NO794067L - Fremgangsmaate til fremstilling av poroese, keramiske formlegemer - Google Patents

Description

Fremgangsmåte ved fremstilling av porøse, keramiske formlegemer.

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte ved fremstilling av porøse keramiske formlegemer, spesielt lett murstein, ved hvilken et råmateriale, spesielt leirmateriale, til-blandes et porøsitetsgivende middel før pressingen hvorav en gass oppstår ved.brenning.

I mursteinsindustrien har det lenge vært kjent for å forbedre varmeisolasjon til murstein og tilsette råmaterialet fordampbare de brennbare porøsitetsgivende midler. En artikkel i tidsskrif-tet "Ziegelundustrie" 9. (1978), side 500 - 516 inneholder en oppsummerende artikkel hvori det er angitt mer enn 30 littera-turhenvisniriger som befatter seg med dette tema.

Blandt de tallrike angitte porøsitetsgivende midler har bare noen få fått praktisk betydning.

Sterkest utbredt er antagelig anvendelsen av polystyrolskum. Dette materialet tisettes i form av kuler med tverrsnitt mellom

1 og 4 mm. En finkornandel er ikke tilstede. Derfor mangler mikroporøsiteten i de ferdige murstein, som er særlig viktig for å oppnå høy varme isolasjon. Den maksimalt tilsettbare mengde er temmelig snevert begrenset, fordi det i stor grad ikke blir tilbake tilstrekkelig steg mellom de dannede huller, slik at styrken blir lav og ujevn. Derfor er det ved tunge leirmaterialer knapt mulig å oppnå de krevde verdier. Allerede i opp-varmingssonen forgasses polystyr-olmaterialet ved ca. 160°C. Gjennom den unnvikende gass danner det seg utad åpne kanaler i mursteinene. Den i og for seg høye varmeverdien til materialet går uutnyttet gjennom pipa. Avgassene belaster omgivelsene når de ikke fjerhes gjennom dyre etterforbrenningsanordninger. Små-kule.ne sammentrykkes ved pressing av de rå murstein til I halvparten av sitt opprinnelige volum. Som følge av materialets kompressibilitet har brikkene alltid tendens til å utvide seg etter pressingen, ved skjeve eller sprukne.

Dette tvinger mursteinsfabrikantene til å holde til-setningene relativt lave, slik at det avhenger av råmaterialets art knapt er mulig å oppnå den krevede porøsitetsgrad. På den annen side får man ved kompressibiliteten til polysterenskummet også en viss fordel. De småkuler som er innesluttet nær over-flaten trykker nemlig ved sin utvidelse etter pressingen noe av det omliggende fuktige rå leirmateriale utover. Derigjennom oppstår uregelmessig formede fremspring som også forblir etter den etterfølgende brenning. De gjør porestrukturen optisk ty-delig synlig og gir spesielt den ferdige mursteinen en egenartet ru overflate hvorpå pussen heftes spesielt godt.

En viss betydning har også tilsetning av sagmel fått som porøsi-tetsgivende middel. Dette har alltid en fiberaktig eller nål-aktig struktur. Derigjennom forstyrres flyteforholdene ved pressingen. -Kraftbehovet tiltar betraktelig. Kompresjonen blir uregelmessig, og det danner seg skjiktstrukturer som nedsetter styrken og frostmotstandsevnen. Sagflisen forbrennes i ovnen ved temperaturer over 500°C. Herigjennom vanskeliggjøres ovns-driften. For utbrenningen kan bare skje langsomt, fordi det nødvendige oksygen på den ene side bare difunderer langsomt inn og på den annen side frigjør en for rask utbrenning for store varmemengder på grunn av den høye varmeverdien, hvilket ved rask. utbrenning fører til glør og ødeleggelse av mursteinsformene.

Av sistnevnte grunn er overhodet bare en relativ tilsetning mulig og derfor også bare en lav porøsitet oppnålig. Ofte er utbrenningen bare ufullstendig. Det blir tilbake svarte kjerner fylt med rester, som bevirker en forsemring av varmeisolasjonen og styrken, påvirkes utseende sterkt og fører til fare for etter-glødning.

Andre kjente tilsetninger som bare har fått liten praktisk betydning er f.eks. torv, kullstøv, perlit, kornspeltser eller flota-sjonsberg. Ved disse opptrer i det vesentlig lignende ulemper som hos de førstnevnte stoffer.

Anvendelse av kork er også kjent. Denne blir imidlertid bare an-vendt ved spesielt høyverdig stein for spesialformål i praksis på grunn av sin høye pris.

Til grunn for oppfinnelsen ligger den oppgave å tilveiebringe en fremgangsmåte ,av den innledningsvis nevnte art, som under anvendelse av'billig poøsitetsgivende middel som kan fremstilles fra riklig tilgjengelig utgangsmaterialer ved normal ovnsdrift uten forstyrrende rester, uten- omgivelsesbelastnihg og uten overopphetning av ovnsendmaten tillater en utnyttelse av varmeverdien som ligger i det porøsitetsgivende middel og derved gir formlegemer, spesielt lett murstein, med høy styrke, god varmeisolasjon og god formstabilitet, og hvor man på den ene side får en gurv-_ stig overflatestruktur og på den annen side en høy porøsitets-grad uten at det opptrer forstyrrende deformasjoner eller sprek-_ker.

Denne oppgave løses ifølge oppfinnelsen ved de handlinger som j er angitt i krav l's karakteriserende del.

Derved tilsvarer de to angitte utgangsstoffer en og samme bpp-finnelsestanke: Både ved malt trebark og ved skumkull dreier det seg om et brennbart materiale hvis varmeverdi er relativt lav ved løs, porøs struktur i sammenligning til et materiale be-stående av massive korn. Denne varmeverdi kommer ovnsprosessen til nytte ved utbrenning og muliggjør en betydelig brennenergi-sparing. Den er imidlertid lav nok til å unngå en materia-lbe-skadigelse ved overop<p>heting. Tross den løse strukturen er granulatet mekanisk stabilt og praktisk talt inkompresibelt.

Skumkull lar seg fremstille under anvendelse av stein eller brun-kullstøv eller karbonholdige avfall så som flyveaske under til-setting av skum. Derved er :forvolumet til det ferdige skumkullet omtrent tre til fire ganger så stort som for utgangsstoffene,

og varmeverdien er tilsvarende nedsatt.

Barken får man i treindustrien ved avbarkning for behandling av bestemte felte stammer av forskjellige typer i .store mengder s.om verdiløst avfall, og dette står derfor nesten gratis til rådig-het. Da barken hittil knapt kunne utnyttes, måtte den enten legges på depoer, føres til et forbrenningsanlegg eller, for å unngå så vidt mulig en beskadigelse av jorden gjennom det høye garyesyreinnholdet, fordeles over store flater i skogen. I et hvert tilfelle var fjerningen forbundet med betydelige omkost-ninger.

De i krav 2.angitte barkarter utmerker seg ved en spesielt løs, porrik struktur på grunn av den relativt raske veksten til nåle-trær.

Ifølge krav 3 ligger varmeverdien

fortrinnsvis i et område, som er ca. 1/10 til 1/2, av varmeverdien til løst brunkull av middels kvalitet. Det' nøye valg av den optimale varmeverdi avhenger fremfor alt av mengden av det nødvendige porøsitetsgivende middel.

I følge krav 4 bør kornstørrelsen fortrinnsvis være begrenset; slik at spesielt ved hullete murstein ikke fastheten til de gjenblivende steg påvirkes av for store porer.

Ved avstemning av kornstørrelsen til tett kulepakning ifølge krav 5 oppnås at også porene i mursteinene danner en tett pakning, uten at fastheten påvirkes altfor mye. Derunder er det viktig, at også en finkornandel er tilstede som sørger for den spesielt ønskede mikroporøsitet.

Om nødvendig lar finkornandelen seg øke ved tilsetning av sagflis ifølge krav 6. Under sagflis forstås herunder fortrinnsvis slipe-masse som har en mer kornet enn fiberaktig struktur,

i det kornstørrelsen bør ligge under 1 mm»

Gjennom handlingen ifølge krav 7, oppnås at det porøsitetsgi-vende middel lar seg spesielt lett innblande i det rå leirmateriale når dette har den foreskrevene fuktighet for videre behan-dlingen.

Når imidlertid det rå leirmateriale er for vått eller for tørt, innstilles gjerne fuktigheten til det porøsitetsgivende middel ifølge krav 8 således at totalblandingen når den foreskrevne fuk-tighe.t.

Optimale egenskaper oppnår man i de fleste tilfeller når andelen av polyseterenskumsmåkuler ligger i det området som er angitt i krav 9.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen går man f.eks. frem på føl-gende måte: med et i handel vanlig skumapparat fremstiller man fra en blanding av ca. 99 % vann og ca. 1 % skumkonsentrat (vaske-middel , fettalkoholsulfat,■alkylsulfonat eller lignende) et stabilt, mikroporøst skum, hvis densitet bare er ca. 30 - 60 g/l.

Av dette fremstilles av separat en blanding av følgende bestanddeler:

Denne blandingen blandes med 1,4 vektdeler skum og blandes f.eks. kraftig i en betongmikser eller en dobbeltakselmikser. Derved oppstår en skumaktig masse med pastakohsistens. Denne granuleres idet den først f.eks. trykkes gjennom en hullplate med en skrue. Strengen tørkes og males. Det malte godset har allerede kontinuerlig kornstørrelsesspektrum som kan komme temmelig nær en tett pakning. Ved frasikting kan kornstørrelses-spekteret optimaliseres videre, slik at man f.eks. får følgende fordeling:

Det således erholdte materiale er også i tørr tilstand en løs skumstruktur. Kornene er stabile og ikke kompresible. Materialet kan sendes og lagres.

Materialets fuktighet innstilles slik at det stemmer overens med råleirens fuktighet som er optimal for pressingen.'Dette ligger i alminnelighet mellom 17 og 37 %. Ved denne fuktighet

i

kan det porøsitetsgivende middel fremdeles strømme, da vann-innholdet er kapilart bundet som følge av den porøse struktur.

Ved lette rå leirmaterialer er en tilsetning på 10 til 20 volumprosent tilstrekkelig til å oppnå en produktvekt på maksimalt 1,45 kg/l. Ved tunge leirmaterialer ligger den nødvendige mengde av porøsitetsgivende middel på ca. 25 til 40 %. Disse mengder lar seg som følge av den gunstige kornformen og overflatebeskaf-fenheten til det porøsitetsgivende middel lett innblande. Det er til og med mulig å tilsette betydelig større mengder og på denne måten redusere produktvekten langt under den foreskrevne størrelse hvilket knapt kan oppnås med vanlige porøsitetsgivende midler.

Det har vist seg at blandingen lar seg presse med betydelig nedsatt kraftforbruk. Ved et forsøk med pressen ble en strøm-styrke på 40 A målt i sammenligning med 100 A ved anvendelse av et vanlig porøsitetsgivende middel. Åpenbart forbedres flyte-evnen betydelig gjennom skummiddelet, slik at partiklene lar seg innordne' med liten motstand i den gunstigste spenningsfrie stilling. De uønskede uralstukturer, hvilke som kjent oppnås i skrupressen gjennom hastighetsdifferansen mellom strengens midtpunkt og de ytre områder, opptrer ikke lenger.

Ved brenning av mursteinene brennes det porøsitetsgivende middel fullstendig i løpet av normal brenntid. Det oksygen som dif-fuderer inn fra ovnsatmosfæren i forbindelse med det oksygen som er innesluttet i de skummede legemer er tilstrekkelig for dette. Det dannede karbondioksyd unnviker åpenbart gjennom dif-fusjon. I hvertfall observeres ingen gasskanaler hos de ferdige murstein. Det porøsitetsgivende middels varmeverdi kommer brennprosessen fullstendig til nytte. Er f.eks. det porøsitetsgivende middel's varmeverdi 8 x 10 3 kJ/kg og man går ut fra en tilsetning på 30 volumprosent til det rå leiremateriale, får man en

5 3

varmeinnsparing på ca. 8 x 10 kJ/m hullet murstein.

I et nøytralt laboratorium ble en serie murstein, hvilke var brent under tilsetning av 30 % av det ifølge oppfinnelsen fremstilte porøsitetsgivende middel i et normalt produksjonsanlegg

(murstein 1) med murstein, hvilke var fremstilt i det samme an-legg under tilsetning av 50- volumprosent polysterenskumkuler (murstein 2)'. Man fikk følgende middelverdi:

■ Varmeledningsevnen ble bestemt ifølge den varmetrådmetode som er foreskrevet i Norm DIN 51 048. Varmetrå-metoden i erfarings-messig ca. 30 - 50 % høyere verdi i sammenligning med den i Tyskland hittil mest anvendte kalorimetriske metode (f.eks. iføl-ge ASTM) eller i sammenligning med sammenligningsmetoden. Dette må tas hensyn!til ved en sammenligning av de angitte resultater med de verdier som foreligger i faglitteraturen. Med hensyn til disse egenskaper stemmer verdiene hos begge ,mur-steinstyper altså praktisk talt overens. Ifølge offentlige for-søksresultater ble det dog fastslått en midlere trykkfasthet på 2 ' 2 • 11,3. N/mm for murstein 1 i sammenligning med 7,5 N/mm hos vanlig murstein som var fremstilt under anvendelse av skummet polystyren.

Fremgangsmåten lar seg variere innenfor rammen av kravene på mange måter. Således kan det porøsitetsgivende middel, til forskjell fra det angitte eksempel, istedet for brunkullstøv naturligvis også inneholde steinkullstøv når dette er lettere tilgjengelig. Det er ingen ting i veien for å anvende et skumkull, hvis karbonandel er betydelig større enn i det angitte eksempel. Man kan også innføre karbonet helt eller delvis i form av flyvaske. Det således fremstilte porøsitetsgivende middel har en spesielt lav varmeverdi. Det kan også inneholde ytterligere varmeverdinedsettende fyllstoffer så som perlitt. Istedet for den nevnte sulfittavlut kan det også inneholde andre binde-midler så som gips, vannglass, stivelse eller dekstrin.

En annen variant av fremstillingen av det porøsitetsgivende middel består i at trebarken og/eller sagflisen i våt tilstand blan-i des med skummiddel og at de øvrige faste stoffer deretter til-blandes. Det er også mulig først å bare blande kullet, eventuelt sammen med inerte bestanddeler så som fyllstoffer og biride-midler med skum, og granulere, tørke og male og deretter blande det derved erholdte produkt med malt bark og/eller sagflis. Derved oppfyller barken fremfor alt grovkornområdet, og sagflisen oppfyller finkornområdet. Da sagflisen har en relativt høy, men barken derimot lav varmeverdi, lar også varmeverdien av totalblandingen seg i en viss grad regulere gjennom valget av blan-dning s forholde t .

Forholdet bark til skumkull kan dog varieres avhengig av den ønskede fuktighet hvormed det porøsitetsgivende middel må tilsettes det rå leirmateriale. Når en meget stor fuktighet er hensikt-messig fremgangsmåteteknisk - f.eks. fordi det rå leirmateriale skal tørkes - velges en stor andel bark. En normal fuktighet på f.eks. 35 % lar seg imidlertid også oppnå med rent skumkull uten at stfømningsevnen påvirkes.

For mange anvendelsestilfeller kari finfordelt bark og skumkull skiftes ut med hverandre på grunn av den store overensstemme-lsen til de fremgangsmåtevesentlige egenskapene. Utvalget kan foretas ut fra tilgjengelighets og prishensyn. Det er praktisk1 talt alltid mulig å holde varmeverdien innenfor det gunstigste område gjennom tilsetning av- inert materiale. _

Når_også' polystyrenskumkulér tilsettes blandes disse med de øvrige-bestanddeler av det porøsitetsgivende middel. Om nødvendig kan de . forut omhylles med et skjikt av filt for å lette innblandingen i det rå leirmaterialet. Da kulene som anvendes i mursteinsfremstil-ling som kjent har tverrsnitt på ca. 1 - 4 mm, males og/eller fraskjiktes de øvrige bestanddeler forut, slik at partiklene hovedsaklig ligger i et kornstørrelsesområde under 1 mm. På denne måte kan det oppnås at totalblandingen for kornstørrelsesfor-deling som omtrent tilsvarer en tetteste kulepakning. Hulrom-mene som foreligger mellom polysterenkulene utfylles, hovedsaklig av de mer finkornete øvrige bestanddeler. Dette gunstige korn-størrelsesspektrum som ikke kan oppnås med polysteren-skumkuler alene, er meget viktig for å oppnå en høy porøsitetsgrad med ut-preget mikroporøsitet.

Det således fremstilte porøsitetsgivende middel blandes med rått leirmateriale. Av blandingen presses på vanlig måte mursteins-klosser. Polystyrenet spaltes i ovnen allerede i oppvarmings-, sonen, etter at en temperatur på ca. 160°C er nådd. De øvrige bestanddeler i det porøsitetsgivende middel forbrenner ved temperaturer over 400°C.

Sammenlignet med eri fremgangsmåte hvor alene polystyrenskumkuler anvendes som porøsitetsgivende middel, har denne fremgangsmåte-variant fremfor alt den fordel at - beregnet på volumet kan

- en vesentlig større mengde porøsitetsgivende middel kan tilsettes. Polystyrenskumkulene sørger for en ru overflate. Mengden av dem kan imidlertid holdes så lav at de ikke er i stand til å deformere mursteinsklossene eller forårsake sprekker i den. De øvrige bestanddeler bidrar riktignok betydelig til porøsite-ten, men har ingen som helst tendenser til å deformere klossene, da de er praktisk talt imkompresible og følgelig ikke utøver noen tilbakeføringskrefter. De kan derfor uten fare tilsettes

i store mengder.

Selvfølgelig kan den utnyttbare varmeverdien til det porøsitets-givende middel påvirkes betydelig ved tilsetningen av polystyren. Som forut nevnt forblir den i og for seg høye

varmeverdien til polystyrenet uutnyttet. Gjennom passende sam-mensetning av de øvrige bestanddeler i det porøsitetsgivende middel i henhold til hovedansøkning kan varmeverdien til totalblandingen innstilles nettopp slik at den kommer til nytte ved brennprosessen uten at det blir svarte kjerner tilbake og uten at man må frykte for overopphetning. I mursteinsfabrikker som er innstilt på å anvendes polystyrenskum er bare en ny innstil-ling av ovnsføringen nødvendig for dette. Tilsvarende varmever--dien til den porøsitetsgivende middel får man en betydelig varmeinnsparing.

Nettopp for de sistnevnte mursteinsfabrikker er fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen spesielt egnet. Disse har allerede de nød-vendige skorsteiner eller etterforbrenningsanordninger som er nødvendige f or å fjerne de skadelige spaltningsgasser fra polystyren som blir fri ved brenningen.

Fremgangsmåten er imidlertid også egnet for andre mursteinsfabrikker uten dyre tilleggsanordninger. For å oppnå de fordelak-tige virkninger er i mange tilfeller allerede en relativt liten polysterenandel tilstrekkelig, slik at de maksimalt tillatelig emisjonsverdier kan underskrides.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av porøse kjeramiske formede legemer,- spesielt lett murstein, hvori et råmateriale, spesielt leirmateriale, tilsettes et porøsitetsgivende middel før pressing, hvorav en gass dannes ved brenning, karakterisert ved at det som porøsitetsgivende middel anvendes findelt bark og/eller skumkullgranulat, eventuelt i kombinasjon med polystyrenkuler.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det anvendes bark av edelgran, gran eller furu.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det anvendes et porøsitetsgivende middel med en varmeverdi fra 1 til 6 x 10 6 kJ/m 3, fortrinnsvis 1 til ; 4 x 10 6 kJ/m 3beregnet på pulvermateriale.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1-3, karakterisert ved at den maksimale kornstørrelsen til det porøsitetsgivende middel begrenses til 5 mm ved frasikting. \

5. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-4, karakterisert ved at.kornstørrelsesspekteret avstemmes på tetteste pakning.

6. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-5, karakterisert ved at granulatet ytterligere tilsettes sagflis.

7. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-6, karakterisert ved at fuktighetsinnholdet "til det. porøsitetsgi-vende middel før blandingen med råleiren som allerede har den foreskrevne, fuktighet innstilles på det rå leirmaterialets fuktighet.

8. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-6,' karakterisert ved at fuktighetsinnholdet til det porøsitets-givende middel sammen med fuktighetsinnholdet til det rå leirmateriale tilsvarer den foreskrevne fuktigheten til totalblandingen.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1-8, karakterisert ved at andelen av polysterenskumkuler utgjør 20 til 60 % av hele pulvervolumet til det porøsitetsgivende middel.