Verfahren und Vorrichtung zur Verfestigung und Vortrocknung von keramischem oder ähnlichem Schlicker Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor richtung zur Verfestigung und Vortrocknung von kera mischem oder ähnlichem Schlicker, z. B. bei der Her stellung von flachen keramischen Produkten, oder beim Giessen von Schlicker in Formen.
Im Sinne dieser Be schreibung wird mit Schlicker ein keramisches oder ähnliches Material bezeichnet, welches mit einer Flüssig keit, z. B. mit Wasser, derart gemischt ist, dass die Masse dann zur weiteren Behandlung vergossen werden kann.
Bei der Herstellung von flachen keramischen Objek ten, z. B. dünnen Schichten, oder beim Giessen von Schlicker in Formen, wird bisher der Schlicker aus einem Vorratstank gewöhnlich bei normaler Tempera tur in poröse Formen, z. B. Gipsformen, oder auf eine ebene Unterlage gegossen. Die Verfestigung wird durch Feuchtigkeitsabsaugung in einer Form und, beim Gie ssen von dünnen Schichten, durch Wasserabdampfung erzielt. Dieses Verfahren ist aber sehr langwierig und erschwert die Mechanisierung der .Erzeugung.
Ein bekannter Vorschlag geht dahin, den Schlicker zuerst in eine geeignete Form, z. B. aus Gips, zu giessen, und dann ein elektrisches Feld einwirken zu lassen, dessen Energie den Abguss, und natürlich auch die Form, erwärmen soll. Dieser Vorschlag hat aber in der Erzeugung keine Verwendung gefunden, da er eine weitere Operation einführt, den Kostenaufwand erhöht und eine eventuelle Mechanisierung erschwert. Ausser dem wird, insbesondere bei Anwendung von Hoch frequenzerwärmung, die Form mehr erwärmt als der Abguss.
Dies wird durch die ungünstigen Verhältnisse zwischen den dielektrischen Verlusten und den Tempe raturkapazitäten des Schlickers und der Gipsform her vorgerufen. Das Resultat ist hoher Energieverbrauch und geringe Temperaturwirksamkeit.
Es ist weiters schon seit Jahren bekannt, dass die Verfestigung der Abgüsse oder bei dünnen Schichten durch das Giessen von heissem Schlicker, d. h. einem auf 40-60 C erwärmten Schlicker, beschleunigt wer den kann. Ein derartiges Verfahren wäre sehr vorteil haft. Bei seiner Verwendung wird zufolge der im Schlik- ker gespeicherten Wärme die Verfestigung beschleunigt und die Viskosität des gegossenen Schlickers sinkt.
Da durch wird die für seine Verdünnung notwendige Was sermenge herabgesetzt, und nachdem dann bei der Ver festigung ein kleineres Wasserquantum zu entfernen ist, wird der ganze Vortrocknungsprozess natürlich noch mehr beschleunigt.
Der Schlicker wird durch die im Vorratstank an gebrachten Heizelemente erwärmt. Die Wärme von den Elementen wird durch Wärmeleitung in den Schlicker übertragen.
Das bekannte Verfahren hat jedoch im Betriebe bisher keine weitere Verwendung gefunden. Auf der Oberfläche des erwähnten Schlickers bildet sich näm lich eine Kruste, wodurch die Schlickerhomogenität ge stört wird und in den Strom des gegossenen Schlickers werden Teilchen der harten Kruste mitgerissen. Da durch wird die Homogenität des Abgusses gestört und es verstopfen sich die Austrittsöffnungen des Vorrats tanks und eventuell auch die Eingangsöffnungen der Form. Die Arbeit muss von Zeit zu Zeit unterbrochen werden, um die Ausgangs- und Eingangsöffnungen zu reinigen.
Um diese Nachteile zu vermeiden, wurde auch bereits vorgeschlagen, diese Kruste zu entfernen, oder eventuell ihrer Bildung durch Bewegung geeigneter Rührwerke vorzubeugen.
Da also die Verfestigung des erwärmten Schlickers bereits im Vorratstank beginnt, sind die bekannten Vor richtungen verhältnismässig kompliziert und haben keine breitere Anwendung gefunden.
Es besteht jedoch noch ein weiterer Grund, warum sich das sonst vielversprechende Heissschlickerverfah- ren in der Praxis noch nicht bewährt hat. Bei den bekannten Erwärmungsverfahren durch Wärmeleitung und Heizelemente ist nämlich der Wirkungsgrad der Erwärmung nur gering.
Nachdem grössere Schlicker- mengen und gleichzeitig auch der ganze Vorratstank erwärmt und auf einer bestimmten Temperatur gehalten werden muss, entstehen durch Wärmeaustausch mit der Umgebung beträchtliche zusätzliche Verluste und gleich zeitig kann die Erwärmung und dadurch auch die Regu lierung nicht mit genügender Elastizität ausgeführt wer den.
Das bekannte Verfahren ist also aus oben erwähn ten Gründen unvorteilhaft.
Ziel der Erfindung ist es, die erwähnten Nachteile der bekannten Verfahren zu beheben. Dies wird bei den eingangs beschriebenen Verfahren erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass der Schlicker beim Giessen aus dem Schlickervorratstank noch vor dem Eintritt in den Raum, in dem die weitere Verarbeitung des Schlickers vorgenommen wird, einen Raum passiert, in dem ein elektrisches oder elektromagnetisches Feld erzeugt wird, welches Wärme im ganzen Querschnitt des vergossenen Schlickerstroms erzeugt.
Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfah rens mittels Widerstandsheizung zeichnet sich erfin dungsgemäss dadurch aus, dass nahe beim Auslass des. Schlickervorratstanks Glieder in Form von Elektroden angeordnet sind, die mit einer Quelle elektrischer Ener gie verbunden sind, wobei die Glieder bei der Wider standsheizung zur Bildung des Feldes leitend mit dem Schlicker verbunden sind.
Die Erfindung soll nun mit Hilfe der Zeichnungen, welche Ausführungsbeispiele darstellen, näher erklärt werden. Es zeigen: Fig. 1-4 verschiedene Ausführungen der Erfindung, die zum Vergiessen von Schlicker auf ein Band zur Herstellung flacher Gegenstände geeignet sind und Fig. 5-9 ähnliche Ausführungen zum Vergiessen von Schlicker in Gussformen.
Es soll bemerkt werden, dass beim Giessen von flachen keramischen Gegenständen, z. B. dünnen Schich ten, die notwendige Wärme dem Schlicker entweder in der Ausgussöffnung des Vorratstanks oder knapp hinter dieser Öffnung, oder im, Raum, in dem der Schlicker von der Ausgussöffnung durch das sich bewegende Band abgezogen wird, stets derart zugeführt wird, dass der Schlicker bereits vor Gestaltung der dünnen Schicht er wärmt wird, wobei aber die Temperatur des Schlickers im Vorratstank nicht merklich beeinflusst wird.
Dies wird hier dadurch erzielt, dass der Schlicker durch die Energie eines elektrischen oder elektromagne tischen Feldes erwärmt wird.
Fig. 1 zeigt den Schnitt durch die Mündung der Gussöffnung 1, welche mit dem Vorratstank 2 des Schlickers 3 in Verbindung steht. Die Öffnung ent hält geeignet geformte und isolierte Übertragungsglieder 4, 5 für die Umwandlung elektrischer Energie in Wärme energie, also z. B. Elektroden für Widerstands- oder dielektrische Heizung, oder mindestens eine Induktions spule für induktive Heizung, oder eine Kombination solcher Elemente, falls dies z. B. mit Rücksicht auf die Zusammensetzung des Schlickers erforderlich ist.
Wird Widerstandserhitzung mittels eines elektrischen Feldes als Quelle der Heizenergie verwendet, sind die Elektroden leitend mit dem Schlicker verbunden. Wird dielektrische oder induktive Heizung verwendet, sind die Elektroden oder Spulen vom Schlicker isoliert. Die Übertragungsglieder sind mit einer Quelle elektrischer Energie 6 verbunden. Für den .Erfindungszweck eignet sich insbesondere eine Wechselspannungsquelle mit in dustrieller oder höherer Frequenz. Die Frequenz kann je nach Bedarf geändert werden. Die zugeführte Lei stung kann durch den Kreis 7 gesteuert werden.
Der Steuerwert wird dabei von einem Temperaturfühler 8, z. B. einem Thermoelement, einem Widerstandsthermo meter, oder einem andern geeigneten Element abge leitet. In manchen Fällen ist es von Vorteil, wenn der Temperaturfühler Wärmemessung ohne unmittelbare Be rührung mit dem Schlicker ermöglicht. Der an sich bekannte Steuerkreis 7 kann durch einen geeigneten Rückkopplungskreis ergänzt werden, was in den Zeich nungen aber nicht dargestellt ist. Im dargestellten Falle wird der Schlicker auf ein sich bewegendes Band ge gossen.
Fig. 2 zeigt eine Modifikation der Vorrichtung, in welcher das Band 9 steht und die Schlickerabgiess- vorrichtung sich entlang dem Band bewegt. Der aus der Gussöffnung herauskommende Schlicker wird unter Einwirkung des durch die Übertragungsglieder 4, 5 hervorgerufenen :Feldes in eine dünne Schicht umge wandelt. Die übrigen Elemente dieser und der weite ren Fig. 3, 4, welche die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 tragen, bezeichnen ebenfalls ähnliche Ele mente, wie in Fig. 1.
Fig. 3 und 4 illustrieren eine Vorrichtung, in der der Vorratstank 2 mit dem Schlicker mit .der offenen Seitenwand an das bewegliche Förderband angelegt ist. Von diesem wird die dünne Schicht abgezogen. Die Übertragungselemente 4 und 5 gehen teilweise durch den Schlicker an dessen Oberfläche hindurch, oder sie sind abwechselnd im engen Zwischenraum 10 unter halb der Oberfläche zwischen einer Trennwand und dem beweglichen Band 9 angebracht.
Das vorbeschriebene Verfahren zur Herstellung von z. B. dünnen keramischen Schichten und die Vorrich tung zur Durchführung dieses Verfahrens besitzt im Vergleich mit dem bisher bekannten Stand der Technik verschiedene Vorteile. Es besteht konzentrierte Energie übertragung und Wärme entsteht deshalb in kurzer Zeit, die Wärmezufuhr kann leicht reguliert werden und der Wärmewirkungsgrad der Energieübertragung ist sehr hoch. Erwärmter Schlicker wird über das Band ge gossen und der gegossene Gegenstand wird intensiv von innen aus getrocknet.
Der Schlicker im Vorrats tank bewahrt seine Normaltemperatur und wird von der Erwärmung des Schlickers in der Nachbarschaft der Abgussöffnung nicht betroffen. Nachdem sich die Viskosität des erwärmten Schlickers vermindert, kann ein Schlicker mit niedrigem Feuchtigkeitsgehalt verwen det werden. Dies ist für den Trocknungsprozess eben falls von Vorteil.
Da die im erwärmten Schlicker an gesammelte Wärme nicht dazu ausreicht, die für kom plette Trocknung der Schicht notwendigen Wärme mengen zu decken, kann das erfindungsgemässe Ver fahren in diesem Falle mit üblichen Trocknungsverfah- ren kombiniert werden. Die wesentliche Verkürzung der für das erfindungsgemässe Verfahren zur Verfesti gung und Vortrocknung notwendigen Zeit ermöglicht ein kontinuierliches Giessen und die Mechanisierung des Gussprozesses.
Falls keramische und ähnliche Materialien in For men zu giessen sind, kann die notwendige Wärmemenge dem Schlicker ebenfalls in der Gussröhre oder in der unmittelbaren Nähe zugeführt werden. Die Wärme wird stets derart zugeführt, dass der Schlieker auf die ge- wünschte Temperatur gebracht wird, bevor er in die Gussform gelangt. Die Wärme im Vorratstank soll aber wieder nicht merklich beeinflusst werden.
Dies wird ebenfalls durch Erwärmung mittels eines elektrischen oder elektromagnetischen Feldes erzielt, wobei wieder Übertragungsglieder in derartiger Weise verwendet wer den, dass die oben angeführten Anforderungen erfüllt werden.
Einige Ausführungsbeispiele zum Giessen des in vor beschriebener Weise erwärmten Schlickers in Gussfor- men sollen nun im Zusammenhang mit den Fig. 5-9 beschrieben werden.
Fig. 5 illustriert einen Schnitt durch die Mündung der Ausflussröhre 1, die mit dem den Schlicker 3 ent haltenden Vorratstank 2 verbunden ist. In der Röhre 1 sind geeignet geformte übertragungsglieder 4 und 5 angebracht, die isoliert sein können. Das übertragungs- glied kann eine Elektrode, oder Elektroden, oder eine Induktionsspule sein.
Falls es die Zusammensetzung oder eine andere Eigenschaft des Schlickers, oder die Form des Gussstückes erfordern, kann das übertra- gungsglied durch eine geeignete Kombination von Elek troden und Induktionsspulen gebildet werden. Wird Widerstandserhitzung verwendet, sind die Elektroden leitend mit dem Schlicker verbunden. Wird dielektrische oder induktive Heizung verwendet, sind die Elektroden oder Spulen in geeigneter Weise vom Schlicker isoliert.
Die übertragungsglieder sind mit der elektrischen Ener giequelle 6 verbunden. Geeignet ist wieder eine Quelle mit industrieller oder höherer Frequenz, die auch ver änderlich sein kann. Die zugeführte Energie kann durch den Regelkreis 7 kontrolliert werden, dessen Kontroll- wert durch den Wärmefühler 8 geliefert wird, der in ähnlicher Weise, wie bereits oben beschrieben, kon struiert ist.
Die Fig. 6, 7 und 8 illustrieren andere Ausführungsbeispiele der Anordnung von übertragungs- gliedern 4, 5 in der Auslassöffnung und des Wärme fühlers B. Die Elektrode 4 in .Fig. 8 bildet einen Dorn zum Abgiessen hohler Profile. In Fig. 9 wird eine Spule 4, 5 verwendet, die rings um die Auslassöffnung an geordnet ist, um ein induktives Feld zu gestalten.
Die Ausführungen gemäss Fig. 5-9 besitzen ähn liche Eigenschaften, wie die gemäss Fig. 1-4. Die Bil dung von Scherben wird beschleunigt, die Gipsformen, in die der Schlicker abgegossen wird, nehmen weniger Feuchtigkeit auf, deren Trocknung wird erleichtert und sie können häufiger als bisher benutzt werden, oder die Anzahl der regenerativen Zyklen kann vermindert werden. Die vorbeschriebene Vorrichtung ermöglicht Mecha nisierung und Automatisierung des Produktionsprozes ses.
Da die Menge des erwärmten Schlickers ziemlich klein ist, kann die Menge der zugeführten Wärme leicht und genau reguliert werden und der vorgewärmte Schlicker kann mit genau definierten physikalischen Eigenschaften vergossen werden.
Method and device for solidifying and predrying ceramic or similar slip The invention relates to a method and a device for solidifying and predrying kera mix or similar slip, z. B. in the manufacture of flat ceramic products, or when pouring slip in molds.
For the purposes of this description, a ceramic or similar material is referred to as slip, which speed with a liquid, for. B. with water, is mixed in such a way that the mass can then be poured for further treatment.
In the manufacture of flat ceramic Objek th, z. B. thin layers, or when pouring slip in molds, the slip from a storage tank is usually at normal tempera ture in porous forms, z. B. plaster molds, or poured onto a flat surface. The solidification is achieved by suction of moisture in a mold and, when pouring thin layers, by water evaporation. However, this process is very tedious and complicates the mechanization of production.
One known proposal is to first convert the slip into a suitable form, e.g. B. made of plaster of paris, and then to let an electric field act, the energy of which is to heat the casting, and of course the mold. However, this proposal has not been used in production, since it introduces another operation, increases the cost and makes any mechanization more difficult. In addition, especially when using high-frequency heating, the mold is heated more than the casting.
This is caused by the unfavorable ratios between the dielectric losses and the temperature capacities of the slip and the plaster mold. The result is high energy consumption and low temperature effectiveness.
It has also been known for years that the solidification of the casts or, in the case of thin layers, by the pouring of hot slip, i.e. H. a slip heated to 40-60 C, accelerated who can. Such a method would be very beneficial. When it is used, the heat stored in the slip accelerates solidification and the viscosity of the cast slip decreases.
This reduces the amount of water required for its dilution, and after a smaller amount of water has to be removed during solidification, the entire pre-drying process is of course accelerated even more.
The slip is heated by the heating elements in the storage tank. The heat from the elements is transferred into the slip by conduction.
However, the known method has so far found no further use in the company. Namely, a crust forms on the surface of the slip mentioned, as a result of which the slip homogeneity is disturbed and particles of the hard crust are entrained into the flow of the poured slip. Since the homogeneity of the casting is disturbed and the outlet openings of the storage tank and possibly also the inlet openings of the mold clog. The work must be interrupted from time to time to clean the exit and entrance openings.
In order to avoid these disadvantages, it has already been proposed to remove this crust or possibly to prevent its formation by moving suitable agitators.
Since the solidification of the heated slip already begins in the storage tank, the known devices are relatively complicated and have not found wider application.
However, there is another reason why the otherwise promising hot slip process has not yet proven itself in practice. In the known heating processes by conduction and heating elements, the heating efficiency is only low.
Since larger quantities of slurry and at the same time the entire storage tank have to be heated and kept at a certain temperature, considerable additional losses occur due to heat exchange with the environment, and at the same time the heating and therefore also the regulation cannot be carried out with sufficient elasticity.
The known method is therefore disadvantageous for the reasons mentioned above.
The aim of the invention is to remedy the mentioned disadvantages of the known methods. According to the invention, this is achieved in the method described at the outset in that the slip, when pouring from the slip storage tank, passes through a space in which an electric or electromagnetic field is generated before entering the space in which the further processing of the slip is carried out which generates heat in the entire cross section of the poured slip stream.
The device for carrying out this method by means of resistance heating is characterized according to the invention in that members in the form of electrodes are arranged near the outlet of the slip storage tank, which are connected to a source of electrical energy, the members being formed in the resistance heating of the field are conductively connected to the slip.
The invention will now be explained in more detail with the aid of the drawings, which represent exemplary embodiments. They show: FIGS. 1-4 various embodiments of the invention which are suitable for pouring slip onto a strip for the production of flat objects, and FIGS. 5-9 show similar embodiments for pouring slip in casting molds.
It should be noted that when casting flat ceramic objects, e.g. B. thin Schich th, the necessary heat to the slip either in the pouring opening of the storage tank or just behind this opening, or in the room in which the slurry is drawn off the pouring opening by the moving belt, is always supplied in such a way that the Slurry is warmed up before the thin layer is formed, but the temperature of the slurry in the storage tank is not noticeably affected.
This is achieved here in that the slip is heated by the energy of an electrical or electromagnetic field.
1 shows the section through the mouth of the pouring opening 1, which is connected to the storage tank 2 of the slip 3. The opening ent holds suitably shaped and insulated transmission members 4, 5 for converting electrical energy into heat energy, so z. B. electrodes for resistance or dielectric heating, or at least one induction coil for inductive heating, or a combination of such elements, if this z. B. is necessary with regard to the composition of the slip.
If resistance heating by means of an electric field is used as a source of heating energy, the electrodes are conductively connected to the slip. If dielectric or inductive heating is used, the electrodes or coils are isolated from the slip. The transmission links are connected to a source of electrical energy 6. An AC voltage source with an industrial or higher frequency is particularly suitable for the purpose of the invention. The frequency can be changed as needed. The power supplied can be controlled by circuit 7.
The control value is from a temperature sensor 8, z. B. a thermocouple, a resistance thermometer, or other suitable element leads abge. In some cases it is advantageous if the temperature sensor enables heat measurement without direct contact with the slip. The per se known control circuit 7 can be supplemented by a suitable feedback circuit, but this is not shown in the drawings. In the case shown, the slip is poured onto a moving belt.
2 shows a modification of the device in which the belt 9 is standing and the slip pouring device moves along the belt. The slip coming out of the pouring opening is converted into a thin layer under the action of the field caused by the transmission elements 4, 5. The other elements of this and the wide Ren Fig. 3, 4, which have the same reference numerals as in Fig. 1, also denote similar elements as in Fig. 1.
3 and 4 illustrate a device in which the storage tank 2 with the slip is placed against the movable conveyor belt with the open side wall. The thin layer is peeled off from this. The transmission elements 4 and 5 partially pass through the slip on its surface, or they are alternately attached in the narrow space 10 below the surface between a partition and the movable belt 9.
The above-described method for the preparation of z. B. thin ceramic layers and the device Vorrich for performing this method has various advantages compared with the previously known prior art. There is concentrated energy transfer and heat is generated in a short time, the heat supply can be easily regulated and the heat efficiency of the energy transfer is very high. Heated slip is poured over the belt and the cast object is dried intensively from the inside.
The slip in the storage tank maintains its normal temperature and is not affected by the heating of the slip in the vicinity of the pouring opening. After the viscosity of the heated slip decreases, a slip having a low moisture content can be used. This is also an advantage for the drying process.
Since the heat collected in the heated slip is not sufficient to cover the amount of heat necessary for complete drying of the layer, the method according to the invention can in this case be combined with conventional drying methods. The substantial shortening of the time necessary for the method according to the invention for consolidation and predrying enables continuous casting and mechanization of the casting process.
If ceramic and similar materials are to be cast in molds, the required amount of heat can also be supplied to the slip in the cast pipe or in the immediate vicinity. The heat is always supplied in such a way that the Schlieker is brought to the desired temperature before it enters the mold. The heat in the storage tank should again not be noticeably influenced.
This is also achieved by heating by means of an electric or electromagnetic field, transmission elements again being used in such a way that the requirements listed above are met.
Some exemplary embodiments for pouring the slurry heated in the manner described above into casting molds will now be described in connection with FIGS. 5-9.
Fig. 5 illustrates a section through the mouth of the outflow pipe 1, which is connected to the storage tank 2 containing the slip 3 ent. In the tube 1 suitably shaped transmission members 4 and 5 are attached, which can be insulated. The transmission element can be an electrode, or electrodes, or an induction coil.
If required by the composition or another property of the slip, or the shape of the casting, the transmission element can be formed by a suitable combination of electrodes and induction coils. If resistance heating is used, the electrodes are conductively connected to the slip. If dielectric or inductive heating is used, the electrodes or coils are suitably insulated from the slip.
The transmission links are connected to the electrical energy source 6. A source with an industrial or higher frequency, which can also be variable, is again suitable. The energy supplied can be controlled by the control circuit 7, the control value of which is supplied by the heat sensor 8, which is constructed in a manner similar to that already described above.
FIGS. 6, 7 and 8 illustrate other exemplary embodiments of the arrangement of transmission members 4, 5 in the outlet opening and the heat sensor B. The electrode 4 in FIG. 8 forms a mandrel for casting hollow profiles. In Fig. 9, a coil 4, 5 is used, which is arranged around the outlet opening to form an inductive field.
The designs according to FIGS. 5-9 have similar properties as those according to FIGS. 1-4. The formation of cullet is accelerated, the plaster molds into which the slip is poured absorb less moisture, drying is easier and they can be used more frequently than before, or the number of regenerative cycles can be reduced. The device described above enables mechanization and automation of the production process.
Since the amount of the heated slip is quite small, the amount of heat supplied can be easily and precisely regulated, and the preheated slip can be cast with well-defined physical properties.