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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Schaumglas
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Schaumglas, das aus einer Mischung von gemählenem Glas und gasabspaltenden oder unter Gasabspaltung reagierenden Stoffen bei Erwärmung besteht und sich bei einer weiteren Erhöhung der Wärmezufuhr zu Schaumglas aufbläht.
Bei allen bisher bekannten Verfahren zur Herstellung von Schaumglas bereitet die Abkühlung der mit Glasschaum gefüllten Formen erhebliche Schwierigkeiten. Diese entstehen vorwiegend dadurch, dass das Schaumglas, welches zu mehr als 90% seines Gesamtvolumens aus eingeschlossenem Gas besteht, bestrebtist, entsprechend denGasgesetzen in noch weichem Zustand zu schrumpfen. Werden keine Massnahmen zur Vermeidung derartiger Erscheinungen ergriffen, entstehen dann Schaumglasblöcke mit erheblichen Massabweichungen, deren Beseitigung erheblichen Abfall verursacht und die nicht mehr über das vorgesehene Volumengewicht verfügen.
Um diese Nachteile zu beseitigen, sind mehrere Verfahren bekannt, die eine Abhängigkeit der zur Durchführung des Sinter- und Schäumvorganges erforderlichen Temperaturhöhe von der gewählten Glaszusammensetzung berücksichtigen.
Insbesondere ist ein Verfahren bekannt, bei welchem ein feingemahlenes Gemisch von Glas mit
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Anteil von 0, 1einer derartigen Temperatur gesintert wird, bei welcher gasbildende Reaktionen zwischen den Gemischteilen noch nicht eintreten. Anschliessend wird die Temperatur soweit erhöht, dass eine intensive Gasbildung eintritt und dadurch die Form schnell mit Glasschaum gefüllt wird. In diesem Zustand wird dann der Formeninhalt schlagartig auf eine derartig tiefe zwischen Sinter- und Transformationstemperatur des Glases gelegene Temperatur abgekühlt, dass sich eine formfeste äussere Schicht bildet, in deren Bereich die Schaumbildung abgeschlossen ist.
Diese Temperatur wird eine angemessene Zeitspanne beibehalten, um eine Vergrösserung der Dicke der erstarrenden Aussenschicht zu erhalten, während im Inneren des Schaumglasblockes ein Gasdruck aufrechterhalten wird, der von innen nach aussen abfällt. Die in dem Gemisch enthaltenen Antimon- oder auch Arsenoxyde haben die Aufgabe, eine Verminderung des Schrumpfens zu unterstützen, indem die Schaumbildung im Inneren der Masse weiterhin aufrechterhalten wird, bis deren Oberfläche hinreichend gekühlt ist.
Nach diesem Verfahren bestehen demnach die wesentlichsten Merkmale desselben darin, dass die Füllung der Form mit Schaum bei einer Maximaltemperatur erreicht ist und durch eine anschliessende plötzliche Abkühlung bei einem Verweilen bei einer tieferen Temperatur, z. B. 6230C eine halbstarre und mit zunehmender Verweildauer eine immer dicker werdende Aussenschicht erzeugt wird. Ein Schrumpfen soll dadurch verhindert werden, dass im Inneren der Masse die Schaumbildung bis zur Erstarrung des Blockes weitergeführt wird und die durch die Abkühlung zu erwartenden Folgen kompensiert werden.
Um diesen Zustand besser herbeiführen zu können, werden dem Ausgangsgemisch oxydierende Reagenzen, insbesondere Arsentrioxyd oder Antimonoxyd zugegeben.
Ferner ist ein Verfahren bekannt, bei dem durch ein rasches Abkühlen auf eine Temperatur von
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400 bis 5000C die Oberfläche eines Schaumglasblockes in der Form zum Erstarren gebracht werden soll, um ein Schrumpfen desselben zu verhindern. Es wird hiebei gefordert, dass die Überführung des fertigen Schaumglases von der Aufschäumtemperatur bis auf die Stabilisierungstemperatur ziemlich rasch vor sich zu gehen hat, da sonst die im Inneren des Blockes angesammelte Wärme ein Fortschreiten des Aufschäumvorganges noch während der Zeit begünstigt, in der bereits der Stabilisierungsvorgang vor sich gehensoll. Diese Art der Wärmebehandlung wird durchzwei voneinander unabhängig wirkende Tunnel- öfen erreicht, die lediglich mittels Förderglieder miteinander verbunden sind.
Diese unbeheizte Zone dient ausdrücklich der Abkühlung des Schaumes auf eine Temperatur von 400 bis 5000C und ist derart ausgebildet, dass Kühlluft nach Bedarf über Belüftungsklappen eingeleitet werden kann. Anschliessend wird der an seiner Oberfläche erstarrende Schaumglasblock in einen Stabilisierungsofen eingeschoben, um einen Temperaturausgleich zwischen der erkaltenden Oberfläche und den Kerngebieten zu erzielen.
Das Wesen dieses bekannten Verfahrens besteht demnach darin, dass bei der Wärmebehandlung in der Schäumzone des Tunnelofens die Schaumentwicklung bis zur Füllung der Form getrieben wird und im Zeitpunkt des Verlassens dieses Ofenteiles eine intensive Kühlung eintritt, damit derSchäumprozess unterbrochen wird.
In beiden beschriebenen Verfahren wird die Zusammensetzung und die Eigenschaft des schäumfähigen Gemisches nicht beschrieben. Ebenso wird der Umfang, die Geschwindigkeit und die Temperaturabhängigkeit der Gasbildung ausser Betracht gelassen, obwohl diese Komponenten zur Beurteilung der Wirksamkeit der vorgeschlagenen Massnahmen entscheidend sind.
Der bei dem beschriebenen Verfahren zu erwartende Effekt einer Verhinderung des Schrumpfens bzw. des Einfallens der Schaum masse tritt nur unvollkommen und unsicher ein. Die Geschwindigkeit, mit der sich Schaum bildet, hängt von der Temperatur und von der Glaszähigkeit bei dieser ab sowie von der chemischen Reaktionsfähigkeit des Ausgangsgemisches.
Allgemein steigt bei konstanter Temperatur die Schaumbildung zunächst sehr schnell an, schliesslich verlangsamt sich aber das Tempo bis zur Erschöpfung der Schäumkraft. Die Aktivität des schäum-
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feinheit beeinflusst bzw. eingestellt werden. Bei den bisher bekannten Verfahren ist die Schäumkraft beim Erreichen der Formenfüllung noch nicht erschöpft und die Schaumbildungsgeschwindigkeit ist in diesem Augenblick noch relativgross. Bei bekannten Verfahren wird ein Anwachsen des Schaumvolumen über das Formvolumen hinaus durch starke Abkühlung vermieden. Der Abkühleffekt tritt im Augenblick der Formenfüllung ein, die bei einer Maximaltemperatur vollzogen wird.
Da in diesem Zustand die Schaumbildungsgeschwindigkeit noch gross ist, bewirken schon unvermeidliche kleinere Abweichungen von dem vorgeschriebenen Temperatur-Zeit-Programm, dass entweder in diesem Augenblick die Form noch nicht voll ist oder im Gegenteil überflüssiger Schaum aus den Formenfugen herausquillt und die Form möglicherweise durch den Innendruck deformiert.
In diesem Fall ist die Schaummasse so fest in die Form hineingepresst, dass sich der Block später schwer oder gar nicht mehr aus der Form entfernen lässt. Ausserdem stört bei der weiteren Bearbeitung derdabeientstandenegratdurch herausgedrängte Schaummassen. In jedem Fall ergeben sich Abweichun- gen im vorgeschriebenen Volumengewicht des Schaumglasblockes sowie eine Erhöhung des Verschnitts bei der Zurichtung der Blöcke auf Mass.
Nach einem bereits bekannten Verfahren wird die mit Schaum gefüllte Form bei maximaler Temperatur rasch auf eine zwischen Sintertemperatur und Transformationstemperatur gelegene Temperatur abgekühlt und dort selbst einige Zeit gelassen, wobei sich eine halberstarrte Hülle ohne weiteren Volumenzuwachs bilden soll, welche die Form des Blockes endgültig festlegt.
Die mit Temperatursturz eintretende Volumenkontraktion soll dadurch kompensiert werden, dass im Kern der Masse die Schaumbildung noch weitergeht und einen Druckausgleich herstellt.
Es lässt sich nachweisen, und ist auch nach den physikalischen Gesetzen nicht zu verhindern, dass die Schaummasse bei rascher Abkühlung durch Volumenkontraktion schrumpft. Die im Inneren noch nachwirkende Schaumbildung ist bei der vorausgesetzten Erstarrung der Aussenwände nicht mehr in der Lage, eine erfolgte Schrumpfung rückgängig zu machen, sie bleibt erhalten.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den bekannten Ofenbauprinzipien weist im allgemeinen den wesentlichen Nachteil auf, dass Störungen des gewünschten Temperaturverlaufes durch Wärmeausgleich innerhalb desHerdraumes auftreten, weiterhin in dem Wärmetransport, den die Formen besorgen und in der aufgrund der Wärmeträgheit der Öfen schweren Regulierbarkeit bzw. Nachstellbarkeit.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Schaumglaszufinden, um einen kontrollierbaren und sicheren Füllungszustand der Formen ohne weitere nachteilige Folgen zu erreichen und durch geeignete Temperaturführung Schrumpfungen im Abkühlungsprozess zu vermeiden.
Erfindungsgemäss wird bei einem Verfahren zur Herstellung von Schaumglas aus einem Gemenge von gemahlenem Glas und gasabspaltenden Stoffen bzw. unter Gasabspaltung reagierenden Stoffen durch Erhitzen in Formen vorgeschlagen, dass die Abkühlung der Schaummasse von aussen einsetzt, bevor die Form mit Schaum vollständig gefüllt ist, wobei das Ausgangsgemisch so beschaffen ist, dass das Schaumbildungsvermögen erst bei Erreichen einer dem Zustand der praktischen Fliessfestigkeit entsprechenden Temperatur verbraucht ist,
so dass während der langsamen Abkühlung auf diese der Fliessfertigkeit der Schaummasse entsprechende Temperatur die Volumenvergrösserung der Masse bis zur Formenfftllung weitergeht und die der Temperaturabsenkung entsprechende Volumenkontraktion durch die Weiterführung der Gasentwicklung in den noch heissen inneren Schaumgebieten kompensiert wird. Vorzugsweise wird im schaumfähigen Ausgangsgemisch als alleiniger Sauerstoff träger SO ! in einer Höhe von wenigstens 0, 45 Gew.-lo vorgesehen.
Die erfinderische Lösung besagt demnach, dass das schäum bare System mit einer chemischen Aktivität ausgestattet wird, die nur so gross ist, dass bei der Temperatur, bei welcher die Formfüllung erreicht wird, die Schaumbildung nur noch langsam bis zum Stillstand erfolgt.
Die Füllung der Form erfolgt also im Gegensatz zu den bisher bekannten Verfahren, bei denen der Formeninhalt vollständig bei der Spitzentemperatur ausgefüllt wird, nur zu etwa 80% bei der höchsten Scheiteltemperatur. Im Augenblick des Zustandes einer ungefähr 8eigen Füllung wird bei dem erfindungsgemässen Verfahren mit dem Absinken der Temperatur derart begonnen, dass die sich fortsetzende Schaumbildung nicht nur die bei der Abkühlung zu erwartende Volumenkontraktion kompensiert, sondern zusätzlich noch die Masse bis zur vollständigen Formenfüllung vergrössert.
Diese Vergrösserung erfolgt wegen der Temperaturdämpfung langsam und ist von aussen durch die erfindungsgemässe Vorrichtung in einfacher Weise beeinflussbar.
Die Schaumbildung kommt über den ganzen Inhalt der Masse bei einer konstant zu haltenden End- temperaturz. B. 6300C zur Ruhe, in gleichem Mass, wie die ganze Masse halbstarr wird, so dass am Ende dieser Temperaturperiode das wünschenswerte, dem Formeninhalt entsprechende Volumen noch vorliegt. In diesem Stadium weist der Block keinerlei Schrumpfungen auf und stellt eine vollkommene Abbildung des Formeninneren dar. Erst dann wird der Block aus der Form entnommen und der endgültige Kühlprozess wird dann anschliessend unmittelbar von der Transformationstemperatur bis zur physikalischen Erstarrung geführt.
Im übrigen erfolgt die Einstellung der chemischen Aktivität des schäumfähigen Aus-
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derart, dass nur SOofen mit durchgehendem Herdraum einen Abgasschornstein, der einen flammenbeheizten zur Aufheizung von Formen und Ausgangsgemisch bzw. Sinterung und Aufschäumung dienenden Wärmebereich mit steigender Temperaturführung gegen einen Wärmebereich mit fallender Temperaturführung abgrenzt.
Vorteilhaft wird zwischen dem Herdraum und dem Abgasschornstein ein Luftvorerhitzer vorgesehen.
Die Erfindung soll nachstehend am Beispiel einer graphischen Darstellung näher erläutert werden.
In den zugehörigen Zeichnungen zeigen : Fig. 1 zeitliche Temperaturführung und Entwicklung des Schaumvolumen, undFig. ZOfen-undTemperaturschemader Vorrichtung zur Herstellung von Schaumglas.
In Fig. 1 stellen die dünne Linie 1 bzw. die dünn unterbrochene Linie 2 die Arbeitsweise der bereits bekannten Verfahren dar, während die starke Linie 3 und die stark unterbrochene Linie 4 die Arbeitsweise des Verfahrens gemäss der Erfindung kennzeichnen. Die Linien 1 und 3 drücken den Temperaturverlauf und die Linien 2 und 4, bezogen auf eine Hilfskoordinate, den Grad der Formenfüllung mit Glasschaum aus. Die Temperaturführung für das Aufheizen und Sintern ist in diesem Zusammenhang unerheblich und deshalb nicht dargestellt.
Die Linie 1 in Verbindung mit der Linie 2 zeigt, dass bei der bekannten Verfahrensweise die Form im Augenblick des Temperaturabfalls gefüllt ist. In diesem Augenblick, wie ebenfalls aus dem Verlauf der Linie 2 entnommen werden kann, ist die Geschwindigkeit der Schaumbildung noch erheblich, wodurch die erwähnten Nachteile entstehen.
Von dem Punkt ab der Linie 2, der die vollständige Füllung der Form darstellt, ist das Aussengebiet des Glasschaumes nicht in der Lage derart schnell zu erstarren, wie es nach der Abkühlungskurve
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notwendig wäre. Dadurch wirkt die Volumenkontraktion eine Zeitlang weiter und verursacht eine Schrumpfung bzw. ein Einfallen der Schaumglasoberfläche, wie in Linie 2 dargestellt ist.
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren setzt die Abkühlung nach Linie 3 bereits ein, nachdem die Form nach Linie 4 erst zu etwa 80%o mit Schaum gefüllt ist.
Die weitere Abkühlung wird dann so geführt, dass die Schaumbildung zwar verlangsamt wird, aber' immer noch fortschreitet. Die vollständige Formenfüllung erfolgt erst dann, wenn das Schaumglas eine Temperatur angenommen hat, bei welcher es praktisch fliessfest geworden ist. Die Zeitpunkte des Erreichens der Fliessfestigkeit und der Formenfüllung liegen zeitlich ungefähr beieinander.
Es wurde bei dieser Temperaturbehandlung noch so viel an Schaumglas gebildet, als zur Formenfüllung und zur Kompensation der Volumenkontraktion erforderlich ist. Durch die im Verhältnis zu den bekannten Verfahren sich nur langsam ergebende Füllung der Form bzw. durch den infolge Abkühlung gekennzeichneten Verlauf der Linie 4 wirken sich die Schwankungen der Temperaturführung innerhalb zulässiger Grenzen nicht mehr in dem Mass aus, wie sie nach dem bekannten Verfahren eintreten, so dass der Füllungszustand der Form wiederholbar ist.
Bei der Erfindung wird die schnelle Bildung einer halbstarren Haut vermieden und dafür gesorgt, dass das Schaumglasrelativ langsam vom Zustand niedriger Viskosität in den Zustand praktischer Formfestigkeit übergeführt wird, damit die in dieser Zeit noch unterhaltene Gasvolumenbildung zur vollständigen
Formenfüllung ausreicht.
Bei der kontinuierlichen Herstellung von Schaumglas in Formen lassen sich länger andauernde
Schwankungen der Schaumbildungsgeschwindigkeit nicht ganz vermeiden. Sie können eintreten, z. B. durch Änderung der Zusammensetzung der Herdraumatmosphäre, während des Sinterns sowie infolge von Schwankungen des Heizwertes der Brennstoffe, die von den Reglereinrichtungen nicht erfasst werden können. Es ist aus diesem Grund nützlich, Vorkehrungen zu treffen, um den Verlauf der Formenfüllung solchen Veränderungen kurzfristig anzupassen.
An Hand eines Ausführungsbeispieles soll die Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens näher er- läutert werden. Diese Vorrichtung besteht nach Fig. 2 aus einem durchgehenden Herdraum 5. Ein Ab- gasschornstein 6 grenzt zwei Wärmebereiche voneinander ab, von denen ein Wärmebereich 7 der
Aufheizung dient und ein Wärmebereich 8 eine stetige bzw. fallende Temperaturführung aufweist.
Der Wärmebedarf im Wärmebereich 7 wird durch direkte Flammenheizung gedeckt. Die Beheizung des Wärmebereiches 8 erfolgt auf zwei verschiedene Arten.
Zwischen dem Wärmebereich 7 und einer strahlungsbeheizten Strecke 9 wird durch ein Rohr 10 ein Strom heisser Abgase in Richtung des Wärmebereiches 7 geführt. Diese Abgase strömen den sich in Pfeilrichtung bewegenden Formen entgegen und verlassen zusammen mit den Abgasen aus dem Wärmebereich 7 den Herdraum 5 durch den Abgasschornstein 6. Sie können aber auch beliebig ganz oder teilweise in den Wärmebereich 8 eingeführt werden.
Diese Abgase werden der Abgasleitung 11 in bekannter Weise entnommen und durch einen nicht näher dargestellten Ventilator gefördert.
Zur Einstellung der geeigneten Abgastemperatur werden die Abgase zweckmässig nach Verlassen des Abgasschornsteines 6 in einen Luftvorerhitzer 12 geführt. Die Anordnung ist im Prinzip eine Abgasumwälzung, bei der die Abgase nach Menge und Wärmekapazität schnell einstellbar bzw. veränderbar sind.
DieheissenAbgase, derenTemperaturnaturgemässunterhalbder Temperatur des Wärmebereiches 7 liegt, gestatten eine praktisch trägheitslose Nachregulierung der nach dem Verfahren stetig absinkenden und in ihrem Gang auf die Schaumbildungsgeschwindigkeit abgestellten Temperatur bei Abweichungen vom Sollverlauf. Dadurch ist es möglich, den Füllgrad der Formen konstant zu halten bzw. diesen bei Abweichungen schnell zu korrigieren.
Nach dem Verlassen des Wirkungsbereiches der umgewälzten bzw. eingeführten heissen Abgase werden die Formen und ihr Inhalt im Verlauf des Wärmebereiches 8 durch feingeregelten Wärmeentzug bis auf eine Temperatur abgekühlt, bei der der Glasschaum fliessfest wird und bei der dann eine Volumenkontraktion nicht mehr eintreten kann.
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