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Veit Dennert,
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Trosdorfer Weg 6, 8602 Bischberg Frank Dennert, Trosdorfer Weg 6,
8602 Bischberg Verfahren zum Herstellen von grobkeramischen Formteilen Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zum Herstellen von grobkeramischen Formteilen, z.B. Ziegelsteinen,
Bauplatten und ähnliches. Derartige grobkeramische Formteile werden in der Regel
aus einer plastischen, wasserhaltigen Ziegelmasse geformt und nach langsamem Trocknen
bei erhöhten Temperaturen um 900 bis 12000C gebrannt. Die Formgebung erfolgt dabei
heute meist nach dem Strangpreßverfahren, wobei aus dem kontinuierlich aus der Presse
austretenden Strang die einzelnen Formkörper abgeschnitten werden. Das langsame
und sorgfältige Trocknen ist erforderlich, damit die Feuchtigkeit durch das dichte
Gefüge des Steinrohlings diffundieren und nach außen entweichen kann. Bei schnellerem
Trocknen besteht die Gefahr, daß sich Schwundrisse bilden.
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In der deutschen Offenlegungsschrift 20 32 266 ist ein Verfahren zum
Herstellen von Leichtbaukörpern beschrieben, bei welchem Blähtongranulat mit einem
anorganischen silikathaltigen Bindemittel in Form von Schlicker (dort Tonschlämme
genannt) vermischt, sodann geformt, getrccknet und gesintert wird. Die Sintertemperatur
wird dabei so eingestellt, daß das Bindemittel unterhalb des Schmelzpunktes des
Blähtongranulates zu einer zusammenhängenden Masse versintert. Das Ergebnis
ist
ein weitgehend porenfreier luftundurchlässiger kompakter Formkörper mit guten Bausteineigenschaften,
insbesondere guter Festigkeit und gutem Wärmeisolationsvermögen.
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So sehr sich das zuletzt angegebene Verfahre von der üblichen Herstellung
kompakter Ziegelsteine unterscheidet, so haftet ihm dennoch der Nachteil an, daß
die mit dem Bindemittel in die Rohmasse eingebrachte Feuchtigkeit höchst vorsichtigt,
d.h. langsam und zeitraubend bei niedriger Temperatur entfernt werden muß, wenn
Schwund risse und Steindeforrationen mit Sicherheit vermieden werden sollen. Gerade
das zeitaufwendige Trocknen der Steinrohlinge spielt aber beim Fabrikationsprozeß
eine entscheidende Rolle, da die über längere Zeit zu lagernde Steinmasse erheblichen
Platz in Anspruch nimmt und sehr kostspielige Trockeneinrichtungen bedingt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorbekannten Verfahren
zur Herstellung von grobkeramischen Formteilen, z.B. Ziegelsteinen, weiterzuentwickeln
und insbesondere die zum Trocknen und Brennen der Formteile erforderliche Zeit abzukürzen.
Hierzu wird von einem Verfahren ausgegangen, bei welchem ein anorganisches Granulat
mit der wässrigen Aufschlemmung eines keramischen Bindemittels vermischt, die Mischung
geformt und die Formkörper nach verhältnismäßig kurzer Vortrocknung bei einer Temperatur
gebrannt werden, die bei oder oberhalb der Sintertemperatur des Bindemittels aber
unterhalb der Erweichungstemperatur des Granulates liegt. Die Lösung dieser Aufgabe
besteht erfindungsgemäß in einem Verfahren mit folgenden Merkmalen:
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Es wird ein Granulat mit einem solchen Korngrößenspektrum verwendet, daß zwischen
den Granulaten offene, den freien Gasdurchtritt gestattende, kanalartige Hohlräume
freibleiben, deren Volumen vorzugsweise mehr als 15 % des Gesamtvolumens der losen
Schüttung beträgt, - es wird Bindemittel-Schlicker in solcher Menge zugesetzt, daß
eine möglichst vollständige Umhüllung des Granulates mit Bindemittel-Schlicker eintritt,
daß aber die Kanäle offenbleiben; - der Granulat-Schlicker-Mischung wird nach der
Formung ein Teil des freien Wassers bis zur hinreichenden Ansteifung absorptiv oder
chemisch entzogen; - danach wird getrocknet und gebrannt.
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Die wesentlichen Gedanken, die zum vorliegenden Verfahren geführt
haben, bestehen also darin, die an sich bekannte Granulat-Schlicker-Mischung so
zusammenzusetzen, daß sie auch nach der Formung durchgehende den gesamten Formkörper
durchsetzende offene Kanäle hat, durch welche die später auszutreibende Feuchtigkeit
nach außen entweichen kann. Die Kanäle haben dabei aber noch den weiteren Vorteil,
daß die Formkörper nach dem Trocknen, wie später noch gezeigt werden wird, nach
dem an sich ebenfalls bekannten Durchströmverfahren gebrannt werden können, welches
Verfahren den Vorteil bietet, daß es in äußerst kurzer Zeit durchführbar ist, wobei
Brennzeiten von nur wenigen Minuten ausreichend sind.
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Zur Erreichung dieses Zieles muß naturgemäß der Bindemittel-Schlicker
in solcher Menge zugesetzt werden, daß eine möglichst vollständige Umhüllung des
Granulates mit Bindemittel-Schlicker eintritt, daß aber die Kanäle nicht verstopft
werden. Beim Trocknen entweicht das Wasser aus den über den Granulatteilchen vorhan-
denen
Schlickerhäuten sehr schnell, da diese Häute äußerst dünn sind. Beim nachfolgenden
Sintern wird ebenso wie beim vorbekannten Verfahren die Temperatur so gewählt, daß
zwar das keramische Bindemittel mit Sicherheit zusammensintert, daß aber das Granulat
noch nicht erweicht. Durch diese Maßnahne ist dann chQrgQ-stellt, daß zwar eine
hinreichende Steinbindung und damit Steinfestigkeit aufgebaut wird, daß aber die
Formkörper sich während des Trocknens und Brennens nicht verformen.
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Ein weiterer wesentlicher Gedanke, der zum vorliegenden Verfahren
geführt hat, besteht darin, der Granulat-Schlicker-Mischung nach der Formung einen
Teil des freien Wassers möglichst schnell zu entziehen. Wie groß dieser Teil des
freien Wassers im Einzelfall sein muß, hängt von der Zusammensetzung der Rohmasse
ab.
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Gefordert werden muß in jedem Fall, daß der Rohling so steif wird,
daß er aus der Form genommen und alsbald zur Weiterbehandlung, also zum Trocknen
und Brennen, abtransportiert werden kann. Dieses schnelle Ansteifen durch Wasserentzug
kann dabei so geschehen, daß zur Herstellung der Granulat-Schlicker-Mischung ein
solches Granulat verwendet wird, das eine poröse, langsam wasseraufnehmende Oberfläche
aufweist, wie dies beispielsweise bei einigen Blähtonsorten der Fall ist.
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Die Verwendung von Blähton zur Herstellung von Leichtbaukörpern ist
zwar grundsätzlich bekannt, beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift
20 32 266, die Ausnützung der Wasseraufnahmefähigkeit dieses Materials ist dort
aber nicht beschrieben und wäre dort offensichtlich auch gar nicht sinnvoll, da
infolge des nahezu luftdichten Gefüges ohnehin mit langen Trockenzeiten gearbeitet
werden muß.
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Bei Ausnützung der Wasseraufnahmefähigkeit poröser Granulate, beispielsweise
Blähton, dauert das Ansteifen bis zur möglichen Entformung je nach Massezusammensetzung
30 bis 60 Minuten. Diese Zeit kann noch weiter abgekürzt werden, wenn der Granulat-Schlicker-Mischung
Stoffe zugesetzt werden, welche Wasser langsam chemisch binden, beispielsweise Gips.
Dabei kann beliebig so verfahren werden, daß entweder eine kleine Gipsmenge zusätzlich
der Masse mit porösem Blähton zugegeben wird oder daß andere Granulate eingesetzt
werden, welche an sich kein Wasser aufnehmen können und daß die Wasserbindung zum
Zwecke der Ansteifung alleine durch die besagten Zusatzstoffe, beispielsweise Gips,
durchgeführt wird.
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Das Verfahren macht demnach von der Idee Gebrauch, das unvermeidlich
in der Rohmasse vorhandene Wasser temporär absorptiv oder chemisch zu binden, dadurch
einen schnell ansteifenden Formkörper zu erhalten und diesen dann infolge seiner
luftdurchlässigen Eigenschaften schnell zu trocknen und zu brennen. Rohmassen, die
zur Durchführung dieses Verfahrens besonders geeignet sind, können beispielsweise
folgende Zusammensetzung aufweisen: 1000 bis 1300 1 Blähton oder Blähschiefer (lose)
100 bis 300 kg Bindemittel (Ton-Trockensubstanz) 3 je m verdichtete gebrannte Masse.
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Im Rahmen dieser Grenzen hat sich speziell die folgende Zusammensetzung
mit Blähton als Granulat und Tonmehl als keramisches Bindemittel bewährt: 50 bis
80 Gew.% Ton (Trockensubstanz) 20 bis 50 Gew.% Wasser.
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Die Bestandteile Tonmehl und Wasser werden dabei zunächst zu einem
Schlicker vermischt und dieser dem
Granulat unter ständiger Rührbewegung
zugesetzt. Vorteilhafterweise wird dabei ein Blähton als Granulat verwendet, dessen
Korngrößenspektrum von 3 bis 8 mm reicht, so daß bei der Bildung einer Haufwerks-Schüttung
die Zwischenräume zwischen den einzelnen Granulatkörnern nicht durch feinkörnige
Substanzen angefüllt werden, so daß die geforderten durchgehenden Kanäle sich bilden
können. Bei der angegebenen KorngröBenzusammensetzung sind auch die Zwisctlenräume
h h nre i c'hLnd groß, um nicht durch den zuzusetzenden Schlicker vollständig verstopft
zu werden.
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Um den Ansteifvorgang nach Möglichkeit zu beschleunigen, wird des
weiteren vorgeschlagen, unter Verwendung an sich bekannter Verflüssigungsmittel
einen keramischen Bindemittelschlicker mit reduziertem Wassergehalt zu erzeugen
und diesen dann mit dem Granulat zu vermischen. Als Verflüssigungsmittel kann beispielsweise
Natriumcarbonat verwendet werden oder es können auch spezielle Stoffgemische eingesetzt
werden, die marktgängig sind und beispielsweise auf der Basis spezieller aktivierter
Huminate (Salze der Huminsäuren) gegebenenfalls in Mischung mit Silikaten aufgebaut
sind. Diese Verflüssigungsmittel sind wasserlösliche Stoffe, die es gestatten, den
Wassergehalt der Schlicker erheblich herabzusetzen und zwar je nach Stoffart sowohl
des Verflüssigungsrrittels wie auch des keramischen Bindemittels um 10 bis 25%.
Es liegt in der Natur der Sache, daß bei solchen Schlickern mit reduziertem Wassergehalt
eine nur geringfügige weitere Reduktion eintreten muß, um die Rohmasse vollends
ansteifen zu lassen und sie somit entformbar und stapelfähig zu machen.
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Die aus der Granulat-Schlicker-Mischung erzeugten Formkörper sollen
vorzugsweise nach dem Durchströmverfah-
ren getrocknet und gebrannt
werden. Die Anwendung des Durchströmverfahrens zum Brennen poröser keramischer Formkörper
ist für sich genommen bekannt, beispielsweise aus der deutschen Patentschrift 19
14 372. Beim dort beschriebenen Verfahren werden aber nicht Granulat-Schlicker-Massen
getrocknet, sondern weitgehend einheitlich zusammengesetzte Rohlinge, welche durch
die erreichte hohe Temperatur unter Druck deformiert und zu Körpern geformt werden,
wobei die Rohlingsgranulate unmittelbar miteinander versintern.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand einiger Ausführungsbeispiele
näher erläutert.
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Beispiel 1: 380 kg poröser Blähton (Schüttgewicht 330 kg/m3) mit
einer Korngröße von 3-8 mm werden in einen Rührwerksmischer geeigneter Größe eingefüllt.
in einem zweiten Rührwerk werden 210 kg Tonschlicker, bestehend aus 130 kg Tonmehl
und 80 kg Wasser erzeugt.
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Nach gleichmäßiger Verteilung des Tonmehles im Wasser wird der entstandene
Schlicker unter ständigem Rühren dem Blähtongranulat zugesetzt und etwa 2 Minuten
zur Vergleichmäßigung weitergerührt.
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Die entstandene Masse wird in Formkästen eingefüllt, verdichtet,
entschalt und bleibt dann etwa 30 Minuten auf einer Stahlblechunterlage stehen.
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Während dieser Zeit tritt eine Ansteifung der Masse ein, die hinreichend
ist, um die Steinformlinge zur anschließenden Weiterbehandlung zu bringen.
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Die Rohlinge werden alsdann in einen Durchströmheißluftkanal gebracht
und mittels Heißluft getrocknet; Den Fortschritt der Trocknung beobachtet man z.B.
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anhand der Abgastemperatur. Steigt diese schnell
an,
so wird der Trockenvorgang als beendet angese-0 hen und die Temperatur auf 1050
C erhöht. Der vorgetrocknete Stein folgt infolge seiner Porosität schnell der ansteigenden
Gastemperatur; die Sinterbehandlung ist in 20 bis 25 Minuten beendet.
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Beispiel 2 Es wird dieselbe Rohmasse erzeugte wie gemäß Beispiel
1, nämlich eine Rohmasse aus 380 kg Blähtongranulat, 210 kg Schlicker, der seirerseits
aus 130 kg Tonmehl und 80 kg Wasser besteht. Nach gutem Vermischen des Schlickers
mit dem Granulat werden 4,0 kg Gipsmehl zugesetzt und untergerührt.
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Die erhaltene Mischung wird in Formkästen eingefüllt, verdichtet
und entschalt. Sie ist innerhalb von 20 bis 30 Minuten hinreichend angesteift, um
weiterverarbeitet zu werden. Die so erzeugten Formlinge werden bei 105 bis 1200C
vorgetrocknet und alsdann der beschriebenen Brennbehandlung unterworfen. Der zugesetzte
Gips zerfällt bei Brenntemperatur unter Freisetzung von SO3. Die Gase werden, bevor
sie dem Abgasschornstein zugeleitet werden, durch einen Kalkturm geleitet, der den
SO3-Gehalt zurückhält.
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Nach beiden Beispielen entstehen gebrannte Körper mit 3 einem Raumgewicht
von ca. 500 kg/m . Anstelle der Brennbehandlung im Durchströmverfáhren kann das
Brennen naturgemäß in anderen Öfen vorgenommen werden, wobei sich die bleibende
Luftdurchlässigkeit der Formkörper ebenfalls verkürzend auf die Brennzeit auswirkt.