DE3436781C2 - Verfahren zur Herstellung von Formleichtkörpern aus keramische Fasern, feinzerteilte Feuerfeststoffe und übliche Zusätze enthaltenden wäßrigen Dispersionen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Formleichtkörpern aus keramische Fasern, feinzerteilte Feuerfeststoffe und übliche Zusätze enthaltenden wäßrigen Dispersionen

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formleichtkörpern aus keramische Fasern, feinzerteilte Feuerfeststoffe < 0,09 mm und übliche Zusätze enthaltenden wäßrigen Dispersionen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist gemäß der ersten Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, daß a) eine Dispersion der keramischen Fasern mit einem kationischen Flockungsmittel ausgeflockt wird, b) eine Dispersion eines Schlickers der feinzerteilten Feuerfeststoffe und anorganischen Bindemitteln 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 erfindungsgemäße Verfahren 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 ...

Description

a) eine Dispersion der keramischen Fasern mit einem kationischen Flockungsmittel ausgeflockt wird,
b) eine Dispersion eines Schlickers der feinzerteilten Feuerfeststoffe und des anorganischen Bindemittels mit einem anionischen Flockungsmittel ausgeflockt wird, und
c) die beiden ausgeflockten Dispersionen miteinander vermischt werden, die Mischungen sich absetzen gelassen und zu Formleichtkörpern weiterverarbeitet wird.
2. Verfahren zur Herstellung von Formleichtkörpern aus keramische Fasern, feinzerteilte Feuerfeststoffe < 0,09 mm, anorganische Bindemittel und übliche Zusätze enthaltenden, wäßrigen Dispersionen, Überführen der Dispersionen in Formkörper durch Entwässerung und anschließendes Trocknen und gegebenenfalls Brennen der Formkörper, dadurch gekennzeichnet, daß
a) eine Dispersion der keramischen Fasern mit einem kationischen Flockungsmittel ausgeflockt wird,
b) zu dieser ausgeflockten Dispersion die feinzerteilten Feuerfeststoffe und das anorganische Bindemittel zugesetzt werden, und
c) in diese Mischung die Lösung eines anionischen Flockungsmittels eingemischt wird, die erhaltene Mischung sich absetzen gelassen und zu Formleichtkörpern weiterverarbeitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Stufe c) nach dem Absetzenlassen der Mischung überstehende Flüssigkeit entfernt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Stufe b) die feinzerteilten Feuerfeststoffe vor dem Zusetzen mit Wasser angerührt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der keramischen Fasern 2 bis 25 Gew.-% und der Anteil der Feuerfeststoffe 75 bis 98 Gew.-%, bezogen auf die Summe der Trockenstoffe von keramischen Fasern und Feuerfeststoffen, beträgt.
6. Verfahren n3ch A.nsnruch 5, dedurch gekennzeichnet, daß der Anteil der keramischen Fasern 5 bis 17 Gew.-% und der Anteil der Feuerfeststoffe 83 bis 95 Gew.-%, bezogen auf die Summe der Trokkenstoffe von keramischen Fasern und Feuerfeststoffen, beträgt.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einfüllen der Mischung in eine Form in Stufe c) diese Form 1 bis 10 cm hoch mit einer Lösung eines anionischen Flockungsmit
tels gefüllt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Stufe a) eine Dispersion der keramischen Fasern mit einem Gehalt von weniger als 03 Gew.-% Fasern verwendet wird.
9. Verfahren nach Ansprach 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dispersion mit einem Gehalt von 0,08 bis 0,2 Gew.-% Fasern verwendet wird.
10. 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 Schlikkers vor dessen Ausflocken zugesetzt werden.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formleichtkörpern aus keramische Fasern, feinzerteilte Feuerfeststoffe <0,09 mm, anorganische Bindemittel und übliche Zusätze enthaltenden, wäßrigen Dispersionen, Überführen der Dispersionen in Formkörper durch Entwässerung und abschließendes Trocknen und gegebenenfalls Brennen der Formkörper.
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 Materiial aus Aluminiumsilikatfasern und einem Bindemittel hieschrieben, welches teilchenförmige, feuerfeste Füllstoffe enthält. Dieses vorbekannte wärmeisolierende Material wird aus einer wäßrigen Aufschlämmung mit einem Gehalt von 1% durch Entwässern in Siebformen hergestellt, wobei andere übliche Zusätze verwendet werden können, u. a. Aluminiumsulfat, dessen Wirkungsweise jedoch nicht näher angegeben wird. Als Bindemittel enthält dieses feuerfeste Material Stärke und ein kolloidales Süiziumdioxidsol. 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 Piaitenrnateräa! 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.
Aus der DE-AS 16 46 449 ist ein feuerfestes Isoliermaterial und Verfahren zu seiner Herstellung bekannt, welches aus 2 bis 10 Gew.-% Aluminium-Silikat-Fasern, sehr feinzerteiltem Siliziumdioxid und Calziumaluminat-Bindemittel und 32 bis 68% Wasser, bezogen auf die trocken? 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, wobei die Formleichtkörper bzw. Feuerleichtsteine nur relativ geringe Mengen an keramischen Fasern enthalten sollen und dennoch Rohdichten im getrockneten bzw. gebrannten Zustand von 0,5 g/cm1 erzielt werden kön·
nen, 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 des anorganischen Bindemittels mit einem anionischen Flockungsmittel ausgeflockt wird, und
c) die beiden ausgeflockten Dispersionen miteinander vermischt werden, die Mischung sich absetzen gelassen und zu Formleichtkörpern weiterverarbeitet wird.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß
a) eine Dispersion der keramischen Fasern mit einem kationischen Flockungsmittel ausgeflockt wird,
b) zu dieser ausgeflockten Dispersion die feinzerteilten Feuerfeststoffe und das organische Bindemittel zugesetzt werden, und
c) in diese Mischung die Lösung eines anionischen Flockungsmittels eingemischt wird, die erhaltene Mischung sich absetzen gelassen und zu Formleichtkörpern weiterverarbeitet wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der Anteil der keramischen Fasern 2 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 > t g/cm3 und einer Kaltdruckfestigkeit von >4 N/mm2 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 c) 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 ist, wird in der Stufe a) eine Dispersion der keramischen Fasern mit einem Gehalt von weniger als 0,3 Gew.-% und vorteilhafterweise mit ei.iem Gehalt von 0,08 bis 0,2 Gew.-% Fasern verwendet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können außer den keramischen Fasern auch organische Fasern verwendet werden, wobei diese in einer Menge von 0,5 bis 2 Gew.-%, bezogen auf die insgesamt eingesetzten Feuerfeststoffe, 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 AbC^-Gehalt von >45 Gew.-% besitzen. Solche Fasern werden auch als Aluminiumsilikatfasern bezeichnet Als keramische Fasern können jedoch auch sogenannte Quarzfasern verwendet werden, d. h. aus S1O2 bestehende Fasern, weiterhin auch sogenannte Aluminiumoxidfasern, d. h. Fasern mit einem Gehalt von >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. 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 lgew.-°/oige Lösungen angemacht und vor dem Gebrauch auf 0,05- bis O,lgew.-°/oige Lösung weiter verdünnt
Als anionische Flockungsmittel können die an sich bekannten anionischen Polyelektrolyte auf Acrylamidbasis 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 vorteilhafterweise als O,5gew.-°/oige Lösung angemacht und vor dem Gebrauch auf 0,05- bis O,lgew.-°/oige Lösung weiter verdünnt
Bei Verwendung eines kationischen Polyelektrolyteri, wie eines Methacrylsäureester und eines anionischen Flockungsmittels, wie eines anionischen Polyelektrolyten auf Acrylamidbasis beträgt das Verhältnis daher vorteilhafterweise 1 :3 für kationisches Flockungsmittel: anionisches Flockungsmittel.
Als 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 Flokkungsmitteln 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 «US ausgeflickter Dispersion der Fasern und dem zugesetzten, feinzerteilten Feuerfeststoffen die Lösung eines anionischen Flockungsmittels eingemischt wird. Nach dem Zusatz der Lösung des anionischen Flokkungsmittels oder nach dem Vermischen der beiden ausgeflockten Dispersionen kann die erhaltene Mischung einige Zeit stehengelassen werden, wobei sie sich absetzt, so daß überstehende 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 den erfindungsgemäßen Verfahren trotz der eventuell geringen Konsistenz der Dispersionen gering gehalten werden kann.
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 < 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
25
Es wurden 9 kg Fasern mit einem AbCb-Gehalt von 47 Gew.-% in 45001 Wasser dispergiert Diese Dispersion wurde mit einem handelsüblichen kationiscben Flockungsmittel in Form eines Methacrylsäureester, das in Form einer 0,l%igen Lösung in einer Menge von ca. 61 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 auf Acrylamidbasis in Form einer O,lgew.-°/oigen Lösung in Wasser in einer Menge von ca. 18 1 zugesetzt Diese Suspension wurde sich ebenfalls absetzen gelassen, anschließend wurden 60% der überstehenden, klären 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.
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 1800C und können dann gegebenenfalls noch gebrannt werden, faiis vom Endverbraucher ein gebrannter Formieichtkörper 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.
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 5 cm hergestellt Nach dem Trocknen bei 1500C während 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 kg feinzerteilter Bauxit mit einer Korngröße von 0,09 mm zugesetzt Die erhaltene Mischung wurde gründlich verrührt, und in die gerührte Mischung wurde eine 0,lgew.-%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 Sisalfasern zugesetzt wurden.
Die erhaltenen Formleichtsteine besaßen eine Rohdichte von 0.75 e/cra3.
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 vom 1 g/cm3.
20
25
30
35
40
45
50
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Claims (1)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von Formleichtkörpern aus keramische Fasern, feinzerteilte Feuerfeststoffe < 0,09 mm, anorganische Bindemittel und übliche Zusätze enthaltenden, wäßrigen Dispersionen, Überführen der Dispersionen in Formkörper durch Entwässerung und anschließendes Trocknen und gegebenenfalls Brennen der Formkörper, dadurch gekennzeichnet, daß
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