DK169429B1 - Høj-temperaturbestandig, ildfast fiber på bulk- eller måtteform med overlegen svind-resistens, samt anvendelse af en sådan - Google Patents

Description

i i DK 169429 B1

Den foreliggende opfindelse angår en højtemperaturbestandig, ildfast fiber på basis af Si02, α1203 og Zr02 med overlegen svind-resistens, samt anvendelsen af en sådan fiber.

5 Indtil i dag har det meste arbejde til udvikling af en syntetisk, uorganisk fiber, egnet til brug ved armering af cementmatricer, været udført indenfor glasområdet. Som anvendt hér betegner ordet "glas" en ved sammensmeltning af forskellige oxider fra den flydende 10 tilstand amorft stivnet masse, idet udgangsblandingen også kan indeholde et eller flere flusmidler, især alkalimetaloxider. Funktionen af disse flusmidler er at reducere udgangsblandingens smeltepunkt for derved at lette fiberdannelsen ud fra blandingen ved fremgangsmå-15 der som kontinuerlig trækning- og rotationsfibrering (ekstrusion gennem huller i en spindeplade). Samtidig forringer disse flusmidler imidlertid fibrens kemiske inaktivitet og reducerer dens anvendelsestemperatur.

Til anvendelser, der kræver både kemisk og termisk mod-20 standsdygtighed (f.eks. armering af varmebehandlede cementprodukter) kan glasfibre, der indeholder alkalime-taloxidflusmidler, miste 35% eller mere af deres trækstyrke med et tilsvarende tab af armeringseffektivitet i cementmatricen. Dette fører til en sænkning af bøj-25 ningsstyrken af det resulterende fiber/cementprodukt (dvs. et direkte tab af styrke for det armerede produkt ).

Følgelig tilsigtes det med opfindelsen at fremstille en syntetisk, uorganisk fiber, som både vil være 30 kemisk modstandsdygtig for at muliggøre fiberarmering af sure og alkaliske sammensætninger, og termisk bestandig i dette milieu, således at en høj svind-resistens opnås til muliggørelse af varmebehandling af det opnåede produkt. Det skal bemærkes, at de høje temperaturer (149°C 35 til 593°C), der forekommer under støbningsprocessen, ikke kun accelererer den kemiske reaktion mellem silicium- DK 169429 B1 2 dioxid og kalk og forflygtigelsen af organiske fibre og overskydende vand som påtænkt, men også accelererer andre kemiske reaktioner, såsom det alkaliske eller sure angreb på armeringsfibre af matricen. Derfor vil en fi-5 ber, som kan være kemisk mod-standsdygtig i alkalisk milieu og termisk modstandsdygtig ved 260°C uden for dette milieu, ikke nødvendigvis være modstandsdygtig overfor en kombination af disse be-tingelser.

Zirkoniumdioxid (Zr02) har haft udbredt anvendel-10 se som additiv i glasblandinger som et middel til at bibringe alkalisk modstandsdygtighed. Se f.eks. US patentskrifter nr. 3.859.106; 3.966.481; 4.036.654; 4.330.628. Desuden har zirkoniumdioxid alene eller som en hovedkomponent været anvendt til fremstilling af fi-15 bre med relativt høje anvendeisestemperaturer. Se f.eks. US-patentskrifterne 2.873.197; 2.919.944; 3.035.929; 3.754.950; 3.793.041; 4.053.321 og 4.119.472. I US pa tentskrift nr. 2.873.197 er omhandlet fibersammensætninger, hvor de foretrukne sammensætninger har et zirko-20 niumdioxidindhold på mellem 5 og 10%. Et fiber med et så lavt indhold, af zirkoniumdioxid vil ikke udvise samme overlegne temperaturbestandighed kombineret med en god kemisk resistens, som en fiber ifølge den foreliggende opfindelse.

25 Som bemærket tidligere sikrer evnen af en kompo nent til at give uafhængig kemisk og termisk modstandsdygtighed imidlertid ikke, at en blanding med anvendelse af denne komponent til fremstilling af fibre vil have den nødvendige samlede kemiske og termiske modstandsdyg-30 tighed. Kombinationen af samtidig kemisk og termisk angreb kan fremkalde et stærkt korrosivt milieu. Faktisk førte et zirkoniumoxidholdigt glas, der angiveligt var baseresistent, men viste sig at være utilfredsstillende til fremstilling af fibre med en god kemisk og termisk 35 modstandsdygtighed til nærværende opfindelse. Yderligere undersøgelser udført i forbindelse med frembrin- 3 DK 169429 B1 gelsen af denne opfindelse bekræfter dette ved at vise, at ikke alle blandingsforhold af Si02, Al203 og Zr02 giver den ønskede kemiske og termiske modstandsdygtig.

Det tilsigtede ifølge opfindelsen opnås ved hjælp 5 af en høj-temperaturbestandig, ildfast fiber på basis af

Si02, Al203 og Zr02 og på bulk- eller måtteform med overlegen svind-resistens, hvor svind-resistensen af fibrene i bulk- eller måtteform er mindre end 11,5%, når 0 fiberen udsættes for en temperatur pa op til 1482 C i 10 ca. 4 timer, ejendommeligt ved den ildfaste fiber har en sammensætning, der svarer til:

Si02 46-52 vægt%

Al203 32-38 vægt%

Zr02 13-18 vægt% 15 og har et siliciumdioxid/zirkoniumdioxidvægtforhold i området fra 2,6 til 3,8.

Opfindelsen angår desuden anvendelsen som et høj-temperaturbestandigt, ildfast materiale på bulk- eller måtteform af fibre med en sammensætning, der svarer 20 til:

Si02 46-52 vægt% A1203 32-38 vægt%

Zr02 13-18 vægt% og med et Si02 til Zr02-forhold i området fra 2,6 til 25 3,8, hvilke fibre udviser en overlegen svind-resistens, når de er på bulk- eller måtteform, på mindre end 11,5%, 0 0 når de udsættes for en temperatur pa op til 1482 C i ca.

4 timer.

Ved undersøgelse af området af siliciumdioxid/ 30 aluminiumoxid/zirkoniumdioxidfibre ifølge opfindelsen fandt man en armeringsfiber med en speciel kombination af egenskaber for kemisk og termisk modstandsdygtighed, som gav en fiber, som var en lille smule mindre kemisk modstandsdygtig, men væsentlig mere temperaturresistent.

35 En række kendte fibre er ifølge deres producenter angivet at kunne anvendes ved 1425°C. Sammenlignende tests i DK 169429 B1 4 af svind for disse konkurrerende fibre og fibrene ifølge opfindelsen viser, at fibrene ifølge opfindelsen er mere termisk modstandsdygtige end de konkurrerende fibre. Desuden giver blandingen anvendt til fremstilling af fi-5 beren ifølge opfindelsen en højere smeltehastighed ved det samme energiforbrug og en større procentdel udvundet fiber pr. pund smeltet blanding end konventionelle blandinger.

Opfindelsen forklares nærmere i den detaillerede 10 beskrivelse, som følger.

I det følgende gives en kort beskrivelse af de vedlagte figurer:

Pig. 1 er et triaksialt diagram, der viser indholdet af siliciumdioxid, aluminiumoxid og zirkonium-15 dioxid i de kemisk/termisk-modstandsdygtige fibre ifølge opfindelsen og i fibre, der er medtaget til sammenligning. Punkterne angivet Z1-Z12 og B1-B7 er de aktuelle eksperimentelle smelter og PI og P2 er to produktionsforløb, 20 fig. 2 er et triaksielt diagram, der angiver sam mensætningen af højtemperaturarmeringsfibrene ifølge opfindelsen, og fig. 3 er en forstørrelse af en del af det tri-aksielle diagram i fig. 3 og viser det relevante område 25 og en række produktionsforløb for denne høj-temperaturblanding.

Fiberarmerede cementprodukter med en calcium-siliciummatrix fremstilles til en række kommercielle anvendelser, der kræver termisk modstandsdygtighed og 30 strukturel styrke. Et sådant calciumsilicatprodukt med høj tæthed markedsføres under varemærket "MARINITE" af Manville Building Materials Corporation. En anvendelse af MARINIT er fremstilling af støbeforme til støbning af smeltede metaller. På et tidspunkt blev disse cement-35 elementer armeret med amosit-asbestfibre (se US patent- skrift nr. 2.326.516 og 2.326.517). Helbredsproblemer 4 5 DK 169429 B1 forbundet med asbestfibre førte til undersøgelse efter andre fibre, som egnede erstatninger for disse asbestfibre til calciumsilicatmatricer. Egnede blandinger blev udviklet fra midten til sidst i 1970'erne (se US patent-5 skrifter nr. 4.111.712 og 4.128.434) ved anvendelse af indtil 40 vægt% wollastonitfibre og indtil 15 vægt% af elementet af baseresistente (AR) glasfibre.

Anvendelsen af disse AR-glasfibre, som har en gennemsnitlig fiberdiameter på 12 (eller 20) μιη, nød-10 vendiggjorte inkorporering af 5% organisk fibrøst materiale, såsom kraftcellulose, til forbedring af formbar-heden af cementopslæmningen, til sænkning af tørringshastigheden og til at give det nystøbte materiale styrke. Hærdning af disse elementer kræver sommetider auto-15 klavering (damphærdning ved 166°C og 0,690 MPa) til acceleration af siliciumdioxid/calciumhydroxidreaktio-nen. Desuden må den organiske fiber brændes ud ved en varmebehandling ved 288°C, 482QC eller 593°C. Det kommercielt tilgængelige, baseresistente (AR) glas, der 20 anvendes til armering af disse elementer har en sammensætning af Si02 - 61%, Zr02 - 10,5%, Na20 - 14,5%, K20 - 2,5%, CaO - 5%, Ti02 - 6,0%. Tests viste, at panelerne, armeret med AR-glasfibre, efter den følgende hærdning i nogle tilfælde bevarede mindre end 70% af de-25 res bøjningsstyrke og/eller deres specifikke styrke (bøjningsstyrke divideret med kvadratet af massefylden MR/D2). Sådanne resultater viser en nedbrydning af en af fiberarmeringskomponenterne, og yderligere analyser viste, at det var AR-glasset, som svigtede. En kemisk 30 modstandsdygtig, ildfast fiber søgtes som erstatning for AR-glasset.

Til at begynde med blev fire blandinger (Z1 - Z4) prøvet eksperimentelt (se fig. 1), idet man søgte efter en fiber med de ønskede egenskaber. Kompositionelle 35 blandinger blev prøvet, komponenterne blev tilsat i de ønskede forhold til en forsøgssmelteovn med en diameter DK 169429 B1 6 på 91 cm og en dybde på 48 cm. Blandingerne blev smeltet elektrisk, og smelten løb ud gennem et hul og ramte et par spindere med en diameter på 20 cm, der roterede med 12.000 omdrejninger pr. minut. Dette giver fibre, som 5 generelt har diametre på 2 - 7 ym, en længde på 1,3 cm til 25 cm (5- 7,6 cm i gennemsnit) og med et varierende indhold af ikke-fibreret materiale (sædvanligvis 35 -45 %). Fibrene blev opsamlet og analyseret til fastslå-else af sammensætningen, og 1 g's prøver af disse for-10 skellige fibre blev kogt i en 0,1 N opløsning af NaOH i en time, tørret og vejet til bestemmelse af det procentvise vægttab. Resultaterne af disse tests er vist i tabel l, hvor kun Z3 er ifølge opfindelsen.

15 Tabel 1

Sammensætning (vægt%)

Fiber I.D. Si02 Al203 Zr02 Si02/Al203 %vægttab Z1 50,0 43,0 6,7 1,16 8,2 20 Z2 47,3 40,1 12,2 1,17 4,6 Z3 50,1 34,6 15,0 1,45 3,3 Z4 59,1 25,1 14,6 2,28 2,2 1316°C StdRF 53,8 46,0 — 1,19 7,8

Desuden blev der udført termiske tests for disse 25 fibre til identifikation af de emner, som gav den bedste varmebestandighed. For hver fiber, der skulle testes, blev der i vakuum dannet en filt af fibre. Længden af disse fibrøse filtprøver blev målt præcist, filtprøverne blev placeret i en ildfast ovn i et givet tidsrum 30 og ved en given temperatur, ladet afkølet, og dernæst igen målt. Resultaterne er vist i tabel II sammen med udstøbningshastigheder (eller fiberdannelseshastigheder), gennemsnitlig fiberdiameter og indhold af ikke-fibreret materiale. Disse svind vil være lavere end for 35 produktionsmåtter, idet filtningen har elimineret noget af det interstitielle svind, der vil forekomme i produk- 7 DK 169429 B1 tionsmaterialer (dvs. disse testprøver har en højere tæthed end normalt).

Tabel II

5 1316°C 1427 °C Zi Z2 Z3 Z4

Std Std1

Udstøbnings- — — 1200 550 925 1000 hastighed

MidFiberDia 10 Olm) 2,8 3,5 1,9 2,4 3,7 4,7

Indhold af ikke-fibreret materiale 40-45 40-46 48,6 41,5 30,4 40,1 typ typ 15 Lineært svind a. l316°C/112t 3,7 — 3,2 2,7 2,2 — b. l427°C/24t — 3,15 4,15 3,5 2,3 4,15 C.1427 °C/125t — 3,70 4,2 3,5 2,3 4,25 d.1482 °C/24t — 6,1 7,3 6,8 3,2 9,2 20 e.l482°C/125t — 10,1 8,0 7,6 3,7 —

Denne fiberblanding fremgår af krav og beskrivelse i US-patentskrift nr. 3.449.137 og indeholder 40-60% siliciumdioxid, 35-55% aluminium-25 oxid og 1-8% chrom(III)oxid. De specifikke fibre anvendt i disse tests indeholdt 43,5% siliciumdioxid, 55% aluminiumoxid og 1,5% chrom(III)oxid. Resultaterne af disse tests viste, at Z3 havde den bedste termiske ydeevne og en acceptabel baseresi-30 stens, medens Z4 havde den bedste baseresistens med acceptabel termisk ydeevne (idet man ser bort fra aflæsningen ved 1427°C). Det besluttedes, at man skulle gå videre med to familier af fibre, idet man for den ene søgte at optimere den termiske ydeevne på basis af Z3-35 blandingen, og for den anden søgte at optimere baseresi-stensen i milieu med mere moderate temperaturer DK 169429 B1 8 (<1093°C) på basis af Z4-blandingen. Man formodede, at forøgede indhold af aluminiumoxid og/eller zirkonium-dioxid i Z3-blandingen ville forbedre ildfastheden, og at forøget siliciumdioxid- og/eller zirkoniumdioxidind-5 hold i Z4-blandingen ville øge baseresistensen.

Følgelig fremstilledes en familie af fibre (Bl -B7) på basis af Z3-blandingen ved brug af forsøgssmelteovnen med diameteren på 91 cm ifølge den ovenfor skitserede fremgangsmåde. Disse blandinger er angivet i det 10 triaksiale diagram i fig. 1. Disse fibre blev dernæst udsat for mange forskellige temperaturer i forskellige tidsrum i den ildfaste ovn til bestemmelse af ildfastheden. Resultaterne af disse tests og sammensætningerne af Bl - B7-fibrene, der ikke er ifølge opfindelsen, 15 fremgår af Tabel III.

9 DK 169429 B1 in

r~- r-H ro O CO VD

O) M Ol O θ' Φ ΙΛ ·«.**»»* «.·»*»· t·»«· ft· «»

Γ' r- CO co cm cm cm co ro co O

PQ 05 in H rH

n-

cm r-i ni O O'! CO

η o ΰ ό ιί m m co io oo co ro iO ^ in o ro η 'ψ ro Ό oo ®

03 ro in rH rH

in CM "tf rH o m lOHHin·^ o æ ΰ N co « « *·*·»·» % % <k I. I» V *> in r- ro σι rH ro cm to ^ ^ in ^ CQ cm m η h σ> ro r- cm co o on co cm cm η· ή σ> ιο σ r" rH co o ^ · ·* % ·» i« · «. ·**··· « •tf in CO >0 ni ΛΝ(ΝΝ^ΝΟΟ CQ ro •ej· f—i <#P ni 10 co σ Ό <cp ro η N O' (O C i i l π ifl l· Ό ro ·»·**' *H i i i * ~ *

CQ CO Η O rH > ID ØN CM CTN

n ^ ri ω η h cn +> in m ^ on cm æ m ίΒιιισΝ'ψιη*^ h - <i> i i i ·> - ~ ·> h cm co m in cm ΰ in o on H CQ CO .H -H ·—i >-H r—i i-3

τ-H VD

cd on es ίο Ό1 n fi ro cm ro m o t-~ CO σ o <h o co id h ^ ^ ^ s ^ *· * κ ^ '

£h CQ HCOin CM CM CM CM -cf in 10 CO

CO in rH rH

in «tf r" ^ cm η ΰ o ro ον Φ 'ί n ^ o co Ο'φιηπσι h cm cm m in o n in co h in + 0\0

+J

Oi « >

+> +J +) +) +J +) +J

d) CO «tf CO «* O O -tf +) O CM CM CM Nf (S O Ifl Μ

(3 CM O Ό rH CM

(U H Sh

C CN -UCJUUUUUU

0 ro \ "^ooooooo

Q. CM O CM CM CM Qi^lOnCMCMCMCO

EOmOOO EOhcmcocococo O ·Η H k ·Η -H CDCMCO^'tf'tf'tfin

^ CO ιΐ N 10 01 E-iHHHi—) —I —I «—I

10 DK 169429 B1

Skønt det ved disse tests lykkedes at fremstille en fiber med ca. 10% svind ved 1538°C i modsætning til 50% for Z3, resulterede disse tests ikke i definitionen af en kommercielt levedygtig fiber. For det første var 5 alle disse blandinger (Bl - B7) med højt aluminiumoxid-indhold væsentlig vanskeligere at fibrere end Z3. For det andet viste alle disse fibre en lille grad af termisk stabilitet ved temperaturer over 1093°C. Fibrene Bl, B5 og B7 undergik devitrifikation og tabte deres fi-10 brøse natur mellem 1093°C og 1316°C. En sådan opførsel ville udelukke deres anvendelse som isolering, højtempe-raturarmeringsfiber eller andre industrielle anvendelser. Nedbrydningen af fibrene B2, B3, B4 og B6 var ikke så stor. Imidlertid havde disse fibre lineære svind fra 15 8 til 15% efter 260 timer ved 1482°C. Sådanne høje svind ville også gøre disse fibre uacceptable til alle kommercielle anvendelser. Bemærk også, at ingen af disse fibre (B2, B3, B4 og B6) gav prøver med et lineært svind på mindre end 5,0% ved eksponering for 1482°C i 20 100 timer. For at have kvalitet til anvendelse ved en given temperatur, skal en fiber af denne type (dvs. filtet) ikke have et lineært svind større end 5% efter 100 timers varmebehandling. Dette sikrer, at en given fiber ikke vil svinde uacceptabelt (dvs. mere end 12%), når 25 den gentagne gange varmes op til dens anvendelsestemperatur gennem dens levetid. Når fiberprøverne opsamles ved et normalt produktionsforløb og nålestandses til enmåtte, i stedet for at blive presset til en filt, ses svindet ved denne type test at være mere lig det maksi-30 male svind, der ønskes under brug.

Produktionsforløb af forskellige kemiske sammensætninger blev udført til bestemmelse af, hvilke blandinger, der 1) fibrerede godt, 2) gav fibre med acceptable svindniveauer og 3) kunne give produktionsresul-35 tater sammenlignelige med de resultater, der blev opnået i forsøgssmelteovnen. Det var under disse produk- 11 DK 169429 B1 tionsforløb, at fordelene ved disse zirkoniumdioxidfibre blev åbenbare. i en stabiliseret smelteovn med samme udformning som anvendt tidligere til siliciumdioxid/ aluminiumoxidsmelter (både top- og bundindgangselektro-5 der) gav zirkoniumdioxidblandingen højere udstøbnings-hastigheder ved det samme energiforbrug og betydeligt bedre procentdele af udvundet fiber pr. vægtenhed smeltet blanding (dvs. lavere indhold af ikke-fibreret materiale og en mindre mængde kasseret måtte) .

10 Prøver af de forskellige blandinger af måtteblan dinger blev analyseret for kemisk sammensætning og testet for svind som tidligere. Mængden af lineært svind er et tids/temperaturfænomen. Skønt denne fiber sandsynligvis vil blive bestemt til anvendelse i området fra 15 1400 - 1455°C, blev prøverne imidlertid indført i en ovn ved 1482°C i fire timer til 1) acceleration af testen for at reducere den nødvendige tid og 2) at sikre, at måtten kunne modstå begrænset udsættelse for høje temperaturer over de, som de anbefales anvendt ved, uden ka-20 tastrofale uheld. Resultaterne af disse test fremgår af tabel IIIA, hvor prøve nr. 1-5 og 8 ikke er ifølge opfindelsen.

DK 169429 B1 12

Tabel IIIA Vægt%

Si02/Zr02 % lineært

Prøve nr. Si02 Al203 Zr02 forhold svind 5 T~ 53,1 45,8 074 132,75 15,6 2 51,9 42,5 4,6 11,282 14,6 3 50,0 44,3 5,3 9,434 14,9 4 51,7 42,1 5,4 9,57 13,3 5 49,0 38,9 11,2 4,375 12,1 10 6 48,0 38,2 13,2 3,636 9,2 7 49,2 36,4 13,8 3,565 8,2 8 54,7 30,3 14,1 3,879 12,9 9 49,4 35,0 14,5 3,407 11,3 10 50,2 34,1 14,7 3,415 9,7 15 11 51,9 32,9 14,7 3,531 9,1 12 49,7 34,7 15,0 3,313 6,8 13 49,7 34,8 15,0 3,313 8,2 14 47,6 37,3 15,2 3,132 10,9 15 49,3 34,6 15,3 3,222 9,7 20 16 46,0 37,3 15,3 3,007 9,0 17 46,4 37,2 15,4 3,013 8,1 18 46,2 37,0 15,5 2,98 6,8 19 46,2 37,3 15,6 2,961 7,2 20 50,1 32,0 17,4 2,879 7,6 25 21 49,3 32,4 17,4 2,833 7,4 22 47,2 34,4 17,5 2,697 8,6 23 47,4 33,9 17,6 2,693 6,0 24 47,4 34,2 17,7 2,678 7,2 25 48,0 33,2 17,8 2,697 7,3 30 26 47,7 33,4 17,8 2,680 7,2

Ved disse tests er et acceptabelt svindniveau defineret til 11,5%. Skønt dette kan synes at være et usædvanligt højt svindniveau, skal det huskes, at mæng-35 den af svind med vilje er forværret ved at udsætte disse prøver for en temperatur (1482°C), som overskrider de 13 DK 169429 B1 anbefalede anvendelsestemperaturer (1400 - 1455°C), For det andet vil mange af måtterne, fremstillet ved brug af disse fibre, finde vej til isolationsmoduler af den type, der er beskrevet i US-patentskrift nr. 4.001.996.

5 I en sådan modulkonfiguration vil måtten svinde mindre, idet kun en lille del af dens overflade udsættes for de indre ovntemperaturer. Endvidere vil en stor del af alle de huller, som kan dannes som et resultat af et sådant svind, fyldes, idet de komprimerede moduler ekspan-10 derer.

Af tabel IIIA fremgår det, at de sammenblandinger, der giver fibre med acceptable svindniveauer, har følgende indhold: Si02 i området fra 46,0 til 52%;

Al203 i området fra 32 til 38% og Zr02 i området fra 13 15 til 18% (alle procenter er vægtprocenter). Som en yderligere restriktion på denne familie af sammensætninger synes siliciumdioxid-/zirkoniumdioxidforholdet at være væsentligt og ikke at skulle overskride 3,8. Fra tabel IIIA fås, at Si02/Zr02-forholdet for det definere-20 de zirkoniumoxidområde (13-18%) har et minimum på 2,6. Indenfor denne familie er en mere foretrukket sammensætning (baseret på svind): Si02 fra 46,4 til 50,1%,

Al203 fra 32 til 37,3%, Zr03 fra 15 til 18%, og

Si02/Zr02-forhold på mellem 2,6 og 3,32.

25 Resultaterne fra tabel IIIA er angivet grafisk i fig. 2 med familien af blandinger vist som en ubrudt linie. Fig. 3 er en forstørrelse af en del af det triaksiale diagram fra fig. 2 (vist som en stiplet linie) for at gøre det muligt at se de indtegnede blan-30 dinger mere klart. Selv i det forstørrede billede i fig. 3 lå to punkter (prøverne 13 og 19) for tæt ved andre blandinger til at kunne blive indtegnet som tydeligt separate punkter.

Både fibre i uorienteret form og i måtte er an-35 vendelig ved 1426°C. Til sammenligning af denne fiber med andre fibre med kvalitet til anvendelse ved 1426°C

14 DK 169429 B1 blev måtteprøver af fibren ifølge opfindelsen (med en sammensætning af 49,7% Si02, 34,7% Al203 og 15,0% Zr02) testet for svind ved en parallel ovntest med 1) en kommercielt tilgængelig ildfast fibermåtte med sammensæt-5 ningen Al203-54%, Si02-46%; b) en kommercielt tilgængelig ildfast fibermåtte, som havde været udsat for varmebehandling (dvs. den var prekrympet) og havde en sammensætning af 51% aluminiumoxid og 49% siliciumdioxid, og c) en kommercielt tilgængelig ildfast fibermåtte med 10 en sammensætning af Si02-51,6%, Al203-47%, der havde modtaget overfladebehandling med xk% chrom(III)oxid.

Strimler af disse fire måtteprøver blev testet for svind på samme måde som ved de tidligere tests. Afmålte længder af måtterne blev placeret i en ovn ved 15 1400°C og igen målt efter henholdsvis 25, 50 og 75 timer, procent svind blev udregnet ved at dividere længdeændringen med den oprindelige længde og gange med 100.

På grund af de relativt små mængder af svind mellem 50 og 75 timers målingerne, udførtes de følgende test ved 20 1426°C og 1482°C kun i 50 timer. Resultaterne af disse test fremgår af tabel HIB.

Tabel HIB % lineært svind 25 Prøve 25t 50t 75t 25t 50t 25t 50t

Fiber iflg.

opfindelsen 3,0 3,1 3,1 3,2 3,2 5,7 5,7 54/46 blanding 4,2 4,9 5,0 5,0 5,7 4,8 5,7 30 51/49 blanding 3,4 3,6 3,6 4,6 4,6 6,7 6,9

Chrom-behandlet 3,6 3,9 4,0 4,1 4,3 10,5 11,2 35 Disse tests viser, at fibren ifølge opfindelsen er overlegen i forhold til de tre andre kommercielt til- 15 DK 169429 B1 gængelige fibre. Set i forbindelse med vanskelighederne ved fibrering af en blanding med højt aluminium-oxidind-hold, problemer i forbindelse med chrom(III)oxid-behandling, de tidligere nævnte forbedringer i udstøbningsha-5 stighed og fiberudvindingshastighed i forhold til andre siliciumdioxid/aluminiumoxidsmelter, er høj-temperatur-fiberen ifølge opfindelsen klart overlegen i forhold til kendte fibersammensætninger.

Til verificering af disse tests blev et produk-10 tionsfiber (PI baseret på Z3) fremstillet i en fuldskalasmelteovn. Sammensætningen blev ændret ganske let fra sammensætningen af Z3 til bestemmelse af, hvilken effekt denne ændring i sammensætningen havde på fiberens egenskaber. 3243 kg Pl-fiber blev fremstillet med en bereg-15 net sammensætning af 49% Si02, 37% A1203 og 24% Zr02. Smelten blev fremstillet i en smelteovn, der var åben foroven og havde en foroven indført elektrode, generelt af den type, der er beskrevet i US-patentskrift nr. 3.983.309.

20 PI har en smeltetemperatur (liquidus temperature) på 1760°C og blev fibreret med en gennemsnitlig smeltehastighed på 491 kg/time ved brug af en energimængde på 800 kw, hvilket gav en damptemperatur på 1843°C. Skønt den faktiske fibersammensætning for pi var væsentligt 25 forskellig fra den påtænkte sammensætning, viste analyser, at nogle af de fremstillede fibre havde følgende sammensætning: 49,2% Si02, 36,5% Al203 og 13,6% Zr02.

Denne sammensætning kan godt stå mål med den oprindelige Z3-fiber med en sammensætning 50,1/34,6/15,0. Disse to 30 sammensætninger havde kun følgende afvigelse fra hinanden: 0,9/1,9/1,4%. Ikke destomindre varierede det lineære svind for Pl-prøverne fra 7,0 til 9,6 efter kun 24 timers eksponering for 1482°C. Dette antyder, at Z3-sammensætningen skal kontrolleres meget nøje (±1%) for 35 at kunne danne en fiber, der er acceptabel ved 1482°C.

Claims (4)

1. Høj-temperaturbestandig, ildfast fiber på basis af Si02/ Al203 og Zr02 og på bulk- eller måtteform med overlegen svind-resistens, hvor svind-resistensen af fibrene i bulk- eller måtteform er mindre end 11,5%, når 0 0 5 fiberen udsættes for en temperatur pa op til 1482 C i ca. 4 timer, kendetegnet ved, at den ildfaste fiber har en sammensætning, der svarer til: Si02 46-52 vægt% Al203 32-38 vægt%

10 Zr02 13-18 vægt% og har et siliciumdioxid/zirkoniumdioxidvægtforhold i området fra 2,6 til 3,8.

2. Høj-temperaturbestandig, ildfast fiber ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den har en sam- 15 mensætning svarende til: Si02 46,4-50,1 vægt% Al203 32,0-37,3 vægt% Zr02 15,0-18,0 vægt% og har et Si02 til Zr02-vægtforhold mellem 2,6 og 3,32.

3. Anvendelse som et høj-temperaturbeståndigt, ildfast materiale på bulk- eller måtteform af fibre med en sammensætning, der svarer til: Si02 46-52 vægt% Al203 32-38 vægt%

25 Zr02 13-18 vægt% og med et Si02 til Zr02-forhold i området fra 2,6 til 3,8, hvilke fibre udviser en overlegen svind-resistens, når de er på bulk- eller måtteform på mindre end 11,5% 0 når de udsættes for en temperatur på op til 1482 C i 30 ca. 4 timer.

4. Anvendelse af fibre ifølge krav 1, hvor sammensætningen er i området svarende til 46,4 til 50,1 vægt% siliciumdioxid, fra 32,0 til 37,3 vægt% aluminium- DK 169429 Bl oxid og fra 15,0 til 18,0 vægt% zirkoniumdioxid og hvor siliciumdioxid/zirkoniumdioxid forholdet er mellem 2,6 og 3,32.