DK143798B - Ildfast isolationsmateriale samt fremgangsmaade til fremstilling af et isolationsmateriale og et isoleringslegeme - Google Patents

Description

143798

Opfindelsen angår et ildfast isolationsmateriale.

Det er velkendt, at byggeblokke og andre formstykker, der er fremstillet ud fra moler og andre diatomejordarter med et indhold af diatomékiselsyre (SiO^) på mellem 65 % 5 og 85 I, og et indhold af lerjord (AlgO^) på mellem 5 ί og 15 %> har en ringe rumvægt og indeholder et stort antal hulrum, som medfører, at disse sten har et ringe varmeled-ningstal og derfor er velegnede som isolationsmaterialer.

Noget tilsvarende isolationsmaterialer kan i øvrigt 10 også frembringes ud fra almindelige lerarter, der på forskellig måde, f.eks. ved hjælp af tilsætningsmidler eller særlige brændingsmetoder afhængig af lerarten, også kan bringes i mere eller mindre opblæret form og tjene som isolationsmateriale .

15 Fælles for hidtil kendte isolationsmaterialer af denne art, hvad enten de er fremstillet ud fra almindelige lerarter eller ud fra moler og tilsvarende diatomejord-arter, er imidlertid, at de kun kan anvendes ved temperaturer op til højst lidt over 1000°C. Ved højere tempera-20 turer vil de ud fra almindelige lerarter fremstillede isolationsmaterialer som følge af smeltning sintre, hvorved deres isolerende egenskaber går tabt, ligesom de helt kan flyde ud. Isolationsmaterialer fremstillet ud fra kisel-gur vil ganske vist i sig selv kunne modstå væsentligt hø-25 jere temperaturer end de nævnte ea. 1000°C, men ved en temperatur på omkring 1050°C vil den i materialet værende di-atomekiselsyre krystallisere og danne kristoballit, der har yderst uheldige anvendelsestekniske egenskaber til følge, jvf. f.eks. tysk fremlæggelsesskrift nr. 1.217.257· 30 Den heri anvendte kiselgur har imidlertid et indhold på ca 95,U % Si02 og ca. 1,6 % kl^O^, medens det ifølge den foreliggende opfindelse er en nødvendig forudsætning, at den anvendte diatomejordart er en sådan, der indeholder mellem 65 og 85 % SiO^ og 5—15 % Al^O^, dvs. at det ud-35 gangsmateriale, der anvendes ifølge den foreliggende opfindelse, skal have et væsentligt mindre indhold af Si02 2 143798 og et væsentligt større indhold af Al^^ end det materiale, der gås ud fra ifølge fremlæggelsesskriftet.

Ifølge dette fremstilles kiselgurelementer, der kan tåle en temperatur over 1000°C (men næppe meget mere end 5 1200 til 1300°C), ud fra en blanding af calcineret kisel- gur og råt kiselgur i et sådant forhold, at mængden af calcineret kiselgur udgør 3-20 vægt~$ af pulvermængden. Til denne blanding sættes (dyrt) siliciumpulver og vand samt fortrinsvis også en limopløsning, hvorefter blandingen, der 10 nu er thixotrop, formes og brændes ved en temperatur der fortrinsvis bør være under 1250°C. Det fremgår ganske vist af spalte linie 7-1^5 at der kan brændes ved temperaturer op til 1550°C, men at dette vil betyde et dårligere resultat som følge af kristoballitdannelser. Kristoballit 15 har et meget højt varmeledningstal, hvorfor isolationselementernes isolationsevne væsentligt nedsættes, og har tillige en meget stor varmeudvidelseskoefficient, der medfører en meget stor risiko for sprængning af isolationsmaterialet. Særlig uheldigt er det, at isolationsmateri-20 aler, hvori der er dannet kristoballit, såfremt de efter afkøling igen opvarmes, vil ødelægges, idet kristoballitens varmeudvidelseskoefficient ved ca 230°C som følge af en enantiotrop omdannelse forøges springagtigt med totalsprængning af isolationselementet til følge.

25 Isolationsmaterialer til brug ved højere temperatu rer end ca. 1050°C har derfor i praksis måttet fremstilles ud fra direkte ildfaste lerarter og mineraler, der ved forskellige mekaniske behandlinger og tilsætninger af andre mineraler eller kemiske produkter er bragt i opblæret form, 30 · og som derfor er meget dyre.

Formålet med opfindelsen er ud fra moler og andre tilsvarende diatoméjordarter at gøre det muligt, at fremstille relativt billige isolationsmaterialer med en ringe

O

rumvægt på mellem 200 og 600 kg/m og således med gode iso-35 leringsegenskaber, og som samtidigt kan tåle temperaturer på væsentligt over 1000°C helt op til i nærheden af mole--rens eller diatoméjordartens smeltepunkt på lidt over 1U00 G.

3 143798

Dette er ifølge opfindelsen opnået ved et ildfast isolationsmateriale, som angivet i krav 1's kendetegnende del.

Opfindelsen bygger dels på den erkendelse, at moler 5 og tilsvarende diatoméjordarter til trods for at deres fy-sikemiske sammensætning ikke taler derfor, alligevel op-blærer ved temperaturer i nærheden af smeltepunktet, dvs. mellem 1200°C og 1l+00°C, dels på den erkendelse, at i et materiale med en sammensætning, som den i krav 1 omhandle-10 de, vil de under opvarmningen dannede kristoballitkrystal-ler ved de høje temperaturer igen opløses, i den under opvarmningen delvis smeltede eller blødgjorte masse og derved neutraliseres og samtidigt afstive denne således, at den kan bibeholde sin opblærede struktur.

15 Opblæringen af partiklerne medfører, at disse eks panderer på en sådan måde, at deres oprindelige volumen forøges med fra 50 til 200 %, og således, at den gennemsnitlige ekspansionsgrad vil være omkring 100 %. Dette medfører, at de opblærede partikler får en rumvægt på mel-

O

20 lem 200 og 600 kg/mJ og har et varmeledningstal på under 0,2 kcal/m.h.°C ved en middeltemperatur på 600°C. Det fremgår heraf, at et isolationsmateriale ifølge opfindelsen har en meget kraftig varmeisolerende virkning.

De omhandlede partikler kan direkte eller efter knus-25 ning i sig selv anvendes som isolationsmateriale f.eks. i form af hulrumsfyld. Et ildfast isolationsmateriale ifølge opfindelsen kan imidlertid også bestå af partikler af den omhandlede art, som fortrinsvis efter knusning er bundet sammen ved hjælp af til fremstilling af isolations-30 elementer almindeligt kendte bindemidler og kan således have form af isoleringsbeton, kemisk eller keramisk bundne plader, bygningssten og isoleringsmørtel.

Skal et ildfast isolationsmateriale ifølge opfindelsen imidlertid kunne tåle længere tids opvarmning til 35 højere temperaturer, bør ifølge opfindelsen isolationsmaterialet fremstilles som angivet i krav U, hvorved det bliver ildfast til temperaturer helt op i nærheden af 1U00°C.

143798

U

I det nævnte tilfælde bør sammensætningen endvidere fremstilles som angivet i krav 5, således at partiklernes gode varmeisolerende egenskaber ikke reduceres for kraftigt af de i sig selv ikke videre isolerende bindemidler.

5 Af samme grund kan det ifølge opfindelsen være for delagtigt, såfremt sammensætningen yderligere fremstilles som angivet i krav 6, således at isolationsmaterialet kommer til at bestå af et stort antal enkeltpartikler, der med ringe indbyrdes afstand er indlejret i bindemidlet og sam-10 menboldt af dette, hvilket har vist sig at give væsentligt bedre isolerende egenskaber, end hvis under samme mængdeforhold mellem partikler og bindemiddel der anvendes partikler med væsentligt større dimensioner f.eks. uknuste partikler.

15 Opfindelsen angår også en fremgangsmåde til fremstil ling af partikler af den angivne art og således en fremgangsmåde af den i krav 2's indledende del angivne art, hvilken fremgangsmåde er ejendommelig ved det i krav 2's kendetegnende del angivne.

20 Det har til opnåelse af partikler med nogenlunde ensartede egenskaber med hensyn til rumvægt og isolationsevne vist sig om ikke strengt nødvendigt så dog mest fordelagtigt, at de ved granulering af den rå jordartsmasse frembragte partikler eller korn højst har en tykkelse på 25 omkring 8 mm, fortrinsvis endda højst 6 mm, da brændingen til fuld opblæring, dvs. også opblæring af de inde i partiklerne værende dele, ellers vil tage så lang tid, at større dele af hver enkelt partikels masse vil smelte eller sintre, så at det tilstræbte resultat kun delvis 30 opnås. Yderligere er det af betydning, at partiklerne er tørrede og således har et minimalt vandindhold, før de udsættes for brændingen, da der ellers kan opstå fare for sprængning af partiklerne med dårlig opblæring af disse til følge.

35 Mest hensigtsmæssigt kan fremgangsmåden ifølge op findelsen gennemføres som angivet i krav 3, hvorved det opnås, at de forvarmede partikler, når de pludseligt udsættes for den meget høje temperatur, antager denne så 5 143798 omgående og således passerer temperaturintervallet mellem 1050°C og de 1200°C, så hurtigt, at selve kristoballit-dannelsen bliver så ringe, at det sikres, dels at alt dannet kristoballit kan opløses og tjene til styrkelse 5 af de opblærede partiklers cellevægge, dels at det øvrige SiO^-indhold passiveres på en sådan måde, at det ikke ved senere opvarmning til temperaturer mellem 1050 og 1200°C omdannes til kristoballit.

Afkølingen af de dannede opblærede partikler bør 10 foregå hurtigt, idet det herved sikres, at de blærerne adskillende cellevægge hurtigt bliver så stive, at sammenfald af blærerne ikke eller kun i meget ringe grad finder sted.

Eksempel 1.

15 Fremstilling af opblærede moler-partikler

Moler med et indhold af diatomékiselsyre (SiO^) på T5 % og et indhold af lerjord (Al^O^) på 10 % og med et vandindhold på ca 1+5 % knuses således i en knuser med tilhørende soldaggregat, at der opstår et granulat med en 20 maksimal partikelstørrelse på 6 mm. Granulatet tørres derefter i en medstrømsroterovn, hvori der opretholdes temperaturer mellem 120°C og 300°C, og hvorved granulatet tørres til et vandindhold på ca 5 %. Fra medstrømsroterovnen ledes det tørrede granulat ind i en modstrømsroterovn, der 25 har to afdelinger med vidt forskellige temperaturer, nemlig en første afdeling, hvori der opretholdes en temperatur på omkring 800°C, og hvilken afdeling passeres af granulatet i løbet af ca 1+ min., og en derfra temperaturmæssigt skarpt adskilt del, hvori der opretholdes en tempera-30 tur på 1200 til 1U00°C, og hvori granulatet bringes til at opblære og derved til at ekspandere, således at de enkelte korn ved afslutningen af roterovnen har et volumen på fra 1j til 3 gange det oprindelige volumen. Det af opblærede partikler bestående slutprodukt ledes fra roterovnen 35 i et tyndt lag langs en afkølet metalplade og under samtidig påblæsning af køleluft, så at partiklerne hurtigt af- 6 143798 køles, til en knusemaskine, hvori de opblærede partikler knuses således, at der opstår et færdigprodukt med korn-størrelser mellem pulverform og 6 mm.

Por så vidt partiklerne skal anvendes som løst iso-5 lerende fyld, f.eks. hulrumsfyld, er der dog ikke noget i vejen for, at de kan aftages fra kølepladen før knusemaskine .

Eksempel 2.

Fremstilling af ovnforingselementer.

10 I henhold til eksempel 1 fremstillede opblærede mo lerpartikler med en på det nærmeste lineær kornkurve fra 3 0 mm til 5 hub og en løs rumvægt på 450 kg/m blandes tørt med ildfast aluminatcement af smeltetypen i forholdet 4 rumfang opblærede molerpartikler til 1 rumfang cement. Der 15 tilsættes 0,3 liter vand pr. kg. af tørblandingen, som yderligere blandes til fordeling af vandet, hvorefter ovn-foringselementet støbes. Elementet har efter fuldstændig 3 udtørring en rumvægt på ca. 900 kg/m og et varmelednings-tal på 0,25 keal/m.h.°C ved en middeltemperatur på 600°C.

20 Ved opvarmning af elementet til 1300°C gennem 24 timer udviste det et lineært svind på kun 1,5 % og havde uændrede isoleringsegenskaber.

Eksempel 3»

Fremstilling af isoleringsplade.

25 Opblærede molerpartikler, der var fremstillet som angivet i eksempel 1 og havde en på det nærmeste lineær o 3 kornkurve fra 0 mm til 2 mm og en løs rumvægt på 550 kg/m blev blandet med et ildfast bindeler fra Cornwall i England, hvorefter der blev tilsat en 50 %'s monoaluminiumfqs-30 fatopløsning, og idet mængdeforholdene mellem de indgående dele var 1 vægtdel opblærede molerpartikler, 0,5 vægtdele ildfast bindeler og 0,6 vægtdele monoaluminiumfos- fatopløsning. Blandingen blev fyldt i form og presset i 2

en hydraulisk presse under et tryk på 5 kp/cm , hvorved der 35 blev frembragt en isoleringsplade. Efter tørring ved 200°C

1 12 timer var pladen klar til brug. Den havde en rumvægt

O

på 750 kg/m og varmeledningstallet ved en middeltemperatur 143798 τ på 600°C var 0,20 kcal/m.h.°C. Efter opvarmning til 1300°C gennem 2k timer udviste pladen et lineært svind på kun 0,5 % og efter genafkøling var dens isoleringsegenskaber uændrede.

*·

Claims (4)

1. Ildfast isolationsmateriale, kendetegnet ved, at det består af partikler af en diatoméjord med et indhold af diatomékiselsyré (SiO^) på mellem 65 % og 85 % 5 og et indhold af lerjord (Al^O^) på mellem 5 % og 15 %, f.eks. moler, hvilke partikler er frembragte ved, at den rå diatoméjord efter knusning er bragt til opblæring ved opvarmning til temperaturer mellem 1200 og 1^00°C.

2. Fremgangsmåde til fremstilling af et ildfast isola tionsmateriale ifølge krav 1, kendetegnet ved, at rå diatoméjord, f.eks. moler, med et indhold .af diato-mékiselsyre (SiO^) på mellem 65 % og 85 % og et indhold af lerjord (A^O^) på mellem 5 og 15 % granuleres til en korn-15 størrelse svarende til en sigtemaskevidde på højst 8 mm, fortrinsvis højst 6 mm, hvorefter partiklerne tørres ved en temperatur på mellem 120 og 500°C, for derefter at brændes, f.eks. i en roterovn, ved en temperatur på mellem 1200 og 1ll00°C.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 2, kendetegnet- ved, at de tørrede partikler kortvarigt, f.eks. i et tidsrum af mellem 3 og 6 minutter, forvarmes til en temperatur på mellem 750 og 900°C, fortrinsvis omkring 80Q°C, og derefter pludseligt udsættes for en brændingstemperatur på 25 mellem 1200 og 1^00°C, hvorefter de nu opblærede partikler hurtigt afkøles, fortrinsvis under luftafkøling. Fremgangsmåde til fremstilling af et isoleringslegeme, kendetegnet ved, at et ildfast isolationsmateriale ifølge krav 1 anvendes i blanding med ildfaste 30 bindemidler, f.eks. aluminatcement eller ildfast bindeler, og blandingen derefter på kendt måde formes eller støbes.

5. Fremgangsmåde ifølge krav U, kendetegnet ved, at hO ” 90 % af blandingen udgøres af et isolationsmateriale ifølge krav 1.