DE4020297C2 - Verfahren zur Bildung einer porösen feuerfesten Masse - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung einer
porösen feuerfesten Masse, eine durch das Verfahren erhaltene poröse Masse und
ein Pulvergemisch zur Herstellung dieser porösen feuerfesten Masse.
Ein solches Verfahren ist wertvoll zur Bildung oder
Reparatur einer wärmeisolierenden Auskleidung oder Bedeckung
einer Oberfläche, wie die Oberfläche der feuerfesten Wand
eines Ofens oder einer anderen Struktur, die bei der
Verwendung hohen Temperaturen ausgesetzt ist. Beispiele
solcher Strukturen sind Glasschmelzöfen, Cracköfen, wie sie
in der Ölindustrie verwendet werden, Koksöfen und feuerfeste
Ausrüstung, die in der Metallurgie eingesetzt wird.
Um eine wärmeisolierende feuerfeste Masse oder Auskleidung
auf einer Oberfläche wie beispielsweise einer feuerfesten
Wand zu bilden, ist es übliche Praxis, diese Oberfläche mit
porösem und daher isolierendem feuerfesten Material zu
verkleiden, z. B. in Form von Ziegeln oder kleinen Platten.
Dieser Arbeitsgang wird mit kalten Ziegeln durchgeführt und
erfordert, daß der Maurer Zugang zu der Oberfläche hat, auf
welcher die Masse gebildet werden soll. Eine Arbeit dieser
Art kann daher nicht in einer heißen Umgebung, wie
beispielsweise an einer Wand eines Ofens bei
Betriebstemperatur durchgeführt werden. Es ist ersichtlich,
daß das Abkühlen eines Ofens oder einer anderen Struktur von
seiner Betriebstemperatur, um dieses Verkleiden möglich zu
machen, und das anschließende Wiedererhitzen den Ofen
solchen thermischen Spannungen unterwerfen würde, daß eine
bedeutende weitere Schädigung bewirkt werden könnte und der
Ofen nach dem Wiederverkleiden in einem schlechteren Zustand
wäre als zuvor. Dieses Abkühlen und Wiedererhitzen würde
auch beträchtlich zu der Zeit beitragen, die man zur
Durchführung der Wiederverkleidung benötigt und eine
Wiederverkleidung in kaltem Zustand ist demgemäß ein
gänzlich unzufriedenstellendes Verfahren, wenn nicht der
ganze Ofen wieder neu aufgebaut werden soll.
Während es theoretisch möglich wäre, eine
Wiederverkleidungstechnik in heißem Zustand anzuwenden, um
die Reparaturzeit zu verkürzen, gäbe dies doch auch
Probleme, die in der Praxis unüberwindbar sind. Es wäre eine
ferngesteuerte Ausrüstung erforderlich, um die Ziegel oder
Platten an Ort und Stelle zu bringen und sie festzumauern.
Es gibt keine derartige Ausrüstung, die zum Arbeiten an
vielen Stellen innerhalb großer feuerfester Strukturen
befähigt wäre. Selbst bei verhältnismäßig gut zugänglichen
Stellen wäre dieses Wiederverkleiden in heißem Zustand nicht
zufriedenstellend, da der feuerfeste Zement keine
zufriedenstellende Bindung zwischen den neuen Ziegeln selbst
oder zwischen den neuen Ziegeln und der existierenden heißen
feuerfesten Struktur ergeben würde, selbst wenn die neuen
Ziegel vorerhitzt wären.
Es gibt natürlich bekannte Verfahren zur Bewirkung von
Reparaturen feuerfester Strukturen in heißem Zustand. Die in
der Technik wahrscheinlich am meisten angewandte und
erfolgreichste Arbeitsweise ist die, die als "keramisches
Schweißen" bekannt wurde. Beispiele solcher keramischer
Schweißverfahren sind in den GB-PSen 1330894 und 2170191 der
Anmelderin beschrieben. Beim keramischen Schweißverfahren
wird eine feuerfeste Masse auf einer Oberfläche gebildet,
indem man gegen diese Oberfläche in Gegenwart von Sauerstoff
ein keramisches Schweißpulver schleudert, das ein Gemisch
von feuerfesten Teilchen und Brennstoffteilchen umfaßt. Die
feuerfesten Teilchen haben solche Zusammensetzung und Größe,
daß sie exotherm mit Sauerstoff reagieren und ein
feuerfestes Oxid bilden und genügend Hitze freisetzen, um,
wenigstens oberflächlich, die aufgeschleuderten feuerfesten
Teilchen zu schmelzen, so daß die feuerfesten Teilchen und
das Verbrennungsprodukt oder die Verbrennungsprodukte zu
einer feuerfesten Masse zusammenhaften. Aluminium und
Silizium sind Beispiele geeigneter Brennstoffe. Es ist
bekannt, daß Silizium strenggenommen als Halbmetall
bezeichnet werden soll, daß sich jedoch Silizium wie einige
Metalle verhält (es ist zur hochgradig exothermen Oxidation
unter Bildung eines feuerfesten Oxids fähig), werden diese
Brennstoffelemente aus Gründen der Zweckmäßigkeit oft als
metallisch bezeichnet. Es wird im allgemeinen empfohlen, das
Gemisch des keramischen Schweißpulvers in Gegenwart einer
hohen Konzentration an Sauerstoff zu versprühen, z. B. unter
Verwendung von Sauerstoff von technischer Qualität als
Trägergas. Auf diese Weise wird eine zusammenhaftende
feuerfeste Masse gebildet, die an der Oberfläche haften
kann, gegen welche die Teilchen geschleudert werden. Die
exotherme Reaktionszone des keramischen Schweißverfahrens
kann sehr hohe Temperaturen erreichen, was die Möglichkeit
bietet, durch jede eventuell an der Zieloberfläche
vorhandene Schlacke durchzubrennen und diese Oberfläche zu
erweichen oder zu schmelzen. Auf diese Weise wird eine gute
Verbindung zwischen der zu behandelnden Oberfläche und der
neu gebildeten feuerfesten Masser erzielt.
Dieses keramische Schweißverfahren kann zur Bildung eines
feuerfesten Elementes, z. B. eines Blocks von besonderer Form
benutzt werden. Es wird jedoch am häufigsten zur Bildung von
Auskleidungen oder zur Durchführung von Reparaturen auf
Blöcken oder Wänden angewandt. Es ist besonders nützlich zur
Reparatur oder Verfestigung von bestehenden feuerfesten
Strukturen durch die in situ-Bildung einer qualitativ
hochwertigen kompakten und zusammenhängenden feuerfesten
Schweißmasse. Es ist recht üblich, dieses Verfahren
durchzuführen, wenn der feuerfeste Grund heiß ist und, in
einigen Fällen, ist es selbst möglich, diese Reparatur oder
diese Verfestigung durchzuführen, ohne den Betrieb der
Vorrichtung unterbrechen zu müssen. Tatsächlich ist der
keramische Schweißprozess im allgemeinen umso wirksamer, je
heißer die als Ziel dienende feuerfeste Oberfläche ist und
umso besser ist die Bindung zwischen der gebildeten
Schweißmasse und der vorher existierenden feuerfesten
Struktur.
Das keramische Schweißverfahren verdankt einen großen Teil
seines Erfolges der Tatsache, daß ein Hauptanteil der
Verbrennung der Brennstoffteilchen auf der Zieloberfläche
erfolgt. Somit ist die maximale Menge an Hitze tatsächlich
an der Arbeitsstelle verfügbar, so daß die als Ziel dienende
feuerfeste Fläche erweicht wird, wo sie in Kontakt mit dem
geschmolzenen oder halb geschmolzenen feuerfesten Material
kommt, das entweder als solches aufgespritzt wird oder von
der Verbrennung von Brennstoff stammt. Infolgedessen haftet
geschmolzenes oder halb geschmolzenes Material, das auf die
Zieloberfläche auftrifft, stark an dieser Oberfläche und es
wird eine dichte, zusammenhängende, feuerfeste Schweißmasse
aufgebaut. Es ist daher ersichtlich, daß ein solches
Verfahren zur Bildung einer porösen Auskleidung oder der
Reparatur einer solchen gänzlich ungeeignet ist.
Es gibt andere Heißreparaturverfahren, die bekannt sind und
technisch angewandt werden. Zum Beispiel sind
Flammsprühverfahren bekannt, bei welcher ein Strom von
feuerfesten Teilchen aus einer Brennerdüse in einem
verbrennbaren Trägergas, wie Kohlengas, das am Brennerauslaß
mit Sauerstoff gemischt wird, unter Bildung einer Flamme
gesprüht wird, welche die feuerfesten Teilchen aufheizt,
während sie zur Zieloberfläche fliegen. Solche Verfahren
heizen jedoch die feuerfesten Teilchen nicht stark genug auf
für eine zufriedenstellende Bindung zwischen den Teilchen
unter sich oder zwischen den Teilchen und der
Zieloberfläche. Als Ergebnis hat der gebildete feuerfeste
Niederschlag eine ziemlich geringe Beständigkeit gegen
Abrieb.
Zu anderen Verfahren zur Reparatur von heißen feuerfesten
Strukturen, die vorgeschlagen wurden, gehören das
Betonspritzen und das Verputzen oder Aufwerfen von Schamotte
in einem Bindermaterial. Auch solche Verfahren führen zur
Bildung einer Reparaturmasse, die nur schwach an die vorher
existierende Struktur gebunden ist und solche Abscheidungen
können demgemäß ziemlich leicht abblättern.
Die Industrie hat demnach das Problem der Bildung oder
Reparatur einer porösen wärmisolierenden feuerfesten
Auskleidung oder Wand, während die Auskleidung oder die Wand
heiß ist und zwar auf solche Weise, daß man gute
wärmeisolierende Qualitäten erzielt oder beibehält.
Hauptziel der Erfindung ist es, dieses Problem zu
erleichtern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur
Bildung einer porösen feuerfesten Masse auf einer Oberfläche
bereitgestellt,
worin ein oxidierendes Gas gegen diese Oberfläche zusammen mit
einem Pulvergemisch geschleudert wird, das enthält: feuerfeste Teilchen,
Teilchen von Brennstoff, der exotherm mit dem oxidierenden Gas unter
Bildung von feuerfestem Oxid reagiert und ausreichend Hitze freisetzt, um
wenigstens die Oberflächen der feuerfesten Teilchen zu schmelzen, so daß
sie unter Bildung einer feuerfesten Masse zusammenbinden und Teilchen
von Material, dessen Zusammensetzung und/oder Größe so gewählt ist,
daß das Einbringen von solchem Material in das geschleuderte Gemisch zur
Ausbildung von Porosität in der gebildeten feuerfesten Masse führt, mit der
Maßgabe, daß das Porosität erzeugende Material nicht Kohlenstoff ist.
Die Erfindung liefert auch eine Materialzusammensetzung zur
Verwendung in einem solchen Verfahren. Eine solche
Zusammensetzung zeichnet sich dadurch aus, daß sie ein
Pulvergemisch ist, das umfaßt: feuerfeste Teilchen, Teilchen
von Brennstoff, der exotherm mit dem oxidierenden Gas unter
Bildung von feuerfestem Oxid reagiert und ausreichend Hitze freisetzt, um
wenigstens die Oberflächen der feuerfesten Teilchen zu schmelzen, so daß
sie unter Bildung einer feuerfesten Masse zusammenbinden und Teilchen
von Material, dessen Zusammensetzung und/oder Größe so gewählt ist,
daß das Einbringen von solchem Material in das geschleuderte Gemisch zur
Ausbildung von Porosität in der gebildeten feuerfesten Masse führt, mit der
Maßgabe, daß das Porosität erzeugende Material nicht Kohlenstoff ist.
Ein solches Verfahren und eine solche Pulverzusammensetzung
sind wertvoll zur Ausbildung von qualitativ hochwertigen,
porösen, feuerfesten Massen zur Reparatur von bestehenden
wärmeisolierenden feuerfesten Teilen, während diese Teile
heiß sind. Sie sind auch wertvoll für die erneute Bildung
von qualitativ hochwertigen wärmeisolierenden feuerfesten
Auskleidungen oder Belägen auf existierenden heißen feuerfesten
Strukturen.
Es wird noch ersichtlich, daß das Verfahren ein solches ist,
das ein keramisches Schweißpulver benutzt, welchem
teilchenförmiges, Pororität hervorrufendes Material
zugesetzt ist. Die Anwendung und tatsächlich die Wirksamkeit
eines solchen Verfahrens und Pulvers ist überraschend.
Es sei daran erinnert, daß bisher bekannte keramische
Schweißverfahren ihren technischen Erfolg der Tatsache
verdanken, daß eine dichte zusammenhängende feuerfeste
Schweißmasse aufgebaut wird, wenn das benutzte keramische
Schweißpulver aus einer Lanze gegen die Zieloberfläche
geschleudert wird und daß eine solche Schweißmasse fest auf
dieser Oberfläche haftet. Das hauptsächliche Ziel des
Keramikschweißers war daher, eine Schweißmasse von möglichst
geringer Porosität zu bilden, um die Haftung der
resultierenden Schweißmasse an der zu behandelnden
Oberfläche zu begünstigen und die Kohäsion in der
Schweißmasse zu fördern und so eine gute Abriebbeständigkeit
und gute thermochemische Beständigkeit zu erzielen. Die
bewußte Einführung von Material in ein keramisches
Schweißpulver, das Porosität in der resultierenden
feuerfesten Schweißmasse bewirken würde, widerspricht somit
allen herkömmlichen Vorstellungen auf dem Gebiet des
keramischen Schweißens.
Es ist bekannt, daß dann, wenn die Temperatur der
keramischen Schweißreaktion als Ergebnis von
schlechter Kontrolle der verschiedenen Parameter der
Reaktion zu niedrig ist, eine ungleichmäßige und unkontrollierte Porosität
in der erhaltenen Abscheidung vorliegen kann. Eine solche
Porosität war jedoch unweigerlich von unzureichender innerer
Kohäsion der erhaltenen feuerfesten Abscheidung, schlechter
Beständigkeit gegen Abrieb oder gegen Korrosion und
schlechtem Haften an der behandelten Oberfläche begleitet.
Alle solchen porösen Abscheidungen hätten sich gelöst,
nachdem der Ofen eine Zeitlang in Betrieb war und die
Reparatur hätte nochmals gemacht werden müssen. Kurz gesagt,
unternehmen die Keramikschweißer die größten Anstrengungen,
um zu vermeiden, auf diese Weise zu arbeiten. Die
absichtliche Bildung einer porösen Masse unter Anwendung
einer Arbeitsweise dieser Art ist daher für sich selbst
überraschend.
Es können verschiedene Arten von porositätserzeugenden
Materialien benutzt werden mit der Maßgabe, daß das Porosität erzeugende Material nicht Kohlenstoff ist. Das Material kann so sein, daß
es unter Entwicklung von gasförmigen Verbrennungsprodukten
verbrennt, es kann sich zu gasförmigen Zersetzungsprodukten
zersetzen oder es kann selbst porös oder hohl sein. Es ist
auch höchst überraschend, daß ein signifikantes Ausmaß an
Porosität in der erzeugten feuerfesten Masse ausgebildet
werden kann, da, berücksichtigt man diese hohe Temperatur,
die bei der exothermen Reaktion freigesetzt wird, wenn
letztere gut kontrolliert wird, zu erwarten wäre, daß das
Gas, das unter der Wirkung dieser Hitze vorhanden sein oder
gebildet werden könnte, entweichen würde, ohne in der sich
bildenden Masse eingeschlossen zu werden, und daß jede
anfänglich gebildete Porosität in der erhaltenen Masse
aufgrund der Auftreffwucht von weiterem geschleuderten
Material, bevor sich die Masse genügend verfestigt hat, um
solche Poren beizubehalten, zusammenbrechen würde mit dem
Ergebnis, daß eine mehr oder weniger kompakte Masse gebildet
wird. Es ist noch überraschender, daß das Ausmaß an in der
erhaltenen Schweißmasse gebildeter Porosität gesteuert
werden kann, so daß ein gegebenes Ausmaß an Porosität in
zuverlässiger Weise reproduziert werden kann, und daß es
möglich ist, eine feuerfeste Masse zu erhalten, die
gleichzeitig porös ist und doch fest an der Oberfläche
haftet, welche das aufgeschleuderte Gemisch aufnimmt.
Das Verfahren und das Pulver gemäß der Erfindung sind daher
äußerst vorteilhaft aufgrund der Tatsache, daß sie leicht
die Bildung einer porösen und daher isolierenden feuerfesten
Masse in situ auf einer gegebenen Oberfläche ermöglichen.
Überdies bieten sie den Vorteil der Einfachheit der
Durchführung unter Verwendung einer Vorrichtung von
herkömmlicher Art, wie derjenigen wie sie bei herkömmlichen,
oben erwähnten keramischen Schweißverfahren benutzt werden.
Die Erfindung ermöglicht es demnach auch, eine isolierende
feuerfeste Masse mit gesteuerter Porosität an Stellen zu
bilden, zu denen der Zugang schwierig ist und zwar bei wenig
oder gar keiner Unterbrechung des Betriebs des Ofens, an dem
die Arbeit durchgeführt wird.
Der Brennstoff umfaßt Teilchen von wenigstens einem Element,
das zur Bildung eines feuerfesten Oxids bei der Oxidation
befähigt ist. Auf diese Weise kann leicht eine Masse
erhalten werden, die mit der Oberfläche verträglich ist, auf
welche das Aufschleudern erfolgt, da in den meisten Fällen
die betreffende Oberfläche diejenige einer feuerfesten Wand
ist. Der Brennstoff und die feuerfesten Teilchen des
Gemisches können z. B. leicht so gewählt werden, daß die
erhaltenen Schweißmasse, welche die aufgeschleuderten
feuerfesten Teilchen und die Verbrennungsprodukte des
Brennstoffes enthält, praktisch die gleiche Zusammensetzung
hat wie die feuerfeste Oberfläche, gegen welche das Gemisch
geschleudert wird.
Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
umfaßt dieses die Porosität hervorrufende Material Teilchen
eines Materials, das unter Bildung von gasförmigen
Verbrennungsprodukten verbrennt, die in der resultierenden
feuerfesten Masse eingeschlossen werden. Die Verwendung
eines Materials, das unter Bildung von gasförmigen
Verbrennungsprodukten verbrennen kann, die in die so
gebildete feuerfeste Masse bei einem solchen Aufschleudern
eingeschlossen werden, ist hochgradig vorteilhaft, da diese
Teilchen das Vielfache ihres Volumens an Gas freisetzen oder
zuführen können, und dies ermöglicht es, große Mengen an Gas
zur Bildung von Poren einzuführen, indem man von einer sehr
kleinen Menge an Material ausgeht. Es ist leicht möglich,
Teilchen zu wählen, deren Größe und/oder Zusammensetzung
derart sind, daß sie beim Verbrennen in Gas überführt,
werden, das in der gebildeten feuerfesten Masse
eingeschlossen wird oder das darin seine Spuren in Form von
Poren hinterläßt, so daß sie porös und isolierend wird.
Bei anderen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
umfassen solche porositätsbildenden Materialien Teilchen
eines Materials, das sich unter Freisetzung von Gas
zersetzt, das in der erhaltenen feuerfesten Masse
eingeschlossen wird. Die Verwendung von Teilchen eines
Materials, das sich durch Freisetzung von Gas zersetzen
kann, das wiederum in der gebildeten feuerfesten Masse bei
diesem Versprühen eingeschlossen wird, hat auch den Vorteil,
daß ein großes Volumen an Gas im Verhältnis zum Volumen des
teilchenförmigen Materials für das Einbringen in die
gebildete feuerfeste Schweißmasse zur Verfügung steht. Bei
solchen Ausführungsformen der Erfindung umfaßt vorzugsweise
ein solches Porosität induzierendes Material Teilchen von
aufschäumendem Material. Diese Teilchen quellen z. B. durch
Freisetzung eines Gases, wie Wasserdampf, unter der
Einwirkung von Hitze und erzeugen Poren in der Masse, die
gebildet wird. Dies ist hochgradig praktisch zur Erzeugung
von Poren einer spezifischen Größe im feuerfesten Material,
das gebildet wird, und somit zur leichten Erzielung eines
porösen isolierenden Materials. Die Größe der Poren kann
tatsächlich leicht gesteuert werden, indem man die Größe der
geschleuderten Teilchen steuert. Das Verfahren kann daher
zur Reparatur oder in situ-Bildung eines porösen Stopfens
dienen, wie er benutzt wird, um Gas in eine Masse von
geschmolzenem Stahl zu blasen oder für verschiedene, in der
Industrie bekannte Zwecke.
Es gibt verschiedene aufschäumende Materialien, die bei der
Durchführung der Erfindung verwendet werden können.
Besonders seien Materialien erwähnt, die ein hydratisiertes
Metallsalz enthalten, insbesondere ein hydratisiertes Salz
eines Alkalimetalls. Beispiele geeigneter Salze sind
Aluminate, wie Natrium- oder Kaliumaluminat, Plumbate, wie
Natrium- oder Kaliumplumbat, Stannate, wie Natrium- oder
Kaliumstannat, Alaune, wie Natriumaluminiumsulfat oder
Kaliumaluminiumsulfat, Borate, wie Natriumborat, und
Phosphate, wie Natriumorthophosphat und Kaliumorthophosphat.
Aluminate können besonders vorteilhaft zur Bildung von
aluminiumoxidhaltigen oder silicoaluminiumoxidhaltigen
feuerfesten Massen benutzt werden. Perlit, das ein blähbares
Gestein vom Rhyolittyp ist, kann ebenfalls verwendet werden.
Dieses aufschäumende oder blähbare Material enthält
vorzugsweise ein hydratisiertes Alkalisilikat und
vorzugsweise ein Natriumsilikat. Natriumsilikat hat den
Vorteil, verhältnismäßig billig zu sein.
Wenn ein Natriumsalz verwendet wird, muß man daran denken,
daß Natrium den Schmelzpunkt eines feuerfesten Materials,
das gebildet wird, beträchtlich erniedrigen kann. Der
Mengenanteil an aufschäumendem Material wird demgemäß so
eingestellt, daß der Schmelzpunkt der gebildeten Masse nicht
zu nahe bei der maximalen Betriebstemperatur der behandelten
Wand des Ofens liegt. Im Falle eines Koksofens z. B. liegt
diese Temperatur vorzugsweise über 900°C, und es werden
weniger als 20% Natrium verwendet. Das Phasendiagramm
ermöglicht es, den Schmelzpunkt der gebildeten Masse recht
genau vorherzusagen.
Bei noch anderen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
umfaßt dieses porositätsinduzierende Material hohle oder
poröse Teilchen, die in die gebildete feuerfeste Masse
einbezogen werden. Auf diese Weise können Poren in die
feuerfeste Masse ohne jede Zersetzung
oder Oxidation des porositätsbildenden Materials eingebracht werden, so daß das
Risiko vermindert wird, daß die keramischen
Schweißreaktionen durch den Zusatz von porositätsbildendem
Material zum verwendeten keramischen Schweißpulver gestört
werden könnten. Die Reaktion oder Bildung der feuerfesten
Masse kann demgemäß besser und leichter gesteuert werden. Es
ist z. B. möglich, fein zerteilte Teilchen eines vulkanischen
Gesteins, insbesondere Teilchen von Geyserit, die
gegebenenfalls bei hoher Temperatur vorbehandelt sind, oder
Vermiculit- oder Zeolithteilchen zu verwenden.
Bei solchen Ausführungsformen wird es jedoch bevorzugt, daß
wenigstens ein Teil dieser hohlen oder porösen Teilchen aus
den geschleuderten feuerfesten Teilchen besteht. Auf diese
Weise können Poren in die gebildete Masse mittels eines
Elements eingeführt werden, das ein Grundbestandteil der
feuerfesten Masse ist. Diese hohlen oder porösen feuerfesten
Teilchen haben vorzugsweise eine Gesamtporosität von mehr
als 50%. Es ist überraschend, daß die erhaltene Masse noch
porös ist, wenn man berücksichtigt, daß wenigstens ein Teil
der Oberfläche der feuerfesten Teilchen geschmolzen wird,
was zum Binden der keramischen Schweißung erforderlich ist.
Vorteilhafterweise ist wenigstens der größere Gewichtsteil
der geschleuderten feuerfesten Teilchen hohl oder porös. Die
Poren sind somit sehr zahlreich und gleichmäßig in der
gebildeten Schweißmasse verteilt. Wenn dieses bevorzugte
Merkmal der Erfindung angewandt wird, ist es nicht
notwendig, andere feuerfeste Teilchen als diese porösen
Teilchen zuzusetzen.
Bei einigen solchen bevorzugten Ausführungsformen der
Erfindung umfassen solche hohlen oder porösen feuerfesten
Teilchen poröse Siliziumdioxidteilchen oder zellhaltige
Aluminiumoxidteilchen. Poröse Siliziumdioxidteilchen werden
z. B. erhalten, indem man einen isolierenden porösen
feuerfesten Silicaziegel zur Erzielung von Teilchen
unterhalb 2 mm vermahlt. Zellhaltige Aluminiumoxidteilchen
können z. B. erhalten werden, indem man Aluminiumoxidpulver
durch eine Flamme führt. Es ist besonders überraschend, daß
das Vermahlen von porösen Ziegeln Teilchen liefern kann, die
ausreichend Poren behalten, um eine poröse Masse zu bilden.
Auf diese Weise können Siliziumdioxid- oder
Aluminiumoxidskelette geschleudert und, wahrscheinlich nur
örtlich, miteinander verschweißt werden, um eine poröse und
hochgradig isolierende feuerfeste Masse zu liefern.
Alternativ oder zusätzlich wird es bevorzugt, daß das
Gemisch hohle oder poröse Teilchen enthält, die aus einem
glasigen Material oder aus einem glasbildenden Material
bestehen. Diese Materialien sind leicht in Teilchenform
erhältlich und sind mit feuerfesten Massen verträglich. Es
ist z. B. möglich, Teilchen einer verglasbaren Masse zu
verwenden, wie sie in der GB-PS 2177082 der Anmelderin
beschrieben ist. Es ist auch möglich, Teilchen zu verwenden,
die zur Überführung in Zellglaskörper durch Expansion unter
der Einwirkung von Hitze befähigt sind, wie sie durch das
Verfahren erhalten werden, das in der GB-PS 1556993
beschrieben ist.
Die hohlen oder porösen Teilchen umfassen vorzugsweise
Glasmikrokugeln. Glasmikrokugeln haben eine sehr dünne
Wandung. Somit wird ein Maximum von Gas zur Bildung von
Poren mit einem Minimum an Material eingeführt, das für die
feuerfeste Grundmasse fremd ist. Es ist auch möglich, die
Menge an Gas leichter zu steuern, die eingeführt wird oder
den Mengenanteil an Poren, die in der feuerfesten Masse
gebildet werden, und leichter eine praktisch gleichmäßige
Verteilung der Poren in der Masse zu erzielen. Es ist jedoch
hochgradig überraschend, Hohlglasmikrokugeln in einer
exothermen Reaktion bei solch hohen Temperaturen
einzuführen. Tatsächlich ist Glas bei diesen hohen
Temperaturen, die beim Ablaufen
dieser exothermen Reaktion vorliegen verhältnismäßig flüssig. Es ist daher besonders
erstaunlich, daß die Glasmikrokugeln Poren in der
endgültigen feuerfesten Masse bilden, um so eine poröse
Masse zu ergeben.
Die Hohlglasmikrokugeln werden gewöhnlich aus Granulat einer
glasbildenden Masse auf der Basis von Natriumsilikat
gebildet, die mit einigen anderen Komponenten, wie Borsäure,
umgesetzt sein kann. Dieses Granulat wird z. B. erhalten,
indem man von einer sprühgetrockneten wässrigen Lösung
ausgeht. Dieses Granulat wird verglast und in einem
Sphärulisierungsofen zu Kügelchen gebildet. Die glasbildende
Zusammensetzung enthält eine Substanz, z. B. Harnstoff,
welche zur Freisetzung von Gas in dem Sphärulisierungsofen
führt, und somit wird eine zellbildende Wirkung
hervorgerufen. Die Glasmikrokugeln können in Größen
hergestellt werden, die sich besonders dafür eignen, um in
das gegen die zu behandelnde Oberfläche geschleuderte
Gemisch eingebracht zu werden. Die Glasmikrokugeln können
mono- oder polycellular sein.
Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei
welcher das Gemisch Hohlglasmikrokugeln enthält, sind
wenigstens einige der feuerfesten Teilchen vorzugsweise
poröse Teilchen und vorteilhafterweise poröse
Siliziumdioxidteilchen oder zellhaltige
Aluminiumoxidteilchen. Diese besondere Kombination von
porösem Siliziumdioxid oder zellhaltigem Aluminiumoxid als
feuerfestes Material und von Gaskugeln als zusätzlichem
Porenbildner ist hochgradig günstig für die Ausbildung einer
porösen feuerfesten Masse von sehr niedriger Dichte, die
sehr hohe Wärmeisolationsfähigkeit liefert.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung haben diese
Porosität induzierenden Teilchen eine maximale Teilchengröße
von weniger als 2 mm, vorzugsweise weniger als 1 mm.
Teilchen, die selbst porös oder hohl sind, können in Größen
bis zu 2 mm, je nach Wunsch, verwendet werden, um die
erforderliche Porosität in der gebildete feuerfesten
Schweißmasse auszubilden. Bei einigen bevorzugten
Ausführungsformen jedoch haben diese Porosität induzierenden
Teilchen eine maximale Teilchengröße von weniger als
600 µm. Es wird empfohlen, bei der Verwendung von
Materialien, die unter Entwicklung von Gas verbrennen oder
sich zersetzen, diese in Größen von weniger als 600 µm
einzusetzen, wiederum abhängig von dem Ausmaß und der Größe
der erforderlichen Porosität, da solche kleineren
Teilchengrößen die Vervollständigung der Verbrennung oder
Zersetzung begünstigen, welche solche Teilchen erleiden. Bei
noch anderen bevorzugten Ausführungsformen wird es
bevorzugt, daß diese Porosität induzierenden Teilchen eine
maximale Teilchengröße von weniger als 200 µm und
vorzugsweise weniger als 125 µm haben. Solche kleineren
Teilchen eignen sich besonders für die
weitere Begünstigung der vollständigen Verbrennung von
verbrennbaren Porosität induzierendem Material, wenn dieses
verwendet werden sollte, und sie begrenzen auch die Menge an
erzeugtem Gas und begünstigen die Bildung einer größeren
Anzahl von kleinen Poren.
Die Mischung umfaßt vorzugsweise wenigstens 10 Gew.-%,
vorteilhafterweise wenigstens 15 Gew.-% an solchen
Porosität induzierenden Teilchen. Dieser Mengenanteil
begünstigt die Bildung einer Masse hoher Porosität und daher
geringer Dichte, und sie zeigt hohe Wärmeisolationsfähigkeit.
Die erhaltene poröse feuerfeste Masse
hat eine relative Schüttdichte von weniger als 1,5 und
vorzugsweise gleich oder weniger als 1,3. Solche Werte der
relativen Schüttdichte sind charakteristisch für feuerfeste
Materialien mit guten Wärmeisolationseigenschaften.
Es ist zweckmäßig, hier zu definieren, was unter relativer
Schüttdichte und Porosität zu verstehen ist, und Verfahren
anzugeben, durch welche diese Eigenschaften gemessen werden
können. Diese Definitionen und Verfähren fallen im breiten
Sinn in den internationalen Standard ISO 5016-1986.
Somit ist die Schüttdichte das Verhältnis der Masse des
trockenen Materials eines porösen Körpers zu seinem
Schüttvolumen, ausgedrückt in g/cm3 und ist numerisch
gleich der relativen Schüttdichte.
Das Schüttvolumen eines porösen feuerfesten Körpers ist die
Summe der Volumen des festen Materials, der offenen Poren
und der geschlossenen Poren im Körper.
Es sei darauf hingewiesen, daß das Schüttvolumen und somit
die Schüttdichte von hohlen oder porösen Teilchen, wie sie
zur Bildung von porösen feuerfesten Körpern gemäß der
Erfindung eingesetzt werden können, auf eine
unterschiedliche Weise gemessen werden können, wie dies noch
erläutert wird.
Die wahre Dichte ist das Verhältnis der Masse des Materials
des Körpers zu seinem wahren Volumen, wobei das wahre
Volumen das Volumen des Festmaterials in diesem Körper ist.
Die scheinbare Porosität eines Körpers ist das Verhältnis
des Volumens der offenen Poren zum Schüttvolumen des Körpers,
und die wahre Porosität ist das Verhältnis des
Gesamtvolumens der offenen Poren und der geschlossenen Poren
zum Schüttvolumen.
Die offenen Poren sind diejenigen, welche von der
Eintauchflüssigkeit in der Prüfung gemäß ISO 5017
durchdrungen werden, und die geschlossenen Poren sind
diejenigen, die nicht durchdrungen werden.
Die Wiege- und Meßmethoden sind die in ISO 5016-1986
angegebenen. Es soll ein einziges Prüfstück verwendet
werden. Falls das Verfahren der Erfindung zur Bildung einer
porösen Schweißmasse angewandt wird, die ausreichend groß
ist, kann ein Prüfstück, das möglichst genau 50 × 100 × 100 mm
haben soll, verwendet werden, um das Schüttvolumen zu
bestimmen. Wenn die poröse Schweißmasse nicht so groß ist,
daß man ein solches Prüfstück daraus schneiden kann, dann
soll die Schweißmasse dicht in eine dünne Kunststoffolie
eingewickelt und ihr Schüttvolumen durch die
Flüssigkeitsverdrängung bestimmt werden.
Vorteilhafterweise hat die erhaltene poröse feuerfeste Masse
eine echte Porosität von nicht weniger als 30% und
vorzugsweise eine echte Porosität von nicht weniger als 45%.
Es ist besonders bevorzugt, daß die erhaltene poröse
feuerfeste Masse eine scheinbare Porosität von mehr als 30%,
vorzugsweise mehr als 37%, und eine echte Porosität von mehr
als 50% und vorzugsweise mehr als 60% hat. Eine feuerfeste
Masse dieser Art kann hohe Wärmeisolationseigenschaften
zeigen wegen ihrer geringen Dichte und hohen Porosität.
Aufgrund der Tatsache, daß sie bei sehr hoher Temperatur
gebildet ist, eignet sie sich auch besonders gut zur
Verwendung bei erhöhten Temperaturen.
Bei den bevorzugtesten Ausführungsformen der Erfindung
umfaßt der Brennstoff eines oder mehrere der Metalle
Silizium, Magnesium, Zirkonium und Aluminium. Diese Elemente
können unter Bildung von feuerfesten Oxiden oxidiert werden,
während sie ausreichend Hitze freisetzen, um wenigstens ein
oberflächliches Schmelzen aller üblichen Feuerfestmassen zu
bewirken.
Vorzugsweise haben die Brennstoffteilchen eine
Durchschnittsgröße von weniger als 50 µm und vorzugsweise
weniger als 15 µm, eine maximale Abmessung von weniger als
100 µm und vorzugsweise weniger als 50 µm und eine
spezifische Oberfläche von mehr als 3000 cm2/g. Die
Brennstoffteilchen werden somit Leicht oxidiert und dies
begünstigt die Erzeugung einer hohen Temperatur im Bereich
der exothermen Reaktion, was wiederum das Zusammenschweißen
der Feuerfestmaterialien durch wenigstens oberflächliches
Schmelzen begünstigt. Die geringe Größe dieser
Brennstoffteilchen begünstigt auch ihre vollständige
Verbrennung. Die Brennstoffteilchen finden sich demgemäß
nicht in nichtoxidiertem Zustand in der gebildeten Masse,
und dies erleichtert die Erzielung einer stärker
isolierenden Masse, da die verwendeten Brennstoffteilchen im
allgemeinen verhältnismäßig gute Wärmeleiter sind.
Die Erfindung erstreckt sich auch auf poröse feuerfeste
Massen, die nach dem oben beschriebenen Verfahren erhalten
sind.
Im folgenden werden verschiedene bevorzugte
Ausführungsformen der Erfindung anhand von Beispielen
beschrieben.
Es mußte eine isolierende Innenwand in einem Crackofen in
einer petrochemischen Anlage repariert werden, die
verhältnismäßig schwerwiegenden Schaden erlitten hatte, und
zwar ohne die Anlage abzuschalten. Die Wand bestand aus
isolierenden Silico-Aluminiumoxidziegeln der folgenden
Zusammensetzung: 47% SiO2, 38% Aluminiumoxid, 15% Kalk.
Die Ziegel hatten eine relative Schüttdichte von 0,77. Die
Reparatur bestand in der Bildung einer Feuerfestmasse auf
den beschädigten Teilen der Wand.
Um dies durchzuführen, wurde Sauerstoff auf diese Wand
zusammen mit einem Gemisch von Feuerfestteilchen, und fein
zerteilten Teilchen von wenigstens einem Element, das zur
Bildung eines feuerfesten Oxids befähigt ist, wenn es in
exothermer Weise oxidiert wird und von Hohlteilchen
geschleudert. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung waren
diese Hohlteilchen Mikrokugeln aus Borsilikatglas mit einem
Durchmesser von größenordnungsmäßig 25 µm bis 125 µm und
einer scheinbaren Dichte von 0,19 g/cm (Schüttdichte der
Mikrokugeln, gemessen gemäß ASTM D3101-72) und eine wirksame
Dichte von 0,35 g/cm3 (gemessen gemäß ASTM D2840-69). Die
isolierende Wand befand sich bei einer Temperatur von 1000
bis 1250°C. Das Gemisch wurde in einer Menge von 20 kg/h in
einem Strom von reinem Sauerstoff aufgesprüht. Das Gemisch
hatte die folgende Zusammensetzung:
SiO2 (gemahlen, dicht) | 67 Gew.-% |
Si | 12 Gew.-% |
Al | 1 Gew.-% |
Glasmikrokugeln | 20 Gew.-% |
Die Siliziumteilchen hatten einen durchschnittlichen
Durchmesser von 10 µm und eine spezifische Oberfläche von
5000 cm2/g. Die Aluminiumteilchen waren Flockenteilchen
mit einer spezifischen Oberfläche von etwa 8000 cm2/g.
Beim Aufsprühen dieses Gemisches auf die heiße Wand
verbrannten die Silizium- und Aluminiumteilchen und setzten
ausreichend Hitze frei, um wenigstens einen Teil der
Oberfläche der feuerfesten Siliziumdioxidteilchen zu
schmelzen, so daß sie örtlich unter Bildung der porösen
feuerfesten Schweißmasse zusammengeschweißt wurden. Diese
feuerfesten Siliziumdioxidteilchen hatten einen Durchmesser
von weniger als 2 mm mit einem Maximum von 30 bis 40% mit 1
bis 2 mm und einem Maximum von 15% mit weniger als 100 µm.
Die scheinbare und die wahre Porosität wurden nach ISO 5017 bestimmt. Dazu
wurden zunächst die Massen m1, m2, und m3 eines Teststück bestimmt. Das
trockene Teststück mit der Masse m1 (g) wird in einen luftdichten Behälter gelegt,
welcher bis zu einem Druck von nicht mehr als 25 mbar evakuiert wird, und bei
diesem Grad des Vakuums mindestens 15 Minuten belassen, um alle Luft aus den
offenen Poren zu entfernen. Anschließend wird die Eintauchflüssigkeit in den
luftdichten Behälter eingefüllt, so daß das Teststück vollständig von der Flüssigkeit
bedeckt ist. Der erniedrigte Druck wird für 30 Minuten aufrechterhalten, und nach
dem Abschalten der Pumpe und Öffnen des Behälters wartet man weitere 30
Minuten, um sicherzustellen, daß die Flüssigkeit in alle offenen Poren eingedrungen
ist. Anschließend wird das Teststück gewogen, während es noch vollständig in die
Eintauchflüssigkeit eintaucht, um die scheinbare Masse m2 (g) des eingetauchten
Teststücks zu erhalten. Danach wird das Teststück aus der Flüssigkeit entfernt und
ohne Warten mit einem Tuch oder Schwamm abgewischt, um am Teststück
anhaftende Tropfen und den Oberflächenfilm der Flüssigkeit auf dem Teststück zu
entfernen, wobei jedoch keine Flüssigkeit aus den Poren entfernt wird. Das Wiegen
des so abgewischten Teststücks ergibt die Masse des getauchten Teststücks m3 (g).
Gemäß ISO 5017 ist die scheinbare Porosität πa eines Körpers das Verhältnis des
Volumens der offenen Poren zum Schüttvolumen des Körpers und wurde gemäß der
folgenden Gleichung bestimmt:
wobei m3 die Masse (g) des getauchten Teststücks ist, m2 die scheinbare Masse (g)
des eingetauchten Teststücks ist und m1 die Masse (g) des trockenen Teststücks ist.
Die wahre Porosität πt ist das Verhältnis des Gesamtvolumens der offenen Poren
und der geschlossenen Poren zum Schüttvolumen und wurde gemäß der folgenden
Gleichung bestimmt:
wobei ρ die wahre Dichte (g/cm3) des Produkts ist, welche gemäß ISO 5018
bestimmt wurde, und ρb die Schüttdichte ρb (g/cm3) ist, welche aus der folgenden
Gleichung bestimmt wurde:
wobei m1, m3 und m2 wie vorstehend definiert sind und ρliq die Dichte (g/cm3) der
Eintauchflüssigkeit ist.
Die auf der Oberfläche der Wand gebildete feuerfeste Masse
hatte eine Gesamtporosität von etwa 70% und eine scheinbare
Porosität, d. h. der Teil der Porosität aufgrund der offenen
Poren, von etwa 38%. Die relative Schüttdichte dieser Masse
war 1,03. Dies bedeutet, daß die Glasmikrokugeln oder auf
jeden Fall das Gas, das sie enthielten, zahlreiche Poren
bildete(n), die gleichmäßig durch die gebildete feuerfeste
Masse verteilt waren, und daß es somit möglich war, mit
Erfolg die entstehende Porosität zu steuern. Wegen der hohen
Porosität hatte die gebildete Masse
Wärmeisolationseigenschaften, die verhältnismäßig nahe den
Isolationseigenschaften der behandelten Wand waren, und die
Reparatur hat somit die Eigenschaften der Wand bewahrt.
Berücksichtigt man, daß diese feuerfeste Masse bei hoher
Temperatur gebildet wurde und daß die Bindung zwischen den
feuerfesten Teilchen eine Schweißbindung homogener Art ist,
dann ist ersichtlich, daß sie eine sehr hohe Temperatur aushält.
Die nachträgliche, d. h. die Deformation, die eine Probe
erleidet, die 1300°C unterworfen wird, ist weniger als 1%
(die obere zulässige Grenze ist 2%). Die gebildete Masse
haftete perfekt an der behandelten Wand.
Bei einer Abänderung dieses Beispiels wurde der Mengenanteil
an Glasmikrokugeln im Gemisch variiert, wobei der Rest durch
den Mengenanteil an Siliziumdioxidteilchen kompensiert wurde,
und die relative Schüttdichte und die scheinbare Porosität
der gebildeten Masse wurden gemessen. Es wurden die
folgenden Ergebnisse erhalten (der Mengenanteil an Silizium
und Aluminiumteilchen blieb identisch):
Die Ergebnisse zeigen deutlich, daß es möglich ist, die
Porosität der gebildeten federfesten Masse mit dem Verfahren
der Erfindung zu steuern.
Bei einer anderen Ausführungsform dieses Beispiels wurden
Siliziumbrennstoffteilchen verwendet, die einen
Durchschnittsdurchmesser der Größenordnung 6 µm hatten, und
mit 20 Gew.-% Glasmikrokugeln wurde eine feuerfeste Masse mit
einer relativen Schüttdichte von 0,75 und einer offenen
Porosität von 46% erhalten.
Bei einer noch anderen Ausführungsform dieses Beispiels
wurden die Glasmikrokugeln durch Teilchen von verglasbarem
Material gemäß GB-PS 2177082 ersetzt, wobei ebenfalls eine
poröse feuerfeste Masse erhalten wurde.
Eine isolierende feuerfeste Masse sollte auf der Oberfläche
der Innenwand eines Glasschmelzofens gebildet werden, ohne
die Anlage abzuschalten. Diese Wand war eine feuerfeste Wand
aus Sillimanit. Das Verfahren war das gleiche wie in
Beispiel 1 mit der Ausnahme, daß bei dieser Ausführungsform
poröse feuerfeste Teilchen verwendet wurden, um Porosität in
der erhaltenen Schweißmasse zu erzeugen. Dafür wurden poröse
Siliziumdioxidteilchen benutzt, die durch Vermahlen von
isolierenden porösen Silicaziegeln erhalten waren. Die
relative Schüttdichte der isolierenden Ziegel betrug 0,95.
Die Teilchen wurden gemahlen und gesiebt, so daß man einen
Teilchengrößenbereich erhielt entsprechend dem
Teilchengrößenbereich der nichtporösen SiO2-Teilchen von
Beispiel 1. Die behandelte Oberfläche der feuerfesten
Sillimanitwand war bei einer Temperatur von etwa 800°C. Das
Gemisch wurde in einem Strom von reinem Sauerstoff
aufgeschleudert. Das Gemisch hatte die folgende
Zusammensetzung:
poröses SiO2 | 87 Gew.-% |
Si | 12 Gew.-% |
Al | 1 Gew.-% |
Die Aluminiumbrennstoffteilchen und die gemahlenen dichten
SiO2-Feuerfestteilchen haben die gleichen Merkmale wie in
Beispiel 1. Die Siliziumbrennstoffteilchen hatten eine
Durchschnittsdurchmesser von 6 µm und eine spezifische
Oberfläche von 5000 cm2/g.
Die auf der Oberfläche der feuerfesten Wand gebildete
feuerfeste Masse hatte eine scheinbare Porosität (aufgrund
der offenen Poren) von etwa 38% und eine relative
Schüttdichte von 1,30. Die porösen SiO2-Teilchen hatten
somit wieder eine poröse Masse hergestellt. Die gebildete
Masse haftete gut an der behandelten Wand und die
Deformation, die eine auf 1300°C erhitzte Probe erlitt,
war weniger als 0,5%. Wegen ihrer hohen Porosität hatte die
gebildete Masse eine sehr hohe Wärmeisolationsfähigkeit.
Ihre Leitfähigkeit bei 200°C war etwa 0,5 W.m-1.K-1.
Bei einer anderen Ausführungsform dieses Beispiels wurden
Glasmikrokugeln dem geschleuderten Gemisch zugesetzt. Diese
Teilchen hatten die gleichen Merkmale wie die
Glasmikrokugeln von Beispiel 1. Das Gemisch hatte die
folgende Zusammensetzung:
poröses SiO2 | 77 Gew.-% |
Si | 12 Gew.-% |
Al | 1 Gew.-% |
Glasmikrokugeln | 10 Gew.-% |
Die Aluminium- und Siliziumbrennstoffteilchen hatten die
gleichen Merkmale wie in Beispiel 1.
Es wurde eine feuerfeste Masse erhalten, deren scheinbare
Porosität etwa 32% und deren relative Schüttdichte 1,24 war.
Es wurde gefunden, daß man eine etwas weniger dichte Masse
erhielt, die daher eine höhere Gesamtporosität hatte bei
etwas geringerer scheinbarer Porosität, was bedeutet, daß
ein höherer Mengenanteil der Poren geschlossen ist. Dies ist
vorteilhaft für die Wärmeisolierung der feuerfesten Wand.
Bei weiteren alternativen Ausführungsformen wurden poröse
feuerfeste Massen gemäß diesem Beispiel der Ausführungsform
der Erfindung auf feuerfesten Wänden von Cordierit und von
Schamotte gebildet, wobei ähnliche Ergebnisse erhalten
wurden.
Ein Gemisch aus gemahlenen dichten SiO2-Teilchen, aus
Silizium- und Aluminiumbrennstoffteilchen und aus Teilchen
eines aufschäumenden Materials wurde auf die Oberfläche
einer feuerfesten Siliziumdioxidwand bei einer Temperatur
von 800 bis 1100°C geschleudert. Bei diesem Beispiel bestand
das aufschäumende Material aus trockenem hydratisierten
Natriumsilikat (26 Gew.-% Wasser). Das Gemisch wurde in
einem Strom von reinem Sauerstoff geschleudert. Es hatte die
folgende Zusammensetzung:
SiO2 | 72 Gew.-% |
Si | 12 Gew.-% |
Al | 1 Gew.-% |
hydriertes Natriumsilikat | 15 Gew.-% |
Die Silizium- und Aluminiumteilchen hatten einen
durchschnittlichen Durchmesser und eine spezifische
Oberfläche gleich den in Beispiel 1 erwähnten. Die Teilchen
aus aufschäumendem Material hatten eine Größe von
größenordnungsmäßig 150 µm und wurden durch das Verfahren
der Trocknung auf einem Träger erhalten, der sich in
zyklischer Weise bewegt, wie dies in der GB-PS 2155852
beschrieben ist. Das Schleudern dieses Gemisches auf die
heiße feuerfeste Wand ergab eine poröse und gut haftende
feuerfeste Masse. Das aufschäumende Material bildete Poren
in der Masse unter der Wirkung der Temperatur aus.
Bei einer anderen Ausführungsform wurde eine ähnliche poröse
feuerfeste Masse auf der Oberfläche einer feuerfesten Wand
auf Aluminiumoxidbasis gebildet, indem das Natriumsilikat
durch Natriumaluminat und das Siliziumdioxid durch
Aluminiumoxid ersetzt wurden.
Claims (20)
1. Verfahren zur Bildung einer porösen feuerfesten Masse auf einer Ober
fläche, worin ein oxidierendes Gas gegen diese Oberfläche zusammen mit
einem Pulvergemisch geschleudert wird, das enthält: feuerfeste Teilchen,
Teilchen von Brennstoff, der exotherm mit dem oxidierenden Gas unter
Bildung von feuerfestem Oxid reagiert und ausreichend Hitze freisetzt, um
wenigstens die Oberflächen der feuerfesten Teilchen zu schmelzen, so daß
sie unter Bildung einer feuerfesten Masse zusammenbinden und Teilchen
von Material, dessen Zusammensetzung und/oder Größe so gewählt ist, daß
das Einbringen von solchem Material in das geschleuderte Gemisch zur
Ausbildung von Porosität in der gebildeten feuerfesten Masse führt, mit der
Maßgabe, daß das Porosität erzeugende Material nicht Kohlenstoff ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das porositätserzeugende Material
Teilchen eines Materials enthält, das sich durch Freisetzung von Gas
zersetzt, das in der erhaltenen feuerfesten Masse eingeschlossen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei dieses porositätserzeugende Material
Teilchen eines aufschäumenden und/oder aufblähenden Materials enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei ein aufschäumendes Material verwendet
wird, welches ein hydratisiertes Alkalisilikat, vorzugsweise ein Natriumsilikat,
enthält.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein porosi
tätserzeugendes Material verwendet wird, welches hohle oder poröse Teil
chen umfaßt, die in die erhaltene feuerfeste Masse einbezogen werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Gemisch hohle
oder poröse Teilchen umfaßt, die aus einem glasigen Material oder einem
glasbildenden Material bestehen.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei diese hohlen oder porösen Teilchen
Glasmikrokugeln umfassen.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Gemisch
wenigstens 10 Gew.-%, vorzugsweise wenigstens 15 Gew.-% an solchen
porositätserzeugenden Teilchen enthält.
9. Verfahren nach Anspruch 5, wobei wenigstens der größere Gewichtsteil der
geschleuderten feuerfesten Teilchen hohl oder porös ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei solche hohlen oder porösen feuerfesten
Teilchen poröse Siliziumdioxidteilchen oder poröse Aluminiumoxidteilchen
umfassen.
11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei solche
porositätserzeugenden Teilchen eine maximale Teilchengröße von weniger
als 2 mm, vorzugsweise weniger als 1 mm haben.
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei porositätserzeugende Teilchen mit einer
maximalen Teilchengröße von weniger als 600 µm verwendet werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei porositätserzeugende Teilchen mit einer
maximalen Teilchengröße von weniger als 200 µm und vorzugsweise
weniger als 125 µm verwendet werden.
14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Brennstoff
aus einem oder mehreren der Metalle Silizium, Magnesium, Zirkonium und
Aluminium ausgewählt ist.
15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Brennstoffteil
chen mit einer Durchschnittsgröße von weniger als 50 µm und vorzugsweise
weniger als 15 µm, einer maximalen Abmessung von weniger als 100 µm
und vorzugsweise weniger als 50 µm und einer spezifischen Oberfläche von
mehr als 3000 cm2/g verwendet werden.
16. Poröse feuerfeste Masse, erhalten nach einem Verfahren gemäß einem der
vorangehenden Ansprüche, wobei die erhaltene poröse feuerfeste Masse
eine relative Schüttdichte von weniger als 1,5 und vorzugsweise gleich oder
weniger als 1,3 hat.
17. Poröse feuerfeste Masse nach Anspruch 16, wobei die erhaltene poröse
feuerfeste Masse eine wahre Porosität von nicht weniger als 30% hat.
18. Poröse feuerfeste Masse nach Anspruch 16 oder 17, welche eine wahre
Porosität von nicht weniger als 45% hat.
19. Poröse feuerfeste Masse nach einem der Ansprüche 16 bis 18, welche eine
scheinbare Porosität von mehr als 30%, vorzugsweise mehr als 37% und
eine wahre Porosität von mehr als 50% und vorzugsweise mehr als 60% hat.
20. Pulvergemisch, wie in einem der Ansprüche 1 bis 15 definiert, zur Her
stellung einer porösen feuerfesten Masse nach einem der Anprüche 16 bis
19.
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