Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von geschäumten Silikaten nach dem Prinzip der Strangformung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von geschäumten Silikaten, insbesondere Schaumglas, durch Strangformung am laufenden Band, sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrich tung.
Das Schäumen von Glas ist bekannt.
Das gebräuchlichste Verfahren beruht im wesentli chen darauf, dass ein Glas, das in der Regel einen redu- zierfähigen Sulfatrest enthält, sehr fein (auf 50 bis 80,u) vermahlen zusammen mit einem kohlenstoffhaltigen Schäummittel Temperaturen von etwa 600 bis 750 C ausgesetzt, wobei :das Pulvergemisch unter Schrumpfer scheinungen sintert, und anschliessend unter Tempera turerhöhung auf etwa 750 bis 900 C geschäumt wird.
Die Schaumbildung beruht auf einer Gasentwicklung, die auf die Reaktion zwischen Kohlenstoff und Sulfat- rest zurückzuführen ist, wobei Gase wie S02, H2S, CO und CO, gebildet werden, welche die bei der Schäum- temperatur plastische Glasmasse aufblähen.
Es ist auch schon bekannt, die Schäumung durch Treibmittel zu bewirken, die nicht mit den Glasinhalt stoffen reagieren, beispielsweise Calciumcarbonat, Sili- ciumcarbid und andere.
Es wurde bereits vorgeschlagen, Schaumglas in einer Art Fliessverfahren herzustellen. Dabei wurden die ge mahlenen Ausgangsstoffe nach Zusatz von Bindemitteln zu Körpern geformt und dann dem Erhitzungsprozess unterworfen. Dieses Verfahren ermöglichte jedoch lediglich die Herstellung von schwach geschäumten Körpern, die zu Schleifzwecken verwendet wurden.
Nach einem weiteren bekannten Verfahren wurde die SchaumglashYrstellung ebenfalls teilkontinuierlich durchgeführt. Hierbei wurde eine vertikal arbeitende Schäumeinheit chargenweise beschickt und durch den Brennofen geführt, wobei die Charge jedoch auf allen Seiten völlig frei liegen musste.
Erh; bliche Schwierigkeiten bereitete seit jeher die gleichmässige fehlerfreie Schäumung grösserer Blöcke. Ein bekannter Versuch zur Lösung dieses Problem geht von der Annahme aus, dass die Fehlbildung in der Schaumstruktur auf ungleichmässigen Schrumpferschei nungen während der Sinterphase beruhen. Dem sollte mit einer regelmässigen, schokoladentafelähnlichen Aufteilung :des in Formen eingebrachten Glaspulver- Schäummittel-Gemisches begegnet werden.
Die Fehl- schäumungen wurden andererseits auch auf einen un günstigen Ablauf der Erhitzungsvorgänge zurückgeführt. Daher wurde auch schon vorgeschlagen, zur Vermei dung solcher Strukturfehler zwischen Sintern und Schäumen die Temperatur sprunghaft zu erhöhen, bei spielsweise von 650 auf 850 C. Dadurch solten Vor gäng; gegeneinander abgegrenzt und eine grössere Gleichmässigkeit der Schaummasse erreicht werden.
Eine weitere Erklärung führt die Fehlbildungen in der Schaummasse auf Gasansammlungen zwischen Formen boden und der zu schäumenden Masse zurück. Gasbil dung tritt nämlich überall ein, wo Kohlenstoff und Sul- fatrest miteinander reagieren, also auch an den Rändern des Schaumkörpers. Infolgedessen können zwischen der zusammengesinterten Masse und .dem Formboden bzw. einem geschlossenen Band grössere oder kleinere Gas mengen eingeschlossen werden. Ein Teil davon dringt nun, verursacht durch das Ausdehnungsbestreben bei Temperaturerhöhung, in die immer durchgängiger wer dende plastische Masse ein und bildet Gasnester.
Ein anderer Teil dringt durch sie hindurch und bildet vulkan- artige Verwerfungen, die im Falle grosser Gasmengen zu Strudeln, Kratern u. dgl. führen.
Damit solche Gase entweichen können, ist schon vorgeschlagen worden, kleine Löcher in den Ecken und der Mitte des Formenbodens anzubringen. Diese Löcher setzen sich jedoch bereits während der Befüllung der Form mit Pulver zu, welches später ansintert. Die beab sichtigte Entgasung wird daher auch dann nicht erhalten, wenn die Löcher bei jeder Chargierung gereinigt wür den.
Die Nachteile der bekannten Verfahren werden durch die Erfindung überwunden; darüber hinaus er möglicht diese ein Fliessbandverfahren im eigentlichen Sinne. Gemäss der Erfindung wird erstens eine der Haupt ursachen von Fehlbildungen in der Schaumstruktur wirksam beseitigt, indem die allseitige Entgasung der Schaummasse zum richtigen Zeitpunkt gewährleistet wird.
Die fehlerfreie Schäumung wiederum ist eine not wendige Voraussetzung für ein vollkontinuierliches Fliessbandverfahren zur Herstellung von geschäumten Silikaten, welches - samt den Vorrichtungen zu seiner Durchführung - hauptsächlich Gegenstand der Erfin dung ist.
Das Verfahren der Erfindung bezweckt die Herstel lung von geschäumten Silikaten am laufenden Band nach dem Prinzip der Strangformung. Es besteht darin, dass ein pulverförmiges oder kleinstöckiges Schüttgut aus einem Gemisch von Silikat und Schäummittel in einem Durchlaufofen zuerst zu einer Masse zusammen- gefrittet, in diesem Zustand an allen aussenflächen, also auch an der Auflagefläche, vorübergehend freigelegt und anschliessend, gegebenenfalls bei erhöhter Tempe ratur, zwischen formenden mitbewegten Begrenzungs wänden fertig geschäumt wird.
Danach wird der fertig geschäumte Strang zweckmässigerweise kurzzeitig abge schreckt, das heisst: die Temperatur kann rasch in die Nähe des Erweichungspunktes gesenkt werden, der zwi schen 450' und<B>5503</B> C liegt. Dadurch kann die - eben oder profiliert geformte - Oberfläche fixiert werden. Dann kann man den Strang aufteilen, und die so gewon nenen Formlinge langsam abkühlen. Das Verfahren kann in einem oder in mehreren Durchlauföfen durch geführt werden. Als Silikat wird vorzugsweise Glas ver wendet.
Das Anhaften des Schäummaterials an den Trans portelementen wird durch eine Trennschicht, z. B. auf Tonbasis, verhütet.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird im einzelnen vorzugsweise so ausgeführt, dass eine Mischung aus Sili kat bzw. Glas und Schäummitel, die pulverförmig oder körnig sein kann und gegebenenfalls aus einem vorges- interten oder vorverdichteten Gemisch von Silikat und Schäummittel besteht, auf die erste Teilstrecke des Transportbandes geschüttet und dann auf Sintertempe- ratur, beispielsweise auf 750 C, wahlweise - ohne Nachteile - auch höher, beispielsweise auf 850 C, er hitzt wird.
Für diese erste Teilstrecke, im folgenden als Aufga- bestrecke bezeichnet, wird z. B. ein Transportband mit geschlossener Fläche verwendet, das gegebenenfalls niedrige Seitenborde aufweist. Sobald dann im weiteren Verlauf der Wärmebehandlung einerseits das Ausgangs material zusammenfrittet oder -sintert und andererseits die Gasentwicklung einsetzt, wird zweckmässigerweise in einem folgenden Teil der Förderstrecke, hier als Ent- gasungsstrecke bezeichnet, ein ungehindertes Abstreichen der Gase ermöglicht. Dies wird praktisch z.
B. so durch geführt, dass dem im wesentlichen undurchlässigen Auf gabeband ein gasdurchlässiges Transportband, beispiels weise ein Glieder-, Loch- oder Netzband, nachgeordnet wird. Anstelle des gasdurchlässigen Bandes kann auch für die Entgasungsstrecke zur Verbesserung der Gasabführung eine Folge von Übergabewalzen oder -rollen vorgesehen werden, die durch ihre Zwischen räume die Gasabführung an der Untersicht :der sintern- den Masse bewirken.
Die Gasabführung kann nach einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens auch dadurch bewerkstelligt werden, dass man statt oder zu sätzlich zu Übergabewalzen Hubbalken anordnet oder das Fördermittel ein oder mehrere Male kurzzeitig vom Fördergut abzieht, abbiegt oder abführt. Schliesslich ist es nach einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens auch möglich, in der Entgasungsstrecke allein oder in beliebiger Kombination mit den vorstehend genanten Mitteln eine Fördereinrichtung nach dem System des Luftkissens vorzusehen, wobei die tragende Luft die entweichenden Gase von der Unterfläche der Sinter masse ganz oder teilweise aufnimmt.
Die Entgasungsstrecke reicht zweckmässig etwa bis zu der Stelle, an der das Material deutlich durch Schäu men sein Volumen vergrössert. Die eigentliche Schäu- mung, mindestens aber ihre Schlussphase, wird in der an die Entgasungsstrecke anschliessenden Teilstrecke, hier als Schäumstrecke bezeichnet, auf einem weiteren, vor zugsweise geschlossenen Band, durchgeführt. In der Schlussphase der Schäumung bei starker Volumenzu nahme wird die Masse auf dem Band durch eine allsei tige mitbewegte Begrenzung in die endgültige Form ge bracht.
Die Anwendung dieser allseitigen Begrenzungs flächen erst in der letzten Schäumungsphase stellt ein bevorzugtes Merkmal des Verfahrens dar.
Die beiden Erhitzungsphasen des erfindungsgemäs- sen Verfahrens können bei beliebigen geeigneten. Tem peraturen durchgeführt werden. Durch diese Mass- nahme einer sorgfältigen Entgasung während des Sinter vorgangs und des beginnenden Schäumens ist es erfah- rungsgemäss möglich, bei Verwendung von Glas als Sili kat in der Sinterphase und in der Schäumphase die glei che Temperatur anzuwenden.
Dies bedeutet einen Fort schritt gegenüber der bisher üblichen Verfahrensweise, bei der nach dem Sintern die Temperatur für die Schäu- mung erhöht wurde.
Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, wel che in der beigefügten Zeichnung, die weiter unten er läutert wird, schematisch dargestellt wird.
Diese Vorrichtung zur Herstellung von geschäumten Silikaten, insbesondere von geschäumtem Glas ist da durch gekennzeichnet, dass sie ein im wesentlichen un durchlässiges Aufgabeband, diesem nachgeordnet ein gasdurchlässiges Fördermittel und anschliessend eine Schäumvorrichtung, die mitbewegte Mittel zur allseiti gen Begrenzung und Formgebung des Stranges enhält, aufweist.
Die Anordnung von Übergabewalzen oder -rollen zwischen den genannten Bändern dient nicht nur der Überführung des Stranges von Band zu Band, sondern fördert vorteilhafterweise die Entgasung der Untersicht der zusammengesinterten Masse. Die Beschaffenheit der zusammengesinterten Masse gestattet in einer besonde ren Ausführungsform des Verfahrens den Ersatz des durchlässigen Entgasungsbandes durch eine Reihe von angetriebenen Übergabewalzen zwischen Aufgab; band und Schäumband. Ferner kann nach einer weiteren Ausführungsform die Entgasung der Untersicht auch durch ein- oder mehrmaliges kurzes Abziehen, Abbie gen oder Abführen des Fördermittels erfolgen, z. B.
wenn die Förderung zwischen Aufgabe- und Schäum- band durch eine Hubbalken- oder Pilgerschrittsvorrich- tung vorgenommen wird. Zwischen beiden kann auch eine Fördereinrichtung nach dem System des Luftkis sens vorgesehen werden, wobei die tragende Luft die entweichenden Gase von der Untersicht der Sintermasse ganz oder teilweise aufnimmt. Die vorstehend erwähnten Einrichtungen, welche innerhalb der beschriebenen Vorrichtung gegebenenfalls die Gasabführung von der Untersicht der sinternden Masse zwischen Aufgabe- und Schäumband verbessern, können einzeln oder in jeder beliebigen Kombination vorhanden sein.
Die mechanisch wirkenden Förderelemente, Trans portbänder, Rollen usw. werden in bekannter Weise mit einem das Anhaften verhütenden Überzug, z. B. aus Ton, versehen.
Innerhalb der Vorrichtung nehmen vorzugsweise das Aufgabeband etwa 1/4 bis 1/;, der Gesamtstrecke, die Eatgasungsvorrichtung etwa 1/3 bis die Hälfte, das Schäumband etwa 1/3 bis 1/4 der Gesamtstrecke ein. Das obere Begrenzungsband der Schäumzone ist vorzugs weise im letzen Viertel bis Sechstel der Gesamtstrecke angeordnet.
Hinter dem Schäumband kann in bekannter Weise eine Übergabeschleuse angeordnet werden, welche Vor richtungen zum Aufteilen des Schäumstromes sowie zur Übergabe auf ein nachgeordnetes Kühlband aufweist. Die Schleuse wird beheizt, und die Temperaturen liegen vorzugsweise in unmittelbarer Nähe des Erweichungsbe- reiches des Silikates.
Zur Aufteilung des Schaumstranges kann eine Trenn scheibe vorgesehen sein, die ausserhalb der Schleuse g--lagert ist, deren Werkzeug jedoch im Innern nah-zu die Schleusentemperatur annimmt. Die Trennschzibe kann beim Aufteilungsvorgang eine günstige Wirkung au--üben. Da der Trennschnitt zu einer Zeit erfolgt, wo das Innere des Schäumstranges noch glühend ist, wird eine g--wisse Abschreckwirkung erzeugt, die sich in einer schnellen Verfestigung der Trennschnittfläche äussert.
Derart abgeschreckte Flächen setzen der Neigung zum Einsinken, einer Summenwirkung aus dem Zusam- mnziehen der Gase bei Abkühlung in jeder der vielen Zcllen des Schaumkörpers, erhöhten Widerstand entge gen, so dass eine Nachbearbeitung entfallen kann. Beim Schnitt bildet sich ferner eine Art verglaste Oberflä chenhaut aus, die gegenüber den bearbeiteten Flächen den Vorteil grösserer mechanischer Widerstandsfähig- k:.,it und einen absoluten Feuchteabschluss ergibt.
Eine bevorzugte Ausführung-form der erfindungsge- mässen Vorrichtung wird weiter unten in Beispiel 1 be- schrieb.-n.
Ein besonderer Vorteil der Vorrichtung liegt darin, dass sie die rationelle Herstellung fehlerfreier geformter Schaumsilikatmassen in kontinuierlicher Weise ermö- licht. So können beispielsweise sehr vorteilhaft Profil teile im Strangverfahren erfindungsgemäss hergestellt werden. Insbesondere lassen sich so Rohrummantelun gen, bestehend aus zwei Halbschalen aus Schaumglas, herstellen, die wegen ihrer hohen Wärmeisolierfähigkeit, Unveränderlichkeit des Wärmedämmwertes bei Feuch- teeinfluss und Resistenz gegenüber Chemikalien sehr wertvoll sind.
Die Herstellung derartiger Isolierschalen wird in Beispiel 2 beschrieben. Bisher mussten hierfür sehr umständliche oder teuere Herstellungsmethoden angewendet werden. Hierbei wurde entweder jede Halb schale in einer besonderen Form in sehr aufwendiger Weise hergestellt oder man fräste sie unter beträchtli chem Materialverlust aus Blöcken oder Platten aus. Zur Hsrstellung derartiger Isolierschalen auf .der beschriebe nen Vorrichtung genügt es, die Zuteilvorrichtung am Aufgab,-band und das Schäumband mit Zusatzteilen zu versehen.
Hiervon abgesehen, kann die Gesamtlage wie bei Strängen mit rechteckigem Querschnitt verwendet werden. Aufgabe- und Entgasungsband bleiben dabei unverändert. Eine derartige Vorrichtung wird in Beispiel 2 beschrieben. Verfahren und Vorrichtung dienen zur Herstellung von geschäumten Silikaten, wie beispielsweise Schaum quarz, geschäumtes Glas oder geschäumtes Wasserglas.
Die folgenden Beispiele beziehen sich vorzugsweise auf Schaumglas.
<I>Beispiel 1</I> Herstellung von Formteilen mit planen Flächen.
Im folgenden wird Bezug genommen auf Fig. 1 der beigafügten Zeichnungen. Als Ausgangsmaterial wird in bekannter Weise ein inniges Gemisch von feingemahle nem Glaspulver (50 bis 80 ,u) mit 0,1 bis 1 % Russ her gestellt.
Diese Mischung wird über eine kontinuierlich arbei tende Dosierwaage 1, die eine gleichmässige Schicht dicke der aufgeschütteten Mischung gewährleistet, einem Aufgabeband 2 zugeführt, beispielsweise einem Platten band mit niedrigen Seitenborden (Fig. 2), deren Höhe h mindestens 1/E der maximalen Höhe des Schaumstranges betragen soll. Die Länge dieses ersten Plattenbandes beträgt etwa 1/4 bis 1/s der Gesamtstrecke.
Auf dieser Strecke wird das Pulver nun durchwärmt und beginnt zu sintern. Die Schüttschicht verliert dabei an Dicke und zeigt auch andere Schrumpferscheinung n, wie bei spielsweise Aufreissen und Zerklüften der Schicht in unregelmässige Felder, die aber im wesentlichen zusam menhängen. Die Temperaturen in diesem Abschnitt des Durchlaufofens betragen z. B. etwa 750 C.
Bis zum Verlassen dieses ersten Förderabschnittes hat sich das aufgsgebene Gut in eine verhältnismässig zähe plastische, später unregelmässig zerklüftete zusam menhängende Masse verwandelt, die ohne weiteres im zweiten Förderabschnitt auf ein Glieder- oder Lochband aufgegeben werden kann. Diesem wird sie durch eine Übergabevorrichtung 3 zugeführt, die z. B. aus Walzen und Rollen bestehen kann.
Der zweite Abschnitt der Förderstrecke enthält ein gasdurchlässiges Band 4. Dieses Band nimmt etwa ein Drittel bis die Hälfte der Gesamtstrecke ein.
Es folgt dann -die eigentliche Schäumstrecke 6, die 1/3 bis 1/4 der Gesamtstrecke einnimmt und die mit der Entgasungsstrecke durch eine Übergabevorrichtung 5, die der ilbergabevorrichtung 3 ähnlich ist, verbunden ist. In der Schäumzone wird bei üblichen Temperaturen gearbeitet, die je nach Glaszusammensetzung verschie den sind und etwa zwischen 780 und 900 C variieren. Vorzugsweise wird jedoch in der Schäumzone etwa die gleiche Temperatur wie in der Sinterzone angewendet.
Nur die Schäumzone, also ca. 1/4 der Gesamtstrecke, enthält Bänder mit hohen Seitenborden (Fig. 3). Wieder um nur ein Teil der Schäumzone, nämlich nur etwa jenes letzte Viertel bis Sechstel der Gesamtstrecke, wo die Schäummasse zu voller Höhe aufgebläht wird, weist eine obere Begrenzung auf. Zu diesem Zweck eignet sich ein leichtes feingliedriges Gliederband 7.
Anschliessend wird die geschäumte Masse in eine Übergabeschleuse eingeführt. Diese enthält Vorrichtun gen zum Aufteilen des Schäumstromes sowie zur über gab-- auf ein Kühlband. Die Schleuse ist beheizt und die Temperaturen liegen unmittelbar am Erweichungsbe- reich des Glases bei etwa 550 C.
Zur Aufteilung des Schäumstranges wird eine Trennscheibe verwendet, die ausserhalb der Schleuse gelagert ist, deren Werkzeug jedoch im Innern nahezu die Schleusentemperatur von 550 C annimmt.
Im abschliessenden Abkühlkanal werden die Zu schnitte in bekannter Weise von 550 C auf Raumtem peratur abgekühlt. Die Abkühlung ist von der Dicke ab- hängig und beträgt bei ca. 15 cm Schaumhöhe maximal 15 Stunden. Zweckmässig werden dabei die Zuschnitte aufgerichtet, um Bandbreite zu sparen. Ausserdem ist dabei die Kühlung günstiger als bei liegenden Blöcken. Die relativ schnelle Abkühlung in der Übergabeschleuse mit der dadurch bewirkten Oberflächenverfestigung er übrigt in der Regel einen Endzuschnitt. Bei sehr grosser Schäumhöhe kann die Gaskontraktion im Innern zum Einsinken einer der beiden grossen Flächen des Blockes führen, die dann geebnet werden muss.
Diese eben ge richtete Fläche wird günstig als Bezugsfläche verwendet, falls ein Aufschnitt des hochgeschäumten Blockes in Platten o. dgl. erwünscht ist.
<I>Beispiel 2</I> Halbschalen für Rohrummantelungen.
Durch eine breitenveränderliche Dosierung wird die Schüttung am Aufgabeband 1 auf den späteren Halb schalendurchmesser abgestimmt. Im übrigen wird ein normales Plattenband mit im wesentlichen geschlosse ner, ebener Oberfläche benützt. Das Entgasungsband 4 entspricht dem in Beispiel 1 beschriebenen. Das Schäumband 6 besteht aus einem unteren Muldenband 8 und einem oberen Formband mit dem Gegenprofil 9. Die Schüttbreite und Schütthöhe auf .dem Aufgabeband 2 ist so gewählt, dass der Schaum die aus Mulde 8 und Gegenprofil 9 gebildete Strangform füllt.
Die lineare Ausdehnung beim Schäumen beträgt etwa das Sechsfa che, die Volumenausdehnung etwa das Zwölf- bis Fünf- z-.hnfache gegenüber dem Pulver.
Um beispielsweise eine Isolierhalbschale mit 50 mm Innendurchmesser und 25 mm Wandstärke herzustellen, gibt man zweckmässig einen 80 mm breiten Strom der Glaspulver-Russ-Mischung in 5 mm Schütthöhe auf das Aufgabeband. Nach der Sinterung und Entgasung läuft der ca. 75 mm breite Sinterstrang in die 100 mm breite Mulde ein, das Geg--nprofilband begrenzt die Halbschale im Innern.
In der Übergabeschleuse zwischen Schäum- band und Kühlband wird der Halbschalenstrang bei ca. 550' C in gewünschten Massen abgelängt. Eine Nachboarbeitung erübrigt sich. Die so hergestellten Halbschalen besitzen eine dampfdichte, verglaste Aus sen- und Innenhaut.