DE3538783A1

DE3538783A1 - Process for the manufacture of porous ceramic mouldings and pressings used for this purpose

Info

Publication number: DE3538783A1
Application number: DE19853538783
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Ing Artelt; Ulrich Dr Ing Braun
Original assignee: Fels Werke Peine Salzgitter
Current assignee: Fels Werke GmbH
Priority date: 1985-10-31
Filing date: 1985-10-31
Publication date: 1987-05-07

Abstract

In a process for the manufacture of porous ceramic mouldings from plastic clays and the like, by heating a dried and preformed material up to an expansion and firing temperature of the material, pressings in the shape of rings or hollow cylinders are used. The material volume occupies 40 to 60% of the internal space of a mould before heating. The material contains up to 0.08% of finely divided carbon and 0.8 to 4% of a metal oxide, which upon heating cause the material to expand. The raw material, preshaped into rings, fills up to about 80% of a moulding box, whilst the volume of material introduced only occupies up to 55% of the moulding box capacity. This results in substantially uniform pore distribution during expansion (bloating).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung poröser keramischer Formkörper, wie als Baumaterial verwend baren Isoliersteinen, aus Tonen, vulkanischen Aschen und ähnlichem Rohmaterial.The invention relates to a method of manufacture porous ceramic molded body, as used as a building material insulated stones made of clay, volcanic ash and similar raw material.

Es wurde schon angeregt, gekörnte und getrocknete Rohstoffe der eingangs genannten Art in von Anfang an geschlossenen Kapselräumen unter geringem Überdruck bis zu oberhalb ei ner Gleichgewichtstemperatur auftretenden exothermen Prozessen und bis zum Aufschäumen durch freigesetzte Gase zu brennen, wobei der Überdruck zu Beginn des Aufschäumens aufgehoben oder vermindert wird. Nach einem solchen Vorschlag soll die Ausbildung des Gasdrucks dazu führen, Formkörper mit gleichmäßigem Gefüge und guter Festigkeit zu erhalten. Es wurde jedoch festgestellt, daß mit gekörntem Material in Form von Kugeln oder Zylindern mit einem Durchmesser von bis etwa 10 mm eine gleichmäßige Verteilung der Poren we nigstens bei größeren Formkörpern nicht erreicht werden kann. Es zeigte sich außerdem, daß nicht jeder beliebige oder zufällig vorhandene Gehalt an Kohlenstoff und Oxiden zu einer befriedigenden und gleichmäßigen Verteilung der Porenbildung führt.It has already been stimulated, granular and dried raw materials of the type mentioned in closed from the beginning Capsule spaces under slight overpressure up to above egg exothermic processes occurring at equilibrium temperature and burn until released by released gases, the overpressure being released at the start of foaming or is reduced. According to such a proposal the formation of gas pressure cause molded articles with to maintain an even structure and good strength. It However, it was found that with granular material in Form of balls or cylinders with a diameter of up to about 10 mm we even distribution of the pores at least not be achieved with larger moldings can. It also showed that not everyone or random content of carbon and oxides to a satisfactory and even distribution of the Pore formation leads.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von keramischen Formkörpern oder Steinen aus Ton oder ähnlichem Material durch Erwärmen in einer im wesentlichen geschlossenen Form bis zum Beginn eines Blähvorganges mit anschließendem Aushärten der aufge schäumten Masse so zu verbessern, daß auch bei größeren, als Baumaterial verwendbaren Formkörpern eine gleich mäßige Struktur erhalten wird.The invention has for its object a method for the production of ceramic moldings or stones made of clay or similar material by heating in one essentially closed form until the beginning of a Inflation process with subsequent curing of the to improve the foamed mass so that even larger, Shaped bodies usable as building material are the same moderate structure is obtained.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in Anspruch 1 angegeben. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Ausführungs formen.The solution to this problem is specified in claim 1. The sub-claims describe preferred execution to form.

Hiernach wird ein getrocknetes Rohmaterial in Form von Ringen oder Hohlzylindern verwendet, das 0,01 bis 0,08% vorzugsweise 0,02 bis 0,05% fein verteilten Kohlenstoff enthält und in dem 0,2 bis 5% Oxide vorhanden sind, die bei Erhitzung mit dem Kohlenstoff unter Bildung von Kohlen monoxyd reagieren. Ein Anteil von 0,8 bis 4% Metalloxyde wie Aluminiumoxid, Chromoxid oder insbesondere Eisenoxid wird bevorzugt. Bei Versuchen mit bestimmten üblicherweise vorkommenden Tonen und zur Erzielung einer Rohdichte von etwa 0,36 g/cm³ hat sich ein Gehalt von 1,5 bis 3,5% Eisen oxid als besonders vorteilhaft erwiesen (alle Prozent-An gaben sind Gewichtsprozente). Kohlenstoff und Oxide werden so weit erforderlich, dem Ton zugemischt, bis die ange gegebenen Anteile in feiner Verteilung enthalten sind. Der jeweils optimale Prozentsatz der zuzugebenden Zuschläge wird auch von der Qualität des Rohmaterials und ggf. der gewünschten Rohdichte des fertigen Steines bestimmt.Thereafter, a dried raw material in the form of rings or hollow cylinders is used, which contains 0.01 to 0.08%, preferably 0.02 to 0.05% of finely divided carbon and in which 0.2 to 5% of oxides are present, which are at React heating with the carbon to form carbon monoxide. A proportion of 0.8 to 4% of metal oxides such as aluminum oxide, chromium oxide or in particular iron oxide is preferred. In tests with certain commonly occurring clays and to achieve a bulk density of about 0.36 g / cm ³ , a content of 1.5 to 3.5% iron oxide has proven to be particularly advantageous (all percentages are percentages by weight). Carbon and oxides are mixed into the clay as far as necessary until the specified proportions are contained in a fine distribution. The optimum percentage of the additions to be added is also determined by the quality of the raw material and possibly the desired density of the finished stone.

Aus der Kohlenstoff und Oxide in einem abgestimmten Verhält nis vorzugsweise mit einem Überschuß an Kohlenstoff ent haltenen Masse werden ringförmige oder hohlzylindrische Presslinge gebildet. Für die Herstellung der Presslinge wird das Strangpressen bevorzugt, wobei die erzeugten Stränge auf geeignete Länge abgeschnitten werden. Die Ringe werden in einer solchen Form und Abmessung herge stellt, daß bei loser Schüttung das Materialvolumen 40 bis 60% des Innenraumes der Herstellungsform ausmacht. Zwischen und innerhalb der Ringe verbleiben zunächst miteinander verbundene, mit Luft gefüllte Räume, durch die bei der Erwärmung Gase, Dämpfe und Luft aufsteigen, die beispielsweise durch enge Spalten zwischen dem Form kasten und dem aufgesetzten Deckel entweichen.Made of carbon and oxides in a balanced ratio nis preferably ent with an excess of carbon holding mass will be annular or hollow cylindrical Compacts formed. For the production of compacts extrusion is preferred, with those produced Strands are cut to a suitable length. The Rings are produced in such a shape and size represents that in bulk material volume 40 to 60% of the interior of the manufacturing mold. At first there remain between and within the rings interconnected rooms filled with air, through gases, vapors and air rise when heated, which, for example, through narrow gaps between the form box and escape from the lid.

Das Blähen setzt bei einer von der Art des Rohmaterials und der Zuschlagstoffe sowie deren Art und Menge abhängi gen Temperatur ein, die etwa zwischen 1.120 und 1.160°C liegt. Es beginnt bei den diese Temperatur zuerst erreichen den Teilen an den Wänden des Formkastens. Da beim Blähen ein Überschuß an CO-Gas entsteht, ist es vorteilhaft, daß ein Teil dieses Gases zwischen den Ringen in das obere Teil des Formkastens entweichen kann. Beim Blähen kann sich die Masse örtlich in das Innere der Ringe und in die Zwischenräume zwischen den Ringen ausdehnen. Eine wesentliche Verdrängung von sich noch nicht aufblähendem Material oder das Anheben eines Blähkuchens über einen beachtlichen Teil der Formkastenhöhe erfolgen nicht. Die Ringform der Presslinge führt daher zu einer gleichmäßigen Verteilung der Poren über die gesamte Höhe des herzustellen den Steines.The bloating starts with one of the type of raw material and the aggregates as well as their type and quantity temperature, which is between 1,120 and 1,160 ° C lies. It starts at that temperature first the parts on the walls of the molding box. Because when blowing If there is an excess of CO gas, it is advantageous that part of this gas between the rings in the the upper part of the molding box can escape. When bloating can the mass locally in the interior of the rings and expand into the spaces between the rings. A Substantial suppression of not yet inflating Material or lifting a flat cake over one considerable part of the molding box height does not occur. The Ring shape of the compacts therefore leads to a uniform one Distribution of the pores over the entire height of the manufacture the stones.

In einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens werden die Formen nur bis zu einer Füllhöhe von etwa 80 bis 90% mit den ringförmigen Presslingen gefüllt. Die Presslinge neh men dabei etwa 50 bis 55% des Innenraumes der Form ein. Die aus trockenem und durch Pressen verdichtetem Material bestehenden hohlzylindrischen Presslinge besitzen eine solche Form und Abmessung, daß ihr Materialvolumen bei Schüttung in einem beliebigen Raum bis zu 55% des Raumes einnimmt. Bevorzugte Presslinge haben einen Außendurchmesser von etwa 25 mm, eine Wanddicke von etwa 5 mm und eine Länge von etwa 25 mm. Derartige Presslinge werden ungeordnet in die Form eingeschüttet. Eine Füllung der Form bis nur etwa 80% der möglichen Füllhöhe schafft einen Kopfraum, der während des Aufschäumens als ein vorübergehender Speicher für das plötzlich austretende, überschüssige Gas ergibt, das nicht in dem Maße durch die engen Spalten der Form ent weichen kann, wie es entsteht. Das Aufschäumen der Masse erfolgt verhältnismäßig schnell und ist nach etwa 2 Minu ten abgeschlossen. Das Material der Ringe, das fugenlos unter Bildung von Poren zusammenfließt, dehnt sich beim Aufschäumen noch insgesamt so weit aus, daß das über schüssige Gas aus dem Kopfraum gedrückt wird und die Form am Ende des Aufschäumens bis zu dem aufgesetzten Deckel gleichmäßig ausgefüllt ist. Mit derartigen Presslingen aus einer Masse mit den bevorzugten Gehalten an Kohlen stoff und Metalloxyden lassen sich Formkörper mit einer Rohdichte von etwa 0,3 bis 0,4 vorzugsweise 0,36 g/cm³ und gleichmäßiger Porenverteilung herstellen. Bei nach dem Verfahren hergestellten, aufgeschnittenen Steinen wurde eine durchschnittliche Porengröße von etwa 3 mm festgestellt, wobei jedoch auch mikroskopisch kleine Poren und solche mit bis zu 8 mm Durchmesser vorkamen.In a preferred embodiment of the method, the molds are filled with the ring-shaped compacts only up to a fill level of approximately 80 to 90%. The compacts take up about 50 to 55% of the interior of the mold. The hollow cylindrical compacts made of dry and compressed material have such a shape and dimension that their material volume when filled in any room takes up to 55% of the space. Preferred compacts have an outer diameter of approximately 25 mm, a wall thickness of approximately 5 mm and a length of approximately 25 mm. Such compacts are randomly poured into the mold. Filling the mold to only about 80% of the possible fill level creates a head space which, during the foaming, provides a temporary store for the suddenly escaping excess gas which cannot escape through the narrow gaps in the mold to the extent that it does arises. The foaming of the mass takes place relatively quickly and is completed after about 2 minutes. The material of the rings, which flows together seamlessly to form pores, expands when it is foamed so far that the excess gas is pressed out of the headspace and the shape at the end of foaming is evenly filled up to the lid. With such compacts from a mass with the preferred contents of carbon and metal oxides, moldings with a bulk density of about 0.3 to 0.4, preferably 0.36 g / cm ³ and a uniform pore distribution can be produced. An average pore size of approximately 3 mm was found in the cut stone produced by the method, although microscopic pores and those with a diameter of up to 8 mm also occurred.

Nach den bevorzugten Werten dieses Verfahrens und für eine Rohdichte von 0,36 g/cm³ hergestellte Bausteine hatten eine Druckfestigkeit von 2,2 N/mm². Derartige Steine waren also etwas leichter als leichte Gasbetonsteine. Die herge stellten Steine wiesen jedoch eine erhebliche bessere Biegefestigkeit als Gasbeton auf. Da es sich bei den her gestellten Steinen um ein aus dem Schmelzfluß geschäumtes Material handelt, ist die Begierigkeit, Wasser aufzunehmen, wesentlich geringer als bei Gasbeton. Außerdem wird durch aufgenommene Feuchtigkeit die Festigkeit weit weniger herabgesetzt, als dies bei Gasbeton der Fall ist. Die mögliche geringe Rohdichte führt in Verbindung mit einer gleichmäßigen Porenverteilung, wie sie nach der Erfindung erreichbar ist, zu einem Baustoff mit hoher Wärmeisolierung.Blocks manufactured according to the preferred values of this process and for a bulk density of 0.36 g / cm ³ had a compressive strength of 2.2 N / mm ² . Such stones were therefore somewhat lighter than light gas concrete blocks. The stones produced, however, had a considerably better flexural strength than gas concrete. Since the stones produced are foamed from the melt flow, the desire to absorb water is much less than with gas concrete. In addition, the moisture absorbed by the moisture is reduced far less than is the case with gas concrete. The possible low bulk density in combination with a uniform pore distribution, as can be achieved according to the invention, leads to a building material with high thermal insulation.

In der weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird die Form vor der Einfüllung der Presslinge mit einer Schlichte auf Kohlenstoffbasis ausgekleidet. Diese Schlichte ermöglicht es nicht nur, die fertigen Steine leichter aus der Form zu entnehmen, sondern sie trägt auch durch den in ihr ent haltenen Kohlenstoff zusätzlich zu einem vorteilhaften Überschuss an Kohlenstoff und damit zur Gasbildung an den Teilen des Materials bei, die an der Formwandung anliegen.In the further development of the method, the form before filling the compacts with a size Lined carbon base. This sizing enables it not only made the finished stones easier to shape to remove, but it also bears through the ent in it holding carbon in addition to a beneficial Excess carbon and thus gas formation at the Parts of the material that lie against the mold wall.

Die beigefügte Zeichnung zeigt einen Pressling 1, dessen äußerer Durchmesser d etwa 25 mm, dessen Wandstärke w etwa 5 mm und dessen Länge L etwa 25 mm beträgt. Dieser Press ling stellt das vorgeformte Material für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dar. Er besteht beispiels weise aus einem getrockneten Ton, in dem vorzugsweise 1,5 bis 2,0% Eisenoxyd und etwa 0,03 bis 0,04% Kohlen stoff enthalten sind.The accompanying drawing shows a compact 1 , whose outer diameter d is approximately 25 mm, its wall thickness w is approximately 5 mm and its length L is approximately 25 mm. This press ling represents the preformed material for carrying out the method according to the invention. It consists, for example, of a dried clay in which preferably 1.5 to 2.0% iron oxide and about 0.03 to 0.04% carbon are contained .

Claims

1. Process for the production of porous ceramic moldings from plastic clays, shale clays, volcanic ashes and similar raw materials by heating the dried, preformed material in a substantially closed form to temperatures in which the material is inflated by escaping gas and a burning takes place, characterized in that ring-shaped or hollow cylindrical compacts are used as the preformed raw material, the material volume of which occupies 40 to 60% of the interior of the mold before heating.

2. The method according to claim 1, characterized in that a raw material with a share of 0.01 to 0.08% finely divided carbon and 0.2 to 5% oxides as gas-generating substances is used.

3. The method according to claim 1 or 2 for the production of a ceramic stone with a bulk density of about 0.36 g / cm ³ , characterized in that annular pellets made of a raw material containing 0.02 to 0.05% carbon and 0.8 contains up to 4% metal oxides, preferably 1.5 to 3.5% iron oxide, where in the material volume of the hollow cylindrical presses 50 to 55% of the total content of the mold takes up at a filling height of 80 to 90% of the mold height.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the hollow cylindrical compacts made by extrusion and on suitable Length can be cut off.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized characterized in that the shape before filling the Compacts with a carbon-based size is lined.

6. Pellet for use in a process according to one of claims 1 to 5, characterized in that that it is designed as a hollow cylinder and dimensions owns the loose bulk of compacts Material volume of up to 55% of that of the compacts result in occupied space.

7. compact according to claim 6, characterized in that its outer diameter about 25 mm, its wall thickness about 5 mm and its length is about 25 mm.