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.
Process for making ceramic articles
The invention relates to a method of manufacturing ceramic articles, in particular glazed or unglazed bricks or tiles for wall cladding or flooring purposes, by a rapid firing method, from a clay commonly used in the ceramic industry.
As is known, there are some clays with such a chemical composition that they undergo a series of exothermic and endothermic reactions and changes in the allotropic conditions of the basic components during the firing treatment, which ultimately leads to the conversion of clay into a solid ceramic article.
There has been a well-founded and generally accepted opinion in the art that this type of material should be subjected to the necessary heating and cooling treatments very slowly in order to avoid breakage, deformation and insufficient mechanical strength in the manufactured articles.
In the following, for the sake of simplicity, reference is made only to the production of glazed bricks or tiles from clay, as they are referred to above and are characterized in more detail below.
The most modern way of working today for mass production, i.e. the production of at least 500 m2 of glazed bricks or tiles per day and conveyor belt is used can be briefly described as follows:
When the raw, pressed tiles come out of the presses, they are placed by hand on various supporting devices, which range from simple wooden frames to light, frosted wagons, and then transferred again by hand onto the fireproof plate of heavy steel tire wagons that run on rails.
Many dozen of stacks, each containing 10 to 150 tiles, are loaded onto each cart using refractory racks made from support plates. In order to allow an adequate circulation of hot gases and the escape of evolved gases, the back of the tile is provided with suitable ribs, for example a thickness of 2 mm, through which the branded article is identified. For reasons well known, the tiles are usually stacked on the cart with the front in contact with the trademarks.
The wagons loaded in this way are then transported to a continuous drying oven, where they come out after 20 hours at a temperature of about 1200C; then they are transferred to a continuously operating kiln, in which these carriages are left for about 48 hours, with a maximum temperature in the range of 900-1 3000C being reached and finally coming out at a temperature close to room temperature.
While the tiles are being unloaded from the wagons, they are examined one by one, and the damaged ones are discarded; then they are taken from the sorting table to the packaging and shipping department or to the next processing stage. A decoration can be applied to the tiles before or after they have been coated with the glaze. After the glaze is poured over the tiles, often even mechanically, they are placed on racks such as Refractory containers, which are placed on refractory plates by hand, and then pushed through the continuously operating glaze furnace, from which they are removed again at approximately room temperature after about 15 hours and after they have reached a temperature in the range of 900-13000C .
The finished glazed tiles are finally transported to the sorting, grading and packaging department.
From the foregoing and the generally known facts, it can be concluded that the operation known in the art: is highly time consuming and laborious due to the fact that almost all conveying, stacking and wrapping operations are carried out by hand must, since at least for the most part they cannot be overcome either by mechanization or by automation; - also requires precise manual controls practically after each processing stage in order to eliminate all damaged pieces, which, in relation to the complete production cycle, make up hardly less than 25%;
; - makes it necessary to sort the tiles according to their sizes, which leads to difficulties in storage or to the need to discard pieces which are of satisfactory quality but are not of the correct size; - A heat treatment of raw tiles or bricks in the range of a minimum of 60 hours to a maximum of 120 hours, or an average of a total of 80 hours in ovens with a total length of about 120 m.
Some of the most important clays that can be treated by the process according to the invention are given below: blue marl clays, of which large deposits can be found along the entire Italian Apennine ridge and the analysis of which, after calcination for one hour at 9000C, is within the limits given below (all values are based on% by weight): 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
Burn loss after 1 hour
at 9000C 10 - 18
Lime knives 12 - 34 - white-burning clays, ceramic mixtures that can be burned at a temperature in the range of 900-12800C, taking on a color varying between white and light brown, and made by mixing and homogenizing the raw materials specified below known working methods can be obtained in the specified proportions (% by weight):
Silica sand 10-35
Tone 10 - 50
Kaolin 10-35
Ca and / or Mg carbonate 5 - 35
Feldspar 0-10
Talk 0-15
Wollastonite 0-10
Pyrophyllite 0-15 if necessary with the addition of earthenware fragments.
The maximum percentages of the last four components mentioned can optionally be increased beyond the specified upper limits by reducing the percentages of all other components in a suitable manner; however, the mixtures obtained in this way would be less economical.
The raw materials specified above which are to be used for the production of white-burning clays each show a typical composition that is generally known to the person skilled in the art.
- Clays that are used as the basis for the production of hard-fired bricks or clinker, in particular Flysch clays, Pliocene clays, stone guttons from natural ore materials are also referred to as red layers.
A typical analysis of Flysch clay is given below, which was carried out after one hour of calcination at 9000C on a calcined supply (all values are given in% by weight):
SiO2 50 - 65 Al203 15 - 20
TiO2 0-2 Fe5O3 3 - 8
CaO 2-9
MgO 0-4 Na2O + K2O 1-5
Ignition loss at 9000C for 1 hour 5-15
A typical analysis of a Pliocene marl clay usually falls in the following ranges:
: 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
The analysis of a stone button of red layers usually falls in the ranges given below:
: SiO3 50 - 70 Al203 15 - 22 TiO3 0.1- 2 Fe2O3 4 - 10
CaO 0-4
MgO o -3 K 2 O + NaoO 1 -5
It has now surprisingly been found a new way of working for the production of ceramic objects from clays, as described above, by which the time of the heat treatment, which hitherto averaged about 80 hours, based on the total processing time, to a value is reduced in the order of magnitude of about 2 hours for the current sizes and which, moreover, does not require any sorting or measuring of the product, since once the most suitable processing conditions, and in particular the temperature-time diagrams, have been determined
which are most suitable for the mixture used, the undesired sizes and excreted pieces are reduced to a minimum or even to zero.
Using the method of the invention ceramic articles are obtained with such properties that they can either be used as they come from a kiln for earthenware, or can be glazed afterwards, since the compatibility with the glaze is very good, whereby a uniformly colored and stain-free glazing is achieved. The objects produced in this way have very similar and even superior properties to the objects produced by the usual working methods.
The new way of working can easily be carried out as a continuous operation, which leads to further very important advantages, since it almost completely saves the work that was previously required for transferring the tiles from the presses to the drying ovens, then to the kilns and finally to the glazing ovens, as well as the work that was made possible for the transport of carts, the loading of the glazing equipment and for any other handling in the entire production cycle. It can even be determined that at no stage of the process are the tiles handled by hand or with a manual tool.
Other important advantages that can be drawn from the continuous operation of the invention consist in the elimination of large brick or tile stores in which constantly fluctuating quantities or numbers are collected in the various processing stages, that in the operation known in the art only the dry - And the kilns are operated continuously, while all other operations and in particular the control and the application of the glaze are carried out discontinuously.
As will be indicated below, the new way of working can also use much shorter continuously operating ovens, which means that, with the same production, the areas covered by the new plant are only a fraction of those that were previously required.
The aforementioned advantages and other advantages arise from the astonishing fact that, in contrast to the previously known teaching and technology used, it is absolutely not true that the materials used in the method according to the invention have to be dried, fired and cooled very slowly in order to To prevent cracks, deformations or insufficient mechanical strength of the fired materials and glazed objects due to the escape of gases from the mass, the changes in the allotropic condition of the basic components, such as of quartz, as well as the exothermic and endothermic reactions that lead to the conversion of clay and the complementary components to stable and dimensionally defined ceramic objects.
Indeed, it has surprisingly been found that there is the possibility of drastically reducing the time of not only one or two heat treatments, but even all three heat treatments (i.e. dry baking and glaze baking) to which the raw pressed tiles must be subjected, while simultaneously the possibility is given of obtaining a product which has improved and extraordinarily uniform or uniform properties (even with regard to the color) and does not need to be measured if every pressed raw tile is subjected to exactly the same temperature-time scheme, the main parameters of which are given below for each processing stage in a very uniform way: - drying stage:
Heating from room temperature or about the pressing temperature to a temperature in the range of 105-150 C, preferably 1200C, within
10-60 minutes.
- Firing stage: heating from or approximately the drying temperature up to a temperature in the range of 850-13000C maximum, preferably 900-10500C for 5-20 minutes, and then cooling to a temperature of less than 3000C. The total time for this stage is in the range between 8-150 minutes and is preferably 50 minutes.
- Glaze firing stage: heating from the temperature at which the glaze composition is applied (and this is usually room temperature) to a temperature in the range of 850-1300 C, followed by cooling to room temperature, temperatures and times being exactly the same as those of the previous stage are comparable.
Times shorter than those given above result in a given, albeit very small percentage of defective pieces, while longer times are not favorable to the economy of the operation. As previously indicated, the temperatures and times that are more suitable for each blend composition are found within the range of the heat treatment conditions given above.
In order for all of the above advantages to be derived from the operation of the invention, it must be carried out as a continuous operation, operating in such a manner as stated that, in order to achieve the critical characteristic of the invention, i. that each tile is subjected to the same temperature-time scheme in a completely uniform manner, the arrangement of the tile in a single layer is essential. In particular, it has been found that the tiles must be fired without the aid of refractory support or bearing plates or other means of supporting the tiles.
It has also been found that the operation of the process can be carried out to advantage when the material with which the presses are loaded is obtained directly by atomizing the wet-milled mixture.
It has also been found that the ovens already known, e.g. with fireplaces or stoves of the type with vibrating beams, rollers, sieve belts or air cushions, are perfectly suitable for this continuous processing on a technical scale. These ovens also advantageously allow easy adjustment of the temperature-time curve together with a uniform distribution of the temperature on surfaces perpendicular to the direction of material movement.
As is already known, such continuous ovens, e.g. those of the vibrating beam type, a length of up to 40 m and a width that allows the arrangement of up to 10 rows of tiles next to one another and one after the other. These ovens are usually heated with oil, gas or electricity and are equipped with suitable control devices that allow the most suitable firing curve for the respective material to be achieved.
The process can be continuously implemented in practice as follows, for example:
The raw tiles or bricks pressed from a clay mixture, which have a moisture content in the range of 6-9%, are applied in a single layer under the temperature and time conditions specified above, e.g. in a swing beam oven, dried.
The raw tiles, pressed from a clay mixture, are completely dried as indicated above in a further swing beam oven, from which they come out at a temperature of less than 3000C.
The tiles can then be coated with a glaze composition compatible with their properties, after which they are fired again in a third furnace to form a glaze or glassy surface in a manner similar to that indicated above with regard to firing.
The same oven can be used for drying and firing.
example 1
In this example, tiles produced according to the industrial procedure described above, known in the art and described in detail below, are compared with tiles produced according to the procedure of the invention on an experimental scale.
All of the tests were based on raw, pressed tiles from the ongoing production of a modern, conventional type of plant.
A given quantity of raw tiles, taken at random from the load of a drying kiln car, was set aside to be subjected to the firing tests; the preceding car was marked.
These tiles, which have finished sizes of 175 X 75 X 8 mm and a moisture content of 7.4%, were obtained by pressing a ground clay on automatic friction presses with 4 discharge openings of the already known type.
The clay used had the following characteristics:
Analysis weight%
SiO2 55.00
A1203 17.00 Fe2Os 6.50 TiO5 9.50
CaO 15.30
MgO 1.50 Na5O 2.50 K2O 1.50
Loss of ignition after 1 hour
at 9000C, 14.5
Lime knife (according to Dietrich-Frühling) 24
Differential heat analysis (heating time of the furnace: 2 hours. Standard comparison test piece DTA aluminum oxide with potentiometric recording, cf.
Fig. 1) A operation of tiles according to the industrial method known in the art
The car, which - like all the others - was loaded with 49 stacks of tiles (each stack being made up of 150 tiles), was driven into a conventional tunnel drying oven that was 60 m long, operated normally and heated by hot gases from the kiln using the countercurrent principle has been. After 60 hours at a temperature of 1200C, this car was driven out of the oven.
The car was then driven into a continuous tunnel kiln, which was 90 m long and heated directly by combustion gases, whereby a temperature of 9800C was achieved in its central section.
After 80 hours, the car was driven out of the oven.
Twenty tiles were chosen at random from among those unloaded from the car in question; 17 of these passed the resistance test. 6 tiles, which were selected at random from the last-mentioned 17 tiles, were subjected to further tests and showed the following properties: - actual spec. Weight 2.7 - 2.9 kg / dm3 in the range of - apparent spec. Weight 1.6-1.8 kg / dm3 in the range of - porosity% 3.5 (determined by immersion in boiling water for 1 hour and weighing) - breaking load under bending stress of 315 kg / cm2 (clay industry method, test piece 2 cm wide) - elongation properties cf.
Fig. 2 - Shrinkage% in the range of 5.4 - 6.2 - Planarity good - Degree of burning good - Ignition loss none - Compatibility test for biscuit glaze, according to Steger: glaze under pressure, in the range of + 11 and + 12.
The remaining tiles were marked and then covered with a lead-borax glaze, after which they were randomly placed on a cart equipped with containers, along with other tiles.
This car was brought together with other cars into a second tunnel furnace with a length of 60 m, which was directly heated in countercurrent with combustion gases, whereby a temperature of 9800C was achieved in its middle section; after 30 hours it was taken out. When the car was unloaded, the tiles that were glazed and marked in this way were put aside and then subjected to a resistance test. One of them was found defective and eliminated.
Then 6 marked tiles, which were chosen at random from the others, were subjected to further tests, whereby they showed the following properties: - Resistance to thermal shock, according to Harkort (heating to 1550C and immersion in cold water): cracks formed between the 4th and 5th cycle.
B Operation in accordance with the working method according to the invention
Twenty raw pressed tiles, set aside as indicated above, were dried in two parallel rows and placed in a single layer in a swing beam type experimental oven with a usable width of 45 cm, a length of 6 m and a usable height of 5 cm.
This oven, heated with hot gases, was adjusted to work as a drying oven so that the tiles came out at a temperature of about 1200C after they had been in it for 15 minutes.
The tiles thus dried, which were left in the same arrangement (i.e. two parallel rows with a single layer), were then fired in the same kiln after it had been set for biscuit firing.
The speed of the oven range was set at such a value that the tiles passed through it in 30 minutes, reaching a maximum temperature of 10200C as measured by a movable thermocouple with which one of the tiles was equipped.
The time-temperature scheme is shown below: Time. Min. 2 4 6 8 10 12 14 Temp. OC 105 155 400 560 780 967 985 Time Min. 16 18 20 22 24 26 28 30 Temp.oC 1020 987 800 628 462 290 220 180
All 20 tiles (including the one with the movable thermocouple) were subjected to the resistance test. 6 of these tiles, chosen at random from the others, were subjected to further testing (in this example and in all following examples, the test procedures are and have been carried out under exactly the same conditions, i.e. for 30 minutes and at a maximum temperature of 10200C.
At the exit of the kiln, all 14 tiles looked good and were covered with a smooth and shiny layer of carefully fired glaze.
6 randomly chosen tiles were subjected to a further test with the following result: Resistance to thermal shock: cracking occurred between the 10th and 12th cycle.
Examples 2-5
In these examples, too, an entirely identical procedure to that described in Example 1-B was used, with only one or two operating conditions being changed in each experiment. The table below summarizes the properties of the articles obtained, with <(C indicating the working conditions which differ with respect to those used in Example 1-B.
The elongation always corresponded to that of FIG. 3.
Example 2 Example 3 Example 4 Example 5 Property Burning time Burning time Burning time max. Brenn
15 minutes. 20 min. 1 hour temperature
C glaze firing time 980 "C
15 mm.
actually spec. Wt. 2.75-2.85 2.7-2.8 2.60-2.70 2.61 apparent spec. Weight 1.68- 1.75 1.6- 1.7 1.68-1.75 1.65 porosity 16.5 -18.5 16.5-18.5 18-19 17.7 flexural strength 250- 280 250-280 270-290 260 Shrinkage insignificant insignificant insignificant insignificant Planarity good good good good Burning degree sufficient sufficient good good Ignition loss no no no no Compat. Sample + 22.1 / + 23 + 22.1 / + 23 + 18.2 / + 19.5 A19.4 biscuit / glass according to Steger resistance 10.-12. 10-12 10-12 10-12
given thermal shock cycle cycle cycle cycle units of measurement identical to those of sub-paragraph A) and showed the following properties: - actual spec. Weight 2.8 - 2.9 - apparent spec. Weight 1.7 - 1.8 - Porosity 17 - 18 - Flexural strength 260 - 280 - Elongation (cf. Fig. 3) - Shrinkage insignificant - Planarity good - Degree of burning good - Ignition loss none - Compatibility test biscuit / glaze + 16 and + 20 according to Steger, in the area of (glaze under a pressure load greater than that at A)
The remaining tiles were then glazed in a similar way as indicated for the known working method, and then fired in the same vibrating beam furnace,
which has already been used for baking biscuits
Examples 6-8
Tiles made from different types of sweiss-burning clays were investigated according to the industrial method known in the art and according to the method of operation of the invention.
The following basic components were used:
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 ignition delay 7.7 12.0 4.0 5 10.5 at 9000C for 1 hour.
These components were mixed to form the following clays S1 S2 S3 Quartz powder 15 12 34 sand. Kaolin BNT1 18 25 rich. Kaolin BTN2 9 7 12 sand. Clay NTB1 12 8 6 bold. Clay NTB3 11 8 18 Limestone powder 14 18 6 ground. Ground dolomite 11 8. Earthenware fragments 10 - semi-bold. Sound NTB2 - 8 10 vent. Talk - 6 4 Potassium feldspar - - 10
These mixtures suffered an ignition loss of 15.31% after burning at 900 ° C. for one hour.
These tiles with finished sizes of 150 X 150 X 6 mm and a moisture content of 8% were obtained by pressing the milled mixtures on automatic friction presses with four outlets of the already known type.
With each of the above-mentioned mixtures, procedures were carried out as described below: A Operation for tiles according to the known industrial procedure
The marked car, which like all the others was loaded with 18 stacks of tiles (each stack containing 120 tiles), was driven into a conventional, normally operated, continuous tunnel drying oven with a length of 46 m, which was heated in countercurrent by hot gases coming out of the kiln has been. This car was taken out after 52 hours at a temperature of 1200C.
Shortly thereafter, the car was placed in a continuous tunnel kiln with a length of 60 m, which was directly heated by combustion gases, from which it was removed after 65 hours after it had reached a temperature of 9800C in its central section.
Twenty tiles were randomly chosen from among those unloaded from the car in question, and 15 of them were subjected to the resistance test. 6 tiles, chosen at random from the last 15 mentioned, were subjected to further samples which showed the following results:
Tile analysis, expressed as oxides and based on 100% by weight: 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
Physical properties, almost the same for the three compositions: - actual, avg. spec.
Weight kg / dm3 2.82 - apparent average spec. Weight kg / dm3 1.95 - average porosity% 21 (determined by immersion in boiling water for 1 hour and
Weighing) - average flexural strength, kg / cm2 250 (clay industry method,
Test piece 2 cm wide) - Shrinkage insignificant - Flatness good - Degree of burning good - Ignition loss none - Compatibility test bisque glaze according to Steger, glaze under pressure, in the range of +8 and +11
The remaining tiles were marked and then coated with a lead-borax glaze, after which they were randomly placed on a cart with containers along with other tiles.
This car was placed together with other cars in a second tunnel furnace with a length of 60 m, which was directly heated in opposite directions with combustion gases; from this it was removed after 25 hours and after it had reached a temperature of 9800C in its central section. When the car was unloaded, the marked tiles glazed in this way were put aside and then subjected to a resistance test. One was found defective and eliminated.
6 randomly selected marked tiles were then subjected to further tests and showed the following results: Resistance to thermal shock according to Harkort (heating to 1900C and immersion in cold water): cracking occurred between the 2nd and 3rd cycle.
B Operation in accordance with the working method of the invention
20 raw pressed tiles were dried in two parallel rows with a single layer in an experimental oven of the swing beam type with a useful width of 45 cm, a length of 6 m and a useful height of 5 cm.
This oven, heated by hot gases, was set to work as a drying oven and, more precisely, in such a way that the tiles, after having passed through in 15 minutes, came out at a temperature of about 1200C.
The tiles dried in this way, which were left in the same arrangement (i.e. in two parallel rows), were then fired in the same kiln after it had been set to the biscuit firing mode.
The speed of the oven range was controlled to such a value that the tiles passed over it in 30 minutes, with a maximum temperature of 10200C being reached, as measured by a movable thermocouple with which one of the tiles was provided.
The time-temperature scheme is shown below: Time. Min 2 4 6 8 10 12 14 16 Temp. OC 105 150 410 570 750 981 1000 1020 Time Min. 18 20 22 24 26 28 30 Temp. OC 1010 850 652 463 302 210 180
All 20 tiles (including the one that carried the moveable thermocouple) passed through the resistance sample. Six of the tiles, chosen at random from all others, were subjected to experimental procedures and units of measure similar to those in Subsection A, with the following results:
S1 S2 S3 - avg. actually spec. Weight 2.85 2.84 - avg. apparently spec. Weight 1.92 2.52 - mean porosity 18 22 9 - mean. final. 260-600 195 308
Flexural strength - insignificant shrinkage insignificant
- Flatness good good - Degree of burning good sufficient - Ignition loss none none - Compatible sponge cake / + 19 / +22
Glaze according to Steger (glaze under a pressure load that is greater than under A)
The remaining tiles were then covered with a glaze in a manner similar to that indicated above for the known procedure, and then in the same vibrating beam furnace that was already used for baking biscuits, under exactly the same conditions, i.e. for 30 minutes and at a temperature of max. 10000C burned again.
At the kiln exit, all 14 tiles appeared flawless and covered with a smooth and shiny, carefully fired layer of glaze.
6 randomly chosen tiles were subjected to further samples and showed the following results: Resistance to thermal shock: cracking occurred between the 8th and 9th cycle.
Example 9
In this example a typical dry milled flysch clay was used. The analysis of clinker after one hour of burning at 900 ° C. is given below (all values are given in% by weight):
SiO2 62
A1203 19 Fixed: 6 TiO5 1
CaO .7
MgO 2 Na, O + K, O 3
Ignition loss 6.7% after one hour
Burning at 9000C
Differential heat analysis (furnace burning time: 2 hours; standard comparative test piece made of DTA aluminum oxide with potentiometric recording) cf. Fig. 4: Thermoponderal analysis cf. 5, in which the ordinate indicates the weight loss in%.
20 raw pressed tiles were dried in two parallel rows in an experimental oven of the swing beam type with a useful width of 50 cm, a length of 6 m and a useful height of 5 cm.
This oven, heated by hot gases, was set to operate as a drying oven in such a way that the tiles, after having walked over them for 30 minutes, came out at a temperature of about 1200C.
The tiles thus dried, left in the same arrangement (i.e., in two parallel rows, were then fired in the same kiln after it had been set to the biscuit firing mode).
The speed of the oven range was set at such a value that the tiles passed over it in 50 minutes, with a maximum temperature of 10200C as measured by a movable thermocouple with which one of the tiles was provided and according to the temperature Time scheme with an input at 1200C and an output at 175au, as indicated below: Time Min. 2 5 10 15 20 Temp. OC 150 220 350 475 600 Time. Min. 25 30 35 40 45 50 Temp. OC 775 950 1050 900 550 175
All 20 tiles (including the one carrying the moveable thermocouple) were subjected to the resistance test. 6 more tiles, chosen at random, were subjected to further samples, the following results being obtained: - avg. actually spec.
Weight 2.8 - avg. apparently spec. Weight 2.10 - mean porosity 9 - mean. final flexural strength 250 - shrinkage 0.8% - flatness good - degree of firing good - loss of ignition none - compatibility test biscuit glaze +16 and +20 according to Steger in the range of
The remaining tiles were then coated with a glaze in a manner similar to that given above for the known procedure and then placed in the same vibrating beam furnace that was already used for baking biscuits, under the same conditions, i.e. Fired again for 40 minutes at a maximum temperature of 10200C.
At the kiln exit, all 14 tiles appear flawless and covered with a smooth and shiny, carefully baked glaze layer.
6 arbitrarily chosen tiles were subjected to further samples with the following results: Resistance to thermal shock: cracking occurred between the 7th and 8th cycle.
Tiles made from the same clay using the conventional method show a shrinkage of 1.2%, a compatibility with biscuit glaze in the order of +12.0 +14 and cracking between the 5th and 6th cycle, during the rest Properties are comparable.
Examples 10-13
In these examples too, a procedure was repeated which is quite similar to that described in Example 9, with only one or two working conditions being changed in each experiment. The properties of the objects obtained are summarized in the following table, under C the operating conditions which differ with respect to those used in Example 9 are indicated.
Ex. Ex. 10 Ex. 11 Ex. 12 Ex. 13 Property Burning time Burning time Burning time max. Burning
30 min. 30 min. 80 min. Temperature
C glass. time 980 "C
15 minutes.
actually spec. Weight 2.80 2.75 2.80 2.75 apparent spec. Weight 2.10 2.15 2.20 2.0 Porosity 9 9 10 8.0 Flexural strength 250 255 260 240 Shrinkage 0.8% 0.7% 1.6% 0.4% Flatness good good good good Degree of burning good good good good Ignition loss no no no no
Example 14
A similar procedure to that given in Example 9 was followed. The following mixture was used: 60% flysch clay, 20% blue Pliocene marl clay, 20% red layers.
Analysis of flysch clay is similar to that given in Example 9. The analysis of blue marl clay and red layers (performed on materials that were fired at 3000C for 1 hour) are as follows:
Blue marl clay Red layers 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 Ignition loss 14.5 5.5 (at 9000C for 1 Hours.)
The analysis of the fired mixture, calculated on the basis of the analyzes of its components, is given below:
:
SiO2 55.82 all, 17.32 Fe, O, 5.73
TiO2 0.81
CaO 6.64
MgO 1.53 K5O + NaiO 3.08
Ignition loss 9.07 (at 9000C for 1 hour) 9.07
100.00
In this case, too, the procedure according to Example 9 was followed exactly and products were obtained with properties which were superior to those obtained with the known procedure.