DE3436781A1 - Verfahren zur herstellung von formleichtkoerpern aus keramische fasern, feinzerteilte feuerfeststoffe und uebliche zusaetze enthaltenden waessrigen dispersionen - Google Patents

Verfahren zur herstellung von formleichtkoerpern aus keramische fasern, feinzerteilte feuerfeststoffe und uebliche zusaetze enthaltenden waessrigen dispersionen

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DE3436781A1 DE19843436781 DE3436781A DE3436781A1 DE 3436781 A1 DE3436781 A1 DE 3436781A1 DE 19843436781 DE19843436781 DE 19843436781 DE 3436781 A DE3436781 A DE 3436781A DE 3436781 A1 DE3436781 A1 DE 3436781A1
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Description

KXR/Lo/Sc - PA 3394
DIDIER-WERKE AG Lessingstraße 16 - 18 6200 Wiesbaden
Verfahren zur Herstellung von Formleichtkörpern aus
keramische Fasern, feinzerteilte Feuerfeststoffe und übliche Zusätze enthaltenden wässrigen Dispersionen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formleichtkörpern aus keramische Fasern, feinzerteilte Feuerfeststoffe t 0,09 mm und übliche Zusätze enthaltenden wässrigen Dispersionen.
Formleichtkörper, die als Bestandteil keramische Fasern enthalten, werden zu Isolierzwecken und als Auskleidungen, welche mit metallischen Schmelzen, insbesondere von Aluminium und Aluminiumlegierungen, in Berührung kommen, verwendet.
Beispielsweise ist in der DE-AS 19 47 904 ein feuerfestes, wärmeisolierendes Material aus Aluminiumsilikatfasern und einem Bindemittel besehrieben, welches teilchenförmige, feuerfeste Füllstoffe enthält. Dieses vorbekannte wärmeisolierende Material wird aus einer wässrigen Aufschlämmung mit einer Konsistenz von 1 % durch Entwässern in Siebformen hergestellt. Als Bindemittel enthält dieses feuerfeste Material Stärke und ein kolloidales Siliziumdioxidsol. Weiterhin ist aus der europäischen Patentanmeldung 0 077 444 ein keramische Fasern enthaltendes Plattenmaterial bekannt, welches einen geringen Anteil an keramischen Fasern, ein organisches Bindemittel und kolloidales Siliziumdioxid als anorganisches Bindemittel sowie geringe Mengen eines Ausflockmittels enthält, wobei dieses Plattenmaterial noch mehr als 50 Gew.-% eines anorganischen feuerfesten Füllstoffes umfaßt. Bei der Herstellung dieser Platten wird als Ausflockmittel ein kationisches Polyacrylamidflockungsmittel verwendet, das als letztes zu der wässrigen Aufschlämmung der anderen Bestandteile zugesetzt wird.
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Aus der deutschen Patentanmeldung 1 646 449 ist ein feuerfestes Isoliermaterial und Verfahren zu seiner Herstellung bekannt, welches aus. 2 bis 10 Gew.-% Aluminium-Silikat-Fasern, sehr feinzerteiltem Siliziumdioxid und Calziumaluminat-Bindemittels und 32 bis 68 % Wasser, bezogen auf die trockene Mischung, besteht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Formleichtkörpern, die insbesondere als Asbestersatz bei Gießereien und insbesondere bei Gießereien für Aluminium oder Aluminiumlegierungen eingesetzt werden können, und die Formleichtkörper bzw. Feuerleichtsteine nur relativ geringe Mengen an keramische Fasern enthalten sollen und dennoch Rohdichten im getrockneten bzw. gebrannten Zustand von 0,5 g/cm3 erzielt werden können, wobei die mechanischen Eigenschaften, wie die Kaltdruckfestigkeit und die Wärmeleitfähigkeit ausreichend gute Werte besitzen und die Formleichtkörper insgesamt sehr preisgünstig herzustellen sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe dient gemäß einer ersten Ausführungsform das Verfahren, das dadurch gekennzeichnet wird, daß
a) eine Dispersion der keramischen Fasern mit einem kationischen Flockungsmittel ausgeflockt wird,
b) eine Dispersion eines Schlickers der feinzerteilten Feuerfeststoffe und anorganischen Bindemittel mit einem anionischen Flockungsmittel ausgeflockt wird,
c) die beiden ausgeflockten Dispersionen miteinander vermischt werden, und
d) nach dem Absetzen der Mischung und eventuellem Entfernen überstehender Flüssigkeit die Mischung in an sich bekannter Weise in Formen eingefüllt, durch Entwässerung zu Formleichtkörpern umgewandelt wird und anschließend der Formleichtkörper getrocknet und gegebenenfalls gebrannt wird.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß
-6-
a) eine Dispersion der keramischen Fasern mit einem kationischen Flockungsmittel ausgeflockt wird,
b) zu dieser ausgeflockten Dispersion die gegebenenfalls mit Wasser angerührten feinzerteilten Feuerfeststoffe und anorganischen Bindemittel zugesetzt werden,
c) in diese Mischung die Lösung eines anionischen Flockungsmittels eingemischt wird, und
d) nach dem Absetzen der Mischung und eventuellem Entfernen überstehender Flüssigkeit die Mischung in an sich bekannter Weise in Formen eingefüllt, durch Entwässerung zu Formleichtkörpern umgewandelt wird und anschließend der Formleichtkörper getrocknet und gegebenenfalls gebrannt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der Anteil der keramischen Fasern bis 10 Gew.-% und der Anteil der Feuerfeststoffe 90 bis 98 Gew.-%, berechnet auf die Summe der Trockenstoffe von keramischen Fasern und Feuerfeststoffen, zur Herstellung von Formleichtkörpern mit einer Rohdichte von ^ 1 g/cm3 und einer Kaltdruckfestigkeit von > 4 N/mmz betragen, wobei Anteile von 5 bis 10 Gew.-% keramische Fasern und 90 bis 95 Gew.-% Feuerfeststoffe besonders geeignet sind.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird in der Stufe d) die zur Entwässerung benutzte Form vor dem Einfüllen der Mischung 1 bis 10 cm hoch mit einer Lösung eines anionischen Flockungsmittels gefüllt. Hierdurch wird ein gleichmäßigeres Absetzen der wässrigen Dispersion während des Entwässerns erreicht, so daß sich auf den Formleichtkörpern keine Außenhaut mit einer anderen Zusammensetzung als im inneren Teil der Formleichtkörper ausbildet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, wodurch insbesondere die Erzielung geringer Rohdichten der fertigen Formleichtkörper möglich ist4 wird in der Stufe a) eine Dispersion der keramischen Fasern mit einer Konsistenz von weniger als 0,3 Gew.-% und vorteilhafterweise mit einer Konsistenz von 0,08 bis 0,2 Gew.-% Fasern verwendet.
-7-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können außer den keramischen Faern auch organische Fasern verwendet werden, wobei diese in einer Menge von 0,5 bis 2 Gew.-%, bezogen auf die insgesamt eingesetzten keramischen Fasern, beim Ansetzen des in Stufe b) gemäß der ersten Ausführungsform verwendeten Schlickers vor dessen Ausflocken zugesetzt werden.
Als keramische Fasern können sämtliche auf dem Feuerfestgebiet eingesetzten keramischen Fasern verwendet werden, wobei diese üblicherweise einen Al2O3-GeIIaIt von > 45 Gew.-% besitzen. Solche Fasern werden auch als Aluminiumsilikatfasern bezeichnet. Als keramische Fasern können jedoch auch sogenannte Quarzfasern verwendet werden, d.h. aus SiO2 bestehende Fasern, weiterhin auch sogenannte Aluminiumoxidfasern, d.h. Fasern mit einem Gehalt von J> 95 Gew.-% Al2O3.
Die bei der Herstellung der Formleichtkörper gemäß der Erfindung verwendeten, feinzerteilten Feuerfeststoffe mit einer Korngröße > 0,09 mm können übliche Feuerfeststoffe sein, z.B. Schamotte, Bauxit, Tonerde, Korund, Zirkoniumdioxid, Zirkoniumsilikat, Magnesiumoxid, Cordierit, Kohlenstoff bzw. Graphit, Koks und Siliziumcarbid.
Als kationische Flockungsmittel werden die an sich bekannten Polyelektrolyte verwendet, z.B. Methacrylsäureester (Warenbezeichnung Rohafloc KF975). Polyelektrolyte werden üblicherweise in einer Menge von 5 g pro 100 kg der Dispersion verwendet. Diese kationischen Flockungsmittel werden üblicherweise in Form einer Lösung mit einer Konzentration von 0,5 bis 1 Gew.-%, vorteilhafterweise als 1 Gew.-%ige Lösungen angemacht und vor dem Gebrauch auf 0,05 bis 0,1 Gew.-%ige Lösung weiter verdünnt.
Als anionische Flockungsmittel können die an sich bekannten anionischen Polyelektrolyte auf Acryl amidbasis verwendet werden, wobei deren Menge üblicherweise 15 g.pro 100 kg der Schlickerdispersion beträgt. Diese anionischen Flockungsmittel werden ebenfalls in Form einer Lösung, üblicherweise mit einer Konzentration von 0,25 bis 0,5 Gew.-% und vorteil hafterweise als 0,5 Gew.-%ige Lösung angemacht und vor dem Gebrauch auf 0,05 bis 0,1 Gew.-%ige Lösung weiter verdünnt.
-8-
Bei Verwendung eines kationischen Polyelektrolyten, wie eines Methacrylsäureesters und eines anionischen Flockungsmittels, wie eines anionischen Polyelektrolyten auf Acrylamidbasis beträgt das Verhältnis daher vorteilhafterweise 1:3 für kationisches Flockungsmittel : anionisches Flockungsmittel.
Als gegebenenfalls einzusetzende Bindemittel können bei der Herstellung der Formleichtkörper gemäß der Erfindung die üblichen bekannten Bindemittel, wie z.B. Tone und Phosphatbindemittel verwendet werden.
Durch die getrennte Herstellung der Dispersionen einmal der keramischen Fasern und das andere Mal des Schlickers der feinzerteilten Feuerfeststoffe, das vorherige getrennte Ausflocken mit unterschiedlichen Flockungsmitteln dieser Dispersionen und das erst anschließend erfolgende Vermischen der ausgeflockten Dispersionen ist es möglich, bei den getrockneten bzw. gebrannten Formleichtkörpern sehr geringe Rohdichten zu erzielen, wobei dennoch gute mechanische Eigenschaften, wie relativ hohe Werte der Kaltdruckfestigkeiten erzielt werden können und dennoch die Wärmeleitfähigkeit der fertigen Formleichtkörper erhalten bleibt.
Das gleiche gilt für die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welchem in die Mischung aus ausgeflockter Dispersion der Fasern und den zugesetzten, feinzerteilten Feuerfeststoffen die Lösung eines anionischen Flockungsmittels eingemischt wird. Nach dem Zusatz der Lösung des anionischen Flockungsmittels oder nach dem Vermischen der beiden ausgeflockten Dispersionen kann die erhaltene Mischung einige Zeit stehengelassen werden, wobei sie sich absetzt, so daß liberstehende Flüssigkeit, welche im wesentlichen aus Wasser besteht, entfernt werden kann. Diese überstehende Flüssigkeit kann dann erneut zum Ansetzen von neuen Dispersionen des Schlickers bzw. der keramischen Fasern verwendet werden, so daß der Gesamtwasserverbrauch bei der erfindungsgemäßen Verfahren trotz der eventuell geringen Konsistenz der Dispersionen gering gehalten werden kann.
-9-
Die Herstellung der Formkörper erfolgt in an sich bekannter Weise mit Hilfe von Siebformen, wobei die Entwässerung noch durch Anlegen von Vakuum unterstützt werden kann. Nach dem Entwässern der Formleichtkörper in der Form werden diese getrocknet, üblicherweise bei Temperaturen von 110 bis 180#C und können dann gegebenenfalls noch gebrannt werden, falls vom Endverbraucher ein gebrannter Formleichtkörper gewünscht wird. Die Formleichtkörper können jedoch auch nach dem Trocknen, d.h. nach der Entfernung des physikalisch gebundenen Wassers, an den Endverbraucher abgegeben werden.
Die Herstellung der Dispersionen des Schlickers bzw. der keramischen Faser kann in geeigneten Behältern mittels eines Rührers erfolgen, die beiden Dispersionen werden dann miteinander vermischt. Dieses Vermischen kann entweder chargenweise erfolgen, es kann jedoch unter Einsatz geeigneter Regeleinrichtungen auch ein kontinuierliches Vermischen der beiden Dispersionen in den gewünschten Mengenverhältnissen erfolgen, wodurch ein kontinuierlicher Betrieb möglich wird.
Ebenso kann bei der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welchem die Lösung eines anionischen Flockungsmittels zu der Mischung aus ausgeflockter Dispersion der keramischen Fasern und der feinzerteilten Feuerfeststoffe zugesetzt wird, ein chargenweiser Betrieb erfolgen, oder es kann auch ein kontinuierliches Vermischen der Mischung mit der Lösung des anionischen Flockungsmittels unter Zuhilfenahme geeigneter Regeleinrichtungen erfolgen.
Gleicherweise ist es bei beiden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, bei Herstellung der Ausgangsdispersionen bzw. der Ausgangsdispersion, das Ausflocken der Dispersionen bzw. das Ausflocken der Dispersion und den Zusatz der gegebenenfalls mit geringen Wassermengen versetzten feinzerteilten Feuerfeststoffe kontinuierlich durchzuführen.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können Formleichtkörper in Form von Platten, Blöcken, Röhren usw. in an sich bekannter Weise zur Herstellung solcher Formkörper aus wässrigen Dispersionen, d.h. üblicherweise unter Verwendung von geeigneten Siebeinrichtungen und Einrichtungen zum Absaugen des Wassers, z.B. Vakuumkästen, hergestellt werden.
-10-
-ίο-
Gemäß der ersten Ausführungsform des Verfahrens muß in zwei Behältern gearbeitet werden, da die beiden Dispersionen der keramischen Fasern bzw. der feinzerteilten Feuerfeststoffe zunächst getrennt hergestellt werden müssen. Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet sich insbesondere zur Herstellung von Formleichtkörpern mit einer Rohdichte von j( 1 g/cm3.
Bei der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist zur Herstellung der Mischung nur ein Behälter erforderlich, was Kostenersparnisse hinsichtlich der erforderlichen Verarbeitungsanlage mit sich bringt. Diese Ausführungsform ist insbesondere zur Herstellung von Formleichtkörpern mit einer Rohdichte^ 1 g/cm3 vorteilhaft.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert.
Beispiel 1
Es wurden 9 kg Fasern mit einem Al203-Gehalt von 47 Gew.-% in 4500 1 Wasser dispergiert. Diese Dispersion wurde mit einem handelsüblichen kationischen Flockungsmittel (Warenbezeichnung Rohafloc HF975), das in Form einer 0,1 %igen Lösung in einer Menge von ca. 6 1 zugesetzt wurde, ausgeflockt. Diese Dispersion wurde in einem 6 m3 Behälter gut durchmischt und absetzen gelassen, nach dem Absetzen wurden etwa 70 % des überstehenden, klaren Wassers abgezogen.
In einem zweiten 6 m3 Behälter wurden 64 kg feinzerteilter Bauxit, 25 kg Ton und 1 kg der zuvor verwendeten keramischen Fasern in 1300 kg Wasser mittels eines Propellerrührers dispergiert. Zu dieser Suspension wurde ein anionisches Flockungsmittel (Warenbezeichnung Rohafloc SF170) in Form einer 0,1 Gew.-%igen Lösung in Wasser in einer Menge von ca. 18 zugesetzt. Diese Suspension wurde sich ebenfalls absetzen gelassen, anschließend wurden 60 % der überstehenden, klaren Flüssigkeit abgezogen.
Anschließend wurden die beiden Dispersionen miteinander vermischt, wobei sie gleichzeitig in einen Behälter von 6 m3 einfließen gelassen wurden. Nach dem Absetzenlassen wurden etwa 70 % der überstehenden, klaren Flüssigkeit abgezapft. Sämtliche abgezapften Flüssigkeiten, d.h. praktisch reines Wasser, konnten zum Ansetzen neuer Dispersionen verwendet werden.
-11-
Die eigene Mischung wurde anschließend in eine geeignete, mit einem Siebboden versehene Form zur Herstellung von Platten eingefüllt. Durch Entwässerung unter Anlegen eines Vakuums wurden Platten mit einer Dicke von 2 bis b cm hergestellt. Nach dem Trocknen bei 150 °C wahrend 8 Stunden besaßen diese Platten eine Rohdichte von_ 0,8 g/cm3.
Beispiel 2
Die Arbeitsweise zur Herstellung der Dispersion der keramischen Fasern von Beispiel 1 wurde wiederholt. Zu der so hergestellten Dispersion wurden 25 kg Ton und 64. % feinzerteilter Bauxit mit einer Korngröße von 0,09 mm zugesetzt. Die erhaltene Mischung wurde gründlich verrührt, und in die gerührte Mischung wurde eine 0,1 6ew.-%ige Lösung des in Beispiel 1 verwendeten anionischen Flockungsmittels eingerührt.
Die Mischung wurde anschließend sich absetzen gelassen und weiter zu Platten gemäß der Arbeitsweise von Beispiel 1 verarbeitet.
Die erhaltenen Platten besaßen eine Rohdichte von 1,1 g/cm3 . Beispiel 3 Die Arbeitsweise von Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei jedoch keramische Fasern mit einem hohen Tonerdegehalt von ca. 95 % AI2O3 verwendet wurden. Die erhaltenen Platten besaßen eine Rohdichte von 0,9 g/cm3. Beispiel 4
Die Arbeitsweise von Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei jedoch bei der Herstellung der Schlickerdispersion anstelle der 1 kg keramischen Fasern 2 kg Si sal fasern zugesetzt wurden.
Die erhaltenen Formleichtsteine besaßen eine Rohdichte von 0,75 g/cm3. Beispiel 5
Die Arbeitsweise von Beispiel 2 wurde wiederholt, wobei jedoch bei der Herstellung der Schlickerdispersion anstelle des Tones ein hydraulisches Bindemittel und anstelle des Bauxits Tonerde zugesetzt wurde.
Die erhaltenen Formleichtplatten besaßen eine Rohdichte von 1 g/cm3.

Claims (7)

"3Ά36781 04.10.1984 KXR/Lo/Sc - PA 3394 DIDIER-WERKE AG Lessingstraße 16 - 18 6200 Wiesbaden Verfahren zur Herstellung von Formleichtkörpern aus keramische Fasern, feinzerteilte Feuerfeststoffe undübliche Zusätze enthaltenden wässrigen Dispersionen Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von Formleichtkörpern aus keramische Fasern, feinzerteilte Feuerfeststoffe < 0,09 mm und übliche Zusätze enthaltenden wässrigen Dispersionen, dadurch gekennzeichnet, daß
a) eine Dispersion der keramischen Fasern mit einem kationischen Flockungsmittel ausgeflockt wird,
b) eine Dispersion eines Schlickers der feinzerteilten Feuerfeststoffe und anorganischem Bindemittel mit einem anionischen Flockungsmittel ausgeflockt wird,
c) die beiden ausgeflockten Dispersionen miteinander vermischt werden, und
d) nach dem Absetzen der Mischung und eventuellem Entfernen überstehender Flüssigkeit die Mischung in an sich bekannter Weise in Formen eingefüllt, durch Entwässerung zu Formleichtkörpern umgewandelt wird und anschließend der Formleichtkörper getrocknet und gegebenenfalls gebrannt wird.
-2-
2. Verfahren zur Herstellung von Formleichtkörpern aus keramische Fasern, feinzerteilte Feuerfeststoffe < 0,09 mm und übliche Zusätze enthaltenden wässrigen Dispersionen, dadurch gekennzeichnet, daß
a) eine Dispersion der keramischen Fasern mit einem kationischen Flockungsmittel ausgeflockt wird,
b) zu dieser ausgeflockten Dispersion die gegebenenfalls mit Wasser angerührten feinzerteilten Feuerfeststoffe und anorganischen Bindemittel zugesetzt werden,
c) in diese Mischung die Lösung eines anionischen Flockungsmittels eingemischt wird, und
d) nach dem Absetzen der Mischung und eventuellem Entfernen überstehender Flüssigkeit die Mischung in an sich bekannter Weise in Formen eingefüllt, durch Entwässerung zu Formleichtkörpern umgewandelt wird und anschließend der Formleichtkörper getrocknet und gegebenenfalls gebrannt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil
der keramischen Fasern 2 bis 25 Gew.-% und der Anteil der Feuerfeststoffe bis 98 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 10 Gew.-% oder 10 bis 17 Gew.-% keramische Fasern und 90 bis 95 Gew.-% oder 83 bis 90 Gew.-% Feuerfeststoffe, berechnet auf die Summe der Trockenstoffe von keramischen Fasern und Feuerfeststoffen, beträgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Stufe d) die Form vor dem Einfüllen der Mischung 1 bis 10 cm hoch mit einer Lösung eines anionischen Flockungsmittels gefüllt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Stufe a) eine Dispersion der keramischen Fasern mit einer Konsistenz von weniger als 0,3 Gew.-% Fasern verwendet wird.
-3-
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dispersion mit einer Konsistenz von 0,08 bis 0,2 Gew.-% Fasern verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 0,5 bis 2 Gew.-% keramische Fasern oder organische Fasern, bezogen auf die insgesamt eingesetzten keramischen Fasern beim Ansetzen der Dispersion des in Stufe b) verwendeten Schlickers vor dessen Ausflocken zugesetzt werden.
-4-
DE3436781A 1984-10-06 1984-10-06 Verfahren zur Herstellung von Formleichtkörpern aus keramische Fasern, feinzerteilte Feuerfeststoffe und übliche Zusätze enthaltenden wäßrigen Dispersionen Expired DE3436781C2 (de)

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