DE2757433A1

DE2757433A1 - Verfahren zur herstellung von ziegeln

Info

Publication number: DE2757433A1
Application number: DE19772757433
Authority: DE
Inventors: James William Procter
Original assignee: Ravenhead Brick Co Ltd
Current assignee: Ravenhead Brick Co Ltd
Priority date: 1976-12-22
Filing date: 1977-12-22
Publication date: 1978-06-29
Also published as: ZA777566B; SE7714586L; AU509715B2; US4229391A; IT1093084B; NZ186114A; FR2375151B1; FR2375151A1; CA1117746A; SE425904B; GB1595306A; AU3185877A

Description

HOFFMANN · EITLE & PARTNER

DR. ING. E. HOFFMANN (1930-197«) · DIPL.-ING. W.EIUE . DR. SEX. NAT. K. HOFFMANN · DIPL.-ING. W. LEHN

DIPL.-ING. K. FOCHSLE · OR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 (STERNHAUS) ■ D-8000 MÖNCHEN 81 · TELEFON (089) 911087 ■ TELEX 05-29619 (PATHE)

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RAVENHEAD BRICK COMPANY LIMITED, MANUFACTURE OF BRICKS, BISHOP AUCKLAND, TYNE AND WEAR / ENGLAND

Verfahren zur Herstellung von Ziegeln

Die Erfindung betrifft die Herstellung von farbigen gebrannten Tonprodukten, insbesondere von solchen, die eine blau-graue bis graue Färbung haben.

"Blaue Ziegel" werden so genannt, weil sie eine grau-blaue Farbe haben, die durch die Gegenwart von Fe₃O₄ verursacht wird. Solche Ziegel werden in üblicher Weise hergestellt, mit der Ausnahme, dass das Fe₃O₃ in dem Ton zunächst oxidiert wird zu

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FeO (rot) und dieses dann zu Fe₃O₄ (schwarz) reduziert wird durch längeres Aussetzen einer reduzierenden Atmosphäre bei einer Temperatur von 1150⁰C bis 1200⁰C. Die hohe Temperatur ist erforderlich, um ein stabiles Fe^O^ zu bilden. Um eine Rückoxidation des Fe₃O₄ zu verhindern, wird das Kühlen der Ziegel im allgemeinen in einem geschlossenen Ofen während einer Dauer von etwa 10 Tagen vorgenommen. Es sind nicht viele Tonsorten für dieses Verfahren geeignet, denn es muss ausreichend Eisen vorhanden sein (d.h. mehr als 8 Gew.%), um eine ausreichende Farbtiefe zu erzeugen, und der Ton muss auch in der Lage sein, die hohen Temperaturen auszuhalten, wie sie bei der technischen Herstellung auftreten, wo die Ziegel in Stapeln von 60 oder mehr vorliegen. Es ist ein Ziel der Erfindung , ein Verfahren zur Herstellung von blau-grauen bis grau gefärbten, gebrannten Tonprodukten aufzuzeigen, bei dem eine Vielzahl von verschiedenen Tonen verwendet werden kann, unabhängig von deren Eisengehalten.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren aufzuzeigen, bei dem die Tone, welche Temperaturen, die zur Bildung von stabilem Fe₃O₄ (d.h. 1150 bii
können, verwendet werden können.

von stabilem Fe₃O₄ (d.h. 1150 bis 1200°C) nicht widerstehen

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren aufzuzeigen, bei dem die benötigte Zeit zur Bildung der gewünschten Farbe erheblich verkürzt wird.

Schliesslich ist es ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Verfahren aufzuzeigen, bei dem die Abkühlzeit erheblich verkürzt wird.

Erfindungsgemäss werden diese Ziele bei einem Verfahren zur

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Herstellung von gefärbten, gebrannten Tonprodukten dadurch erzielt, dass man geformte und getrocknete Tonprodukte in einem Brennofen brennt und dabei eine Abscheidung von Kohle auf oder in den gebrannten Produkten dadurch bewirkt, dass man die Produkte in einer verkohlenden Atmosphäre hitzebehandelt und die hitzebehandelten Produkte in einer Stickstoffatmosphäre kühlt.

Die Temperatur während der Verkohlungsstufe soll so hoch wie möglich sein, in Abhängigkeit von dem verwendeten Ton. Vorzugsweise wird die Verkohlung bei der maximalen Temperatur durchgeführt, welche der Ton unter technischen Herstellungsbedingungen noch aushält. Die Dauer der Verkohlungsstufe kann 2 bis 12 Stunden ausmachen und hängt ab von der beabsichtigten Wirkung und der für wünschenswert gehaltenen Eindringtiefe der Kohle in den Ziegel. Je länger die Verkohlungsstufe ist, umso tiefer dringt der Kohlenstoff in das gebrannte Tonprodukt ein. Das Kühlen in einer Stickstoffatmosphäre braucht nur bis zu etwa 350 C vorgenommen zu werden. Bei dieser Temperatur kann der Brennofen geöffnet werden und die erhaltenen Produkte können der Luft ausgesetzt werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass sie ihre Farbe verlieren. Falls der Ton einen hohen Siliziumdioxidgehalt hat, sollte das Kühlen so vorgenommen werden, dass in dem Temperaturbereich von 600 bis 500°C, d.h. während der Phasenänderung, die in dem Siliziumdioxid bei ungefähr diesem Temperaturbereich stattfindet, die Abkühlung in einer solchen Zeit erfolgt, dass eine Schädigung des Produktes vermieden wird. Im allgemeinen ist es erforderlich, die Abkühlung in diesem Temperaturbereich auf etwa 10 Stunden zu verlängern. Bei Tonen mit vergleichsweise niedrigem Siliziumdioxidgehalt ist diese Vorsicht nicht erforderlich. Für Tone mit niedrigem Siliziumdioxidgehalt kann das Abkühlen im

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allgemeinen in etwa 36 Stunden mit Stickstoff, der über einen Wärmeaustauscher im Kreis geführt wird, erfolgen. Liegt ein Ton mit hohem Siliziumdioxidgehalt vor, dann kann die Abkühlung in etwa 48 Stunden vorgenommen werden. Diese Zeiträume sind sehr günstig im Vergleich zu den üblichen Zeiträumen von etwa lü Tagen, wie sie für das Abkühlen von "blauen Ziegeln" erf ordarl iol. üLnd.

Obwohl die Verkohlung im allgemeinen bei den höchsten Temperaturen, die für das Tonausgangsmaterial noch tragbar sind, vorgenommen wird, können gewünschtenfalls auch niedrigere Temperaturen angewendet werden. Je höher die Temperatur liegt, bei welcher die Verkohlung bewirkt wird, umso stärker ist die Bindung des abgeschiedenen Kohlenstoffs in und auf dem Tonmaterial. Werden niedrigere Temperaturen zur Bewirkung der Verkohlung angewendet, so spart man Brennstoff und dadurch Kosten, aber es findet eine Verminderung der Festigkeit der Bindung des Kohlenstoffs in und auf dem Tonmaterial statt.

überraschenderweise wurde festgestellt, dass beim Zumischen einer geringen Menge Sauerstoff zu dem Stickstoff während des Kühlens des gekohlten, gebrannten und verformten Tonproduktes ein Sprenkeleffekt bei den Produkten bewirkt wird. Dieser Sprenkeleffekt ist nicht gleichförmig im ganzen Produkt vorhanden, sondern variiert von einem zum anderen. Die ästhetischen Wirkungen solcher gesprenkelten bzw. gescheckten Produkte sind gut und wünschenswert. Die Menge an verwendetem Sauerstoff sollte nicht so gross sein, dass zuviel Farbe von den Ziegeln entfernt wird, aber sollte ausreichen, um den gewünschten Sprenkeleffekt zu bewirken. Es wurde festgestellt, dass etwa 5 % Sauerstoff in Abmischung mit dem Stickstoff ausreichend wirksam sind.

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Falls das erfindungsgemässe Verfahren auf gebrannte Tone angewendet wird, bei denen als Ausgangsmaterialien solche mit mehr als 8 % Eisen verwendet wurden, und die Temperaturen während des Brennens und Verkohlens von 1150 bis 1200°C widerstehen können, dann wird, wie man festgestellt hat, die Farbtiefe in einer kürzeren Zeit erzielt als es mit den üblichen Verfahren möglich ist und ausserdem wird die Gesamtzeit des Verfahrens beachtlich verkürzt. Weiterhin ist es auch möglich, den Sprenkeleffekt, auf den vorher hingewiesen wurde, zu bewirken, indem man eine geringe Menge an Sauerstoff in die Stickstoffatmosphäre während der Abkühlzeit gibt.

Die Erfindung wird in den folgenden Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1

Ein Ton mit einem Eisengehalt von 6 Gew.% wird in üblicher Weise vorbehandelt. Zunächst wird der Ton zu feinen Teilchen zermahlen, vorzugsweise zu Teilchen mit einem maximalen Durchmesser von etwa 3 mm. Zu dem Ton wird Wasser gemischt und die Mischung wird extrudiert. Der extrudierte Ton wird dann zu Ziegeln mittels Drähten geschnitten, die Tonziegel werden dann bei etwa 2OO°C getrocknet.

Die getrockneten Ziegel werden dann in einen Uniaufofen zum Brennen gebracht. Der Ofen wird mittels Brennern unter Verwendung von Naturgas, Butan oder dergleichen, bis zu einer Temperatur von etwa 600°C während eines Zeitraums von etwa

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15 Stunden geheizt und anschliessend wird Sauerstoff in den Ofen während eines Zeitraums von etwa 20 Stunden eingebracht. Der Sauerstoff wird in den Ofen vorzugsweise an den Eingangsöffnungen der Brenner und an Stellen, die von den Flammen Abstand halten, eingebracht, so dass der eingeführte Sauerstoff nicht für den Verbrennungsprozess verwendet wird. Die Wärmeturbulenz reicht aus, dass der Sauerstoff durch den ganzen Ofen zirkuliert. Bei dem in diesem Beispiel verwendeten speziellen Ofen wird der Sauerstoff in 27 Brenneröffnungen eingeführt und in jedem Fall in einer Entfernung von 5 cm von der Flamme. Während dieser Zeit erhöht sich die Temperatur in dem Ofen auf etwa 95O°C. Dies reicht vollständig aus, um die Ziegel zu brennen.

Dann wird eine verkohlende Atmosphäre gebildet, indem man in dem Ofen die Luft ausschliesst und dadurch eine brennstoffreiche Flamme erzeugt, welche CO zu Kohlenstoff reduziert. In dieser Atmosphäre werden die Ziegel auf eine Temperatur von etwa 1000 C aufgeheizt. Die Temperatur von 1000⁰C wird etwa 3 Stunden aufrecht erhalten. Falls die Ziegel höhere Temperaturen aushalten, kann diese Hitzebehandlung bei höheren Temperaturen über einen kürzeren Zeitraum oder bei niedrigeren Temperaturen über einen längeren Zeitraum durchgeführt werden.

Unmittelbar vor Beendigung der Hitzebehandlung in der verkohlenden Atmosphäre wird Stickstoff in den Ofen eingeführt. Sobald der Stickstoff die ursprüngliche Atmosphäre vollständig verdrängt hat, werden die Brenner abgestellt und das Abkühlen in dem Ofen beginnt. Der Stickstoff wird mittels einer Kühlvorrichtung, die ein Wärmeaustauscher sein kann, in Umlauf gehalten und von Zeit zu Zeit wird frischer Stickstoff in den

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Ofen eingeführt. Die Ziegel werden auf eine Temperatur von etwa 35O°C in einer Stickstoffatmosphäre während eines Zeitraums von etwa 36 Stunden gekühlt. Da der Siliziumdioxidgehalt bei dem in diesem Beispiel verwendeten Ton niedrig war, war es nicht erforderlich, besondere Vorsichtsmassnahmen im Temperaturbereich zwischen 6OO bis 500°C zu treffen. Die Ziegel wurden abgekühlt in üblicher Weise von 35O°C bis zur Umgebungstemperatur, d.h. in einer Luftatmosphäre.

Die gebildeten Ziegel hatten die typische blaue Farbe der sogenannten "blauen Ziegel".

Beispiel 2

Ein Keupermergel-Ton, enthaltend δ % Eisen und keinen Kohlenstoff und ungefähr 5 % flüchtige Anteile und mit einem ziemlich niedrigen Siliziumdioxidgehalt wurde verwendet. Dieser Ton kann Temperaturen von 1150 C unter Produktionsbedingungen nicht ertragen. Das Verfahren des Beispiels 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme, dass der Ton gebrannt wurde, indem die Temperatur mit einer Geschwindigkeit von 20°C/h bis zu einer Endtemperatur von 101O⁰C erhöht wurde. Diese Temperatur wurde während der Einführung der verkohlenden Atmosphäre aufrecht erhalten und die Verkohlungsbehandlung dauerte 5 Stunden anstelle von 3 Stunden.

Die erhaltenen Ziegel haben die typische blaue Farbe der sogenannten "blauen Ziegel".

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Beispiel 3

Der Schieferton des Beispiels 1 wurde mit einem Feuerton mit einem durchschnittlichen Eisengehalt von 3 Gew.% vermischt, so dass man eine Mischung erhielt mit einem durchschnittlichen Eisengehalt von 4,5 bis 5 Gew.%. Diese Mischung wurde dem Behandlungsverfahren gemäss Beispiel 1 mit den folgenden Modifizierungen unterworfen:

Nach der Einführung von Stickstoff und nachdem die Temperatur auf 920 C gefallen war, wurde Luft in den umlaufenden Stickstoff eingeführt, bis der Sauerstoffgehalt der Ofenatmosphäre 5 Gew.% erreichte. Zu diesem Zeitpunkt wurde das Einleiten von Luft unterbrochen und der Ofen wurde unter Umlaufenlassen der Atmosphäre 45 Minuten gekühlt. Die Ofenatmosphäre wurde dann durch frischen Stickstoff ersetzt und das Abkühlen wurde so wie in Beispiel 1 beschrieben unter einer ausschliesslichen Stickstoffatmosphäre durch Umlaufen des Stickstoffs fortgeführt, bis die Temperatur auf 3 5O°C gesunken war.

Die erhaltenen Ziegel zeigten Sprenkel.

Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht es, eine Vielzahl von Tonmaterialien zu verwenden, weil es nicht darauf ankommt, ein stabiles Fe₃O₄ zu bilden. Es wurde festgestellt, dass die Stickstoffatmosphäre während des Abkühlens wichtig ist, denn falls man nach der Verkohlung den Ofen einfach gegenüber der Atmosphäre abschliesst und abkühlen lässt in üblicher Weise, verschwindet die bei der Verkohlung entstandene Farbe entweder oder wird so erheblich vermindert, dass sie nicht mehr ausreicht.

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Claims

HOFFMANN · EITLE öl PARTNER PATENTANWÄLTE 2 7 5 7 A 3 DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) ■ DI PL.-I NG. W. E ITLE · D R. RER. NAT. K. HOFFMAN N ■ Dl PL.-ING. W. LE H N DIPL.-ING. K. FOCHSlE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 (STERNHAUS) ■ D-8000 MO N C H EN 81 ■ TELE FON (089) 911087 ■ TELEX 05-29619 (PATH E) 30 103 o/wa RAVENHEAD BRICK COMPANY LIMITED, MANUFACTURE OF BRICKS, BISHOP AUCKLAND, TYNE AND WEAR / ENGLAND Verfahren zur Herstellung von Ziegeln PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung von gefärbten, gebrannten, geformten Tonprodukten, bei dem es nicht auf den Eisengehalt des Tones ankommt, dadurch gekennzeichnet, dass die gebrannten, geformten und getrockneten Tonprodukte einer Wärmebehandlung in einer verkohlenden Atmosphäre ausgesetzt werden unter Abscheidung von Kohlenstoff auf oder in den gebrannten Tonprodukten, und dass man die erhaltenen gefärbten Produkte in einer Stickstof f atmosphäre kühlt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung in der verkohlenden Atmosphäre während eines Zeitraums von 2 bis 12 Stunden vorgenommen wird.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass die Wärmebehandlung in der verkohlenden Atmosphäre bei oder in der Nähe der Maximaltemperatur

vorgenommen wird, welche der als Ausgangsmaterial verwendete Ton noch unter üblichen Herstellungsbedingungen verträgt.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , dass das Abkühlen durch Stickstoff, der in und aus dem Ofen während der Abkühlperiode über einen Wärmeaustauscher geführt wird, vorgenommen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühlung während weniger als 50 Stunden vorgenommen wird.

6. Modifiziertes Verfahren gemäss Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , dass das gefärbte Produkt während der Abkühlzeit einer Stickstoffatmosphäre ausgesetzt wird, die eine geringe Menge an Sauerstoff enthält und dass die Dauer der Einwirkung und die Menge des Sauerstoffs ausreicht, um einen Sprenkeleffekt in dem fertigen gefärbten Produkt zu bewirken.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an in dem Stickstoff vorhandenen Sauerstoff im wesentlichen 5 % ist und dass die Dauer, bei welcher diese Atmosphäre während des Kühlens einwirken gelassen wird, im wesentlichen 4 5 Minuten beträgt.

8. Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet , dass die Produkte Ziegel sind.

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