EP0400329B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von grossformatigen porösen Formkörpern geringer Dichte durch Blähen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von grossformatigen porösen Formkörpern geringer Dichte durch Blähen Download PDF

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EP0400329B1
EP0400329B1 EP90108010A EP90108010A EP0400329B1 EP 0400329 B1 EP0400329 B1 EP 0400329B1 EP 90108010 A EP90108010 A EP 90108010A EP 90108010 A EP90108010 A EP 90108010A EP 0400329 B1 EP0400329 B1 EP 0400329B1
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EP
European Patent Office
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clay
swelling
rollers
region
mass
Prior art date
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EP90108010A
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EP0400329A2 (de
EP0400329A3 (de
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Wolfgang Vahlbrauk
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Loro-Holding K H Vahlbrauk KG
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Loro-Holding K H Vahlbrauk KG
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Publication of EP0400329A3 publication Critical patent/EP0400329A3/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B9/00—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity
    • F27B9/14—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity characterised by the path of the charge during treatment; characterised by the means by which the charge is moved during treatment
    • F27B9/20—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity characterised by the path of the charge during treatment; characterised by the means by which the charge is moved during treatment the charge moving in a substantially straight path
    • F27B9/24—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity characterised by the path of the charge during treatment; characterised by the means by which the charge is moved during treatment the charge moving in a substantially straight path being carried by a conveyor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B1/00—Producing shaped prefabricated articles from the material
    • B28B1/50—Producing shaped prefabricated articles from the material specially adapted for producing articles of expanded material, e.g. cellular concrete
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B9/00—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity
    • F27B9/14—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity characterised by the path of the charge during treatment; characterised by the means by which the charge is moved during treatment
    • F27B9/20—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity characterised by the path of the charge during treatment; characterised by the means by which the charge is moved during treatment the charge moving in a substantially straight path
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    • F27B9/2407—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity characterised by the path of the charge during treatment; characterised by the means by which the charge is moved during treatment the charge moving in a substantially straight path being carried by a conveyor the conveyor being constituted by rollers (roller hearth furnace)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D2003/0034—Means for moving, conveying, transporting the charge in the furnace or in the charging facilities
    • F27D2003/0067—Means for moving, conveying, transporting the charge in the furnace or in the charging facilities comprising conveyors where the translation is communicated by friction from at least one rotating element, e.g. two opposed rotations combined
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27M—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS OF THE CHARGES OR FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS
    • F27M2003/00—Type of treatment of the charge
    • F27M2003/09—Expanding the charge, e.g. clay

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1.
  • the invention further relates to a device according to the preamble of claim 4.
  • Basalt, perlite, slate and clays are mainly considered as masses.
  • German patent specification 22 16 463 proposes that clay masses preformed in block form be blown on kiln cars in a double tunnel kiln.
  • DE-OS 36 35 672 and DE-OS 36 21 845 A1 it was proposed to burn molded articles with channels in a rapid-fire bogie hearth furnace and to fill the channels of the molded body by blowing.
  • the shaping is due to the pressing process and because there is no further supply of heat to the material, is associated with inevitable impairment of the internal structure and with uneven compression of the molded body.
  • the shaped body is formed by the bulk material being applied in layers with the direct action of heat being sintered in layers on the respective upper layer and optionally being expanded.
  • the particles (DE 21 24 146 C2) fall on tunnel kiln cars or a conveyor belt that are lined up one behind the other and are collected, the thickness of the resulting layer being able to depend on the running speed of the conveyor belt. Since the surface of the particles is sticky when they hit the conveyor belt, they are glued or fused together (DE-AS 14 71 408).
  • the aim is to combat the loss of swelling through slow heating of the clay mass by adding certain foaming agents which can be used for heating times of up to 180 minutes and heating rates of 2 ° C. per minute.
  • the energy consumption in this process is due to the low loading density due to a low density material, large firing mold volume and large required dimensions of the treatment device, as well as due to the wear and the high price of the individual molds that can be moved well very high.
  • DE-PS 29 41 370 C2 one tries to compensate for the unevenness of the bloating by inhomogeneously compacting the pile before firing, the edge areas being compressed more than the core area and the free space resulting from the greater compression being filled with a further pile is proposed in DE-OS 34 17 851 A1 to achieve highly porous ceramic moldings with a uniform structure in that the granular and dried raw materials are fired in a capsule space sealed against the outside atmosphere from the beginning with controlled overpressure until foaming.
  • porous ceramic shaped bodies with an essentially uniform pore distribution as a result of uniform expansion of the dried and preformed
  • annular or hollow cylindrical compacts as the preformed raw material, the material volume of which takes up 40 to 60% of the interior of the mold before heating.
  • the strength of the required volume increase which can lead to a fivefold increase in the volume of the clay mass and thus in the expansion of fillings of the volume of the individual fill particles, in order to move from the high density of the natural clay to that of the block to be produced, has low density
  • DE-PS 19 14 372 a method is described in which, from expandable granules of approximately uniform size, first of all, a dimensionally adapted, rigidly supported bulk body is formed, which then alternates briefly from opposite sides until reaching a plastic one blow-through surface state of all granules is blown with high-temperature gas.
  • a disadvantage of this method is that sufficient uniformity of the thermal treatment and heating rate of the material can only be achieved with uneconomically high flow rate when heating up a bed, especially because the expansion of the gap volume of the bed caused by the expansion causes a considerable increase in pressure to maintain the bed Current requires. Furthermore, the gases flowing through the bed disturb the formation of a gas composition which is the same in the particles and between the particles and influence the bulk material thermally and chemically.
  • the state-of-the-art methods have significant shortcomings with regard to thermal, chemical and mechanical treatment of the clay mass, with disadvantageous consequences for device expenditure, energy expenditure, product quality and process safety, in particular in connection with heating, shape, support, caking and movement of the clay mass.
  • the clay mass is not heated quickly enough because the heat flow has to overcome too great a heat transfer resistance on the way into the clay mass or because heat is stored on the way there in other masses such as firing molding compounds and they are stored in them is not transported on to the clay mass and because the energy flow density or energy conversion density in the vicinity of the clay mass or firing mold mass is not high enough.
  • Heat is stored in device parts moving in parallel with the clay mass, for example in rigid firing forms moving in parallel with the clay mass, or in caterpillar links and bands, which also results in an increase in thermal energy costs due to increased storage heat losses in terms of energy expenditure.
  • the heat transfer resistance is too great if the heat transfer path in the clay is too long, for example because the Clay was increased before it was warmed up by cold foaming and the heat transport path is not extended during the warming process by blowing, or if the heat transport resistance around the clay mass is too high because it is surrounded by a rigid firing form.
  • Inadequate thermal treatment due to slow heating reduces the space-time yield and has the consequence that the required device is too large and consequently the device and energy expenditure is too high, due to excessive thermal energy costs due to excessive wall heat losses.
  • the heating-related energy costs are too high due to excessive thermal energy costs due to excessive gas heat losses due to excessive exhaust gas quantity or excessive exhaust gas temperature or due to excessive electrical energy costs due to heating by means of capacitive electrical heat with high conversion losses, whereby this type of heating at high temperatures is also associated with a high innovation risk , or due to a hot gas flow through the clay mass with large flow resistances.
  • the clay mass used in the cold shaping it is either shaped as a compact clay mass or is subdivided, e.g. in the form of several individual partial clay masses, e.g. are combined to form a bulk body, or in the form of a clay mass with channels or a cold-foamed porous clay mass.
  • the blowing is carried out partially or exclusively before the necessary sintering of the partial clay masses to reunite them to form a whole clay mass, i.e. before the sintering of areas of the individual or contiguous ones Partial clay masses are carried out (in this way the surfaces of the partial clay masses are oxidized in order to stabilize them, to form a firmer shell and to make the surface non-tacky.
  • the bloating clay mass is supported in a disadvantageous manner both in the expansion of a non-pre-expanded and in the expansion and sintering of a pre-expanded clay.
  • the clay mass is pre-expanded or so cold-formed that it already has the external dimensions of the molded product body before expansion or expansion, especially when the clay mass is supported on all sides, if the clay mass is in the form of a bed, only that for closing takes place of the gap volume requires expansion with simultaneous sintering and the volume is increased evenly, since most of the volume increase of the bulk particles can be carried out, while deliberately preventing their mutual hindrance and the thus evenly expanded bulk particles in an upstream, uniform spatial density distribution in the dimensions of the material to be produced Block are merged, whereby even a possible non-uniform volume increase when blowing to close the gap volume no longer the upstream uniform spatial density distribution can significantly affect.
  • inflation however, strong pressure builds up in the clay mass due to the relentless support on all sides. With increasing pressure, the tendency of the expanding clay mass on the device to cure increases in particular.
  • the clay mass expands freely because there is no all-round support of the expanding clay mass.
  • the bloating is too uneven because the warm shape of the clay mass is too uncontrolled and with too little pressure.
  • Back pressure only at the end of the expansion due to rigid support on all sides to subsequently equalize the mass distribution within the molded body volume is not possible to the required extent and is associated with excessive pressure between the clay mass and the device.
  • the warm shaping takes place with too great a shaping force, as a result of too much adhesive or frictional force due to too high pressure on the contact surface between the clay mass and the device from inside or outside and thus too much force or energy required for the movement of the clay mass.
  • the method according to the invention solves the highly complex problem of uniformly carrying out the expansion process during the shaping in the shortest possible time with the defined process quality over the entire good cross section, which is at the same time a prerequisite for the economical mass production of high-quality cell-ceramic moldings and according to the known prior art has proven to be an unsolvable problem.
  • the method according to the invention allows the favorable blowing results which are achieved on small blowing bodies in the laboratory chamber furnace under the prevailing material and thermal conditions prevailing there for the blowing process, now also in the proposed large-scale continuous strand production process by realizing the Clay mass is present as a compact mass in the form of a thin plate shape, which can be heated quickly and evenly due to short heat conduction paths and large heat transfer surfaces and by simple geometry, and thus strong and uniform can be inflated.
  • a molded body made of clay Since a molded body made of clay has the required strength and other required properties only when the clay from which it is made has been fired, the clay must be fired.
  • a shaped and dried clay mass is converted into a dimensionally stable, solid, ceramic shaped body on the one hand by splitting off the water chemically bound in the clay minerals and on the other hand by sintering as a result of melting processes in the clay mass.
  • the clay In order to burn the block of clay, the clay must be heated, and it can have any geometric shape. It must be kept in a block form at the firing temperature for a certain time and also cooled down again as a block.
  • the swelling of a mass from clay mineral raw materials is a process that can occur when the clay masses are warmed up to softening, and in which an expansion of the softening clay mass into a porous body he follows.
  • the basic prerequisites for the expansion of clay are on the one hand gas formation in the clay mass to a sufficient extent and on the other hand a condition of the clay mass with a certain viscosity which is softer by high temperature, so that the clay mass is able to retain the gas which is formed in it and expand under the action of gas pressure with pore formation. Viscosity of the clay mass and gas formation in the clay mass depend on the material composition of the clay mass, the manner in which the clay mass is heated and the firing atmosphere, and thus on controllable influences that enable control of bloating.
  • the shape of the clay may vary during heating.
  • the clay mass can be heated as a foam block, hollow block, solid block, hollow plate, solid plate or in the form of several partial clay masses as a cylinder bed, hollow cylinder bed or as several plates.
  • the primary aim of a method and a device for producing large-format porous, low-density shaped bodies is to expand the clay masses to a large-format porous body by expanding the clay masses, and the advantages that when firing with expanded gas compared to firing a large-sized one before firing, may be even porous preformed clay mass without bloating are available. It is therefore understandable that the greater the clay mass is already drawn through cavities prior to firing, the weaker the advantage of burning with bloating, the disadvantages of bloating even being more pronounced. Conversely, the more compact the large format clay mass is before firing with flatulence, the greater the benefits. Further goals are the uniform, large-format geometry of the shaped body due to the uniform external shape and uniform pores.
  • a uniform low density and high strength of the molded body due to many pores is achieved by uniformly expanding the clay mass as a result of uniform heating of the clay mass exclusively from above and below with all-round and only resilient support of the expanding clay mass during the entire bloating process and the use of a clay mass that none Sintering of partial clay masses required.
  • the clay should not expand freely inside or out, but should be in the form of a compact clay at the beginning of the expansion and the warm shaping should be carried out by all-round support and resilience of the support only upwards during the entire expansion under weak pressure.
  • the expanding gas-forming reaction is an iron oxide reduction reaction by the carbon in the mass, which on the one hand, by producing a mixture of CO and CO2, provides the expanded glass and, on the other hand, by using the iron oxides hematite Fe2O3 and magnetite Fe3O4 as a flux creates ferrite FeO in the clay mass, whose toughness lowers and the expanding gases that are partially expelled from the clay mass are themselves reducing gases that have a reducing effect on the surrounding mass, the formation of the expanding gases and the trapping of the gases act synergistically and it the swelling process suddenly escalates in the entire volume or across the entire strand cross-section.
  • the bloating clay mass is prevented from caking on the device parts which support it sufficiently flat, on the one hand, by constantly moving the expanding clay mass on the parts of the device supporting it, and on the other hand, by constantly supplying oxygen to the outer surface of the expanding clay mass, making it slightly resilient to the expansion caused by expansion and making it sticky. Furthermore, despite constant all-round direct support of the expanding clay mass, the excess expansion gases can escape freely during expansion.
  • the new method points towards known methods the considerable advantage that the pores are formed quickly and evenly in the body, because the expansion of a compact clay mass in conjunction with the sealing oxidation of its surface ensures an undisturbed spread of the reducing gases which are favorable for the expansion within the clay mass Clay mass allows.
  • the uniform composition also results in a very uniform treatment from a chemical point of view and consequently a uniform product quality.
  • the uniform gas development in the clay mass causes a simultaneous and uniform expansion of the clay mass, which is also a prerequisite for achieving a product of uniform density and pore structure.
  • the clay is not subdivided in the cold molding, so that no, in particular non-oxidized, inner partial surfaces of the clay have to be sintered during the hot molding, but the clay is expanded as a compact mass, like a ball, as a compact body, like a ball with an oxidized outer shell and reduction inside.
  • the rapid heating of the clay mass is a prerequisite for sufficiently strong flatulence and thus for achieving the desired low density of the shaped body to be exposed.
  • the uniform heating of the clay mass is a prerequisite for uniform bloating throughout the body, which is also a prerequisite for achieving a uniform pore structure of the molded body to be produced.
  • the result is a high rate of expansion and thus a maximum reduction in density of the clay mass as well as a high space-time yield of the process by reducing the density and expansion of the clay mass by means of expansion during heating up to firing with constant supply of heat while avoiding pre-expansion and post-expansion or sintering or compressing.
  • the clay mass Due to its softening during expansion, the clay mass needs a supportive warm formation. It has been shown that the expenditure in terms of heat, material conversion and device technology is the least if the clay remains in the molding as short as possible. The short heating time enables very short expansion and thus molding times, with continuous molding short molding distances and thus low transport friction resistance to move the clay mass.
  • the heat is supplied exclusively from above and below, so that one-dimensional and therefore uniform heat flows occur and expansion takes place in one direction and only upwards, so that a maximum change in thickness of the clay mass and thus a minimal average heat conduction path is achieved.
  • a high rate of heating of the clay mass is achieved in that, on the one hand, the clay mass has a thin and compact shape and, on the other hand, the mass and thus the path for heat conduction increases only during the heating to the firing and the density only decreases during the heating.
  • the mass is expanded like a spherical mass very quickly in 5 to 10 minutes, since it has a similarly low heat conduction path inside the clay mass and a surface that is accessible from the outside in all points of the heat supply.
  • a high degree of uniformity in the heating of the clay mass is achieved in that, on the one hand, the clay mass has a uniform shape and, on the other hand, the heat is supplied only one-dimensionally from above and below and is evenly brought up to the clay mass.
  • the uneven leveling effect of the possible non-uniformity of the heating can be partially compensated for by uniform mechanical back pressure.
  • the heat supply direction is chosen according to the invention such that it does not lie in the supporting direction of the rigidly supporting device parts, but in the supporting direction resiliently supporting device parts.
  • the expanding clay mass is guided exclusively upwards under a slight shape-maintaining counterpressure - evenly extending the heat transport paths - so that it expands into the predetermined, uniform, larger external shape.
  • the clay mass is guided on all surfaces during the entire flatulence.
  • the transport frictional resistance to the movement of the clay mass and the form force to be applied from the outside for the comparatively warm shaping and support of the expanding clay mass is low, since the form-forming pressure comes from the inside and acts against a comparative resistance of an oxidized shell and a yielding resistance of the device from the outside .
  • the dimension of the device increases with the expansion of the clay mass and this process is opposed by the device only as much resistance as is necessary to achieve sufficient uniformity of the bloating.
  • the tendency of the inflatable body to form a spherically curved shape is counteracted, so that the cuboid shape is maintained during the expansion.
  • the continuous all-round and resilient upwards Supported movement of the clay mass during the bloating is expediently supplemented by a regulation of the front and rear end face of the bloating clay mass, which due to the "hydrostatic" pressure expansion in the bloating clay mass with firm support at the bottom and to the right and left, the simultaneous regulation of the spread of the clay mass upwards and thus enables the height of the molded body to be produced.
  • a high rate of heating requires that the energy flow density or energy conversion density of heat sources in the vicinity of the clay mass be high outside or also within the volume of the shaped body and that heat sinks are not present there.
  • the clay mass is heated during the expansion in order to achieve a high energy flow density in the vicinity of the clay mass without device parts moving in parallel with the clay mass, and the heat is generated with high energy conversion density as electrostatic heat in the device parts surrounding the clay mass.
  • the required high uniformity of the furnace temperature lengthways and crossways above and below the blowing clay mass as well as the required high heat flow density in the furnace in the direction of the expanding clay mass to achieve very fast and very even heating of the clay mass can be achieved particularly advantageously by resistance heating elements distributed over a large area, which additionally in contrast to the use of heating gases as heat sources are expedient since the amount of heat supplied can be adjusted independently of the gas composition of the oxidizing gas with electrical heating elements and can thus be optimally adapted to the process requirements.
  • a low form-forming force results from the variable support of the clay mass, which yields with the increase in the external dimensions of the clay mass.
  • the low shape-forming force which counteracts the body that tends to round its shapes with a rectangularly uniform resistance to the blowing force with a resistance that can be set from zero or greater, retains the rectangular shape during the expansion.
  • the rotational speeds of the rollers of the roller conveyor groups of insertion zone and expanded zone on the one hand and discharge zone on the other hand can be regulated separately.
  • the housing 1 is essentially divided into three different, successive zones in accordance with the direction of flow of the mass 4 defined by the arrows 2, 3, namely an insertion zone 5, an expansion zone 6 and an extraction zone 7.
  • the insertion zone 5 serves essentially only for conveying the strand or plate-shaped unexpanded mass 4, the swelling zone 6 of the thermal treatment of this mass, in particular the swelling, whereas the draw-off zone 7 only serves to promote or discharge the bloated product.
  • the expansion progress is indicated by the thickness B of the mass 4, which begins in the expansion zone 6 and increases in the direction of flow.
  • the mass 4 is supported on the underside by the rollers 9, in the inflation zone by the rollers 10 and in the draw-off zone by the rollers 11, which are each arranged at a distance from one another.
  • the mass 4 is guided on the top side in the insertion zone by the rollers 12, in the inflation zone by the rollers 13 and in the draw-off zone by the rollers 14. All rollers 13 to 15 are in turn arranged at a distance from one another.
  • the rollers 9, 12 of the insertion zone 5, the rollers 15, 16 of the inflation zone and the rollers 11, 14 of the withdrawal zone can be rotated in the walls of the housing 1 in a manner not shown in the drawing, but are otherwise mounted immovably.
  • the upper-side rollers 13 in the inflatable zone 6, however, are mounted in a defined manner vertically, ie displaceably in the direction parallel to the arrows 17, and for this purpose are accommodated in the U-shaped brackets 10 which overlap the housing 1 and whose vertical sections 19 have piston Cylinder units 20 are operatively connected, the pistons 21 of which are indicated schematically and which are individually provided with pressure medium supply lines 22. It can be seen that by pressurizing the individual pistons 21 on the swelling mass 4, an individually adjustable compressive force for each piston-cylinder unit 20 can be exerted in order to mechanically influence the inflation process in the sense of the above statements.
  • rollers 9, 10 of the insertion zone 5 and the inflation zone 6 summarizing pressure medium, e.g. a chain and with 24 a comparable, the rollers 11 of the trigger zone 7 drivingly summarizing traction means.
  • the rollers 9, 10 of the insertion zone 5 and the inflation zone 6, on the one hand, and the rollers 11 of the withdrawal zone 7, on the other hand, are each driven synchronously and are connected to speed-adjustable electrical drives, not shown in the drawing.
  • the upper rollers 12, 13 are also driven synchronously with the lower rollers of insertion zone 5 and inflation zone 6.
  • upper rollers 14 of take-off zone 7 are driven synchronously with lower rollers 11.
  • the side rollers 15, 16 are also driven synchronously with the rollers 10 of the inflatable zone 6 and are also linked in terms of drive technology via a traction means 25.
  • a stationary drive is designated 26, which transmits a rotary movement to the shaft 27, which is displaceably mounted vertically, ie parallel to the direction of the arrows 17, at the lower end of which a bevel gear pair 28 which effects the linkage with the rollers 13 is arranged. All shafts 27 are connected to one another via the drive 26.
  • 29 area resistance heating elements are designated) which are located inside the housing 1 below and above the mass 4 to be treated and are provided with openings 30 for introducing and removing oxidizing gases, which can thus act on the top and bottom of the mass to be treated.
  • the expandable mass 4 to be thermally treated is supported within the device in the insertion zone 5 by linear contact, is guided by synchronous drive of the rollers arranged above and below, in the expanding zone 6 laterally and on the underside again by linear Touch is relentlessly supported, but at the same time is promoted, whereas on the upper side a guidance characterized by linear contact also takes place, which, however, is flexible under adjustable force in order to control the inflation process and that in turn in the trigger zone 7 is formed by rigidly on the top and bottom line-like contact marked guidance and promotion of the inflated mass takes place.
  • the process conditions set in the blowing zone 6 are characterized by controllable heating at the top and bottom, an all-round application of oxidizing gases and a expansion of the mass 4 which occurs as a result of the blowing process against an individually adjustable contact pressure of the rollers 13.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 4.
  • Es geht hierbei um ein Verfahren zur thermischen, chemischen und mechanischen Behandlung einer tonmineralischen Masse, bei welchem eine Keraniserung und Verringerung der Dichte der Masse durch Blähen vollzogen wird, um großformatige zellkeramische Bauelemente, z.B. geschosshohe Wandelemente mit geringem Gewicht herzustellen. Als Massen kommen hauptsachlich Basalte, Perlite, Schiefer und Tone in Betracht.
  • Es wurde vorgeschlagen in die endgültigen äußeren Abmessungen des Formkörpers vorgeformte Tonmassen einzusetzen und ausschließlich mit Unterstützung durch eine Vorrichtung von unten ohne weitere äußere Abstützung durch eine Vorrichtung zu blähen, wobei die Tonmasse in die inneren Freiräume der Tonmasse blähen soll. So wird in der deutschen Patentschrift 22 16 463 vorgeschlagen, in Blockform vorgeformte Tonmassen auf Ofenwagen in einem Doppeltunnelofen zu blahen. In der DE-OS 36 35 672 und DE-OS 36 21 845 A1 wurde vorgeschlagen mit Kanälen durchzogene Formkörper in einem Schnellbrand-Herdwagenofen zu brennen und die Kanäle des Formkörpers durch Blähen zu füllen. Wird eine entsprechend den Abmessungen des endgültigen Formkörpers vorgeformte Tonmasse eingesetzt, so dauert infolge der großen Abmessungen des Körpers die Erwärmung der Tonmasse auf die zum Blähen erforderliche Temperatur sehr lange, was einen großen Energie- und Vorrichtungsaufwand bedeutet. Zudem ist bei den genannten Verfahren infolge mangelnder Abstützung der blähenden Tonmasse durch die Vorrichtung nach oben und nach den Seiten eine hinreichende Formtreue der erweichenden Tonmasse nicht gewährleistbar.
  • Daneben ist aus der DE-AS 1 942 524 ein Verfahren zur Herstellung thermisch geschäumter Formteile bekanntgeworden, bei dem das Material zunächst zu Formkörpern wie Platten, Stränge und dergleichen vorgeformt und dann mit Hilfe eines Luftkissens durch einen Durchlaufofen transportiert und gleichzeitig aufgeschäumt wird. Der Luftkissentransport ist jedoch sehr energie- und vorrichtungsaufwendig, da ständig Gasströme mit hoher Temperatur, hohem Druck und bestimmter Zusammensetzung erzeugt werden müssen.
  • Es sind Verfahren bekannt, bei denen vorgeblähtes Granulat ohne gleichzeitige Erwärmung zu einem Formkörper geformt werden soll. So wurde ein Verfahren vorgeschlagen (DE-AS 11 81 611), Bausteine herzustellen, indem Ton in Teilchen gebracht, erhitzt wird und die auf diese Weise behandelten Teilchen zu Formkörpern verpresst werden. Gemäß US-PS 32 74 309 und DE-AS 1 151 460 erfolgt die Formgebung ebenfalls, indem hinreichend aufgeheiztes Granulat ohne weitere Wärmezufuhr durch einen Stempel in einer Einzelform verdichtet wird. In der DE-AS 23 14 297 wurde die Herstellung eines Stranges in einer Strangpressform vorgeschlagen. Auch ist bekannt, das Material am Fuße einer vertikalen Materialsäule durch das Eigengewicht der Schüttkörpersäule verpressen zu lassen (US PS 18 92 583), und durch Presswalzen zu einem kontinuierlichen Strang auszuwalzen.
  • Bei allen genannten Verfahren ist die Formgebung bedingt durch den Pressvorgang und weil keine weitere Wärmezufuhr zum Gut erfolgt, mit unvermeidlicher Beeinträchtigung des inneren Gefüges und mit ungleichmäßiger Verdichtung des Formkorpers verbunden.
  • Es wurden Verfahren vorgeschlagen, bei denen der Formkörper gebildet wird, indem das Schüttgut schichtweise aufgetragen wird unter direkter Einwirkung von Wärme auf die jeweils obere Schicht schichtweise aufgesintert und gegebenenfalls gebläht wird. Dabei fallen die Teilchen (DE 21 24 146 C2) auf hintereinander aneinander gereihte Tunnelofenwagen oder ein Förderband und werden gesammelt, wobei sich die Dicke der entstehenden Schicht nach der Laufgeschwindigkeit des Förderbandes richten kann. Da die Oberfläche der Teilchen klebrig ist, wenn sie auf das Förderband auftreffen, werden sie miteinander verklebt oder verschmolzen (DE-AS 14 71 408). Dadurch, daß die zuunterstliegende Schicht eine sehr viel längere Wärmebehandlungszeit erfährt als die oberste Schicht, ist bei diesem Verfahren mit starken Ungleichmäßigkeiten im Körper zu rechnen, insbesondere dann, wenn gleichzeitig mit der Formgebung das Blähen erfolgt und zwar mit einer zu großen Vorrichtung infolge zu geringer Wärmeübertragungsfläche im Verhältnis zur Menge der zu behandelnden Tonmasse.
  • Es sind Verfahren bekannt, bei denen die Formgebung mit gleichzeitiger Erwärmung des Formlings erfolgt und bei denen ein Freischäumen von Schüttungen vorgenommen wird, also eine äußere Volumenvergrößerung der Schüttung, ein Schließen des Lückenvolumens in der Schüttung und Sintern der Teil-Massen, aus denen die Schüttung besteht, gleichzeitig vollzogen werden. So wurde vorgeschlagen, Granulate in Einzelformen gefüllt mittels Wärmezufuhr über die Formwandungen ohne gesteuertes Einbringen von Gasen aufzuheizen und zu einem Körper zu sintern (DE-PS 22 16 463, DE-OS 2 147 645). Bei der Aufheizung des Haufwerks lediglich durch Wärmezufuhr von außen über die Begrenzungsflächen des Haufwerks, insbesondere ohne Einbringung von Heizgasen, sind nachteilig lange Behandlungszeiten des Gutes im Formbereich erforderlich. Da die Wärmezufuhr in diesem Fall nur sehr langsam erfolgen kann, ist, wenn die Formgebung durch Sintern und Blähen der Teilchen erfolgt, die Anzahl der verwertbaren natürlich blähfähigen Rohstoffe gering, da bei langsamer Aufheizung nur wenige Rohstoffe geeignet blähen. Den Verlust an Blähvermögen durch zu langsame Ewärmung der Tonmasse sucht man gemäß DE-AS 26 04 793 durch Zusatz bestimmter Schäumhilfsmittel zu bekämpfen, die bei Erwärmungszeiten von bis zu 180 Minuten und Erwärmungsgeschwindigkeiten von 2° C pro Minute einsetzbar sind. Der Energieaufwand bei diesem Verfahren ist infolge geringer Beschickungsdichte durch ein Gut geringer Dichte, großes Brennformvolumen und große erforderliche Abmessungen der Behandlungsvorrichtung, sowie durch den Verschleiß und den hohen Preis der mit dem gut zu bewegenden Einzelformen sehr hoch. Eine Steigerung der Geschwindigkeit der Erwärmung hat eine erhebliche Temperaturdifferenz zwischen der Rand- und der Kerntemperatur der Schüttung zur Folge, woraus ein im Kernbereich der Schüttung stark verzögertes Blähen oder gar nicht einsetzendes Blähen und damit zusammenhängend eine inhomogene Porengrößenverteilung folgt. Eine wesentliche Ursache für die Ungleichmäßigkeit der Dichteverteilung in zellkeramischen Körpern, die bei Blähen und Sintern der Schüttungspartikel mit Zunahme der äußeren Abmessungen der Schüttung und Zublähen des Lückevolumens auftritt, ist die Tatsache, daß das Blähen bei Wärmezufuhr zur Schüttung über die äußeren Abmessungen der Schüttung ohne Durchströmung in den Randzonen und Eckzonen der Schuttung beginnt und das in den Rand- und Eckzonen geblähte Material sich in den Freiraum oberhalb der Schüttung ausdehnt Da dorthin bereits Material mit geringer Dichte gebläht ist, kann dann das später blähende Material aus der Kernzone mit hoher Dichte sich nicht mehr ausdehnen, mit der Folge, daß ungleichmäßige Dichteverteilung im Block entsteht. Die Ungleichmäßigkeit des Blähens sucht man gemäß DE-PS 29 41 370 C2 zu kompensieren, indem das Haufwerk vor dem Brennen inhomogen verdichtet wird, wobei die Randbereiche stärker als der Kernbereich verdichtet werden und der durch die stärkere Verdichtung entstehende freie Raum mit einer weiteren Haufwerkschüttung ausgefüllt wird In der DE-OS 34 17 851 A1 wird vorgeschlagen, hoch poröse keramische Formkörper mit gleichmäßigem Gefüge dadurch zu erzielen, daß die gekörnten und getrockneten Rohstoffe in gegen die Außenatmosphäre von Anfang an abgeschlossenen Kapselräumen mit gesteuertem Überdruck bis zum Aufschäumen gebrannt werden. Gemäß DE-OS 35 38 783 wird vorgeschlagen poröse keramische Formkörper mit im wesentlichen gleichmäßiger Porenverteilung infolge gleichmäßigen Aufblähens des getrockneten und vorgeformten Rohmaterials dadurch zu erreichen, das als vorgeformtes Rohmaterial ringförmige oder hohlzylindrische Presslinge verwendet werden, deren Materialvolumen 40 bis 60 % des Innenraumes der Form vor dem Erhitzen einnimmt. Insbesondere die Stärke der erforderlichen Volumenvergrößerung, die bis zu einer Verfünffachung des Volumens der Tonmasse und somit beim Blähen von Schüttungen des Volumens der einzelnen Schüttungspartikel führen kann, um von der hohen Dichte des natürlichen Tones zu derjenigen des herzustellenden Blockes geringer Dichte zu gelangen, hat beim Freischäumen eine unvermeidbar ungleichmäßige Volumenvergrößerung durch gegenseitige Behinderung der Schüttungspartikel in thermischer, mechanischer und gegebenenfalls strömungsmechanischer Hinsicht zur Folge und damit eine ungleichmäßige Dichte und Formstruktur des herzustellenden Produktes.
  • In der EP 87 114 811.0 (0 291 572 A1) wird vorgeschlagen, Pellets auf ein umlaufendes Förderband zu geben, mittels Wärmezufuhr ohne gesteuerte Einbringung von Gasen zu erwärmen und in festen äußeren Abmessungen durch ein oberes niederhaltendes Förderband unter Gegendruck zu schäumen.
  • Die Schwierigkeiten der Verfahren, bei denen das Sintern der Schüttungspartikel mit Erwärmung über die äußere Oberfläche der Schüttung ohne Gasdurchströmung und gleichzeitig mit dem Schließen des Lückenvolumens und der äußeren Volumenvergrößerung oder auch mit gleichbleibendem äußeren Volumen der Schüttung erfolgt, wie beim letztgenannten Verfahren, sind zusammenfassend insbesondere infolge der langen Wärmeübertragungswege so grundsätzlich, daß deren Überwindung auch mit den vorgeschlagenen zusätzlichen Maßnahmen nicht möglich ist Obgleich im Labormaßstab kleine Blöcke durch gleichzeitiges Blähen und Sintern der Schüttungspartikel mit gleichzeitiger Volumenvergrößerung der Schüttung erfolgreich hergestellt wurden, wobei gegen Ende des Blähvorgangs die blähende Tonmasse auf einen allseitig unnachgiebigen Widerstand gegen das Blähen mit der Folge eines starken Druckaufbaus in der Tonmasse traf, ist daher das gleichzeitige Blähen und Sintern der Schüttungspartikel mit gleichzeitiger Volumenvergrößerung der Schüttung, das als freies Schäumen oder freies Blähen bezeichnet werden kann, als Verfahren im großtechnischen Maßstab ungeeignet.
  • Die Wärmezufuhr zur Erzielung des Blähens könnte gemäß DE-OS 25 48 387 auch im Wege dielektrischer Erwärmung erfolgen. Insbesondere da keramische Prozesse mittels Zufuhr dielektrischer Energie technisches Neuland sind, ist das verfahrenstechnische und vorrichtungstechnische Risiko bei diesem Verfahren sehr hoch.
  • Bekannt sind Verfahren zur Herstellung von Formkörpern in einer Form mittels Aufheizung durch im Haufwerk erfolgende Verbrennung (DE-AS 19 51 460, DE 25 37 508). Diese Verfahren weisen jedoch den Nachteil auf, daß mit ihrer Hilfe keine Leichtbausteine hoher Porosität hergestellt werden können und daß die Qualität und damit die Verwendungsmöglichkeiten des so erzeugten Materials wegen der unvermeidlichen Einschlüsse von Verbrennungsrückständen und schwer steuerbarer Temperaturführung empfindlich beeinträchtigt werden Um bei der Verbrennung im Haufwerk die Verbrennungstemperatur auf die erforderliche Blähtemperatur zu senken, muß mit starkem Sauerstoffüberschuß verbrannt werden. Hoher Sauerstoffgehalt der Gase behindert jedoch den Sinterprozeß und das Blähen infolge Verkrustung in zu starkem Maße. Die Verbrennung im Haufwerk führt darüber hinaus zur allgemeinen Störung der intergranularen Atmosphäre.
  • In der DE-PS 19 14 372 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem aus blähfähigen Granulaten etwa einheitlicher Größe zunächst ein in seinen Abmessungen dem herzustellenden Formkörper angepaßter, allseitig unnachgiebig abgestützter Schüttkörper gebildet wird, der sodann abwechselnd von gegenüberliegenden Seiten kurzzeitig bis zum Erreichen eines plastisch bindefähigen Oberflächenzustandes aller Granulate mit hoch erhitztem Gas durchblasen wird. Nachteilig wirkt sich bei diesem Verfahren aus, daß hinreichende Gleichmäßigkeit der thermischen Behandlung und Aufheizgeschwindigkeit des Gutes bei der Durchströmaufheizung einer Schüttung nur mit unwirtschaftlich hoher Strömungsgeschwindigkeit erzielbar ist, insbesondere auch weil das durch das Blähen bedingte Schließen des Lückenvolumens der Schüttung einen erheblichen Druckanstieg zur Aufrechterhaltung der Strömung erforderlich macht. Weiterhin stören die die Schüttung durchströmenden Gase die Ausbildung einer in den Partikeln und zwischen den Partikeln gleichen Gaszusammensetzung und beeinflussen das Schüttgut thermisch und chemisch. insbesondere hinsichtlich der Reduktion der Oxidation der Partikelschalen, in deren Randzonen anders als in deren Kernzonen, was zu ungleichmäßiger Produktqualität führt. Die heißen, von außen eingeführten Gase heizen zuerst die Vorrichtung auf, was zu Vorrichtungsüberhitzung und damit Ankleben des Gutes an den Vorrichtungen führen kann. Neben mangelnder gleichmäßiger Einbringbarkeit der Gase in das Haufwerk, verbunden mit der Kürze der erforderlilchen Behandlungszeit, treten starke thermische und chemische Zustandsänderungen des Gases längs seines Strömungsweges im Haufwerk auf Die so bedingte Ungleichmäßigkeit von Temperatur und chemischer Zusammensetzung der Gase im Haufwerk verursacht von Überbrand bis zu mangelnder Bindung einzelner Schüttungspartikel reichende örtliche Qualitätsschwankungen im hergestellten Gut. Es hat sich gezeigt, daß die Einbringung von Gasen in das Haufwerk zum Zwecke der Wärmezufuhr zum Haufwerk während der Formgebung mittels Verbrennung im Haufwerk oder mittels Heißgasdurchströmung zwar die Aufheizgeschwindigkeit des Gutes erheblich zu erhöhen vermag, die Geschwindigkeit jedoch noch zu gering ist und insbesondere die Behandlung zu ungleichmäßig erfolgt.
  • Wesentliche Mängel weisen die Verfahren nach dem Stand der Technik hinsichtlich thermischer, chemischer und mechanischer Behandlung der Tonmasse auf, mit nachteiligen Folgen für Vorrichtungsaufwand, Energieaufwand, Produktqualität und Verfahrenssicherheit, insbesondere im Zusammenhang mit Erwärmung, Form, Abstützung, Anbacken und Bewegung der Tonmasse.
  • Hinsichtlich der Erwärmung der Tonmasse ist festzustellen, daß die Tonmasse nicht schnell genug erwärmt wird, weil der Wärmestrom einen zu großen Wärmetransportwiderstand auf dem Weg in die Tonmasse überwinden muß oder weil Wärme auf dem Weg dorthin in anderen Massen wie Brennformmassen gespeichert wird und sie in diesen nicht an die Tonmasse weitertransportiert wird und weil die Energiestromdichte oder auch Energieumsetzungsdichte in der Umgebung der Tonmasse oder auch Brennformmasse nicht hoch genug ist. Wärme wird in parallel mit der Tonmasse bewegten Vorrichtungsteilen gespeichert, z.B. in parallel mit der Tonmasse bewegten starren Brennformen oder in Raupenkettengliedern und Bändern, was zudem hinsichtlich des Energieaufwandes eine Erhöhung der Wärmeenergiekosten durch erhöhte Speicherwärmeverluste zur Folge hat. Der Wärmetransportwiderstand ist zu groß, wenn der Wärmetransportweg in der Tonmasse zu lang ist, z.B. weil die Tonmasse bereits vor der Erwärmung durch Kaltschäumen vergrößert wurde und sich der Wärmetransportweg nicht erst während der Erwärmung durch Blähen verlängert, oder wenn der Wärmetransportwiderstand um die Tonmasse herum zu hoch ist, weil sie von einer starren Brennform umgeben ist. Mangelhafte thermische Behandlung aufgrund zu langsamer Erwärmung mindert die Raum-Zeit-Ausbeute und hat zur Folge, daß die erforderliche Vorrichtung zu groß und folglich der Vorrichtungs- und der Energieaufwand zu hoch ist, infolge zu hoher Wärmeenergiekosten durch zu große Wandwärmeverluste. Die erwärmungsbedingten Energiekosten sind aufgrund zu hoher Wärmeenergiekosten infolge zu großer Gaswärmeverluste durch zu große Abgasmenge oder zu hohe Abgastemperatur oder durch zu große Elektroenergiekosten infolge Erwärmung mittels der kapazitiven Elektrowärme mit hohen Umwandlungsverlusten zu hoch, wobei diese Erwärmungsart bei hohen Temperaturen zusätzlich mit einem hohem Innovationsrisiko verbunden ist, oder aufgrund einer Heißgasdurchströmung der Tonmasse mit großen Strömungswiderständen.
  • Hinsichtlich der Form der eingesetzten Tonmasse ist festzustellen, daß diese in der kalten Formgebung entweder als kompakte Tonmasse geformt wird oder unterteilt wird, z.B. in der Form mehrerer einzelner Teil-Tonmassen, die z.B. zu einem Schüttkörper vereinigt sind, oder in der Form einer mit Kanälen durchzogenen Tonmasse oder einer kaltgeschäumten porösen Tonmasse.
  • In der DE-OS 28 14 315 wird zur Herstellung eines silikatischen Werkstoffs ein Stoffgemisch vorgeschlagen, das durch Zusatz eines weiteren Stoffes bei Zimmertemperatur einen Schaum bildet, der dann gebrannt werden soll. Wird die Tonmasse bereits in der kalten Formgebung entsprechend den äußeren Abmessungen des endgültigen Formkörpers vorgeformt und wird der Tonmasse, z.B. indem sie durch Kaltschäumen entsteht oder durch Zumengen von während des Brennens ausbrennenden Stoffen Porosität verliehen, so ist die Grenze erreicht, an der das Brennen nicht mehr als Brennen mit Blähen zu bezeichnen ist, sondern als einfaches Brennen und ist damit nicht mehr Gegenstand des hiesigen Verbesserungsvorschlags.
  • Die Bildung eines gleichmäßigen Formkorpes durch Blähen einer kompakten Tonmasse wird nach dem Stand der Technik lediglich in der Form vorgeschlagen, daß entweder eine feste Unterlage oder ein Luftkissen als Unterstützung der blähenden Tonmasse benutzt wird - eine Abstützung in weiteren Richtungen wird nicht erwähnt.
  • Die Bildung eines gleichmäßigen Formkörpers durch Blähen einer unterteilten Tonmasse ist nach dem Stand der Technik als üblich aber nachteilig zu bezeichnen:
  • Wird die Masse vorgebläht, wird also im Fall der Unterteilung der Tonmasse in einzelne Teil-Tonmassen das Blähen teilweise oder ausschließlich vor dem notwendigen Sintern der Teil-Tonmassen zu ihrer Wiedervereinigung zu einer ganzen Tonmasse vorgenommen, also vor dem Sintern von Flächen der einzelnen oder zusammenhängenden Teiltonmassen durchgeführt, (so werden die Oberflächen der Teil-Tonmassen zu deren Stabilisierung, zur Bildung einer festeren Schale und um die Oberfläche unklebrig zu machen, oxidiert. Man versucht, die Teil-Tonmassen, die infolge der Oxidation ihrer Oberflächen eine verringerte Sinterfähigkeit aufweisen, ohne Druck, mit der Folge einer sehr geringen Festigkeit des Produktes oder durch Blähdruck mittels weiterer Erwärmung in einer Brennform oder durch von außen aufgebrachten Pressdruck zu versintern, was geringe Gleichmäßigkeit durch innere Verformung während des Pressens, einen zu hohen Formgebungskraftaufwand und Formgebungsenergieaufwand und eine zu geringe Festigkeit des Produktes durch mangelhafte Sinterung zur Folge hat.
  • Die Abstützung der blähenden Tonmase erfolgt sowohl beim Blähen einer nicht vorgeblähten als auch beim Blähen und Sintern einer vorgeblähten Tonmasse in nachteiliger Weise.
  • Wird die unterteilte Tonmasse so vorgebläht oder so kaltgeformt, daß sie bereits vor dem Blähen oder Fertigblähen die äußeren Abmessungen des Produkt-Formkörpers aufweist, so erfolgt insbesondere bei allseitiger Abstützung der Tonmasse, falls die Tonmasse in der Form einer Schüttung vorliegt, ausschließlich das zur Schließung des Lückenvolumens erforderliche Blähen mit gleichzeitigem Sintern und es erfolgt die Volumenvergrößerung gleichmäßig, da der größte Teil der Volumenvergrößerung der Schüttungspartikel vollzogen werden kann, während gezielt ihre gegenseitige Behinderung verhindert wird und die somit gleichmäßig geblähten Schüttungspartikel in vorgeordneter gleichmäßiger räumlicher Dichteverteilung in den Abmessungen des zu erstellenden Blockes zusammengeführt werden, wobei selbst eine etwaige ungleichmäßige Volumenvergrößerung beim Blähen zum Schließen des Lückenvolumens die vorgeordnete gleichmäßige räumliche Dichteverteilung nicht mehr wesentlich zu beeinträchtigen vermag. Während des Blähens baut sich jedoch infolge allseitig unnachgiebiger Abstützung starker Druck in der Tonmasse auf. Mit zunehmendem Druck nimmt insbesondere die Anbackneigung der blähenden Tonmasse an der Vorrichtung zu.
  • Wird die unterteilte Tonmasse nicht vorgebläht oder so kaltgeformt, daß sie vor dem Blähen oder Fertigblähen kleinere äußere Abmessungen als der Produkt-Formkörper aufweist, so bläht die Tonmasse frei nach außen, weil keine allseitige Abstützung der blähenden Tonmasse erfolgt. So erfolgt das Blähen zu ungleichmäßig, weil die warme Formbildung der Tonmasse zu unkontrolliert und mit zu geringem Druck erfolgt. Gegendruck erst am Ende des Blähens durch eine allseitig unnachgiebige starre Abstützung zur nachträglichen Vergleichmäßigung der Masseverteilung innerhalb des Formkörpervolumens ist nicht im erforderlichen Maße möglich und mit zu hohem Druck zwischen Tonmasse und Vorrichtung verbunden.
  • Das Blähen einer unterteilten also nicht kompakten Tonmasse erfolgt sowohl beim Blähen einer nicht vorgeblähten als auch beim Blähen und Sintern einer vorgeblähten Tonmasse zu einem großformatigen Formkörper insbesondere bei unveränderlichen äußeren Abmessungen der Tonmasse zu schwach und insbesondere bei veränderlichen äußeren Abmessungen der Tonmasse zu ungleichmäßig, weil die Behandlung, insbesondere die Erwärmung einer nicht kompakten Tonmasse zu langsam oder zu ungleichmäßig erfolgt. Wird die Erwärmung einer nicht kompakten Tonmasse, insbesondere ohne Durchströmung, schneller vollzogen, so daß weniger Blähvermögen verlorengeht, so erfolgt sie zu ungleichmäßig, so daß bei nicht vorhandener oberer Wandung oder Deckel der Brennform eine ungleichmäßige Dichteverteilung im Formkörper oder ungleichmäßige äußere Abmessungen des Formkörpers entstehen.
  • Das Anbacken der Tonmasse an der sie führenden Vorrichtung wird nicht oder mit zu hohem Aufwand verhindert. Man versucht das Anbacken der Tonmasse an der Vorrichtung infolge während des Blähens von innen reduzierter äußerer Oberfläche der Tonmasse bei hoher Temperatur durch Trennmittel zwischen Tonmasse und Vorrichtung, wie Graphit, Sand, Druckgase oder durch angeblich nicht anbackendes Vorrichtungsmaterial, wie Magnesium-Oxid, Magnesium-Chromit o.ä., oder durch Gasdüsenflächen zu verhindern oder durch Formgebung mittels verlorener Schalung unschädlich zu machen, was einen zu hohen Vorrichtungsmaterial-, Energieaufwand für Gasdüsenströmung oder Aufwand an Roh-, Hilfs- und Betriebsmitteln zur Folge hat oder durch Kalthalten der Vorrichtungsflächen die mit der blähenden Masse in Berührung kommen und Erwärmung von innerhalb der Tonmasse durch Erwärmung mittels induktiv, kapazitiv oder konduktiv in der Tonmasse erzeugter Elektrowärme, die zu erzeugen jedoch hohen Vorrichtungs- und Energiekostenaufwand bedeutet, zu verhindern.
  • Die warme Formgebung erfolgt mit zu großer Formgebungskraft, als Folge zu großer Haft- oder Reibungskraft durch zu hohen Druck auf die Berührungsfläche zwischen Tonmasse und Vorrichtung von innen oder außen und damit für die Bewegung der Tonmasse zu hohem erforderlichem Kraft- oder Energieaufwand.
  • Entscheidende Nachteile der bekannten Verfahren sind damit in der zu langsamen oder zu ungleichmäßigen Erwärmung und auch zu ungleichmäßigen chemischen Beeinflussung während des Blähprozesses mit der Folge hohen Blähgasverlustes und damit zu hoher Dichte und zu ungleichmäßiger Dichte des zellkeramischen Formkörpers und mangelhafte Festigkeit des Formkörpers infolge mangelhafter Versinterung bei zu versinternden Schüttungspartikeln einerseits zu sehen und andererseits in zu hohem Energieaufwand (durch unzureichenden Wärmenutzungsgrad als Folge verfahrenstechnisch und anlagentechnisch unzulänglich geführter Wärmeströme, insbesondere Heißgasströme) sowie der Gefahr des Anbackens der blähenden Tonmasse an der Vorrichtung und der mangelnden Formstabilität der weichen Tonmasse während des Bläh- und ggf. Sintervorgangs.
  • Zusammenfassend kann gefolgert werden, daß sich die Herstellung von großformatigen porösen keramischen Formkörpern geringer Dichte mittels Erwärmung und Blähen der Tonmasse wegen der erforderlichen Geschwindigkeit und Gleichmäßigkeit der Erwärmung beim Blähvorgang, der Anbackgefahr und der mangelnden Formstabilität der Tonmasse während des Blähens nach dem Stand der Technik, insbesondere soweit er durch Bildung von Schüttungen und deren Blähen und die Notwendigkeit des Sinterns der Schüttungspartikel aneinander gekennzeichnet ist, als ein nicht lösbares Problem erwiesen hat, so daß großformatigeformkörper mit gleichmäßig geringer Dichte sowie gleichmäßiger und hoher Porosität, Festigkeit und Formgenauigkeit bisher nicht wirtschaftlich herstellbar waren.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattungen zu konzipieren, bei welchen unter Vermeidung der dem Stand der Technik anhaftenden Nachteile der Blähvorgang in kürzest möglicher Zeit durchgeführt werden kann und die eingesetzte tonmineralische Masse eine gleichmäßige und schnelle thermische, chemische und mechanische Behandlung mit geringstmöglichem Formgebungsaufwand und Transportaufwand ohne Sintern erfährt.
  • Gelöst wird diese Aufgabe bei einem gattungsgemäßen Verfahren durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1 und bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 4.
  • Gegenüber allen bekannten Verfahren löst das erfindungsgemäße Verfahren das hochkomplexe Problem, den Blähvorgang während der Formgebung in prozeßnotwendig kürzestmöglicher Zeit mit definierter Qualität über dem gesamten Gutquerschnitt gleichmäßig durchzuführen, welches zugleich Voraussetzung für eine wirtschaftliche Massenproduktion hochwertiger zellkeramischer Formkörper ist und sich nach dem bekannten Stand der Technik als ein nicht lösbares Problem erwiesen hat.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt erstmalig die günstigen Blähergebnisse, die an kleinen Blähkörpern im Labor-Kammerofen unter den dort herrschenden, für den Blähprozeß nahezu idealen stoff- und wärmetechnischen Bedingungen erzielt werden, nunmehr auch in dem vorgeschlagenen großtechnischen kontinuierlichen Strang-Herstellungsprozeß zu realisieren, indem die Tonmasse als kompakte Masse in Form einer dünnen Plattenform vorliegt, die durch kurze Wärmeleitwege und große Wärmeübertragungsflächen und durch einfache Geometrie schnell und gleichmäßig erwärmbar ist und damit stark und gleichmäßig gebläht werden kann.
  • Da ein aus Ton hergestellter Formkörper nur dann die erforderliche Festigkeit und andere geforderte Eigenschaften aufweist, wenn die Tonmasse, aus der er hergestellt wird, gebrannt ist, muß die Tonmasse gebrannt werden. Beim Brennen erfolgt die Umwandlung einer geformten und getrockneten Tonmasse zum formbeständigen festen keramischen Formkörper einerseits durch die Abspaltung des in den Tonmineralen chemisch gebundenen Wassers und andererseits durch Sinterung als Folge von Schmelzvorgängen in der Tonmasse. Um den Block aus Ton zu brennen, muß der Ton erwärmt werden, wobei er eine beliebige geometrische Form aufweisen kann. Er muß in Blockform während einer bestimmten Zeit auf Brenntemperatur gehalten und auch als Block wieder abgekühlt werden.
  • Das Blähen einer Masse aus tonmineralischen Rohstoffen, wie es vorwiegend vom Brennen von Tonmassen zur Herstellung grobkeramischer Erzeugnisse her bekannt ist, ist ein Vorgang, der bei der Erwärmung von Tonmassen bis zur Erweichung auftreten kann und bei dem eine Ausdehnung der erweichenden Tonmasse zu einem porösen Körper erfolgt. Die Grundvoraussetzungen für das Blähen von Ton sind einerseits eine Gasbildung in der Tonmasse in genügendem Umfang und andererseits ein durch hohe Temperatur weicher formbarer Zustand der Tonmasse mit bestimmter Viskosität, so daß die Tonmasse in der Lage ist, das sich in ihr bildende Gas eingefangen zu halten und sich unter der Wirkung des Gasdrucks unter Porenbildung auszudehnen. Viskosität der Tonmasse und Gasbildung in der Tonmasse sind abhängig von der stofflichen Zusammensetzung der Tonmasse, der Art und Weise der Erwärmung der Tonmasse sowie der Brennatmosphäre und damit von steuerbaren Einflüssen, die eine Steuerung des Blähens ermöglichen.
  • Während der Erwärmung kann die Form der Tonmasse unterschiedlich sein. Die Tonmasse kann erwärmt werden als Schaum-Block, Hohl-Block, Voll-Block, Hohl-Platte, VollPlatte oder in Form mehrerer Teil-Tonmassen als ZylinderSchüttung, Hohl-Zylinder-Schüttung oder als mehrere Platten.
  • Oberstes Ziel eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Herstellung großformatiger poröser Formkörper geringer Dichte ist durch Blähen der Tonmassen eine Ausdehnung derselben bis zu einem großformatigen porösen Körper zu erreichen und die Vorteile, die beim Brennen mit Blähen gegenüber dem Brennen einer vor dem Brennen bereits großformatig, eventuel sogar porös vorgeformten Tonmasse ohne Blähen vorhanden sind, zu nutzen. Folglich ist verständlich, daß der Vorteil des Brennens mit Blähen umso schwächer wird, je stärker die Tonmasse bereits vor dem Brennen durch Verformung mit Hohlräumen durchzogen ist, wobei die Nachteile des Blähens sogar verstärkt wirken. Umgekehrt kommen die Vorteile umso stärker zum Tragen, je kompakter die großformatige Tonmasse vor dem Brennen mit Blähen vorliegt. Weitere Ziele sind die gleichmäßige großformatige Geometrie des Formkörpers aufgrund gleichmäßiger äußerer Form und gleichmäßige Poren. Eine gleichmäßige geringe Dichte und hohe Festigkeit des Formkörpers infolge vieler Poren wird durch gleichmäßiges Blähen der Tonmasse als Folge gleichmäßiger Erwärmung der Tonmasse ausschließlich von oben und unten mit allseitiger und lediglich oben nachgiebiger Abstützung der blähenden Tonmasse während des gesamten Blähens und Einsatz einer Tonmasse, die keiner Sinterung von Teil-Tonmassen bedarf, erreicht.
  • Die Tonmasse sollte weder nach innen noch nach außen frei blähen sondern zu Beginn des Blahens in Form einer kompakten Tonmasse vorliegen und die warme Formgebung sollte mittels allseitiger Abstützung und Nachgiebigkeit der Abstützung ausschließlich nach oben während des gesamten Blähens unter schwachem Druck erfolgen.
  • In einer kompakten, also nicht unterteilten Tonmasse, die nicht von Heizgasen durchströmt ist, tritt, insbesondere auch bei Oxidation von deren Oberfläche von außen, beim Blähprozeß ein ungestörter synergistischer Effekt von Blähgasbildung und Viskositätsänderung der Masse ein. Da die blähgasbildende Reaktion eine Eisenoxid-Reduktions-Reaktion durch den Kohlenstoff in der Masse ist, die einerseits, indem sie ein Gemisch von CO und CO₂ hervorbringt, das Blähglas liefert und andererseits, indem sie aus den Eisenoxiden Hämatit Fe₂O₃ und Magnetit Fe₃O₄ das als Flußmittel wirkende Ferrit FeO in der Tonmasse entstehen läßt, deren Zähigkeit senkt und die entstehenden und teilweise aus der Tonmasse hinausdrängenden Blähgase zudem selbst wieder reduzierende Gase sind, die auf die umgebende Masse reduzierend wirken, wirken die Bildung der Blähgase und das Eingefangenwerden der Gase synergistisch und es eskaliert der Blähprozeß plötzlich im gesamten Volumen bzw. über den gesamten Strangquerschnitt.
  • Gleichmäßiges Blähen der Tonmasse wird durch gleichmäßige Erwärmung und gleichmäßigen Gegendruck zum Blähdruck während des gesamten Blähens an allen Seiten der blähenden Tonmasse gefördert.
  • Nach dem Stand der Technik der Herstellung großformatiger Formkörper mittels Blähen von Tonmassen stellt die Forderung nach allseitiger Abstützung, sofern sie überhaupt erfüllt wird, ein bisher mit vertretbarem Aufwand nicht gelöstes Problem dar, da die blähende Tonmasse zum Anbacken neigt, was ein zentrales Problem darstellt, dem kostengünstig und betriebsstörungsfrei begegnet werden muß.
  • Zwecks Vermeidung des Anbackens der blähenden Tonmasse an der jeweiligen Vorrichtung werden im vorschlagsgemäßen Verfahren die an sich bekannten und insbesondere bei der Herstellung von Blähtonkugeln in Drehrohröfen genutzten beiden Tatsachen, daß zum einen die Oxidation der Oberflächen blähender Tonmassen und zum anderen deren ständige Bewegung an den sie abstützenden Vorrichtungsteilen, das Anbacken von blähenden Tonmassen untereinander und an den sie abstützenden Vorrichtungsteilen verhindert, erstmalig gezielt für die Vermeidung des Anbackens einer großformatigen blähenden Tonmasse an den sie abstützenden Vorrichtungsteilen genutzt, indem erfindungsgemäß die allseitige Abstützung der blähenden Tonmasse mit Zwischenräumen erfolgt, so daß zum einen durch die Zwischenräume Sauerstoff an die Oberflächen der blähenden Tonmasse zu deren Oxidation geführt werden kann und zum anderen eine ständige gegenseitige Abrollbewegung von großformatiger blähender Tonmasse und den sie abstützenden Vorrichtungsteilen bewirkt wird, wodurch die Grenzflächenberührungen nur während einer kurzen, als unschädlich anzusehenden Zeit bestehen.
  • Erfindungsgemäß wird somit trotz einer eine seitliche Ausformung der erweichenden Tonmasse verhindernden mechanischen Abstützung während des gesamten Blähens ein Anbacken der blähenden Tonmasse an den sie hinreichend flächig abstützenden Vorrichtungsteilen verhindert, zum einen, indem die blähende Tonmasse an den sie abstützenden Vorrichtungsteilen ständig bewegt wird und zum anderen, indem durch allseitige, ständige Sauerstoffzufuhr an die äußere Oberfläche der blähenden Tonmasse diese nachgiebig gegenüber der Ausdehnung durch das Blähen leicht verfestigt und unklebrig gemacht wird. Weiterhin können trotz ständiger allseitiger direkter Abstützung der blähenden Tonmasse die überschüssigen Blähgase während des Blähens frei entweichen.
  • Durch gleichmäßige Behandlung mit Gasen oxidierender Zusammensetzung während des gesamten Blähens wird eine gleichmäßige hinreichend flächige Oxidation der äußeren Oberfläche der Tonmasse von außen während des Blähens bewirkt, durch welche eine nicht klebende, höher feste mitwachsende Haut der Tonmasse während des Blähens gebildet wird, die das Anbacken der Tonmasse an Vorrichtungsteilen, die während des Blähens mit der Vorrichtung in Berührung kommen, verhindert.
  • Versuche zeigen, daß sich die oxidierte Oberfläche einer blähenden Tonmasse in einer Umgebung mit oxidierender Gaszusammensetzung vergrößert, indem ständig bereits oxidierte Oberfläche aufgerissen wird und sich neue oxidierte Oberfläche bildet, so daß eine klüftige Oberfläche entsteht. Die oxidierte Oberfläche wird rissig und die Risse weiten sich. Die zwischen die Risse der oxidierten Oberfläche drängende weiche reduzierte Kernmasse wird durch das umgebende oxidierende Gas oxidiert und Bestandteil der erweiterten oxidierten Oberfläche. So oxidiert das nach außen getretene Innere des Blähkörpers ständig nach und es wird ständig neue oxidierte Oberfläche gebildet.
  • Das neue Verfahren weist gegenüber bekannten Verfahren den beträchtlichen Vorteil auf, daß die Poren schnell und gleichmäßig im Körper gebildet werden, weil das Blähen einer kompakten Tonmasse im Zusammenwirken mit der abdichtenden Oxidation von deren Oberfläche eine ungestörte Ausbreitung der für das Blähen günstigen Zusammensetzung innerhalb der Tonmasse entstehender reduzierender Gase gleichmäßig in der gesamten Tonmasse ermöglicht. Die gleichmäßige Zusammensetzung bewirkt auch in chemischer Hinsicht eine sehr gleichmäßige Behandlung und daraus folgend eine gleichmäßige Produktqualität. Die gleichmäßige Gasentwicklung in der Tonmasse bewirkt ein gleichzeitiges und gleichförmiges Blähen der Tonmasse, welches Voraussetzung auch zur Erzielung eines Produktes von gleichmäßiger Dichte und Porenstruktur ist.
  • Die Tonmasse wird in der kalten Formung nicht unterteilt, so daß während der warmen Formung keine, insbesondere nicht oxidierten inneren Teilflächen der Tonmasse gesintert werden müssen, sondern die Tonmasse wird als kompakte Masse, wie eine Kugel, als kompakter Körper gebläht, wie eine Kugel mit einer oxidierten äußeren Hülle und Reduktion im Innern.
  • Der Einsatz einer nicht unterteilten kompakten Tonmasse zusammen mit der Oxidation der Oberfläche bewirkt die Ausbildung einer durch organische Bestandteile hervorgerufenen reduzierenden gleichmäßigen Gaszusammensetzung innerhalb der Tonmasse, was zusammen mit dem leichten gleichmäßigen Gegendruck von außen gegen den Druck der Blähgase von innen dazu führt, daß die Gasentwicklung gleichmäßig in kleinsten Teilbereichen der Tonmasse einsetzt und somit gleichmäßig viele Poren gebildet werden, was gleichmäßige Dichte und Festigkeit des porösen Formkörpers bewirkt.
  • Es hat sich bei erfolgreichen praktischen Versuchen gezeigt, daß der Gleichmäßigkeit und der Geschwindigkeit der Erwärmung entscheidende Bedeutung für die Fertigung zellkeramischer Körper zukommt.
  • Die schnelle Erwärmung der Tonmasse ist Voraussetzung für hinreichend starkes Blähen und damit für die Erzielung der gewünschten geringen Dichte des herauszustellenden Formkörpers.
  • Die gleichmäßige Erwärmung der Tonmasse ist Voraussetzung für gleichmäßiges Blähen im gesamten Körper, welches auch Voraussetzung für die Erzielung einer gleichmäßigen Porenstruktur des herzustellenden Formkörpers ist.
  • Es ergibt sich eine hohe Geschwindigkeit des Blähens und damit eine maximale Dichteverringerung der Tonmasse sowie eine hohe Raum-Zeit-Ausbeute des Verfahrens durch Verringerung der Dichte und Ausdehnung der Tonmasse mittels Blähen während der Erwärmung bis zum Brennen unter ständiger Wärmezufuhr unter Vermeidung eines Vorblähens, Nachblähens oder eines Sinterns oder Zusammenpressens.
  • Die Tonmasse bedarf infolge ihrer Erweichung während des Blähens einer abstützenden warmen Formung. Es hat sich gezeigt, daß der wärme-, stoffumwandlungs- und vorrichtungstechnische Aufwand am geringsten ist, wenn die Tonmasse so kurz wie möglich in der Formung verweilt. Die kurze Erwärmungszeit ermöglicht sehr kurze Blähund damit Formzeiten, bei kontinuierlicher Formung kurze Formstrecken und damit geringen Transportreibungswiderstand zur Bewegung der Tonmasse.
  • Die Wärme wird ausschließlich von oben und unten zugeführt, damit eindimensionale und dadurch gleichmäßige Wärmeströme entstehen und Blähen nur in einer Richtung und zwar nur nach oben erfolgt, damit eine maximale Dickeänderung der Tonmasse und somit ein minimaler mittlerer Wärmeleitweg erzielt wird.
  • Hohe Geschwindigkeit der Erwärmung der Tonmasse wird erzielt, indem zum einen die Tonmasse eine dünne und kompakte Form aufweist und sich zum anderen die Masse und damit der Weg für die Wärmeleitung erst während der Erwärmung zum Brennen vergrößert und die Dichte sich erst während der Erwärmung verringert. Die Masse wird wie eine kugelförmige Masse sehr schnell in 5 bis 10 Minuten gebläht, da sie einen ähnlich geringen Wärmeleitweg im Innern der Tonmasse und eine in allen Punkten der Wärmezufuhr von außen zugängliche Oberfläche aufweist.
  • Hohe Gleichmäßigkeit der Erwärmung der Tonmasse wird erzielt, indem zum einen die Tonmasse eine gleichmäßige Form aufweist und zum anderen die Wärmezufuhr ausschließlich eindimensional von oben und unten erfolgt und gleichmäßig an die Tonmasse herangeführt wird.
  • Die das Blähen verungleichmäßigende Wirkung der etwaigen Ungleichmäßigkeit der Erwärmung kann zwar durch gleichmäßigen mechanischen Gegendruck teilweise ausgeglichen werden. Zugunsten geringstmöglicher Anpreßdrücke der Tonmasse an die abstützende Vorrichtung und zur Erzielung geringstmöglicher Anbackneigung wird jedoch erfindungsgemäß die Wärmezufuhrrichtung so gewählt, daß sie nicht in Abstützrichtung der starr abstützenden Vorrichtungsteile sondern in Abstützrichtung nachgiebig abstützender Vorrichtungsteile liegt.
  • Durch ausschließlich nach oben nachgiebige Abstützung wird die blähende Tonmasse unter leichtem formwahrendem Gegendruck - die Wärmetransportwege gleichmäßig verlängernd - ausschließlich nach oben geführt, so daß sie sich in die vorbestimmte gleichmäßige größere äußere Form ausdehnt.
  • Zur Erzielung des Blähens ausschließlich in vertikaler Richtung und zur Vermeidung eines Blähens in horizontalen Richtungen erfolgt die nachgiebige Abstützung der blähenden Tonmasse ausschließlich nach oben und es wird die Wärme ausschließlich von oben und unten zugeführt, da die blähende Tonmasse sich dorthin ausdehnt, wo sie den geringsten mechanischen Widerstand erfährt und wohin die meiste Wärme fließt.
  • Die Tonmasse wird während des gesamten Blähens an allen Flächen geführt. Der Transportreibungswiderstand zur Bewegung der Tonmasse und die von außen aufzubringende Formkraft zur vergleichmäßigenden warmen Formgebung und Abstützung der blähenden Tonmasse ist jedoch gering, da der formbildende Druck von innen kommt und gegen einen sich vergleichmäßigenden Widerstand einer oxidierten Hülle und einen nachgebenden Widerstand der Vorrichtung von außen wirkt. Die Abmessung der Vorrichtung vergrößert sich mit der Ausdehnung der Tonmasse und es wird diesem Vorgang durch die Vorrichtung nur soviel Widerstand entgegensetzt wie zur Erzielung einer hinreichenden Gleichmäßigkeit des Blähens erforderlich ist. Gleichzeitig wird der Neigung des Blähkörpers zur Bildung einer kugelartig gewölbten Form entgegengewirkt, so daß die Quaderform während des Blähens gewahrt ist.
  • Die kontinuierliche allseitige und nach oben nachgiebig abgestützte Bewegung der Tonmasse während des Blähens wird zweckmäßig durch eine Regelung der vorderen und hinteren Stirnseite der blähenden Tonmasse ergänzt, die infolge der "hydrostatischen" Druckausbreitung in der blähenden Tonmasse bei fester Abstützung unten sowie rechts und links die gleichzeitige Regelung der Ausbreitung der Tonmasse nach oben und damit der Höhe des herzustellenden Formkörpers ermöglicht.
  • Es ergibt sich ein geringer Kraftaufwand lediglich entgegen dem Rollreibungswiderstand für die Bewegung der Tonmasse und kein Gleitreibwiderstand wie in einer ruhenden Brennform und kein Haftkraft-Entformungswiderstand wie in einer parallel mitbeweglichen Brennform bzw. kein Anbacken.
  • Eine hohe Geschwindigkeit der Erwärmung verlangt, daß die Energiestromdichte oder Energieumsetzungsdichte von Wärmequellen in der Umgebung der Tonmasse außerhalb oder auch innerhalb des Formkörpervolumens hoch ist und Wärmesenken dort nicht vorhanden sind. Die Erwärmung der Tonmasse während des Blähens erfolgt zur Erzielung einer hohen Energiestromdichte in der Umgebung der Tonmasse ohne parallel mit der Tonmasse vorwärtsbewegte Vorrichtungsteile und die Wärme wird mit hoher Energieumsetzungsdichte als Elektorwärme in den die Tonmasse umgebenden Vorrichtungsteilen erzeugt.
  • Die erforderliche hohe Gleichmäßigkeit der Ofentemperatur längs und quer oberhalb und unterhalb der blähenden Tonmasse sowie die erforderliche hohe Wärmestromdichte im Öfen in Richtung auf die blähende Tonmasse zur Erzielung sehr schneller und sehr gleichmäßiger Erwärmung der Tonmasse ist besonders vorteilhaft durch flächig verteilte Widerstandsheizelemente erzielbar, die zusätzlich im Gegensatz zur Verwendung von Heizgasen als Wärmequellen zweckmäßig sind, da mit elektrischen Heizelementen die zugeführte Wärmemenge unabhängig von der Gaszusammensetzung des oxidierenden Gases eingestellt werden kann und damit optimal an die Verfahrenserfordernisse anpaßbar ist.
  • Eine geringe Formbildungskraft folgt aus der veränderlichen Abstützung der Tonmasse, die mit der Zunahme der äußeren Abmessungen der Tonmasse nachgibt. Die geringe Formbildungskraft, die mit einem von Null oder größer einstellbaren Widerstand dem zur Rundung seiner Formen neigenden Körper mit einem rechteckig vergleichmäßigenden Widerstand der Blähkraft entgegenwirkt, bewahrt die rechteckige Form während des Blähens. Infolge oxidativer Verfestigung der äußeren Oberfläche der Tonmasse und Blähdruck der inneren Tonmasse ergibt sich ein inneres Gleichgewicht der Druckkräfte zwischen der harten Schalenmasse und der weichen Kernmasse.
  • Um die blähende Tonmasse auch stirnseitig vorn und hinten in dem Sinne abzustützen, daß sichergestellt wird, daß die Tonmasse ausschließlich nach oben bläht und sich weit genug nach oben ausdehnt, indem die Rollenbahngruppen in der Einschubzone und Blähzone zeitweise entsprechend schneller laufen können als die Rollbahngruppe in der Abzugzone, um die blähende Tonmasse am Ende der Blähstrecke so stark zusammenzudrücken, daß sich die blähende Tonmasse nach oben in die gewünschte Höhe ausdehnt, sind die Drehgeschwindigkeiten der Rollen der Rollenbahngruppen von Einschubzone und Blähzone einerseits und Abzugzone andererseits getrennt voneinander regelbar.
  • Einfache Regelbarkeit und kein Haftkraft-Entformungswiderstand ermöglicht eine kontinuierliche Bewegung der blähenden Tonmasse.
  • Damit wird es erstmalig möglich, bisher nur zu ungleichmäßig oder nur zu langsam erwärmbare und chemisch ungleichmäßig beeinflußbare großformatige Körper kontinuierlich gleichmäßig und schnell zu blähen und somit zellkeramische Körper wie geschoßhohe Wandelemente mit geringer Dichte herzustellen.
  • Durch den Verzicht auf Granulierung des Tones nach der Aufbereitung können ganze Prozeßstufen entfallen, so insbesondere das aufwendige Vorblähen der Schüttungspartikel, Dosieren, Egalisieren, Chargieren der Schüttung, also Vorgänge, die insbesondere im Hochtemperaturbereich unvertretbar aufwendig sind. Auch der bisherige Aufwand beim inhomogenen Vorverdichten der Schüttung bei Tunnelofenverfahren entfällt.
  • Bei schnellerer Aufheizung, welches erfindungsgemäß gegeben ist, reagiert eine sehr viel größere Zahl von Rohstoffen durch Blähen als bei langsamer Aufheizung, wodurch sich die Zahl der einsetzbaren Rohstoffe und die Blähfähigkeit steuernder Zusatzstoffe erhöht wie z.B. Rotschlämme, die als Problemabfallstoffe der Aluminiumindustrie hier nutzbringend und umweltfreundlich eingesetzt werden können. Das gleiche gilt für das Verbrennen von Klärschlämmen mit organischen und metallischen Schadstoffen, die sonst unzureichend in hydraulisch gebundenen Stoffen deponiert werden. Auch erhöht sich bei der Lagerstättennutzung nach ökologisch optimalen Gesichtspunkten die Wahlmöglichkeit erheblich.
  • Die wirtschaftliche Bedeutung der Merkmale dieser Ansprüche ergibt sich daraus, daß in der Ziegelfachwelt seit langem die vielfach geäußerte Auffassung besteht, daß Bauelemente, z.B. in Plattenform aus zellkeramischem Material, sofern sie wirtschaftlich herstellbar wären, von höchstem wirtschaftlichen Nutzen wären.
  • Aus anwendungstechnischer und volkswirtschaftlicher Sicht ebenso wie unter dem Aspekt des Technologietransfers in Länder mit extremen Klimaten ergeben sich aus den Vorzügen der vorschlagsgemäß hergestellten Produkte beispielhaft folgende besonders vorteilhafte Einsatzgebiete.
  • Die annähernd gleiche Wärmedehnung von Bauelementen aus poröser Keramik und keramischen Fliesen ergibt eine hervorragende Einsatzmöglichkeit in vorgefertigten Raumtrennwänden mit besonderen hygienischen Ansprüchen wie in Bädern, Schwimmbädern, Lebensmittelbetrieben oder Badeanstalten. Für diesen Einsatz spricht zusätzlich die etwa dem Holz gleiche hohe Wärmedämmung infolge hoher Porosität bei zusätzlicher Nichtbrennbarkeit, Maßhaltigkeit bei gleichzeitiger guter Hafteigenschaft für die Aufbringung von Sperrschichten gegen Eindringen von Wasser und Schall. Neben dem Neubau kommt der Verwendung bei Altbaumodernisierungen besondere Bedeutung zu, weil die geringe Dichte bei nachträglichem Einbringen in bestehende Räume der Forderung nach minimaler baustatischer Belastung gerecht wird und die Anbringung wandhängender Ausstattungsgegenstände begünstigt. Letzteres ergibt sich aus hoher Eigensteifigkeit und leichter Bearbeitungsmöglichkeit durch Sägen, Bohren und Dübeln. Hierbei kommt die Möglichkeit geschoßhoher, fugenloser Ausbildung der Wandplatte infolge der großformatigen Herstellungsmöglichkeit voll zum Tragen. Trotz dieser hohen Anforderung bleibt ein Transport nach der Baustellenregel "Vier Mann - vier Ecken" oder "Zwei Mann - zwei Kanten" leicht erfüllbar. Als Zusatzvorteil ergibt sich in allen Fällen eine Erhöhung des Brandschutzes von Wänden und/oder Decken. Dieser Vorteil greift besonders in Wandflächen der Treppenhäuser, wo der Personenschutz durch Nichtbrennbarkeit besonders bedeutsam ist.
  • Die Unempfindlichkeit gegen chemische Einflüsse aus der Umwelt oder von Reinigungsmitteln in Verbindung mit der hohen Wärmedämmung und geringer Wärmespeicherfähigkeit führt zu einem besonders bevorzugten Einsatz in Saunaanlagen aber auch im Sportstättenbau, bei denen schnelles Aufheizen oder Kühlen für oft nur kurze Nutzungszeiten besonders zum Tragen kommen.
  • Dank der hohen Anteile an geschlossenen Poren und damit zusammenhängender dauernder Schwimmfähigkeit sowie hoher Frost-Tau-Wechselbeständigkeit und Resistenz gegen Pilze und Moosbelag ergibt sich ein vorteilhafter Einsatzbereich bei der Abdeckung von fließendem und stehendem Gewässer bis hin zu Sumpfgebieten oder Trinkwassertalsperren, und zwar mit dem Ziel der Minderung von Verdunstung knappen Wassers oder des Schutzes gegen Umwelteinflüsse, wie schwefelige Säuren oder Verbrennungsrückstände. Auch Umfassungwände von Gebäuden in Verbundbauweise mit mineralischen, metallischen oder polymeren Schäumen bieten sich zwecks Erhöhung der Feuerwiderstandsklasse der jeweiligen Werkstoffverbunde an.
    • Anwendungsbeispiel des Verfahrens:
  • Figure imgb0001
    Figure imgb0002
    Figure imgb0003
  • Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der beiliegenden Zeichnung wiedergegeben.
  • Mit 1 ist ein wärmeisoliert ausgebildetes Gehäuse bezeichnet, innerhalb welchem die thermische Behandlung der blähfähigen Tonmasse stattfindet, welche in Richtung des Pfeiles 2 als ungeblähte Masse in das Gehäuse 1 eintritt und dieses in Richtung des Pfeiles 3 als geblähte Masse verläßt.
  • Das Gehäuse 1 ist entsprechend der durch die Pfeile 2, 3 definierten Durchlaufrichtung der Masse 4 im wesentlichen in drei unterschiedliche, aufeinander folgende Zonen unterteilt, nämlich eine Einschubzone 5, eine Blähzone 6 und eine Abzugzone 7. Die Einschubzone 5 dient im wesentlichen lediglich der Förderung der strang- bzw. plattenförmigen ungeblähten Masse 4, die Blähzone 6 der thermischen Behandlung dieser Masse, insbesondere dem Blähen, wohingegen die Abzugzone 7 lediglich der Förderung bzw. dem Austrag des geblähten Produktes dient. In der Zeichnung ist der Blähfortschritt durch die, in der Blähzone 6 beginnende und in Durchlaufrichtung zunehmende Dicke B der Masse 4 angedeutet.
  • In der Einschubzone wird die Masse 4 unterseitig durch die Rollen 9, in der Blähzone durch die Rollen 10 und in der Abzugzone durch die Rollen 11 unterstützt, welche jeweils mit Abstand zueinander angeordnet sind. Eine oberseitige Führung der Masse 4 findet in der Einschubzone durch die Rollen 12, in der Blähzone durch die Rollen 13 und in der Abzugzone durch die Rollen 14 statt. Sämtliche Rollen 13 bis 15 sind wiederum mit Abstand zueinander angeordnet. Darüber hinaus findet zumindest in der Blähzone 6 eine seitliche Abstützung durch vertikal drehbare Rollen 15,16 statt, die auch mit Abstand zueinander angeordnet sind und sich in den Zwischenräumen der Rollen 13 erstrecken.
  • Die Rollen 9, 12 der Einschubzone 5, die Rollen 15, 16 der Blähzone sowie die Rollen 11, 14 der Abzugzone sind in zeichnerisch nicht näher dargestellter Weise in den Wandungen des Gehäuses 1 drehbar, ansonsten jedoch unverschiebbar gelagert. Die oberseitigen Rollen 13 in der Blähzone 6 hingegen sind in definierter Weise vertikal, d.h. in Richtung parallel zu den Pfeilen 17 verschiebbar gelagert und zu diesem Zweck in das Gehäuse 1 oberseitig übergreifenden U-förmigen Bügeln 10 aufgenommen, deren Vertikalabschnitte 19 mit seitlich angeordneten Kolben-Zylinder-Einheiten 20 in Wirkverbindung stehen, deren Kolben 21 ,schematisch angedeutet ist und die individuell mit Druckmittelversorgungsleitungen 22 versehen sind. Man erkennt, daß durch Druckmittelbeaufschlagung der einzelnen Kolben 21 auf die blähende Masse 4 eine individuell für jede Kolben-Zylinder-Einheit 20 einstellbare Druckkraft ausübbar ist, um im Sinne obiger Ausführungen den Blähvorgang mechanisch zu beeinflussen.
  • Mit 23 ist ein, die Rollen 9, 10 der Einschubzone 5 sowie der Blähzone 6 zusammenfassendes Druckmittel, z.B. eine Kette und mit 24 ein vergleichbares, die Rollen 11 der Abzugzone 7 antriebsmäßig zusammenfassendes Zugmittel bezeichnet. Es werden somit die Rollen 9, 10 der Einschubzone 5 sowie der Blähzone 6 einerseits und die Rollen 11 der Abzugzone 7 andererseits jeweils synchron angetrieben und stehen mit zeichnerisch nicht dargestellten, drehzahlregelbaren elektrischen Antrieben in Verbindung. Synchron angetrieben zu den unteren Rollen von Einschubzone 5 und Blähzone 6 werden auch die oberseitigen Rollen 12, 13. Schließlich werden die oberseitigen Rollen 14 der Abzugzone 7 synchron zu den unterseitigen Rollen 11 angetrieben. Synchron zu den Rollen 10 der Blähzone 6 werden auch die seitlichen Rollen 15, 16 angetrieben, die ebenfalls über ein Zugmittel 25 antriebstechnisch verknüpft sind.
  • Mit 26 ist ein ortsfest angeordneter Antrieb bezeichnet, der eine Drehbewegung auf die vertikal, d.h. parallel zur Richtung der Pfeile 17 verschiebbar gelagerte Welle 27 überträgt, an deren unterem Ende ein die Verknüpfung mit den Rollen 13 bewirkendes Kegelradpaar 28 angeordnet ist. Sämtliche Wellen 27 stehen über den Antrieb 26 untereinander in Verbindung. Mit 29 sind flächenhafte Widerstandsheizelemente bezeichnet) die innerhalb des Gehäuses 1 unterhalb und oberhalb der zu behandelnden Masse 4 befinden und mit Öffnungen 30 zum Einleiten und Abziehen oxidierender Gase versehen sind, welche somit ober- und unterseitig auf die zu behandelnde Masse einwirken können.
  • Man erkennt aus der vorangegangenen Darstellung, daß die thermisch zu behandelnde blähfähige Masse 4 innerhalb der Vorrichtung in der Einschubzone 5 durch linienhafte Berührung gestützt, durch synchronen Antrieb der ober- und unterseitig angeordneten Rollen geführt ist, in der Blähzone 6 seitlich und unterseitig wiederum durch linienhafte Berührung unnachgiebig gestützt, jedoch zugleich gefördert wird, wohingegen oberseitig ebenfalls eine durch linienhafte Berührung charakterisierte Führung stattfindet, die jedoch unter einstellbarem Kraftaufwand zwecks Steuerung des Blähvorgangs nachgiebig ausgebildet ist und daß in der Abzugzone 7 wiederum eine, durch ober- und unterseitig unnachgiebig ausgebildete, durch linienhafte Berührung gekennzeichnete Führung und Förderung der geblähten Masse stattfindet. Die in der Blähzone 6 eingestellten Verfahrensbedingungen sind durch eine unter- und oberseitige steuerbare Beheizung, ein allseitiges Beaufschlagmittels oxidierender Gase und eine als Folge des Blähvorganges entgegen einer individuell einstellbaren Anpreßkraft der Rollen 13 erfolgenden Expansion der Masse 4 gekennzeichnet.

Claims (7)

  1. Verfahren zur Herstellung großformatiger poröser Formkörper geringer Dichte durch Blähen von in der Form eines Stranges vorliegender Tonmassen mittels Wärmezufuhr in einem Ofen, wobei die freien Oberflächen des Stranges zumindest in der Blähzone des Ofens mit oxidierenden Heißgasen beaufschlagt werden,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der in der Form einer plattenartigen, aus kompakten selbsttragenden Tonmassen vorliegende Strang während der Wärmezufuhr - bezogen auf seinen Querschnitt - allseitig durch mit Abstand zueinander angeordnete drehbare Rollen gestützt durch die Blähzone des Ofens geführt wird,
    daß die Warmezufuhr zu dem Strang schlagartig ausschließlich unter- und/oder oberseitig erfolgt und daß die Rollenabstützung des Stranges unterseitig sowie seitlich beiderseits unnachgiebig, oberseitig jedoch nachgiebig, und zwar entsprechend einer einstellbaren, auf den Fortschritt des Blähvorgangs abgestellten Gegenkraft erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    daß der oberseitig gerichtete Blähvorgang zusätzlich durch Einstellung unterschiedlicher Vorschubgeschwindigkeiten in der Einschubzone und der Blähzone des Ofens einerseits und dessen Abzugzone andererseits gesteuert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
    daß in der Blähzone der Blähvorgang bei gleichbleibender Temperatur durchgeführt wird.
  4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem zum Durchlauf des aus Tonmasse bestehenden plattenartigen Stranges eingerichteten Gehäuses (1), gekennzeichnet durch
    die - in Durchlaufrichtung des Stranges gesehen - Hintereinanderanordnung einer Einschubzone (5), einer Blähzone (6) und einer Abzugzone (7), parallel zueinander unter Belassung gasdurchlassiger Zwischenräume angeordnete Rollen (9,10;11;12,13;14), die in der Blähzone (6) oberhalb und unterhalb des Stranges zu dessen Stützung und Führung in Durchlaufrichtung in der Einschubzone (5) sowie der Abzugzone (7) zumindest unterhalb des Stranges angeordnet sind, wobei in der Blähzone (6) ferner seitlich beiderseits des Stranges zu dessen Stützung und Führung parallel zueinander und unter Belassung gasdurchlässiger Zwischenräume angeordnete Rollen (15,16) vorgesehen sind, eine feste Lagerung der unterseitigen Rollen (9,10,11) der Einschub- (5), Bläh- (6) und Abzugzone (7), eine feste Lagerung der beiderseitigen Rollen (15,16) der Blähzone (6) und eine nachgiebige, d h. entsprechend einer einstellbaren Gegenkraft ausgebildeten verschiebbaren Lagerung der oberseitigen Rollen (13) der Blähzone (6) und Öffnungen (30) oberhalb und/oder unterhalb des Stranges zum Einführen und Abziehen oxidierender Heißgase, wobei die unteren und oberen Rollen (9,10,12,13) der Einschub- (5) und der Blähzone (6) und die seitlichen Rollen (15,16) der Blähzone (6) einerseits sowie die unteren und oberen Rollen (11,14) der Abzugzone (7) andererseits jeweils synchron antreibbar sind.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß oberhalb und unterhalb des Stranges flächig verteilt Widerstandsheizelemente (29) angeordnet sind.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die oberseitigen Rollen (13) der Blähzone (6) einzeln verschiebbar angeordnet sind und durch Kolben (21) druckgeregelt unter gleichem Anpreßdruck auf dem Strang aufliegen,
    daß die Rollen (13) jeweils durch Bügel (18) gehalten werden, die zur Auflagekraftregelung mit dem Kolben (21) starr verbunden sind,
    daß zur Übertragung der synchronisierten Drehbewegung auf die Rollen (13) jeweils ein Kegelradpaar (28) vorgesehen ist, daß die Drehbewegung von der waagerechten Drehachse der Rolle (13) auf eine im Querschnitt vierkantförmige Welle (27) mit senkrechter Drehachse überträgt und
    daß die genannte Welle (27) zur Übernahme der Drehbewegung von einem ortsfesten Antrieb (26) eingerichtet und angeordnet ist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die oberen und unteren Rollen (9,12) der Einschubzone (5) sowie die unteren, oberen und seitlichen Rollen (10,13;15,16) der Blähzone (6) einerseits und die unteren und oberen Rollen (11,14) der Abzugzone (7) andererseits mit voneinander unabhängigen drehzahlregelbaren Antrieben in Verbindung stehen.
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