DE3906620C1 - - Google Patents

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Alwin 6719 Eisenberg De Vogel
Ulrich Dr. 6303 Hungen De Nebe
Alfred 6555 Sprendlingen De Worms
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer keramische, feuerfeste oder feuerbeständige Fasern umfassende, wärmeisolierenden Auskleidung durch Aufspritzen einer aus gegebenenfalls gechoppten Fasern, gegebenenfalls mit weiteren feuerbeständigen und/oder feuerfesten Materialien, wenigstens einem Bindemittel in Form einer kolloidalen Lösung von Siliziumdioxid und/oder Aluminiumoxid sowie Wasser bestehenden Faserspritzmasse auf die zu isolierende Unterlage, wobei die Bindemittellösung beim Aufspritzvorgang in der Spritzdüse zu den pneumatisch geförderten, trockenen Fasern zugesetzt wird.
Aus der EP 02 13 707 A2 ist die Herstellung einer thermisch isolierenden Auskleidung durch Aufspritzen einer Faserspritzmasse bekannt. Die hierbei verwendete Faserspritzmasse enthält neben den keramischen Fasern ein organisches Bindemittel, z. B. ein organisches Polymeres, und ein anorganisches Bindemittel, z. B. ein Sol aus kolloidalem Siliziumdioxid, SiO₂. Eine ähnliche Verfahrensweise zur Herstellung einer isolierenden Auskleidung unter Zuhilfenahme einer Faserspritzmasse ist auch in der US-PS 46 64 969 und der US-PS 45 47 403 beschrieben, wobei als Bindemittel ebenfalls kolloidale Lösungen von Aluminiumoxid bzw. Aluminiumhydroxid, Siliziumdioxid oder Zirkoniumdioxid verwendet werden können.
Aus der DE-OS 23 22 344 ist die Eignung von tonartigen Materialien, welche negativ geladene Kolloide als Flockungs­ mittel für Fasermassen enthalten, vorbekannt. Ebenfalls ist in der DE-OS 34 44 397 gelehrt, daß Polyacrylamide, Polyacrylimide, Aminopolyamide oder kationische Stärken als Flockungsmittel für Aufschlämmungen aus feuerfesten Fasern und feinkörnigen feuerbeständigen Materialien wir­ ken.
Beim Aufspritzen der wärmeisolierenden Auskleidung wird die Bindemittellösung beim Aufspritzvorgang in der Spritzdüse zu den pneumatisch geförderten Fasern zugemischt und die in dieser Spritzdüse gebildete Faserspritzmasse wird auf die warmen oder noch heißen Wände als wärmeisolierende Auskleidung aufgespritzt.
Als Nachteil vorbekannter Systeme hat sich nun herausgestellt, daß eine konstante Bindemittelmenge in der aufgespritzten Fasermasse nicht leicht einzuhalten ist, da die Zufuhr von Bindemittellösung einerseits und von pneumatisch geförderten Fasern andererseits zu der Spritzdüse nicht immer konstant bleibt, so daß die mittels Faserspritzmassen aufgespritzte wärmeisolierende Auskleidung oftmals unterschiedliche Konzentrationen an Bindemittel enthielt. Dies ist jedoch nachteilig, da die Konzentration des Bindemittels in der aufgespritzten und getrockneten, isolierenden Auskleidung einerseits deren Feuerfesteigenschaften beeinträchtigen kann, andererseits die mechanische Festigkeit der getrockneten, isolierenden Auskleidung mit der Konzentration an hierin enthaltenem Bindemittel schwankt.
Bei vorbekannten Bindemittelsystemen hat es sich ferner als nachteilig herausgestellt, daß beim Trocknen der aufgebrachten Faserspritzmasse häufig eine Migration des Bindemittels mit dem beim Trocknen zur Oberfläche wandernden Wasser auftritt. Daher wurde bereits versucht, unter Verwendung von Flockungsmitteln oder Retentionsmitteln eine solche Migration oder Wanderung des Bindemittels an die Oberfläche beim Trocknen zu vermeiden, insbesondere durch Verwendung von Flockungsmitteln.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, in einer mittels einer Faserspritzmasse hergestellten wärmeisolierenden Auskleidung die Konzentration des Bindemittels konstant zu halten, um hiermit über die aufgespritzte Fläche gleichmäßige Feuerfesteigenschaften und auch mechanische Eigenschaften zu erzielen und dabei vorteilhafterweise ein Bindemittelsystem zu verwenden, das die Nachteile vorbekannter Bindemittel oder Bindemittelsysteme nicht aufweist, d. h. bei welchem keine speziellen Retentionsmittel in Form von meist organischen Flockungsmitteln verwendet werden müssen und das dennoch aufgespritzte und getrocknete Fasermassen ergibt, welche das Bindemittel homogen verteilt enthalten und damit homogene physikalische und chemische Eigenschaften aufweisen.
Zur Lösung dieser Aufgabe dient das erfindungsgemäße Verfahren, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß
  • a) eine gefärbte Bindemittellösung verwendet wird, und
  • 1b) die Zugabemenge der Bindemittellösung an der Spritzdüse unter visueller Beobachtung der Farbintensität der aufgespritzten Fasermasse und möglichster Konstanthaltung der Farbintensität eingeregelt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird als Farbstoff zur Einfärbung der Bindemittellösung Kongorot verwendet. Die Verwendung von Kongorot als Farbstoff hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, da dieser Farbstoff in den kolloidalen Lösungen von Siliziumdioxid und/oder Aluminiumoxid stabil ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden als keramische, feuerfeste oder feuerbeständige Fasern die auf dem Fachgebiet an sich bekannten Fasern verwendet, die üblicherweise durch ihre Klassifikationstemperaturen, z. B. 1260°C oder 1600°C, gekennzeichnet werden. Bei diesen keramischen Fasern handelt es sich üblicherweise um Aluminosilikatfasern oder auch um Fasern aus Aluminiumoxid im Fall von höheren Anwendungstemperaturen. Diese Fasern können in an sich bekannter Weise gegebenenfalls gechoppt sein, d. h. ihre Länge kann auf <50 oder <100 mm begrenzt sein.
Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Bindemittel in Form der kolloidalen Lösungen von Siliziumdioxid und/oder Aluminiumoxid sind an sich bekannte, handelsübliche Materialien. Bei den kolloidalen Lösungen von Siliziumdioxid, welche auch als Kieselsole bezeichnet werden, handelt es sich um wäßrige Lösungen von kolloidalem Siliziumdioxid, wobei die Lösungen üblicherweise eine Konzentration zwischen 20 und 40 Gew.-% SiO₂, bezogen auf das angelieferte Sol, aufweisen. Bei den kolloidalen Lösungen von Aluminiumoxid handelt es sich um Sole von Aluminiumoxid bzw. Aluminiumhydroxid (Böhmit), wobei dies ebenfalls handelsübliche Bindemittel für Faserspritzmassen sind.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden auf 100 kg Trockengewicht Fasern 6 bis 20 kg Trockengewicht Siliziumdioxid und/oder Aluminiumoxid, jeweils in Form der kolloidalen Lösungen oder Sole zugemischt. Hierbei werden die handelsüblich in den zuvorgenannten Konzentrationen angelieferten Bindemittelsole mit Wasser verdünnt, so daß die auf 100 kg der Fasern in der Spritzdüse zugesetzte Wassermenge 150 bis 300 l beträgt. Hierbei hängt die einem bestimmten Fasergewicht zugesetzte Wassermenge von den besonderen Umständen des Aufspritzens ab, insbesondere von der Dicke der aufzuspritzenden Schicht, und von der Saugfähigkeit des mit der Faserspritzmasse zu isolierenden Untergrundes.
Selbstverständlich ist es möglicht, in an sich bekannter Weise mehrere Schichten der Faserspritzmasse nacheinander aufzuspritzen, wobei die zuvor aufgespritzte Schicht vorteilhafterweise zuvor getrocknet und gegebenenfalls einer Temperatur oberhalb von 180°C ausgesetzt wird, damit ein erstes Abbinden der Fasern mit dem Bindemittel erfolgen kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform enthält das Bindemittelsystem eine Substanz, welche bei erhöhter Temperatur NH₃ abspaltet, besonders Harnstoff.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält das Bindemittelsystem 1 bis 6 Gew.-Teile, vorzugsweise 1,5 bis 4 Gew.-Teile, Harnstoff auf 100 Gew.-Teile des in den kolloidalen Lösungen von Siliziumdioxid und/oder Aluminiumoxid enthaltenden SiO₂ und/oder Al₂O₃, berechnet als wasserfreie Substanzen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird als Bindemittel sowohl Siliziumdioxid als auch Aluminiumoxid in Form der kolloidalen Lösungen oder Sole eingesetzt, wobei das Gewichtsverhältnis von SiO₂ : Al₂O₃ 80 : 20 bis 20 : 80 beträgt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Bindemittellösung, welche kolloidale Lösungen von Siliziumdioxid und/oder Aluminiumoxid sowie die bei Temperaturerhöhung NH₃ abspaltende Substanz enthält, mittels einer Säure, vorteilhafterweise Salzsäure, auf einen pH-Wert von 2,0 bis 4,0 und besonders bevorzugt von 2,5 bis 3,0 eingestellt.
Bei Aufbringen von Faserspritzmassen können nicht nur diese keramischen Fasern Verwendung finden, sondern auch andere feinkörnige und/oder feinteilige feuerbeständige und/oder feuerfeste Materialien, z. B. pulverförmiges SiO₂, Al₂O₃, Schamotte, Kaoline, Zirkoniumdioxid, Zirkoniumsilikat, Titandioxid und/oder Chromoxid.
Unter feinkörnigen und/oder feinteiligen Materialien sind auch sogenannte pyrogen entstandene Materialien zu verstehen, deren Korngröße in Nanometerbereich liegen, wie z. B. pyrogenes SiO₂, Al₂O₃. ZrO₂.
Bei der Verwendung von Faserspritzmassen werden üblicherweise trockene, gegebenenfalls zerkleinerte oder gechoppte Fasern, gegebenenfalls mit weiteren feinteiligen, feuerbeständigen oder feuerfesten Materialien in einer Art Kanone aufgespritzt, wobei am Vorderteil der Kanone oder Spritzdüse Wasser zugesetzt wird. Anstelle von Wasser kann vorteilhafterweise das gefärbte Bindemittelsystem, das als weiteren Bestandteil eine bei Temperaturerhöhung NH₃ abspaltende Substanz enthält, verwendet werden. Durch die Freisetzung von NH₃ wird das Bindemittel in Form von Siliziumdioxid oder Aluminiumoxid auf den einzelnen Fasern oder den feinteiligen Materialien fixiert.
Das erfindungsgemäß verwendete, gefärbte Bindemittelsystem, welches kolloidale Lösungen von Siliziumdioxid und/oder Aluminiumoxid sowie gegebenenfalls die bei Temperaturerhöhung NH₃ abspaltende Substanz, insbesondere Harnstoff, enthält, ist bei normalen Lagertemperaturen lagerbeständig und besitzt eine Lagerdauer, die derjenigen von handelsüblichen Siliziumdioxidsolen oder Aluminiumoxidsolen vergleichbar ist. Die in den Bindemittelsystemen eingesetzten Siliziumdioxidsole oder Aluminiumoxidsole werden auch als Kieselsole bzw. Aluminiumhydroxidsole bezeichnet, wobei bei letzteren angenommen wird, daß diese kolloidales Aluminiumhydroxid (Böhmit) enthalten.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert.
Beispiel 1
Es wurden gechoppte Fasern mit einer Klassifikationstemperatur von 1260°C aus Aluminosilikat mit 47% Al₂O₃/5% SiO₂ verwendet. Die Fasern waren gechoppte Fasern, wobei etwa 50 Gew.-% eine Länge von 20 bis 50 mm und 50 Gew.-% eine Faserlänge von unterhalb 20 mm aufwiesen. Getrennt hiervor wurden 40 kg handelsübliches SiO₂-Sol mit einem Feststoffgehalt von 40 Gew.-% SiO₂ und 180 kg Wasser sowie 4 g Kongorot miteinander vermischt.
Unter Verwendung einer üblichen Rotorspritzmaschine, wie sie auch für das Spritzen von plastischen Massen eingesetzt wird, wurden diese Fasern pneumatisch gefördert und an der Spritzdüse mit der gefärbten Bindemittellösung versetzt, wobei die Zugabemenge der Bindemittelllösung an der Spritzdüse geregelt werden konnte. Hierzu ist die Verwendung einer üblichen Wasserringdüse möglicht. Der Einsatz von besonderen Spritzdüsen ist nicht notwendig. Diese Regelung erfolgte unter visueller Beobachtung der Farbintensität der auf eine heiße Ofenwand aufgespritzten Fasermasse, wobei die Farbintensität und damit letztlich die in der isolierenden Auskleidung vorliegende Bindemittelkonzentration eingeregelt und möglichst konstant gehalten werden konnten.
Beispiel 2
Als lagerstabile Vorratsmenge der Bindemittellösung wurden in 900 l Wasser 288 kg Aluminiumoxidsol mit einem Gehalt von 57,6 kg Al₂O₃ eingemischt. Anschließend wurde der pH-Wert mit Salzsäure auf 2,5 bis 3,0 eingestellt. Dann wurden 36 kg Siliziumdioxidsol mit einem Gehalt von 14,4 kg SiO₂ eingemischt, weiterhin 3,25 kg Harnstoff in 5 l heißem Wasser aufgelöst hinzugesetzt. Anschließend wurde der pH-Wert erneut durch Zugabe von Salzsäure auf 2,5 bis 3,0 eingestellt. Als Farbstoff wurde, wie in Beispiel 1, Kongorot zugesetzt.
Bei dieser Bindemittellösung betrug das Verhältnis SiO₂ : Al₂O₃ = 20 : 80.
Das so hergestellte Bindemittelsystem wurde bei einem Faserspritzmassenauftrag entsprechend der in der EP 02 13 707 A2 beschriebenen Arbeitsweise zusammen mit keramischen Fasern eingesetzt, wobei die Bindemittelzugabe an der Spritzdüse geregelt wurde.
Beim Trocknen zeigte die auf eine heiße Ofenwand aufgetragene Faserspritzmasse an ihrer Oberfläche keinerlei Migration von Bindemitteln.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung einer keramische, feuerfeste oder feuerbeständige Fasern umfassenden, wärmeisolierenden Auskleidung durch Aufspritzen einer aus gegebenenfalls gechoppten Fasern, gegebenenfalls mit weiteren feuerbeständigen und/oder feuerfesten Materialien, wenigstens einem Bindemittel in Form einer kolloidalen Lösung von Siliziumdioxid und/oder Aluminiumoxid sowie Wasser bestehenden Faserspritzmasse auf die zu isolierende Unterlage, wobei die Bindemittellösung beim Aufspritzvorgang in der Spritzdüse zu den pneumatisch geförderten, trockenen Fasern zugesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) eine gefärbte Bindemittellösung verwendet wird, und
  • b) die Zugabemenge der Bindemittellösung an der Spritzdüse unter visueller Beobachtung der Farbintensität der aufgespritzten Fasermasse und möglichster Konstanthaltung der Farbintensität eingeregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Farbstoff zur Einfärbung der Bindemittellösung Kongorot verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf 100 kg Trockengewicht Fasern 6 bis 20 kg Trockengewicht Siliziumdioxid und/oder Aluminiumoxid zugemischt werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren feuerbe­ ständigen und/oder feuerfesten Materialien feinkörnig und/oder feinteilig sind.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine gefärbte Bindemit­ tellösung verwendet wird, welche als weiteren Bestand­ teil eine bei erhöhter Temperatur NH₃ abspaltende Substanz enthält.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als weiterer Bestandteil Harnstoff verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Harnstoff in einer Menge von 1 bis 6 Gew.-Teilen auf 100 Gew.-Teile des SiO₂ und/oder Al₂O₃ verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß kolloidale Lösungen von Siliziumdioxid und Aluminiumoxid im Verhältnis SiO₂ : Al₂O3 von 80 : 20 bis 20 : 80 verwendet werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert der Bindemittellösung mit Säure auf 2,0 bis 4,0 eingestellt wird.
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