DE1796021A1

DE1796021A1 - Process and device for the manufacture of products with ceramic utility properties

Info

Publication number: DE1796021A1
Application number: DE19681796021
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Krueger Horst Guenter
Original assignee: Inst Bau & Grobkeramik
Current assignee: Inst Bau & Grobkeramik
Priority date: 1968-04-19
Filing date: 1968-08-17
Publication date: 1972-03-02

Description

Verfahren und Einrichtung zur Herstellung Von Produkten mit keramischen Gebrauchswerteigenschaften Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Ein ichtur zur .7ierstellunG von Produkten mit xzeriumischen GebrauchswerLeigen,Gcil,Äft;en wie Irdengut, poröse KeraLjikg Steiil",#at, Sueinzeu#" Porzellan, jechnische und ;Ceaerfeste hüramik, xurauische ForL,lir4,e mit StahlbewehrLi-r.#en u»ao aus einera Robmaterialg das wenigstens größtenteils aus Ton, Lehm, LeIrgel, Tonschiefer, Kaolin, Scnamotte, sowie GeLisc.I%Leu (iarauL; und Liole.L'ien auß 0.ual-z, Feldspat und keranäschen Oxiden besteii-G, die durch hydroti.le.r#,iale Behandlung verfestigt werden.Method and apparatus for manufacturing products with ceramic utility properties The invention relates to a method and a ichtur to .7ierstellunG of products with xzeriumischen use Werl Eigen, GCIL, Äft; s such as earthenware, porous KeraLjikg Steiil "# at, Sueinzeu #" porcelain, jechnische and; Ceaerfeste hüramik, xurauische ForL, lir4, e with steel reinforcementLi-r. # en u »ao made of a Robmaterialg that is at least largely made of clay, loam, LeIrgel, clay slate, kaolin, Scnamotte, as well as GeLisc.I% Leu (iarauL; and Liole.L'ien from 0.ual-z, feldspar and keranean oxides besteii-G, which are solidified by hydroti.le.r #, ial treatment.

Zur Herstellung keramischer Güte2 wird Üblicherweise das naß oder lurocken aufberei-Le-'Ge und danach verforLitc Rohmaterial in brennstoffbeheizten oder elektrisch beheizten Öfen gebrannt. Dabei besitzt die Rauchgas- oder Luftatmosphäre über den Reaktionzprodukten einen gleich oder geringfügig höheren Druck als die umgebende Atraosphäre. Die Höhe der Brenntemperatur sowie die Wärmebehandlungsdauer richtet sich dabei nach den geforderten. Eigenschaften des zu erzeugenden keramischen Produktes* Die Mängel bestehen bei diesen üblichen keramischen Brennverfahren darin, daß bei relativ hohen Temperaturen und großen Brennzeiten gebrannt vierden muß.For the production of ceramic quality2, the wet or lurocken processing and then processed raw material is usually burned in fuel-heated or electrically heated furnaces. The flue gas or air atmosphere above the reaction products has the same or slightly higher pressure than the surrounding atraosphere. The level of the firing temperature and the duration of the heat treatment depend on the required. Properties of the ceramic product to be produced * The deficiencies in these conventional ceramic firing processes are that they have to be fired at relatively high temperatures and long firing times.

Es entsteht ein hoher Verschleiß an den Brennvorrichtungen und den Brennhilfsmitteln, bei hohem-spezifischen Wärmebedarf zum Garbrennen der Erzeugnisse. Als Yolge der hohen Wäriaebehandlung tritt eine begrenzte Durchsatzleistung der Brennaggregate auf, Als wesentlicher Langel muß weiterhin angesehen werdeng daß zur Herstellung der Mehrzahl keramischer Güter bestiL,mtel, lu diesem Sinn. kerauListh hochwertige Rohstoff o verwündot worden müBsene Bei der Produktion von Maazen-SL&tern, z.B, Produkten der Baukeramiki führt die starke Rohmaterialabhängigkeit zur starken territorialen Bindung der Produktionsstätten an die RohstoffvOrkOmmene Bei der Herstellung technischer Keramik fÜhrt nie dagegen zur Einengung der aus einer vorgegebenen Rohstoffbasis erzeugbaren Fertiggüter, Es ist daher im letzten Jahrzehnt versucht worden, durch Änderung der Brennbedingungen die Vielzahl der Ton-9 Mergel-9 Lehm-p Tonßchie:Ler- und Sandvorkommen universell zur Erzeugung von Produkten mit bekannten oder neuen ker *schen Gebrauchswerteigenschaften zu nutzen* Es ist aus der keramischen Ofenpraxis die Beobachtung >eknnntg daß die Brennoienatmosphäreit die Reaktionen zwischen den. Massebestandteilen des keramischen Erzeugnisses beeinflußt, Auch Hinweise auf die besondere Pörderung den keramischen Brennprozesses durch einen hohen Wasserdampfanteil in der Brennofenatmosphäre sind zu finden* ]Cxa to Angaben über Reaktionsmeebanismus und Ausmaß diesen Vorganges.fehlen jedoch, Bei Verwendung üblicher Bzim toffe wie 019 Kohle, Heizgas ist der Wasserdampfgehalt der Rauch- und Abgase im wesentlichen abhängig von der Bre=-stoffzusammensetzung und übersteigt gewöhnlich ein Drittel des Ätmosphärendruckes nicht. Zusätzlich in das Ofeuaggregat eingesprühter Wasserdampf führt im Zusammenhang mit den relativ hohen Ofentemperaturen zu starken Korrosionserscheinungen im Ofen und zu technologischen Schwierigkeiten beim Unterschreiten des Wasserdampftaupunkteso 28 ist weiterhin bekannt, Tozig Lehme ueao einer Wämtbohandlung bei Temperaturen von 450 - 5500C in einem Äutc>. Iglaven bei Wasserdampfdrücken von 4 - 8 atü zu härteng wobei durch Zusätze von, Älkali- oder Erdalkaliealzen der tungsvorgang beschleunigt und das Äuam" der Irhär-. Ang erhöht werden kann. There is a high level of wear and tear on the firing devices and the kiln furniture, with a high-specific heat requirement for cooking the products. As a result of the high heat treatment, the throughput of the firing units is limited. Furthermore, it must be regarded as an essential factor that the majority of ceramic goods are made using means in this sense. kerauListh high-quality raw material or must have been used In the production of Maazen-SL & tern, e.g., building ceramics products, the strong dependency on raw materials leads to the strong territorial connection of the production facilities to the raw material sources.In the production of technical ceramics, on the other hand, never leads to a narrowing of the finished goods that can be produced from a given raw material base In the last decade, therefore, attempts have been made to use the variety of clay-9 marl-9 loam-p Tonschchie: Ler and sand deposits by changing the firing conditions universally for the production of products with known or new ker * s utility properties * It is From the ceramic furnace practice the observation> shows that the furnace atmosphere with the reactions between the. Mass constituents of the ceramic product affected, also indications about the particular Pörderung the ceramic firing process by a high water vapor content in the furnace atmosphere can be found *] Cxa to information about Reaktionsmeebanismus and extent of these Vorganges.fehlen However, when using conventional BzIm toffe as 019 coal, heating gas the water vapor content of the smoke and exhaust gases is essentially dependent on the composition of the substance and usually does not exceed a third of the atmospheric pressure. Additionally sprayed into the Ofeuaggregat water vapor leads in connection with the relatively high oven temperatures to severe corrosion in the oven and technological difficulties when falling below the Wasserdampftaupunkteso 28 is also known Tozig loams ueao a Wämtbohandlung at temperatures of 450 - 5500C in a Äutc>. Iglaven to be hardened at water vapor pressures of 4 - 8 atmospheres, whereby the addition of alkali or alkaline earth salts accelerates the process and increases the intensity of the irradiation .

Mängel ergeben sich bei dieser Verfahr ensweise durch die Verwendung von Autoklaven.Deficiencies arise with this procedure through the use of autoclaves.

In jüngster Zeit wurde ein Verfahren bekamutl, das keramische Rohstoffe unterschiedlichster Wertigkeit durch stufenweise Behandlung in geänderten 2emperaturbereichen und -dasGerdamp-.Lr'ürücken verfesuigte So wird beiiLi Auiheizen von 20 - 11:,70 0 in einer Behandv ein von 0,7 atü durch die Verdampfung des Anmachwassers der Rohlinge erzeugt, Dieuer Überdruck wird bei einer 'Oemperaturs-üeigerwlg auf 3740C und einer U2ewissen iial-Gezeit bei dieser '2eiuperatur beibehalten und danach auf Aümosphäreildrucic abGesenkt. Es schließt sich eine Behandlun4:; bei 2,-'70 0 0 in einer schwachen Dampf-Gas-AtL,osphäre an, die durch einen langsamen Abkdhlun.GsprozeL beendet wird. Dile VerfestiGung des Rohmaterials erfolgt hierbei vorwiegend durch Kieselsäure» die sich unter dem Einfluß des heißen flüssigen Wassers in der ersten BehEuidlungsetappe gebildet hat und sich bei Wegnahme des Überdruckes infolge des stark einsetzenden Wassereiitz-L4,-es wieder ausscheidet.Recently, a method has been bekamutl, the ceramic raw materials unterschiedlichster value by stepwise treatment in modified 2emperaturbereichen and -dasGerdamp-.Lr'ürücken verfesuigte Thus beiiLi Auiheizen 20-11: 70 0. atm in a Behandv of 0.7 by the evaporation of the mixing water of the blanks is generated, the overpressure is maintained at a temperature rise above 3740C and a conscious tide at this temperature and then reduced to a low level of atmospheric pressure. This is followed by a treatment; at 2, - '70 0 0 in a weak vapor-gas atmosphere, which is ended by a slow cooling process. The solidification of the raw material takes place mainly through silica, which has formed under the influence of the hot liquid water in the first stage of treatment and is precipitated again when the overpressure is removed as a result of the strong onset of water splash.

In der Nachbehandlungsphase tretell auch chemische Prozesse aufg die zur Bildung von Hydroali2minosilikaten führen.In the post-treatment phase, chemical processes also occur lead to the formation of hydroali-minosilicates.

Die Mängel dieses Verfahrens liegen vornehmlich in der wechselnden Behandlungsart wälLrend eines FertigunGsgangest - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrundeg die Nachteile des bekannten Standes der Technik zu vermindern und durch Anwendung neuer einheitlicher Erennbedingungen ein Verfahren zu finden, das es gestattet, bei niedriger iemperatur und geringer Wärmebehandlungszeit aus den unterschiedlichsten, auch keramisch minderwertigen Rohstoffen# Produkte mit gleicheiL oder verbesserten keramischen Gebrauchseigenschaften zu brennen. Ausj##ehend davon, daß durch die Anwesenhei-Lif- von.überhitztem Wasserdampf und durctL mäßigen Überdruck des ias2erdampfes in der Gasphase die Reaktionen in silikatischen Lassen stark beschleunigt werden und somit bereits bei tie.feren Temperaturen mit ausreichender Geschwindigkeit verlaufen, erfolg-u- erfindungsgemäß das Brennen korami-Seher Güter unter Wasserdampfüberdruck bei tieferen Temperaturen, als es für gewöhnliches Brennen erfordernß_ lich ist, Bei dieser Behandlung sind der Reaktion mechanismus und die 2eaktioasprodukte sowohl von der Zusammensetzung der verwendeten Rohstoffe als auch' von der Brenntemperatur und den Wasserdampfdruck in der Ofenatmosphäre abhängig, Ihe Reaktion2produkte köiuien dabei einmal durch den Reaktionstyl) der Ilydrothermalsyntbese chavakterisierb sein..indem die Wassermoleküle direkt an den Reaktionen beteiligt sind und chemisch Zebunden werden, zum anderen kann der Wasserdampf mehr die Rolle des Katalysators spielen, der die 1 Reaktionen beschleunigt, wohl aber haum zum Zweck der chemischen Biudung ausgenutzt wird.The deficiencies of this process are primarily in the changing type of treatment during a production process - the invention is based on the task of reducing the disadvantages of the known state of the art and, by using new, uniform detection conditions, to find a method that allows a low temperature and a short heat treatment time Firing products with the same or improved ceramic properties from a wide variety of raw materials, including those of inferior ceramic quality. Starting from the fact that the presence of superheated steam and the moderate excess pressure of the gas vapor in the gas phase accelerate the reactions in silicate gases and thus proceed with sufficient speed even at lower temperatures - According to the invention, the burning of korami-seer goods under excess steam pressure at lower temperatures than is required for normal firing. In this treatment, the reaction mechanism and the 2eaktioasprodukte depend both on the composition of the raw materials used and on the firing temperature and the water vapor pressure depending of the furnace atmosphere, Ihe Reaktion2produkte köiuien thereby once through the Reaktionstyl) of the Ilydrothermalsyntbese chavakterisierb sein..indem the water molecules are directly involved in the reactions and chemically Zebunden are, on the other hand, the water vapor can be more play the role of the catalyst, the ACC 1 reactions igt, but is probably not used for the purpose of chemical formation.

Das erfinduagsgemäße Verfahren wird an 'irlzuid folgenden Ausführungsbeispieles zur Herstellung von z*B. Ziegeln näher erläutertt Die gefertigten Rohlinge werden im Tomperaturberoich der kristallograph.ischen Umwandlung fUr TonmIneralien bei etwa 600 0 0 unter mäßigem Überdruck in einer Atmosphäre überhitzten Wasserdampfes gebrannt. Eie strukturell unausgebildeten Übergangsphasen bei kristallographischer Umwandlung rufen ein relativen kaxfmum an Äktivität gegen umGebende Reaktionspartner hervor$ Unter Ausnutzung dieser Tatsache kommt es in Anwesemlieit von Wasserdampf unter dem EInfluß des Überdruckes zur Bildung wasserhaltiger kristalliner Verbindungen, die das Material verfe ' stigene Dieser Reaktionstyp tritt besonders in silikatischen Massen mit einem hohen Anteil an Tonuln»ralien auf' In sehr kalkreichen Tonen finden dagegen auch Reaktiinen zwischen dem Quarz und dem Kalziumkarbonat sowie den Tonmineralien stattp die durch den Wasserdampfdruck im Sinne einer Temperaturerniedrigung mit ausreichender Geschwindigkeit zwischen dai kristallisierten Phasen verlaufen* Ehe Verbindung und dza Haftvermögen der Einzelkörner sind in diesem Produktp in Gegensatz zu Keraxikerzeugnissou,' weniGer auf das 8in. terh des Scherbens, sondern vorwiegend auf die Zementation der Teilchen beim Xerbutzen zurückzutühren, Der bedingt zu erzielende 7ortfall einer Brenn ChWindung verleiht dem so gebrannten Gut wesentliche Torteilso Es ist daher mögli chu sowohl aus trockenen als auoh aus halbtrockenen Rohlingen bei Temperaturen über 5WoG durch Variationen der Brennteraperatur und des Wasserdamp.-'L'druckes der Gasphase über die unterschiedlichsten ablau2eriden Reaktionen-.die Eigenschaften des 2ertigproduktes zu variieren.The method according to the invention is based on the following exemplary embodiment for the production of z * B. Bricks explained in more detail The manufactured blanks are fired in the Tomperaturberoich the crystallographic conversion for clay minerals at about 600 0 0 under moderate pressure in an atmosphere of superheated steam. Eie structurally untrained transition phases crystallographic conversion evoke a relative kaxfmum to Äktivität against surrounding reactants $ Taking advantage of this fact it comes in Anwesemlieit of water vapor under the influence of the excess pressure to form hydrous crystalline compounds that verfe the material 'stigene This type of reaction occurs especially in siliceous masses with a high proportion of Tonuln "ralien on 'in very calcareous clays found on the other hand also Reaktiinen between the quartz and the calcium carbonate and clay minerals stattp passing through the water vapor pressure in the sense of lowering the temperature at a sufficient rate between dai crystallized phases * Before connecting and The adhesive strength of the individual grains in this product is, in contrast to keraxic products, less to the 8in. terh of the ceramic body, but predominantly zurückzutühren to the cementation of the particles when Xerbutzen, the conditionally to be achieved 7ortfall an internal ChWindung gives the thus fired Good essential Torteilso It is therefore Moegli chu both dry and AUOH from semi-dry blanks at temperatures above 5WoG by variations in the The temperature of the burner and the steam pressure of the gas phase through the most varied of unfavorable reactions - to vary the properties of the finished product.

Die Herstellung der in der LPJnleitung aufgeführten Produkte wird in ähnlicher Weise bei entsprechend anderen Temperaturen und Drücken durchgeführt*' Das sich unter Einfluß des-Wasrerdampfdruoken nach tieferen Temperaturen verschiebende Schmelzintervall der keramischen Massen kann unter Ausnutzung der plötzlichen Entgasung bei Wegnahme den Überdruckes zur lArzeugung von poröser Keramik ausgenutzt worden* Ausgehend von der Erkenntnisq daß die reaktionzfördernde Wirkung des Wasserdampfes durch die gleichzeitige Anwesenheit von Kohlendioxid erhöht wird, bzw. daß diesen selbst reaI:tionsfördernd wirkt, wird als weitergr Gegenstand der Erfindung eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorgesehene Diese Binrichtung ist im wesentlichen gekennzeichnet durch die Anordnung von Über.iruckbrennern in einer gasdichten wärmeisolierten Breunkammer zur Verbrennung von möglichst hochkohlenhaltigen Brennstoffen (z.B. edgas usag) mit reinem BauerstofZ, sauerstoffangereicherter Toift oder Luft* Durch die Anordnung dieser Überdruckbrenn r wird Im Brannaggrogat die notwendige Temperatur von zol'& 60A und die benötigten Wasserdarapf- und Kobleudioxidj?artialdrücke von p pw 2 at und 2. ew 1 at gleichzeitig. erzeugt* a20 002 Die Rer.,ulie.-nu-ig des Überdrucken in der Brennlramm r erfolgt durch* zugeordxwte Überströmventile«oThe production of the products listed in the instructions is carried out in a similar way at correspondingly different temperatures and pressures Ceramic has been exploited * Based on the knowledge that the reaction-promoting effect of water vapor is increased by the simultaneous presence of carbon dioxide, or that this itself has a reaction-promoting effect, a device for carrying out the method is provided as a further subject of the invention Mainly characterized by the arrangement of over.iruck burners in a gas-tight, thermally insulated combustion chamber for the combustion of fuels with the highest possible carbon content (e.g. edgas usag) with pure building material, oxygen-enriched smoke or air * Dur In the Brannaggrogat the necessary temperature of zol '& 60A and the required water pressure and coble dioxide j? artial pressures of p pw 2 at and 2. ew 1 at at the same time are arranged in this overpressure burner. generated * a20 002 The rer., ulie.-nu-ig of the overpressure in the combustion lamb r is done by * assigned overflow valves «o

Claims

le Verab.-Len for the manufacture of products with ceramic utility properties Such as e.g. earthenware, stoneware, porcelain, porous ceramics, refractory and technical Kerauik »ceramic moldings with steel reinforcements udao made of cinem Robmaterial made of clay, clay, slate, marl, Naoling, or slate Mixtures of these with quartz, feldspar, ceramic oxides, alkaline earth and alkali salts is characterized by the fact that the pormlinee made from these materials in one atmosphere.) h., -, right covered water vapor, which is additionally coated with carbon dioxide can be enriched or under a steam enriched atmosphere be brewed at moderate overpressure, C>

2. Device for carrying out the method according to claim 1 characterized in that "overpressure; burner for combustion possible with hoclikohlenwass (, fuel-containing fuels with pure Li oxygen: Ep -" -, uerstoffa .- # Z-enriched air or air in gas-tight, heat-insulated combustion chambers are arranged, 3 * device according to claim 29 characterized gel: ennzeich-net, since £ are overflow valves a-ii, -, - eord-Liet to regulate the overpressure at the pulp chambers,