DE4326615C2 - Method for producing refractory lightweight bricks - Google Patents
Method for producing refractory lightweight bricksInfo
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Description
Die hier beschriebene Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von feuerfesten keramischen Leichtsteinen unter Anwendung der halbtrockenen Formgebung aus einem anorganischen porösen Zuschlagstoff, Tonbindemittel, einem Al-Silikat in Form von winzigen Hohlglaskugeln, Ausbrennstoffen und Wasser. Die Gesamtporosität liegt zwischen 50 und 70 Vol.-%, das entspricht Rohdichten zwischen 0,8 und 1,3 g/cm³. Das Verfahren führt zur Einsparung des üblichen Trocknungsprozesses sowie zw. Verbesserung der Maßhaltigkeit und zur Erhöhung der Anwendungstemperatur gegenüber bekannten Herstellungsverfahren.The invention described herein relates to a process for the production of refractory ceramic Light bricks using semi-dry shape of an inorganic porous Aggregate, clay binder, an al-silicate in the form of tiny hollow glass spheres, Fuels and water. The total porosity is between 50 and 70 vol .-%, which corresponds Bulk densities between 0.8 and 1.3 g / cm³. The procedure leads to the saving of the usual Drying process as well zw zw. Improvement of dimensional stability and increase the Application temperature over known production methods.
Es sind bereits unterschiedlichste Verfahren zur Herstellung gebrannter Leichtsteine bekannt.There are already widely known methods for producing burned lightweight bricks.
Das übliche Verfahren zur Produktion von Leichtsteinen aus anorganischen porösen Zuschlägen und Bindemittel sowie gegebenenfalls Ausbrennstoffen ist die plastische Formgebung mittels Strangformgebung. In Abhängigkeit von der Arbeitsmasse und dem Preßdruck wird mit Feuchtegehalten von 15 . . . 25% gearbeitet, die Preßdrücke liegen unter 5 MPa. Nachteile dieses Verfahrens sind, daß im Anschluß an die Formgebung eine energie- und zeitintensive Trocknung nötig ist. Die Maßhaltigkeit dieser Erzeugnisse ist schlecht. Eine Nachbearbeitung ist unumgänglich. Dies bedeutet neben dem erheblichen technologischen Aufwand einen Materialverlust in Form von Schleifstaub von ca. 20%. Der Wiedereinsatz dieses Materials ist auf Grund der hohen Feinheit problematisch.The usual method for the production of lightweight aggregates of inorganic porous aggregates and Binder and optionally burnout is the plastic molding by means Strand shaping. Depending on the working mass and the pressing pressure is with Moisture content of 15. , , 25% worked, the compression pressures are below 5 MPa. Disadvantages of this Method are that following the shaping of an energy and time-consuming drying necessary is. The dimensional accuracy of these products is poor. A post-processing is inevitable. This means besides the considerable technological effort a loss of material in the form of Sanding dust of approx. 20%. The reuse of this material is due to the high fineness problematic.
Außerdem unterscheiden sich die Erzeugnisse in ihrem Aussehen und Gebrauchseigenschaften deutlich von den Konkurrenzprodukten. Durch die sonst übliche Nachbearbeitung wird die ursprünglich dichte Brennhaut entfernt und das poröse Steingefüge freigelegt. Nach dem vorgeschlagenen Verfahren bleibt diese erhalten, die Erzeugnisse bieten dem Angriff von Gasen, Stäuben und Schlacken einen wesentlich verbesserten Widerstand.In addition, the products differ significantly in their appearance and performance properties from the competition products. Due to the usual reworking, the originally dense Burning removed and the porous stone fabric exposed. After the proposed procedure remains These products are essential for the attack of gases, dusts and slags improved resistance.
Ein Leichtbaustoff, der geblähten Perlit als Zuschlagstoff und ein Bindemittel aus weniger als 6% Ton aufweist, ist aus DE 33 26 276 A1 bekannt. Die Verdichtung und Verfestigung des keramischen Körpers erfolgt durch eine schlagartige Walk-Bewegung, die zu einem Anbrechen und Verzahnen der hochporösen Zuschlagkörnung führt. Die Verdichtung beruht in erster Linie auf einer Zerstörung des Primärkorns des ursprünglich hochporösen Zuschlagstoffs. Die Fertigung ist an ein spezielles Verdichtungsaggregat gebunden und sehr aufwendig.A lightweight construction material, the expanded perlite aggregate and a binder of less than 6% clay has, is known from DE 33 26 276 A1. The compaction and solidification of the ceramic Body takes place by a sudden Walk movement, which leads to a breaking and Verzahnen of the highly porous aggregate grain leads. The compression is based primarily on a destruction of the Primary grain of the originally highly porous aggregate. The production is at a special Compacting unit bound and very expensive.
Ein anderes Verfahren ist aus DE 33 40 440 A1 bzw. DE 34 03 943 A1 bekannt. Es ist ebenfalls ein Verfahren zum Herstellen grobkeramischer hochporöser Formteile, geht aber in dem vorgeschlagenen Kornaufbau in erster Linie von sogenannten Einkornsystemen mit Korngrößen von 3-8 nun aus, die eine hohe Durchströmbarkeit und Porosität während und nach dem Brand gewährleisten sollen. Als Bindemittel wird neben Tonmehl Al-Fe-III-Silikat verwendet, welches festigkeitserhöhend wirkt. Another method is known from DE 33 40 440 A1 or DE 34 03 943 A1. It is also one Process for producing coarse ceramic highly porous molded parts, but goes in the proposed Grain structure primarily of so-called Einkornsystemen with grain sizes of 3-8 now off, the ensure high flow and porosity during and after the fire. When Binder is used in addition to clay flour Al-Fe-III silicate, which acts strength-increasing.
Dieses besitzt einen hohen Anteil an Fe₂O₃ (<6,6%) und Erdalkalien, die stark die Feuerfestigkeit beeinträchtigen. Das Bindemittel wird in Form von Schlicker zugegeben. Die Formgebung erfolgt durch Rütteln, eine Vortrocknung ist nicht notwendig, dafür aber wird eine lange Aufheizzeit von 9 Stunden angegeben, die einer Vortrocknung entspricht. Einkornsysteme besitzen zwar eine hohe Porosität, gleichzeitig ist aber auch die Koordinationszahl, das heißt die Anzahl der Kontaktstellen eines Korns, sehr gering. Eingebrachte Verformungskräfte werden über die wenigen Berührungs- und Kontaktflächen übertragen und bewirken leicht eine Zerstörung des Einzelkorns, wenn dieses von geringer Festigkeit ist. Das vorstehend beschriebene Verfahren ist zur Lösung der erfindungsgemaßen Aufgabenstellung nicht geeignet.This has a high content of Fe₂O₃ (<6.6%) and alkaline earths, which greatly increases the fire resistance affect. The binder is added in the form of slip. The shaping takes place by shaking, a pre-drying is not necessary, but a long heating time of 9 Hours, which corresponds to a pre-drying. Einkornsysteme have a high Porosity, but at the same time is also the coordination number, that is, the number of contact points a grain, very low. Applied deformation forces are over the few touch and Transfer contact surfaces and cause easy destruction of the single grain, if this of low strength. The method described above is for the solution of the invention Task not suitable.
Ein weiteres aus DE 34 26 013 A1 bekanntes Verfahren bezieht sich auf die Herstellung von Formteilen aus Blähton. Der Versatz setzt sich aus Blähton in der Körnung 4-8 mm, Blähtonsand 1-4 mm, Tonmehl, Flußmittel und Wasser zusammen. Die Mischung der Feststoffe erfolgt trocken, die Formgebung erfolgt durch Rütteln unter Auflast. Im fertig gebrannten Stein sind die Winkel und Lücken zwischen den Teilchen des Blähtons vom Blähtonsand ausgefüllt. Der restliche Raum ist mit Tonmehl ausgefüllt, das die Teilchen des Blähtons ummantelt und diese Teilchen miteinander verbindet. Zusätzlich wird der Einsatz organischer Ausbrennstoffe, wie Holzprodukte und Polystyrol, in Anteilen von 2-30% empfohlen. Bei den eingesetzten Rohstoffen handelt es sich um wenig druckfestes sowie kompressibles Material, für das als Formgebungsmethode nur ein sehr schonendes Verfahren, wie die Rüttelformgebung, in Frage kommt.Another method known from DE 34 26 013 A1 relates to the production of Molded parts made of expanded clay. The offset consists of expanded clay in the grain size 4-8 mm, expanded clay sand 1-4 mm, clay flour, flux and water together. The mixture of solids is dry, the Shaping is done by shaking under load. In the finished burned stone are the angles and Gaps between the particles of expanded clay filled with expanded clay. The rest of the room is with Tonmehl filled, which covers the particles of expanded clay and these particles with each other combines. In addition, the use of organic fuels, such as wood products and polystyrene, in proportions of 2-30% recommended. The raw materials used are few pressure-resistant and compressible material, for which as a shaping method only a very gentle Procedure, as the Rütteleformgebung, comes into question.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein modifiziertes Verfahren zur Herstellung von feuerfesten keramischen Leichtsteinen unter Verwendung von porösen Zuschlagstoffen, Bindemitteln auf Tonbasis und gegebenenfalls Ausbrennstoffen zu entwickeln, dessen Kernstück die für die Herstellung dichter Schamottesteine übliche Halbtrocken-Preßtechnik ist.The invention is based on the object, a modified method for the preparation of refractory ceramic lightweight bricks using porous aggregates, binders clay and, where appropriate, spent fuel, the core of which is for the Production of dense firebricks is a common semi-dry pressing technique.
Als anorganischer poröser Zuschlagstoff wird ein geeignetes, weitgehend druckfestes und temperaturbeständiges Granulat, vorzugsweise Leichtschamotte, in abgestuften Korngrößen verwendet, das in Menge und Korngröße so eingestellt wird, daß die Körner des Zuschlagstoffes ein temperaturbeständiges, stabiles, beim Trocknen und Brennen nahezu nicht schwindendes Stützgerüst bilden.As an inorganic porous aggregate is a suitable, largely pressure-resistant and temperature-resistant granules, preferably lightweight chamotte, in graded particle sizes used, which is adjusted in quantity and grain size so that the grains of the additive a temperature-resistant, stable, almost non-dwindling during drying and firing scaffold form.
Der Wassergehalt liegt in Abhängigkeit von der gewählten Zusammensetzung und der zu erreichenden Rohdichte zwischen 5 und 15 Gew.-%. Er wird so gewählt, daß die poröse Körnung vor der Preßformgebung getränkt ist und sich die Druckfestigkeit desselben durch die stabilisierende Wirkung des Wassers erhöht. Das Wasser dringt in die Poren ein und verhindert so weitestgehend das Eindringen der feinen Bindemittel bzw. zusätzlich eingesetzter chemischer Binder in die Poren des porösen Zuschlagstoffs. Eine ausreichende Bindekraft des zugefügten Bindetons muß gewährleistet sein. The water content depends on the selected composition and the one to be achieved Bulk density between 5 and 15 wt .-%. It is chosen so that the porous grain before the Preßformgebung is soaked and its compressive strength by the stabilizing effect of the water increases. The water penetrates into the pores and prevents as much as possible Penetration of the fine binder or additionally used chemical binder into the pores of the porous aggregate. A sufficient binding force of the added binding clay must be ensured his.
In dem hier beschriebenen Verfahren kommt ein Al-Silikat zum Einsatz, das der Erhöhung der Festigkeit und gleichzeitig der Senkung der Rohdichte dient, wobei die Feuerfestigkeit nur wenig beeinträchtigt wird.In the method described here, an Al-silicate is used, the increase of Strength and at the same time reducing the bulk density, the fire resistance is only a little is impaired.
In den durchgeführten Untersuchungen wurde u. a. ein Produkt verwendet, welches die folgende Zusammensetzung besitzt:In the investigations carried out u. a. used a product which is the following Composition possesses:
arm an Alkalien ist, dessen Korngröße zu 75% zwischen 0,1 und 0,25 mm liegt und aus glasigen Hohlkugeln mit einem Schüttgewicht von etwa 0,4 g/cm³ besteht.is low in alkalis, whose grain size is 75% between 0.1 and 0.25 mm and made of glassy Hollow spheres with a bulk density of about 0.4 g / cm³ is.
Als Ausbrennstoffe werden nahezu inkompressible, nicht oder wenig quellfähige Stoffe mit Aschegehalten unter 10% verwendet. Wegen der Forderung nach Inkompressibilität und Druckfestigkeit handelt es sich vorzugsweise um Kokse, die auf Grund ihrer im Vergleich zur porösen Zuschlagkörnung wenig geringeren Kornrohdichte keine Entmischungsprobleme verursachen.As burnout are almost incompressible, or little swellable substances with Ash contents below 10% used. Because of the demand for incompressibility and Compressive strength is preferably coke, due to its compared to the porous Aggregate granule less lower grain density will not cause any segregation problems.
Es finden die üblichen feuerfesten Bindetone Verwendung. Die Menge des Bindemittels soll so bemessen sein, daß sich beim Mischen um die porösen Zuschlagkörner ein dünner Bindemittelfilm bildet, der dieselben nach dem Brand fest verbindet, selbst aber nur unwesentlich zur Erhöhung der Rohdichte beiträgt.There are the usual refractory Bindetone use. The amount of binder should be so be sized so that when mixing the porous aggregate grains a thin binder film which connects them firmly after the fire, but only insignificantly to increase the Density contributes.
Die Überlegungen zur Wahl der Korngrößenverteilung sollen kurz erläutert werden. Man geht davon aus, daß man sich die Erkenntnisse über dichte Kornpackungen durchaus zunutze machen sollte, aber nicht konträr, sondern analog. Da es sich bei dem vorgebrannten Zuschlagstoff bereits um ein hochporöses Ausgangsmaterial handelt, sollte dies bewußt ausgenutzt werden. Die Zuschlagstoffkörner sollten, im Gegensatz zu den üblichen Technologien zur Herstellung feuerfester Leichtsteine, möglichst dicht gepackt werden. Dadurch erhöht sich zwar die Steinrohdichte; durch die verbesserte Packung der Körner erhöht sich aber auch die Festigkeit bedeutend, und der erforderliche Bindemittelbedarf sinkt. Eine hohe Packungsdichte hat neben guten mechanischen Eigenschaften den Vorteil, daß sie wenig Bindemittel erfordert.The considerations for choosing the particle size distribution will be briefly explained. You go away that you should take advantage of the knowledge about dense grain packs, but not contrary, but analog. Since the prefired aggregate is already a highly porous starting material, this should be consciously exploited. The aggregate grains should, as possible, in contrast to the usual technologies for the production of refractory lightweight stones packed tightly. As a result, the stone density increases; through the improved pack of Grains also increases the strength significantly, and the required binder requirement decreases. A high packing density has the advantage, in addition to good mechanical properties, that it has little Binder required.
Ein weiterer Vorteil ist die hohe Koordinationszahl der Packung. Die einzelnen Korngrößenanteile stützen sich gegenseitig ab und der Preßdruck kann erhöht werden, da sich der Betrag an Verformungsenergie auf die hohe Anzahl an Kontaktstellen aufteilt und weniger zu einer Zerstörung der wenig druckfesten porösen Zuschlagkörnung führt, was letztendlich geringere Rohdichte und höhere Festigkeit bedeutet.Another advantage is the high coordination number of the package. The individual particle size proportions support each other and the pressing pressure can be increased, as the amount of Deformation energy divides the high number of contact points and less to destruction the less pressure-resistant porous aggregate grain leads, which ultimately lower bulk density and means higher strength.
Die weiteren Überlegungen zur Senkung der Rohdichte zielen darauf ab, daß der optimale Körnungsaufbau zwar beibehalten wird, aber im feinen und/oder mittleren Korngrößenbereich die Zuschlagstoffe durch Ausbrennstoffe ersetzt werden. Wichtig ist bei diesem Austausch eine volumenmäßige Substitution, um die Packungsverhältnisse konstant zu halten. Die Mengenanteile für die einzelnen Komponenten lassen sich nicht exakt angeben, sie hängen in erster Linie von der zu erreichenden Rohdichte und von der Kornrohdichte der verwendeten Feststoffe ab. Die Bestimmung der Mengenanteile erfordert eine exakte Sieb- und Kornrohdichteanalyse, um eine Umrechnung von gewichts- in volumenmäßige Kornverteilungen zu ermöglichen. Die Kornrohdichten des porösen Zuschlags und der Ausbrennstoffe differieren um bis zu 50%.The further considerations to reduce the bulk density aim to ensure that the optimal Grain structure is maintained, but in fine and / or medium grain size range Aggregates are replaced by combustibles. Important in this exchange is one volumetric substitution to keep the packing ratios constant. The proportions for the individual components can not be specified exactly, they depend primarily on the reaching bulk density and on the grain density of the solids used from. The determination the proportions requires an accurate sieve and grain density analysis to a conversion of To allow weight in volume grain distributions. The grain densities of the porous Supplements and fuels differ by up to 50%.
Dieser Ersatz von Körnungsanteilen hat auf die Eigenschaften des trockenen und grünen Körpers kaum Einfluß (vorausgesetzt, es handelt sich um Ausbrennstoffe nach Anspruch 4), der Einfluß wirkt sich erst im Brand aus. Die "Zwischenraumfüller" brennen aus und erhöhen die Porosität. Auf die Festigkeit hat dieser Prozeß wenig Einfluß, da die Kontaktstellen im stabilen Korngerüst erhalten bleiben. Die Ausbrennstoffe dienen vor dem Brand als Stabilisierung zum Zwecke der Preßformgebung und als "Platzhalter", damit sich in die Zwickel und Hohlräume zwischen dem groben Korn kein Bindemittel unkontrolliert absetzen kann.This replacement of grain proportions hardly has on the properties of the dry and green body Influence (assuming it is burned out according to claim 4), the influence has an effect only on fire. The "gap fillers" burn out and increase the porosity. On the strength This process has little influence, since the contact points are retained in the stable grain skeleton. The Ausbrennstoffe serve before the fire as stabilization for the purpose of press molding and as "Placeholder", so that in the gussets and cavities between the coarse grain no binder can settle unchecked.
Die Mischung der Komponenten erfolgt in der Weise, daß zuerst 50 bis 100% des Wassers mit der porösen Zuschlagkörnung gemischt werden. Danach erfolgt die Zugabe der Ausbrennstoffe. Zuletzt erfolgt die Zugabe des Bindemittelgemisches in trockener Form oder in Kombination trocken / verschlickert.The mixture of the components is carried out in such a way that first 50 to 100% of the water with the porous aggregate grain are mixed. Thereafter, the addition of the burnt out occurs. Last the addition of the binder mixture takes place in dry form or in combination dry / verschlickert.
Die Formgebung erfolgt auf den für die Herstellung dichter, halbtrocken gepreßter Steine üblichen Formgebungsaggregaten bei Drücken von 20 bis 30 MPa.The shaping takes place on the usual for the production of dense, semi-dry pressed stones Forming aggregates at pressures of 20 to 30 MPa.
Der Brand kann als Beibesatz im normalen Brennprozeß unter Berücksichtigung des Brennwertes der Ausbrennstoffe oder in speziellen Ausbrennöfen erfolgen. Die Steine werden unter Verfestigung und Ausbrand der enthaltenen organischen Substanz bei Temperaturen oberhalb der Sintertemperatur des Bindemittelgemisches, aber unterhalb der Erweichungstemperaturen der zugegebenen porösen Zuschlagstoffe gebrannt. Die Körner des vorgebrannten Zuschlagstoffes bilden ein Stützgerüst und die Preßlinge haben eine zu vernachlässigende Trocken- und Brennschwindung. Daraus folgend ist im Anschluß keine Nachbearbeitung notwendig, wie dies sonst üblicherweise bei den anderen Verfahren zur Leichtsteinproduktion erforderlich ist.The fire can be used as an addition in the normal firing process, taking into account the calorific value of Ausbrennstoffe or done in special Ausbrennöfen. The stones are under solidification and Burnout of the contained organic substance at temperatures above the sintering temperature of the Binder mixture, but below the softening temperatures of the added porous Aggregates burned. The grains of the pre-burned aggregate form a scaffold and the Compacts have a negligible dry and burning shrinkage. It follows in the Connection no post-processing necessary, as usually with the other procedures is required for light stone production.
Dieses Verfahren läßt sich durchführen, weil zum einen weitgehend inkompressible Rohstoffe eingesetzt werden, und zum anderen durch die sorgfältig abgestimmte Korngrößenverteilung aller Feststoffkomponenten eine dichte, sich gegenseitig abstützende Packung entsteht, die ein Zerbrechen und Zerstören der porösen Zuschlagkörnung verhindert.This process can be carried out because on the one hand largely incompressible raw materials and, secondly, the carefully matched grain size distribution of all Solid components, a dense, mutually supporting packing is formed, which is a breaking and destroying the porous aggregate grain prevented.
Der Vorzug des hier beschriebenen Verfahrens gegenüber allen anderen vorstehend beschriebenen Verfahren liegt in der einfachen Verfahrenstechnologie, die sich weitgehend an die allgemein bekannte Mehrschamottetechnologie zur Erzeugung dichter Schamotteerzeugnisse anlehnt. Es ist möglich, dieses Verfahren in bestehende Trockenpreßlinien zu integrieren. Das Verarbeiten von Massen mit geringen Feuchtegehalten bietet ökonomische und technologische Vorteile. Wie Untersuchungen für den Tunnelofenbrand gezeigt haben, ist für die nach dem hier beschriebenen Verfahren hergestellten Formteile keine Kammer-Trocknung und Nachbearbeitung notwendig.The benefit of the method described here over all others described above Method lies in the simple process technology, which is largely to the general known multi-firing technology for the production of dense fireclay products is based. It is possible to integrate this process into existing dry press lines. Processing of Masses with low moisture contents offer economic and technological advantages. As Investigations for the tunnel kiln firing have been made for those described here Process produced moldings no chamber drying and finishing necessary.
Die Erfindung soll an den folgenden 2 Beispielen erläutert werden.The invention will be illustrated by the following 2 examples.
Im folgenden soll noch einmal schematisch der Verfahrensablauf für die hier vorgestellte Erfindung dargestellt werden.The following is again schematically the procedure for the presented here Invention be presented.
Anhand der 2 Figuren wird die Struktur des erfindungsgemäßen Leichtbausteins näher erläutert.With reference to the two figures, the structure of the lightweight block according to the invention will be closer explained.
Sie zeigen ausschnittsweise in einem schematischen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Leichtbaustein im rohen (1) und gebrannten (2) Zustand in stark idealisierter Form die poröse Zuschlagkörnung (3), den Bindemittelfilm (4) und die Ausbrennstoffe (5) bzw. die nach dem Brand verbleibende Porosität (6).They show fragmentary in a schematic section through a lightweight brick according to the invention in the raw ( 1 ) and fired ( 2 ) state in strongly idealized form, the porous aggregate grain ( 3 ), the binder film ( 4 ) and the burnout ( 5 ) or after the fire remaining porosity ( 6 ).
Claims (6)
40 bis 75 Gew.-% eines weitgehend druckfesten und temperaturbeständigen anorganischen Granulats als poröser Zuschlagstoff mit
5 und 15 Gew.-% Wasser getränkt und mit
0 bis 25 Gew.-% nahezu inkompressiblem, nicht oder wenig quellfähigem Ausbrennstoff und
10 bis 30 Gew.-% Bindemittel auf Tonbasis
zu einer preßfähigen Masse gemischt werden,
die Masse nach der Halbtrocken-Preßtechnik zu einem Leichtstein geformt und gebrannt wird, wobei der poröse Zuschlagstoff in abgestuften Korngrößen verwendet wird, der in Menge und Korngröße so eingestellt wird, daß die Körner des Zuschlagstoffes ein temperaturbeständiges, stabiles, beim Trocknen und Brennen nahezu nicht schwindendes Stützgerüst bilden.1. A method for producing a refractory lightweight stone, wherein
40 to 75 wt .-% of a largely pressure-resistant and temperature-resistant inorganic granules as a porous aggregate with
5 and 15 wt .-% water soaked and with
0 to 25 wt .-% nearly incompressible, or little swellable fuel and
10 to 30 wt .-% binder based on clay
be mixed to a compressible mass,
the mass is formed into a light brick and fired by the semi-dry pressing technique, the porous aggregate is used in graded particle sizes, which is adjusted in quantity and grain size so that the grains of the aggregate a temperature-resistant, stable, when drying and firing almost not forming dwindling scaffold.
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