EP3478431A1 - Verwendung eines wärmedämmenden formkörpers zur isolation von metallschmelzen gegenüber der atmosphäre oder einem metallurgischen gefäss - Google Patents

Verwendung eines wärmedämmenden formkörpers zur isolation von metallschmelzen gegenüber der atmosphäre oder einem metallurgischen gefäss

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EP3478431A1
EP3478431A1 EP17733463.8A EP17733463A EP3478431A1 EP 3478431 A1 EP3478431 A1 EP 3478431A1 EP 17733463 A EP17733463 A EP 17733463A EP 3478431 A1 EP3478431 A1 EP 3478431A1
Authority
EP
European Patent Office
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use according
binder
din
shaped body
molded body
Prior art date
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Pending
Application number
EP17733463.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Helge Jansen
Thomas Schemmel
Petra Stein
Michael Schölwer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Refratechnik Holding GmbH
Original Assignee
Refratechnik Holding GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Refratechnik Holding GmbH filed Critical Refratechnik Holding GmbH
Publication of EP3478431A1 publication Critical patent/EP3478431A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
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    • F27B14/08—Details peculiar to crucible or pot furnaces
    • F27B14/10—Crucibles
    • F27B2014/104—Crucible linings

Definitions

  • the present invention relates to the use of a heat-insulating, refractory, unfired shaped body, in particular a plate, for thermal insulation of molten metals, in particular molten steel, and / or a solidifying ingot, against the surrounding atmosphere or a metallurgical vessel, in particular in the production of steel in steel works.
  • the present invention relates to the use of a heat-insulating cover plate for covering molten metals, in particular molten steel, and / or a solidifying ingot, which are located in a metallurgical vessel.
  • the covering means forms a protective and thermal barrier coating. On the one hand, it shields the molten metal bath from atmospheric gases in order to avoid unwanted chemical reactions of the molten metal. On the other hand, it serves for insulation or thermal insulation against the atmosphere. Thus, the covering ensures good surface quality.
  • Rice husk ash is produced in large quantities in many rice producing countries. It is a by-product of the burning of rice husks (husks). When these are burned, rice husk ash is formed, which is chemically very pure and consists of 94-96% of Si0 2 in amorphous form. Rice husk ash is therefore also referred to as biogenic silica. It has a very high melting point of about 1, 650 ° C. During manufacture, the fleeces burn However, a unique, microporous structure of the Si0 2 is retained. This structure results in both an extremely low thermal conductivity and a low bulk density of the rice husk ash.
  • rice husk ash Due to its high fineness, especially when applied to the molten metal surface, rice husk ash causes excellent thermal insulation, but because of its high degree of dusting, it can lead to high levels of dust, which can be hazardous to health, eg cause eye injuries. Because the fine dust particles can enter the human body. Therefore, for example, suction must be installed, which in turn lead to loss of material due to the suction of Reisschalenasche.
  • granules as covering agents instead of pure rice husk ash.
  • the granules consist of granulated refractory materials, which are solidified by means of a binder.
  • such granules are disclosed in DE 10 2013 000 527 A1, DE 197 28 368 C1 and DE 197 31 653 C2.
  • the granules of DE 10 2013 000 527 A1 contain mainly, preferably up to 90 wt .-%, diatomaceous earth.
  • a binder e.g. Bentonite, water glass or cellulose used.
  • the granules may also contain polyvinylpyrrolidone as binder. The granules melt after some time.
  • the granules of DE 197 28 368 C1 has granules which are prepared from rice husk ash, an organic, gel-forming binder in amounts of 1 to 10 wt .-% and water in amounts of 20 to 100 wt .-%.
  • the pellets / pellets of the granules of DE 197 31 653 C2 consist of rice husk ash which is mixed with a surface-active substance and a binder.
  • the surfactant may be Sodium alginate, sodium salt of carboxymethylcellulose, sodium hexametaphosphate or mixtures thereof.
  • the binder may be polyvinyl alcohol, molasses, sodium hexametaphosphate, Portland cement, sodium silicate and precipitated calcium carbonate, and mixtures thereof.
  • the beads / pellets are dried after mixing and compression and then fired at a temperature of 800-1400 ° C.
  • the metallurgical vessels to be covered are, in particular, a metal distributor, preferably a continuous casting distributor (tundish), a ladle or a mold for the rising or falling ingot casting.
  • a metal distributor preferably a continuous casting distributor (tundish)
  • ladle a ladle
  • a mold for the rising or falling ingot casting.
  • block casting the liquid metal is poured into a stationary mold (mold) and solidified in this. The filling can be done both from above (falling block casting) and via a feed system from below (rising block casting). After solidification, the mold is stripped, so pulled from the solidified metal and the ingot is processed.
  • a holding plate or a metal rod is usually placed on the mold for block head insulation.
  • the holding plate is usually made of heat-supplying materials (so-called "exothermic plate”) of mixtures of different refractory oxides with metal powder and often fluoride-containing components.
  • a sack with casting powder is attached to the holding plate or the metal rod by a rope Short time due to the high heat of the molten steel, so that the casting powder spreads on the molten steel and acts between the mold and the steel bath as a release agent and lubricant.
  • the holding plate or the metal rod is removed and manually the respective bed as a covering on the molten metal surface This process is very complicated and dangerous for the operator due to its proximity to the hot mold.
  • the insulating hood is arranged as a separate component at the upper end of the mold or at the mold head and inserted into it
  • the insulating hood may be formed as a one-piece component or consist of a plurality of interconnected plates.
  • the one-piece insulating hoods and the plates are usually made of thermally insulating material.
  • the object of the present invention is to provide a heat-insulating shaped body, in particular a heat-insulating plate, which is used for the thermal insulation of molten metals, in particular molten steel, against the surrounding atmosphere and / or a metallurgical see vessel, in particular in the production of steel, is used, wherein the molding should be simple and inexpensive to produce, to ensure good thermal insulation and should be neither harmful to health or the environment.
  • Figure 1 Schematically a cross-section through the plate used in the invention
  • Figure 2 Schematically and greatly simplified a mold for the rising block casting before the start of the casting process with a cover plate
  • FIG. 3 The mold according to FIG. 2 during the casting process
  • Figure 4 The mold according to Figure 2 at the end of the casting process
  • FIG. 5 Schematically and greatly simplified a casting distributor before the casting
  • FIG. 6 The casting distributor according to FIG. 5 after the sprue
  • the unfired shaped body 1 used in accordance with the invention has a binder matrix 2 of at least one set binder in which aggregate grains 3 of biogenic silica, preferably rice husk ash, are embedded or incorporated.
  • the aggregate grains 3 are distributed in the binder matrix 2.
  • the binder is a permanent binder.
  • a permanent binder is a binder which hardens below the temperature for the ceramic fire, but does not volatilize on exposure to heat, in particular in a 0 2 atmosphere, but converts and has a binding matrix with ceramic or other bond forms. Permanent binders thus ensure the cohesion of the unfired shaped body 1 at room temperature and in use under temperature load, in particular in a 0 2 atmosphere.
  • a temporary binder burns under temperature stress and volatilizes.
  • Permanent binders harden at a temperature below the temperature for the ceramic fire, eg at room temperature, eg hydraulically or chemically (inorganic or organic-inorganic) or organic. Under temperature stress, they form a direct ceramic bond, for example by sintering. Phosphate bonds and cement bonds, for example, are converted under temperature stress, but they remain.
  • the permanent binder is an inorganic binder, preferably water glass or a sol-gel binder or a phosphate binder or alumina cement or Portland cement.
  • the binder matrix 2 can of course also consist of several permanent binders. As a result, certain properties of the molded body 1 can be adjusted in a particularly advantageous manner.
  • the binder matrix 2 may additionally comprise at least one set temporary binder.
  • the binder matrix 2 preferably consists exclusively of one or more permanent, set binders. It is thus a permanent binder matrix 2.
  • the biogenic silica is preferably exclusively rice husk ash. However, it may also be diatomaceous earth (diatomaceous earth) or silica shale or diarrhea-solidified radiolarian kerf or sponges of opal. It is also possible for mixtures of different biogenic silicas to be present as an additive.
  • the molded body 1 may also comprise further additives of refractory material.
  • Aggregates within the meaning of the invention are generally my substances, the grains of which are distributed in the binder matrix 2 and are embedded or embedded in these. The additives do not react when setting or only superficially with the binder. The aggregate grains are thus essentially integrated mechanically into the binder matrix 2.
  • the shaped body 1 microsilica, preferably pyrogenic and / or precipitated silica, as an additive.
  • the molded article 1 can be expanded perlite and / or expanded vermiculite and / or expanded clay and / or inorganic fibers, preferably mineral and / or slag and / or glass and / or ceramic fibers, and / or fly ash and / or (Power plant) filter dusts as aggregate.
  • Microsilica, flyashes and / or (power plant) filter dusts may also react and form the binder matrix, depending on whether reactants are present in the mixture. In this case, they are not counted as aggregates, but as binders.
  • the molded body 1 exclusively biogenic silica, preferably exclusively rice husk ash, as an additive.
  • the addition of the shaped body 1 is thus advantageously 100% by weight of biogenic silica, preferably 100% by weight of rice husk ash.
  • the production of the shaped body 1 according to the invention is carried out as follows:
  • the dry ingredients are mixed.
  • the dry constituents are the biogenic silica and, if appropriate, the other additives and, if appropriate, at least one permanent binder, if this is in dry form.
  • the troublesome water or other liquid solvent to dissolve or disperse or activate the binder.
  • at least one permanent binder can also be present in already dissolved or dispersed form and added to the dry mixture of the other constituents in liquid form.
  • composition of the finished mixture is preferably adjusted so that the mixture after 30s under vibration a slump, determined in accordance with DIN EN ISO 1927-4 (03/2013), from 200 to 500 mm, preferably 250 to 350 mm. has, without a separation between coarse and fine grain fractions occurs, as is the case with pure rice husk ash.
  • the finished mixture or the finished offset for the production of the molded body 1 with respect to the dry constituents has the following composition based on the total dry matter, wherein the individual constituents add up to 100 wt .-%:
  • the weight ratio of the liquid solvent, preferably water, to the dry ingredients is preferably 2: 1 to 1: 9, preferably 1: 1 to 3: 7.
  • the rice husk ash used preferably has the following chemical composition in accordance with DIN EN ISO 12677 (02/2013), the individual constituents adding up to 100% by weight (without loss of glow): Proportion [% by weight]
  • Residual oxides 0.5 to 3.0 1, 0 to 2.0
  • the biogenic silica used in particular the rice husk ash, also preferably has the following particle size distribution in accordance with DIN 66165-2 (04/1987) based on the dry matter, the individual components adding up to 100% by weight:
  • the bulk density in accordance with DIN EN 1097-3 (06/1998) of the biogenic silica used, in particular the rice husk ash, is preferably 0.05 to 0.5 g / cm 3 , preferably 0.1 to 0.4 g / cm 3 .
  • the finished mixture is then placed in a mold and compacted in this.
  • the compaction takes place in particular by means of load vibration or uniaxial pressing.
  • the mold is on a vibrating table.
  • a weight is placed on the finished mixture in the mold, the vibrating table is activated and the mixture is compacted by means of vibration.
  • By Auflastvibration smaller formats are usually produced.
  • uniaxial pressing the mold filled with the finished mixture is placed in a press, with a cover plate being placed on the mixture. Then the upper punch of the press is moved against the cover plate and the mixture is compacted with a certain pressure. Preferably, several pressing strokes are performed. By uniaxial pressing usually larger formats are produced.
  • the greenest molded article is removed from the mold and allowed to set.
  • the temperature for setting is chosen so that the binder sets or hardens. It is below the temperature for the ceramic fire.
  • the molded body 1 according to the invention is thus unburned.
  • Cement-bonded shaped bodies are preferably allowed to set at room temperature, preferably to constant weight.
  • the setting can be carried out in particular at 110 to 200 ° C. for preferably 4 to 12 hours.
  • Phosphate bonded moldings are preferably allowed to set at temperatures of 200 to 500 ° C to ensure complete bonding with water release or up to 1000 ° C to obtain a water insoluble bond.
  • the shaped body 1 used according to the invention then preferably has a dry bulk density p 0 of 0.3 to 1.5 g / cm 3 , preferably 0.5 to 1.3 g / cm 3 according to DIN EN 1094-4 (09/1995) ,
  • the molded body 1 preferably has a porosity of 60 to 90%, preferably from 70 to 80% in accordance with DIN EN 1094-4 (09/1995).
  • the cold compressive strength of the shaped body 1 is preferably from 1.5 to 20.0 MPa, preferably from 2.5 to 15.0 MPa according to DIN EN 993-5 (12/1998).
  • the cold bending strength of the molded body 1 is preferably 1.0 to 9.0 MPa, preferably 1.5 to 7.0 MPa according to DIN EN 993-6 (04/1995).
  • the hot flexural strength of the molded body 1 is preferably 1.5 to 7.0 MPa, preferably 2.0 to 5.0 MPa according to DIN EN 993-7 (04/1995).
  • the molded body 1 preferably has a softening point determined by a heating microscope according to DIN EN 51730 (09/2007) of 800 to 1700 ° C., preferably 1200 to 1650 ° C.
  • the molded body 1 is suitable for permanent or permanent use at very high temperatures.
  • the molded body 1 preferably has the following thermal conductivities according to DIN EN 993-15 (07/2005):
  • the shaped body 1 according to the invention also preferably has the following chemical composition in accordance with DIN EN ISO 12677 (02/2013), wherein the individual constituents add up to 100% by weight (without loss of glow):
  • the shaped body 1 according to the invention for the thermal insulation of a molten metal, in particular a molten steel of the Environment used.
  • the molded body 1 is used for thermal head block insulation in increasing ingot casting.
  • a block casting apparatus 4 for the increasing ingot casting of metal, in particular steel, usually comprises a sub-frame 5 with a pouring channel 6 for feeding the molten metal, in particular the steel.
  • the ingot casting device 4 has a tubular mold 7 for receiving a metal bath 8 of molten metal.
  • the mold 7 has a lower and an upper, open mold end 7a, b.
  • the upper mold end 7b forms a mold head 9 of the mold 7.
  • the molded body 1 is used as a cover plate 10 for covering the upper, open Kokillenendes 7b.
  • the cover plate 10 is placed on the mold head 9 before the block casting (FIG. 2) begins.
  • the application to the mold 7 thus takes place without direct contact with the metal 8.
  • the metal bath 8 is thus indirectly by the cover 10, ie without direct contact, thermally insulated.
  • a casting powder bag 1 1 filled with casting powder is fixed in such a manner that it hangs down from the cover plate 10, into the mold 7.
  • the cover plate 10 preferably has a continuous from one to the other plate surface, central recess 12.
  • the molten metal in particular the molten steel
  • the metal bath 8 in particular the steel bath, generally has a temperature of about 1550 ° C. Therefore, the casting powder bag 1 1 burns after a short time due to the high heat of the molten steel, so that the casting powder is distributed on a metal bath surface 8a and forms a superficial casting powder layer 3.
  • the casting powder is also distributed between the mold 7 and the metal bath 8 and acts as a release agent and lubricant.
  • the metal bath 8 rises during the gating to the cover plate 10 and forms a solidifying ingot 14 with an upper block head 15 ( Figure 4).
  • the cover plate 10 isolates the block head 15 from the atmosphere, thereby ensuring slow cooling of the block head 15.
  • the molded body 1 is used as an insulating plate 16 for a casting hood or insulating hood 17 for the thermal insulation of the block head 15 of the mold 7, in particular of the mold head 9.
  • the annular insulating hood 17 consists of a plurality of interconnected, circumferentially adjacent to each other in the circumferential direction of the mold 7, insulating plates 16. It serves to the inner lining of Kokillenkopfes 9.
  • the insulating hood 17 thus lies on the inside of a mold wall 18 at. It can also protrude above the mold 7 at the upper mold end 7b (not shown). In this case, it is used in particular together with a loose bed for the isolation of the metal bath surface 8a, which is sucked off at the end of the casting process.
  • the insulating hood 17 may also be formed in one piece and the molded body 1 thus be used as insulating 17.
  • the molded body 1 can be used in an advantageous manner as a cover plate for covering or for the isolation of the free metal bath surface 8a in another open-topped metallurgical vessel.
  • the molded body 1 can be used as a cover plate 19 for a casting distributor 20 (FIGS. 5 and 6), preferably a continuous casting distributor (tundish).
  • the casting distributor 20 is preferably covered with a plurality of cover plates 19 (FIG. 5). During the sprue, the metal bath 8 rises up to the cover plates 19. These form a metal bath surface 8a covering, continuous, insulating cover layer.
  • the molded body 1 can also be used advantageously as a cover plate for covering or for the isolation of the free metal bath surface 8a in a ladle or in gutters.
  • the molded body 1 can also be placed directly on the metal bath surface 8a, so that it floats on this.
  • the molded body 1 can be used as a thermal insulation in a multi-layer masonry or in heat treatment furnaces for refractory linings or as a corrosion barrier (e.g., against alkali attack) or as a fire lining or as a filter material for hot gases.
  • a corrosion barrier e.g., against alkali attack
  • the molded body 1 used according to the invention has a low thermal conductivity at low temperatures as well as at high temperatures and therefore excellent heat-insulating properties. When used for block head insulation in increasing ingot casting, this ensures a consistently good head quality.
  • the good thermal insulation results in particular from the very good heat-insulating properties of biogenic silicic acid and its very high melting point of about 1650 ° C.
  • the molded body 1 is free of pollutants.
  • the rice husk ash is a natural recycled product.
  • the dust load is significantly reduced.
  • the laying of the cover plate n 10, 19 on the mold 7 and the casting manifold 20 is also much easier than the application of a loose bed on the metal bath surface 8a. In addition, this can be done before filling the molten metal, which means a significantly lower temperature load for the respective worker.
  • the aggregate grains consist of agglomerated granules of biogenic silicic acid which are bound with a hardened binder.
  • the aggregate grains 3 from the pure biogenic silica, in particular rice husk ash, are preferred.
  • the preparation can also be advantageously carried out by granulating the biogenic silica, in particular the rice husk ash, with water and / or at least one binder before mixing with the other constituents of the shaped body and the soft or plastic, not yet set granules, to the other constituents is mixed.
  • the binder is the same binder (s) used for the molded article.
  • the plastic granules are destroyed, so that the shaped body according to the invention is formed with the aggregate grains from the biogenic silica.
  • Advantage of this process variant is that the dust is less.
  • a plate according to the invention was produced from an offset with the following composition by means of load vibration:
  • the finished mixture was compacted for 30 s with a frequency of 50 Hz and an amplitude of 0.8 mm.
  • the basis weight of the applied weight was 0.005 N / mm 2 .
  • the plate was demolded and dried at 150 ° C for 12 h in a drying oven on a plate and allowed to set.
  • the plate had the following dimensions: 500 x 500 x 300 mm 3 .
  • the produced board had the following properties: Dry bulk density p 0 (DIN EN 1094-4 (09/1995)) 0.73 g / cm 3

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung eines ungebrannten, feuerfesten Formkörpers (1) aufweisend eine Bindemittelmatrix (2) enthaltend zumindest ein abgebundenes, permanentes Bindemittel und Zuschlagkörner (3) mit und/oder aus biogener Kieselsäure, vorzugsweise mit und/oder aus Reisschalenasche, welche in die Bindemittelmatrix (2) eingebunden sind, zur thermischen Isolation einer Metallschmelze, insbesondere einer Stahlschmelze, und/oder eines aus der Metallschmelze erstarrenden metallischen Gussblocks sowie die Verwendung des Formkörpers (1) zur thermischen Isolation einer feuerfesten Auskleidung, insbesondere in einem Mehrschichtmauerwerk oder in einem Wärmebehandlungsofen, oder als Korrosionssperre, z.B. gegen Alkaliangriff, oder als Brandschutzauskleidung oder als Filtermaterial für Heißgase.

Description

Verwendung eines wärmedämmenden Formkörpers zur Isolation von Metallschmelzen gegenüber der Atmosphäre oder einem metallurgischen
Gefäß
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung eines wärmedämmenden, feuerfesten, ungebrannten Formkörpers, insbesondere einer Platte, zur thermischen Isolation von Metallschmelzen, insbesondere von Stahlschmelzen, und/oder eines erstarrenden Gussblocks, gegenüber der umgebenden Atmosphäre oder einem metallurgischen Gefäß, insbesondere bei der Herstellung von Stahl in Stahlwerken.
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere die Verwendung einer wärmedämmenden Abdeckplatte zum Abdecken von Metallschmelzen, insbesondere von Stahlschmelzen, und/oder eines erstarrenden Gussblocks, die sich in einem metallurgischen Gefäß befinden.
In der Metallurgie ist es üblich, die freie Oberfläche der sich in einem offenen metallurgischen Gefäß befindlichen Metallschmelze, insbesondere der Stahlschmelze, mit einem Abdeckmittel abzudecken. Das Abdeckmittel bildet eine Schutz- und Wärmedämmschicht. Es schirmt einerseits das Metallschmelzbad vor atmosphärischen Gasen ab, um unerwünschte chemische Reaktionen der Metallschmelze zu vermeiden. Andererseits dient es zur Isolation bzw. Wärmedämmung gegenüber der Atmosphäre. Somit sorgt das Abdeckmittel für eine gute Oberflächenqualität.
Als Abdeckmittel werden üblicherweise lose Schüttungen aus feuerfesten Materialien, insbesondere aus Reisschalenasche verwendet. Reisschalenasche wird in großen Mengen in vielen Reis produzierenden Ländern hergestellt. Sie fällt als Nebenprodukt bei der Verbrennung von Reisschalen (Spelzen) an. Wenn diese verbrannt werden, entsteht Reisschalenasche, die chemisch sehr rein ist und zu 94-96% aus Si02 in amorpher Form besteht. Reisschalenasche wird deshalb auch als biogene Kieselsäure bezeichnet. Sie hat einen sehr hohen Schmelzpunkt von ca. 1 .650 °C. Bei der Herstellung verbrennen die flüch- tigen Bestandteile, wobei aber eine einzigartige, mikroporöse Struktur des Si02 erhalten bleibt. Aus dieser Struktur resultiert sowohl eine extrem niedrige Wärmeleitfähigkeit als auch ein niedriges Schüttgewicht der Reisschalenasche. Reisschalenasche bewirkt aufgrund dessen zwar eine hervorragende Wärmedämmung, allerdings führt sie aufgrund ihrer hohen Feinheit, insbesondere beim Aufbringen auf die Metallschmelzenoberfläche, zu einer hohen Staubbelastung, die gesundheitsgefährdend sein kann, z.B. Augenverletzungen hervorrufen kann. Denn die Feinstaubpartikel können in den menschlichen Körper gelangen. Deshalb müssen beispielsweise Absaugeinrichtungen installiert werden, welche wiederum aufgrund des Absaugens der Reisschalenasche zu Materialverlusten führen.
Aus diesem Grund, ist es auch bekannt, anstelle der reinen Reisschalenasche, Granulate als Abdeckmittel zu verwenden. Die Granulate bestehen aus granulierten feuerfesten Materialien, die mittels eines Bindemittels verfestigt sind. Beispielsweise gehen derartige Granulate aus der DE 10 2013 000 527 A1 , der DE 197 28 368 C1 und der DE 197 31 653 C2 hervor.
Die Granalien der DE 10 2013 000 527 A1 enthalten hauptsächlich, vorzugsweise bis zu 90 Gew.-%, Kieselgur. Als Bindemittel wird z.B. Bentonit, Wasserglas oder Zellulose verwendet. Auch können die Granalien Polyvinylpo- lypyrrolidon als Bindemittel enthalten. Das Granulat schmilzt nach einiger Zeit auf.
Das Granulat der DE 197 28 368 C1 weist Granalien auf, die hergestellt werden aus Reisschalenasche, einem organischen, gelbildenden Bindemittel in Mengen von 1 bis 10 Gew.-% sowie Wasser in Mengen von 20 bis 100 Gew.-%.
Die Kügelchen/Pellets des Granulats der DE 197 31 653 C2 bestehen aus Reisschalenasche, die mit einer oberflächenaktiven Substanz und einem Bindemittel gemischt wird. Bei der oberflächenaktiven Substanz kann es sich um Natriumalginat, Natriumsalz von Carboxymethylcellulose, Natriumhexameta- phosphat oder Mischungen daraus handeln. Bei dem Bindemittel kann es sich um Polyvinylalkohol, Melasse, Natriumhexametaphosphat, Portland-Zement, Natriumsilikat und ausgefälltes Calciumcarbonat und Mischungen daraus handeln. Die Kügelchen/Pellets werden nach dem Mischen und Verpressen getrocknet und dann bei einer Temperatur von 800-1400 °C gebrannt.
Die Granulate führen zwar zu einer deutlich verringerten Staubbelastung im Vergleich zu reiner Reisschalenasche. Sie weisen aber auch ein höheres Schüttgewicht auf und führen somit zu einer schlechteren Isolation. Zudem sind sie herstellungsbedingt deutlich teurer als Schüttungen aus reiner Reisschalenasche.
Bei den abzudeckenden metallurgischen Gefäßen handelt es sich insbesondere um einen Metallverteiler, bevorzugt einen Stranggießverteiler (Tundish), eine Gießpfanne oder eine Kokille für den steigenden oder fallenden Blockguss. Beim Blockguss wird das flüssige Metall in eine stehende Form (Kokille) eingefüllt und erstarrt in dieser. Das Einfüllen kann sowohl von oben (fallender Blockguss) als auch über ein Zuführsystem von unten (steigender Blockguss) geschehen. Nach dem Erstarren wird die Kokille gestrippt, also vom erstarrten Metall gezogen und der Gussblock wird weiterverarbeitet.
Während die Stahlschmelze in der Kokille erstarrt, können sich vor allem im Blockkopf Schwindungshohlräume (Lunker) bilden. Bestandteile mit relativ niedriger Schmelztemperatur werden vor der Kristallisationsfront höher schmelzender Bestandteile her nach oben getrieben. Dadurch und durch die Strömung aufsteigender Gasblasen können sich Elemente wie Schwefel, Phosphor und Kohlenstoff im Blockkopf konzentrieren. Es entstehen so genannte Blockseigerungen. Durch aufgeschwemmte Schlacke kommt es also zu„Kopfabfall". Daher muss der betreffende obere Bereich des Blocks vor der Weiterverarbeitung abgetrennt werden. Durch eine gute thermische Isolation des Blockkopfes kann die Metallschmelze im Blockkopf länger flüssig gehalten werden und erstarrt langsamer. Der Gussblock wird durchgehend dicht und der abzutrennende Teil bleibt relativ klein. Die Kopfisolierung ist im Blockguss daher besonders wichtig.
Beim steigenden Blockguss bei der Stahlerzeugung wird zur Blockkopfisolierung üblicherweise zunächst eine Halteplatte oder eine Metallstange auf die Kokille aufgelegt. Die Halteplatte besteht in der Regel aus wärmeliefernden Materialien (sog.„exotherme Platte") aus Mischungen von verschiedenen feuerfesten Oxiden mit Metallpulver und häufig fluoridhaltigen Komponenten. An der Halteplatte oder der Metallstange ist mittels eines Strickes ein Sack mit Gießpulver befestigt. Der Sack verbrennt nach kurzer Zeit aufgrund der hohen Wärme der Stahlschmelze, so dass sich das Gießpulver auf der Stahlschmelze verteilt und zwischen der Kokille und dem Stahlbad als Trenn- und Schmiermittel wirkt. Anschließend wird die Halteplatte oder die Metallstange entfernt und manuell die jeweilige Schüttung als Abdeckmittel auf die Metallschmelzenoberfläche aufgegeben. Dieses Verfahren ist sehr aufwendig und durch die unmittelbare Nähe zur heißen Kokille für den Ausführenden gefährlich.
Es ist zudem bekannt, durch eine ringförmige Isolationshaube (sog.„Gießhaube") den Kopflunker im Blockkopf zu minimieren. Die Isolationshaube ist als getrenntes Bauteil am oberen Ende der Kokille bzw. am Kokillenkopf angeordnet und in diesen eingesetzt. Sie isoliert so den Kokillenkopf von der Stahlschmelze im Bereich des Blockkopfes. Die Isolationshaube kann als einteiliges Bauteil ausgebildet sein oder aus mehreren miteinander verbundenen Platten bestehen. Die einteiligen Isolationshauben und die Platten bestehen in der Regel aus thermisch isolierendem Material.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines wärmedämmenden Formkörpers, insbesondere einer wärmedämmenden Platte, der zur thermischen Isolation von Metallschmelzen, insbesondere von Stahlschmelzen, gegenüber der umgebenden Atmosphäre und/oder einem metallurgi- sehen Gefäß, insbesondere bei der Herstellung von Stahl, verwendet wird, wobei der Formkörper einfach und kostengünstig herstellbar sein soll, eine gute Wärmedämmung gewährleisten soll und weder gesundheits- noch umweltschädlich sein soll.
Diese Aufgabe wird durch die Verwendung eines Formkörpers, bevorzugt einer Platte, gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den sich anschließenden Unteransprüchen gekennzeichnet.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 : Schematisch einen Querschnittsausschnitt durch die erfindungsgemäß verwendete Platte
Figur 2: Schematisch und stark vereinfacht eine Kokille für den aufsteigenden Blockguss vor Beginn des Gießvorgangs mit einer Abdeckplatte
Figur 3: Die Kokille gemäß Figur 2 während des Gießvorganges
Figur 4: Die Kokille gemäß Figur 2 am Ende des Gießvorganges
Figur 5: Schematisch und stark vereinfacht einen Gießverteiler vor dem An- guss
Figur 6: Den Gießverteiler gemäß Figur 5 nach dem Anguss
Der erfindungsgemäß verwendete, ungebrannte Formkörper 1 (Fig. 1 -6) weist eine Bindemittelmatrix 2 aus zumindest einem abgebundenen Bindemittel auf, in welches Zuschlagkörner 3 aus biogener Kieselsäure, bevorzugt aus Reisschalenasche, eingebettet bzw. eingebunden sind. Die Zuschlagkörner 3 sind in der Bindemittelmatrix 2 verteilt. Bei dem Bindemittel handelt es sich um ein permanentes Bindemittel. Bei einem permanenten Bindemittel handelt es sich um ein Bindemittel, welches unterhalb der Temperatur für den keramischen Brand erhärtet, sich aber bei Temperaturbelastung, insbesondere in einer 02- Atmosphäre, nicht verflüchtigt, sondern umwandelt und eine Bindematrix mit keramischer oder anderer Bindung ausbildet. Permanente Bindemittel sorgen somit für den Zusammenhalt des ungebrannten Formkörpers 1 bei Raumtemperatur als auch im Einsatz unter Temperaturbelastung, insbesondere in einer 02-Atmosphäre. Im Gegensatz dazu brennt ein temporäres Bindemittel bei Temperaturbelastung aus und verflüchtigt sich. Permanente Bindemittel erhärten bei einer Temperatur unterhalb der Temperatur für den keramischen Brand, z.B. bei Raumtemperatur, z.B. hydraulisch oder chemisch (anorganisch oder organisch-anorganisch) oder organisch. Unter Temperaturbelastung bilden sie z.B. durch Versinterung eine direkte keramische Bindung. Phosphatbindungen und Zementbindungen werden bei Temperaturbelastung beispielsweise umgewandelt, bleiben aber bestehen.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem permanenten Bindemittel um ein anorganisches Bindemittel, bevorzugt um Wasserglas oder einen Sol-Gel-Binder oder einen Phosphatbinder oder Tonerdezement oder Portlandzement.
Die Bindemittelmatrix 2 kann selbstverständlich auch aus mehreren permanenten Bindemitteln bestehen. Dadurch können in besonders vorteilhafter Weise bestimmte Eigenschaften des Formkörpers 1 eingestellt werden.
Auch kann die Bindemittelmatrix 2 zusätzlich zumindest ein abgebundenes temporäres Bindemittel aufweisen. Vorzugsweise besteht die Bindemittelmatrix 2 allerdings ausschließlich aus einem oder mehreren permanenten, abgebundenen Bindemitteln. Es handelt sich somit um eine permanente Bindemittelmatrix 2.
Bei der biogenen Kieselsäure handelt es sich vorzugsweise ausschließlich um Reisschalenasche. Es kann sich aber auch um Diatomeenerde (Kieselgur) oder Kieselschiefer oder diagenetisch zu Gestein verfestigte Radiolarienske- lette oder Schwämme aus Opal, handeln. Es können auch Mischungen unterschiedlicher biogener Kieselsäuren als Zuschlagstoff vorhanden sein.
Des Weiteren kann der Formkörper 1 auch weitere Zuschlagstoffe aus feuerfestem Material aufweisen. Zuschlagstoffe im Sinne der Erfindung sind allge- mein Stoffe, die bzw. deren Körner in der Bindemittelmatrix 2 verteilt sind und in diese eingebunden bzw. eingebettet sind. Die Zuschlagstoffe reagieren dabei beim Abbinden nicht oder nur oberflächlich mit dem Bindemittel. Die Zuschlagkörner sind somit im Wesentlichen mechanisch in die Bindemittelmatrix 2 eingebunden.
Insbesondere weist der Formkörper 1 Mikrosilika, bevorzugt pyrogene und/oder gefällte Kieselsäure, als Zuschlagstoff auf. Auch kann der Formkörper 1 expandierten Perlit und/oder expandierten Vermiculit und/oder geblähten Ton und/oder anorganische Fasern, bevorzugt Mineral- und/oder Schlacken- und/oder Glas- und/oder Keramik-Fasern, und/oder Flugaschen und/oder (Kraftwerks-) Filterstäube als Zuschlagstoff aufweisen.
Mikrosilika, Flugaschen und/oder (Kraftwerks-) Filterstäube können auch reagieren und die Bindemittelmatrix ausbilden, je nachdem, ob Reaktionspartner in der Mischung vorhanden sind. In diesem Fall werden sie nicht zu den Zuschlagstoffen, sondern zum Bindemittel gezählt.
Vorzugsweise besteht der Zuschlag des Formkörpers 1 zu mindestens 50 Gew.-%, bevorzugt zu mindestens 80 Gew.-%, besonders bevorzugt zu mindestens 90 Gew.-%, aus biogener Kieselsäure, bevorzugt aus Reisschalenasche, jeweils bezogen auf den Gesamtgehalt (Trockenmasse) an Zuschlagstoffen. Vorteilhafterweise weist der Formkörper 1 ausschließlich biogene Kieselsäure, bevorzugt ausschließlich Reisschalenasche, als Zuschlagstoff auf. Der Zuschlag des Formkörpers 1 besteht somit vorteilhafterweise zu 100 Gew. -% aus biogener Kieselsäure, bevorzugt zu 100 Gew. -% aus Reisschalenasche.
Die Herstellung des erfindungsgemäßen Formkörpers 1 erfolgt wie folgt:
Zunächst werden die trockenen Bestandteile gemischt. Bei den trockenen Bestandteilen handelt es sich um die biogene Kieselsäure und gegebenenfalls die anderen Zuschlagstoffe sowie gegebenenfalls zumindest ein permanentes Bindemittel, falls dieses in trockener Form vorliegt. Anschließend wird der Tro- ckenmischung Wasser oder ein anderes flüssiges Lösungsmittel zum Lösen oder Dispergieren oder Aktivieren des Bindemittels zugegeben. Zumindest ein permanentes Bindemittel kann aber auch in bereits gelöster bzw. dispergierter Form vorliegen und der Trockenmischung aus den übrigen Bestandteilen in flüssiger Form zugegeben werden.
Die Zusammensetzung der fertigen Mischung wird vorzugsweise so eingestellt, dass die Mischung nach 30s unter Vibration ein Ausbreitmaß, bestimmt in Anlehnung an DIN EN ISO 1927-4 (03/2013), von 200 bis 500 mm, bevorzugt 250 bis 350 mm. aufweist, ohne dass eine Auftrennung zwischen Grob- und Feinkornanteilen auftritt, wie dies bei reiner Reisschalenasche der Fall ist.
Vorzugsweise weist die fertige Mischung bzw. der fertige Versatz zur Herstellung des Formkörpers 1 bezüglich der trockenen Bestandteile folgende Zusammensetzung bezogen auf die gesamte Trockenmasse auf, wobei sich die einzelnen Bestandteile zu 100 Gew.-% ergänzen:
Des Weiteren beträgt das Gewichtsverhältnis des flüssigen Lösungsmittels, vorzugsweise des Wassers, zu den trockenen Bestandteilen vorzugsweise 2:1 bis 1 :9, bevorzugt 1 :1 bis 3:7.
Die verwendete Reisschalenasche weist zudem vorzugsweise folgende chemische Zusammensetzung gemäß DIN EN ISO 12677 (02/2013) auf, wobei sich die einzelnen Bestandteile (glühverlustfrei) zu 100 Gew.-% addieren: Anteil [Gew.-%]
vorzugsweise
Si02 92 bis 98 94 bis 97
P205 0,5 bis 2,0 0,5 bis 1 ,5
K20 1 ,0 bis 3,0 1 ,5 bis 2,5
Rest-Oxide 0,5 bis 3,0 1 ,0 bis 2,0
Die verwendete biogene Kieselsäure, insbesondere die Reisschalenasche, weist außerdem vorzugsweise folgende Kornverteilung gemäß DIN 66165- 2 (04/1987) bezogen auf die Trockenmasse auf, wobei sich die einzelnen Bestandteile zu 100 Gew.-% addieren:
Das Schüttgewicht gemäß DIN EN 1097-3 (06/1998) der verwendeten biogene Kieselsäure, insbesondere der Reisschalenasche, beträgt vorzugsweise 0,05 bis 0,5 g/cm3, bevorzugt 0,1 bis 0,4 g/cm3.
Die fertige Mischung wird anschließend in eine Form gegeben und in dieser verdichtet. Das Verdichten erfolgt insbesondere mittels Auflastvibration oder uniaxialem Pressen.
Bei der Auflastvibration befindet sich die Form auf einem Vibrationstisch. Auf die sich in der Form befindliche fertige Mischung wird ein Gewicht aufgelegt, der Vibrationstisch aktiviert und die Mischung mittels Vibration verdichtet. Mittels Auflastvibration werden in der Regel kleinere Formate hergestellt. Beim uniaxialen Pressen wird die mit der fertigen Mischung befüllte Form in eine Presse eingelegt, wobei auf die Mischung eine Deckplatte aufgelegt wird. Dann wird der Oberstempel der Presse gegen die Deckplatte gefahren und die Mischung so mit bestimmtem Druck verdichtet. Vorzugsweise werden mehrere Presshübe durchgeführt. Mittels uniaxialem Pressen werden in der Regel größere Formate hergestellt.
Nach dem Verdichten wird der grünfeste Formkörper entformt und Abbinden gelassen. Die Temperatur zum Abbinden wird so gewählt, dass das Bindemittel abbindet bzw. erhärtet. Sie liegt unterhalb der Temperatur für den keramischen Brand. Der erfindungsgemäße Formkörper 1 ist somit ungebrannt. Zementgebundene Formkörper werden vorzugsweise bei Raumtemperatur abbinden gelassen, bevorzugt bis zur Gewichtskonstanz. Bei anderen Bindemitteln, z.B. bei Wasserglas oder Sol-Gel-Binder erfolgt das Abbinden lassen insbesondere bei 1 10 bis 200 °C für vorzugsweise 4 bis 12 h. Phosphatgebundene Formkörper werden vorzugsweise Abbinden gelassen bei Temperaturen von 200 bis 500 °C um eine vollständige Bindung unter Wasserabgabe zu gewährleisten oder bis 1000 °C um eine wasserunlösliche Bindung zu erhalten.
Der erfindungsgemäß verwendete Formkörper 1 weist dann vorzugsweise eine Trockenrohdichte p0 von 0,3 bis 1 ,5 g/cm3, bevorzugt von 0,5 bis 1 ,3 g/cm3 gemäß DIN EN 1094-4 (09/1995) auf.
Zudem weist der Formkörper 1 vorzugsweise eine Porosität von 60 bis 90 %, bevorzugt von 70 bis 80 % gemäß DIN EN 1094-4 (09/1995) auf.
Die Kaltdruckfestigkeit des Formkörpers 1 liegt vorzugsweise bei 1 ,5 bis 20,0 MPa, bevorzugt bei 2,5 bis15,0 MPa gemäß DIN EN 993-5 (12/1998).
Und die Kaltbiegefestigkeit des Formkörpers 1 beträgt vorzugsweise 1 ,0 bis 9,0 MPa, bevorzugt 1 ,5 bis 7,0 MPa gemäß DIN EN 993-6 (04/1995).
Die Heißbiegefestigkeit des Formkörpers 1 beträgt vorzugsweise 1 ,5 bis 7,0 MPa, bevorzugt 2,0 bis 5,0 MPa gemäß DIN EN 993-7 (04/1995). Zudem weist der Formkörper 1 vorzugsweise einen Erweichungspunkt bestimmt mit einem Erhitzungsmikroskop gemäß DIN EN 51730 (09/2007) von 800 bis 1700 °C, bevorzugt 1200 bis 1650 °C auf. Somit ist der Formkörper 1 für den dauerhaften bzw. permanenten Einsatz bei sehr hohen Temperaturen geeignet.
Außerdem weist der Formkörper 1 vorzugsweise folgende Wärmeleitfähigkeiten gemäß DIN EN 993-15 (07/2005) auf:
Der erfindungsgemäße Formkörper 1 weist außerdem vorzugsweise folgende chemische Zusammensetzung gemäß DIN EN ISO 12677 (02/2013) auf, wobei sich die einzelnen Bestandteile (glühverlustfrei) zu 100 Gew.-% addieren:
Wie bereits erläutert, wird der Formkörper 1 erfindungsgemäß zur thermischen Isolierung einer Metallschmelze, insbesondere einer Stahlschmelze von der Umgebung verwendet. Vorzugsweise wird der Formkörper 1 zur thermischen Kopfblockisolierung beim steigenden Blockguss verwendet.
Ein Blockgussvorrichtung 4 (Fig. 2 und 3) für den steigenden Blockguss von Metall, insbesondere von Stahl, weist üblicherweise ein Untergestell 5 mit einem Gießkanal 6 zum Zuführen des geschmolzenen Metalls, insbesondere des Stahls, auf. Zudem weist die Blockgussvorrichtung 4 eine rohrförmige Kokille 7 zur Aufnahme eines Metallbades 8 aus Metallschmelze auf. Die Kokille 7 weist ein unteres und ein oberes, offenes Kokillenende 7a;b auf. Das obere Kokillenende 7b bildet einen Kokillenkopf 9 der Kokille 7.
Gemäß einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung wird der Formkörper 1 als Abdeckplatte 10 zum Abdecken des oberen, offenen Kokillenendes 7b verwendet. Die Abdeckplatte 10 wird dazu vor Beginn des Blockgusses (Fig. 2) auf den Kokillenkopf 9 aufgelegt. Die Auflegung auf die Kokille 7 erfolgt somit ohne direkte Berührung mit dem Metallbad 8. Das Metallbad 8 wird somit durch die Abdeckplatte 10 indirekt, also ohne direkten Kontakt, thermisch isoliert. An der Abdeckplatte 10 ist ein mit Gießpulver befüllter Gießpulversack 1 1 derart befestigt, dass er von der Abdeckplatte 10 herunter hängt, in die Kokille 7 hinein. Zur Befestigung des Gießpulversackes 1 1 weist die Abdeckplatte 10 vorzugsweise eine von der einen zur anderen Plattenoberfläche durchgehende, mittige Aussparung 12 auf.
Nun wird die Metallschmelze, insbesondere die Stahlschmelze, durch den Gießkanal 6 von unten in die Kokille 7 eingefüllt und steigt in dieser nach oben (Fig. 3). Das Metallbad 8, insbesondere das Stahlbad, weist in der Regel eine Temperatur von ca. 1550°C auf. Der Gießpulversack 1 1 verbrennt deshalb nach kurzer Zeit aufgrund der hohen Wärme der Stahlschmelze, so dass sich das Gießpulver auf einer Metallbadoberfläche 8a verteilt und eine oberflächliche Gießpulverschicht 3 bildet. Das Gießpulver verteilt sich zudem zwischen der Kokille 7 und dem Metallbad 8 und wirkt als Trenn- und Schmiermittel. Das Metallbad 8 steigt während des Angusses bis zur Abdeckplatte 10 an und bildet einen erstarrenden Gussblock 14 mit einem oberen Blockkopf 15 (Fig. 4). Die Abdeckplatte 10 isoliert den Blockkopf 15 von der Atmosphäre und sorgt dadurch für eine langsame Abkühlung des Blockkopfes 15.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt der Erfindung wird der Formkörper 1 als Isolierplatte 16 für eine Gießhaube bzw. Isolierhaube 17 zur thermischen Isolation des Blockkopfes 15 von der Kokille 7, insbesondere vom Kokillenkopf 9, verwendet. Die ringförmige Isolierhaube 17 besteht aus mehreren, miteinander verbundenen, in Umfangsrichtung der Kokille 7 zueinander benachbart angeordneten, Isolierplatten 16. Sie dient zur inneren Auskleidung des Kokillenkopfes 9. Die Isolierhaube 17 liegt somit innenseitig an einer Kokillenwandung 18 an. Sie kann auch am oberen Kokillenende 7b über die Kokille 7 überstehen (nicht dargestellt). In diesem Fall wird sie insbesondere zusammen mit einer losen Schüttung zur Isolation der Metallbadoberfläche 8a verwendet, welche am Ende des Gießvorganges abgesaugt wird.
Die Isolierhaube 17 kann auch einteilig ausgebildet sein und der Formkörper 1 somit als Isolierhaube 17 verwendet werden.
Der Formkörper 1 kann in vorteilhafter Weise auch als Abdeckplatte zum Abdecken bzw. zur Isolation der freien Metallbadoberfläche 8a in einem anderen, oben offenen, metallurgischen Gefäß verwendet werden. Insbesondere kann der Formkörper 1 als Abdeckplatte 19 für einen Gießverteiler 20 (Fig. 5 und 6), bevorzugt einen Stranggießverteiler (Tundish) verwendet werden.
Vor dem Anguss wird der Gießverteiler 20 vorzugsweise mit mehreren Ab- deckplatten 19 abgedeckt (Fig. 5). Während des Angusses steigt das Metallbad 8 bis zu den Abdeckplatten 19 an. Diese bilden eine die Metallbadoberfläche 8a abdeckende, durchgehende, isolierende Abdeckschicht.
Der Formkörper 1 kann zudem auch in vorteilhafter Weise als Abdeckplatte zum Abdecken bzw. zur Isolation der freien Metallbadoberfläche 8a in einer Gießpfanne oder in Rinnen verwendet werden. Der Formkörper 1 kann zudem auch direkt auf die Metallbadoberfläche 8a aufgelegt werden, so dass er auf dieser schwimmt.
Zudem kann der Formkörper 1 als thermische Isolation in einem Mehrschichtmauerwerk oder in Wärmebehandlungsöfen für feuerfeste Auskleidungen oder als Korrosionssperre (z.B. gegen Alkaiiangriff) oder als Brandschutzauskleidung oder als Filtermaterial für Heißgase verwendet werden.
Der erfindungsgemäß verwendete Formkörper 1 weist bei niedrigen Temperaturen als auch bei hohen Temperaturen eine geringe Wärmeleitfähigkeit und dadurch hervorragende wärmedämmende Eigenschaften auf. Bei der Verwendung zur Blockkopfisolation im steigenden Blockguss gewährleistet dies eine konstant gute Blockkopfqualität. Die gute Wärmedämmung resultiert insbesondere aus den sehr guten wärmedämmenden Eigenschaften der bioge- nen Kieselsäure und deren sehr hohem Schmelzpunkt von ca. 1650 °C.
Des Weiteren ist der Formkörper 1 schadstofffrei. Außerdem handelt es sich bei der Reisschalenasche um ein natürliches Recyclingprodukt.
Bei der Verwendung der Abdeckplatte 10 gleichzeitig als Halteplatte für den Gießpulversack 1 1 und im Anschluss daran zur Isolation des Blockkopfes 15 entfällt ein zusätzlicher Verfahrensschritt. Denn ein Entfernen der Halteplatte und das anschließende Aufbringen der losen Reisschalenasche entfällt.
Zudem ist die Staubbelastung deutlich reduziert. Das Auflegen der Abdeckplatte n 10;19 auf die Kokille 7 bzw. den Gießverteiler 20 ist zudem deutlich einfacher als das Aufbringen einer losen Schüttung auf die Metallbadoberfläche 8a. Außerdem kann dies vor dem Einfüllen der Metallschmelze erfolgen, was für den jeweiligen Arbeiter eine deutlich geringere Temperaturbelastung bedeutet.
Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, als Zuschlagstoff anstelle oder zusätzlich zu der reinen biogenen Kieselsäure ein Granulat aus biogener Kieselsäure, insbesondere aus Reisschalenasche, zu verwenden. Die Granulatkör- ner bzw. die Zuschlagkörner bestehen in diesem Fall aus agglomerierten Körnern aus der biogenen Kieselsäure, welche mit einem abgebundenen Bindemittel gebunden sind. Die Zuschlagkörner 3 aus der reinen biogenen Kieselsäure , insbesondere Reisschalenasche, sind aber bevorzugt.
Auch kann die Herstellung vorteilhaft dadurch erfolgen, dass die biogene Kieselsäure, insbesondere die Reisschalenasche, vor dem Mischen mit den anderen Bestandteilen des Formkörpers mit Wasser und/oder zumindest einem Bindemittel granuliert wird und das weiche bzw. plastische, noch nicht abgebundene Granulat den übrigen Bestandteilen zugemischt wird. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Bindemittel um dasselbe Bindemittel bzw. dieselben Bindemittel, welches bzw. welche für den Formkörper verwendet wird bzw. werden. Beim Verdichten oder Pressen werden die plastischen Granulatkörner zerstört, so dass der erfindungsgemäße Formkörper mit den Zuschlagkörnern aus der biogenen Kieselsäure entsteht. Vorteil dieser Verfahrensvariante ist, dass die Staubentwicklung geringer ist.
Ausführunqsbeispiel:
Es wurde eine erfindungsgemäße Platte aus einem Versatz mit folgender Zusammensetzung mittels Auflastvibration hergestellt:
Die fertige Mischung wurde für 30 s mit einer Frequenz von 50 Hz und einer Amplitude von 0,8 mm verdichtet. Das Flächengewicht des aufgelegten Gewichts betrug 0,005 N/mm2. Die Platte wurde entformt und bei 150°C für 12 h im Trockenschrank auf einem Blech getrocknet und abbinden gelassen. Die Platte wies folgende Maße auf: 500 x 500 x 300 mm3. Die hergestellten Platte hatte folgende Eigenschaften: Trockenrohdichte p0 (DIN EN 1094-4 (09/1995)) 0,73 g/cm3
Porosität (DIN EN 1094-4 (09/1995)) 70,00 %
Kaltdruckfestigkeit (DIN EN 993-5 (12/1998)) 4,4 N/mm2
Kaltbiegefestigkeit (DIN EN 993-6 (04/1995)) 2,4 N/mm2

Claims

Ansprüche
1 . Verwendung eines ungebrannten, feuerfesten Formkörpers (1 ) aufweisend eine Bindemittelmatrix (2) enthaltend zumindest ein abgebundenes, permanentes Bindemittel und Zuschlagkörner (3) mit und/oder aus biogener Kieselsäure, vorzugsweise mit und/oder aus Reisschalenasche, welche in die Bindemittelmatrix (2) eingebunden sind, zur thermischen Isolation einer Metallschmelze, insbesondere einer Stahlschmelze, und/oder eines aus der Metallschmelze erstarrenden metallischen Gussblocks (14).
2. Verwendung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Formkörper (1 ) zur thermischen Isolation der Stahlschmelze und/oder des Gussblocks (14) bei der Stahlherstellung verwendet wird.
3. Verwendung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Formkörper (1 ) zur thermischen Isolation der Metallschmelze, insbesondere der Stahlschmelze, und/oder des Gussblocks (14) beim steigenden Blockguss verwendet wird.
4. Verwendung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Formkörper (1 ) zur thermischen Isolation eines Blockkopfes (15) des Gussblockes (14) verwendet wird.
5. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Formkörper (1 ) zur thermischen Isolation der sich in einem metallurgischen Gefäß befindlichen Metallschmelze, insbesondere der Stahlschmelze, und/oder des sich in einem metallurgischen Gefäß be- findlichen Gussblocks (14), von dem Gefäß und/oder der Atmosphäre verwendet wird.
6. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Formkörper (1 ) als Abdeckplatte (10) zum Abdecken und zur thermischen Isolation eines sich in einer Kokille (7) befindlichen Metallbades (8), insbesondere Stahlbades, vorzugsweise beim fallenden oder steigenden Blockguss, verwendet wird.
7. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Formkörper (1 ) als Abdeckplatte (19) zum Abdecken und zur thermischen Isolation eines sich in einem Gießverteiler (20) befindlichen Metallbades (8), insbesondere eines Stahlbades, verwendet wird.
8. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
es sich bei dem zumindest einen permanenten Bindemittel um ein anorganisches Bindemittel, bevorzugt um Wasserglas oder einen Sol- Gel-Binder oder einen Phosphatbinder oder Tonerdezement oder Portlandzement handelt.
9. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
es sich bei der biogenen Kieselsäure um Reisschalenasche und/oder um Diatomeenerde (Kieselgur) und/oder um Kieselschiefer oder diagenetisch zu Gestein verfestigte Radiolarienskelette oder Schwämme aus Opal, handelt.
10. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Zuschlag des Formkörpers (1 ) zu mindestens 50 Gew.-%, vorzugsweise zu mindestens 80 Gew.-%, bevorzugt zu mindestens 90 Gew.-%, besonders bevorzugt zu 100 Gew.-%, aus biogener Kieselsäure, bevorzugt aus Reisschalenasche, bezogen auf die gesamte Trockenmasse an Zuschlagstoffen, besteht. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die biogene Kieselsäure, insbesondere die Reisschalenasche, folgende Kornverteilung gemäß DIN 66165-2 (04/1987) bezogen auf die Trockenmasse aufweist, wobei sich die einzelnen Bestandteile zu 100 Gew.-% addieren:
Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Formkörper (1 ) eine Trockenrohdichte p0 von 0,3 bis 1 ,5 g/cm3, bevorzugt von 0,5 bis 1 ,3 g/cm3 gemäß DIN EN 1094-4 (09/1995) aufweist.
Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Formkörper (1 ) eine Porosität von 60 bis 90 %, bevorzugt von 70 bis 80 % gemäß DIN EN 1094-4 (09/1995) aufweist.
14. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der Formkörper (1 ) eine Kaltdruckfestigkeit von 1 ,5 bis 20,0 MPa, bevorzugt von 2,5 bis 15,0 MPa gemäß DIN EN 993-5 (12/1998) aufweist.
Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Formkörper (1 ) eine Kaltbiegefestigkeit von 1 ,0 bis 9,0 MPa, bevorzugt von 1 ,5 bis 7,0 MPa gemäß DIN EN 993-6 (04/1995) aufweist.
Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Formkörper (1 ) eine Heißbiegefestigkeit von 1 ,5 bis 7,0 MPa, bevorzugt von 2,0 bis 5,0 MPa gemäß DIN EN 993-7 (04/1995) aufweist.
Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Formkörper (1 ) einen Erweichungspunkt bestimmt mit einem Erhitzungsmikroskop gemäß DIN EN 51730 (09/2007) von 800 bis 1700 °C, bevorzugt 1200 bis 1650 °C aufweist.
Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Formkörper (1 ) folgende Wärmeleitfähigkeiten WLF
DIN EN 993-15 (07/2005) aufweist: WLF [W/mK]
vorzugsweise
bei 26°C 0,10 bis 0,14 0,1 1 bis 0,13
bei 307°C 0,12 bis 0,16 0,13 bis 0,15
bei 700°C 0,17 bis 0,21 0,18 bis 0,20
bei 995°C 0,25 bis 0,29 0,26 bis 0,28
19. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Formkörper (1 ) folgende chemische Zusammensetzung gemäß DIN EN ISO 12677 (02/2013) aufweist, wobei sich die einzelnen Bestandteile (glühverlustfrei) zu 100 Gew.-% addieren:
Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die die biogene aufweisenden Zuschlagkörner aus agglomerierten Körnern aus der biogenen Kieselsäure bestehen, welche mit zumindest einem abgebundenen Bindemittel gebunden sind.
21 . Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Formkörper (1 ) verwendet wird, der mit folgenden Verfahrensschritten hergestellt ist:
a) Herstellen einer Mischung aufweisend die Zuschlagkörner (3) mit und/oder aus der biogenen Kieselsäure, das zumindest eine permanente Bindemittel, und gegebenenfalls eines Lösungsmittels für das permanente Bindemittel,
b) Einfüllen der Mischung in eine Form,
c) Verdichten der Mischung,
d) Entformen des grünfesten Formkörpers (1 ),
e) Abbinden lassen des Formkörpers (1 ).
22. Verwendung nach Anspruch 21 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Formkörper (1 ) verwendet wird, der hergestellt ist aus einer Mischung, deren Zusammensetzung so eingestellt ist, dass die Mischung nach 30 s unter Vibration ein Ausbreitmaß, bestimmt in Anlehnung an DIN EN ISO 1927-4 (03/2013), von 200 bis 500 mm, bevorzugt 250 bis 350 mm aufweist.
23. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Formkörper (1 ) verwendet wird, der hergestellt ist aus einer Mischung, die bezogen auf die gesamte Trockenmasse folgende Zusammensetzung aufweist, wobei sich die einzelnen Bestandteile zu 100 Gew.-% ergänzen:
Anteil [Gew.-%]
vorzugsweise
Biogene Kieselsäure, vorzugsweise 20,0 bis 95,0 45,0 bis 90,0
Reisschalenasche
Permanentes Bindemittel 5,0 bis 30,0 10,0 bis 20,0
Weitere Zuschlagstoffe 0 bis 20,0 0 bis 10,0
Sonstige Bestandteile 0 bis 30,0 0 bis 25,0
24. Verwendung nach einem der Ansprüche 21 bis 23,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Formkörper (1 ) verwendet wird, der hergestellt ist indem die Zuschlagkörner (3) aus der biogene Kieselsäure vor dem Mischen mit den übrigen Bestandteilen der Mischung mit Wasser und/oder zumindest einem Bindemittel zu Granulatkörnern agglomeriert werden und die Granulatkörner in plastischem Zustand mit den übrigen Bestandteilen der Mischung gemischt werden.
Verwendung eines ungebrannten, feuerfesten Formkörpers (1 ) aufweisend eine Bindemittelmatrix (2) enthaltend zumindest ein abgebundenes, permanentes Bindemittel und Zuschlagkörner (3) mit und/oder aus biogener Kieselsäure, vorzugsweise aus Reisschalenasche, welche in die Bindemittelmatrix (2) eingebunden sind, zur thermischen Isolation einer feuerfesten Auskleidung, insbesondere in einem Mehrschichtmauerwerk oder in einem Wärmebehandlungsofen, oder als Korrosionssperre, z.B. gegen Alkaliangriff, oder als Brandschutzauskleidung oder als Filtermaterial für Heißgase.
Verwendung nach Anspruch 25,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Formkörper (1 ) mit den Merkmalen von einem der Ansprüche 8 bis 24 verwendet wird.
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