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" Perfectionnements aux corps siliceux "
La présente invention a trait à la fabrication de corps siliceux artificiels et se rapporte particulièrement à la fabrication de corps susceptibles d'être utilisés comme suc- cédanés des produits céramiques ordinaires.
L'invention vise un procédé d'utilisation des mélanges mis au rebut et jusqu'ici à peu près sans valeur, de silice et de verre finement divisés que l'on obtient au cours des opérations de doucissage auxquelles on a recours pour le finissage des feuilles de verre ou glaces que l'on emploie comme vitres pour les automobiles, les fenêtres des immeu- bles et analogues.
L'invention permet aussi d'obtenir un corps similaire aux produits céramiques ordinaires mais caractérisé par un degré exceptionnellement élevé de résistance aux détériora- tions chimiques et physiques et.possédant une résistance mécanique inaccoutumée.
Ces objets de l'invention ainsi que d'autres objets
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seront mis en évidence au cours de la description et des revendications qui vont être données.
Pour le finissage des meilleures qualités de feuilles de verre ou de glaces on a coutume de soumettre les feuilles ou glaces à une opération de doucissage afin de réduire ou d'éliminer les irrégularités existant à leur surface. L'opé- ration de doucissage s'effectue habituellement en fixant les plaques de verre ou glaces, au moyen de mastic, sur des chariots ou tables mobiles que l'on fait ensuite passer sous des disques ou meules en fonte animés d'un mouvement de rotation. De l'eau et une boue formée par du sable en suspension sont envoyées simultanément à la surface du ver- re et cette boue, sous la pression des meules, enlève gra- duellement les irrégularités par abrasion.
Cette abrasion comporte l'enlèvement de minuscules copeaux ou rubans de verre et s'accompagne aussi de l'usure par frottement et du concassage des particules de sable lesquelles se subdivisent de manière à atteindre une finesse de plus en plus grande.
De temps en temps, on soumet le mélange à une opération de classification au cours de laquelle les particules les plus grosses sont séparées et renvoyées pour être à nouveau uti- lisées dans le cycle d'opérations. On fait avancer la matiè- re plus fine pour l'utiliser aux étapes ultérieures où s'ef- fectuent les coupes les plus fines du polissage ; les particules sont trop fines pour ces étapes ultérieures on les rejette, En fin de compte, tout le sable est ainsi ré- duit à un tel état de subdivision qu'il ne peut plus être employé pour le doucissage du verre. La masse est habituel- lement constituée par un mélange extrêmement intime de verre et de sable contenant environ 12 à 20 pour cent de verre et de faible quantités, par exemple 2 ou 3 pour cent defer.
Le fer peut se présenter sous la forme d'oxydes comme cela se produit naturellement dans beaucoup de sables, ou il peut consister en de minuscules fragments de fer à l'état métal-
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lique arrachés des meules en fonte. On y trouve aussi une petite quantité de plâtre provenant des tables de doucissa- ge, des matières organiques et d'autres matières résiduai- res. La grosseur des particules des corps solides existant dans le mélange est telle que la presque totalité des dites particules passe par un tamis de 300 ou 325 mailles.
Jusqu'ici, le mélange impur de particules siliceuses ainsi obtenu a été considéré comme sans valeur et on l'a accumulé en tas ou déversé dans des rivières. En tout état de cause, il constitue un sérieux ennui pour la fabrique de verre puisqu'on en produit annuellement des centaines de milliers de tonnes.
La présente invention a permis de constater que les résidus provenant du douoissage et du polissage du verre, après avoir été chauffés dans des conditions appropriées, s'agglomèrent sous forme de corps-pouvant être utilisés comme succédanés des produits céramiques ordinaires ou à d'autres fins.
L'invention est décrite ci-après, à titre d'exemple seulement, en référence aux dessins joints dans lesquels: la fig. 1 est une vue en coupe transversale d'une for- me d'appareil pouvant être utilisée pour le façonnage, le pressage et le frittage des résidus de sable sous forme de plaques sans emploi d'une compression mécanique d'un degré important;
La fig. 2 est une vue en coupe transversale d'un appa- reil utilisé pour chauffer et comprimer le sable résiduaire, de manière à former une bande continue;
La fig: 3 est une vue en coupe transversale d'une pres- se de forme convenable que l'on peut utiliser pour le fa- çonnage de la matière résiduaire chauffée, en vue de la transformer en plaques;
La fig. 4 représente schématiquement une forme d'exécu- tion d'un appareil utilisable pour comprimer le sable rési- duaire sous forme de plaques; @
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La fig. 5 est une vue en plan d'un moule utilisable pour façonner un objet ayant la forme d'une dalle dans le procédé présentement décrit.
La fig. 6 est une vue en élévation du moule représenté à la figure 5;
La fig. 7 est une vue en plan d'une autre forme d'exé- cution de l'invention;
La fig. 8 est une vue en coupe transversale prise sensiblement suivant la ligne VIII-VIII de la figure 7 ; et
La fig. 9 est une vue fragmentaire en coupe transver- sale prise suivant la ligne IX-IX de la figure 7.
Dans les dessins, les nombres semblables indiquent des éléments semblables.
La matière résiduaire employée pour la préparation du nouveau produit peut être prise directement aux tables de doucissage et séchée avant d'être utilisée; on peut aussi employer la matière qui a été accumulée en tas. La matière peut être utilisée sans traitement préliminaire; toutefois, en vue d'obtenir un produit de couleur blanche, il y a in- térêt à éliminer le fer qui y est contenu. La majeure par- tie du fer à l'état métallique s'enlève facilement en trai- tant par un séparateur magnétique le sable en suspension dans l'eau ou après qu'il a été séché. Mais, afin d'élimi- ner les comp,osés non magnétiques du fer,la matière devra être traitée chimiquement,par exemple par de l'acide sulfu- rique dilué ( 5 ou 10 pour cent).
Ce sable, ainsi qu'il a été indiqué antérieurement, contient environ 12 à 20 pour cent de verre très finement divisé, ce qui est suffisant, dans des conditions appro- priées, pour agglomérer entre elles les particules de sili- ce et pour obtenir un corps résistant et durable. Toutefois, si l'on désire réduire la porosité du produit final, on peut incorporer des quantités additionnelles de verre pilé ou même de scories de hauts-fourneaux. Un procédé convenable pour effectuer cette addition consiste à agiter le verre
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ou les soories avec la boue ou le sable en suspension lors- que l'on reçoit ceux-ci des tables de doucissage. La quan- tité de matière ajoutée peut en pratique varier d'environ zéro à environ cent pour cent de la masse totale.
On peut employer divers procédés pour transformer le sable résiduaire en corps compacts. Un de ces procédés con- siste à mélanger d'abord la matière,dont on a préalablement éliminé l'eau, avec un liant temporaire approprié tel que du goudron, de l'asphalte ou des résidus de la distillation du pétrole, analogues au coke. Ces liants ont un caractère simplement temporaire et maintiennent la matière résiduaire en masse avant et pendant les premières étapes de l'opéra- tion de chauffage. En fin de compte, elles sont complètement évaporées ou brûlées de manière à laisser un corps constitué essentiellement par de très fines particules de silice agglo- mérées les unes aux autres par les particules de verre frittê qui y sont contenues.
La proportion de liant peut varier considérablement.
On considère que des proportions de 1 à 10 pour cent envi- ron sont satisfaisantes. Un procédé convenant pour l'incor- poration du liant consiste à le dissoudre dans un dissol- vant approprié tel que la benzine ou l'essence qui pênétre- ra dans les interstices existants entre les particules constituant la matière résiduaire. Après que celle-ci a été suffisamment imprégnée on peut évaporer le dissolvant et le récupérer par distillation. Les particules de matières rése- duaires sont ainsi munies de revêtements uniformes de liant qui, en leurs points de contact, agglomèrent la masse de ma- nière à former un tout qui peut être façonné et manipulé avant l'opération de traitement thermique.
Des corps de forme appropriée faits avec la matière agglomérée, par exemple des plaques,peuvent être déposés sur des tablettes ou autres supports disposés dans un four et ils peuvent être chauffés à une température appropriée. Ils peuvent aussi être placés dans des enveloppes ou moules faits
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en une matière résistant à l'action de la chaleur, par exemple en acier chromé, puis traités thermiquement. Le chauffage doit être effectué à une température supérieure au point de frittage du verre, c'est-à-dire à une tempéra- ture comprise entre 870 C. à 980 C.
A ces températures,le liant organique est complètement éliminé par la chaleur et les particules de verre sont frittées ou fondues et donnent un corps quelque peu poreux, constitué par des particules de silice agglomérées les unes aux autres par des particu- les de verre;ou revêtements de verre. Les corps peuvent être soumis '-- l'opération de recuit par refroidissement graduel à partir d'une température d'environ 870 C.
Les corps obtenus peuvent être utilisés comme isolants de la chaleur et du son dans les immeubles. La structure poreuse peut être imprégnée de substances de catalyse tel que l'oxyde de vanadium et analogues et employée comme catalyseur dans les réactions chimiques telles que l'oxyda- tion par catalyse du naphtalène en vue de former de l'anhy- dride phtalique ou l'oxydation de l'anhydride sulfureux en vue de forme%de l'anhydride sulfurique. On peut aussi envi- sager l'emploi de ces corps pour le nettoyage des briques, à titre d'abrasif et pour d'autres fins.
Si on le désire, on peut remplacer les liants organi- ques par des liants inorganiques tel que le silicate de so- dium. Le mieux est d'incorporer ce dernier sous forme d'une solution aqueuse qui peut être séchée par application de chaleur ou de toute autre manière appropriée,en vue de pro- duire une masse constituée par des particules de silice et de verre agglomérées les unes aux autres par le silicate de sodium solide. Cette masse est soumise au chauffage com- me décrit plus haut. Au cours de l'opération de chauffage, le silicate de sodium agit comme fondant et contribue maté- riellement à l'agglomération les unes aux autres des par- ticules de matière finement divisée.
On se rend compte
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qu'il est possible d'utiliser la chaux en quantités appro- priées, soit seule, soit avec le silicate de sodium; elle tend, dans les conditions de l'opération, à se combiner avec le silicate de sodium (si ce dernier est présent) de manière à former une quantité additionnelle de verre, ce qui contribue à l'action d'agglomération.
Si on le préfère, on peut se dispenser d'employer des liants préliminaires ou temporaires et on peut appliquer le chauffage directement à la matière résiduaire à l'état de division et sans agglomération. Toutefois, dans ce der- nier cas, il est généralement utile, quoique pas toujours nécessaire, d'employer un récipient de forme et de dimen- sions appropriées pour la matière. Ce récipient devra être fait en une matière résistant à l'action de la chaleur,par exemple en acier chromé ou en matière.céramique .
Afin d'é- viter l'adhérence de la matière au récipient pendant l'opé- ration de chauffage, le récipient pourra être revêtu au préalable d'une matière résistant à l'action de la chaleur telle que de la silice, de la magnésie, du gypse, ou du graphite désagrégé, ou bien il peut être tout simplement la- vé avec de la chaux en suspension.dans l'eau (hydrate de calcium.
On peut accroître la densitédu produit final en sou- mettant la matière, avant l'opération de chauffage, à une compression mécanique, par exemple dans une presse hydrau- lique, ou en la soumettant à une vibration mécanique de manière à secouer et à tasser'les particules.
La fige 1 représente une forme d'exécution d'un appa- reil dans lequel la matière résiduaire, placée dans des ré- cipients appropriés, est soumise simultanément à des vibra- tions et à l'action de la chaleur en vue de réaliser le frittage des particules de verre. De préférence, cet appa- reil comporte une enveloppe extérieure 10 en matière non conductrice, ladite enveloppe étant établie de manière à
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éviter des pertes de chaleur excessives.
Une enveloppe 11 en acier chromé ou autre matière re- lativement résistante à l'action de la chaleur,est placée à l'intérieur de la chambre 10 et peut être supportée par un appareil électrique 12 à vibrations du type à plateforme, tel qu'on l'utilise commodément pour tasser et comprimer les matières contenues dans des récipients ou tambours. Des appareils vibrateurs de construction appropriée sont vendus sous la marque " Syntron" par la "Syntron Company" de Homer City, Pennsylvania. Une tablette ou une série de tablettes 12a, de préférence construites en forme de grilles sont dis- posées transversalement au récipient et constituent des supports pour un ou pour une série de moules 13 dans les- quels on dispose le sable résiduaire servant à former les corps qui font l'objet de la présente invention.
Afin d'assurer le frittage des particules de verre contenues dans le sable résiduaire, des dispositifs appro- priés de chauffage sont prévus à l'intérieur du récipient.Ils peuvent se présenter sous toute forme appropriée et être constitués par des éléments de résistance électrique ou, comme indiqué au dessin, par une série de brûleurs à gaz 14, disposés à proximité des récipients utilisés pour contenir la matière résiduaire. Les brûleurs peuvent être supportés indépendamment de l'enveloppe 11, par exemple, par les pa- rois extrêmes de la chambre 10, afin de laisser la masse libre de vibrer.
Une tablette ou cloison 16 peut aussi être supportée, à l'intérieur du récipient, de préférence par les parois extrêmes de la chambre 10, de manière à protéger la partie inférieure du récipient, laquelle est fixée à l'appareil électrique 12 à vibrations, de l'excès de chaleur émanant des brûleurs 14. L'appareil vibrateur peut en outre être protégé de la chaleur rayonnée par l'enveloppe 11 grâce à une cloison transversale 17 disposée dans la chambre 10
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tout près de la partie inférieure de l'enveloppe.
L'appa- reil vibrateur se prolonge à travers une ouverture 18 pra- tiquée dans ia tablette ou cloison de telle manière que les éléments qui présentent le plus de sensibilité à l'action de la chaleur,par exemple les bobines électriques, soientro- tégês de la chaleur rayonnée de haut en bas dans la cham- bre 10. La température peut encore être réduite au voisina- ge du vibrateur grâce à des ouvertures 19 pratiquées dans la partie inférieure de la chambre 10 et permettant d'éta- blir une circulation d'air dans l'espace compris au-dessous de la cloison 17.
Pour le fonctionnement de cette forme d'exécution de l'invention, on introduit, dans les moules 13 en forme d'au-' ge, des quantités appropriées de sable résiduaire, soit à l'état brut soit après traitement destiné à l'élimination du fer. On introduit ensuite les moules dans l'enveloppe 11 et on les chauffe graduellement, au moyen des brûleurs 14, jusqu'à une température déterminant le frittage du verre contenu dans le sable. Une température de 8700 C à 925 C est habituellement suffisante pour obtenir ce résul- tat. Pendant que le chauffage s'effectue, l'enveloppe 11 est soumise à de fortes vibrations par suite da fonctionnement du vibrateur 12, de manière à provoquer le tassement du con- tenu des moules.
Finalement,les particules de silice qui existent dans le sable résiduaire se rassemblent et, en même temps s'agglomèrent en une masse cohérente qui peut être ex- traite de l'enveloppe 11 et soumise à l'opération du recuit dans une carcaise appropriée (non représentée).
Dans la forme d'exécution de l'invention que représen- te la fig. 2 , le sable résiduaire purifié ou non est préa- lablement chauffé, par exemple dans un four rotatif,jusqu'à la température de frittage du verre contenu dans le sable; on le fait ensuite passer entre deux rouleaux afin de le comprimer sous forme d'un corps oohérant que l'on peut sou- mettre au recuit et déoouper ensuite en plaques ou dalles
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de dimensions et de forme appropriées. Dans cette forme d'exécution de l'invention, on peut envoyer dans le four le sable résiduaire à l'état humide ; le sable est ainsi séché et porté à une température appropriée .
Mais il peut aussi être préalablement séché et envoyé dans une trémie 25 de modèle courant qui, à son extrémité inférieure , décharge le sable dans une auge 26 d'alimentation du type "Syntron" mise électriquement en vibration et placée sur une plate- forme 27. La matière est ensuite envoyée de l'auge 26 dans une goulotte 28 qui, à travers une plaque fixe 29, l'en- voie dans l'extrémité supérieure d'un four rotatif 30. Le four est supporté à la manière habituelle par des galets 31 et'mis en rotation par l'intermédiaire d'un anneau denté 32 qui engrène avec un pignon commandé (non représenté).
La chaleur peut être fournie de diverses manières à- la matière introduite dans le four. Par exemple,la matière résiduaire finement divisée peut être mélangée à du charbon pulvérisé avant d'être introduite dans la trémie 25 et on peut envoyer de l'air sur la masse'placée dans le four afin d'activer la combustion du charbon. De même on peut insérer dans l'extrémité supérieure ou dans l'extrémité inférieure 34 du four, pour y fournir la chaleur, des brûleurs 33 à gaz, à huile, ou à charbon pulvérisé.
Les gaz de la combustion peuvent être évacués du four par un conduit 36 de modèle courant traversant la plaque 29.
La matière, chauffée à la température de frittage du verre qui y est contenu, passe, à une allure relativement uniforme, de l'extrémité inférieure du four sur une plaque 37 formant chicane et faite en une substance résistant à l'action de la chaleur ; cetteplaque renvoie la matière en- tre des rouleaux de compression 38 et 39 qui sont commandés par un dispositif approprié (non représenté). En passant entre ces rouleaux, la matière est comprimée et amenée à un état compact sous forme d'une bande cohérante qui est
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envoyée, par dessus une barre 41, jusque une série de rou- leaux d'entraînement 42. Ces rouleaux tournent à une vitesse appropriée et conduisent la bande à travers une ouverture 43 pratiquée dans la paroi avant d'une carcaise 44 de construction appropriée où s'effectue le recuit.
Dans ce dernier appareil, la matière se refroidit graduellement de manière à réduire les efforts internes qui s'y produisent.
Dans la forme d'exécution de l'invention que représen- te la figure 3, le sable résiduaire est disposé à l'intérieur d'un moule approprié et il y est chauffé jusqu'à la tempé- rature de frittage du verre, après quoi @1 est soumis à une compression exercée par une presse hydraulique, en vue de lui donner de la compacité et d'assurer un contact intime entre les particules de verre et de silice. Cet appareil peut être constitué par une chambre de chauffage 50 en acier ou en fer de construction assez solide pour qu'elle puisse jouer le rôle d'assise pour une presse hydraulique. A l'in- térieur de la chambre, sont disposés des éléments de chauf- fage tels que des résistances électriques ou, comme l'indi- que le dessin, une série de brûleurs 51 à gaz ou à huile.
En vue d'obtenir des plaques, des dalles ou autres corps, le sable résiduaire est introduit dans ,un moule 52 en acier chromé ou autre matière solide et résistant à l'action de la chaleur, le dit moule se logeant dans une ouverture 53 de la chambre 50 de telle manière que le-fond du moule soit placé au voisinage des brûleurs '51. Lé moule est également mu- ni d'un rebord 54 autour de sa périphérie supérieure, rebord qui s'applique sur la partie supérieure 56 de la chambre de chauffage.
Le moule est muni également d'un plateau 57 qui prend appui sur.le fond du moule; des'ouvertures 58 et 59 pratiquées respectivement dans le fond du moule et dans le fond 60 de la chambre 50 permettent l'insertion permanente ou temporaire d'une tige 62 qui permet de soulever le pla- teau de manière à enlever les plaques ou dalles 63 du moule
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après qu'elles ont été formées. On voit que la tige peut être fixée au plateau ou qu'elle peut être employée, si on le désire, comme un élément distinct pouvant être inseré ou enlevé à volonté.
La pression est appliquée à la matière contenue dans le moule au moyen d'un dispositif comportant un plateau de compression 64 relié, par un accouplement 66 à coussinet sphérique, à un plongeur 67. L'extrémité supérieure de ce dernier se prolonge dans un cylindre 68 et est munie d'un piston 69 actionné par un fluide sous pression en vue de l'application de la pression à la matière contenue dans le moule.
Pour le fonctionnement de cette forme d'exécution de l'invention, on peut introduire le sable résiduaire à l'état pulvérulent dans le moule 52 ou, si on le préfère, on peut donner préalablement à ce sable la forme de tablettes ou de plaques en le mélangeant, par exemple, avec un liant appro- prié tel que des mélasses, du goudron, du silicate de sodium ou analogues. Le sable résiduaire peut aussi être préalable- ment chauffé, avant d'être introduit dans le moule, jusqu'à toute température désirée, par exemple jusqu'à 560 C. Avant d'appliquer la pression à la masse contenue dans le moule, cette masse doit être portée à la température de frittage (870 C. ou 925 C.) du verre contenu dans le sable.
On voit que, pour le fonctionnement de cette forme d'exé- cution de l'invention, le moule 52 peut être maintenu cons- tamment placé dans la presse; chaque plaque, après avoir été formée, peut être enlevée, après que l'on a soulevé le pla- teau 64, en actionnant le plateau 57 de bas en haut de ma- nière à soulever la plaque. Il est également possible d'uti- liser une série de moules que l'on emplit consécutivement et que l'on place dans la presse où ils sont chauffés à la température voulue, le plateau de compression 64 étant en- suite actionné de manière à comprimer la masse pour lui don-
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ner la cohésion voulue. Les moules sont ensuite retirés individuellement de la presse et les plaques nouvellement formées sont extraites.
Bien entendu, il est nécessaire de soumettre les plaques à l'opération de recuit en vue d'y réduire les tensions internes. Cette opération peut être effectuée soit avant soit après l'extraction des plaques obtenues dans les moules.
Si on le désire, les/moules, avant ou après introduc- tion de la matière résiduaire, peuvent être chauffées à la température de traitement ou à une température supérieure; en raison de la construction massive du moule et du plateau extracteur, il peut s'y accumuler une quantité de chaleur suffisante pour que la compression de la matière résiduaire soit effectuée dans la presse sans application de chaleur additionnelle émanant des brûleurs 51.
Dans la forme d'exécution de l'invention que représen- te la figure 4, le sable résiduaire est envoyé d'une maniè- re continue dans une série de moules plasés sur un support approprié et ces moules traversent ensuite un foyer ou four dans lequel ils sont chauffés à la température de frit- tage du verre contenu dans le sable. Les moules passent en- suite sous une presse hydraulique où la matière est forte- ment comprimée mécaniquement. Dans cette forme d'exécution de l'invention, le sable résiduaire est introduit dans la trémie 70 et tombe du fond de la dite trémie dans un dispo- sitif d'alimentation 71 en forme d'auge mis électriquement en vibrations par le dispositif 72. Le dispositif d'alimen- tation est similaire à celui qui a été décrit à propos de la figure 2 et il est supporté par une plateforme appropriée 76.
Le sable résiduaire provenant du dispositif d'alimen- tation traverse une goulotte 77 et se dépose d'une manière continue, à une vitesse relativement uniforme, dans une sé- rie de moules 78 placés sur un transporteur 79 du type à
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chaîne. Bien entendu, ce transporteur se déplace sur des rouleaux d'entraînement 81 appropriés. Le transporteur peut se terminer à proximité de l'extrémité avant d'un four de chauffage 82 ou, comme indiqué dans la forme d'exécution qui est représentée au dessin, il peut se prolonger à travers des ouvertures 83 et 84 pratiquées dans les parois du four, et fonctionner de façon à permettre le chauffage direct dans le four des moules contenant la matière résiduaire. La cha- leur est produite dans le four au moyen d'une série de brû- leurs 86 disposés à proximité des raoules.
Le trajet infé- rieur 87 du transporteur est protégé de la chaleur engendrée par les brûleurs grâce à une cloison horizontale appropriée 88 disposée dans la partie inférieure du four.
Le transporteur se termine proximité d'une presse hydraulique 89 oomportant une partie 91 qui en constitue la base et une partie fixe portant des plateaux de compression 93 placés en regard des moules. Un plateau mobile 94 glisse le long de tiges de guidage 96 qui relient la base 91 et la partie supérieure 92, le dit plateau étant actionné de bas en haut par unpiston 97 mû hydrauliquement.
Les moules contenant le sable résiduaire chauffé à température convenable par passage dans le four 82 peuvent être retirés à la main ou mécaniquement du transporteur et déposés sur le plateau mobile 94 de la presse que l'on ac- tionne ensuite de façon à comprimer la matière. La compres- sion n'exige pas plus d'une ou deux secondes et, après qu'elle est effectuée, on peut faire passer les moules con- tenant les plaques qui viennent d'être formées et qui sont encore chaudes, sur un transporteur 98 qui est entraîné par des rouleaux commandés 99 et se prolonge dans une carcaise 100.
Une forme de moule pouvant être utilisé pour la mise en pratique de l'invention est représentée aux figures 5 et 6. Le moule comporte un font 101 dont le bord est muni d'une rainure 102 permettant à un épaulement 103 disposé autour du
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bord inférieur d'un organe 104 en forme de grille de venir s'y encastrer. L'organe 104 est divisé en une série de compartiments 106 de forme appropriée et en nombre convena- ble par des cloisons 107. Pour employer ces moules, on place d'abord la grille 104 sur la base tandis que oelle-ei est placée sur le transporteur 79. La charge de sable'est ensui- te envoyée dans les moules par le mécanisme de remplissage constitué par le dispositif d'alimentation 71; on fait en- suite passer les moules à travers le four ou foyer 82.
Dès que le sable a été comprimé dans le moule ou après l'opéra- tion de recuit, les plaques peuvent être aisément retirées grâce au soulèvement des grilles; celles-ci ayant été sépa- rées des fonds, on peut appliquer une force mécanique au dessous des plaques pour les extraire des grilles.
Une autre forme d'exécution d'un appareil permettant la formation continue de plaques à partir du sable résiduai- re est représentée aux figures 7, 8 et 9. Dans cette forme d'exécution de l'appareil, une base 110 est munie d'un moyeu creux 111 dirigé vers le haut et formant palier pour un arbre vertical 112. A son extrémité supérieure, cet ar- bre est olaveté à un croisillon Ils disposé horizontalement et portant un anneau 114 destiné à supporter les moules,le dit anneau étant disposé de manière à pouvoir glisser sur un support 115 dispose sur la base 110. Une dispositif permet- tant de faire tourner l'anneau par intermittences sera dé- crit plus loin.
Plusieurs moules 116, quatre par exemple, sont dispo- sés à intervalle convenable, sur la surface supérieure de l'anneau ; ils peuvent être faits en acier chromé ou autre alliage résistant à la chaleur. Comme l'indique la figure 8, ces moules sont munis de plaques 117 formant double fond et permettant l'extraction des plaques après que celles-ci ont été formées dans les moules. Les plateaux 117 peuvent être poussés de bas en haut par des tiges 118 qui y sont fixées rigidement et qui se prolongent vers le bas à travers
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des ouvertures ménagées dans le fond du moule et dans l'an- neau 114.
Le sable résiduaire peut être envoyé dans les moules par un dispositif d'alimentation approprié, par exemple un four rotatif 119 dont l'extrémité inféBieure est disposée de tel- le manière que le déchargement se fasse dans les moules. Afin d'éviter que le sable résiduaire se répande lorsque l'on fait tourner les moules d'une position à la suivante, un godet 121, visible sur la figure 9, est disposé au-dessous de l'extrémité inférieure du four et est fixé sur des ar- bres 122 ayant des paliers dans des tiges de suspension 123 qui, à leurs extrémités supérieures, sont supportées par une poutre, une plateforme ou autre pièce 124.
L'un des arbres 122 est également muni, à son extrémi- té intérieure, d'un bras 126 se prolongeant vers l'arrière et vers le bas; è son extrémité inférieure, le bras 126 porte un galet 127. Ce galet est établi de manière à venir en contact avec des cames 128 faisant saillie vers le haut et disposées le long du bord interne de l'anneau 114. Comme on le voit sur la figure 7, une came est prévue pour chaque moule et ces cames sont espacées de telle sorte que, lors- que les moules sont placés directement au-dessous de l'ou- verture du four 119, le bras 126 se relève de manière à faire basculer le godet 121 et à décharger dans le goule le sable résiduaire accumulé dans le dit godet et de manière aussi 2 permettre à la matière résiduaire venant du four de tomber directement dans le moule.
Après que le moule, par suite de sa rotation, a dépassé la position de remplissage, le bras est libéré de la came et le godet revient occuper la position indiquée en pointillés sur la figure 9,; pour recueillir la matière qui tombe de l'extrémité de décharge- ment du four.
En vue de maintenir la température de la matière conte- naa dans le moule ou d'accroître cette température lorsqu'on ne désire pas chauffer la dite matière dans le four jus-
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qu'à la température de traitement, un ou plusieurs segments de l'anneau 114 sont enclos dans des fours 129 du type à tunnel, qui peuvent être chauffés par tous dispositifscon- venables (non représentés). Ces fours se terminent au voisi- nage d'une presse hydraulique 131 occupant un emplacement à peu près diamétralement opposé à celui du four 119. La presse peut être de modèle courant ; elle comporte une base 132 avec une assise 133 qui peut constituer une partie de la base annulaire 115 et former un appui rigide pour l'an- neau 114.
Un montant 154 de la base supporte, sur sa face avant, un cylindre 136 dans lequel on peut introduire,par des conduits 137, un fluide sous pression, Un piston 138 animé d'un mouvement de va et vient à l'intérieur du cylin- dre porte à son extrémité inférieure un plateau 139 dis- posé au-dessus des moules 116 et comprimant la matière conte-. nue dans ces moules.
L'appareil destiné à faire tourner par intermittences l'anneau 114 et à amener les moules 116 en position corres- pondant verticalement avec le plongeur , est constitué par un disque orienteur 141 claveté ou fixé rigidement de toute autre manière à l'arbre 112. Des bras 142 sont tourillonnés sur des parties 143 formant moyeux du disque et sont munis de supports ou saillies 144, indiqués à la figure 7, for- mant paliers pour un axe ou arbre 146. Cet arbre porte un cliquet ou toc 147 pouvant s'engager des encoches 148 prati- quées dans les bords du disque. Un mouvement d'oscillation est transmis aux bras 142 par une bielle 149, qui comme in- diqué en 151, est articulée à l'extrémité de la tige 152 du piston 153 animé d'un mouvement de va et vient dans le cylindre 154.
Ce dernier est monté sur un support 156 placé sur la base 110 et est muni aussi, à ses extrémités opposées, de conduits 157 communiquant avec une source de fluide sous pression (non représentée). L'amenée des moules en position correspondant verticalement à celle du plongeur 139 de la presse s'effectue grâce à un dispositif comportant des enco-
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ches 158 convenablement espacées à la périphérie du disque 141. Lorsque les moules sont convenablement plaoéssous le plongeur, ces encoches sont occupées par l'extrémité anté- rieure d'une tige 159 fixée à un piston 161.
Ce piston est animé d'un mouvement de va et vient dans un cylindre 162 placé sur un support 163; à ses extrémités le cylindre 162 est muni de conduits 164 le faisant communiquer avec une source de fluide sous pression.
Pour faire fonctionner cette forme d'exécution de l'in- vention, on envoie le sable résiduaire, soit à l'état humi- de, soit à l'état sec, dans le cylindre ou four 119, dans lequel on le chauffe à une température appropriée. En suppo- sant que l'anneau 114 soit dans la position indiquée par la figure 7, la matière séchée et chauffée se décharge, à la partie inférieure du four, dans le moule 116 disposé sous l'ouverture du cylindre. Au cours de cette opération de remplissage, l'anneau est maintenu immobile par suite de l'engagement de la tige 159 dans l'encoche appropriée 158 du disque 141. Lorsque le moule a été convenablement décrit, on envoie du fluide sous pression dans le cylindre 162 afin d'effectuer le retrait de la tige placée dans l'encoche.
On envoie ensuite du fluide à l'extrémité arrière du cylindre 154, pour actionner la tige 152 et faire tourner ainsi le bras 142 d'un angle de 90 degrés, ce qui amène le moule sui- vant au-dessous de l'extrémité inférieure du four. On voit que, pendant ce mouvement de rotation, la matière qui tombe de l'extrémité inférieure du four est recueillie et retenue dans le godet 121. Lorsque le premier mouvement est achevé, le moule plein arrive au repos à l'intérieur du tunnel chauf- fant.
La répétition de l'opération précédente amène le moule qui a été empli en premier lieu, par le tunnel 129 jusqu'à ce qu'il se trouve au-dessous du plongeur 139. Ce dernier est alors actionné par admission de fluide dans le cylindre 136, en vue de comprimer dans le moule la matière pulvérulente
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et sans cohésion.
Lorsque l'opération de compression est terminée, le plongeur se retire et l'anneau tourne jusqu'à la quatrième position. A ce moment, la tige 118 est actionnée de bas en haut, soit mécaniquement, soit manuellement en vue de déga- ger du moule la plaque nouvellement formée et encore forte- ment chauffée, Cette dernière est alors soumise à toutes opérations désirées de finissage.
Par exemple, elle peut être revêtue, alors qu'elle est encore relativement chaude, d'une glaçure appropriée puis envoyée dans un four à recui- re ou elle se refroidit graduellement à'des températures auxquelles elle peut être manipulée aisément .\
Bien qu'il soit possible d'obtenir des produits utiles en chauffant le sable résiduaire à la température de frit- tage du verre qui y est contenu sans application de pression mécanique d'un degré élevé ou sans soumettre la masse à des vibrations mécaniques destinées à tasser les particules, on constate que pour obtenir des produits présentant le maximum de densité, de dureté et de résistance, il est bon de recourir à une compression considérable.
Par exemple, dans le cas où la matière est soumise à une opération de compression, on constate qu'il est désirable d'appliquer une pression de 70 kilogs par cm2. Des produits particu- lièrement satisfaisants ont été obtenus en appliquant une pression d'environ 350 kilogrammes par cm2. Bien entendu, la limite supérieure de compression est dictée uniquement par des raisons d'économie de fonctionnement et par les limitations mécaniques de l'appareil employé. Ces pressions n'ont besoin d'être appliquées que pendant un bref interval- le de temps, par exemple une seconde ou deux ; peuvent même être appliquées comme des impacts semblables à des coups de marteau que l'on renouvelle plusieurs fois si on le désire.
On constate que la température à laquelle doit s'effec-
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tuer la compression est une température assez critique et dont la valeur optimum se trouve approximativement dans les limites de 870 C. à 925 C. On se rendra compte de l'im- portance de l'effet de la température sur le produit,en examinant le tableau ci-dessous :
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Pour des températures d'environ 870 C, ou supérieures à 925 C., la densité et la résistance du produit s'abais- sent rapidement. Il convient de noter qu'un produit préparé dans les conditions de fonctionnement optimum possède une densité de 1,806 et un module de rupture de 194,66 Kgs/cm2.
Un carreau mural ordinaire, que la présente matière est tout indiquée pour remplacer, possède une densité de 1,747 et un module de rupture de 85,2 kgs/cm2 .
Il a déjà été indiqué que la présente matière est très résistance aux actions chimiques parce qu'elle est composée de silice pure avec seulement une quantité minime de verre y contenu. En conséquence, elle n'est pas sensible- ment affectée par l'action de l'humidité. Les corps préparés par le procédé peuvent être émaillés à peu près de la même manière que les corps en porcelaine ordinaire . Un procédé
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oonvenant pour cette opération consiste à plonger les corps, après qu'ils ont été recuits, dans une barbotine de glaçure ou à pulvériser sur ces corps une matière de glaçure. En- suite les corps sont remis au feu à une température appro- priée, par exemple 593 C ou 649 C, et soumis ensuite à un nouveau recuit.
Une formule appropriée de glaçure pour le revêtement des corps est donnée ci-dessous :
Email pour dalles comprimées.-
Silice 32
Salpêtre 6
Carbonate de sodium 7,5
Borax 9,5
Minium 39,5
Oxyde colorant 5,5 (Fe2O3)ou analogues
On se rend compte que des oxydes de cobalt, de fer, de nickel ainsi que d'autres matières colorantes en solutions ou à l'état solide peuvent être mélangées au sable résiduai- re avant que celui-ci soit mis sous la forme de corps cohé- rnts, De même, le sable résiduaire ou les corps qui ont été formés à partir de ce sable peuvent, pendant qu'ils sont chauds, être colorés moyennant leur exposition à des vapeurs de métaux volatils ou de composés métalliques volatils tels que le chlorure ferrique, l'oxyde 'ou des oomposés de cobalt, de nickel, de chrome, d'or, d'argent ou analogues.
On peut aussi obtenir des produits présentant des mo- difications en traitant les corps, après leur compression, avec de la paraffine fondue, de l'huile de lin, du soufre fondu, de la résine ou des résines fondues telles que la gomme laque, afin de les munir d'un revêtement superficiel ou de les imprégner. On peut ainsi obtenir des corps insen- sibles à l'action de l'humidité.
On peut aussi déposer des produits chimiques à l'in- térieur des corps. Par exemple, les corps peuvent être satu- rés de composés solubles de métaux tels que le calcium,l'a- luminium ou le fer et traités ensuite par des agents préci-- pitants de manière à bloquer les pores des corps. A titre de substances solubles contenant à cet effet, on peut citer
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l'hydrate de calcium, le chlorure de calcium, le sulfate ferreux, le sulfate d'aluminium et analogues. Après dessic- cation et exposition à l'air, ces produits laissent des dé- pôts d'oxydes insolubles dans les interstices des corps.
On pourrait aussi exposer les corps à l'action d'agents précipitants tels que l'anhydride carbonique, l'ammoniaque ou analogues.
Pour favoriser l'absorption des agents d'imprégnation, les corps peuvent être exposés à des solutions ou bains des agents de traitement sous une forte pression mécanique. Les gaz occlus dans les corps peuvent être extraits par l'ac- tion du vide. L'imprégnation peut être effectuée en compri- mant le fluide vers l'intérieur du corps par application de pressions différentielles en comprimant d'un côté ou en faisant le vide d'un côté.
Les corps peuvent avoir la forme de plaques, de dis- ques, d'anneaux, de blocs ou de briques et avoir toutes dimensions désirées. Sous ces formes, ils peuvent être uti- lisés pour l'isolement et pour la construction des immeu- bles, comme revêtements, comme absorbants ou comme appa- reils de distillation, comme supports de catalyseurs ou comme dispositifs de filtrage dans les industries chimi- ques. Leur résistance aux actions chimiques, leur insensi- bilité à l'action de l'humidité les rendent particulièrement satisfaisants pour tous ces usages. D'autre part, ils ad hèrent efficacement au mortier et auhciment, ce qui est mmportant pour la fabrication d'éléments de construction.
Par moulage de la matière obtenue grâce aux appareils et aux procédés antérieurement décrits, il est possible de réa- liser des corps de forme irrégulière ou des corps creux, tels que des plats, des récipients, des pipes, etc... bien que l'on se soit limité à décrire les formes d'exé- cution adoptées de préférence, pour l'invention, il est bien évident, pour les gens du métier, que de nombreuses modifications peuvent être apportées aux formes d'exécution
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décrites sans que l'on s'écarte, de ce fait, de l'esprit et de la portée de l'invention.
REVENDICATIONS.
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1. Un procédé de préparation d'un corps siliceux arti- ficiel consistant à chauffer un mélange intime de silice et de verre finement divisé à une température supérieure à la température de frittage du verre puis à refroidir et recuire le produit.
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"Improvements to siliceous bodies"
The present invention relates to the manufacture of artificial siliceous bodies and particularly relates to the manufacture of bodies capable of being used as substitutes for ordinary ceramic products.
The invention relates to a method of using the discarded and heretofore nearly worthless mixtures of finely divided silica and glass which are obtained during the grinding operations which are used for the finishing of products. sheets of glass or panes which are used as panes for automobiles, windows of buildings and the like.
The invention also provides a body similar to ordinary ceramic products but characterized by an exceptionally high degree of resistance to chemical and physical deterioration and possessing unusual mechanical strength.
These objects of the invention as well as other objects
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will be emphasized during the description and the claims which will be given.
For the finishing of the best qualities of sheets of glass or of mirrors, it is customary to subject the sheets or glazes to a smoothing operation in order to reduce or eliminate the irregularities existing on their surface. The smoothing operation is usually carried out by fixing the glass plates or mirrors, by means of putty, on mobile carriages or tables which are then made to pass under cast iron discs or grinders moving in motion. of rotation. Water and a mud formed by suspended sand are sent simultaneously to the surface of the glass and this mud, under the pressure of the grinding wheels, gradually removes the irregularities by abrasion.
This abrasion involves the removal of tiny shavings or ribbons of glass and is also accompanied by frictional wear and crushing of the sand particles which subdivide in such a way as to achieve greater and greater fineness.
Occasionally the mixture is subjected to a classifying operation in which the larger particles are separated and returned for further use in the cycle of operations. The finer material is advanced for use in the later stages where the finer cuts of the polishing are made; the particles are too fine for these later stages and are discarded. In the end, all the sand is thus reduced to such a state of subdivision that it can no longer be used for grinding the glass. The mass is usually an extremely intimate mixture of glass and sand containing about 12 to 20 percent glass and small amounts, for example 2 or 3 percent iron.
Iron can occur in the form of oxides as occurs naturally in many sands, or it can consist of tiny fragments of iron in the metallic state-
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lique torn off the cast iron grindstones. There is also a small amount of plaster from the grinding tables, organics and other residues. The particle size of the solid bodies existing in the mixture is such that almost all of said particles pass through a 300 or 325 mesh screen.
Heretofore, the impure mixture of siliceous particles thus obtained has been considered worthless and has been piled up in piles or dumped into rivers. In any case, it is a serious nuisance for the glass factory since it produces hundreds of thousands of tons annually.
The present invention has found that the residues resulting from the smoothing and polishing of glass, after having been heated under suitable conditions, agglomerate in the form of bodies which can be used as substitutes for ordinary ceramic products or for other products. purposes.
The invention is described below, by way of example only, with reference to the accompanying drawings in which: FIG. 1 is a cross-sectional view of one form of apparatus which can be used for shaping, pressing and sintering sand residues in plate form without the use of mechanical compression to a substantial degree;
Fig. 2 is a cross-sectional view of an apparatus used to heat and compress the waste sand, so as to form a continuous strip;
Fig: 3 is a cross-sectional view of a suitably shaped press which may be used for shaping the heated waste material into slabs;
Fig. 4 schematically shows one embodiment of an apparatus usable for compressing residual sand into slabs; @
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Fig. 5 is a plan view of a mold usable for shaping an object having the shape of a slab in the method described herein.
Fig. 6 is an elevational view of the mold shown in FIG. 5;
Fig. 7 is a plan view of another embodiment of the invention;
Fig. 8 is a cross-sectional view taken substantially along the line VIII-VIII of Figure 7; and
Fig. 9 is a fragmentary cross-sectional view taken along line IX-IX of Figure 7.
In the drawings, like numbers indicate like elements.
The waste material used in the preparation of the new product can be taken directly from the smoothing tables and dried before use; one can also use the material which has been accumulated in heaps. The material can be used without preliminary treatment; however, in order to obtain a white product, it is advantageous to remove the iron contained therein. Most of the iron in the metallic state is easily removed by treating the sand suspended in water or after it has been dried with a magnetic separator. But, in order to remove the non-magnetic compounds of iron, the material will have to be treated chemically, for example with dilute sulfuric acid (5 or 10 per cent).
This sand, as previously stated, contains about 12 to 20 percent very finely divided glass, which is sufficient, under suitable conditions, to agglomerate the silica particles together and to obtain a strong and durable body. However, if it is desired to reduce the porosity of the final product, additional amounts of crushed glass or even blast furnace slag can be incorporated. A suitable method of making this addition is by stirring the glass.
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or the soories with the mud or the sand in suspension when they are received from the grinding tables. The amount of material added can in practice vary from about zero to about one hundred percent of the total mass.
Various methods can be used to transform the waste sand into compacts. One such method is to first mix the material, from which the water has been removed beforehand, with a suitable temporary binder such as tar, asphalt or petroleum distillation residue, similar to coke. . These binders are merely temporary in nature and hold the waste material in bulk before and during the early stages of the heating operation. Ultimately, they are completely evaporated or burnt off so as to leave a body consisting essentially of very fine silica particles clumped together by the sintered glass particles contained therein.
The proportion of binder can vary considerably.
Amounts of about 1 to 10 percent are considered satisfactory. A suitable method for incorporating the binder is to dissolve it in a suitable solvent such as benzine or gasoline which will penetrate into the interstices existing between the particles constituting the waste material. After this has been sufficiently impregnated, the solvent can be evaporated and recovered by distillation. The particles of residual materials are thus provided with uniform coatings of binder which, at their points of contact, agglomerate the mass to form a whole which can be shaped and handled before the heat treatment operation.
Suitably shaped bodies made from the agglomerated material, for example plates, can be placed on shelves or other supports disposed in an oven and they can be heated to a suitable temperature. They can also be placed in envelopes or molds made
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made of a material resistant to the action of heat, for example chromed steel, then heat treated. Heating should be carried out at a temperature above the sintering point of the glass, that is, at a temperature between 870 C. to 980 C.
At these temperatures, the organic binder is completely removed by heat and the glass particles are sintered or melted to give a somewhat porous body, consisting of silica particles agglomerated with each other by glass particles; or glass coatings. The bodies can be subjected to the annealing operation by gradual cooling from a temperature of about 870 C.
The bodies obtained can be used as heat and sound insulators in buildings. The porous structure can be impregnated with catalysing substances such as vanadium oxide and the like and employed as a catalyst in chemical reactions such as the catalytic oxidation of naphthalene to form phthalic anhydride or the oxidation of sulfur dioxide to form% sulfur trioxide. One can also envision the use of these bodies for cleaning bricks, as an abrasive and for other purposes.
If desired, the organic binders can be replaced with inorganic binders such as sodium silicate. It is best to incorporate the latter in the form of an aqueous solution which can be dried by application of heat or in any other suitable manner, in order to produce a mass consisting of particles of silica and glass agglomerated together. to others by solid sodium silicate. This mass is subjected to heating as described above. During the heating process, the sodium silicate acts as a flux and contributes materially to the agglomeration of the particles of finely divided material with each other.
We realize
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whereas it is possible to use lime in suitable quantities, either alone or with sodium silicate; it tends, under the operating conditions, to combine with the sodium silicate (if the latter is present) so as to form an additional quantity of glass, which contributes to the agglomeration action.
If preferred, the use of preliminary or temporary binders can be dispensed with and the heating can be applied directly to the waste material in a divided state and without agglomeration. In the latter case, however, it is generally useful, although not always necessary, to employ a container of suitable shape and size for the material. This receptacle must be made of a material resistant to the action of heat, for example chromed steel or ceramic material.
In order to prevent the material from sticking to the container during the heating operation, the container may be coated beforehand with a material resistant to the action of heat such as silica, magnesia, gypsum, or crumbling graphite, or it can simply be washed with lime suspended in water (calcium hydrate.
The density of the final product can be increased by subjecting the material, before the heating operation, to mechanical compression, for example in a hydraulic press, or by subjecting it to mechanical vibration so as to shake and compact. 'the particles.
Fig. 1 shows an embodiment of an apparatus in which the residual material, placed in suitable receptacles, is simultaneously subjected to vibrations and to the action of heat in order to achieve the sintering of glass particles. Preferably, this apparatus comprises an outer casing 10 of non-conductive material, said casing being established so as to
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avoid excessive heat loss.
A casing 11 of chromed steel or other material relatively resistant to the action of heat, is placed inside the chamber 10 and can be supported by an electric vibration apparatus 12 of the platform type, such as it is conveniently used for packing and compressing materials contained in containers or drums. Appropriately constructed vibrating devices are sold under the trademark "Syntron" by the "Syntron Company" of Homer City, Pennsylvania. A shelf or a series of shelves 12a, preferably constructed in the form of grids, are arranged transversely to the container and constitute supports for one or for a series of molds 13 in which the residual sand used to form the bodies is placed. which are the subject of the present invention.
In order to ensure the sintering of the glass particles contained in the residual sand, suitable heating devices are provided inside the receptacle. They may be in any suitable form and consist of electrical resistance elements or , as indicated in the drawing, by a series of gas burners 14, arranged near the containers used to contain the residual material. The burners can be supported independently of the casing 11, for example, by the end walls of the chamber 10, in order to leave the mass free to vibrate.
A shelf or partition 16 can also be supported, inside the container, preferably by the end walls of the chamber 10, so as to protect the lower part of the container, which is fixed to the electrical apparatus 12 with vibrations, excess heat emanating from the burners 14. The vibrating device can also be protected from the heat radiated by the casing 11 by virtue of a transverse partition 17 placed in the chamber 10
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very close to the bottom of the casing.
The vibrating apparatus is extended through an opening 18 made in the shelf or partition in such a way that the elements which present the most sensitivity to the action of heat, for example the electric coils, are protected. heat radiated from top to bottom in chamber 10. The temperature can be further reduced in the vicinity of the vibrator by means of openings 19 made in the lower part of chamber 10 and allowing circulation to be established. air in the space below the partition 17.
For the operation of this embodiment of the invention, suitable quantities of waste sand are introduced into the trough-shaped molds 13, either in the raw state or after treatment intended for use. elimination of iron. The molds are then introduced into the casing 11 and they are gradually heated, by means of the burners 14, to a temperature determining the sintering of the glass contained in the sand. A temperature of 8700 C to 925 C is usually sufficient to achieve this result. While the heating is taking place, the casing 11 is subjected to strong vibrations as a result of the operation of the vibrator 12, so as to cause the contents of the molds to settle.
Finally, the silica particles which exist in the waste sand collect and at the same time agglomerate into a coherent mass which can be extracted from the casing 11 and subjected to the operation of annealing in a suitable casing ( not shown).
In the embodiment of the invention shown in FIG. 2, the residual sand, whether or not purified, is heated beforehand, for example in a rotary kiln, to the sintering temperature of the glass contained in the sand; it is then passed between two rollers in order to compress it in the form of an ooherent body which can be subjected to annealing and then cut into plates or slabs
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of appropriate size and shape. In this embodiment of the invention, the residual sand can be sent in the wet state; the sand is thus dried and brought to a suitable temperature.
But it can also be previously dried and sent to a hopper 25 of the current model which, at its lower end, discharges the sand into a feed trough 26 of the "Syntron" type electrically vibrated and placed on a platform 27. The material is then sent from the trough 26 into a chute 28 which, through a fixed plate 29, passes it into the upper end of a rotary kiln 30. The kiln is supported in the usual manner by rollers 31 and set in rotation by means of a toothed ring 32 which meshes with a controlled pinion (not shown).
Heat can be supplied in various ways to the material introduced into the furnace. For example, the finely divided waste material can be mixed with pulverized coal before being introduced into hopper 25 and air can be blown over the mass placed in the furnace to promote combustion of the coal. Likewise, gas, oil, or pulverized carbon burners 33 can be inserted into the upper end or into the lower end 34 of the furnace, in order to supply the heat.
The combustion gases can be evacuated from the furnace by a duct 36 of the current model passing through the plate 29.
The material, heated to the sintering temperature of the glass contained therein, passes, at a relatively uniform rate, from the lower end of the furnace onto a plate 37 forming a baffle and made of a substance resistant to the action of heat. ; this plate returns the material between the compression rollers 38 and 39 which are controlled by a suitable device (not shown). By passing between these rollers, the material is compressed and brought to a compact state in the form of a coherent band which is
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sent over a bar 41 to a series of drive rollers 42. These rollers rotate at a suitable speed and lead the web through an opening 43 in the front wall of a frame 44 of suitable construction where annealing takes place.
In the latter device, the material cools gradually so as to reduce the internal forces which occur therein.
In the embodiment of the invention shown in Figure 3, the residual sand is placed inside a suitable mold and is heated there to the sintering temperature of the glass, after which @ 1 is subjected to a compression exerted by a hydraulic press, in order to give it compactness and to ensure intimate contact between the particles of glass and of silica. This apparatus can be constituted by a heating chamber 50 made of steel or iron of sufficiently strong construction so that it can act as a seat for a hydraulic press. Inside the chamber are arranged heating elements such as electric resistances or, as shown in the drawing, a series of gas or oil burners 51.
In order to obtain plates, slabs or other bodies, the residual sand is introduced into a mold 52 made of chromed steel or other solid material resistant to the action of heat, said mold being housed in an opening 53 of the chamber 50 so that the bottom of the mold is placed in the vicinity of the burners '51. The mold is also provided with a rim 54 around its upper periphery, which rim rests on the upper part 56 of the heating chamber.
The mold is also provided with a plate 57 which bears on the bottom of the mold; openings 58 and 59 made respectively in the bottom of the mold and in the bottom 60 of the chamber 50 allow the permanent or temporary insertion of a rod 62 which makes it possible to lift the plate so as to remove the plates or tiles 63 of the mold
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after they have been formed. It will be seen that the rod can be attached to the tray or that it can be used, if desired, as a separate element which can be inserted or removed at will.
The pressure is applied to the material contained in the mold by means of a device comprising a compression plate 64 connected, by a spherical bearing coupling 66, to a plunger 67. The upper end of the latter extends into a cylinder. 68 and is provided with a piston 69 actuated by a pressurized fluid with a view to applying the pressure to the material contained in the mold.
For the operation of this embodiment of the invention, the residual sand can be introduced in the pulverulent state into the mold 52 or, if preferred, this sand can be previously given the form of tablets or plates. by mixing it, for example, with a suitable binder such as molasses, tar, sodium silicate or the like. The residual sand can also be heated beforehand, before being introduced into the mold, to any desired temperature, for example up to 560 C. Before applying pressure to the mass contained in the mold, this mass must be brought to the sintering temperature (870 C. or 925 C.) of the glass contained in the sand.
It will be seen that for the operation of this embodiment of the invention, the mold 52 can be kept constantly placed in the press; each plate, after being formed, can be removed, after the plate 64 has been lifted, by operating the plate 57 up and down to lift the plate. It is also possible to use a series of molds which are subsequently filled and placed in the press where they are heated to the desired temperature, the compression plate 64 then being actuated so as to compress the mass for him don-
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build the desired cohesion. The molds are then individually removed from the press and the newly formed plates are extracted.
Of course, it is necessary to subject the plates to the annealing operation in order to reduce the internal stresses therein. This operation can be carried out either before or after the extraction of the plates obtained in the molds.
If desired, the molds, before or after introduction of the waste material, can be heated to the treatment temperature or to a higher temperature; Due to the massive construction of the mold and the extractor plate, a sufficient quantity of heat can accumulate therein for the compression of the residual material to be carried out in the press without the application of additional heat from the burners 51.
In the embodiment of the invention shown in FIG. 4, the residual sand is sent in a continuous manner in a series of molds plastered on a suitable support and these molds then pass through a hearth or oven in. which they are heated to the frying temperature of the glass contained in the sand. The molds then pass under a hydraulic press where the material is strongly mechanically compressed. In this embodiment of the invention, the residual sand is introduced into the hopper 70 and falls from the bottom of said hopper into a feed device 71 in the form of a trough which is electrically vibrated by the device 72. The feeder is similar to that described in connection with Figure 2 and is supported by a suitable platform 76.
The residual sand from the feeder passes through a chute 77 and settles continuously, at a relatively uniform rate, in a series of molds 78 placed on a conveyor 79 of the type to which it is fed.
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chain. Of course, this conveyor moves on suitable drive rollers 81. The conveyor can terminate near the front end of a heating furnace 82 or, as indicated in the embodiment shown in the drawing, it can extend through openings 83 and 84 in the walls. of the oven, and operate so as to allow direct heating in the oven of the molds containing the residual material. The heat is produced in the furnace by means of a series of burners 86 arranged near the raoules.
The lower path 87 of the conveyor is protected from the heat generated by the burners by a suitable horizontal partition 88 disposed in the lower part of the furnace.
The conveyor ends near a hydraulic press 89 oomportant a part 91 which constitutes the base and a fixed part carrying compression plates 93 placed opposite the molds. A movable plate 94 slides along guide rods 96 which connect the base 91 and the upper part 92, said plate being actuated from the bottom up by a piston 97 moved hydraulically.
The molds containing the waste sand heated to a suitable temperature by passing through the oven 82 can be removed by hand or mechanically from the conveyor and placed on the movable plate 94 of the press which is then actuated so as to compress the material. . The compression does not require more than one or two seconds and, after it is done, the molds containing the plates which have just been formed and which are still hot can be passed over a conveyor. 98 which is driven by controlled rollers 99 and extends into a casing 100.
One form of mold which can be used for the practice of the invention is shown in Figures 5 and 6. The mold comprises a font 101 whose edge is provided with a groove 102 allowing a shoulder 103 disposed around the
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lower edge of a member 104 in the form of a grid to fit into it. The member 104 is divided into a series of compartments 106 of suitable shape and in suitable number by partitions 107. To employ these molds, the grid 104 is first placed on the base while it is placed on it. the conveyor 79. The load of sand is then sent into the molds by the filling mechanism constituted by the feed device 71; the molds are then passed through the oven or hearth 82.
As soon as the sand has been compressed in the mold or after the annealing operation, the plates can be easily removed by lifting the screens; these having been separated from the bottoms, a mechanical force can be applied below the plates to extract them from the grids.
Another embodiment of an apparatus for the continuous formation of plaques from the residual sand is shown in Figures 7, 8 and 9. In this embodiment of the apparatus, a base 110 is provided with 'a hollow hub 111 directed upwards and forming a bearing for a vertical shaft 112. At its upper end, this shaft is split with a spider They arranged horizontally and carrying a ring 114 intended to support the molds, said ring being arranged so as to be able to slide on a support 115 arranged on the base 110. A device allowing the ring to be rotated intermittently will be described later.
Several molds 116, four for example, are arranged at suitable intervals on the upper surface of the ring; they can be made of chrome steel or other heat resistant alloy. As shown in Figure 8, these molds are provided with plates 117 forming a double bottom and allowing the extraction of the plates after they have been formed in the molds. The trays 117 can be pushed from the bottom up by rods 118 which are rigidly attached thereto and which extend downwardly through
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openings made in the bottom of the mold and in the ring 114.
The residual sand can be fed into the molds by a suitable feed device, for example a rotary kiln 119, the lower end of which is so arranged that the discharge takes place in the molds. In order to prevent the residual sand from spilling out when the molds are rotated from one position to the next, a bucket 121, visible in figure 9, is placed below the lower end of the furnace and is attached to shafts 122 having bearings in hanger rods 123 which at their upper ends are supported by a beam, platform or other part 124.
One of the shafts 122 is also provided, at its inner end, with an arm 126 extending rearwardly and downward; At its lower end, the arm 126 carries a roller 127. This roller is established so as to come into contact with cams 128 projecting upwardly and arranged along the inner edge of the ring 114. As seen in Figure 7, a cam is provided for each mold and these cams are spaced so that, when the molds are placed directly below the opening of the oven 119, the arm 126 is raised so as to tilting the bucket 121 and discharging into the ghoul the residual sand accumulated in said bucket and also so as to allow the residual material coming from the oven to fall directly into the mold.
After the mold, as a result of its rotation, has passed the filling position, the arm is released from the cam and the bucket returns to occupy the position indicated in dotted lines in FIG. 9; to collect material that falls from the discharge end of the furnace.
In order to maintain the temperature of the material contained in the mold or to increase this temperature when it is not desired to heat said material in the oven until
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that at processing temperature, one or more segments of ring 114 are enclosed in tunnel type ovens 129, which can be heated by any suitable devices (not shown). These ovens terminate in the vicinity of a hydraulic press 131 occupying a location approximately diametrically opposite to that of the oven 119. The press may be of the standard model; it comprises a base 132 with a seat 133 which can constitute part of the annular base 115 and form a rigid support for the ring 114.
An upright 154 of the base supports, on its front face, a cylinder 136 into which it is possible to introduce, through ducts 137, a pressurized fluid, A piston 138 animated by a reciprocating movement inside the cylinder - Dre carries at its lower end a plate 139 disposed above the molds 116 and compressing the material contained. naked in these molds.
The apparatus intended to intermittently rotate the ring 114 and to bring the molds 116 into a position corresponding vertically with the plunger, consists of an orienting disc 141 keyed or rigidly fixed in any other way to the shaft 112. Arms 142 are journaled on hub portions 143 of the disc and are provided with supports or protrusions 144, shown in Figure 7, forming bearings for a pin or shaft 146. This shaft carries a pawl or catch 147 capable of s' engage notches 148 made in the edges of the disc. An oscillating movement is transmitted to the arms 142 by a connecting rod 149, which, as indicated at 151, is articulated to the end of the rod 152 of the piston 153 animated by a reciprocating movement in the cylinder 154.
The latter is mounted on a support 156 placed on the base 110 and is also provided, at its opposite ends, with conduits 157 communicating with a source of pressurized fluid (not shown). The molds are brought into a position corresponding vertically to that of the plunger 139 of the press by means of a device comprising
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ches 158 suitably spaced around the periphery of disc 141. When the molds are suitably placed under the plunger, these notches are occupied by the front end of a rod 159 attached to a piston 161.
This piston is driven in a back and forth movement in a cylinder 162 placed on a support 163; at its ends the cylinder 162 is provided with conduits 164 making it communicate with a source of pressurized fluid.
In order to operate this embodiment of the invention, the residual sand is sent, either in the wet state or in the dry state, into the cylinder or furnace 119, in which it is heated to an appropriate temperature. Assuming that the ring 114 is in the position shown in Figure 7, the dried and heated material discharges, at the bottom of the oven, into the mold 116 located under the opening of the cylinder. During this filling operation, the ring is kept stationary as a result of the engagement of the rod 159 in the appropriate notch 158 of the disc 141. When the mold has been properly described, fluid under pressure is sent into the mold. cylinder 162 in order to remove the rod placed in the notch.
Fluid is then sent to the rear end of cylinder 154, to actuate rod 152 and thereby rotate arm 142 through a 90 degree angle, which brings the next mold below the lower end. from the oven. It can be seen that, during this rotational movement, the material which falls from the lower end of the furnace is collected and retained in the cup 121. When the first movement is completed, the solid mold comes to rest inside the heating tunnel. - fant.
The repetition of the previous operation brings the mold which was filled in the first place, through the tunnel 129 until it is below the plunger 139. The latter is then actuated by admitting fluid into the cylinder. 136, in order to compress the pulverulent material in the mold
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and without cohesion.
When the compression operation is complete, the plunger withdraws and the ring rotates to the fourth position. At this moment, the rod 118 is actuated from the bottom up, either mechanically or manually in order to release from the mold the newly formed and still strongly heated plate. The latter is then subjected to any desired finishing operations.
For example, it can be coated, while still relatively hot, with a suitable glaze and then sent to an annealing furnace where it gradually cools to temperatures at which it can be easily handled.
Although it is possible to obtain useful products by heating the waste sand to the frying temperature of the glass contained therein without the application of mechanical pressure of a high degree or without subjecting the mass to mechanical vibrations intended in compacting the particles, it is found that to obtain products exhibiting the maximum density, hardness and resistance, it is advisable to resort to considerable compression.
For example, in the case where the material is subjected to a compression operation, it is found that it is desirable to apply a pressure of 70 kilograms per cm 2. Particularly satisfactory products have been obtained by applying a pressure of about 350 kilograms per cm 2. Of course, the upper limit of compression is dictated only by reasons of economy of operation and by the mechanical limitations of the apparatus employed. These pressures need only be applied for a short period of time, for example a second or two; can even be applied as impacts similar to hammer blows that are repeated several times if desired.
It can be seen that the temperature at which the
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killing the compression is a fairly critical temperature and the optimum value of which lies approximately within the limits of 870 C. to 925 C. One will realize the importance of the effect of the temperature on the product, by examining the table below:
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At temperatures of around 870 ° C, or above 925 ° C, the density and strength of the product drop rapidly. It should be noted that a product prepared under optimum operating conditions has a density of 1.806 and a modulus of rupture of 194.66 Kgs / cm2.
An ordinary wall tile, which this material is ideal for replacing, has a density of 1.747 and a modulus of rupture of 85.2 kgs / cm2.
It has already been stated that the present material is very resistant to chemical actions because it is composed of pure silica with only a minimal amount of glass contained therein. Consequently, it is not appreciably affected by the action of humidity. The bodies prepared by the process can be glazed in much the same way as the bodies of ordinary porcelain. A method
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Suitable for this operation consists in immersing the bodies, after they have been annealed, in a glaze slip or in spraying these bodies with a glazing material. The bodies are then re-fired at a suitable temperature, for example 593 C or 649 C, and then subjected to further annealing.
A suitable glaze formula for coating bodies is given below:
Enamel for compressed slabs.
Silica 32
Saltpeter 6
Sodium carbonate 7.5
Borax 9.5
Minium 39.5
Oxide coloring 5,5 (Fe2O3) or the like
It will be appreciated that oxides of cobalt, iron, nickel and other coloring materials in solution or in the solid state can be mixed with the residual sand before it is formed into bodies. Likewise, waste sand or bodies which have been formed from such sand may, while hot, be colored by exposure to vapors of volatile metals or volatile metal compounds such as ferric chloride, oxide, or compounds of cobalt, nickel, chromium, gold, silver or the like.
Products with modifications can also be obtained by treating the bodies, after their compression, with molten paraffin, linseed oil, molten sulfur, resin or molten resins such as shellac, in order to provide them with a surface coating or to impregnate them. It is thus possible to obtain bodies insensitive to the action of humidity.
Chemicals can also be deposited inside bodies. For example, the bodies can be saturated with soluble compounds of metals such as calcium, aluminum or iron and then treated with precipitating agents so as to block the pores of the bodies. As soluble substances containing for this purpose, there may be mentioned
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calcium hydrate, calcium chloride, ferrous sulfate, aluminum sulfate and the like. After drying and exposure to air, these products leave deposits of insoluble oxides in the interstices of bodies.
The bodies could also be exposed to the action of precipitating agents such as carbon dioxide, ammonia or the like.
To promote the absorption of the impregnating agents, the bodies may be exposed to solutions or baths of the treatment agents under high mechanical pressure. Gases trapped in bodies can be removed by the action of vacuum. Impregnation can be accomplished by compressing the fluid inwardly of the body by applying differential pressures by compressing on one side or by evacuating on one side.
The bodies can be in the form of plates, discs, rings, blocks or bricks and have any desired dimensions. In these forms, they can be used for insulation and for the construction of buildings, as coatings, as absorbents or as distillation apparatus, as catalyst supports or as filter devices in the chemical industries. ques. Their resistance to chemical actions and their insensitivity to the action of humidity make them particularly satisfactory for all these uses. On the other hand, they adhere effectively to mortar and cement, which is important for the manufacture of building elements.
By molding the material obtained by the apparatus and methods previously described, it is possible to produce irregularly shaped bodies or hollow bodies, such as dishes, vessels, pipes, etc., although the 'one has limited oneself to describing the embodiments adopted preferably for the invention, it is quite obvious, for those skilled in the art, that numerous modifications can be made to the embodiments.
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described without departing, therefore, from the spirit and scope of the invention.
CLAIMS.
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1. A process for preparing an artificial siliceous body comprising heating an intimate mixture of silica and finely divided glass to a temperature above the sintering temperature of the glass followed by cooling and annealing the product.