| CLASSIFICATIE, CHEMISCHE ANALYSE, GRONDSTOFFEN EN PRODUCTIE |
- Lichte vuurvaste isolatiestenen zijn voorgevormde vuurvaste producten met een totale porositeit van > 45 % en een gebruikstemperatuur van minstens 800°C. ASTM C 155-70 en DIN EN 1094 (tabel 2) bepalen de temperatuur waarbij het materiaal maximum 2% mag krimpen. De maximale densiteit wordt ook vermeld.
- Op basis van de chemische structuur, dienen lichte vuurvaste isolatiestenen ondergebracht te worden in de groep van de lichte vuurvaste isolatiestenen op basis van aluminiumsilicaat, silica of siliciumdioxide, zirkoon en korund.
- De groep van de aluminiumsilicaat vuurvaste isolatiestenen (stenen uit vuurvaste klei en mulliet) vormt de belangrijkste en meest gekende groep. Voor de productie van deze stenen worden grondstoffen op basis van Al2O3, SiO2 en soms ook CaO gebruikt.
Grondstoffen zoals klei, kaolien of porseleinaarde, vuurvaste klei, sillimaniet, andalusiet, kyaniet of dystheen, mulliet, aluminiumtrioxyde, aluminiumtrioxydehydraat en korund worden gebruikt als aluminiumtrioxydedrager.
- Naast fijnkorrelige grondstoffen worden ook grofkorrelige en poreuze grondstoffen gebruikt, zoals onder andere lichte vuurvaste klei en holle sferen (ballen) uit korund of mulliet.
- Het best gekende en ook meest gebruikte procédé voor de productie van lichte vuurvaste stenen is het burn-outprocédé. Als burn-outmateriaal wordt fijn zaagsel, petroleum cokes, lignietzaagsel, styroporballetjes alsook klein afval van de cellulose- en kartonindustrie gebruikt. Om negatieve effecten op de warmte-eigenschappen te voorkomen, dienen burn-outmaterialen gebruikt te worden die weinig as nalaten.
| Tabel 2: Classificatie van voorgevormde warmte-isolerende vuurvaste producten |
| ASTM C 155 |
|
|
|
Standaard DIN - EN 1094, Deel 2 |
| Groep |
Testtemperatuur*1 |
Max. densiteit*2 |
Groep |
Test-temperatuur*1 |
Max. densiteit* |
|
°F |
°C |
kg / m³ |
|
°C |
kg / m³ |
| * 16 875°C |
1550 |
845 |
540 |
75 |
750 |
400 |
| 20 1100°C |
1950 |
1070 |
640 |
80 |
800 |
500 |
| 23 1260°C |
2250 |
1230 |
770 |
85 |
850 |
550 |
| 26 1430°C |
2550 |
1400 |
870 |
90 |
900 |
600 |
| 28 1540°C |
2750 |
1510 |
960 |
95 |
950 |
650 |
| 30 1650°C |
2950 |
1620 |
1090 |
100 |
1000 |
650 |
| 32 1760°C |
3150 |
1730 |
1520 |
105 |
1050 |
650 |
| 33 1820°C |
3250 |
1790 |
1520 |
110 |
1100 |
700 |
* afgekort °F
(afgekort 16 = 1600 °F ^= 875 °C) |
115 |
1150 |
700 |
| 120 |
1200 |
700 |
| *Testtemperatuur, waarbij niet meer dan een permanente lineaire verandering van 2% mag plaatsvinden na 24 uur. |
125 |
1250 |
750 |
| 130 |
1300 |
800 |
| 135 |
1350 |
850 |
| *2 Maximum limiet van de gemiddelde densiteit van producten in groep L. Binnen elke groep van de L-klasse is de densiteit een kenmerk dat enkel wordt gebruikt om een onderscheid te maken. De densiteit wordt aangeduid tot op twee cijfers na de komma. |
140 |
1400 |
900 |
| 150 |
1500 |
950 |
| 160 |
1600 |
1150 |
| 170 |
1700 |
1350 |
| 180 |
1800 |
1600 |
- Het schuimprocédé is nog een andere productiemethode. Speciale zepen, saponienen en sulfonaten, worden gebruikt om een vast schuim te bekomen. Heel vaak wordt de suspensie voor de keramische kern afzonderlijk van de schuimemulsie gemaakt. Vervolgens worden het schuim en de suspensie gehomogeniseerd in een krachtige menginstallatie. Door het schuim en de suspensie op een gecontroleerde manier te mengen, kan de gewenste densiteit bekomen worden.
- In de praktijk wordt de methode met drijfgas veel minder gebruikt. Bij deze methode worden materialen die gas ontwikkelen aan het mengsel toegevoegd, zoals onder andere:
- metaal- of carbidepoeder
- waterstofperoxyde H2O2
- dolomiet- en zwavelzuur
- Lichte vuurvaste isolatiestenen, geproduceerd door het vermengen van de grondstoffen in vluchtige stoffen (naftaleen) verschillen heel sterk qua eigenschappen in vergelijking met andere steenkwaliteiten. Zo wordt het mogelijk sterke stenen te produceren met een lage densiteit. Een uiterst fijne poriënstructuur garandeert lage warmtegeleidingscoëfficiënten.
- De lichte vuurvaste stenen worden voorgevormd door een giet-, centrifugeer- of persprocédé. Bij het gietprocédé worden de geperforeerde metalen gietvormen vóór het vullen bekleed met filterpapier. Om het mengsel sterker te maken en het sneller te doen harden, kunnen stoffen zoals sulfietloog, calciumsulfaat of beton worden toegevoegd.
- Het centrifugeerprocédé is uiterst doeltreffend aangezien hierbij continu grote blokken worden gevormd.
- Plastic, halfdroge en droge mengsels worden gevormd met de gepaste pers (extrusiepersen, hydraulische persen of mechanische persen).
- De stenen die in dat stadium onafgewerkte cilindervormige stukken zijn, worden gebakken in ovens, tunnelwagens en tunnelovens. De baktemperatuur stemt nagenoeg overeen met de classificatietemperatuur voorgesteld door de producenten. Doordat de meeste steenkwaliteiten enorm krimpen tijdens het bakken en het drogen, moeten ze bijgesneden of geschuurd worden voordat ze hun normale vorm krijgen.
- Stenen met een speciale vorm worden vervaardigd met de hand of met een tril- of gietprocédé.
| EIGENSCHAPPEN EN GEBRUIKSADVIES |
De eisen voor lichte vuurvaste isolatiestenen lopen sterk uiteen en zijn in sommige gevallen zelfs contradictoir:
Aan de ene kant :
- een hoog warmte-isolatievermogen en een lage densiteit
Aan de andere kant:
- voldoende mechanisch sterk, maar ook goed bewerkbaar
Bovendien ook:
- een hoge thermische weerstand onder verschillende atmosferische omstandigheden
- en ook bestand tegen temperatuurschokken en temperatuursveranderingen.
De werking van de industriële oven is een belangrijk criterium voor het gedrag van de gebruikte lichte vuurvaste isolatiestenen. Voor ovens die continu branden, speelt de massa van de vuurvaste bekleding een veel kleinere rol in het energierendement. De mate waarin de warmte wordt geïsoleerd is van groot belang voor een efficiënte werking, daarom wordt de voorkeur gegeven aan stenen met een kleine ?-waarde.
De basisregel:
Hoe kleiner de densiteit, hoe kleiner het warmtegeleidingsvermogen. Er is vraag om de densiteit aan te passen aan de gebruikstemperatuur. Deze vraag is gebaseerd op het bestaan van een minimum warmtegeleidingsvermogen en de overgang naar hogere densiteit bij hogere temperaturen.
Het vergt bijzondere kennis om de maximale gebruikstemperatuur te bepalen. De classificatietemperatuur die de producent ter informatie vermeldt, wordt meestal bepaald in het laboratorium op halve stenen van standaardafmetingen. De stenen mogen maximum 2% krimp vertonen na 24 uren blootstelling aan de warmte aan alle zijden.
In de praktijk start het krimpen en verzachten door langdurige blootstelling aan hoge temperaturen, statische druk, trillingen, beperkte atmosfeer of vloeibare dampen, ongeveer 100 tot 200 K onder de classificatietemperatuur bepaald in het laboratorium. (Grafiek 2).
Als gas- of stofgeladen componenten, die deel uitmaken van de ovenatmosfeer, een chemische reactie uitlokken, dienen volgende zaken in overweging genomen te worden:
- Wanneer de ovenatmosfeer reducerend is, dienen stenen met een laag ijzergehalte gebruikt te worden (splijten van koolstof).
- Bovendien werd ook vastgesteld dat de krimp toeneemt in een reducerende atmosfeer.
- Alkalische dampen en condensaten beïnvloeden de structuur- en de smeltfases (splijten van alkaliën).
- CaO-gebonden stenen zijn gevoelig voor oververhitting door het beperkte sinterbereik.
- De zwavel in de stenen kan de verwarmingselementen van elektrische ovens aantasten.
De warmtegeleidingscoëfficiënten vermeld in de brochures gelden enkel voor normale atmosferen. De waarden veranderen o.a. onder invloed van inert gas. In H2-atmosferen bijvoorbeeld kan de warmtegeleidingscoëfficiënt tot 7 keer groter zijn. 
Bovendien verandert de warmtestroom naarmate de druk in de oven toeneemt. In een luchtledige omgeving neemt de overdracht van warmte via convectie af.
Metingen van het thermodynamisch gedrag, zoals de weerstand tegen voortdurende samendrukking en de vuurbestendigheid onder belasting, vertellen ons veel meer dan de classificatietemperatuur of het krimppercentage.
Grafiek 3 toont het drukvloeien van lichte mullietstenen (CT classificatietemperatuur 1540 tot 1650°C) bij verschillende temperaturen en belastingen. De curve toont dat het drukvloeien pas stopt bij een temperatuur van maximum 1150°C, zelfs als de mechanische belasting miniem is. Voor de bouw van de oven - vooral bij gewelven - betekent dit dat de warme zijde van de steen in het metselwerk continu zal vervormen tot de laag waar een temperatuur heerst van 1150°C. Dit houdt dus in dat de thermische belasting op de steen via de warmte-overdrachtscoëfficiënt zo moet geregeld worden dat er nog een voldoende groot dragend ‘koud’ gedeelte van de steen overblijft.
De grafieken die de vervorming weergeven, zoals gemeten in de hoogtemperatuurzone in een grote testoven, zijn over het algemeen gelijkaardig aan de curven getoond in grafiek 4. Om die reden is het dan ook aan te raden voor de bogen isolatiestenen met een hogere classificatietemperatuur te gebruiken dan voor de muren, dit om de constructie veiliger te maken.
De kouddrukvastheid is van minder belang dan de warmte-eigenschappen. In het algemeen is de mechanische belasting niet zo groot, zodat de kouddrukvastheid van lichte vuurvaste isolatiestenen meer dan voldoende is. De minimum kouddrukvastheid bedraagt ongeveer 0.5 N/mm². Deze waarde is zeker voldoende voor het vervoeren en het bewerken van de producten tijdens de plaatsing. Er moet vaak een compromis gezocht worden tussen sterkte, densiteit en warmtegeleiding. Indien sommige delen van de constructie onderhevig zijn aan een hogere mechanische belasting, dienen er isolatiestenen gebruikt te worden met een hogere kouddrukvastheid. Hierbij is het belangrijk dat de hogere kouddrukvastheid niet resulteert in een hoger gehalte aan glasfase.
De schokweerstand is een belangrijke eigenschap voor ovens die regelmatig worden gebruikt.
Afhankelijk van de opwarm- en afkoelsnelheid van de oven, is het belangrijk om de belastingslimiet van het materiaal te kennen. Voor lichte vuurvaste isolatiestenen zijn er toegestane temperatuurverschillen binnen de marge van 130 tot 250 K; deze hebben een invloed op het materiaal en hebben tot gevolg dat het begint te barsten. Vaak worden zulke temperatuurverschillen meermaals overschreden in muurbekledingen. Bij elk temperatuurverschil laat de structuur meer en meer los.
In vakliteratuur wordt voor lichte vuurvaste isolatiestenen - afhankelijk van de vorm - een kritische verwarmingssnelheid van 5-10 K/min. vermeld.
Uitleg bij grafiek 4:
- Verwarmingsfase - Bereikt de statische toestand - Thermische uitzetting van het materiaal - Vorming van een barst in de boogtop
- Bedrijfsfase
De boog verkleint t.g.v. de uitzetting onder belasting - Geen wijd openstaande voegen aan de binnenzijde van de boog, barst in de boogtop gevormd
- Afkoelfase
De barst in de boogtop sluit zich - Wijd openstaande voegen aan de binnenzijde van de boog afhankelijk van de vervorming - Kleine uitstulping aan de afgekoelde boog
De schokweerstand van lichte vuurvaste isolatiestenen verschilt naargelang van de kwaliteit van de vuurvaste isolatiestenen. Een hoog cristobalietgehalte, d.i. > 10%, heeft een negatief effect op de thermische schokweerstand. Onder 10 % zijn andere criteria van belang.
Kleine scheurtjes in de structuur zijn een voordeel omdat eventuele spanningen kunnen worden opgevangen zonder verder barstjes te veroorzaken.
Bij het testen van de lichte vuurvaste isolatiestenen zijn duidelijk verschillen merkbaar in de kwalitatieve resultaten van afschrikkingsprocédés met lucht volgens DIN 51068.
Op pagina 90-91 van de catalogus vindt u de eigenschappen van de PROMATON®-producten, lichte vuurvaste isolatiestenen.
Brochures opgesteld door producenten vermelden niet vaak informatie over de drukvuurvastheid, het drukvloeien en de thermische schokweerstand.
Hangende blokken en rollendoorvoeringen worden gemaakt door standaardstenen of -platen te verlijmen met hoogtemperatuur lijmen.
 |
 |
Ervaring heeft geleerd dat de
zwakke punten van het metselwerk zich situeren ter hoogte van de mortel- en lijmvoegen. Door de hoge porositeit en de ermee gepaard gaande snelle afvoer van water, zijn er twee belangrijke factoren voor het metselen van lichte vuurvaste isolatiestenen:
- Het bindmiddel moet van het type “plastic” zijn en moet een heel groot vermogen hebben om water te binden. Als dit geen gegeven eigenschap is, kunnen de stenen niet precies volgens de afmetingen worden gelegd en gaat de binding tussen de afzonderlijke stenen verloren bij een latere correctie.
- Het bindmiddel moet een laag alkaligehalte hebben. Tijdens het metselen zuigen de lichte vuurvaste isolatiestenen het kitmiddel uit het bindmiddel, waardoor de stenen aan de buitenkant worden geïnfiltreerd door de kitvloeistof. Als het alkaligehalte hoger ligt (waterglasbindmiddel), bestaat de kans dat de stenen aan de buitenkant verzadigd worden met alkaliën. Deze plaatsen sinteren op hogere temperaturen en hebben een glazige vorm. De steen heeft dus een andere structuur aan de buitenkant dan aan de binnenkant. Bij temperatuurverschillen veroorzaakt dit scheuren en afsplinteringen.
Het verdient dus de voorkeur bindmiddelen zonder waterglas te gebruiken voor hoogtemperatuur toepassingen. ALSIFLEX®-lijm.
