EP1602425A1 - Isolierende Granulate für Metallstranggiessen und deren Herstellungsverfahren - Google Patents

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EP1602425A1
EP1602425A1 EP05011589A EP05011589A EP1602425A1 EP 1602425 A1 EP1602425 A1 EP 1602425A1 EP 05011589 A EP05011589 A EP 05011589A EP 05011589 A EP05011589 A EP 05011589A EP 1602425 A1 EP1602425 A1 EP 1602425A1
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EP
European Patent Office
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granules
water
sio
silica
silica powder
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EP05011589A
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Stefanie Heller
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Individual
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/10—Supplying or treating molten metal
    • B22D11/11—Treating the molten metal
    • B22D11/111—Treating the molten metal by using protecting powders

Definitions

  • the present invention relates to insulating granules which can be used as insulating and / or release agents for high temperature applications, as well as their preparation.
  • the granules are to come in different particle sizes are used and be by spraying or pelletizing pelletizing with sometimes considerable produced technical effort.
  • low carbon content is required because the carbon content in the additive Property of iron and steel changed in an undesirable manner.
  • the mentioned properties is a constant volume in foundry technology the aggregate over the entire temperature range desired as a Volume change of the fillers and release agents used to an unwanted Changing the mold geometry leads. In the construction sector, however, are next thermal stability the sound-insulating properties of outstanding Importance.
  • amorphous silica powder can be processed with the addition of water to granules, the desired Have properties.
  • the object of the present invention is therefore achieved by insulating Granules consisting of an amorphous silica powder by pelleting with the addition of water in a ratio of solid: water of 1: 0.25 to 1: 1.5 are available.
  • the granules according to the invention offer the advantage of good environmental compatibility in production controllable grain size or bulk density.
  • Manual material dosing is an automated task possible. Experiments have shown that a temperature stability up to 1600 ° C is guaranteed. At the same time, the granules behave inert in terms of reaction and thus offer the certainty that they are not used as a filling material react to the substances to be processed.
  • Suitable SiO 2 suppliers are all silicon powders which contain high proportions of amorphous SiO 2 or silica. Particularly suitable are microsilica, silica filter dust and mixtures of microsilica or silica filter dust and rice husk ash in different proportions by weight. The addition of further additives for defined bulk density or particle size control is possible. The composition of the starting materials and the mixing ratio of the components involved allows the control of the grain size. At the same time, these parameters also influence the carbon content that is important for the iron and foundry industry.
  • the silicon dioxide used is preferably silica filter dust, which is obtained without carbon in the silicon or silicon-producing industry and has a consistently high SiO 2 content of at least 90%. Particularly preferred is a filter dust is used, which is obtained from the flue gas scrubbing the residue combustion in the silicone production. It is irrelevant whether the silicon powder is already in the dried state or in wet chunk form as a filter cake. The silicon dioxide can be used without further drying in the form of the resulting filter cake. The already existing moisture is often enough to cause a direct granulation by stirring.
  • pretreat a caked filter cake by digestion for example by comminution / grinding / screening, in particular by pressing the puffy SiO 2 through a perforated screen, so that an open-pored structure important for granulation is obtained.
  • the dried and possibly ground filter cake by defined addition of water first in the Granulierungs Kunststoff be brought, with a crushing or grinding for Achieving the open-pore structure described is also preferred.
  • the granulation must be carried out from a defined moisture, which may be based on the used SiO 2 at a water content of up to 150% based on the total mass.
  • Useful water contents are 25 to 150%; Typically, proportions of 30 to 80%, in particular 30 to 70% are particularly suitable.
  • This slightly empirically determined moisture content must be met quite accurately for a given presented mixture, since too little water does not give rise to granules, only local lumps form in the powder. Further addition of water causes the granules to germinate and grow more and more. This happens until, in a moist granulation equilibrium, the added water combines to form an earth-entrained mass with the germs.
  • the granulation equilibrium is again shifted to an unfavorable range: the granules lose their structure and, depending on the amount of water, a viscous to light-bodied pasty pulp, which can be moved back into the granulation only by re-addition of solids.
  • the granules can be further increased, if necessary. reach their final spherical shape after transfer to the granulator. Is the Quality of the resulting granules in the stirrer already sufficient, can on a Pelleting in the plate can be dispensed with.
  • the components used in a targeted manner cake with water to make granules.
  • the silica and optionally present additives have expediently a particle size on, which is below, preferably well below, the desired granule size.
  • a granule size of e.g. 0.5 mm is a particle size of the starting materials of a maximum of 0.1 mm.
  • One with higher technical Effort operated finer grinding remains at this granule size without significant impact.
  • substances which are used as thickening agents in food chemistry are used as additives.
  • these are first prepared in a low-percentage solution in order to influence the size of the granules after already made ate Trent of the components to be used with water and an incipient granulation.
  • the addition of dilute thickening agent solution allows the granules to be enlarged as required so that, depending on the area of application, granules of up to several centimeters in diameter can be produced in a targeted manner. Due to the agglomerating property of the additive, an increase in the bulk density is simultaneously observed, which in turn depends on the used and percentage composition of the SiO 2 component (s). It should be noted that this addition is not required for granule formation.
  • High-melting oxides or carbonates of the alkali and alkaline earth metals can also be used as additives.
  • the pH of the granules produced changes, and the formation of eutectics lowers the melting point of the mixtures in comparison to pure SiO 2 .
  • To control the pH it is also possible, if this is not to be achieved by adding an additive, to influence the silicic acid to be used in the aftertreatment by aqueous solutions of acidic or basic precipitation additions so that the granule preparation is already preceded by a filter dust with a defined pH Value takes place.
  • the effects of the precipitants used in filter dust precipitation which lead to accelerated formation of solids, must be taken into account.
  • the granules according to the invention are preferably made of silicon dioxide powder prepared with the addition of water and optionally additives in a stirrer. As far as e.g. for an optimal flow behavior as even as possible Ball shape is desired, completes further processing in a pelletizing at.
  • the granules by other agglomeration or granulation as the pelleting in a stirrer. Preferably should No or very little compressive forces are used in the granulation. Suitable are e.g. Screen granulators or vertical granulators and the Fluidized bed granulation. The well-known Kompaktierungs vide are only suitable if a slightly higher bulk density is acceptable.
  • a SiO 2 for example, a silica filter slurry is introduced. This can be immediately pasted while stirring with water; Alternatively, rice husk ash in variable proportions can be added to the filter slurry before the addition of water, which is then mixed with water in the next step as a homogeneous mixture.
  • the already formed Granules are treated with the described additives; also by one Addition of rice husk ash is a granule enlargement possible. Because the Granules already formed during stirring, is a subsequent treatment the same in the granulator not necessarily necessary, but leads to a regular spherical shape, which is desirable for certain applications.
  • the increase in size can be due to Powders are finished with rice husk ash or filter dust, taking has shown that the rice husk ash is particularly good for this process suitable is.
  • a Reisschalenaschezugabe of about 0.5% based on the Total mixture is sufficient. It produces dull black granules with a Size of 0.5 - 5mm, depending on the stirring time and Reisschalenaschezugabe.
  • the rice husk ash can be used as required in any Weight ratios are added; in practice shares have up to 30% Ashes led to a good result. At the same time, the addition of the Rice husk ash but increase the bulk density.
  • pH neutrality of the Granules that are at pH 8.
  • An aggregate should become pH neutral behave as changes in the pH negatively affect the processing substance or the forms in which the substance is processed and is transported, can carry.
  • the present production process without combining the powders used forms a matrix with the aid of a gel-forming material.
  • amorphous SiO 2 allows direct granulation.
  • inclination by defined addition of water and controlling the reaction conditions by residence time and Inclination / rotational speed of the pelletizing plate can be a granulate in defined Grain size of 0.5 - 5 mm size can be produced, which is characterized by thermal and mechanical stability up to the high temperature range.
  • the granule size can also be determined by the residence time in the stirrer or later in the Pelletizing be influenced. In both cases, an extension leads to an enlargement of the granules, whereby by the evaporation of the water the granules surface increasingly dries and the granulation for Standstill comes. An enlargement of the granules is only possible as long as the Outside of the granules has a residual moisture, through their pasty Surface allows attachment of additional material.
  • the powdered materials used so far have the here Disadvantage of missing flow properties and are therefore less favorable to handle and dosage. Especially the production of granules with a defined Grain size leads to a possibility of customer and application specific Adaptation for the respective application.
  • the granules according to the invention have a bulk density of 0.2 to 0.7 kg / l, e.g. of 0.5 kg / l and thus meet the demand for a light granules with a low bulk density.
  • the finished product can vary according to customer requirements in bags or BigBags Size, transported in troughs or silos and abandoned.
  • microsilica (Elcem, Norway) having the following composition: SiO 2 : 91.1%, Fe 2 O 3 : 2.5%, Al 2 O 3 : 0.9%, MgO: 1.1%, K 2 O. : 1.7%, Na 2 O: 0.4%, SO 3 : 0.4%, residual moisture 0.5% and total carbon content. 1.65% was mixed with 30 g of water. The mass was thoroughly mixed in the stirrer, it formed granule nuclei, which increased in size with lasting stirring time. To achieve a smooth surface, the granules were powdered with 5g rice husk ash. The granules had a particle size of 0.5-3 mm and a bulk density of 0.6 kg / l.
  • the conglomerate is fed to a granulating and dried in a belt dryer.
  • the pellets in the plate can be influenced in size. Screening in the dryer returns dust and large chunks to the Eirich mixer.
  • the pellets had a bulk density of 0.5 kg / l and a softening temperature of 1,600 ° C.

Landscapes

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  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Granulate als Isolier- oder Trennmittel für Hochtemperaturanwendungen, die aus Siliziumdioxidpulver mit einem Gehalt von mindestens 90% amorphem SiO2 durch Granulierung, insbesondere durch Pelletierung unter Zugabe von Wasser und anschließende Trocknung erhältlich sind, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft isolierende Granulate, die sich als Isolier- und/oder Trennmittel für Hochtemperaturanwendungen eignen, sowie ihre Herstellung.
In den derzeitigen Anwendungsbereichen von hochtemperaturbeständigen Füllstoffen, beispielsweise in der Eisen-, Gießerei- und Bauindustrie, kommen Sande und Aschen bzw. deren Mischungen zum Einsatz, die sich durch Temperaturstabilität und Reaktionspassivität auszeichnen. Diese Zusatzstoffe werden teilweise in ihrer staubförmig anfallenden Form, zum Teil in Form von Granulaten zugesetzt. Die pulverförmigen Stoffe gelten wegen der auftretenden Staubwirkung als gesundheitsschädlich und sollen daher sukzessive durch Granulate vergleichbarer Funktionalität ersetzt werden.
Die Granulate sollen in unterschiedlichen Korngrößen zum Einsatz kommen und werden durch Sprüh- oder Pelletiertellergranulierung mit teilweise erheblichem technischem Aufwand hergestellt. Für die Anwendungsbereiche in der eisen- und stahlverarbeitenden Industrie ist neben der Temperatur- und Transportstabilität ein geringer Kohlenstoffanteil gefordert, da der Kohlenstoffanteil im Zusatzstoff die Eigenschaft von Eisen und Stahl in ungewünschter Art verändert. Zusätzlich zu den erwähnten Eigenschaften ist in der Gießereitechnik ein konstantes Volumen des Zuschlagstoffes über den gesamten Temperaturbereich erwünscht, da eine Volumenänderung der eingesetzten Füll- und Trennstoffe zu einer ungewollten Änderung der Gussformgeometrie führt. Im Baubereich sind hingegen neben thermischer Stabilität die schallisolierenden Eigenschaften von herausragender Bedeutung.
Aus DE 197 28 368 ist es bekannt, dass feinpulvrige saure oder basische Isoliermittel in einer Matrix aus gelbildenden Materialien zu Granulaten vereinigt werden können, die sich als isolierende Abdeckmittel in der Stahlgießerei eignen. Die Granulate weisen gegenüber den pulvrigen Isoliermitteln ein verringertes Schüttgewicht auf. Als gelbildende Materialien sind Guarmehl und Hydroxyethylcellulose genannt. Nachteilig an diesen Granulaten ist, dass aus dem gelbildenden Material somit noch erhebliche Mengen an Kohlenstoff enthalten sein können, die zu einer Verunreinigung des Stahls führen können.
Es besteht daher weiter ein Bedarf an Trenn- und Isoliermitteln auf Basis granulierter Pellets mit definierten chemischen und physikalischen Eigenschaften in verfahrenstechnisch steuerbaren, reproduzierbaren Korngrößen, die sich durch hohe Temperatur- und Stoffstabilität auszeichnen und sich daher für Anwendungsbereiche in unterschiedlichen Industriezweigen eignen, in denen pulvrige Stoffe bzw. Mischungen derselben oder Granulate mit isolierenden, volumenkonstanten Füll- bzw. Trennmitteln/Zuschlagstoffen zur Anwendung kommen sowie zugehörigem Herstellungsverfahren.
Überraschend wurde nun gefunden, dass sich amorphes Siliziumdioxidpulver unter Zugabe von Wasser zu Granulaten verarbeiten lässt, die die gewünschten Eigenschaften aufweisen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird daher gelöst durch isolierende Granulate, welche aus einem amorphen Siliziumdioxidpulver durch Pelletierung unter Zugabe von Wasser in einem Verhältnis von Feststoff:Wasser von 1:0,25 bis 1:1,5 erhältlich sind.
Die erfindungsgemäßen Granulate bieten den Vorteil guter Umweltverträglichkeit bei herstellungstechnisch steuerbarer Korngröße bzw. Schüttgewicht. Neben einer konventionellen Materialdosierung von Hand ist so eine automatisierte Aufgabe möglich. In Versuchen hat sich gezeigt, dass eine Temperaturstabilität bis 1600 °C gewährleistet ist. Gleichzeitig verhalten sich die Granulate reaktionstechnisch inert und bieten damit die Gewissheit, dass sie als eingesetztes Füllmaterial nicht mit den zu verarbeitenden Substanzen reagieren.
Als SiO2-Lieferant kommen alle Siliziumpulver in Frage, die hohe Anteile amophes SiO2 bzw. Kieselsäure enthalten. Besonders geeignet sind Mikrosilika, Siliziumdioxidfilterstaub sowie Mischungen aus Mikrosilika oder Siliziumdioxidfilterstaub und Reisschalenasche in unterschiedlichen Gewichtsanteilen. Die Zugabe weiterer Additive zur definierten Schüttdichten- bzw. Korngrößensteuerung ist möglich. Die Zusammensetzung der Ausgangsstoffe und das Mischungsverhältnis der beteiligten Komponenten ermöglicht die Steuerung der Korngröße. Gleichzeitig beeinflussen diese Parameter auch den für die Eisen- und Gießereiindustrie wichtigen Kohlenstoffanteil.
Als Siliziumdioxid wird bevorzugt Siliziumdioxidfilterstaub, der kohlenstofffrei in der Silikon bzw. Silizium herstellenden Industrie anfällt und einen gleichbleibend hohen SiO2-Anteil von mindestens 90% aufweist, eingesetzt. Besonders bevorzugt wird ein Filterstaub eingesetzt, der aus der Rauchgaswäsche der Rückstandsverbrennung in der Silikonherstellung erhalten wird. Dabei ist unerheblich, ob das Siliziumpulver in bereits getrocknetem Zustand vorliegt oder in feuchter Brockenform als Filterkuchen. Das Siliziumdioxid kann ohne weitere Trocknung in Form des anfallenden Filterkuchens eingesetzt werden. Die bereits vorhandene Feuchte reicht hierbei oft aus, um durch Rühren eine direkte Granulatbildung zu bewirken. Es ist zweckmäßig, einen zusammengebackenen Filterkuchen durch Aufschliessen, beispielsweise durch Zerkleinern / Mahlen / Sieben, insbesondere mittels Pressen des brockigen SiO2 durch ein Lochsieb, vorzubehandeln, damit eine für das Granulieren wichtige offenporige Struktur erhalten wird.
Es hat sich ferner gezeigt, dass ein aus der Entwässerung mit einer Kammerfilterpresse anfallender Filterkuchen mit einem Feuchtegehalt um 60% direkt ohne weitere Wasserzugabe granuliert werden kann, nachdem er zuvor aufgeschlossen worden ist und in einer aufgelockerten, offenporigen (blumenerde-artigen) Konsistenz vorliegt.
Bei Filterschlämmen mit geringen Feuchteanteilen muss der getrocknete und ggf. gemahlene Filterkuchen durch definierte Wasserzugabe zunächst in den Granulierungsbereich gebracht werden, wobei ein Zerkleinern bzw. Mahlen zum Erreichen der beschriebenen offenporigen Struktur gleichfalls bevorzugt ist.
In jedem Fall muss die Granulierung aus einer definierten Feuchte heraus erfolgen, die abhängig vom verwendeten SiO2 bei einem Wasseranteil von bis zu 150% bezogen auf die Gesamtmasse liegen kann. Brauchbare Wasseranteile sind 25 bis 150 %; typischerweise eignen sich Anteile von 30 bis 80 %, insbesondere 30 bis 70 % besonders gut. Dieser leicht empirisch zu bestimmende Feuchteanteil muss für eine bestimmte vorgelegte Mischung recht genau eingehalten werden, da zu wenig Wasser keine Granulate entstehen lässt, es bilden sich lediglich lokale Klumpen im Pulver. Weitere Wasserzugabe lässt die Granulate keimen und zunehmend ihre Größe wachsen. Dies geschieht, bis sich in einem feuchten Granulierungsgleichgewicht das zugebene Wasser zu einer erdartigaufgeschlossenen Masse mit den Keimen vereinigt. Durch weitere Wasserzugabe wird das Granulierungsgleichgewicht wieder in einen ungünstigen Bereich verschoben: die Granulate verlieren ihre Struktur und es entsteht in Abhängigkeit der Wassermenge ein dickflüssig bis leichtflüssiger pastöser Brei, der nur durch erneute Feststoffzugabe wieder in den Granulierungsbereich verschoben werden kann.
Durch die Rührdauer können die Granulate weiter vergrößert werden, die ggfs. nach Überführen in den Granulierteller ihre endgültige Kugelform erreichen. Ist die Qualität des entstehenden Granulats im Rührer bereits ausreichend, kann auf eine Pelletierung im Teller verzichtet werden.
Wird als SiO2-Lieferant zusätzlich Reisschalenasche eingesetzt, ist zu berücksichtigen, dass die Asche keine Verklumpungen bzw. Spelzen enthält, da diese bei der Granulatherstellung zu unerwünschter, unkontrollierter Brockenbildung führt. Bei Zugabe von Reisschalenasche wird eine spezielle kohlenstoffarme Asche mit ca. 5% C-Gehalt bevorzugt. Der Anteil der Reisschalenasche beträgt aus Kostengründen vorzugsweise bis zu 30%. Dies führt zu einem Gesamtkohlenstoffanteil von unter 2%, vorzugsweise unter 1 %, in den fertigen Granulaten. Solche Granulate eignen sich besonders gut zur Anwendung als Zuschlagstoff bzw. Isoliermittel in der Eisen- und Gießereiindustrie.
Bei der Granulatbildung sollen die eingesetzten Komponenten in gezielter Weise durch Anteigen mit Wasser zu Granulat zusammenbacken. Das Siliziumdioxid und gegebenenfalls vorhandene Additive weisen dabei zweckmäßig eine Korngröße auf, die unter, vorzugsweise deutlich unter, der gewünschten Granulatgröße liegt. Für eine Granulatgröße von z.B. 0,5 mm ist eine Teilchengröße der Ausgangsmaterialien von maximal 0,1 mm gut geeignet. Eine mit höherem technischen Aufwand betriebene feinere Mahlung bleibt bei dieser Granulatgröße ohne nennenswerte Auswirkung.
In einer Ausführungsform werden als Additive Substanzen eingesetzt, die in der Lebensmittelchemie als Verdickungsmittel zur Anwendung kommen. Zur Anwendung werden diese zunächst in einer geringprozentigen Lösung angesetzt, um nach bereits erfolgter Anteigung der einzusetzenden Komponenten mit Wasser und einer beginnenden Granulatbildung die Größe der Granulate zu beeinflussen. Durch die Zugabe von verdünnter Verdickungsmittellösung können die Granulate je nach Bedarf vergrößert werden, so dass je nach Einsatzbereich gezielt Granulate bis zu mehreren Zentimetern Durchmesser hergestellt werden können. Durch die agglomerierende Eigenschaft des Additivs ist gleichzeitig ein Ansteigen des Schüttgewichts festzustellen, das wiederum abhängig von der eingesetzten und prozentualen Zusammensetzung der SiO2-Komponente(n) ist. Es ist festzuhalten, dass dieser Zusatz für eine Granulatbildung nicht erforderlich ist.
Hochschmelzende Oxide oder Carbonate der Alkali- und Erdalkalimetalle, wie beispielsweise MgO, CaO, CaCO3, Fe2O3, können ebenfalls als Additive eingesetzt werden. In diesem Fall verändert sich durch die basischen bzw. sauren Eigenschaften der Komponenten in wässriger Lösung der pH-Wert der erzeugten Granulate und durch die Bildung von Eutektika wird der Schmelzpunkt der Mischungen im Vergleich zum reinen SiO2 erniedrigt. Zur Steuerung des pH-Werts kann auch, sofern dies nicht durch eine Additivzugabe erreicht werden soll, die aus dem Filterstaub einzusetzende Kieselsäure bei der Nachbehandlung durch wässrige Lösungen saurer bzw. basischer Fällungszugaben beeinflusst werden, so dass die Granulatherstellung bereits von einem Filterstaub mit definiertem pH-Wert erfolgt. Die Auswirkungen der im Rahmen der Filterstaubfällung zum Einsatz kommenden Fällungsmittel, die zu einer beschleunigten Feststoffbildung führen, sind hierbei zu berücksichtigen.
Die erfindungsgemäßen Granulate werden vorzugsweise aus Siliziumdioxidpulver unter Zugabe von Wasser und gegebenenfalls Additiven in einem Rührer hergestellt. Sofern z.B. für ein optimales Fließverhalten eine möglichst gleichmäßige Kugelform erwünscht ist, schließt sich eine Weiterverarbeitung in einem Pelletierteller an.
Es ist auch möglich, die Granulate durch andere Agglomerations- bzw. Granulierverfahren als die Pelletierung in einem Rührer vorzunehmen. Vorzugsweise sollen keine oder nur sehr geringe Druckkräfte bei der Granulierung angewandt werden. Geeignet sind z.B. Siebgranulatoren oder Vertikalgranulatoren sowie die Wirbelschichtgranulation. Die auch bekannten Kompaktierungsverfahren sind nur geeignet, wenn ein etwas höheres Schüttgewicht akzeptabel ist.
Beim Herstellen des Granulats wird zunächst ein SiO2, beispielsweise ein Kieselsäure-Filterschlamm vorgelegt. Dieser kann sofort während des Rührens mit Wasser angeteigt werden; alternativ kann zum Filterschlamm noch vor der Wasserzugabe Reisschalenasche in veränderlichen Anteilen zugegeben werden, die dann im nächsten Schritt als homogene Mischung mit Wasser versetzt wird.
Beim Rühren der angeteigten Mischung bilden sich nach kurzer Zeit Keime, die bereits die Struktur der zu bildenden Granulate enthalten. Mit wachsender Rührdauer nimmt der Durchmesser der Keime zu, bis ein Granulat in der gewünschten Größe entsteht. Ist die zugegebene Wassermenge zu groß, verlieren die Granulate wieder ihre Konsistenz und es bildet sich ein pastöser Brei, der nur durch Zugabe von weiterem Festsoff (Filterstaub oder Reisschalenasche) wieder in das für die Granulierung notwendige SiO2-Wasser-Verhältnis gebracht werden kann.
Zur weiteren Steuerung der Granulatgröße können die bereits gebildeten Granulate mit den beschriebenen Additiven behandelt werden; auch durch eine Zugabe von Reisschalenasche ist eine Granulatvergrößerung möglich. Da die Granulate bereits beim Rühren entstehen, ist ein nachträgliches Behandeln derselben im Granulierteller nicht unbedingt notwendig, führt jedoch zu einer regelmäßigen Kugelform, die für bestimmte Anwendungen erwünscht ist.
Unabhängig von der Weiterbehandlung kann die Zunahme der Größe durch Abpulvern mit Reisschalenasche oder Filterstaub beendet werden, wobei sich gezeigt hat, dass die Reisschalenasche für diesen Vorgang besonders gut geeignet ist. Eine Reisschalenaschezugabe von ca. 0,5% bezogen auf die Gesamtmischung ist ausreichend. Es entstehen mattschwarze Granulate mit einer Grösse von 0,5 - 5mm, je nach Rührdauer und Reisschalenaschezugabe.
Ein Besprühen der gebildeten Granulate mit schwachkonzentrierter Verdickungsmittelflüssigkeit als Additiv lässt die Größe weiter ansteigen, so dass die Granulate bis zu Kugeln mit mehren Zentimetern Durchmesser aufgebaut werden können. Es entstehen im Unterschied zu den Verdickungsmittelfreien Granulaten schwarzglänzende Granulate, die durch Füller- oder Reisschalenasche erneut abgepudert werden können.
Der Vorgang der Vergrößerung der entstandenen Granulate ist in gleicher Weise im Granulierteller durchführbar; die Granulate unterscheiden sich lediglich in der runderen Form. Eine Alternative im Granulierteller ist ein abschließendes Besprühen des Granulats mit Wasser, das die Oberfläche der Granulate aufweicht und durch die Rotation im Teller zu einer perfekten Kugelform führt.
Es ist vorteilhaft, den Filterstaub von Anfang an in einem vorgegebenen Verhältnis mit Reisschalenasche zu mischen, hierdurch ist die Granulatgröße besser steuerbar. Dabei kann die Reisschalenasche je nach Bedarf in beliebigen Gewichtsverhältnissen zugegeben werden; in der Praxis haben Anteile bis zu 30% Asche zu einem guten Ergebnis geführt. Gleichzeitig lässt die Zugabe der Reisschalenasche aber das Schüttgewicht ansteigen.
Ein weiterer, für einige Einsatzgebiete wichtiger Aspekt ist die pH-Neutralität der Granulate, die bei pH-Wert 8 liegen. Ein Zuschlagstoff sollte sich pH-neutral verhalten, da Änderungen des pH-Werts negative Auswirkungen auf den zu verarbeitenden Stoff bzw. die Formen, in denen der Stoff verarbeitet und transportiert wird, nach sich ziehen können.
Im Gegensatz zu dem aus DE 197 28 368 bekannten Verfahren kommt der vorliegende Herstellungsprozess ohne das Vereinigen der eingesetzten Pulver zu einer Matrix unter Zuhilfenahme eines gelbildenden Materials aus. Der Einsatz des amorphen SiO2 ermöglicht eine direkte Granulierung.
Durch Variation der Ausgangsstoffe, Anteigung durch definierte Wasserzugabe und Steuerung der Reaktionsbedingungen durch Verweilzeit und Neigung/Rotationsgeschwindigkeit des Pelletiertellers kann ein Granulat in definierter Korngröße von 0,5 ― 5 mm Größe hergestellt werden, das sich durch thermische und mechanische Stabilität bis in den Hochtemperaturbereich auszeichnet.
Die Granulatgröße kann auch durch die Verweilzeit im Rührer oder später im Pelletierteller beeinflusst werden. In beiden Fällen führt eine Verlängerung zu einem Vergrößern der Granulate, wobei durch die Verdunstung des Wassers an der Granulatoberfläche diese zunehmend abtrocknet und die Granulierung zum Stillstand kommt. Eine Vergrößerung der Granulate ist nur möglich, solange die Außenseite der Granulate eine Restfeuchte aufweist, die durch ihre pastöse Oberfläche ein Anlagern von weiterem Material ermöglicht. Gleiches gilt für das Rühren bzw. das Granulieren: Zunehmende Geschwindigkeit führt zu einer Vergrößerung der Granulate, wobei insbesondere beim Rühren ein Überschreiten einer definierten Umdrehungszahl des Rührers in Abhängigkeit von Behältergröße zerstörerische Wirkung auf die Granulate haben kann. Durch die Veränderung der Neigung des Granuliertellers ist eine weitere Möglichkeit gegeben, das Wachstum der Granulate zu steuern. Ein größerer Neigungswinkel lässt durch die Steilheit die Granulate durch die größere Gravitation bei gleichzeitig geringerer Reibung mit erhöhter Geschwindigkeit an den unteren Behälterrand fallen, wobei der Zusammenbackungsprozeß verstärkt wird. Dies führt ebenfalls zu einer Vergrößerung des Granulatdurchmessers. Durch eine nachgeschaltete Siebung kann der Korngrößenbereich dem jeweiligen Kundenwunsch entsprechend weiter eingegrenzt werden.
Dies ist in der füllstoffverarbeitenden Industrie von Bedeutung, da je nach Anwendungsfall eine bestimmte reproduzierbare Korngröße benötigt wird, die erfindungsgemäß durch Variation der Herstellungsparameter erreicht wird. Die Korngröße ist in Kombination mit dem Schüttgewicht von entscheidender Bedeutung, da beim Aufbringen bzw. Einleiten des Granulats in bzw. auf die Formen ein selbständiges Verlaufen für die Dosierung notwendig ist.
Die bisher zur Anwendung kommenden pulverförmigen Materialien haben hier den Nachteil fehlender Fließeigenschaften und sind daher ungünstiger in der Handhabung und Dosierung. Gerade die Herstellung von Granulat mit einer definierten Korngröße führt zu einer Möglichkeit der kunden- und anwendungsspezifischen Anpassung für das jeweilige Einsatzgebiet.
Die erfindungsgemäßen Granulate besitzen ein Schüttgewicht von 0,2 bis 0,7 kg/l, z.B. von 0,5 kg/l und erfüllen damit die Forderung nach einem leichten Granulat mit einem geringen Schüttgewicht.
Das fertige Produkt kann je nach Kundenwunsch in Säcken oder BigBags unterschiedlicher Größe, in Mulden oder Silos transportiert und aufgegeben werden.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern, ohne sie jedoch auf die konkrete beschriebenen Ausführungsformen zu beschränken. Alle %-Angaben beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf Gew.-%.
Beispiel 1
60 g Mikrosilika (Elcem, Norwegen) mit folgender Zusammensetzung: SiO2: 91,1%, Fe2O3: 2,5%, Al2O3: 0,9%, MgO: 1,1%, K2O: 1,7%, Na2O: 0,4%, SO3: 0,4%, Restfeuchte 0,5% und Gesamt Kohlenstoff-Gehalt. 1,65% wurden mit 30 g Wasser gemischt. Die Masse wurde im Rührer intensiv durchmischt, es bildeten sich Granulat-Keime, die mit anhaltender Rührdauer an Größe zunahmen. Um eine glatte Oberfläche zu erreichen, wurden die Granulate mit 5g Reisschalenasche abgepudert. Die Granulate hatten eine Korngröße von 0,5 - 3 mm und ein Schüttgewicht von 0,6 kg/l.
Beispiel 2:
48 g des Siliziumdioxidpulvers aus Beispiel 1 wurden mit 12 g Reisschalenasche mit folgender Zusammensetzung
SiO2: 87%, CaO: 1 %, Al2O3: 0,2%, Na2O: 0,2%, K2O: 2%, Fe2O3: 0,15%, Cges: 6,2%, Restfeuchte 1,1 %
und 25 g Wasser gemischt. Anschließend wurde die Masse im Rührer gerührt, wobei sich nach kurzer Zeit offenporige Pellets bilden, die bei langsam drehendem Rüher anwachsen. Weiterrühren führt zu ca. 3 mm großen Verklumpungen, die die Bildung des Granulats darstellen. Weiterbehandlung im Pelletierteller führ zu glatten Pellets, die weiter wachsen. Abpudern mit SiO2 stoppt die Vergrößerung und führt zu gleichmäßiger Oberfläche und runder Struktur. Die Granulate hatten eine Korngröße von 2 - 5 mm und ein Schüttgewicht von 0,62 kg/l.
Beispiel 3:
160 kg Siliziumdioxidpulver mit der Zusammensetzung
SiO2: 96,7%, CaO: 1 %, Al2O3: 0,2%, Na2O: 0,03%, K2O: 0,01 %, Fe2O3: 0,2%, Cges: 0,75%, Restfeuchte 1 %
wurden mit 40 kg Reisschalenasche mit folgender Zusammensetzung:
SiO2: 87%, CaO: 1 %, Al2O3: 0,2%, Na2O: 0,2%, K2O: 2%, Fe2O3: 0,15%, Cges: 6,2%, Restfeuchte 1,1%
und 138 kg Wasser in einem Eirich-Mischer vermischt. Über einen Dosierer und eine Förderschnecke wird das Konglomerat einem Granulierteller zugeführt und in einem Bandtrockner getrocknet. Durch Abpudern mit SiO2 bzw. Besprühen mit Wasser können die Pellets im Teller in ihrer Größe beeinflußt werden. Eine Siebung im Trockner führt Staubanteile und zu große Brocken in den Eirich-Mischer zurück. Die Pellets hatten ein Schüttgewicht 0,5 kg/l und eine Erweichungstemepratur von 1.600°C.

Claims (12)

  1. Granulate als Isolier- oder Trennmittel für Hochtemperaturanwendungen enthaltend Siliziumdioxid, dadurch gekennzeichnet, dass die Granulate aus amorphem Siliziumdioxidpulver mit einem Gehalt von mindestens 90% SiO2 durch Granulierung unter Zugabe von Wasser und anschließende Trocknung erhältlich sind.
  2. Granulate gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Granulate durch Pelletierung erhältlich sind.
  3. Granulate gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Mikrosilika oder Siliziumdioxidfilterstaub als Siliziumdioxidpulver enthalten ist.
  4. Granulate gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Mischungen aus Mikrosilika und/oder Siliziumdioxidfilterstaub mit Reisschalenasche in unterschiedlichen Gewichtsanteilen als Siliziumdioxidpulver enthalten sind.
  5. Granulate gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Additive zur Einstellung von Schüttdichte bzw. Korngröße enthalten sind.
  6. Granulate gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schüttgewicht im Bereich von 0,2 bis 0,7 kg/l liegt.
  7. Granulate gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngröße im Bereich von 0,5 - 5 mm liegt.
  8. Verfahren zur Herstellung von Granulaten als Isolier- oder Trennmittel für Hochtemperaturanwendungen, wobei
    a) Siliziumdioxidpulver mit Wasser in einem Verhältnis von Feststoff:Wasser von 1:0,25 bis 1:1,5 angeteigt wird,
    b) die Masse in an sich bekannter Weise granuliert wird und
    c) die Granulate getrocknet werden
    dadurch gekennzeichnet, dass das Siliziumdioxidpulver mindestens 90% amorphes SiO2 enthält.
  9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse pelletiert wird.
  10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngröße der Granulate über die Verweilzeit und/oder die Neigung und/oder die Rotationsgeschwindigkeit bei der Pelletierung auf 0,5 - 5 mm eingestellt wird.
  11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngröße über die Menge an Wasser und/oder die Zusammensetzung des Siliziumdioxidpulvers gesteuert wird.
  12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Schüttgewicht über die Menge an Wasser und/oder die Zusammensetzung des Siliziumdioxidpulvers gesteuert wird.
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