Verfahren zur Herstellung keramischer Gegenstände
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung keramischer Gegenstände, insbesondere glasierter oder unglasierter Ziegel oder Kacheln für Wandverkleidungsoder Bodenbelagszwecke, durch eine Schnellbrennarbeitsweise, aus einem Ton der gewöhnlich in der keramischen Industrie verwendet wird.
Bekanntlich gibt es einige Tone mit einer derartigen chemischen Zusammensetzung, dass sie während der Brennbehandlung einer Reihe exothermer und endothermer Reaktionen sowie Veränderungen der allotropen Bedingungen der Grundkomponenten unterliegen, was schliesslich zur Umwandlung von Ton in einen festen keramischen Gegenstand führt.
Es bestand bisher in der Technik die gut fundierte und allgemein anerkannte Meinung, dass diese Art von Materialien den erforderlichen Erhitzungs- und Kühlbehandlungen sehr langsam unterworfen werden sollte, wenn man Brüche, Verformungen und eine unzureichende mechanische Festigkeit der hergestellten Gegenstände vermeiden wollte.
Nachstehend wird zur Vereinfachung nur auf die Herstellung glasierter Ziegel oder Kacheln aus Ton Bezug genommen, wie sie vorstehend bezeichnet und nachstehend genauer gekennzeichnet sind.
Die modernste Arbeitsweise, die heute für die Massenherstellung, d.h. die Herstellung von wenigstens 500 m2 glasierter Ziegel oder Kacheln pro Tag und Förderband, Anwendung findet, kann kurz wie folgt beschrieben werden:
Die rohen gepressten Kacheln werden, wenn sie aus den Pressen kommen, von Hand auf verschiedene Trageinrichtungen gelegt, die vom einfachen Holzgestell bis zu leichten bereiften Wagen reichen, und anschliessend wieder von Hand auf die feuerfeste Platte schwerer Stahlreifenwagen, die auf Schienen laufen, übergeführt.
Viele Dutzende von Stapeln, die jeweils 10 bis 150 Kacheln umfassen, werden mit Hilfe feuerfester Gestelle aus Stützplatten auf jeden Wagen geladen. Um einen angemessenen Umlauf heisser Gase und das Entweichen entwickelter Gase zu ermöglichen, wird die Rückseite der Kachel mit geeigneten Rippen, beispielsweise einer Dicke von 2 mm, versehen, durch welche der Markenartikel kenntlich gemacht wird. Infolge der allgemein bekannten Gründe werden die Kacheln gewöhnlich so auf den Wagen aufgestapelt, dass die Vorderseite mit den Warenzeichen in Berührung steht.
Die auf diese Weise beladenen Wagen werden anschliessend zu einem kontinuierlichen arbeitenden Trockenofen befördert, wo sie nach 20 Stunden bei einer Temperatur von etwa 1200C herauskommen; danach werden sie in einen kontinuierlich arbeitenden Brennofen übergeführt, in welchem diese Wagen etwa 48 Stunden belassen werden, wobei eine Temperatur im Bereich von 900-1 3000C maximal erreicht wird und sie schliesslich bei einer Temperatur in der Nähe der Raumtemperatur herauskommen.
Während die Kacheln oder Ziegel von den Wagen abgeladen werden, werden sie einzeln untersucht, wobei die beschädigten ausgeschieden werden; danach werden sie vom Sortiertisch zur Verpackungs- und Versandabteilung oder zur nächsten Behandlungsstufe geführt. Eine Verzierung kann auf die Kacheln aufgebracht werden, bevor oder nachdem sie mit der Glasurmasse überzogen wurden. Nach dem übergiessen mit Glasurmasse werden die Kacheln, oft sogar mechanisch, auf Gestelle, wie z.B. feuerfeste Behälter, die ihrerseits von Hand auf feuerfeste Platten gestellt werden, gelegt und anschliessend durch den kontinuierlich arbeitenden Glasurofen geschoben, aus welchem sie nach etwa 15 Stunden und nachdem sie eine Temperatur im Bereich von 900-13000C erreicht haben, bei annähernd Raumtemperatur wieder herausgenommen werden.
Die fertigen glasierten Kacheln werden schliesslich zur Sortier-, Güteeinteilungs- und Verpackungsabteilung befördert.
Aus den vorstehenden Ausführungen und den allgemeinen bekannten Tatsachen kann gefolgert werden, dass die in der Technik bekannte Arbeitsweise: - in hohem Masse zeitraubend und mühsam ist, und zwar aufgrund der Tatsache, dass nahezu alle Beförderungs-, Stapel- und Umhüllungsarbeitsweisen von Hand durchgeführt werden müssen, da sie wenigstens zum grössten Teil weder durch Mechanisierung noch durch Automatisierung zu bewähltigen sind; - praktisch nach jeder Bearbeitungsstufe ebenfalls manuell durchzuführende genaue Kontrollen erfordert, um alle beschädigten Stücke auszuscheiden, welche, bezogen auf den vollständigen Herstellungskreislauf, kaum weniger als 25% ausmachen;
; - eine Sortierung der Kacheln entsprechend ihren Grössen erforderlich macht, was zu Schwierigkeiten bei der Lagerung oder zu der Notwendigkeit führt, Stücke auszuscheiden, die qualitativ zufriedenstellend sind, aber nicht die richtige Grösse haben; - eine Wärmebehandlung roher Kacheln oder Ziegel im Bereich von einem Minimum von 60 Stunden bis zu einem Maximum von 120 Stunden, bzw. durchschnittlich insgesamt 80 Stunden in Öfen einer Gesamtlänge von etwa 120 m erfordert.
Nachstehend werden einige der wichtigsten Tone angegeben, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren behandelt werden können: - blaue Mergeltone , wovon grosse Vorkommen entlang des ganzen italienischen Apenninenrückens anzutreffen sind und deren Analyse nach einer einstündigen Calcinierung bei 9000C innerhalb der nachstehend angegeben Grenzen liegt (alle Werte sind auf Gew.-% bezogen): Silo, 45 - 63 Al2O3 12 - 22 Fe 3 - 9
TiO2 1 - 2
CaO 9 - 28
MgO 0,5- 4 Na5O 0,2- 6 K2O 0,2- 6 So5+S03 0,1- 1
Brennverlust nach 1 Std.
bei 9000C 10 - 18
Kalkmesser 12 - 34 - weiss-brennende Tone , keramische Mischungen, die bei einer Temperatur im Bereich von 900-12800C gebrannt werden können, wobei sie eine zwischen weiss und hellbraun variierende Farbe annehmen, und die durch Mischen und Homogenisieren der nachstehend angegebenen Rohmaterialien durch bereits bekannte Arbeitsweisen in den angegebenen Verhältnissen (Gew. -%) erhalten werden:
Siliciumdioxydsand 10 - 35
Ton 10 - 50
Kaolin 10 - 35
Ca- und/oder Mg-Carbonat 5 - 35
Feldspat 0-10
Talk 0-15
Wollastonit 0-10
Pyrophyllit 0-15 gegebenenfalls unter Beifügung von Steingutbruchstükken.
Die maximalen Prozentsätze der vier zuletzt genannten Komponenten können gegebenenfalls über die angegebenen oberen Grenzen hinaus erhöht werden, indem man die Prozentsätze aller anderen Komponenten in geeigneter Weise verringert; jedoch wären die auf diese Weise erhaltenen Mischungen weniger wirtschaftlich.
Die vorstehend angegebenen Rohmaterialien, die für die Herstellung von weiss-brennenden Tonen zu verwenden sind, zeigen jeweils eine dem Fachmann allgemein bekannte, typische Zusammensetzung.
- Tone, die als Grundlage für die Herstellung von Hartbrandsteinen oder Klinker , insbesondere Flyschtone, Pliozän-Tone, Steinguttone aus natürlichen Erzmaterialien verwendet werden, werden auch als rote Schichten bezeichnet.
Nachstehend wird eine typische Analyse von Flysch Ton angegeben, die nach einstündiger Calcinierung bei 9000C an einem gebrannten Vorrat durchgeführt wurde (alle Werte sind in Gew.-% angegeben):
SiO2 50 - 65 Al203 15 - 20
TiO2 0-2 Fe5O3 3 - 8
CaO 2- 9
MgO 0-4 Na2O+K2O 1 - 5
Zündverlust bei 9000C für 1 Std. 5 - 15
Eine typische Analyse eines Pliozän-Mergeltons liegt gewöhnlich in den nachstehend angegebenen Bereichen:
: SiO 45 - 63 Al203 12 - 20 Fe5O3 3 - 9 TiO3 0,1- 2
CaO 9 - 22
MgO 0,5- 4 Na2O+K3O 0,2- 6
Die Analyse eines Steinguttons aus roten Schichten liegt gewöhnlich in den nachstehend angegebenen Bereichen:
: SiO3 50 - 70 Al203 15 - 22 TiO3 0,1- 2 Fe2O3 4 - 10
CaO 0 - 4
MgO o - 3 K20+NaoO 1 - 5
Es ist nun überraschend eine neue Arbeitsweise für die Herstellung von keramischen Gegenständen aus Tonen, wie sie vorstehend bezeichnet wurden, gefunden worden, durch welche die Zeit der Wärmebehandlung, die bisher im Mittel bei etwa 80 Stunden, bezogen auf die Gesamtbearbeitungszeit, bis auf einen Wert in der Grössenordnung von etwa 2 Stunden für die laufenden Grössen verringert wird und die darüber hinaus kein Sortieren oder Messen des Produkts erfordert, da, wenn einmal die geeignetsten Bearbeitungsbedingungen, und insbesondere die Temperatur-Zeit-Diagramme bestimmt worden sind,
die für die verwendete Mischung am geeignetsten sind, die unerwünschten Grössen und ausgeschiedenen Stücke auf ein Minimum oder sogar auf Null herabgesetzt werden.
Bei Anwendung der Arbeitsweise der Erfindung werden keramische Gegenstände mit solchen Eigenschaften erhalten, dass sie entweder verwendet werden können, wie sie aus einem Brennofen für Steingut kommen, oder danach glasiert werden können, da die Verträglichkeit mit der Glasur sehr gut ist, wodurch eine einheitlich gefärbte und fleckenlose Glasierung erzielt wird. Die so hergestellten Gegenstände haben ganz ähnliche und sogar überlegene Eigenschaften wie die durch die gebräuchlichen Arbeitsweisen hergestellten Gegenstände.
Die neue Arbeitsweise kann leicht als kontinuierlicher Arbeitsgang durchgeführt werden, was zu weiteren sehr wichtigen Vorteilen führt, da hierdurch die beinahe vollständige Einsparung der Arbeit, die bisher für die Überführung der Kacheln oder Ziegel aus den Pressen zu den Trockenöfen, danach zu den Brennöfen und schliesslich zu den Glasuröfen notwendig war, sowie deI Arbeit, die für den Transport von Wagen, die Beschikkung der Glasierungseinrichtung und für jede andere Handhabung im ganzen Herstellungskreislauf notwendig war, ermöglicht wird. Es kann sogar festgestellt werden, dass in keiner Verfahrensstufe die Kacheln von Hand oder mit einem manuellen Werkzeug gehandhabt werden.
Weitere wichtige Vorteile, die aus der kontinuierlichen Arbeitsweise der Erfindung gezogen werden können, bestehen in der Eliminierung grosser Ziegel- oder Kachellager, in welchen ständig schwankende Mengen oder Stückzahlen in den verschiedenen Bearbeitungsstufen gesammelt werden, dass bei der in der Technik bekannten Arbeitsweise nur die Trocken- und die Brenn öfen kontinuierlich betrieben werden, während alle anderen Arbeitsgänge und insbesondere die Kontrolle und die Aufbringung der Glasur diskontinuierlich durchgeführt werden.
Wie nachstehend angegeben wird, können ausserdem bei der neuen Arbeitsweise viel kürzere kontinuierlich arbeitende Öfen verwendet werden, wodurch bei gleicher Produktion die durch die neue Anlage bedeckten Flächen nur einen Bruchteil derjenigen beträgt, die bisher erforderlich waren.
Die vorstehend genannten Vorteile sowie weitere Vorzüge entspringen der erstaunlichen Tatsache, dass es im Gegensatz zu der bisher bekannten Lehre und angewandten Technik absolut nicht stimmt, dass die Materialien, welche im erfindungsgemässen Verfahren verwendet werden, sehr langsam getrocknet, gebrannt und gekühlt werden müssen, um Brüche, Verformungen oder eine unzureichende mechanische Beständigkeit der gebrannten Materialien und glasierten Gegenstände zu verhindern, und zwar infolge des Entweichens von Gasen aus der Masse, der Veränderungen der allotropen Bedingung der Grundkomponenten, wie z.B. des Quarzes, sowie der exothermen und endothermen Reaktionen, die zur Umwandlung von Ton und den komplementären Komponenten zu stabilen und bezüglich der Abmessungen definierten keramischen Gegenständen führen.
Es ist tatsächlich überraschend gefunden worden, dass die Möglichkeit besteht, nicht nur die Zeit von einer oder zwei Wännebehandlungen, sondern sogar von allen drei Wärmebehandlungen (d.h. Trockenbrennen und Glasurbrennen), welchen die rohen gepressten Kacheln unterworfen werden müssen, drastisch zu senken, wobei gleichzeitig die Möglichkeit gegeben ist, ein Produkt zu erhalten, das verbesserte und ausserordentlich einheitliche oder gleichmässige Eigenschaften (selbst mit Bezug auf die Farbe) aufweist und nicht gemessen zu werden braucht, wenn jede gepresste rohe Kachel dem genau gleichen Temperatur-Zeit-Schema unterworfen wird, dessen Hauptparameter nachstehend für jede Bearbeitungsstufe in einer ganz gleichmässigen Weise angegeben sind: - Trockenstufe:
Erhitzen von der Raumtemperatur oder etwa der Presstemperatur auf eine Temperatur im Bereich von 105-150 C, vorzugsweise 1200C, innerhalb
10-60 Minuten.
- Brennstufe: Erhitzen von der oder annähernd der Trockentemperatur bis zu einer Temperatur im Bereich von 850-13000C maximal, vorzugsweise 900-10500C während 5-20 Minuten, und anschliessendes Abkühlen auf eine Temperatur von weniger als 3000C. Die Gesamtzeit dieser Stufe liegt im Bereich zwischen 8-150 Minuten und beträgt vorzugsweise 50 Minuten.
- Glasurbrennstufe: Erhitzen von der Temperatur, bei welcher die Glasurzusammensetzung aufgebracht wird (und das ist gewöhnlich Raumtemperatur), auf eine Temperatur im Bereich von 850-1300 C, und anschliessen des Abkühlen auf Raumtemperatur, wobei Temperaturen und Zeiten vollkommen mit denjenigen der vorhergehenden Stufe vergleichbar sind.
Zeiten, die kürzer sind als die vorstehend angegebenen, führen zu einem gegebenen, wenn auch sehr kleinen Prozentsatz schadhafter Stücke, während längere Zeiten für die Wirtschaftlichkeit der Arbeitsweise nicht günstig sind. Wie bereits angegeben, sind die Temperaturen und Zeitangaben, die noch besser für jede Mischungszusammensetzung geeignet sind, innerhalb des Bereiches der vorstehend angegebenen Wärmebehandlungsbedingungen zu finden.
Damit alle vorstehend aufgeführten Vorteile aus der Arbeitsweise der Erfindung gezogen werden können, muss diese als kontinuierlicher Vorgang durchgeführt werden, wobei man wie festgestellt, in einer solchen Weise arbeitet, dass zur Erzielung des kritischen, kennzeichnenden Merkmals der Erfindung, d.h. dass jede Kachel dem gleichen Temperatur-Zeit-Schema in einer ganz gleichmässigen Weise unterworfen wird, die Anordnung der Kachel in einer einzigen Schicht wesentlich ist. Es ist insbesondere gefunden worden, dass die Kacheln ohne Hilfe von feuerfesten Stütz- oder Tragplatten oder anderen, die Kacheln tragenden Mitteln, gebrannt werden müssen.
Es ist ausserdem festgestellt worden, dass die Arbeitsweise des Verfahren in vorteilhafter Weise durchgeführt werden kann, wenn das Material, mit welchem die Pressen beschickt werden, direkt durch Zerstäubung der nass gemahlenen Mischung erhalten wird.
Es ist ferner festgestellt worden, dass die bereits bekannten öfen, z.B. mit Feuerstellen oder Herden der Art mit Schwingbalken, Walzen, Siebriemen oder Luftkissen, für diese kontinuierliche Bearbeitung in technischem Massstab vollkommen geeignet sind. Diese Öfen ermöglichen auch in vorteilhafter Weise eine leichte Einregelung der Temperatur-Zeit-Kurve zusammen mit einer gleichmässigen Verteilung der Temperatur auf Flächen senkrecht zu der Richtung der Materialbewegung.
Wie bereits bekannt ist, haben derartige kontinuierliche Öfen, so z.B. diejenigen der Schwingbalkenart, eine Länge bis zu 40 m und eine Breite, welche die Anordnung von bis zu 10 Kachelreihen nebeneinander und aufeinanderfolgend zulässt. Diese Öfen werden gewöhnlich mit Öl, Gas oder Strom beheizt und mit geeigneten Regeleinrichtungen ausgestattet, welche die Erzielung der für das jeweilige Material am besten geeigneten Brennkurve erlauben.
Das Verfahren kann beispielsweise wie folgt kontinuierlich in Praxis umgesetzt werden:
Die aus einer Tommischung gepressten rohen Kacheln oder Ziegel, die einen Feuchtigkeitsgehalt im Bereich von 6-9% aufweisen, werden in einer einzigen Schicht unter den vorstehend angegebenen Temperaturund Zeitbedingungen, z.B. in einem Schwingbalkenofen, getrocknet.
Die aus einer Tonmischung gepressten rohen Kacheln wie vorstehend angegeben in einem weiteren Schwingbalkenofen fertiggetrocknet, aus welchem sie bei einer Temperatur von weniger als 3000C herauskommen.
Die Kacheln können dann mit einer, mit ihren Eigenschaften verträglichen Glasurzusammensetzung überzoZ gen werden worauf sie in einem dritten Ofen zur Bildung einer Glasur, bzw. glasigen Oberfläche in einer ähnlichen Weise, wie sie vorstehend bezüglich des Brennens angegeben wurde, abermals gebrannt werden.
Für das Trocknen und Brennen kann der gleiche Ofen verwendet werden.
Beispiel 1
In diesem Beispiel werden Kacheln, die gemäss der vorstehend beschriebenen, in der Technik bekannten industriellen Arbeitsweise hergestellt wurden und nachstehend im einzelnen beschrieben werden, mit Kacheln ver glichen, die gemäss der Arbeitsweise der Erfindung in einem Versuchsmassstab hergestellt werden.
Bei allen Versuchen ging man von rohen gepressten Kacheln aus der laufenden Produktion einer modernen Anlage der herkömmlichen Art aus.
Eine gegebene Menge roher Kacheln, die willkürlich aus der Ladung eines Trockenofenwagens herausgenommen wurden, wurde beiseite gelegt, um den Brennversuchen unterworfen zu werden; der vorstehende Wagen wurden gekennzeichnet.
Diese Kacheln, die Fertiggrössen von 175 X 75 X 8 mm und einen Feuchtigkeitsgehalt von 7,4% aufweisen, wurden durch Pressen eines gemahlenen Tons auf automatischen Reibungspressen mit 4 Ausstossöffnungen der bereits bekannten Art erhalten.
Der verwendete Ton hatte die folgenden Merkmale:
Analyse Gew.-%
SiO2 55,00
A1203 17,00 Fe2Os 6,50 TiO5 9,50
CaO 15,30
MgO 1,50 Na5O 2,50 K2O 1,50
Zündverlust nach 1 Std.
bei 9000C, 14,5
Kalkmesser (gemäss Dietrich-Frühlung) 24
Differentialwärmeanalyse (Erhitzungszeit des Ofens: 2 Std. Standard-Vergleichsversuchsstück DTA Aluminiumoxyd mit potentiometrischer Aufzeichnung, vgl.
Fig. 1) A Arbeitsgang von Kacheln gemäss der in der Technik bekannten industriellen Arbeitsweise
Der Wagen, der - wie alle anderen - mit 49 Kachelstapeln (wobei jeder Stapel aus 150 Kacheln gebildet wurde) beladen war, wurde in einen herkömmlichen Tunneltrockenofen eingefahren, der 60 m lang war, normal betrieben und durch heisse Gase aus dem Brennofen im Gegenstromprinzip erhitzt wurde. Nach 60 Stunden bei einer Temperatur von 1200C wurde dieser Wagen aus dem Ofen herausgefahren.
Anschliessend wurde der Wagen in einen kontinuierlichen Tunnelbrennofen eingefahren, der 90 m lang war und durch Verbrennungsgase direkt erhitzt wurde, wodurch in seinem mittleren Abschnitt eine Temperatur von 9800C erzielt wurde.
Nach 80 Stunden wurde der Wagen aus dem Ofen herausgefahren.
20 Kacheln wurden willkürlich unter denjenigen ausgewählt, die von dem in Rede stehenden Wagen abgeladen wurden; hiervon gingen 17 durch die Widerstandsprobe. 6 Kacheln, die willkürlich unter den zuletzt genannten 17 Kacheln ausgewählt wurden, wurden weiteren Proben unterworfen und zeigten die nachstehend angegebenen Eigenschaften: - tatsächliches spez. Gewicht 2,7 - 2,9 kg/dm3 im Bereich von - scheinbares spez. Gewicht 1,6 - 1,8 kg/dm3 im Bereich von - Porosität% 3,5 (bestimmt durch Eintauchen in siedendes Wasser für 1 Stunde und Wiegen) - Bruchbelastung unter Biegungs- 315 beanspruchung kg/cm2 ( Tonindustria -Methode, Ver suchsstück 2 cm breit) - Dehnungseigenschaften vgl.
Fig. 2 - Schrumpfung % im Bereich von 5,4 - 6,2 - Planarität gut - Brenngrad gut - Zündverlust keiner - Verträglichkeitsprobe Biskuitglasur, gemäss Steger: Glasur unter Druck, im Bereich von + 11 und + 12.
Die restlichen Kacheln wurden markiert und danach mit einer Blei-Borax-Glasur überzogen, wonach sie zusammen mit anderen Kacheln willkürlich auf einen mit Behältern ausgestatteten Wagen gelegt wurden.
Dieser Wagen wurde zusammen mit anderen Wagen in einen zweiten Tunnelofen einer Länge von 60 m gebracht, welcher im Gegenstrom mit Verbrennungsgasen direkt beheizt wurde, wodurch in seinem mittleren Abschnitt eine Temperatur von 9800C erzielt wurde; nach 30 Stunden wurde er herausgenommen. Beim Entladen des Wagens wurde die auf diese Weise glasierten, markierten Kacheln beiseite gelegt und anschliessend einer Widerstandsprobe unterworfen. Eine davon wurde für schadhaft befunden und ausgeschieden.
Anschliessend wurden 6 markierte Kacheln, die willkürlich unter den anderen ausgewählt wurden, weiteren Proben unterworfen, wobei sie die folgende Eigenschaften zeigten: - Beständigkeit gegen Wärmeschock, gemäss Harkort (Esrhitzen auf 1550C und Eintauchen in kaltes Wasser): eine Rissbildung trat zwischen dem 4. und 5. Zyklus auf.
B Arbeitsgang in Übereinstimmung mit der Arbeitswei se gemäss der Erfindung
20 rohe gepresste Kacheln, die wie vorstehend angegeben beiseite gelegt waren, wurden in zwei parallelen Reihen getrocknet und in einer einzigen Schicht in einen Versuchs ofen der Schwingbalkenart mit einer Nutzungsbreite von 45 cm, einer Länge von 6 m und einer Nutzungshöhe von 5 cm gebracht.
Dieser mit heissem Gasen beheizte Ofen wurde so eingeregelt, dass er als Trockenofen arbeitete, so dass die Kacheln, nachdem sie 15 Minuten lang darin verweilten bei einer Temperatur von etwa 1200C herauskamen.
Die so getrockneten Kacheln, die in der gleichen Anordnung belassen wurden (d.h. zwei parallele Reihen mit einer einzigen Schicht), wurden dann im gleichen Ofen gebrannt, nachdem dieser auf Biskuitbrennen eingestellt worden war.
Die Geschwindigkeit des Ofenherdes wurde auf einen solchen Wert eingestellt, dass die Kacheln durch diesen in 30 Minuten hindurchgingen, wobei sie maximal eine Temperatur von 10200C erreichten, wie durch ein bewegliches Thermoelement gemessen wurde, mit welchem eine der Kacheln ausgestattet war.
Das Zeit-Temperatur-Schema wird nachstehend aufgeführt: Zeit. Min. 2 4 6 8 10 12 14 Temp. OC 105 155 400 560 780 967 985 Zeit Min. 16 18 20 22 24 26 28 30 Temp.oC 1020 987 800 628 462 290 220 180
Sämtliche 20 Kacheln (einschliesslich derjenigen mit dem beweglichen Thermoelement) wurden der Widerstandsprobe unterworfen. 6 dieser Kacheln, die willkürlich unter den anderen ausgewählt wurden, wurden weiteren Proben unterworfen (bei diesem Beispiel und allen folgenden Beispielen sind die Versuchsvorgänge und wurde, und zwar unter vollkommen gleichen Bedingungen, d.h. für 30 Minuten und bei einer maximalen Temperatur von 10200C.
Am Ofenausgang hatten alle 14 Kacheln ein gutes Aussehen und waren mit einer glatten und glänzenden, sorgfältig gebrannten Glasurschicht bedeckt.
6 willkürlich gewählte Kacheln wurden mit dem nachstehenden Ergebnis einer weiteren Probe unterworfen: - Beständigkeit gegen Wärmeschock: Rissbildung trat zwischen dem 10. und 12. Zyklus auf.
Beispiele 2-5
Auch in diesen Beispielen wurde eine der in Beispiel 1-B beschriebenen vollkommen gleiche Arbeitsweise angewandt, wobei nur ein oder zwei Arbeitsbedingungen in jedem Versuch geändert wurden. In der nachstehenden Tabelle sind die Eigenschaften der erhaltenen Gegenstände zusammengefasst, wobei unter < (C die Arbeitsbedingungen angegeben sind, die mit Bezug auf diejenigen verschieden sind, die in Beispiel 1-B angewandt wurden.
Die Dehnung entsprach stets derjenigen von Fig. 3.
Bsp. 2 Bsp. 3 Bsp. 4 Bsp. 5 Eigenschaft Brennzeit Brennzeit Brennzeit max. Brenn
15 min. 20 min. 1 Std. temperatur
C Glasurbrennzeit 980"C
15 mm.
tatsächl. spez. Gew. 2,75- 2,85 2,7- 2,8 2,60-2,70 2,61 scheinb. spez. Gew. 1,68- 1,75 1,6- 1,7 1,68-1,75 1,65 Porosität 16,5 -18,5 16,5-18,5 18-19 17,7 Biegefestigkeit 250-280 250-280 270-290 260 Schrumpfung unbedeutend unbedeutend unbedeutend unbedeutend Planarität gut gut gut gut Brenngrad ausreichend ausreichend gut gut Zündverlust kein kein kein kein Verträgl. Probe +22,1/+23 +22,1/+23 +18,2/+19,5 A19,4 Biskuit/Glas gemäss Steger Beständigkeit 10.-12. 10.-12. 10.-12. 10.-12.
geg. Wärmeschock Zyklus Zyklus Zyklus Zyklus Masseinheiten denjenigen des Unterabsatzes A identisch) und zeigten die folgenden Eigenschaften: - tatsächliches spez. Gewicht 2,8 - 2,9 - scheinbares spez. Gewicht 1,7 - 1,8 - Porosität 17 - 18 - Biegefestigkeit 260 - 280 - Dehnung (vgl. Fig. 3) - Schrumpfung unerheblich - Planarität gut - Brenngrad gut - Zündverl.ust keiner - Verträglichkeitsprobe Biskuit/Glasur + 16 und +20 gemäss Steger, im Bereich von (Glasur unter einer Druckbelastung grösser als diejenige bei A)
Die restlichen Kacheln wurden danach in ähnlicher Weise glasiert, wie für die bekannte Arbeitsweise angegeben wurde, und dann im gleichen Schwingbalkenofen gebrannt,
der bereits für das Biskuitbrennen verwendet
Beispiele 6-8
Kacheln aus verschiedenen Arten von < sweiss-bren- nenden Tonen wurde gemäss der in der Technik bekannten industriellen Arbeitsweise und gemäss der Arbeitsweise der Erfindung untersucht.
Es wurden die nachstehenden Grundkomponenten verwendet:
BNT1 BNT2 NTBt NTB2 NTB3 SiO2 71,0 50,0 76,0 67,0 53,5 A1203 19,5 36,8 16,0 24,0 32,0 TiO2 0,8 0,2 1,2 1,4 1,2 FeeO5 0,5 0,5 1,4 1,6 1,8 CaO + MgO 0,3 0,3 0,4 0,3 0,5 Alkali 0,2 0,2 1,0 0,7 0,5 Zündverl. 7,7 12,0 4,0 5 10,5 bei 9000C für 1 Std.
Diese Komponenten wurden unter Bildung der folgenden Tone gemischt S1 S2 S3 Quarzmehl 15 12 34 sand. Kaolin BNT1 18 25 reich. Kaolin BTN2 9 7 12 sand. Ton NTB1 12 8 6 fett. Ton NTB3 11 8 18 Kalksteinpulver 14 18 6 gemahl. Dolomit 11 8 gemahl. Steingutbruch 10 - halbfett. Ton NTB2 - 8 10 belüft. Talk - 6 4 Kalifeldspat - - 10
Diese Mischungen erlitten nach einstündigem Brennen bei 9000C einen Zündverlust von 15,31%.
Diese Kacheln mit Fertiggrössen von 150 X 150 X 6 mm und einem Feuchtigkeitsgehalt von 8% wurden dadurch erhalten, dass die gemahlenen Mischungen auf automatischen Reibungspressen mit vier Ausgängen der bereits bekannten Art gepresst wurden.
Mit jeder der vorstehend bezeichneten Mischungen wurden Arbeitsweisen durchgeführt, wie sie nachstehend beschrieben sind: A Arbeitsgang bei Kacheln gemäss der bekannten industriellen Arbeitsweise
Der markierte Wagen, der wie alle anderen mit 18 Kachelstapeln beladen war (wobei jeder Stapel 120 Kacheln umfasste), wurde in einen herkömmlichen, normal betriebenen, kontinuierlichen Tunneltrockenofen einer Länge von 46 m gefahren, welcher im Gegenstrom durch aus dem Brennofen kommende heisse Gase beheizt wurde. Dieser Wagen wurde nach 52 Stunden bei einer Temperatur von 1200C herausgenommen.
Kurz darauf wurde der Wagen in einen kontinuierlichen Tunnelbrennofen einer Länge von 60 m gebracht, welcher durch Verbrennungsgase direkt beheizt wurde, aus welchem er nach 65 Stunden entfernt wurde, nachdem es in seinem mittleren Abschnitt eine Temperatur von 9800C erreicht hatte.
20 Kacheln wurden willkürlich unter denjenigen ausgewählt, die von dem fraglichen Wagen abgeladen wurden, und 15 davon wurden der Widerstandsprobe unterzogen. 6 Kacheln, die willkürlich unter den zuletzt genannten 15 gewählt wurden, wurden weiteren Proben unterworfen, die nachstehende Ergebnisse zeigten:
Kachelanalyse, ausgedrückt als Oxyde und bezogen auf 100 Gew.-o: S1 S2 S3 SiOn 63,45 61,54 73,78 Al205 16,34 16,13 16,71 Fe2O3 1,09 0,98 1,36 TiO 0,56 0,62 0,48 CaO 15,24 16,42 4,73 MgO 2,88 3,72 1,04 Na2O + K2O 0,44 0,59 1,89
Physikalische Eigenschaften, nahezu die gleichen für die drei Zusammensetzungen: - tatsächl, mittl. spez.
Gewicht kg/dm3 2,82 - scheinb. mittl. spez. Gewicht kg/dm3 1,95 - mittlere Porosität % 21 (Bestimmung durch Eintauchen in siedendes Wasser für 1 Std. und
Wiegen) - mittlere Biegefestigkeit, kg/cm2 250 ( Tonindustria -Methode,
Versuchsstück 2 cm breit) - Schrumpfung unerheblich - Ebenheit gut - Brenngrad gut - Zündverlust keiner - Verträglichkeitsprobe Biskuit-Glasur gemäss Steger, Glasur unter Druck, im Bereich von +8 und +11
Die restlichen Kacheln wurden markiert und dann mit einer Blei-Borax-Glasur überzogen, worauf sie willkürlich zusammen mit anderen Kacheln auf einen mit Behältern versehenen Wagen gelegt wurden.
Dieser Wagen wurde zusammen mit anderen Wagen in einen zweiten Tunnelofen einer Länge von 60 m, der gegenläufig mit Verbrennungsgasen direkt beheizt wurde, eingebracht; hieraus wurde er nach 25 Stunden und nachdem er in seinem mittleren Abschnitt eine Temperatur von 9800C erreicht hatte entfernt. Beim Entladen des Wagens wurden die so glasierten markierten Kacheln beiseite gelegt und danach einer Widerstandsprobe unterworfen. Eine wurde für schadhaft befunden und ausgeschieden.
6 willkürlich gewählte markierte Kacheln wurden danach weiteren Proben unterworfen und zeigten die folgenden Ergebnisse: - Beständigkeit gegen Wärmeschock gemäss Harkort (Erhitzen auf 1900C und Eintauchen in kaltes Wasser): eine Rissbildung trat zwischen dem 2. und 3. Zyklus auf.
B Arbeitsgang in Übereinstimmung mit der Arbeits weise der Erfindung
20 rohe gepresste Kacheln wurden in zwei parallelen Reihen mit einer einzigen Schicht in einem Versuchsofen der Schwingbalkenart mit einer Nutzbreite von 45 cm, einer Länge von 6 m und einer Nutzhöhe von 5 cm getrocknet.
Dieser durch heisse Gase erhitze Ofen wurde so eingestellt, dass er als Trockenofen arbeitete und genauer ausgedrückt in einer solchen Weise, dass die Kacheln, nachdem sie in 15 Minuten hindurchgegangen waren, bei einer Temperatur von etwa 1200C herauskamen.
Die auf diese Weise getrockneten Kacheln, die in der gleichen Anordnung (d.h. in zwei parallelen Reihen) belassen wurden, wurden danach im gleichen Ofen gebrannt, nachdem dieser auf die Biskuitbrennarbeitsweise eingestellt worden war.
Die Geschwindigkeit des Ofenherdes wurde auf einen solchen Wert eingeregelt, dass die Kacheln in 30 Minuten über ihn hinweggingen, wobei eine maximale Temperatur von 10200C erreicht wurde, wie durch ein bewegliches Thermoelement gemessen wurde, mit welchem eine der Kacheln versehen war.
Das Zeit-Temperatur-Schema ist nachstehend aufgeführt: Zeit. Min 2 4 6 8 10 12 14 16 Temp.oC 105 150 410 570 750 981 1000 1020 Zeit Min. 18 20 22 24 26 28 30 Temp. OC 1010 850 652 463 302 210 180
Alle 20 Kacheln (einschliesslich derjenigen, die das bewegliche Thermoelement trug) gingen durch die Widerstandsprobe hindurch. 6 der Kacheln, die willkürlich aus allen anderen ausgewählt wurden, wurden Versuchsarbeitsweisen und Masseinheiten unterworfen, die denjenigen in Unterabschnitt A ähnlich waren, wobei die folgenden Ergebnisse erhalten wurden:
S1 S2 S3 - mittl. tatsächl. spez. Gew. 2,85 2,84 - mittl. scheinb. spez. Gew. 1,92 2,52 - mittlere Porosität 18 22 9 - mittl. endgült. 260-600 195 308
Biegungsfestigkeit - Schrumpfung unerhebl. unerhebl.
- Ebenheit gut gut - Brenngrad gut ausreichend - Zündverlust keiner keiner - Verträgl.probe Biskuit/ +19/ +22
Glasur gemäss Steger (Glasur unter einer Druckbelastung, die grösser ist als unter A)
Die restlichen Kacheln wurden danach mit einer Glasur in einer ähnlichen Weise überzogen, wie es vor stehend für die bekannte Arbeitsweise angegeben wurde, und anschliessend in dem gleichen Schwingbalkenofen, der bereits für das Biskuit-Brennen verwendet wurde, unter vollkommen gleichen Bedingungen, d.h. während 30 Minuten und bei einer Temperatur von max. 10000C nochmal gebrannt.
Am Ofenausgang erschienen alle 14 Kacheln fehlerfrei und mit einer glatten und glänzenden, sorgfältig gebrannten Glasurschicht bedeckt.
6 willkürlich gewählte Kacheln wurden weiteren Proben unterzogen und zeigten die folgenden Ergebnisse: - Beständigkeit gegen Wärmeschock: eine Rissbildung trat zwischen dem 8. und 9. Zyklus auf.
Beispiel 9
In diesem Beispiel wurde ein typischer, trocken gemahlener Flysch-Ton verwendet. Nachstehend ist die Analyse von Klinker nach einstündigem Brennen bei 9000C angegeben (sämtliche Werte sind in Gew.-% angegeben):
SiO2 62
A1203 19 Fest: 6 TiO5 1
CaO .7
MgO 2 Na,O + K,O 3
Zündverlust 6,7% nach einstündigem
Brennen bei 9000C
Differentialwärmeanalyse (Ofenbrennzeit: 2 Stunden; Standard-Vergleichsversuchsstück aus DTA-Aluminiumoxyd mit potentiometrischer Aufzeichnung) vgl. Fig. 4: thermoponderale Analyse vgl. Fig. 5, in welcher die Ordinate den Gewichtsverlust in % angibt.
20 rohe gepresste Kacheln wurden in zwei parallelen Reihen in einem Versuchsofen der Schwingbalkenart mit einer Nutzbreite von 50 cm, einer Länge von 6 m und einer Nutzhöhe von 5 cm getrocknet.
Dieser durch heisse Gase beheizte Ofen wurde auf den Betrieb als Trockenofen eingestellt, und zwar derart dass die Kacheln, nachdem sie 30 Minuten über diese hinweggegangen sind, bei einer Temperatur von etwa 1200C heraus kamen.
Die so getrockneten Kacheln, die in der gleichen Anordnung belassen wurden (d.h. in zwei parallelen Reihen, wurden danach im gleichen Ofen gebrannt, nachdem dieser auf die Biskuitbrennarbeitsweise eingestellt worden war.
Die Geschwindigkeit des Ofenherdes wurde auf einen solchen Wert eingestellt, dass die Kacheln in 50 Minuten über ihn hinweggingen, wobei maximal eine Temperatur von 10200C erzielt wurde, wie durch ein bewegliches Thermoelement gemessen wurde, mit welchem eine der Kacheln versehen war, und gemäss dem Temperatur Zeit-Schema mit einem Eingang bei 1200C und einem Ausgang bei 175au, wie nachstehend angegeben ist: Zeit Min. 2 5 10 15 20 Temp. OC 150 220 350 475 600 Zeit. Min. 25 30 35 40 45 50 Temp. OC 775 950 1050 900 550 175
Alle 20 Kacheln (einschliesslich derjenigen, die das bewegliche Thermoelement trägt) wurden der Widerstandsprobe unterworfen. 6 weitere Kacheln, die willkürlich ausgewählt wurden, wurden weiteren Proben unterzogen, wobei die folgenden Ergebnisse erhalten wurden: - mittl. tatsächl. spez.
Gewicht 2,8 - mittl. scheinb. spez. Gewicht 2,10 - mittlere Porosität 9 - mittl. endgültige Biegefestigkeit 250 - Schrumpfung 0,8% - Ebenheit gut - Brenngrad gut - Zündverlust keiner - Verträglichkeitsprobe Biskuit-Glasur +16 und +20 gemäss Steger im Bereich von
Die restlichen Kacheln wurden danach in ähnlicher Weise, wie es vorstehend für die bekannte Arbeitsweise angegeben wurde, mit einer Glasur überzogen und anschliessend in dem gleichen Schwingbalkenofen, der bereits für das Biskuitbrennen verwendet wurde, unter gleichen Bedingungen, d.h. während 40 Minuten bei einer Temperatur von 10200C maximal, nochmals gebrannt.
Am Ofenausgang erscheinen sämtliche 14 Kacheln fehlerfrei und mit einer glatten und glänzenden, sorgfältig eingebrannten Glasurschicht bedeckt.
6 willkürlich gewählte Kacheln wurden weiteren Proben mit den folgenden Ergebnissen unterworfen: - Beständigkeit gegen Wärmeschock: eine Rissbildung trat zwischen dem 7. und 8. Zyklus auf.
Aus dem gleichen Ton mit der herkömmlichen Arbeitsweise hergestellte Kacheln zeigen eine Schrumpfung von 1,2%, eine Verträglichkeit von Biskuit-Glasur in der Grössenordnung von +12,0 +14 und eine Rissbildung zwischen dem 5. und 6. Zyklus, während die restlichen Eigenschaften vergleichbar sind.
Beispiele 10-13
Auch in diesen Beispielen wurde eine Arbeitsweise wiederholt, die der in Beispiel 9 beschriebenen Arbeitsweise ganz ähnlich ist, wobei nur eine oder zwei Arbeitsbedingungen in jedem Versuch geändert wurden. Die Eigenschaften der erhaltenen Gegenstände sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst, wobei unter C die Arbeitsbedingungen angegeben sind, die sich mit Bezug auf diejenigen unterscheiden, die in Beispiel 9 angewandt wurden.
Bsp. Bsp. 10 Bsp. 11 Bsp. 12 Bsp. 13 Eigenschaft Brennzeit Brennzeit Brennzeit max. Brenn-
30 Min. 30 Min. 80 Min. temperatur
C Glas. zeit 980"C
15 Min.
tatsächl. spez. Gew. 2,80 2,75 2,80 2,75 scheinb. spez. Gew. 2,10 2,15 2,20 2,0 Porosität 9 9 10 8,0 Biegefestigkeit 250 255 260 240 Schrumpfung 0,8% 0,7% 1,6% 0,4% Ebenheit gut gut gut gut Brenngrad gut gut gut gut Zündverlust kein kein kein kein
Beispiel 14
Es wurde eine ähnliche Arbeitsweise befolgt, wie diejenige, die in Beispiel 9 angegeben ist. Es wurde die folgende Mischung verwendet: 60% Flysch-Ton, 20% blauer Pliozän-Mergelton, 20% rote Schichten.
Die Analyse von Flysch-Ton ist ähnlich derjenigen, die in Beispiel 9 angegebenen wurde. Die Analyse von blauem Mergelton und roten Schichten (durchgeführt bei Materialien, die 1 Stunde lang bei 3000C gebrannt wurden) sind folgende:
Blauer Mergelton Rote Schichten SiO2 55 65 A1203 17 21 Fe2O± 6,5 7 TiO2 0,5 1 CaO 15,3 1 MgO 1,5 1 Na2O + 2 4,0 4 Zündverlust 14,5 5,5 (bei 9000C für 1 Std.)
Die Analyse der gebrannten Mischung, berechnet auf der Grundlage der Analysen ihrer Komponenten, ist nachstehend aufgeführt:
:
SiO2 55,82 Alle, 17,32 Fe,O, 5,73
TiO2 0,81
CaO 6,64
MgO 1,53 K5O+NaiO 3,08
Zündverlust 9,07 (bei 9000C für 1 Std.) 9,07
100,00
Auch in diesem Fall wurde die Arbeitsweise gemäss Beispiel 9 genau befolgt und es wurden Produkte mit Eigenschaften erhalten, die denjenigen überlegen waren, die mit der bekannten Arbeitsweise erhalten wurden.