NO145004B - Fremgangsmaate for fremstilling av celleinndelte glasskuler - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte

for å fremstille ekspanderte glasskuler hvor en blanding som omfatter glasspartikler og et celledannende middel danner korn og at blandingen varmebehandles i kornform slik at det dannes gass fra det celledannende middel og smeltning av glasspartiklene, hvoretter de resulterende nydannede glasskuler avkjøles til fast tilstand.

Forskjellige fremgangsmåter er kjent for å fremstille

ekspanderte glasskuler.

En slik fremgangsmåte tar sitt utgangspunkt i en findelt gel som består av glassdannende stoffer og et celledannende middel. Enkeltporsjoner av den finfordelte gel føres inn i en ovn hvor partiklene oppvarmes til høy temperatur. Materialene som anvendes og fremstillingsbetingelsene er slik at slike deler omdannes til mikrokuler av glass. I industri-en er det et behov for ekspanderte glasskuler med forskjellige fysiske egenskaper i forskjellige prosesser. For noen slike formål er mikrokuler av glass ikke anvendelige. Der er behov for kuler med andre karakteristiske egenskaper.

Der et et spesielt og stort behov for ekspanderte glasskuler som har en flercellestruktur med lav massetetthet og som samtidig har en lav vanngjennomtrengelighet.

En kjent fremgangsmåte for å fremstille mangecellede glasskuler omfatter at man blander pulverisert glass med gassdannende materiale/ f.eks. findelt karbon, og oppvarmer blandingen slik at glasset mykner. Det myknede glass stivner til en monolitisk struktur som inneholder sluttede hulrom som er dannet ved ekspansjon av glasset. For å tilveiebringe ekspandert glassgranulat eller glasskuler må dette produktet knuses.

Den forannevnte fremgangsmåte passer ikke for øko-nomisk fremstilling av ekspanderte glasskuler hvor man på forhånd har bestemt størrelsen eller størrelsesområdet.

Etter at det ekspanderte glassprodukt er knust, må granulatet siktes for å trekke ut en fraksjon av granulatet innenfor et passende størrelsesområde og det granulerte produkt, uansett kornstørrelse, har utilfredsstillende egenskaper i forskjellig industriell anvendelse. Granulatet har en irregulær form og meget varierende styrke. Vannopptagningsevnen er ikke tilfredsstillende.

Man har foreslått å fremstille celleinndelte glass-

kuler ved å fremstille pellets eller korn fra en blanding som omfatter knust glass og karbonholdig materiale og å oppvarme pelletene under slike betingelser at i et første trinn fjer-

nes karbon fra overflatelagene av pelletene eller kornene før sintring av glasset finner sted. I et annet trinn oppvarmes pelletene eller kornene til en høyere temperatur for å brenne karbon inne i kornene og å frembringe celledannelse. Hensikten ved varmebehandlingskontrollen er å fremstille kuler som har et ytre skinn av ikke-celleinndelt glass som vil gjøre glasskulene stort sett ugjennomtrengelige for fuktighet. Det annet trinn i varmebehandlingen må derfor ikke føre ødeleggel-

se av det ytre skinn som er fremstilt i det første trinnet.

I praksis er denne kontrollen vanskelig å tilveiebringe.

De resulterende kuler har en massetetthet som er for høy for visse industrielle formål.

Et annet forslag for å fremstille ekspanderte glasskuler omfatter å blande glasspartikler med en vandig oppløs-ning av en alkalimetallsilikatoppløsning og et organisk celledannende middel for å fremstille en pasta som deretter formes til partikler før brenning hvor materialet omdannes til ekspanderte glasskuler. Forskjellige tilsatsstoffer er blitt foreslått for å forandre viskositeten i det opprinnelige medi-

um for å gjøre det lettere bearbeidbart. Som med alle prosesser av denne type, er der i denne prosessen et stort an-

tall forskjellige faktorer som påvirker egenskapene i de resulterende kuler. Man har ikke kunnet påpeke hvorledes man får kuler som har en lav massetetthet og lav vannopptagningsevne.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en fremgangsmåte hvor man lett kan fremstille ekspanderte glasskuler med en flercellestruktur, lav massetetthet og lav vannopptagningsevne på reproduserbar måte og i industriell målestokk.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det således tilveiebragt en fremgangsmåte til fremstilling av celleinndelte glasskuler, hvor en blanding omfattende glasspartikler og celledannende middel agglomereres til korn som deretter varmebehandles for å bevirke smelting av glasset og utvikling av gass fra det celledannende middel for dannelse av celleinndelte glasskuler som deretter avkjøles til stiv tilstand, idet de oppnådde avkjølte kuler får en massetetthet på høyst 0,5 g/cm^ og en vannopptagningsevne på mindre enn 15 volum-%, og denne fremgangsmåte er kjennetegnet ved at det anvendes et overskudd av det celledannende middel fra hvilket gass utvikles fullstendig eller i det vesentlige mens glassviskositeten er i området 10^'^-10^'^ pois, at temperaturen i ovnen hvori celledannelse finner sted ikke overskrider temperaturen tilsvarende en glassviskositet på 10 5 ' 5 pois,

og ved at oppholdstiden for kulene i ovnen er under 10 minutter .

Fremgangsmåten gjør det mulig å fremstille celleinndelte kuler med lav massetetthet og lav vannopptagningsevne på en lett måte. Fremgangsmåten omfatter et antall karakteristiske trekk som sammen bidrar til dette resultat. Oppsummert vedrører disse trekk (a) arten og mengden celledannende middel, (b) temperaturen i ovnen og (c) varigheten av varmebehandlingen.

Med hensyn til trekk (a), arten av det celledannende middel, så velges det slik at ekspansjonskreftene i sin hel-het eller stort sett oppstår mens glassviskositeten som nevnt, er i området 10^'^ til 10^'^ pois. Den minimale mengde av et gitt celledannende middel som kreves for å få de angitte resultater kan lett bestemmes ved prøver. Vanligvis finner det sted en gassutvikling som er meget større enn den som kan opptas av det smeltede glasset ved den temperatur og i den tid som anvendes. Fortrinnsvis velges det celledannende middel slik at gassutviklingen fra dette fullstendig eller stort sett finner sted mens glasset har en viskositet på under 7 65 10 ' pois. Denne faktor bidrar til at der dannes kuler med den krevede struktur.

I foretrukne fremgangsmåter, velges det celledannende middel slik at gassutviklingen fra dette fullstendig eller stort sett finner sted etter at stort sett alle eller nesten alle gasspartiklene som er blandet med det celledannende middel har nådd sintringstemperaturen. Denne betingelse forårsaker en meget jevn cellefordeling. Sintringstemperaturen avhenger av sammensetningen av glasset. Når man anvender partikler av vanlig sodaglass, som er foretrukket, finner sintringen stort sett sted ved temperaturer under 680°C og fortrinnsvis i området 600-650°C.

Med hensyn til trekk (b), må temperaturen i ovnen ikke overskride den som tilsvarer en glassviskositet på 10 ' pois. Dette sikrer at kulene ikke vil overoppvarmes slik at det ekspanderte glass ikke kan dannes til kuler med den krevede struktur. Ovnen kan ha en hvilken som helst temperatur under det nevnte maksimum forutsatt at temperaturen er tilstrekkelig for å smelte glasspartiklene i den tilgjengelige tid. Fortrinnsvis er ovnstemperaturen i området som tilsvar-5 5 7 5

er glassviskositeter på fra 10 ' til 10 ' pois. Dette ovnstemperaturområdet er tilstrekkelig, med relativt korte oppholdstider i ovnen, for å tilveiebringe det resultat at ekspansjonskreftene som skyldes gassutviklingen fra det celledannende middel oppstår fullstendig eller stort sett mens glassviskositeten er i området 10 ' til 10 pois. Vanligvis vil ovnstemperaturen være lavere dessto større glasskulene er.

Men hensyn til trekk (c), dvs. varigheten av varmebehandlingen, er det slik at hvis kulene holder seg i ovnen i for lang tid, vil glasset få en viskositet som er for lav for å danne kuler med den ønskede celleinndeling som inneholder innesluttet gass. På den annen side, hvis oppvarmings-perioden i ovnen er for kort, vil det være utilstrekkelig celledannelse og de avkjølte kuler vil ha en massetetthet som ligger over det tillatte maskimum på 0,5 g/cm 3. Den benyttede oppholdstid for kulene i ovnen er satt til under 10 minutter. Dessto mindre kulene er, jo kortere er vanligvis oppholdstiden.

Som eksempler på ovnestemperaturer og oppholdstider for kuler av forskjellige størrelser, kan man si at for kuler under 3 mm i størrelse kan ovnstemperaturen være 810-820°C med en oppholdstid på 2-3 minutter, og for kuler med størrelse større enn 3 mm kan temperaturen være 780-800°C med en oppholdstid opptil 7-10 minutter. Disse betingelser er gunstige for å forene en relativt høy ovnstemperatur, som forårsaker rask celledannelse, med behovet for å holde be-handlingsperioden for kulene i ovnen tilstrekkelig kort for å sikre at de ferdige kuler vil ha den ønskelige lave vannopptagningsevne.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen tillater at man får en massetetthet på mindre enn 0,5 g/cm 3 for kuler med en størrelse mindre enn 3 mm og under 0,2 enda under 0,15 g/cm^ for kuler med en størrelse på over 3 mm.

Kuler fremstilt ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen har en lav vannopptagningsevne. Dette skyldes arten av en lukket struktur uten at det nødvendigvis har noe med overflatehuden av ikke-celledannet glass å gjøre. Det er imidlertid underforstått at det ikke er nødvendig at overflaten av kulene er uten fordypninger. En overflate med fordypninger er i virkeligheten vanligvis typisk for kuler med en fullt celleinndelt struktur.

Det er bemerkelsesverdig at anvendelse av overskudd av ceiiedannende middel ikke er uforenlig med det formål at man skal. fremstille kuler med lav vannopptagningsevne. De to betingelser er i virkeligheten forenlige forutsatt at oppvarm-ingen av kulene begrenses som angitt ovenfor, slik at viskositeten i glasset er tilstrekkelig høy til at glasset dannes til den ønskede struktur seiv om gass unnslipper. Ved passende valg av ovnstemperatur og oppholdstid for kulene i denne, vil unnvikelse av gass fra kulene kunne holdes lav, samtidig som man kan.få celleinndeling av glasset selv i kjernen av de enkelte kuler. Et viktig forhold som må tas i betraktning er at vanligvis bør ikke kulene nå sin likevektstemperatur under varmebehandlingen for den temperatur og oppholdstid som velges.

Det celledannende middel foreligger fortrinnsvis opprinnelig i partikkelform i kornene. Fortrinnsvis ér partiklene av celledannende middel stort sett i det samme stør-relsesområde som glasspartiklene.

Selv om de.ønskede resultater ikke er avhengig av valget av et spesielt celledannende middel, er det foretrukket å anvende uorganiske celledannende midler og spesielt uorganiske metallsalter.

Det celledannende middel omfatter fortrinnsvis en forbindelse som dekomponerer og danner en gass. Celledannende midler i denne kategori har vist seg å være mest tilfredsstillende. Det anvendes fortrinnsvis kalsiumkarbonat som celledannende middel. Dette celledannende middel har vist seg å ha spesielt gode egenskaper i den foreliggende fremgangsmåte. Kalsiumkarbonat anvendes fortrinnsvis i mengder på 1,7-2,7 vekt-% (mest foretrukket er 1,9-2,2 vekt-%) beregnet på grunnlag av vekten av glasset.

Når man anvender andre uorganiske salter enn kalsiumkarbonat, er mengden som anvendes vurdert med hensyn på gassutvikling under varmebehandlingen, fortrinnsvis minst ekviva-lent til 1,5 vekt-% kalsiumkarbonat, beregnet på grunnlag av vekten av glasset. Vanligvis forårsaker dette det ønskede overskudd av gassutvikling.

Det celledannende middel som under varmebehandlingen inngår en kjemisk forbindelse, fører til gassutvikling. Metallnitrider slik som natriumnitrid og kaliumnitrid, er eksempler på celledannende midler som kan anvendes, men de er ikke så foretrukket som kalsium, ikke minst på grunn av prisen. I et annet eksempel anvendes karbon som celledannende middel.

I andre eksempler anvender man som celledannende midler en kombinasjon av karbon og et sulfat som under oppvarming oksy-derer karbon til CC^, eller en kombinasjon av et metallkarbid og et metalloksyd som reagerer i angjeldende temperaturområde med utvikling av CC^. Et celledannende middel som kan anvendes sammmen med partikler av høytsmeltende glass omfatter en kombinasjon av silisiumkarbid og tinnoksyd.

Som allerede nevnt, er det foretrukket å anvende vanlig sodaglass, men oppfinnelsen omfatter prosesser som definert foran hvor andre glasstyper anvendes. Det er hensiktsmessig å fremstille de opprinnelige glasspartikler ved å knuse avfallsglass. Denne knusing eller ett eller flere trinn av denne, kan utføres på en blanding av glass med partikler eller stykker av celledannende middel. Selv om dette vanligvis vil resultere i at de endelige partikler av celledannende middel er mindre enn glasspartiklene, er dette akseptabelt.

I visse fremgangsmåter har glasspartiklene en spesifikk overflate på minst 3000 cm 2/g. Dette er en annen faktor som hjelper dannelsen av kuler med den ønskede struktur i en kort tidsperiode og med et relativt lavt forbruk av varme.

Fortrinnsvis inneholder de opprinnelige korn glasspartikler og partikkelformet, celledannende middel, og vann anvendes som det eneste medium for å sikre at slike partikkelformede bestanddeler går sammen i korn. En slik iitgangsbland-ing kan lett fremstilles med lave omkostninger. Det er på-vist at hvis man anvender vann for å oppnå den opprinnelige sammenbinding av det partikkelformede utgangsmateriale i form av korn, gir ikke dette opphav til vanskeligheter ved behandlingen av kornene. Tvert imot, fraværet av rester av binde-middel etter at vann er fordampet, synes å bidra til at kornene omdannes til en fullt celleinndelt struktur med lav vekt. Videre synes det som om energiforbruket for å fremstille kulene er lavere.

Mengden vann i den opprinnelige blanding bør velges nøyaktig slik at vannet kan binde partiklene i blandingen til

r

tilstrekkelig sammenbundne korn. Fortrinnsvis har blandingen ., som kornene opprinnelig dannes fra en slik konsistens at der dannes korn ved naturlig utskillelse når massen føres over på en roterende pelletskive, og man benytter seg av en sl^-k naturlig tendens til utskillelse for å fremstille de nevnte korn.

Fortrinnsvis inneholder den opprinnelige blanding fra 10 til 20 vekt-% vann, beregnet på grunnlag av totalvekten av blandingen. For de fleste blandinger er den mest passende andel vann i dette området.

Som en rettesnor for å fremstille en opprinnelig blanding med passende egenskaper, har blandinger som har gitt gode resultater en konsistens slik at de individuelle korn i blandingen fremstilt ved naturlig utskillelse uten formings-trykk og med en størrelse på ca. 2 mm i diameter en knusnings-grad etter tørking på ca. 50% når de får falle fritt på en hard, fast overflate fra en høyde på 10 cm. Det er ikke på noen måte kritisk at kornene skal tilfredsstille denne prøve, men den er nyttig for å undersøke om den opprinnelige blanding har en passende andel vann og således en passende konsistens .

I visse foretrukne utførelser av oppfinnelsen, holdes kulene i rullende kontakt med hverandre under behandlingen i den celledannende ovn. Denne rullende kontakt fremmer frem-stillingen av velformede kuler og kan redusere graden av groper i overflaten av kulene. Den rullende kontakt kan lett tilveiebringes ved å anvende en roterende ovn. Den rullende bevegelse forhindrer gjensidig klebing av kulene til hverandre, men, hvis man ønsker dette, kan partikler av et materiale slik som feltspat, som holder seg fast ved den maksimale temperatur, blandes med kornene.

I andre foretrukne utførelser oppvarmes kulene i

løs tilstand i en varm gasstrøm i den celledannende ovn.. Denne måte å tilveiebringe kulene på i fri relativ bevegelse under celledanningen, gir også gode resultater. F.eks. kan den celledannende ovn være en vertikal ovn hvor en varm gass-strøm kontinuerlig stiger opp og bærer kornene oppover i ovnen under ekspansjonen og deretter gjennom en åpning som finnes på toppen av ovnen hvorfra kulene kan føres over i en celledannende sone av utløpsgassene.

Varmebehandlingen av blandingen som omfatter glasspartikler og celledannende middel, utføres for. eksempel i to adskilte trinn. I første trinn oppvarmes kornene av blandingen uten at de er i gnidende kontakt med hverandre tilstrekkelig til å forårsake sintring av glasspartiklene, men ikke nok til at man får ekspansjon av kornene. I dette annet trinn oppvarmes kornene av blandingen som er blitt oppvarmet i det nevnte første trinn, i den celledannende ovn, mens de er i fri relativ bevegelse, til en høyere temperatur slik at man får celledannelse, hvor den nevnte ovn har en maksimal-temperatur som ikke overstiger en temperatur som tilsvarer en glassviskositet på 10 5 ' 5 pois. Fortrinnsvis er temperaturen i den celledannende ovn i et område som tilsvarer en glassviskositet på 10 5 ' 5 til 10 7,' 5 pois som nevnt foran. Oppvarm-ingen i det første trinnet utføres fortrinnsvis i en ovn som stort sett holdes på konstant temperatur og slik at oppvarm-ingskurven stort sett er den samme for alle korn. F.eks.

kan kornene føres frem på et transportbånd, f.eks. et endeløst belte, gjennom en tunnelovn ved en temperatur i et område som tilsvarer en glassviskositet på 10^til 10^^ pois (og fortrinnsvis fra 10^'<5> til lO^<1>'^ pois). I dette området kan man få en god sintring og sintringen vil vanligvis finne sted mens kornene er i lett kontakt med hverandre.

Den forannevnte, totrinns varmebehandling anbefales siden den tilveiebringer de fortrinn som skriver seg fra den rullende kontakt med de nydannede kuler under den periode hvor de har sin høyeste temperatur uten at de opprinnelig dannede korn underkastes krefter som kan ødelegge dem i peri-oden før sintringen hvor de er relativt skjøre.

Man kan utgløde kulene etter at de har forlatt den celledannende ovn. Utglødingen omfatter en kontrollert av-kjøling av glasskulene gjennom det glassdannende området. Utglødning reduserer risikoen for sprekkdannelse av kulene p.g.a. en uheldig fordeling av påkjenninger. Utglødningen finner fortrinnsvis sted mens kulene føres gjennom en tunnelovn på et transportbånd. Temperaturgradienten langs tunnelen kan kontrolleres i forhold til hastigheten for kulene gjennom ovnen slik at kulene har en passende avkjølingskurve.

På den annen side kan man avkjøle kulene eller til-lates avkjølt ganske raskt etter celledannelsen i den celledannende ovn. Med andre ord, utglødes ikke kulene.

Avgjørelsen om utglødning skal finne sted eller ikke

i et gitt tilfelle, må avhenge av størrelsen av kulene. Hvis kulene er tilstrekkelig små, kan avkjølingen gjennom det glassdannende området utføres relativt raskt uten at det oppstår skadelige, sterke temperaturgradienter i kulene. Unn-latelse av utglødningsbehandling kan ofte aksepteres, spesielt når man fremstiller ekspanderte glasskuler med en størrelse på 3 mm eller mindre.

Oppfinnelsen omfatter fremgangsmåter hvorved den opprinnelige blanding ,som omfatter.glasspartikler og celledannende middel, formes til korn i størrelsesområdet 1,5-15 mm. Korn på" denne størrelse kan lett fremstilles.

Foreliggende fremgangsmåte kan anvendes for å fremstille celleinndelte glasskuler med forskjellig størrelse.

Som allerede antydet, avhenger størrelsen av de celleinndelte kuler stort sett av størrelsen av kornene ved begynnelsen av ekspansjonstrinnet i varmebehandlingen.

For å fremstille celleinndelte kuler over 3 mm i diameter, er det meget hensiktsmessig å fremstille den opprinnelige blanding som omfatter glasspartikler og celledannende middel til korn som har ca. halvparten av den ønskede kulestørrelse og å anvende disse korn som matningsmateriale for. å mate ovnen eller ovnene hvor glasspartiklene i de individuelle korn først sintres og deretter omdannes til ekspanderte glasskuler. De opprinnelig fremstilte korn, kan tørkes hvis dette er nødvendig før de føres inn i ovnen eller inn i den første ovnen hvis flere enn én anvendes.

Kornene kan før varmebehandlingen og/eller mellom sintringen og det cellendannende trinn i varmebehandlingen, underkastes knusing. Når man innfører et knusetrinn, kan den våte utgangsblandingen av glasspartikler og celledannende middel dannes til større korn enn det som ellers ville være nødvendig. Eventuelle problemer som er knyttet til dannelsen av den opprinnelige våte blanding til korn med meget liten størrelse kan unngås på denne måten. Fremgangsmåten er spesielt hensiktsmessig når det gjelder å fremstille celleinndelte kuler med en størrelse på mindre enn 3 mm. I visse utførelser, tørkes kornene som opprinnelig er fremstilt fra utgangsmaterialet og knuses deretter for å redusere størrelsen av kornene og de mindre korn anvendes som matingsmateriale i varmebehandlingen. I andre utførelser, underkastes kornene som opprinnelig er fremstilt fra utgangsmaterialet én første varmebehandling for å fremstille sintring av glasspartiklene i de individuelle korn, hvoretter disse korn knuses for å fremstille korn med mindre størrelse og disse mindre korn underkastes det annet trinn av varmebehandling for å frembringe ekspansjonen. Ved å tilpasse en av disse fremgangsmåter er det enkelt å fremstille ekspanderte glasskuler med meget liten størrelse, f.eks. kuler i størrelsesområdet 0,5-3 mm. De forskjellige fremgangsmåter kan selvsagt kombineres ved å inn-føre et tørke- og knusetrinn før det.første oppvarmingstrinn og et annet knusetrinn mellom denne behandlingen og det annet trinn i varmebehandlingen.

Hver av de alternative metoder for knusing før sintring og knusing etter, sintringen gir visse fordeler i forhold til den andre. Knusing før sintringen fører til en bedre varmeøkonomi siden varmetapene mellom sintringen og ekspan-. sjonstrinnene kan være null eller i hvert fall meget liten. Knusing av de usintrede korn krever mindre energi enn knusing' etter sintring, og for et gitt energiforbruk kan produksjons-mengden være høyere. I tillegg kan sintringen og ekspansjons-trinnene utføres i én og samme ovn. En slik kombinasjon av de to oppvarmingstrinnene har en tendens til å være mere gunstig hvis kornene har en liten størrelse,- dvs. 3 mm eller mindre.

Ved å utsette knusingen til etter sintringen får man viktige fordeler på grunn av den større sammenbinding i kornene etter sintringen, noe som gjør dem lettere å håndtere og behandle under masseprpduksjonsbetingelser. En ytterlig-ere viktig fordel,ved denne fremgangsmåten er at på grunn av den større størrelse av kornene før og under sintringstrinnet, er der mindre tendens for disse kornene å klebe under denne del av prosessen. Når man tilpasser denne alternative fremgangsmåte, behøver ikke varmetapene fra kornene etter sintringen være meget store. Det er ikke nødvendig at de sintrede korn avkjøles til værelsestemperatur før de knuses. Knusingen gjennomføres fortrinnsvis når kornene har en høy temperatur, dvs. i området fra 250-300°C.

Knusingen gjennomføres fortrinnsvis etter sintring

og rask avkjøling, noe som medfører oppsprekking av de sintrede korn, noe som gjør knusetrinnet enklere. På grunn av innføring av knusetrinnet, vil de sintrede korn som underkastes ekspansjonsbehandlingen ofte være mindre jevne og spesielt mindre avrundede i form enn det som ellers ville være tilfellet. Når man tar dette forhold i betraktning, er det anbefalt å oppvarme kulene til en tilstrekkelig høy temperatur i ekspansjonsovnen til at man får en avrunding av

kulene p.g.a. strømning av smeltet glass.

Når man fremstiller små kuler, er det en fordel med

en høy ekspansjonstemperatur for å fremme en lavere massetetthet i produktet.

Når man anvender et knusetrinn for kornene, er det foretrukket å fremstille et utgangsmateriale som omfatter korn som stort sett har en størrelse på under 1,5 mm, dvs.

de ligger i et størrelsesområde fra 0,25-1,5 mm. Fra slike små korn, kan man fremstille glasskuler i størrelsesområdet 0,5-3 mm ved varmebehandlingen. Slike kuler kan f.eks. ha en massetetthet på fra 0,28-0,47 kg/liter.

Hvis det er ønsket i en gitt fremgangsmåte å fremstille ekspanderte glasskuler som utelukkende befinner seg i et gitt lite størrelsesområde, f.eks. et område fra 0,5-3 mm som nevnt ovenfor, kan det knuste produkt siktes for å fjerne korn med en ikke hensiktsmessig størrelse og disse kan eventuelt resirkuleres.

Celleinndelte glasskuler fremstilt ved fremgangsmåtene ifølge oppfinnelsen kan anvendes til forskjellige industrielle formål, f.eks. som fyllstoff i formede legemer av syntetiske harpikser og andre materialer, og i betong. Dette vedrører kuler både av liten og større størrelser som nevnt ovenfor, dvs. over og under 3 mm i størrelse. Fremgangsmåtene gir kuler med avrundet form, som vanligvis tilnærmer seg kuleform. Den avrundede form er en fordel når det gjelder å anvende kulene som fyllstoff i betong eller i andre matriser siden de gjør det lettere å få en god fordeling av kulene i hele matrisematerialet.

Flercellede glasskuler fremstilt ifølge oppfinnelsen er karakterisert ved at de er tett besatt med celler og har en massetetthet på mindre enn 0,5 og fortrinnsvis mindre enn 0,2 g/cm 3 , og ofte mindre enn 0,15 g/cm 3 målt når størrelsen av kulene er over 3 mm.

Celleinndelte glasskuler ifølge oppfinnelsen har som nevnt, en volumvekt på høyst 0,5 g/cm<0> og

absorberer mindre enn 15 og fortrinnsvis mindre enn 10 volum-% vann når de senkes ned i vann ved romtemperatur i en periode av 24 timer i en atmosfære med 99% relativ fuktighet

Kulene kan ha relativt store og små celler, hvor gjennomsnittsvolumene av de relativt store celler er mange ganger større enn gjennomsnittsvolumet i de relativt små celler, og hvor fordelingen av celler er slik at de mindre celler er fordelt gjennom hele volumet av de deler av glasset som ut-gjør veggene som skiller de større celler.

Fig. 1 i de vedheftede tegninger er tilveiebragt ved hjelp av et elektronmikroskop med en forstørrelse på 100

ganger av den indre struktur av en celleinndelt glasskule ifølge oppfinnelsen i et størrelsesområde 8-16 mm. Man ser at der er en fordeling av større celler skilt av vegger som selv er besatt med mikroceller. Kulen er representativ for kuler som har de strukturelle trekk som er nevnt ovenfor. En samling kuler som vist i tegningen ble prøvet og viste seg å

ha en massetetthet på mindre enn 0,5 g/cm 3 og en vannopptagningsevne på mindre enn 15 volum-% bestemt ved den angitte nedsenkningsprøve.

I det følgende får man eksempler på en fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen.

Eksempel 1

Knust' sodaglass med en gjennonsnittlig kornstørrelse

på 6 mikron og med en spesifikk overflate på 3500 cm 2/g ble blandet med knust kalksten med en gjennomsnittlig korn-størrelse på 4 mikron i en mengde på 21,%, beregnet på grunnlag av vekten av glasset, pluss vann i en mengde på ca. 10 vekt-%, basert på den samlede vekt av glass og kalksten.

Blandingen ble grundig blandet og korn av bland-

ingen ble fremstilt ved å føre blandingen over på en roterende pelletsskive. Kornene som forlot skiven ble forsiktig fordelt som et enkelt kornlag på et belte av metalltrådduk hvorpå kornene med en størrelse ca. 5-10 mm ble ført gjen-

nom en tunnelovn som ble holdt på en temperatur fra 600-

650°C, noe som tilsvarer en glassviskositet på mellom ca. ^q10,5_^q9 p0is_ Kornene oppholdt seg i ovnen i ca. 13 minutter. Under en innledende periode på ca. 10 minutter ble kornene tørket og på denne tid hadde kornene fått ovnstemperaturen. Kornene holdt seg følgelig på denne temperaturen i ca. 2-3 minutter. Dette var tilstrekkelig til å for-

årsake at glasspartiklene igjennom overflatelagene i de individuelle korn ble sintret sammen. Kvaliteten av denne over-flates intr ing er viktig. Den kan ha en viktig innflytelse på egenskapene i sluttproduktet.

Disse overflatesintrede korn ble ført over i en roterende trommel ovn som ble holdt på en temperatur på 800°C (noe som tilsvarer en- glassviskositet på ca. 10 ' pois). Kornene oppholdt seg i denne ovn mellom 3 og 4 minutter. Iløpet av denne tiden holdt den kontinuerlige rotasjon av trommelen kornene i gjensidig rullende kontakt. Glasspartiklene myknet og kalkstenen dekomponerte med utvikling av CO^, noe som medførte celledannelse. Denne gassutvikling startet

"7 6 5 stort sett mens glasset hadde en viskositet under 10 ' pois og fortsatte mens viskositeten i glasset ble redusert til ca. 10 6 ' 5 pois. Kornene ble omdannet til celleinndelte glasskuler av størrelse som tilsvarer det dobbelte av størrelsen på de opprinnelige korn, og kulene var karakterisert ved en skummende glasstruktur med celler fordelt gjennom hele volumet av kulene. Disse kulene ble plassert på et transportbånd med et metallbelte hvorpå de ble transportert gjennom en utglødningstunnel hvor kulene ble redusert til utglødnings-temperatur (ca..500°C), hvoretter de ble holdt på denne temperaturen i 10-15 minutter. Kulene ble deretter raskt av-kjølt til værelsestemperatur. De fremstilte kuler hadde en massetetthet på mellom 0,12 og 0,18 g/cm .

Kulene hadde en lav vannopptagningsevne noe som går frem av det forhold at etter nedsenkning i vann ved værelsestemperatur i 24 timer viste det seg at kulene hadde absorbert mindre enn 7% vann. Vannabsorpsjonen etter at kulene i 24 timer var utsatt for 99% relativ fuktighet ved 20°C var mindre enn 0,25 vekt-%. Vannabsorpsjonen hadde en tendens til å være lavere for kuler med en massetetthet i det øvre området av det forannevnte massetetthetsområde og kan være så lav som 3 volum-? og mindre enn 0,1 vekt-? under de angitte betingelser.

Kulene hadde en knusestyrke i overkant av 15 kg, selv-for kuler med'den'laveste massetetthet.

Kulene hadde følgelig egenskaper som gjør dem meget anvendelige for anvendelse som tilsatsstoff ved fremstilling av keramiske eller andre formede blokker, eller ved bruk som termisk isolerende materiale, f.eks. i hulvegger.

Tallrike modifikasjoner kan gjøres til betingelsene

i forannevnte fremgangsmåte og man vil fremdeles få kuler med lav vannopptagningsevne og lav massetetthet. En utgangs-blanding med en mengde på 2,25% kalksten basert på glassvekten ble anvendt. Kulene som ble fremstilt hadde egenskaper som tilsvarte de som er gitt ovenfor. Kuler med ennå bedre egenskaper ble fremstilt ved en fremgangsmåte som beskrevet ovenfor, men under anvendelse av sodaglasspartikler med en høyere spesifikk overflate, dvs. opptil 7000 cm 2/g. Utgangsblanding-er med opptil 20 vekt-% vann har vært anvendt med hell.

I en annen modifikasjon, ble kornene av blandingen etter at de var fremstilt ved pelletiseringsskiven og tørket tilført en ovn som ble holdt på en temperatur på 800°C.

Under oppvarming av kornene i denne ovn, fikk man først sintring av glasspartiklene og deretter gassutvikling som forårsaket celledannelse og omdanning av kornene til glasskuler. Denne fremgangsmåten som benyttet et enkelt varmebehandlings-trinn var ikke så lett kontrollerbar med hensyn på å fremstille kuler med samme kvalitet som de man fikk med den fremgangsmåten som er beskrevet ovenfor hvor varmebehandlingen foregår i to forskjellige trinn i forskjellige ovner.

Fig. 2 i de vedheftede tegninger viser skjematisk

en innretning som kan anvendes for å fremstille ekspanderte kuler ved en fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen som beskrevet ovenfor. Fremgangsmåten utføres ved hjelp av innretningen på følgende måte.

Blandingen av glasspartikler og celledannende middel leveres fra trakten 1 over på transportbåndet 2 som mater blandingen over på en skråttstilt roterende plate 3 som kontinuerlig sprøytes med vann fra sprøyteinnretningen 4. Det resulterende pastalignende medium føres fra platen i form av korn og disse korn spres ut langs et trådnettsbelte i en tunnelovn 5. Under transport gjennom denne ovnen oppvarmes kornene ved hjelp av varme gasser, en generator 6 gjennom tilførselsledninger slik som 7, og ved varme gasser som er gjenvunnet fra senere prosesstrinn gjennom tilførselsledninger slik som 8. I ovnen 5 tørker kornene og sintringstrinnet i varmebehandlingen utføres. Temperaturen i ovnen 5 er mellom 600 og 650°C slik at man får sintring av glasspartiklene i overflatelag av kornene.

Kornene som kommer ut fra ovnen 5 mottas av et vibrerende transportbånd 9 hvor feltspat fordeles fra trakten 10. Feltspaten tjener til å forhindre at kornene kleber til veggene av den celledannende ovnen hvor det annet trinn av varmebehandlingen utføres. Det vibrerende transportbånd 9 fører kornene til en roterende ovn 11 av kjent type som oppvarmes ved hjelp av varme gasser en generator 12. Temperaturen i ovnen 11 er ca. 800°C. Celledannet middel aktiveres deretter og viskositeten i glasset i glasspartiklene i de individuelle korn senkes tilstrekkelig til at glassét integreres til en monolitisk masse. Dette fører til at kornene omdannes til celleiindelte glasskuler.

De ekspanderte kuler som forlater den roterende

ovn 11 føres deretter gjennom en utglødningsovn 13 med et kjølesystem 14.

Eksempel 2

Knust sodaglass med en gjennomsnittlig kornstørrelse på 6 mikron og en spesifikk overflate på 3500 cm 2/g blir blandet med knust kalksten med en gjennomsnittlig kornstør-relse på 4 mikron i en mengde på 2,1% beregnet på grunnlag av vekten av glasset, pluss vann i en mengde på ca. 10 vekt-% beregnet på grunnlag av den samlede vekt av glass og. kalksten.

Blandingen ble høyaktig blandet til en pasta på

et brett eller en skive som dannet korn av pastaen og disse ble forsiktig fordelt som et enkelt kornlag på et metallduk-belte hvorpå kornene som hadde en størrelse på ca. 8-10 mm ble ført gjennom en tunnelovn som ble holdt på en temperatur på fra 650-680°C (noe som tilsvarer en glassviskositet på 9 8 5

mellom ca. 10 og 10 ' pois). Kornene ble holdt i ovnen i ca. 15 minutter. Under den opprinnelige periode på ca. 10 minutter ble kornene tørket og på det tidspunkt hadde kornene kommet opp i ovnens temperatur. Kornene ble,følgelig r holdt på denne temperaturen i ca. 5 minutter. Dette var til-

strekkelig til å forårsake glasspartiklene i overflatelag i de enkelte korn å sintres sammen. Kvaliteten av denne over-flatesintring er ofte viktig siden den har en viktig innflytelse på egenskapene i sluttproduktet.

Disse overflatesintrede korn ble deretter raskt av-kjølt til en temperatur på ca. 250-300°C for å forsøke å frembringe sprekking av kornene og de ble umiddelbart underkastet knusing mellom knusevalser. Kornene fra knusingen ble siktet for å fjerne meget små partikler, hovedsakelig av glass, som ble resirkulert til den pastadannende stasjon ved begynnelsen av produksjonslinjen. Resten av de knuste, sintrede korn, var i størrelsesområdet 0,25-rl,5 mm.

Disse meget små, sintrede korn ble deretter ført over i en roterende trommelovn som holdt en temperatur på 810-820°C, noe som tilsvarer en glassviskositet på ca. 10^'^-10 6 pois, og de ble holdt i denne ovnen i 2-3 minutter. Under denne tidsperioden, ble kornene holdt i kontinuerlig rullende kontakt ved at rommelen ble rotert: Glasspartiklene myknet, og kalkstenen dekomponerte under utvikling av CC^, noe som forårsaket celledannelse, og kornene ble omdannet til celleinndelte glasskuler. Utviklingen av CO- startet stort sett mens glassviskositeten var under 10 ' pois og fortsatte mens viskositeten i glasset ble redusert til ca. 10^'^ pois. Kulene ble karakterisert ved at de hadde en skummet glasskjernestruktur hvor cellene var fordelt gjennom hele kulevolumet. Tilsatsen av feltspat eller andre anti-klebende stoffer er nyttig for å unngå en tendens hos kornene til å knytte seg til hverandre eller til trommelveggen.

Kulene ble redusert til utglødningstemperatur (ca. 500°C) og ble holdt på denne temperatur i 10-15 minutter. Kulene ble deretter raskt avkjølt til værelsestemperatur.

De celleinndelte kulene hadde en størrelse som var ca. det dobbelte av størrelsene i de knuste, sintrede korn, dvs. i området 0,5-3 mm, og de hadde en massetetthet fra 0,28-0,47 kg/liter ifølge størrelsen. Kulene hadde en meget lav vannopptagningsevne som tilsvarte en vannabsorpsjon på ca. 5-6% etter 24 timers nedsenkning i vann ved værelsestemperatur. Vannabsorpsjonen hadde en tendens til å være lavere ettersom massetettheten øker til den øvre ende av det forannevnte massetetthetsområde.

En fremgangsmåte ifølge de forangående spesifikke eksempler kan utføres - i en innretning som beskrevet i forbindelse med eksempel 1 under henvisning til fig. 2 med til-sats av en passende knuser for de sintrede korn.

I en modifikasjon av den forannevnte prosess ble kulene som forlot den roterende ovn raskt avkjølt til værelsestemperatur uten at kjølingen ble avbrutt av utglødningstemp-eratur. Man så lite til eventuell sprekkdannelse i de av-kjølte kuler.

I en annen modifikasjon ble kornene som forlot den roterende skive tørket og de tørkede korn underkastet et knusetrinn for å redusere dimensjonene. Kornene i området 0,25-0,5 mm ble holdt igjen og fordelt på metallnettbelte for sintringstrinnet og fremgangsmåten ble fortsatt som beskrevet ovenfor, bortsett fra at knusetrinnet mellom sintringen og det celledannende trinn ble utelatt. De endelige kuler hadde en lav vannopptagningsevne. Massetettheten var ca. 0,4 5 kg/liter.

Den roterende ovn i innretningen kan erstattes med

en vertikal ovn hvor de knuste, sintrede korn føres oppover av varme gasser og derved oppvarmes for å frembringe omdannel-se av kornene til ekspanderte glasskuler før de forlater ovnen med utløpsgassene.

c

Claims (6)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av celleinndelte glasskuler, hvor en blanding omfattende glasspartikler og celledannende middel agglomereres til korn som deretter varmebehandles for å bevirke smelting av glasset og utvikling av gass fra det celledannende middel for dannelse av celleinndelte glasskuler som deretter avkjøles til stiv tilstand, idet de oppnådde avkjølte kuler får en massetetthet på høyst 0,5 g/cm 3 og en vannopptagningsevne på mindre enn 15 volum-%, karakterisert ved at det anvendes et overskudd av det celledannende middel fra hvilket gass utvikles fullstendig eller i det vesentlige mens glassviskositeten er i området 10 6 ' 5 -10 8 ' 5 pois, at temperaturen i ovnen hvori celledannelse finner sted ikke overskrider temperaturen tilsvarende en glassviskositet på 10 5 ' 5 pois, og ved at oppholdstiden for kulene i ovnen er under 10 minutter.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det celledannende middel velges slik at gassutviklingen fullstendig eller stort sett finner sted mens glasset har en viskositet på under 10 7 ' 65 pois.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at temperaturen i den cellendannende ovn er i området som tilsvarer en glassviskositet på 10 5 ' 5 -10 7 ' 5 pois.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det som celledannende middel anvendes kalsiumkarbonat som er tilstede i en mengde på 1,7-2,7 vekt-% beregnet på vekten av glasset.

5. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de fore-gående krav, karakterisert ved at vann anvendes som det eneste medium for å forårsake at de parikkelformede bestanddeler knytter seg til hverandre i form av korn.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at den opprinnelige blanding inneholder 10-20 vekt-% vann beregnet på grunnlag av totalvekten av blandingen.