DE3036516A1

DE3036516A1 - Verfahren zur kontinuierlichen herstellung von aufgeschaeumten mineralstoffen, insbesondere von schaumglas und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3036516A1
Application number: DE19803036516
Authority: DE
Inventors: Antrag Auf Nichtnennung
Original assignee: Beteiligungen Sorg GmbH and Co KG
Current assignee: Beteiligungen Sorg GmbH and Co KG
Priority date: 1980-09-27
Filing date: 1980-09-27
Publication date: 1982-05-13

Description

Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von
aufgeschäumten Mineralstoffen, insbesondere von Schaumglas und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von aufgeschäumten Mineralstoffen, insbesondere von Schaumglas, bei welchem die Grundstoffe des Schaummaterials mit das Aufschäumen bewirkendem, gasbildendem Stoff erhitzt werden sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Es ist bereits bekannt, Schaumglas dadurch herzustellen, daß erkaltetes Glas fritiert und gemahlen wird und mit einem gasbildenden Stoff, z.B. Eisenoxid oder anderen gasbildenden, z.B. HCl bildenden Stoffen gemischt wird. Das Gemisch wird dann entweder in Formen oder in einem Schachtofen auf Temperaturen erhitzt, bei denen das Glas eine zähe Konsistenz aufweist und das gasbildende Mittel aus gast und danach abgekühlt und letztlich zu den erforderlichen Dimensionen beschnitten. Nachteilig ist bei diesem bekannten Verfahren aber, daß es das Erschmelzen von Glas voraussetzt und das Zermahlen des Glases zu Staub oder Mehl apparativ-und energieaufwendig ist. Wie genannt, muß nämlich einmal das Glas zum Erschmelzen erhitzt werden und dann weiterhin zur Bildung des Schaumglases.
Aus dem genannten Grund ist die Herstellung von Schaumglas noch so teuer, daß dieses ideale, da nicht brennbare und hochwirksame Isolationsmaterial nicht in größerem Umfang verwendet werden kann. Zu berücksichtigen ist dabei auch, daß die einzusetzenden Grundstoffe verhältnismäßig teuer sind.
Es ist demgegenüber Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, welchen die vorgenannten Nachteile nicht inchr anhaften und die es insbesondere erlauben, aufgeschäumten Mineralstoff und insbesondere Schaumglas zu erzeugen, welches mit erheblich geringeren Kosten belastet ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll es ermöglichen, Schaumglas direkt aus einem schmelzflüssigen Material zu erzeugen, wobei der Energieeinsatz, d.h. die Zuführung von Fremdenergie äußerst gering sein soll. Weiterhin soll der apparative Aufwand ebenfalls gering sein und die Herstellung des Schaumglases soll in einem Arbeitsverfahren kontinuierlich ohne eine zwischenabkühlung des Glases oder Mineralstoffes möglich sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Grundstoffe mit den gasbildenden Stoffen in ein Druckgefäß eingegeben und auf eine Temperatur der Grundstoffe erhitzt werden, bei welcher eine homogene Schmelze der Grundstoffe entsteht und die gasbildenden Stoffe ausgasen, wobei die Stoffe unter einem überdruck gehalten werden, der genügend hoch ist, um ein Austreten des gebildeten Gases zu verhindern, die Schmelze dann unter Erhöhung ihrer Zähigkeit abgekühlt wird und danach bei weiterer Abkühlung durch Austritt der zähen Schmelze aus dem Druckgefäß der Druck auf Atmosphärendruck verringert wird, wobei die zähe Schmelze aufschäumt.
Apparativ wird die Aufgabe der Erfindung gelöst durch ein Druckgefäß mit einer Auskleidung aus Feuerfestmaterial, in dessen Inneres eine Anzahl von Elektroden ragen, über die der Schmelze elektrische Energie zugeführt wird, mit einer Einrichtung zur Zuführung der Grundstoffe mit den gasbildenden Stoffen in den Druckbehälter, einer Druckregeleinrichtung zur geregelten Abfuhr von Gas und einem Durchlaß zu einem ebenfalls als Druckgefäß ausgebildeten Steiger, an dessen oberen Ende eine Düse zum Austritt der dabei aufschäumenden Schmelze vorhanden ist und mit einer Abführbahn für das Schaumglas.
Besonders vorteilhaft ist dabei, daß die eingesetzten Grundstoffe aufgrund der in ihnen enthaltenen verbrennungsfähigen Stoffe bereits einen sehr hohen Energieanteil für das Aufschmelzen mitbringen und daher der Anteil der zugeführten Fremdenergie sehr gering bleiben kann. Dies ist z.B. beim Einsatz von ölschiefer, Teersand oder amerikanischem Nahcolite der Fall.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens gehen aus den Unteransprüchen 2 sowie 6 und 7 hervor.
Da das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung es erstmals erlauben, mit äußerst geringem Energieeinsatz Schaumglas im kontinuierlichen Verfahren zu erzeugen, kann von einer idealen Lösung der anstehenden Probleme gesprochen werden.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 einen senkrechten Schnitt durch einen Schmelzofen gemäß der Erfindung und Figur 2 einen Rorizontalschnitt entlang der Linie II-II gemäß Figur 1.
Gemäß den Figuren gleicht der erfindungsgemäße Schmelzofen einem herkömmlichen Schmelzofen mit der Maßgabe, daß das Feuerfestmaterial 2 und 3 von einem Druckgefäß 1 aus hochfestem Stahl umgeben ist. Die an den Raum für die Schmelze 5 anstoßenden Teile, nämlich der Durchlaß 8 und der Steiger 9 sind ebenfalls als Druckgefäße ausgebildet. Die innerste Schicht des Feuerfestmaterials besteht dabei z.B.
aus Supral AR90 und außen von der zweiten Schicht Feuerfestmaterial 3 liegt eine Schicht 4 aus Calciumsilikat oder einem anderen Isolationsstoff vor.
Der Boden des Druckgefäßes wird dichtend von Elektrodenhaltern durchdrungen, in denen Elektroden 6 gehalten sind, die von unten in den Raum für die Schmelze 5 hineinragen.
Gleichermaßen ist im Boden des Steigers 9 eine Elektrode 7 einer oder mehrere angeordnet, die mit/Elektrode 10 nahe der als Ausfluß dienenden Düse 11 elelctrisch zusammen-wirkt. Oben in dem Steiger ist die Düse ii angeordnet, die aus hochwarmfestem Edelstahl, z.B. Inconel besteht. An die Düse 11 schließt sich eine Rollenbahn 13 an, auf welcher der Strang des sich ausdehnenden Schaumglases 12 zur Abführung aufgelegt ist.
Innerhalb der Düse 11 liegt eine Gitterelektrode 14 aus ebenfalls z.B. Inconel vor, welche mit einem Gleichstrom beaufschlagt ist. Durch diesen Gleichstrom erfolgt eine weitere elektrolytische Dissoziation des zu schäumenden und austretenden Grundstoffes.
An das Druckgefäß 1 ist im oberen Bereich weiterhin eine Druckhalteeinrichtung 15 angesetzt sowie ein Zuführungsrohr für das zu schmelzende Gemenge bzw. den zu schmelzenden Grundstoff, welches über eine Schleuse 16 und einen Einschubkolben 17 mit Gemenge beschickt wird. Die Konstruktion von derartigen Schleusen und entsprechenden Fördermitteln ist bekannt und braucht daher nicht näher beschrieben zu werden. Für den Fachmann selbstverständlich kann auch eine Zellenradschleuse und als Fördermittel eine Schnecke oder ein Vibrationsmittel verwendet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird jetzt wie folgt durchgeführt: Als Ausgangsgrundstoff dient amerikanisches Nahcolite oder entsprechender öl schiefer, Teersand und dergleichen, die von ihrer Konsistenz her Grundstoff für das Schmelzen von Glas darstellen und einen erheblichen Anteil an brennbaren Stoffen aufweisen, so daß die zum Erschmelzen der Grundstoffe erforderlichen Temperaturen mit einer geringen Energiezugabe von außen möglich ist. Den Grundstoffen können gemäß den speziellen Erfordernissen andere zum Erschmelzen von Glas dienende Grundstoffe wie Kieselsäure, Natriumoxid, Calciumoxid, Bariumoxid, Kaliumoxid oder Tonerde oder Pottasche zugesetzt werden, wobei diese nach Bedarf mit gasbildenden Stoffen, z.B. Metalloxiden oder anderen gemischt werden können. Da in den genannten Stoffen, z.B. Nahcolit aber bereits erhebliche Gasbildung bei Temperaturerhöhung auftritt, ist der Zusatz von zusätzlichen gasbildenden Stoffen unter bestimmten Umständen nicht zwingend.
Das Gemenge wird jetzt oben auf die Schmelze 5 aufgelegt und schmilzt auf seinem Weg nach unten bei maximalen Temperaturen von z.B. 12500C auf. Die zur Erreichung dieser Temperatur notwendige zusätzliche äußere Energie wird über die Elektroden 6 in bekannter Weise zugeführt, wie dies bei bekannten elektrischen Glasschmelzöfen ebenfalls der Fall ist. Eine nähere Beschreibung kann daher entfallen.
Der Druck in dem Druckgefäß 1 wird jetzt so hochgehalten, daß ein Austreten des Gases nicht oder unvollständig erfolgt, wobei die Druckhalteeinrichtung 15, die ebenfalls an sich bekannt ist, für die Einhaltung des erforderlichen Druckes sorgt.-Um die in den Grundstoffen enthaltenen brennbaren Stoffe zu verbrennen, wird dem Druckgefäß weiterhin Luft oder Sauerstoff zugeführt und die Abgase werden ebenfalls unter Druckhaltung durch die Druckhalteeinrichtung 15 abgeführt.
Das geschmolzene mineralische Material bzw. das Glas fließt dann durch den Durchlaß 8 und den Steiger 9 unter Verringerung der Temperatur auf z.B. ca. 8300C zum Auslaß der Düse 11, wobei an diesem Auslaß eine schlagartige Druckverringerung auftritt. Innerhalb des zähen Flusses wird dadurch schlagartig das darin enthaltene Gas frei und schäumt den Fluß zu Schaumglas 12 auf. Die Gasbildung wird noch unterstützt durch die elektrolytische Dissoziation durch Einleitung von Gleichstrom über das Anodengitter 14.
Der Schaumgiasstrang 12 kann dann direkt einer Glaskühlbahn zugeführt werden, so daß eine erneute Aufheizung in dieser entfallen kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann für den Fachmann selbstverständlich mit allen-Arten von für die Glasherstellung geeigneten Materialien durchgeführt werden; wenn, wie -bereits ausgeführt, die notwendigen Stoffe zur Gasbildung bereits vorliegen oder zugemischt werden. Das Verfahren ist also auch ohne das Vorhandensein brennbarer Bestandteile in dem Gemenge durchführbar, dann wird die gesamte benötigte Energie über die Elektroden 6 und ggf. über eine nicht gezeigte Oberofenheizung zugeführt. Ersichtlicherweise ist aber auch dann die Energiebilanz des Verfahrens noch sehr viel günstiger, als wenn das Glas erst geschmolzen, dann abgekühlt und dann zum Auf schäumen erneut auf hohe Temperatur gebracht werden müßte.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der Steiger 9 eine erheblich größere Höhe aufweisen (nicht gezeigt) als das Druckgefäß 1. Das Gewicht in dem Steiger 9 in dem Bereich, der über die Oberfläche des Bades 5 hinausreicht, gleicht dabei den in dem Druckgefäß 1 herrschenden Überdruck aus. Der Druck in diesem überstehenden Stück verringert sich nach oben qlcichniäßig und damit wird ein verlangsamtes Auf schäumen durch das in der Schmelze enthaltene Gas ermöglicht, wobei dann das Schaumglas seitlich oben aus dem Steigerkopf abgezogen werden kann.
Leerseite

Claims

Patentansprüche: 1/. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von aufgeschäumten Mineralstoffen, insbesondere von Schaumglas, bei welchem die Grundstoffe des Schaummaterials mit das Aufschäumen bewirkendem, gasbildendem Stoff erhitzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundstoffe mit den gasbildenden Stoffen in ein Druckgefäß eingegeben und auf eine Temperatur der Grundstoffe erhitzt werden, bei welcher eine homogene Schmelze der Grundstoffe entsteht und die gasbildenden Stoffe ausgasen, wobei die Stoffe unter einem Überdruck gehalten werden, der genügend hoch ist, um ein Austreten des gebildeten Gases zu verhindern, die Schmelze dann unter Erhöhung ihrer Zähigkeit abgekühlt wird und danach bei weiterer Abkühlung durch Austritt der zähen Schmelze aus dem Druckgefäß der Druck auf Atmosphärendruck verringert wird, wobei die zähe Schmelze aufschäumt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze bei der Druckabsenkung bzw. bei dem Austritt aus dem Druckgefäß durch Hindurchleiten von Gleichstrom unter erneuter Gasbildung elektrolytisch dissoziier wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gasbildenden Stoffe ebenso wie verbrennungsfähige Stoffe in dem eingegebenen Grundstoff enthalten sind.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundstoff blschieferr Teersand oder amerikanisches Nahcolite ist.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein Druckgefäß (1) mit einer Auskleidung aus Feuerfestmaterial (2, 3), in dessen Inneres eine Anzahl von Elektroden (6) ragen, über die der Schmelze (5) elektrische Energie zugeführt wird, mit einer Einrichtung (16, 17) zur Zuführung der Grundstoffe mit den gasbildenden Stoffen in den Druckbehälter (1), einer Druckregeleinrichtung (15) zur geregelten Abfuhr von Gas und einem Durchlaß (8) zu einem ebenfalls als Druckgefäß ausgebildeten Steiger (9), an dessen oberen Ende eine Düse (11) zum Austritt der dabei aufschäumenden Schmelze vorhanden ist und mit einer Abführbahn (13) für das Schaumglas.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Boden des Steigers (9) eine oder mehrere weitere Elektroden (7) angeordnet sind, deren Stromfluß zu weiteren Elektroden (10) im Düsenbereich oder zu der als Elektrode ausgebildeten Düse (11) verläuft.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des Steigers (9) höher liegt als die Oberfläche der Schmelze und das Schaumglas aus dem Ende austritt.