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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von feinkörnigem, mehrzelligem, geblähtem Schaumgranulat
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zur Blähung unter Verwendung eines kontinuierlichen Wirbelbetts näher erläutert.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren erhält man ein feinkörniges, mehrzelliges Schaumgranulat, das eine grössere Festigkeit gegenüber einzelligen Hohlkügelchen gleicher Schüttdichte hat, da die inneren Zellwände als Stützen wirken. Bei einer eventuell auftretenden Beschädigung der Aussenhaut geht beim erfindungsgemässen mehrzelligen Granulat nur ein geringer Teil der Isolierwirkung verloren, und es kann sich bei einer solchen Beschädigung nur eine der Zellen z. B. mit Wasser oder Bindemittel füllen, so dass das geringe Gewicht der Zuschlagstoffe im wesentlichen erhalten bleibt.
Das erfindungsgemässe Verfahren erfolgt in zwei Stufen. In der ersten werden die unter Zugabe von Wasser und gegebenenfalls Elektrolyten und Bindestoffen zu Schlicken aufbereiteten Ausgangsstoffe bei Heizgastemperaturen unter 500 C, vorzugsweise unter 300 C, durch Sprühgranulierung zu ungeschäumtem, weitgehend trockenem Sprühgranulat mit 0, 1 bis 1 mm Korndurchmesser verarbeitet. Den genannten Temperaturen entspricht eine Guttemperatur von etwa 100 bis 1500C. Durch die Begrenzung der Temperaturen nach oben wird erreicht, dass keine Schäumgase bzw.
Blähmittel verlorengehen, und dass der auf Trocknung und Formgebung beschränkte Verfahrensschritt die späteren Zellenbildungsvorgänge nicht nachteilig beeinflusst..
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<tb>
<tb> Gesamtspektrum <SEP> 0, <SEP> 6 <SEP> - <SEP> 1. <SEP> 2 <SEP> mm <SEP> Komdurchmesser <SEP>
<tb> davon <SEP> 10% <SEP> 0, <SEP> 6 <SEP> - <SEP> 0. <SEP> 8 <SEP> mm <SEP> Komdurchmesser <SEP>
<tb> 78% <SEP> 0, <SEP> 8-1, <SEP> 0 <SEP> mm <SEP> Komdurchmesser <SEP>
<tb> 12% <SEP> 1, <SEP> 0-1, <SEP> 2 <SEP> mm <SEP> Korndurchmesser.
<tb>
Für verschiedene Anwendungen bedeutet dieses enge Spektrum und die ungleichmässige Verteilung eine Beschränkung. Verputzmörtel enthält zweckmässig Zuschläge mit 0 bis 7 mm Korndurchmesser.
Die Verwendung eines solchen Schaumgranulates verleiht dem Verputz eine verbesserte Wärmedämmwirkung ; bei dem engen Komspektrum können sich jedoch beim maschinellen Putzauftrag Schwierigkeiten ergeben.
Ein Sprühgranulat mit breitem Komspektrum wird gewonnen, wenn man den Schlicker sowohl durch Düsenzerstäubung als auch durch sogenannte Scheibenzerstäubung zerstäubt.
Wird in einem Sprühturm, der ebenso gross ist wie der, mit dem die Versuche durchgeführt wurden, die zu der oben beschriebenen Kornverteilung führten, das Düsen-und Scheibenzerstäubungsverfahren kombiniert angewendet, wobei vom gleichen Schlicker ausgegangen wird, der Düsenhalter in Höhe von 2/3 der Gesamthöhe des Turmes angebracht wird, die Düsen auf dem Düsenhalter mit 1 bis 50 Neigung zur senkrechten Achse angebracht werden, der Verdüsungsdruck auf 9 atü gehalten wird und das Zerstäuberrad mit 10 000 Umdr/min arbeitet, so ergibt sich folgende neue Korngrössenverbeilung:
Gesamtspektrum 0, 2 bis 2, 2 mm Korndurchmesser, davon (zirka)
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<tb>
<tb> 14% <SEP> 0, <SEP> 2-0, <SEP> 4 <SEP> mm <SEP>
<tb> 10% <SEP> 0, <SEP> 4-0, <SEP> 6 <SEP> mm
<tb> 110/0 <SEP> 0, <SEP> 6-0, <SEP> 8 <SEP> mm
<tb> 16% <SEP> 0, <SEP> 8-1, <SEP> 0 <SEP> mm
<tb> 110/0 <SEP> 1, <SEP> 0-1, <SEP> 2mm <SEP>
<tb> 10% <SEP> 1, <SEP> 2-1, <SEP> 4 <SEP> mm
<tb> 12% <SEP> 1, <SEP> 4-1, <SEP> 6 <SEP> mm
<tb> 7% <SEP> 1, <SEP> 6-1, <SEP> 8 <SEP> mm
<tb> 9% <SEP> 1, <SEP> 8-2, <SEP> 0 <SEP> mm
<tb> 1% <SEP> 2, <SEP> 0-2, <SEP> 2 <SEP> mm. <SEP>
<tb>
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Die Düsenzerstäubung erfolgt in der oberen Hälfte des Sprühturmes. Der Verdüsungsdruck wird ge- ringer gehalten als üblich, wodurch bereits die Granulate grösser anfallen. So wurden z. B. mit Drucken bis herab zu 7 atü gute Ergebnisse erzielt. Gemäss der Erfindung werden die Düsen ausserdem mit ver- schiedenem Sprühwinkel, gegen die Vertikale geneigt, angeordnet.
Die Zerstäubung mit Zerstäuberrad erfolgt konventionell, jedoch wird unterhalb des Zerstäuberrades im Sprühturm eine Blende angebracht, die ein Ansetzen verdüster Teilchen sicher verhindert. Vorteil- hafterweise besteht diese Blende aus nichtrostendem Stahl. Die besondere Durchführung der Düsenzer- stäubung ist ausschlaggebend für eine breite und kontinuierliche Korngrössenverteilung.
Die durch Düsenzerstäubung verteilten Schlickertröpfchen treffen mit durch Scheibenzerstäubung zerstäubten Partikeln unter verschiedenen Umständen zusammen. Variabel ist der Ort des Zusammen- treffens im Sprühturm und der beiderseitige Trockenheitsgrad. Davon ist die Neigung zur Agglomerie- rung bestimmt. Die Düsen können hiezu auf ihrem Halter in verschiedene Winkel zur Achse des Sprüh- turmes gebracht werden. Treffen zerstäubte Partikel mit feuchten düsenzerstäubten Partikeln unweit des
Zerstäuberrades zusammen, erfolgt in der Regel eine mehrfache Agglomerierung ; es entstehen Agglo- merate bis 2 mm Korndurchmesser. Mit der Entfernung von der Düse einerseits und dem Zerstäuberrad anderseits vermindert sich die Neigung zum Zusammenschluss in der genannten Reihenfolge.
Auch fal- len düsenzerstäubte und scheibenzerstäubte Partikel an, die nicht an der Agglomerierung teilhatten ; letztere besitzen die Minimalkorngrösse innerhalb des Spektrums mit etwa 0, 2 mm.
Der Trockengrad des gemischten Kornspektrums ist nicht gleichmässig. Die grossen Agglomerate enthalten bis zu 100/0 Feuchtigkeit, die nicht agglomerierten zerstäubten Partikel sind in der Regel un- ter 1% Feuchte getrocknet Dieser Feuchteunterschied, der bei der Förderung und Lagerung teilweise ausgeglichen wird, beeinflusst die nachfolgende Schäumung nicht nachteilig.
Aus der Kombination von Düsen- und Zerstäuberrad-System ergibt sich ausser den genannten technischen Vorteilen ein erheblicher wirtschaftlicher Vorteil. Die Leistung der Sprühtrocknungsanlage wird durch die Kombination von Düsen und Zerstäuberrad wesentlich gesteigert. Es kann bis zu 160% der Schlickermenge verarbeitet werden, die in einer Anlage bestimmter Grösse bei Anwendung nur eines der beiden Zerstäubungssysteme erreichbar ist.
In der zweiten, auf die Düsen- bzw. Scheibenzerstäubung folgenden Verfahrensstufe, deren Abgase zum Betrieb der ersten Stufe verwendet werden können, wird das noch heisse Sprühgranulat in einer Erhitzungskammer gemäss der Erfindung auf Sintertemperatur erhitzt und dabei zu Schaumgranulat mit 0, 2 bis 2 mm Korndurchmesser verarbeitet.
Die Heizgastempera tur wird dabei möglichst genau auf die jeweilige Plastifizierungstemperatur des Grundmaterials eingeregelt. Sie wirkt sofort bei Eintritt des Granulates in die Erhitzungskammer auf dieses ein und erweicht zunächst die Oberfläche des Granulates, so dass die gesamte vergasungsfähige Substanz eingeschlossen und zur Zellenbildung erhalten bleibt. Diese Temperatur wird während des Durchganges der Granulate durch die Kammer aufrecht erhalten, so dass im gesamten Korn ein gleich- mässiger Zähigkeitszustand erzeugt und die zur Gasbildung notwendige Wärmemenge in das Korn eingeführt wird, so dass die Gase expandieren und das Korn gebläht wird.
Durch die Betriebsweise der Schäumvorrichtung, d. h. durch die Drehgeschwindigkeit und die Nei- gung der rotierenden Erhitzungskammer und/oder durch feuerfeste Einbauten in der Kammer oder besondere Ausbildung ihres Querschnittes, der kreisförmig, rechteckig oder vieleckig sein kann, wird dem Granulat während des Blähvorganges eine starke Bewegung erteilt, wodurch ein Zusammenbacken der Körner vermieden und ferner eine definierte Verweilzeit des Granulates in der Brennkammer erreicht wird. Bei der Wärmebehandlung ergibt sich durch Blähen des Sprühgranulates eine Vergrösserung des Komdurchmessers bis auf etwa das Doppelte.
Eine starke Bewegung und eine Förderung des Gutes durch die Kammer kann auch mit Hilfe eines an dieser angeordneten Vibrators erreicht werden. Solche, mit sinngemässer Abwandlung anwendbare Vibratoren sind etwa in der Schweizer Patentschrift Nr. 382 630 beschrieben.
Eine beispielsweise Ausführungsform der Erhitzungskammer wird nachfolgend an Hand der Fig. 1 und 2 der Zeichnungen erläutert, die einen Längsschnitt und einen Querschnitt der Erhitzungskammer darstellen.
In den Zeichnungen ist mit --5-- eine mit einer feuerfesten Ausmauerung versehene Erhitzungskammer bezeichnet. Über eine Vibrationsrinne-l-und ein geneigtes Zuführrohr --2-- wird das
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rotiert und ist gegen die Horizontale geneigt, wobei ihre Drehzahl und ihr Neigungswinkel veränderbar sind. Die Brenngase --11-- werden durch einen in der andern der beiden Stirnwände der Erhitzungskammer angeordneten Brenner --8-- zugeführt, verlaufen axial durch die gesamte Länge der Erhitzungskammer und werden an der gegenüberliegenden Stirnwand umgelenkt, so dass sie wieder zurücklaufen und bei --7-- aus der Brennerkammer austreten.
Die Heizgasführung nach Art der Schleifen- oder Umkehrflamme gewährleistet eine weitgehend gleichmässige Temperaturverteilung über Länge und Querschnitt der Erhitzungskammer, so dass das zu schäumende Granulat sofort beim Eintritt in die Kammer der zum Schäumen geeigneten Plastifizierungstemperatur ausgesetzt ist. Der Durchlauf des Gutes wird durch die Heizgasführung nicht beeinflusst. Die Verweil- oder Behandlungszeit des Granulates wird vielmehr, wie bereits angeführt, durch die Betriebsbedingungen, d. h.
Drehgeschwindigkeit und Neigung der Erhitzungskammer und/oder durch feuerfeste Einbauten in dieser bestimmt und geregelt, wodurch
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wird durch die relativ schnelle Drehung an den Wänden --4-- der Brennkammer emporgetragen, rieselt beim Herabfallen durch die Flammgase und wird sofort wieder in Aufwärtsbewegung gebracht usw., bis es den Auslauf --6-- erreicht und durch diesen aus der Erhitzungskammer aus-und in den Kühler --9-- eintritt. Aus dem Kühler --9-- wird das fertige Schaumgranulat zur weiteren Verwendung ausgetragen.
Eine beispielsweise Ausführungsform einer Vorrichtung zur gleichzeitigen Düsen- und Scheibenzer- stäubung wird im folgenden an Hand der Fig. 3 beschrieben, in der eine solche Anlage schematisch dargestellt ist.
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versetzt.
In der oberen Wand des Behälters-13-- ist ferner eine Kammer --16-- vorgesehen. aus der Heissluft in Richtung der Pfeile --17-- in den Behälter --13-- eintritt. An einer tieferen Stelle des Behälters --13-- wird ebenso wie durch das Rohr --14-- zu versprühendes Material eingeführt, das aus dem am inneren Ende des Rohres --18-- angebrachten Düsenkopf nach oben austritt. Die Düsen können im einfachsten Fall aus Bohrungen in der Platte des Düsenkopfes bestehen. Zweckmässig bestehen jedoch diese Düsen aus einstellbaren Rohren..
Im unteren Teil des Behälters --13-- ist eine Abgasabführung --19-- vorgesehen. Das düsenzer- stäubte Gut kann dem unteren Teil des Behälters durch eine nicht dargestellte Entnahmeöffnung entnommen werden.
An Stelle der oben beschriebenen Erhitzungskammer kann auch ein Wirbelbett verwendet werden.
Die Erfindung wird weiterhin an Hand von Beispielen erläutert : Beispiel I : In einer Tonaufschlussmaschine wird Ton mit vergatungsfähigen Bestandteilen ohne Trocknung feinpulverig aufgeschlossen. Danach werden 100 Gew.-Teile dieses Tons, 28 Gew.-Teile Wasser unterAnrechnung derRohfeuchte und 0,7 Gew.-Teile Elektrolyt (Wasserglas plus Soda) in einem Rührwerk zu Schlicker aufbereitet, der anschliessend durch ein Sieb mit 0, 3 mm Maschenweite durch- läuft. Der Schlicker wird durch eine Düse in einen Sprühturm eingesprüht, der mit heissen Gasen beheizt wird, deren Temperatur gegebenenfalls durch Frischluftzumischung auf maximal 5000C gehalten wird.
Die eingesprühten Schlickertröpfchen trocknen und verfestigen sich während der nur einige Sekunden dauernden Verweilzeit in dem heissen Gasstrom, worauf sie in den unteren Teil des Sprühturmes absinken und dort als verfestigtes, auf 1 bis 5% Feuchtigkeit getrocknetes Granulat abgezogen werden. Der Korndurchmesser streut bei 0,8 mm Düsen zwischen 0, 1 und 1 mm ; wobei Durchmesser von 0, 3 bis 0, 6 mm am häufigsten sind. Das Granulat wird durch eine wärmeisolierte Fördereinrichtung über ein volumetrisch arbeitendes Dosiergerät einer rotierenden Erhitzungskammer zugeführt.
Die Erhitzungskammer hat einen Innendurchmesser von 1, 75 m, eine Länge von 6 m und ist 4% gegen die Horizontale geneigt. Die Umfangsgeschwindigkeit an der Innenwand beträgt etwa 80 m/min.
Die Temperatur in der Brennkammer beträgt 1100 bis 11500C. Das eingeführte Granulat wird an den Wänden der Brennkammer emporgetragen und rieseltbeimHerabfallen durch die Flammgase, bis es nach etwa 3 min durch den Auslass derErhitzungskammer austritt und durch einen Kühler geführt wird, worauf es ausgetragen wird.
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Bei Verwendung von Glas als Ausgangsmaterial für die erfindungsgemässen Schaumkörner kann das Granulat nach dem Verlassen des Sprühturmes vorzugsweise mit einem staubförmigen keramischen Material überzogen bzw. engobiert werden. Es ist nämlich bekanntgeworden, dass ein mit Glasstücken
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verunreinigter Zuschlag, der mit bestimmten Zementsorten zu Beton verarbeitet wurde, schädliche Treiberscheinungen infolge Hydrosilikatbildung zeigte.
Durch die Engobierung von Glasschaumgranulat mit Tonmehl wird daher erfindungsgemäss die Beständigkeit des Granulates verbessert.
Nachfolgend wird das erfindungsgemässe Verfahren unter Einschluss der Engobierung an Hand eines weiteren Beispieles erläutert :
Beispiel II : In einer Nassmühle werden 100 Gew.-TeileAbfallglas unter Zugabe vonO, 5Gew.- Teilen Russ als Schäummittel, 28 Gew.-Teilen Wasser, 1, 5 Gew.-Teilen Elektrolyt (Wasserglas plus Soda) und 10 Gew.-Teilen Bindeton fein vermahlen, und der so erhaltene Schlicker wird durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 0, 1 mm geleitet und anschliessend in einen Sprühturm eingesprüht, dessen Heizgase eine Temperatur von 2500C haben. Der Sprühturm ist 8 m hoch und hat einen Innendurchmesser von 5 m.
Sein konischer Auslauf mündet in eine Zellenradschleuse, durch die das Granulat, das eine Temperatur von etwa 1200C und eine Restfeuchte von etwa 10% hat, in einen zylindrischen Schacht mit einem Innendurchmesser von 1 m und einer Höhe von 2 m fällt. Die Wände dieses Schachtes bestehen aus einemSiebgewebe mit 0, 2 mm lichter Maschenweite, um das im Abstand von 0, 3 m einStahlblechmantel angeordnet ist. In diesen Mantel münden Ein-und Ausströmleitung eines Umlaufsystems, das mit heissen Gasen, z. B. den Abgasen der Schäumanlage, die eine Temperatur von etwa 3000C haben, betrieben wird.
Mit Hilfe dieser schnell strömenden heissen Gase wird feines Tönmehl gefördert und durch die Siebwände in den zylindrischen Schacht eingestäubt, wodurch das Sprühgranulat überzogen oder engobiert wird. Der Verbrauch liegt bei etwa 5 Gew.-Teilen Tonmehl auf 100 Gew. - Teile Gra- nulat. Dieses wird, während es durch den Schacht durchtritt, weiterhin getrocknet und mit etwa 3% Feuchtigkeitsgehalt durch eine Austragsschleuse auf ein Wirbelbett geführt. Die Bodenplatte dieses
Wirbelbettes wird von Flammgasen eines Ölbrenners mit einer Temperatur von etwa 8500C durchströmt.
Das Granula t strömt nach etwa 8 min, in denen die Schäumung erfolgt, in einen Kühler. Der Korndurch- messer des Sprühgranulates wächst von zirka 0, 4 bis 0, 7 mm durch die Schäumung auf 0, 8 bis 1, 4 mm an.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von feinkörnigem, mehrzelligem, geblähtem Schaumgranulat aus feinpulverig aufbereiteten und in Schlicker überführten Tonen, sinterfähigen Gesteinen oder natürlichen oder künstlichen Gläsern, die Blähmittel enthalten, oder denen Blähmittel zugesetzt werden, wobei der erhaltene Schlicker granuliert wird und die Granalien gebläht werden, dadurch gekennzeich- n e t, dass bei der Nassaufbereitung des Schlickers die Gasungskerne, die gegebenenfalls vor der Verschlickerung einer Feinmahlung unterzogen werden, durch Rühren im Rohstoff fein verteilt werden, dass der Schlicker in einem Sprühturm bei Temperaturen, bei denen die Blähmittel sich noch nicht auswirken, unter Einschluss mehrerer feinverteilter Gasungskerne granuliert wird,
und dass das so erhaltene Granulat in einem gesonderten kontinuierlichen Erhitzungsvorgang gebläht wird.