorgefunden 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 F i g. 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 Al₂O3-Gehalt. Die sechs Flächen des feuerfesten Faserblocks 1 waren mit einer harten, feuerfesten Tafel 2 mit 75 Gew.-% Al₂O₃-Gehalt 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 55Gew.-% AbCb-Gehalt angebracht war, wurde festgestellt, daß der feuerfeste Isolierverbundblock gemäß F i g. 3 nicht nur leicht herzustellen ist, sondern daß auch die Temperatur des Eisenmantels im Betrieb um 10 bis 15°C niedriger war.

Nach 6monatiger Benutzung wurde bei der herkömmlichen Konstruktion festgestellt, daß die Keramikfaser pulverisiert war. Beim feuerfesten Isolierverbundblock gemäß F i g. 3 hingegen wurde keinerlei Entartung festgestellt; es ergab sich eine langfristige Dauerhaftigkeit von mehr als einem Jahr.

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Zwischen den feuerfesten Auskleidungsziegeln und dem Eisenmantel 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 55% AljCh-Gehalt, einer flexiblen, feuerfesten Tafel 2 in eine Dicke von 5 mm mit 50% AbO3-Gehalt und einer harten, feuerfesten Tafel 3 in einer Dicke von 30 mm mit 75% AbC^-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 3stündiger Verweilzeit als Metallschmelze nur einen Temperaturabfall von 3 bis 6'C hatte, und daß das Absinken der Temperatur des geschmolzenen Stahls im Bereich von 29 bis 32"^JC verhindert werden konnte. Im Vergleich zu einer Konstruktion, bei der ein solcher feuerfester Isolierverbundbiock nicht benutzt wurde, sank dort die Temperatür geschmolzenen Stahls um 35^C ab. Ferner war bei der flexiblen, feuerfesten Tafel 2 des feuerfesten Isolierverbundblocks nach Gebrauch die ursprüngliche Dicke Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Feuerfester Isolierverbundblock mit mehreren aneinanderliegenden feuerfesten Schichten aus Faserkörpern, deren eine als flexibler Belag aus Fasern, Bindemitteln und ggf. Füllstoffen aufgebaut ist, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Belag mehr als eine Fläche einer als feuerfester Faserblock ausgebildeten Schicht bedeckt und daß der als Tafel ausgebildete flexible Belag wie folgt zusammengesetzt ist: