DE19781419B4

DE19781419B4 - Formling sowie Verfahren zu dessen Herstellung und Verwendung einer Vorrichtung

Info

Publication number: DE19781419B4
Application number: DE19781419T
Authority: DE
Inventors: Joachim Mellem; Klemens Hirschmann
Original assignee: Saint Gobain Isover SA France
Current assignee: Saint Gobain Isover SA France
Priority date: 1996-01-05
Filing date: 1997-01-03
Publication date: 2009-08-20
Anticipated expiration: 2017-01-04
Also published as: HRP970003A2; DE19600299A1; DE19781419T1; AU1310197A; WO1997025285A1; ZA9740B; TR199801286T2

Abstract

Formling erhältlich durch Kompaktierung eines Gemisches auf der Basis von körnigen oder pulverförmigen glasbildenden Rohstoffen, anorganischem Bindemittel und Wasser,
dadurch gekennzeichnet, daß
das anorganische Bindemittel Klinkerzement ist und
daß eine Rohdichte wenigstens 90% der theoretischen maximalen Materialdichte des trockenen Gemisches beträgt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Formling, der durch Kompaktierung eines Gemisches auf der Basis von körnigen oder pulverförmigen glasbildenden Rohstoffen, Klinkerzement und Wasser erhältlich ist. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Verwendung bei der Herstellung derartiger Formlinge.
Unter Klinkerzement ist im vorliegenden Zusammenhang allgemein ein Material zu verstehen, welches ein bei der gegebenen hohen Verdichtung schnell, also binnen allenfalls weniger Stunden, bis zur Gebrauchsfestigkeit aushärtendes hydraulisches Bindemittel ist, dessen Komponenten im wesentlichen auch im Glas enthaltene Stoffe sind, wie dies nachstehend für die mit der Bezeichnung Klinkerzement im Handel erhältliche Zementart im einzelnen erläutert ist.
Die Formlinge eignen sich insbesondere zum Beschicken einer Glasschmelzwanne.
Üblicherweise werden die beim Erschmelzen von Glas verwendeten Rohstoffe, wie Quarzsand, Kalk, Dolomit und Soda in körnigem bzw. pulverförmigem Zustand der Glasschmelzwanne zugeführt. Diese Arbeitsweise ist jedoch nachteilig, da die Gefahr besteht, daß sich die einzelnen Rohstoffkomponenten aufgrund unterschiedlicher Dichte, Körnung und sonstiger abweichender physikalischer Eigenschaften bei der Lagerung, beim Transport und der Zuführung zum Glasschmelzofen entmischen können. Dadurch werden die Qualität und die Produkteigenschaften des zu erzeugenden Glases negativ beeinflußt. In speziellen Rohstoffgemengen kann dies zur Nichterschmelzbarkeit führen.
Weiterhin führen vor allem Rohstoffgemenge mit einem hohen Anteil an feinen Gemengekomponenten bei Glasschmelzwannen, die gasdurchströmt sind, zu einer Verstaubung des Abgasweges. Die Stäube schlagen sich im Abgasweg nieder und führen zu Blockagen. Wenn die Stäube mit dem Material der Wannenwand und deren Abgaswegen unverträglich sind, kann dies sogar zur Zerstörung der Wannenwand und der Abgaswege führen.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, Formlinge aus glasbildenden Rohstoffen mit einem Bindemittel und Rohdichten der Formlinge von unter 70% der theoretischen Materialdichte herzustellen. Durch den Einsatz derartiger Formlinge bei der Glasherstellung können bedeutende Vorteile gegenüber der Verwendung der Glasrohstoffe in körnigem oder pulverförmigem Zustand erreicht werden. Die Formlinge stauben nicht, so daß eine Verstaubung der Abgaswege vermieden werden kann. Die Formlinge sind leichter abschmelzbar als pulverförmige Glasrohstoffe, was dazu führt, daß eine größere Menge Glas pro Flächeneinheit der Glaswanne erschmolzen werden kann. Während bei einer Verarbeitung von körnigen oder pulverförmigen Rohstoffen ein Gemengehaus erforderlich ist, kann bei einer Arbeitsweise mit Formlingen auf ein Gemengehaus verzichtet werden. Die Formlinge können auch außerhalb der Glashütte hergestellt und gegebenenfalls an verschiedenen Orten verarbeitet werden.
Die bisherigen Vorschläge haben jedoch keinen Eingang in die industrielle Praxis gefunden.
Die DE 41 22 334 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Anlage zum Behandeln von Mineralwolle-Abfällen, welche bei der Herstellung von Mineralwolle und Mineralwolle-Produkten entstehen. Hierbei werden die Mineralwolle-Abfälle feingemahlen auf eine Korngröße von maximal 50 Prozent R 0,090 mm. Dieses Mahlprodukt wird mit einem festen Bindemittel oder mit einer festigkeitssteigernden Flüssigkeit vermengt und zu Formlingen, bspw. Granalien, in einer Größe von ca. 50 mm geformt, denen im Anschluß durch Trocknung die Feuchtigkeit bei gleichzeitiger Festigkeitssteigerung entzogen wird. Die Anlage kann dabei als Formeinrichtung zur Herstellung des Granulats eine Walzenpresse oder dergleichen aufweisen. Damit lassen sich Abfälle in ökonomisch vertretbarer Art und Weise so aufbereiten, daß sie einer weiteren Verwertung zugeführt werden können.
Ferner ist aus einem Artikel der Zeitschrift „Glass Industry" vom März 1987, Seiten 21 bis 23 ein Schmelzverfahren bekannt, bei dem glasbildende Rohstoffe fein gemahlen und mit einer speziellen Silikat-Binderlösung gleichmäßig benetzt werden. Dieses Gemisch wird anschließend durch eine Formeinrichtung zu Briketts geformt, welche schließlich zu einer Vorheizeinrichtung und dann zu einem Schmelzofen gefördert werden.
Aus der DE 44 18 029 A1 ist es bekannt, Formlinge insbesondere als pelletähnliche Formkörper aus einem Glasrohstoffgemenge mit Wasserglas als Bindemittel und Wasser herzustellen, wozu die Komponenten gemischt werden und dieses Gemisch zu kompaktierten Formkörpern verpreßt wird. Um einem Verkleben der nach dem Verdichtungsvorgang noch feuchten Formkörper entgegenzuwirken und diese bunkerungs fähig zu machen, werden die Formkörper oder Formlinge in einem Drehrohr mit einer Trockensubstanz wie Soda und/oder Branntkalk beschichtet und so in Säcke abgefüllt.
Nachteilig ist hierbei zunächst, daß die erforderliche Festigkeit der Formlinge, um sie ohne Beschädigungen in einen großen Silobehälter schütten zu können, erst nach erheblicher Trocknungs- und Abbindezeit erreicht wird, da das Wasserglas zum Auskristallisieren vollständig trocknen muß. Diese lange Verweilzeit vor der eigentlichen industriellen Lagerung in Silobehältern erfordert große Zwischenlager- oder Trocknerkapazitäten.
Von besonderem Nachteil für die industrielle Produktion ist es, daß derartige, mit Wasserglas gebundene Formlinge direkt ohne Vorwärmung der Schmelzwanne zugeführt werden müssen, da der Wasserglasbinder bei einer Erwärmung ab ca. 350°C Kristallwasser freisetzt, wodurch sich eine Volumensvergrößerung der Formlinge von etwa 30% ergibt. Dies führt zu einem Verkeilen der Formlinge in der Vorwärmeinrichtung, so daß eine störungsfreie kontinuierliche Vorwärmung nicht möglich ist. Ein Wegfall einer Nutzung der Abgasenergie der Schmelzwanne zur Vorwärmung des Rohstoffgemenges führt zu einer erheblichen Verschlechterung der Energiebilanz des industriellen Produktionsbetriebs. Bei einem anlagentechnisch auf Vorwärmung und Wärmerückgewinnung ausgelegten industriellen Produktionsbetrieb sind somit Formlinge mit Wasserglasbindung nicht einsetzbar.
Das Dokument US 4,287,142 A offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Mineralwolleprodukten, mit einem Vermischen von feinen Ausgangsmaterialien, einem hydraulischen Bindemittel und einem anorganischen Material mit wenigstens 75% SiO₂ und einer durchschnittlichen Partikelgröße von weniger als 100 μm, um ein formbares Gemenge zu bilden, und mit einem Formen des Gemenges zum Ausbilden von Briketts. Anschließend werden die Briketts auf eine ausreichend hohe Temperatur erwärmt, um eine Schmelze zum Herstellen eines Mineralwolleprodukts zu schaffen.
Aufgabe der Erfindung ist es, Formlinge aus glasbildenden Rohstoffen zu schaffen, die in einem kontinuierlichen industriellen Glasherstellungsprozeß mittels einer Schmelzwanne und insbesondere mit kontinuierlicher Vorwärmung der Rohstoffe kostengünstig einsetzbar sind. Aufgabe der Erfindung ist es ferner, ein geeignetes Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Verwendung bei der Herstellung der Formlinge aufzuzeigen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß für die Formlinge ein Bindemittel auf der Basis von Klinkerzement erfolgreich verwendet werden kann, wenn zugleich die Formlinge auf eine Rohdichte verdichtet werden, die wenigstens 90% der Materialdichte des Gemisches beträgt.
Die Lösung der Aufgabe in produkttechnischer Hinsicht erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Unter Materialdichte des Gemisches ist dabei die Dichte eines trockenen porenfreien Körpers aus dem Gemisch, also die theoretisch durch Addition der Dichten der trockenen Stoffanteile ermittelbare Maximaldichte zu verstehen, während als Rohdichte die demgegenüber verminderte scheinbare Dichte des trockenen Formlings zu verstehen ist, der Poren enthält. Die theoretische Maximaldichte beträgt bei üblichen glasbildenden Rohstoffen etwa 2,6 g/cm³ bis 2,7 g/cm³. Die Rohdichte der erfindungsgemäßen Formlinge beträgt somit etwa 2,3 g/cm³ und mehr.
Klinkerzement bildet bei der Hydratisierung bzw. Hydroxidbildung infolge des Zutritts von Feuchtigkeit zunächst Tri-Calcium-Aluminat-Kristalle, wobei innerhalb von zwei bis drei Minuten die Erstarrungsreaktion erfolgt, wenn diese nicht mit einem geeigneten härteverzögernden Zusatz verzögert wird. Die Tri-Calcium-Aluminat-Kristalle sind kleine Kristalle, die aufgrund ihrer geringen Größe an sich nicht geeignet sind, wirksame Bindekräfte zwischen den Partikeln der glasbildenden Rohstoffe zu erzeugen. In einer zweiten Stufe kristallisieren langgestreckte Calcium-Silikate aus, welche aufgrund ihrer langgestreckten Form in der Lage sind, die Abstände zwischen Partikeln derart zu überbrücken, daß diese in ihrer gegenseitigen Lage fixiert werden. Die Calcium-Silikate der zweiten Stufe kristallisieren jedoch sehr langsam aus und sind für eine Vorwärmung der Rohstoffe nicht ausreichend temperaturbeständig, so daß Klinkerzement unter diesem Gesichtspunkt nicht als geeignetes Bindemittel anzusehen ist.
Die kombinierte Verwendung von Klinkerzement mit der hohen Rohdichte des Gemisches ergibt jedoch eine überraschende Kombinationswirkung insofern, als auch die kleinen Tri-Calcium-Aluminat-Kristalle der ersten Stufe im Hinblick auf die im hochverdichteten Material sehr geringen Abstände der einzelnen Partikel in der Lage sind, gegenüber niedriger verdichteten Gemischen sehr hohe Haltekräfte zu erzeugen. Durch den hohen Verdichtungsgrad des Materials wird also bereits in der ersten Kristallisationsstufe des Klinkerzements die Gebrauchsfestigkeit erreicht.
Auf diese Weise erreichen die Formlinge im unmittelbaren Anschluß an das Verpressen bereits eine ausreichende Gebrauchsfestigkeit für Handhabung und Weiterbehandlung. Im Zuge der Weiterbehandlung und Erwärmung durch die exotherme Hydratisierungsreaktion bzw. Hydroxidbildung und/oder zusätzliche Wärmezufuhr wird im Anschluß hieran auch die zweite Kristallisationsstufe der Calcium-Silikat-Kristalle gebildet, welche bis 400 bis 450°C temperaturbeständig sind und so während Handhabung und Silolagerung bzw. auf Transportwegen zusätzliche Festigkeit ergeben. Im Zuge der Vorwärmung, die bei etwa 650°C durchgeführt wird, stehen die Bindekräfte der Calcium-Silikat-Kristalle nicht mehr zur Verfügung, jedoch behalten die Tri-Calcium-Aluminat-Kristalle der ersten Stufe ihre Bindewirkung auch bei Vorwärmtemperaturen bei, so daß keine Probleme beim Transport in die Vorwärmeinrichtung, beim Durchlauf durch die Vorwärmeinrichtung und beim Austrag aus der Vorwärmeinrichtung auftreten. Durch die Vorwärmung der Formlinge wird gleichzeitig das Abgas aus der Glasschmelzwanne gekühlt, beispielsweise auf Temperaturen von 300 bis 350°C, so daß Elektrofilter zur Filterung der Abgase verwendet werden können, die erst bei Temperaturen unter etwa 400°C einsetzbar sind.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, daß Klinkerzement im wesentlichen nur aus CaO, MgO und SiO₂ besteht, also keine schädlichen Fremdstoffe wie Schwefel oder dergleichen über den Klinkerzement in die Schmelzwanne eingetragen werden. CaO, MgO und SiO₂ sind auch im Glas enthaltene Stoffe, so daß bei einer gegebenen Glaszusammensetzung diese Stoffe im Rohstoffgemenge in dem Umfange zurückgenommen werden können, als sie durch den zugegebenen Klinkerzement substituiert werden. Somit bildet der Klinkerzement von der Zusammensetzung her auch Teil des Rohstoffgemenges. Unter diesem Gesichtspunkt könnte bis zu etwa 20 Gew.-% Klinkerzement verwendet werden, jedoch ist bereits aus Kostengründen eine Minimierung der Substitution von Stoffen im Rohstoffgemenge durch Klinkerzement zu begrenzen. Darüberhinaus hat Klinkerzement einen Wasser-Zement-Wert von 0,25, was bedeutet, daß zur Hydratisierung vier Gewichtsteilen Klinkerzement ein Teil Wasser zuzugeben ist. Etwa in derselben Menge ist Überschuß- oder Verlustwasser zuzugeben, welches nicht an der Hydratisierung teilnimmt, sondern zunächst an den Oberflächen der Partikel verbleibt und erst allmählich abtrocknet. Hieraus ergibt sich bei hohem Klinkerzementanteil eine Begrenzung der erzielbaren Rohdichte, da die gesamte Wassermenge beim Verpressen zunächst in den Poren des Formlings aufgenommen werden muß. Wird beispielsweise eine Rohdichte von 95% der Materialdichte angestrebt, so darf auch die Wasserzugabe 5% nicht überschreiten, was bei hälftigem Anteil an Verlustwasser den Klinkerzementanteil in diesem Falle auf die Größenordnung von 10% beschränken würde. Dies hat sich auch als ausreichend erwiesen, um die Gebrauchsfestigkeit des hochverdichteten Formlings bereits durch die Tri-Calcium-Aluminat-Kristalle der ersten Stufe zu erreichen.
Eine hohe Verdichtung ist auch deshalb vorteilhaft, weil dabei eine weitere Zerkleinerungsarbeit und Durchmischung der glasbildenden Rohstoffbestandteile erfolgt. Dieser Zerkleinerungs- und Mischungseffekt bewirkt, daß das Einschmelzverhalten der Formlinge noch besser wird.
Je mehr die Formlinge verdichtet sind, desto besser ist das Anlöseverhalten, welches die niederschmelzenden Bestandteile auf die höherschmelzenden, wie Quarzsand, ausüben.
Ein besonderer Vorteil ergibt sich infolge der hohen Rohdichte dadurch, daß der Luft- oder Gasanteil im Formling minimiert ist, der in der Schmelzwanne das Fortschreiten der Erwärmungsfront in das Innere des Formlings hinein behindert. Auf diese Weise erfolgt das Erschmelzen der hochverdichteten Formlinge erheblich schneller als im Falle niedriger verdichteter Formlinge mit hohem Luftanteil. Hierdurch wird nicht nur eine Entmischung der Rohstoffe in der Schmelzwanne verhindert, die zu schwer erschmelzbaren "Inseln" in der Schmelzwanne führen könnte, sondern bei gegebener Verweildauer in der Schmelze auch die Läuterzeit verlängert und so die Glasqualität verbessert.
Diese letztgenannten Effekte sind aus der DE 25 13 082 A1 bereits bekannt, nach deren Lehre eine kontinuierliche Gemengebahn in einem Walzenspalt erzeugt wird, deren Rohdichte vorzugsweise 90 bis 95% der Materialdichte beträgt, und wobei diese Bahn in Form einer großflächigen Platte kontinuierlich ausgehend vom Walzenspalt über eine Führung in die Schmelzwanne eingelegt wird. Dadurch, daß die Bahn nach der Verdichtung keinen wesentlichen mechanischen Kräften ausgesetzt ist, kann auf ein Bindemittel gänzlich verzichtet werden. Jedoch ist bei einem solchen Vorgehen naturgemäß keinerlei Möglichkeit der Rohstoffvorwärmung bzw. Wärmerückgewinnung gegeben. Weiter entfallen alle Möglichkeiten zur wannenfernen Herstellung des zum Einlegen in die Wanne geeigneten Rohstoffmaterials, zu dessen Zwischenlagerung je nach Bedarf etc. Auch eine zentrale Herstellung des einlegefertigen Guts und dessen rationelle Verwendung an einer Mehrzahl von Schmelzwannen an verschiedenen Orten ist so naturgemäß nicht möglich. Erst durch die Verwendung von Klinkerzement als Bindemittel bei derart hoch verdichtetem Material gelingt es, die technologisch vorteilhaften Effekte der Lehre der DE 25 13 082 A1 auch dann zu erhalten, wenn zugleich die Vorteile von pelletiertem oder brikettiertem Rohstoff und insbesondere einer Rohstoffvorwärmung bzw. Wärmerückgewinnung erzielt werden sollen.
Gegenstand der Erfindung ist weiter ein Verfahren zur Herstellung derartiger Formlinge, bei dem die glasbildenden Elemente des Klinkerzements bei der Quantifizierung der verschiedenen glasbildenden Rohstoffe im Gemisch berücksichtigt werden, das Wasser in einem Anteil von 2 bis 10 Gewichtsprozent zugegeben wird, und die Formlinge bis zu einer Rohdichte von mindestens 90% der Materialdichte verpreßt werden.
Wenn der Mischvorgang vor dem Verpressen ab Wasserzugabe eine Zeitdauer von zwei bis drei Minuten übersteigt, so muß die Hydratisierung der ersten Stufe verzögert wer den, damit das Gemisch nicht bereits vor dem Verpressen verklumpt und nicht mehr handhabbar ist. Zur Härteverzögerung sind in der Zementindustrie härteverzögernde Zusätze bekannt. Ideal ist ein härteverzögernder Zusatz, der in der Zeitspanne zwischen Wasserzugabe und Verpressung die Bildung der Tri-Calcium-Aluminat-Kristalle der ersten Stufe noch weitestgehend verhindert, sodann aber ihre volle Ausbildung sehr schnell zuläßt. Es hat sich gezeigt, daß eine außerordentlich gute Eignung als härteverzögernder Zusatz bei einem Gemisch aus Zitronensäure und Zucker auftritt, die im Verhältnis 5:1 im Gemisch vorliegen und in fester Form in einer Menge in der Größenordnung von wenigen Gewichtspromillen (trocken) bezogen auf den Zement diesem zugegeben werden. Hierdurch können Verzögerungen der Erstarrung in der Größenordnung von beispielsweise 20 Minuten eingestellt werden, wobei die Hydratisierungsreaktion bzw. Hydroxidbildung beim Verpressen durch die durch innere Reibung erzeugte Wärme angestoßen wird und nach bereits etwa zwei Stunden Gebrauchsfestigkeit erreicht wird.
Gegenstand der Erfindung ist ferner die Verwendung einer Vorrichtung zur Herstellung derartiger Formlinge umfassend einen Mischer zur Bildung eines Gemisches aus glasbildenden Rohstoffen, Klinkerzement und Wasser, einer Zuführeinrichtung und einer Walzenpresse zum Verpressen des Gemisches zu Formlingen.
Die erfindungsgemäßen Formlinge sollten in ihrer Größe beschränkt werden, um eine gleichmäßige Vorwärmung zu begünstigen. Sie weisen bevorzugt ein maximales Gewicht von 500 g auf, vorzugsweise liegt das Gewicht der Formlinge zwischen 10 und 200 g, insbesondere 30 bis 60 g. Die Formlinge können beliebige Form besitzen, also beispielsweise kugelförmig oder länglich sein.
Die bevorzugte Form ist die eines Eierbriketts mit einer Länge von etwa 20 bis 50 mm und einer Dicke von 15 bis 25 mm.
Je kleiner die Formlinge ausgebildet werden, desto größer ist deren spezifische Oberfläche, wodurch die Einschmelzeigenschaften verbessert werden. Auch die Vorwärmung wird bei kleineren Formlingen besser. Andererseits sollen die Formlinge nicht so klein sein, daß die Luftdurchströmung durch eine Schicht aus Formlingen ungenügend ist, bzw. ein zu hoher Strömungswiderstand für die vorwärmenden Wannenabgase entsteht.
Zur Herstellung der Formlinge können die üblichen glasbildenden Rohstoffe in einem körnigen bzw. pulverförmigen Zustand eingesetzt werden. Es können auch zerkleinerte Mineralwollabfälle sowie aus einer ggf. nachgeschalteten Formlingabsiebung stammendes Feingut in die Formlinge eingebunden werden.
Die glasbildenden Rohstoffe zur Herstellung der Formlinge werden vorzugsweise mit Korngrößen von 0,1 bis 5 mm, vorzugsweise 0,1 bis 3 mm, eingesetzt. Eine gewisse Menge an feinkörnigem Rohstoff ist vorteilhaft.
Der Klinkerzement wird vorzugsweise in einer Menge von 3 bis 15 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gemisch, und insbesondere 10 bis 12 Gewichtsprozent, eingesetzt. Mit diesen Anteilen an Binder lassen sich optimal stabile Formlinge herstellen.
Das Gemisch zur Herstellung der Formlinge umfaßt außerdem Wasser, wobei der Wassergehalt des Gemisches vorzugsweise 2 bis 10 Gewichtsprozent und insbesondere 2 bis 6 Gewichtsprozent beträgt. Ein Wassergehalt von etwa 4 Gewichtsprozent hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt.
Es wird bevorzugt, die Formlinge zur Verfestigung einer Temperaturbehandlung zu unterziehen. Die Temperaturbehandlung erfolgt vorzugsweise bei 50 bis 200°C, besonders bevorzugt 50 bis 150°C, insbesondere 60 bis 80°C. Dieser erhöhte Temperaturbereich wird besonders vorteilhaft ausgenutzt, da in dem erfindungsgemäßen Verfahren der Festigkeitsgewinn vorzugsweise aus der Bildung der Tri-Calcium-Aluminat-Kristalle erhalten wird, während die Ausbildung der Calcium-Silikat-Kristalle bei derartigen Temperaturen behindert wird.
Bei den erfindungsgemäßen Formlingen wird dem Gemisch eine relativ geringe Menge an Wasser zugesetzt, nämlich, wie gesagt, vorzugsweise 2 bis 10 Gewichtsprozent bezogen auf das Gemisch. Mit dieser geringen Menge an Wasser wird kein Zementleim gebildet, es entsteht vielmehr ein Gemisch mit geringer Feuchtigkeit, das als "erdfeucht" bezeichnet werden kann. Dieses erdfeuchte Gemisch läßt sich in einer Kompaktierungseinrichtung, beispielsweise einer Walzenpresse, im Durchlauf in kürzester Zeit zu Formlingen verdichten.
Die Temperaturbehandlung der aus dem erdfeuchten Gemisch gebildeten Formlinge erfolgt möglichst ohne Entzug von Feuchtigkeit. Die Dauer der Wärmebehandlung beträgt beispielsweise 30 bis 360 Minuten und vorzugsweise 60 bis 120 Minuten. Bei der Temperaturbehandlung soll den Formlingen höchstens 50 Gewichtsprozent, vorzugsweise höchstens 10 Gewichtsprozent des Wassers entzogen werden.
Vorzugsweise erfolgt die Temperaturbehandlung in einer Dampf-, insbesondere Sattdampfatmosphäre, um einen Wasserverlust zu vermeiden.
Durch die Temperaturbehandlung wird die Aushärtezeit verringert.
Die Temperaturbehandlung führt ferner zu einer starken Verfestigung der Formlinge. Sie können danach bis auf Sintertemperatur und auch darüber erwärmt werden, ohne zu zerfallen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die Formlinge calciniert, d. h. einer weiteren Temperaturbehandlung bei etwa 700 bis 900°C, vorzugsweise bei etwa 850°C, unterworfen. Beim Calcinieren entweicht das Kohlendioxid der Carbonatbestandteile des Glases und der Formling verliert etwa 30% seines Gewichtes.
Der Einsatz von calcinierten Formlingen führt zu einer Erhöhung des Durchsatzes in der Schmelzwanne.
Zum Pressen der Formlinge wird vorzugsweise eine Walzenpresse, insbesondere eine Walzenbrikettierpresse, verwendet, mit der sehr hohe Rohdichten von über 90% der theoretischen Materialdichte erzielt werden können. Beim Pressen zu so hohen Dichten werden die Bestandteile des Formlings in sehr enge Berührung gebracht. Das Wasser wird durch seine Inkompressibilitat im Formling feinst verteilt. Auch tritt durch innere Reibung in den Formlingen bereits eine nennenswerte Erwärmung auf, die die hydraulische Bindung unterstützt.
Anschließend werden die Formlinge vorzugsweise der beschriebenen Wärmebehandlung unterworfen. Die Formlinge sind dann gebrauchsfertig, d. h. sie sind ausreichend hart, um in Silos gefüllt, über Bänder transportiert oder dem Glasschmelzofen direkt zugeführt zu werden.
Da das Mischen der glasbildenden Rohstoffe, des hydraulischen Binders und des Wassers, das Pressen der Formlinge und die Wärmebehandlung der Formlinge nur relativ geringe Zeit in Anspruch nimmt, kann das erfindungsgemäße Verfahren kontinuierlich durchgeführt werden.
Bei Verwendung einer Walzenpresse kann dieser das Gemisch dosiert über Förderschnecken zugeführt werden. Es kommt auch in Betracht, der Walzenpresse das Gemisch direkt zuzuführen und die Dosierung über die Spaltbreite der Walzenpresse zu regeln.
Die erfindungsgemäß verwendete Vorrichtung zur Herstellung der Formlinge umfaßt neben dem Mischer zur Bildung des Gemisches aus glasbildenden Rohstoffen, Klinkerzement und Wasser, einer Zuführeinrichtung und einer Walzenpresse zum Verpressen des Gemisches zu Formlingen, vorzugsweise auch eine Einrichtung zur Wärmebehandlung der Formlinge.
Die Temperaturbehandlung der Formlinge erfolgt beispielsweise in einem Behälter, der in einem Teilbereich von Warmluft durchströmt wird. Der Behälter weist vorzugsweise am oberen Ende eine Einfüllöffnung für die zu erwärmenden Formlinge und am unteren Ende eine Abzugsöffnung für die der Wärmebehandlung unterzogenen Formlinge auf. Der von der Warmluft durchströmte Teilbereich wird dabei durch den unteren Bereich des Behälters gebildet. Die Warmluft wird vorzugsweise in einem geschlossenen Warmluftkreis geführt. Das durch die Warmluft verdampfte Wasser steigt in der Schüttung im Behälter nach oben, wodurch der Wasserdampf im Bereich der oberen kälteren Formlinge kondensiert und zu deren Hydratisierung zur Verfügung steht. Die Feuchte der Formlinge bleibt damit weitestgehend erhalten.
Dem Behälter werden vorzugsweise gleichzeitig frische Formlinge zugeführt und in gleichem Maße der Temperaturbehandlung unterzogene Formlinge abgezogen, so daß ein kontinuierlicher Durchlauf entsteht und der Behälter immer gefüllt ist.
Nach der Temperaturbehandlung sind die Formlinge transportierbar und können in Silos eingefüllt und gelagert werden.
Die Formlinge können bis zur Sintertemperatur oder zur Calcinierung erwärmt werden, ohne zu desagglomerieren. Vorzugsweise werden die Formlinge durch die heißen Rauchgase des Glasschmelzofens auf eine Temperatur von etwa 650 bis 700°C vorerwärmt und gegfs. in einem weiteren Schritt durch Zuheizung durch eine Wärmequelle außerhalb der Schmelzwanne bei etwa 850°C calciniert. Dadurch wird der Wärmeinhalt der Abgase des Glasschmelzofens genutzt und damit eine wesentliche Einsparung von Energie erzielt.
Die Zuführeinrichtung der Vorrichtung zur Herstellung der Formlinge ist vorzugsweise als Schwerkraftbeschickung ausgebildet, bei der das Gemisch der Walzenpresse direkt zugeführt wird, d. h. das Gemenge wird auf eine der Walzen aufgegeben, welche als seitliche Abdichtung mitumlaufende Bordscheiben aufweist.
Die erfindungsgemäß verwendete Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren werden nachstehend anhand der Zeichnung, die beispielhafte, bevorzugte Ausführungsformen zeigen, näher erläutert.
Es zeigt
1 ein Gesamtschema der Vorrichtung,
2 eine Ausführungsform einer Walzenpresse, und
3 eine Draufsicht auf die Walzenpresse gemäß 2.
In Behältern 1 bis 4 werden die glasbildenden Rohstoffe gelagert. Diese werden in gewünschten Verhältnissen über eine Fördereinrichtung 5 einem Mischer 6 zugeführt, um ein Gemisch aus den glasbildenden Rohstoffen, Klinkerzement und Wasser zu bilden. Der Mischer 6 ist dazu mit einer nicht dargestellten Wasserzufuhrleitung versehen. Ebenso können dem Mischer Stäube aus der Formlingsherstellung und dem Schmelzwannenbetrieb sowie Abfälle aus der Mineralwolleherstellung zugeführt werden.
Von dem Mischer 6 wird das Gemisch mit einem Förderband 7 in eine Walzenbrikettierprese 8 gegeben. Die Vorrichtung weist einen Einfülltrichter 9 mit einer oder mehreren Förderschnecken auf, wobei nur eine Schnecke 10 gezeigt ist.
Die Förderschnecke 10 führt das Gemisch dosiert den Walzen 12, 13 der Walzenbrikettierpresse 8 zu. Am oberen Ende des Trichters 9 ist eine Niveausonde 11 vorgesehen, die den kontinuierlichen Ablauf steuert.
Das untere verjüngte Ende des Trichters 9, zu dem die Förderschnecke 10 das Gemisch transportiert, erstreckt sich zwischen die zwei Walzen 12, 13, die in der Zeichnung im Ruhezustand, also voneinander weg bewegt dargestellt sind, im Betriebszustand jedoch gegeneinander belastet sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, die in 2 und 3 gezeigt ist und in der vereinfacht nur eine Brikettformenreihe dargestellt ist, wird das Material direkt auf eine der Walzen dosiert aufgegeben. Aus dem Trichter 9 wird über die Zuführeinrichtung 31 das Gemisch zur Walze 13 transportiert.
Anstelle von starren Herzstücken wird die seitliche Abdichtung der Walzen vorzugsweise von zwei Bordscheiben 32, 32' gebildet.
Herzstücke behindern den Transport des Materials, so daß im Randbereich teilweise zu wenig Material gefördert wird und die gewünschte Dichte nicht erreicht wird. Die mitlaufenden Bordscheiben 32, 32' lösen dieses Problem, so daß über die gesamte Walzenbreite Formlinge hoher Dichte und hoher Festigkeit bei geringem Verschleiß hergestellt werden können.
Bei der Ausführungsform gemäß 2 wird auf die mit den Bordscheiben 32, 32' versehene Walze 13 das zu verdichtende Gemisch dosiert im Bereich des Zenits aufgegeben. Die Walze transportiert das Material in den Pressenspalt. Über die Spaltbreite wird die Dosierung geregelt. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt in dem besonders einfachen Aufbau und darin, daß in der Beschickung kein Verschleiß und kein Verstopfen erfolgen kann, d. h. die Dosierung erfolgt hier durch die eigene Schwerkraft des zu verdichtenden Gemisches.
Der Mantel jeder Walze 12, 13 ist mit Formvertiefungen versehen. Die Walzen 12, 13 sind gegenseitig so winkelpositioniert, daß bei gleicher Drehgeschwindigkeit im Walzenspalt zwei Formvertiefungen der einen bzw. der anderen Walze 12, 13 so zusammentreffen, daß das Gemisch zu eierbrikettartigen Formlingen 14 verpreßt wird.
Unter den Walzen 12, 13 ist ein Sieb 15 angeordnet, durch das nicht verpreßtes Material auf ein Förderband 16 fällt, das über eine Fördereinrichtung 17 und das Förderband 7 wieder der Walzenbrikettierpresse 8 zugeführt wird. Die Formlinge 14 werden mit einer Fördereinrichtung 18 einem Behälter, hier unterteilt in fünf Zonen 20 bis 24, von oben zugeführt. Die Verteilung der Formlinge 14 auf die einzelnen Zonen 20 bis 24 erfolgt über ein verschiebbares Förderband 25.
In den Zonen 20 bis 24 werden die erdfeuchten Formlinge 14 zur Aushärtung einer Wärmebehandlung unterzogen. Dazu wird der untere Bereich der Zonen 20 bis 24 von Warmluft durchströmt, die über eine Leitung 26 mit einer Heizung 27, die vorzugsweise durch Abwärme gespeist wird, und einem Ventilator 28 im Kreislauf geführt wird.
Über ein Förderband 29 werden die ausgehärteten Formlinge 14 der Schmelzwanne bzw. zwischengeschalteten Einrichtungen wie Vorratssilo, Vorwärmeinrichtung oder Calcinierungseinrichtung zugeführt.

Claims

Formling erhältlich durch Kompaktierung eines Gemisches auf der Basis von körnigen oder pulverförmigen glasbildenden Rohstoffen, anorganischem Bindemittel und Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß das anorganische Bindemittel Klinkerzement ist und daß eine Rohdichte wenigstens 90% der theoretischen maximalen Materialdichte des trockenen Gemisches beträgt.
Formling nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohdichte des Formlings 93 bis 96%, insbesondere 94 bis 95% der Materialdichte beträgt.
Formling nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht des trockenen Formlings höchstens 500 g, insbesondere 10 bis 200 g beträgt.
Formling nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht des trockenen Formlings 20 bis 150 g, vorzugsweise 30 bis 60 g beträgt.
Formling nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Formling Formstabilität bis mindestens 650°C aufweist.
Formling nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß er ein calciniertes Produkt ist.
Verfahren zur Herstellung von Formlingen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die glasbildenden Anteile des Klinkerzements bei der Quantifizierung der verschiedenen glasbildenden Rohstoffe im Gemisch berücksichtigt werden, das Wasser in einem Anteil von 2 bis 10 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gemisch, zugegeben wird, und die Formlinge bis zu einer Rohdichte von mindestens 90% der theoretischen maximalen Materialdichte verpresst werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Klinkerzement in einem Anteil von 3 bis 15 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gemisch, zugegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Klinkerzement in einem Anteil von 10 bis 12 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gemisch, zugegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser in einem Anteil von 2 bis 6 Gewichtsprozent, insbesondere 2,5 bis 4,5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gemisch, zugegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Formlinge nach dem Verpressen einer Temperaturbehandlung unterworfen werden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturbehandlung bei 50 bis 200°C, insbesondere bei 60 bis 80°C durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturbehandlung über 30 bis 360 Minuten durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturbehandlung in einer nahezu wasserdampfgesättigten Atmosphäre durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Temperaturbehandlung dem Formling höchstens 50%, vorzugsweise höchstens 10%, des Wassers entzogen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Formlinge anschließend einer Calcinierung unterworfen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Formlinge in einer Walzenpresse verpreßt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch der Walzenpresse direkt zugeführt wird und die Dosierung über die Spaltbreite der Walzenpresse geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Härtcharakteristik des Klinkerzements durch einen härteverzögernden und/oder härtebeschleunigenden Zusatz beeinflußt wird.
Verwendung einer Vorrichtung mit einem Mischer (6), einer Zuführeinrichtung (7, 10, 31) und einer Walzenpresse (8) zur Herstellung von Formlingen nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mittels einem Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 19, wobei der Mischer (6) zur Bildung eines Gemisches aus glasbildenden Rohstoffen, Klinkerzement und Wasser, und die Walzenpresse (8) zum Verpressen des Gemisches zu Formlingen dient.
Verwendung einer Vorrichtung zur Herstellung von Formlingen, nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ferner eine Einrichtung zur Wärmebehandlung (20 bis 24) der Formlinge umfaßt.
Verwendung einer Vorrichtung zur Herstellung von Formlingen, nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Wärmebehandlung (20 bis 24) der Formlinge eine Einrichtung zum Herstellen einer nahezu wasserdampfgesättigten Atmosphäre aufweist.
Verwendung einer Vorrichtung zur Herstellung von Formlingen, nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführeinrichtung als Förderschnecke (10) ausgebildet ist.
Verwendung einer Vorrichtung zur Herstellung von Formlingen, nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Schwerkraftbeschickung der Walze (13) der Walzenpresse (8) vorgesehen ist.
Verwendung einer Vorrichtung zur Herstellung von Formlingen, nach einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze (13) der Walzenpresse (8) Bordscheiben (32, 32') aufweist.