ES2652014T3

ES2652014T3 - Procedimiento para la fabricación de un elemento aislante modular

Info

Publication number: ES2652014T3
Application number: ES15703270.7T
Authority: ES
Inventors: Torsten Kornmeyer
Original assignee: Nippon Kornmeyer Carbon Group GmbH
Current assignee: Nippon Kornmeyer Carbon Group GmbH
Priority date: 2014-02-10
Filing date: 2015-02-04
Publication date: 2018-01-31
Anticipated expiration: 2035-02-04
Also published as: WO2015118018A1; EP3105197A1; EP3105197B1; RS56672B1; DK3105197T3; PL3105197T3; SI3105197T1

Abstract

Procedimiento para la fabricación de un elemento aislante modular de materiales de carbono compuesto de dos elementos tubulares de grafito o de CFC dispuestos a distancia uno de otro y en forma de placa, redondos o insertados el uno en el otro, caracterizado por que el espacio intermedio entre los elementos de grafito o CFC se rellena con un elemento de núcleo térmicamente aislante, fabricándose el elemento de núcleo de un fieltro blando o duro de fibras de grafito o CFC enriquecido con partículas de negro de carbono, introduciéndose las partículas de negro de carbono en el fieltro y sometiéndose el fieltro a continuación a un tratamiento térmico por separado o entre los elementos de grafito o CFC para la fabricación de un elemento aislante con una estructura sándwich.

Description

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

DESCRIPCION

Procedimiento para la fabricacion de un elemento aislante modular

La invencion se refiere a un procedimiento para la fabricacion de un elemento aislante modular de materiales de carbono compuesto de dos elementos tubulares de grafito o CFC dispuestos a distancia uno de otro y en forma de placa, redondos o insertados el uno en el otro.

Los materiales de grafito habituales no resultan muy adecuados como material aislante, dado que la conductividad termica de 50-150 W/mK es bastante alta. Esto significa que para el uso de placas de grafito como elementos aislantes es preciso tomar medidas para reducir la conductividad termica. Esto se puede conseguir, por una parte, influyendo de forma correspondiente en los materiales utilizados o, por otra parte, utilizando materiales compuestos.

Asf, en el documento DE 10 2011 007 075 A1 se describe un cuerpo moldeado de carbono grafitado con una conductividad termica reducida y un procedimiento para su fabricacion. Un cuerpo moldeado como este se fabrica, por ejemplo, vertiendo en un molde de fundicion de yeso una barbotina premezclada con carbon activo sinterizado con un tamano de partfcula inferior a 3 pm y un agente dispersante (barbotina: se trata de una masa lfquida, pastosa a semilfquida).

Mediante el efecto de succion del molde de yeso ya se produce una compactacion de la pieza en verde. A continuacion, la pieza en verde se retira del molde de yeso, se seca y se carboniza a una temperatura de 600- 1.500°C y se grafita a 2.800°C. De este modo se puede fabricar un cuerpo moldeado de carbono con una conductividad termica considerablemente menor de 35 W/mK.

Del documento DE 10 2020 030 474 A1 se deduce un cuerpo moldeado fabricado mediante un procedimiento de preimpregnado en polvo y reforzado con fibras de carbono (CFC). Con esta finalidad, un precursor de matriz de carbono pulverulento que contiene un termoplastico o un prepolfmero duroplastico se aplica a al menos una cara de una capa de tejido de un material que contiene al menos un 49% en peso de carbono. A continuacion se fabrica un producto preimpregnado mediante un tratamiento termico, laminandose a continuacion varios productos preimpregnados unos encima de otros y fabricandose una pieza en verde mediante prensado a una temperatura de reticulacion. Acto seguido, esta pieza en verde se carboniza a una temperatura minima de 400°C.

En el documento DE 10 2012 204 345 A1 se describe un material compuesto similar reforzado con fibras de grafito o fibras de carbono con dos caras planas, en el que la estructura de fibra se impregna con un material de matriz que contiene al menos un termoplastico. Una de las caras planas presenta una superficie perfilada, con lo que se debe lograr una mejor apilabilidad eliminandose uniformemente, al comprimir las capas para formar un laminado, el aire que se encuentra entre las mismas, de manera que se puedan evitar las bolsas de aire.

A partir de estos materiales se pueden fabricar elementos aislantes con una estructura sandwich. Esto significa que un cuerpo de nucleo en forma de placa, es decir, un cuerpo moldeado de carbono, un cuerpo moldeado de CFC, un laminado o una placa de fieltro duro o blando, se lamina respectivamente en al menos una de las dos caras planas de una placa de grafito estabilizante o de CFC. Tambien son posibles otros revestimientos de la placa aislante para la proteccion contra la erosion, la proteccion contra la reflexion o similares.

La capa central de estos elementos aislantes es decisiva para la conductividad termica, es decir, para el grado de aislamiento.

El documento FR 2 921 860 A1 revela un procedimiento para la fabricacion de un elemento aislante modular a partir de materiales de carbono para su uso en el revestimiento de dispositivos de proceso termicos como hornos de alta temperatura. Los elementos aislantes se componen de dos elementos tubulares de grafito dispuestos a distancia uno de otro e insertados el uno en el otro, con un elemento aislante de negro de carbono que rellena el espacio intermedio. El elemento aislante se puede configurar como una estructura sandwich y puede someterse a un tratamiento termico posterior.

Por ultimo, del documento US 3 616 045 A se deduce un elemento aislante formado por dos elementos de grafito dispuestos a distancia uno de otro, entre los que se dispone un material aislante. El material aislante puede contener negro de carbono y una resina de alcohol furfunlico y se mezcla con un lfquido para la formacion de una barbotina a fin de producir una pieza en verde. A continuacion, esta pieza en verde se endurece entre los elementos de grafito y se endurece termicamente para formar una estructura sandwich.

Por consiguiente, la invencion se basa en la tarea de crear un elemento aislante modular de materiales de carbono con una conductividad termica reducida que se pueda fabricar de un modo especialmente economico y que presente una duracion mas prolongada.

La tarea en la que se basa la invencion se resuelve con un procedimiento para la fabricacion de un elemento aislante modular de materiales de carbono compuesto de dos elementos tubulares de grafito o CFC dispuestos a distancia uno de otro y en forma de placa, redondos o insertados el uno en el otro, gracias a que el espacio intermedio entre los elementos de grafito o de CFC se rellena con un elemento de nucleo termicamente aislante, fabricandose el elemento de nucleo de un fieltro blando o duro de fibras de grafito o CFC y enriquecido con partfculas de negro de carbono, introduciendo las partfculas de negro de carbono en el fieltro y sometiendo a

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

continuacion el fieltro a un tratamiento termico, ya sea por separado o entre los elementos de grafito o CFC, para producir un elemento aislante con una estructura sandwich.

En una continuacion de la invencion, un aglutinante organico o inorganico se anade al negro de carbono al verterlo al molde de prensa o entre los elementos de grafito o CFC.

Finalmente, el elemento aislante se puede someter a un tratamiento termico posterior a fin de configurar una estructura sandwich solida.

Ademas, el elemento aislante acabado se puede dotar, al menos por un lado, de revestimientos para la proteccion contra la erosion o para la proteccion contra la reflexion.

El elemento aislante modular fabricado de acuerdo con el procedimiento segun la invencion se puede utilizar de forma especialmente ventajosa para revestir dispositivos de proceso termicos tales como hornos de recocido, hornos de calcinado, equipos de recubrimiento u otros equipos de proceso que funcionan en la gama de altas temperaturas.

La invencion se explica a continuacion mas detalladamente por medio de un ejemplo de realizacion.

El elemento fundamental de un elemento aislante segun la invencion, que puede presentar una forma de placa, rectangular, redonda o tubular, es el uso en su mayor parte o exclusivamente de negro de carbono como elemento aislante o de nucleo entre dos elementos de grafito o CFC. Los elementos de grafito o CFC son los elementos que dan forma a este elemento aislante. Se entiende que los elementos aislantes tubulares se deben componer de tubos con diametros diferentes para poder insertarlos coaxialmente unos en otros, de manera que se pueda rellenar un espacio intermedio con el elemento de nucleo. Este material esta disponible practicamente de forma ilimitada como material de desecho y, en dependencia de la gama de temperaturas, presenta un efecto aislante considerablemente mayor que supera el de las medidas conocidas hasta en un 100%.

El uso de negro de carbono para el elemento de nucleo tiene ventajas significativas en comparacion con un material aislante convencional que consisten en que se puede lograr un ahorro de costes en la mayona de los casos del 50% y mas, mejorandose enormemente la pureza de los modulos y siendo posible, en caso de una contaminacion o un desgaste condicionado por el proceso, reemplazar facilmente el elemento de nucleo sin necesidad de sustituir los modulos por completo.

Se pueden observar otras ventajas adicionales en el hecho de que la conductividad termica del material aislante negro de carbono es la mitad de alta que la de los fieltros duros y blandos grafitados utilizados hasta ahora.

Ademas, la densidad es menor y el negro de carbono esta absolutamente libre de impurezas con resina, metales, etc. Hay que anadir ademas la resistencia a la corrosion termica y qmmica.

En una variante que no forma parte de la invencion, el elemento de nucleo puede fabricarse introduciendo negro de carbono entre los dos elementos de grafito o CFC en una compactacion simultanea. El negro de carbono se puede introducir, por ejemplo, en el espacio intermedio entre dos tubos dispuestos coaxialmente entre sf de diferentes diametros, de manera que se cree un tubo aislante con una estructura sandwich.

Alternativamente existe la posibilidad de compactar previamente el elemento de nucleo mediante prensado isostatico en un molde de prensa y, a continuacion, colocarlo entre los dos elementos de grafito o CFC para formar una estructura sandwich.

Ademas, el negro de carbono puede mezclarse antes de la compactacion con un aglutinante organico, como un polvo termoplastico o un aglutinante mineral que se somete, por ejemplo, a un tratamiento termico en una fase posterior o despues de su insercion entre los elementos de grafito o CFC, a fin de endurecer o reticular el aglutinante y formar asf, con el elemento de nucleo, un compuesto solido de elementos externos de grafito o CFC.

Mezclando el negro de carbono con un lfquido para formar una barbotina y vertiendola posteriormente en un molde de yeso, tambien es posible producir una pieza en verde que acto seguido se endurece termicamente entre los elementos de grafito o CFC. Mediante el relleno del molde de yeso el lfquido se extrae de la barbotina, de manera que se produzca una cierta compactacion previa.

Una posibilidad de acuerdo con la invencion consiste en enriquecer un fieltro blando o duro de fibras de grafito o de CFC con partfculas de negro de carbono, introduciendo las partfculas de negro de carbono, por ejemplo, en el fieltro y sometiendo a continuacion el fieltro a un tratamiento termico por separado o entre los elementos de grafito o de CFC.

Ademas, el elemento aislante acabado se puede dotar al menos por un lado de revestimientos para la proteccion contra la erosion, la proteccion contra la reflexion o similares.

Los elementos aislantes o los modulos pueden montarse, como es habitual, para formar elementos aislantes mas grandes, pudiendose utilizar, como es usual, fieltro duro o blando para impermeabilizar las juntas.

Se entiende que los elementos exteriores de conformacion del elemento aislante tambien se pueden componer de otros materiales y tambien de diferentes materiales, siempre que cumplan los requisitos termicos exigidos y las demas condiciones del proceso.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para la fabricacion de un elemento aislante modular de materiales de carbono compuesto de dos elementos tubulares de grafito o de CFC dispuestos a distancia uno de otro y en forma de placa, redondos o

5 insertados el uno en el otro, caracterizado por que el espacio intermedio entre los elementos de grafito o CFC se rellena con un elemento de nucleo termicamente aislante, fabricandose el elemento de nucleo de un fieltro blando o duro de fibras de grafito o CFC enriquecido con partfculas de negro de carbono, introduciendose las partfculas de negro de carbono en el fieltro y sometiendose el fieltro a continuacion a un tratamiento termico por separado o entre los elementos de grafito o CFC para la fabricacion de un elemento aislante con una estructura sandwich.

10
2. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que al negro de carbono se le anade un aglutinante organico o inorganico.
3. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que la estructura sandwich se somete a un tratamiento 15 termico posterior para configurar una estructura sandwich solida.
4. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el elemento aislante acabado se dota al menos por un lado de revestimientos para la proteccion contra la erosion o para la proteccion contra la reflexion.

20
5. Uso del elemento aislante modular fabricado de acuerdo con el procedimiento segun las reivindicaciones 1 a 4 para el revestimiento de dispositivos de proceso termicos tales como hornos de recocido, hornos de calcinado, equipos de recubrimiento u otros equipos de proceso que funcionan en la gama de altas temperaturas.