DE3219470A1 - Asbestfreie masse sowie verfahren zur herstellung der masse - Google Patents

Asbestfreie masse sowie verfahren zur herstellung der masse

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Description

HOFFM A NIV''EITIZE VS PARTNER PAT E N TAN WALTE
DR. ING. E. HOFFMANN (1930-197«) -DIP I.-ING. W. EIIlE ■ DR.RE R. NAT. K.HOFFMANN · Dl PL.-1N G. W. LEHN
DIPl.-ING. K. FOCHSLE ■ DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABEllASTRASSE < . D-BOOO MO NC H t N ίΙ · TELEFON (089) 91)087 · TELEX 05-29619 (PATHE)
ALCAN INTERNATIONAL LIMITED, Montreal / Kanada
Asbestfreie Masse sowie Verfahren zur Herstellung der Masse
Die Erfindung betrifft eine asbestfreie Masse zur Verwendung als Auskleidung für Schwimmer, Düsen, Platten und Heisskokilleneinsätze für den Guss von Aluminium und Aluminiumlegierung gen, sowie Verfahren zur Herstellung der Masse.
Es sind bereits Materialien bekannt, die als Auskleidungen beim Guss von Leichtmetöillen, insbesondere Aluminium und dessen Legierungen, Einsatz finden. Ein Grossteil der handelsüblichen Materialien weist einen erheblichen Anteil an Asbest auf. Diese Materialien kommen im allgemeinen in Plattenform in den Handel, aus denen dann die gewünschten Formteile durch mechanische Bearbeitung hergestellt wer-
den. Hierbei kann es zur Entwicklung von nicht mehr filtrationsfähigem Mikrostaub kommen, dessen Inkorporicrung mit ernsten gesundheitlichen Schädigungen in Zusammenhang gebracht wird.
5
Die zur Verfügung stehenden Materialien sind häufig auch im wesentlichen nur ftir einen Verwendungszweck beim Giessen von Aluminium einsetzbar. So sind Materialien bekannt, die als Auskleidungen für Giessrinnen gute Eigenschaften zeigen/ die aber nicht als Material für Giessdüsen in Betracht kommen. Andere Materialien, die zur Herstellung von Düsen, aus denen flüssiges Aluminium austritt, besondere Eignung besitzen, zeigen bei der Herstellung von Schwimmern zur Zufluss- bzw. Niveauregulierung beim Aluminiumguss oder auch für Auskleidungen weniger gute Eigenschaften.
In der DE-OS 22 58 99O sind Auskleidungen für metallurgische Zwecke beschrieben, die auf Basis tonerdehaltiger Materialien aufgebaut sind. Diese Materialien können auch faserartige Füllstoffe enthalten, wobei hier Glasfasern, Mineralwolle und insbesondere Asbest angegeben sind. So betreffen sämtliche Beispiele dieser Offenlegungsschrift den Einsatz von Asbestfasern innerhalb der dort beschriebenen Auskleidung.
Aus der DE-OS 27 00 684 ist bereits eine feuerfeste Masse für Ausgiesser, wie auch Düsen bekannt. Die Masse enthält unter anderem ein hochfeuerfestes Material so-Wie einen Anteil an Fasern. Dabei sollen die Fasern von
dem hochfeuerfesten Material räumlich getrennt sein. Durch die inhomogene Verteilung der Einzelbestandteile der feuerfesten Masse ergeben sich anisotrope Eigenschaften/ die insbesondere dann, wenn die Masse oberflächlich geschädigt wird, zu einem sehr raschen Ausfall des Ausgiesser- bzw. Düsenteils führen.
Der vorliegenden Anmeldung liegt die Aufgabe zugrunde, eine vielseitig einsetzbare Masse zu schaffen, die bei Asbestfreiheit insbesondere als Material für Schwimmer, Düsen, Platten und Heisskokilleneinsätze, wie auch als Auskleidung für Giessrinnen beim Vergiessen von Leichtmetall und insbesondere Aluminium und dessen Legierungen einsetzbar ist. Insbesondere soll die Masse bei guter chemischer Resistenz keine oder nur eine schlechte Benetzbarkeit für Leichtmetall und insbesondere Aluminium und dessen Legierungen sowie hoho mechanische Beständigkeit aufweisen. Dichte und Wärmeisolationswerte sollen derart gesteuert sein, dass das Material auf geschmolzenem Leichtmetall einer Dichte von etwa 2,7 g/cm zu schwimmen vermag, gleichzeitig aber etwas eintaucht, sowie günstige Wärmeisolationswerte, z.B. zur Vermeidung von Düsenverstopfungen, wenn die Düse hieraus gefertigt ist, aufweist. Nach einem besonderen Aspekt der erfindungsgemässen Aufgabe soll das Material bei guter Lagerfähigkeit und geringer oder fehlender Empfindlichkeit gegenüber Wasseraufnahme eine formgebende Bearbeitung durch Vergiessen, Stampfen, Pressen, etc., gestatten.
Diese Aufgabe wird durch die Schaffung einer Masse der eingangs genannten Art gelöst, die dadurch gekennzeichnet
ist, dass Keramikfaser, Kaolin und gegebenenfalls Beschichtungszement unter Zufügung von Suspensionsmittel homogenisiert, verdichtet und nach Ausbildung eines mit Beschichtungszement oberflächlich überzogenen Grünlings im -Bereich von 600 bis 1.0000C zu einer Masse gebrannt sind, die 10 bis 60 Gew.-% Keramikfaser, 25 bis 50 Gew.-% Kaolin und einen Überzug aus Beschichtungszement aufweist, der benetzt wird und in einer Gesamtmenge von 10 bis 30 Gew.-% vorliegt, die Masse eine Dichte von etwa 0,60 bis 1,50 (g/cm3) und eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 0,20 bis 0,35 (W/m·K) besitzt. Die bevorzugte Dichte der Masse liegt insbesondere im Bereich von 0,60 bis 0,85 g/cm3.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung enthält die Masse mehr als 10 Gew.-% der Keramikfaser, wobei ein Bereich von 15 bis 45 Gew.-% besonders bevorzugt ist.
Besonders günstige Ergebnisse werden beim Einsatz der erfindungsgemässen asbestfreien Masse erzielt, wenn die Keramikfaser im Bereich von 40 bis 45 Gew.-%, das Kaolin im Bereich von 29 bis 35 Gew.-% und der Beschichtungszement im Bereich von 19 bis 25 Gew.-% vorliegen.
Die Mengenanteile der vorstehend genannten Bestandteile können im Rahmen der angegebenen Zahlenbereiche mit Vorteil derart ausgewählt werden, dass die fertig verdichtete Masse eine Dichte im Bereich von etwa 0,60 bis 0,85 g/cm3 aufweist. Gleichzeitig ist es erwünscht, dass das Material dann eine Wärmeleitfähigkeit etwa im Bereich von 0,20 bis 0,35 W/m-K besitzt.
Die erfindungsgemässe Masse weist bevorzugt Biegefestigkeitswerte von 140 bis 200 N/cm2 auf, wobei besonders günstige Werte im Bereich von 150 bis 190 N/cma liegen. Die Werte der Zugfostigkeit der Masse liegen vorteilhaft im
Bereich von 100 bis 250 N/cm2, wobei Werte im Bereich von 110 bis 200 N/cm2 besonders günstig sind. Die Druckfestigkeitswerte liegen vorteilhaft im Bereich von 150 bis 550 N/cm2, besonders bevorzugt jedoch im Bereich von 210 bis 380 N/cm2.
Es ist von Bedeutung, dass das Material einen bestimmten Anteil an Fasermatorial, das feuerfest ist, aufweist. Hierbei hat es sich gezeigt, dass besonders günstige Ergebnisse dann erhältlich sind, wenn das Fasermaterial im amorphen Zustand vorliegt. Als solches Fasermaterial kommen beispielsweise amorphe Alumosilikate in Frage. Diese können beispielsweise unter bauxitischen Tonen ausgewählt sein, die gegebenenfalls Anteile an Kaolinit und Bauxit etc., aufweisen.
So istbeispielsweise ein amorphes Fasermaterial aus 75 Anteilen Kaolinit und 25 Anteilen Bauxit gut geeignet. Als in gewissem Umfang geeignete Materialien können, wenngleich dies weniger bevorzugt ist, aber auch, zumindest anteilig. Mineralwolle, Glasfasern, etc., aufgeführt werden.
Die Länge der amorphen Keramikfaser liegt zweckmässig in einem Bereich bis zu etwa 50 mm, wobei die Keramikfaser eine Dichte im Bereich von 50 bis 300 g/dm3 besitzen kann.
In der erfindungsgemässen Masse ist als weiterer Bestandteil neben der keramischen Faser Kaolin (it) und gegebenenfalls Wasserglas enthalten.
Einen weiteren, sehr wichtigen Bestandteil der erfindungsgemassen Masse stellt ein Beschichtungszement dar. Dieser Beschichtungszement soll der Masse zumindest oberflächlich einen Überzug verleihen, der der Benetzung mit Leichtmetall und insbesondere Aluminium und seinen Logierungen entgegenwirkt. Dadurch wird dem Eindringen von Aluminiumtröpfchen in dor Oberfläche der feuerfesten Masse entgegengewirkt, das
zu einer allmählichen Herauslösung der Faserbestandteile und damit zu einer mechanischen Erosion der Auskleidung führen kann. Durch den Schutz der Keraniikfasermatrix mittels Beschichtungszement, der gegenüber Aluminium keine oder nur schlechte Benetzbarkeit aufweist, wird daher eine besonders mechanisch resistcntc und temperaturschockunempfindliche Masse geschaffen. Der Beschichtungszement wird im allgemeinen einen Spezialzement darstellen, der im wesentlichen ein Alumosilikat aufweist. Der Zement bzw. das Alumosilikat kann einen Anteil aus vermahlener Keramikfaser enthalten, wodurch der Zement besonders füllige Eigenschaften erreicht. Da der Zement nach der Aushärtung eine harte, der Erosion widerstehende Oberflächenschicht ausbildet,
^ kann ein Abplatzen des Trägermaterais beim Einsatz als Auskleidung vermieden werden. Auch ist es erwünscht, wenn der Beschichtungszer.ient eine gute Teiriperaturwechselbeständigkeit und eine geringe Benetzbarkeit für Aluminium aufweist. Als Beispiel für einen Beschichtungszement können solche angeführt werden, die beispielsweise unter der Bezeichnung QF-18O der Firma Carborundum, USA, in den Handel gebracht werden. Es lassen sich aber auch Spezialzemente, die für die Zwecke der Erfindung geeignet sind, aus handelsüblichen Zeinenten durch Zufügung zusätzlicher Aluminiumoxidnntcile und entsprechende weitere Modifizierung erreichen, die zu einer schlechten oder nur äusserst geringen Benetzbarkeit des Zementes durch flüssiges Aluminium führt.
- ίο -
Die erfindungsgemässe Masse kann durch Vermischung von Keramikfaser, Kaolin und Beschichtungszement, sowie gegebenenfalls Wasserglas, gebildet werden, der im allgemeinen zur Abbindung des Zementes noch Wasser zugemischt ist. Auch können weitere Suspensionsmittel, sofern dies zweckmässig erscheint, zugefügt werden. Das Material wird dann nach erfolgter Vermischung vergossen oder verdichtet und auf höhere Temperatur erhitzt. Hierbei hat es sich als günstig erwiesen, wenn nach der anfänglichen Vermischung und Homogenisierung der Masse eine Vorerhitzung auf etwa 80 bis 15O°C und nach dem Vertreiben der flüchtigen flüssigen Bestandteile eine Nacherhitzung im Bereich von etwa 600 bis 1000°C durchgeführt wird. In jedem Fall ist es aber vorteilhaft, wenn eine Erhitzung im Bereich von 600 bis 1OOO°C, insbesondere bei 650 bis 85O°C, durchgeführt wird.
Es ist auch möglich, den Grundbestandteilen der erfindungsgemässen Masse noch ein Härtungsmittel beizufügen, das zur Erreichung einer befriedigenden Grünfestigkeit der Masse beiträgt. Als Härtungssubstanzen können organische Materialien, mit Vorzug aber anorganische Materialien, Einsatz finden. Besonders günstige Härtungsmittel enthalten im Regelfall ein organisches, leicht
25. flüchtiges Trägermedium und anorganjsehe Bestandteile, die die eigentliche Ilärtungsreaktion vollziehen. Wenngleich der Einsatz eines Härtungsmittels nicht immer erforderlich ist, so hat sich zur Verbesserung des Zusammenhaltes des Grünlings dor Einsatz von Härter in manchen Fällen doch als günstig erwiesen.
Die miteinander vermengten Bestandteile können in
einem Granulator zu Pellets, z.B. eines Durchmessers
im Bereich von 5 bis 1O nun, vermischt werden. Sodann können aus der pelletisicrten Keramikmischung, z.B.
durch Aufstampfen auf Schwimmer- und/oder Düsenmodelle, durch Rütteln oder durch Glossen in eine Form, etc., die Grünlinge gefertigt werden. Die Roh-Schwimmer, -Düsen und -Auskleidungsplatten können dann im Bereich von
ca. 1OO°C vorgetrocknet und ausgehärtet werden, bevor sie einer Nachglühung unterzogen werden.
Im Rahmen der erfindungsgemässen Verfahren zur Herstellung der asbestfreien, feuerfesten Masse hat es sich
als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der feuerfeste Beschichtungszement nur teilweise homogen mit den Bestandteilen vermischt und sodann der Grünling gefertigt wird, der nach oberflächlichem Besprühen mit einem zusätzlichen Anteil an Beschichtungszement einer Nachglühung im
Bereich von ca. GOO bis 10000C, besonders zweckmässiy im Bureich von 650 bis 85O°C unterzogen wird.
Das erfindungsgernässe Material weist eine Reihe von
Vorteilen auf. Es kann mechanisch bearbeitet werden und ist, auch in feuchter Atmosphäre, lagerfähig. Das
Material kann, je nach Wahl der Ausgamjsmaterialien sowie deren Mengediu.ch Verpreasung in seiner Dichte und Wärmeleitfähigkeit derart eJngoütollt werden, dass es sowohl als Material für Schwimmer, für
die Ausbildung von Düsen, wie auch air. Auskleidung für Giessrinnen gleichzeitig verwertbar ist. Die mechanische Stabilität wie auch die mangelnde Benetzbarkeit gegenüber
Aluminium dor erfindungsgeraässen Masse ist insbesondere hervorzuheben. Durch die geringe Wärmeleitfähigkeit der erfindungsgemässen Masse wird die Bildung von Primärkristallen beim Abguss, die insbesondere zur Verstopfung von Düsen führen können, vermieden. Durch die Freiheit von Asbest lässt sich das Material schliesslich ohne gesundheitliche Beeinträchtigung des Personals, z.B. durch Pressen, Stampfen und/oder Rütteln, oder spanabhebend, mechanisch formgebend verarbeiten.
10
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird in dem nachstehenden Beispiel weiter veranschaulicht.
Beispiel
Es wurden 28 Gewichtsteile Keramikfaser (z.B. Fiberfrax der Firma Carborundum, USA), 22 Gewichtsteile Kaolin, 15 Gowichtnte.i Iv Der.chichtungszoinent, 10 Gewichsteile Härter und 2'5 Gewi chl..sl.oilo Wasser in einem Zwangsmischer miteinander während 30 Minuten zu einer- homogenen Granulatmischung vermischt. Die Granulatmischung wurde durch Aufstampfen auf Schwimmer- bzw. Düsenmodclle, anschliessendes Rütteln und Verdichten weiterverarbeitet. Die hierdurch erhaltenen Roh-Schwimmer- und -Düsen bzw. -Platten wurden bei etwa 1000C etwa 2 Stunden getrocknet und ausgehärtet.
Hiernach wurden sie mit. einem weiteren Anteil von 8 Gewichts· teilen Bcuchichtungszemont besprüht und bei 7200C fertiggeg lülit.
Derart gefertigte Düsen konnten störungsfrei im Aluminiumguss eingesetzt werden. Aus entsprechend hergestellten Platten konnten Auskleidungen für Giessrinnen hergestellt werden, die selbst nach 50 Abgüssen noch keinerlei Materialermüdung bzw. Vo schiciss zeigten.

Claims (14)

3219Α7Ό HOFFMAN!**'EITLE *Ä PARTNER PATENTANWÄLTE DR. INO. E. HOFFMANN (ItJO-W*) . DIFL-INO. W. EITlE ■ D*.RER. NAT.XHOFFMANN · DIFL.-INO.W. IEHN 0ΙΙΊ.-ΙΝΟ. K. FOCHSlE · OR. RER. NAT. I. HANSEN ARABEUASTRASSE !« · D-(OOOMONCHENtI . TELEFON(OW)VMOSr · TELEX OVJWIi (FATHE) ALCAM INTERNATIONAL LIMITED, Montreal / Kanada Asbestfreie Masse sowie Verfahren zur Herstellung der Masse Patentansprüche
1.. Asbestfreie Masse mit einem Gehalt an Kaolin zur Verwendung als Auskleidung für Schwimmer, Düsen, Platten und Heisskopfkokilleneinsätze für den Guss von Aluminium und Aluminiumlegierungen, dadurch gekennzeichnet, dass Keramikfaser, Kaolin und gegebenenfalls Beschich- .
tungszement unter Zufügung von Suspensionsmittel homogenisiert, verdichtet und nach Ausbildung eines mit Beschichtungszement oberflächlich überzogenen Grünlings im Bereich von 600 bis 1.0000C zu der Masse gebrannt sind, die 10 bis 60 Gew.-% Keramikfaser, 25 bis 50 Gew.-% Kaolin und einen überzug aus Beschichtungszement aufweist, der von Aluminium nicht oder nur schlecht benetzt wird und in einer Gesamtmenge von 10 bis 30 Gew.-% vorliegt, und die Masse eine Dichte von etwa 0,60 bis 1,50 (g/cm1) und eine Wärmeleit fähigkeit im Bereich von 0,20 bis 0,35 (W/m-K) besitzt.
2. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Druckfestigkeit von 150-550 N/cm* aufweist.
3. Masse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie 40 bis 45 Gew.-% Keramikfaser, 29 bis 35 Gew.-% Kaolin und 19 bis 25 Gew.-% BeSchichtungszement aufweist.
4. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikfaser ein amorphes Alumosilikat darstellt.
5. Masse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikfaser eine Dichte von 50 bis 300 g/dm3 und eine maximale Faserlänge bis zu 5 cm auf* weist.
6. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekenhzeich-
net, dass der Beschichtungszement ein Alumosilikat mit einem anorganischen Binder darstellt.
7. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschichtungszement ein Alumosilikat darstellt, das einen Anteil an gemahlener Keramikfaser und eine schlechte Benetzbarkeit gegenüber Aluminium aufweist.
8. Masse nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch 10 bis 60 Gew.-% Keramikfaser, 25 bis 50 Gew.-% Kaolin und 10 bis 30 Gew.-% Beschichtungszement, eine Dichte im Bereich von 0,60 bis 1,50 g/cm3 und eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 0,20 bis 0,35 W/m.K.
9. Masse nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Dichte im Bereiahvon 0,6 bis 0,85 g/cm3.
10. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Zugfestigkeit im Bereich von 100 bis 250 N/cm2 aufweist.
11. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Biegefestigkeit im Bereich von bis 220 N/cm2 besitzt.
12. Verfahren zur Herstellung der Masse nach Anspruch λ, dadurch gekennzeichnet , dass man Keramikfaser, Kaolin, Beschichtungszement, Wasser und gegebenenfalls Wasserglas, gegebenenfalls unter Zufügung eines Suspensionsmittels, vermengt, verdichtet und auf höhere Temperatur erhitzt.
13. Verfahren nach Anspruch 12,dadurch gekennzeichnet, dass man einen Teil oder den gesamten Anteil des Beschichtungszementes zu einer grünen Masse aus Keramikfaser und Kaolin oberflächlich aufsprüht und sodann zur Abbindung des Zementes erhitzt.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass man als Beschichtungszement einen Feuerfestzement einsetzt.
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