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Perfectionnements aux briques isolantes et réfractaires, et à leur procédé de f abrication.
@ Cette invention se rapporte à des perfectionnements aux articles céramiques de faible poids, de haute résistance, perméables, et poreux, ainsi qu'à leur fabrication, et a particulièrement pour objet ceux de ces produits qui peuvent être utilisés comme isolants thermiques, et qui possèdent également de bonnes propriétés acoustiques grâce auxquelles des bruits, par exemple ceux qui accompagnent la mise en route et la propagation de la flamme dans un four, peuvent être atténués d'une façon appréaiable.
Dans la fabrication de tels produits céramiques, on a déjà proposé d'utiliser des procédés et on a fabriqué avec succès des produits en combinant dans des proportions variables de la matière argileuse, des particules de bois, ou d'autres particules combustibles ou pouvant être éliminées, et de l'eau, les matériaux solides étant tout d'abord mélangés entre eux à sec, l'eau étant ensuite ajoutée au
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mélange, et l'ensemble malaxé et agité, jusqu'à un tel point que des bulles gazeuses en grand nombre ae répartissent à l'intérieur ;
le mélange est ensuite jeté en moule, le corps moulé est séché, et enfin, les éléments ou corps séchée sont chauffés ou soumis à une cuisson en vue de brûler les particules combustibles ou d'enlever les particules pouvant être éliminées du mélange dans des conditions telles que la désintégration du corps formé soit empêchée, que la structure poreuse créée par les bulles d'air entraînées et par l'élimination des particules précitées soit conservée et qu'en même temps le produit soit rendu poreux,
Afin de faciliter la manipulation avant cuisson des pièces moulées, on a déjà ajouté aux mélanges du type indiqué ci-dessus, et après traitement, une faible quantité d'un agent de prise ou d'un liant hydraulique, tel que du gypse calciné ou analogue.
Néanmoins, avec de tels mélanges, la vitesse de fabrication était nécessairement lente, étant donné que dans la fabrication de briques de dimensions ordinaires, telles que 4,5 x 9 x 2,5 pouces anglais (11,5 x 22,9 x 6,3 cms.) on avait jugé nécessaire d'employer l'opération de séchage, dans le but d'éliminer l'humidité avant la cuisson, les ébauches ou éléments de briques subissant un séchage pendant une période de 12 heures à une température d'environ 107 C.
Cette opération de séchage avant la cuisson présente l'inconvénient d'exiger une dépense supplémentaire de combustible et des espaces importants pour le stockage des ébauches non cuites, afin de pouvoir disposer d'un stock approprié ou suffisant d'ébauches ou de pièces moulées sèches pour alimenter en quantités appropriées des fours à briques de grandes dimensions à fonctionnement économique, ce qui entraîne, comme
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conséquence, une augmentation sérieuse des, rais généraux de la fabrication,
Un objet de la présente invention est un procédé et un produit dans lesquels l'opération de séchage est supprimée,
Un autre objet est un procédé et un produit dans les- quels la stabilité de la masse, une fois le mélange effec- tué, eat telle qu'elle permet de supprimer l'opération u- auelle de moulage,
si cela est désirable, et permet de fai-, re passer la masse à travers une filière, ainsi que l'em- ploi d'un moyen approprié de découpage permettant de divi- aer la boudin débité en briques ébauchées.
Suivant la présente invention, le procédé de fabrica- tion de produits céramiques consiste à former un mélange humide pouvant être jeté en moule à partir de constituants solides secs et d'eau, à façonner les corps désirés avec le mélange pouvant être jeté en moule avant que la prise n'ait pu ae faire, et à soumettre les corps moulés encore humides à une cuisson. une façon commerciale de mettre en oeuvre l'invention consiste à former un mélange sec répondant à la formule suivante ;
Plâtre de Paria (SO4 CaO,1/2 H2O)..... 17 Kgs.
Sciure de bois traversant un tamis de 4-8 mailles.. 17Kgs
Kaolin pulvérisé provenant de Georgia.., 46 Kgs.
Les matières préoitées destinées à former le mélange sont techniquement sèches, c'est-à-dire qu'elles ne con- tiennent que l'humidité normale provenant de leur stockage à l'air libre,
Ces matières sèches sont mélangées ensemble avec agita- tion, dans un récipient, pendant un laps de temps suffisant pour assurer un contact intime entre les particules de la masse.
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'La composition sèche est alors malaxée d'une façon similaire, dans un autre récipient avec addition d'eau dont la quantité est suffisante pour conditionner le mélange en vue de l'opération de façonnage dea corps ébauchés. Les ébauches ou corps façonnés peuvent aussi être obtenus en faisant passer la masse à travers une boudineuse et en la découpant au moyen d'un fil métallique, ou peuvent être obtenus par coulée qui leur donne la forme voulue, ou en coulant une plaque et en la découpant au moyen d'un fil.
Pour former au moyen de la composition ci-dessus un mélange pouvant couler et être jeté en moule, on ajoute généralement de l'eau en une quantité égale à 100% en poids, mais les conditions atmosphériques, le type, la quantité et l'état des matières premières ainsi que le caractère du mode de façonnage qui est à utiliser, déterminent la proportion réelle entre la quantité d'eau ajoutée et les matières sèches.
En façonnant le mélange indiqué ci-dessus pour obtenir des briques réfractaires standards, après les avoir cuites et définitivement dimensionnées, le mélange ayant une consistance qui lui permet de couler et d'être jeté en moule, est coulé dans des moules, après avoir été malaxé pendant 30 secondes à l'état sec et 30 secondes à l'état humide, le temps de transfert du mélangeur à l'état sec au mélangeur à l'état humide étant de 20 secondes.
Dans le mode opératoire particulier indiqué, la mise en moule était effectuée par coulée dans un moule dont chacun avait des dimensions de 30 x 10 x 5 pouces anglais (760 x 254 x 127 mm). On découpait les plaques ainsi obtenues au moyen d'un fil pour former 9 éléments prêts à la cuisson. Après la coulée, on laissait reposer, en vue de la
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prise, les moules remplis pendant un temps juste suffisant
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pour permettre la reoriatalliaation du plâtre de Parie
Au lieu du découpage au moyen d'un fil, on peut utili- ser des plaques de séparation ou des cloisons disposées dans le moule.
Lorsque l'on fait passer le mélange à travers une filière au moyen d'une boudineuse ou analogue, deux des dimensions désirées sont déterminées par la tête de la filière, tandis que la troisième est obtenue en réglant la vitesse du débit à travers la boudineuse et le découpa- ge au moyen d'un fil métallique qui a lieu à des interval- les réguliers. Un autre procédé de façonnage désigné d'une façon générale par repoussage et qui peut également être employé, consiste à couler les corps à former dans un moule d'où ils sont enlevés et transportés sur des supporta en boia huilés au moyen de blocs, poussoirs, qui font contact avec l'une des faces du corps façonné pendant que le moule et le bloc poussoir sont mis en mouvement, l'un par rapport à l'autre,pour déplacer le corps façonné formant la brique.
Il résulte de ce qui précède que la manière de jeter en moule ou de façonner la matière humi- de n'est pas limitée à un mode opératoire quelconque, mais que tous les procédés usuels peuvent être employés.
Après la formation des corps façonnés prêts à la cuis- son et après la recristallisation du plâtre de Paris, on trouvera que tout en étant encore humides, ils sont néan- moins en état d'être facilement transportés et placés dans le four à briques.
Les corps humides sont alors placée à l'entrée du four à tunnel où ils sont immédiatement soumis à l'action de gaz chauds à une température de 650 C, cette tempéra- ture étant progressivement augmentée jusqu'à 925 C pendant un certain temps,au cours duquel les particules oombuati-
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blea sont complètement distillées et carbonisées, les gaz et la vapeur qui se dégagent du corps ébauché empêchant les surfaces d'atteindre trop rapidement une température supérieure à celle régnant à l'intérieur, et concourant à assurer la pénétration uniforme de la chaleur et par conséquent de la température, ce qui a pour résultat de permettre une plus grande liberté dans le réglage du four à briques,
et de diminuer la cause de la formation de fissures superficielles ou autres dans le corps façonné fini.
Des vapeurs d'eau et des gaz provenant de la distillation des particules combustibles sont plusieurs centaines de fois plus importantes en volume que le volume original d'eau ou de combustible, et leur échappement se fait grâce à une faible rupture des parois cellulaires ce qui augmente ainsi la porosité de la structure ; mais ces ruptures sont tellement faibles dans le produit fini, qu'elles opposent une résistance considérable au passage des gaz à travers la brique finie.
Au moment où la carbonisation des particules combustibles est approximativement complète. dans l'ensemble de l'élément de brique façonné et lorsque le danger d'une combustion incontrôlable de ces particules qui viendrait augmenter la température du four ne subsiste plus, l'atmosphère réductrice est remplacée par une atmosphère oxydante et la température est élevée pendant un temps approprié jusqu'à 1388 C ; les particulede carbone sont ainsi complètement éliminées en laissant des pores ou des vides très petits qui constituent en volume plus de 70% du volume du corps façonné.
Le produit en résultant est une brique cuite isolante,
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de poids faible, réfraotaire jusqu'à 1205 C, ayant une conductibilité thermique faible, une stabilité inusitée, pouvant être ooupée et dimensionnée à l'aide de soies à bois ordinaires, pouvant recevoir des via, des boulons ou des cloua, et ayant la propriété d'être un isolant aonore très remarquable. A l'usage, elle apporte une économie sensible dans le fonctionnement des fours industriels en réduisant le temps et le combustible ou l'énergie électri- que nécessaires pour atteindre l'équilibre thermique.
Dea essais officiels de conductibilité thermique et de fusion effectués dans les laboratoires du Massachussets Inatitute of Teohnology avec. des briques exécutées suivant la formule et le procédé donnée ci-dessus ont fourni les résultats suivants :
Densité globale... 13.6 Kgs. par pied cubique anglais (0,028 m.o.)
Porosité (air) ....81,6%
Ramollissement initial... 1475 0
Température de fusion.,.. 1507 C
Température à laquelle la brique devient fluide ..1527 C
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<tb>
<tb> Temp, <SEP> de <SEP> la <SEP> Surface <SEP> Temp. <SEP> de <SEP> la <SEP> surface <SEP> Temp. <SEP> moy. <SEP> Kf.
<tb> plue <SEP> chaude. <SEP> la' <SEP> 'Plus <SEP> froide.
<tb>
3750 <SEP> C <SEP> 43 <SEP> C <SEP> 2100 <SEP> C <SEP> 1. <SEP> 47
<tb> 478 <SEP> 151 <SEP> 315 <SEP> . <SEP> 1.57 <SEP>
<tb> 773 <SEP> 263 <SEP> 518 <SEP> 1.83
<tb> 1015 <SEP> 371 <SEP> 693 <SEP> 2.19
<tb>
Un autre avantage résultant du fait que l'on utilise la cuisson humide au lieu de soumettre les corps façonnés à une cuisson après séchage réside en ce que le retrait en volume au cours de la cuisson des corps façonnés sèches est notable-) ment plus grand. on a trouvé, qu'avec des corps réalisés au moyen de la même composition, la matière qui eat séchée avant cuisson, se transforme dans le feu en une brique cuite - @
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qui est de 0,3 pouce anglais (7mm) plus courte qu'une brique qui a été cuite sans avoir été séchée.
Il en résulte, que la densité de la matière séchée et cuite, eat de 16% supérieure à la densité de la matière non séchée et cuite, et que le retrait en volume de la matière séchée et cuite est d'environ le double du retrait en volume de la matière non séchée et cuite ; par exemple, on a constaté sur des éprouvettes mesurées, que le tetrait en volume de la matière non séchée et cuite était de 16,7 tandis que celui de la matière séchée et cuite, était de 32,6%, le poids d'un échantillon cuit et non séché ayant la taille d'une brique terminée était de 1,98 livres an- laiaes (898 grs. environ), tandis que celui d'un échantillon séché et cuit était de 2,29 livres anglaises (1039 grs, environ).
Il eat un fait bien connu, qu'avec des matières de même composition, la conductibilité thermique augmente proportionnellement avec le poids d'un volume donné, ce qui démontre nettement la supériorité du produit conforme à cette invention par rapport à ceux obtenus par des procédés employés jusqu'à présent.
Un autre fait, contribuant également à rendre le produit supérieur, réside en ce que les matériaux de départ ne contiennent pas une quantité de plâtre de Paris juste suffisante pour provoquer la prise, mais en contiennent une quantité supérieure à celle requise pour la prmse. Avec des quantités aussi faibles que celles requises uniquement pour obtenir la prise, on obtient au cours de la cuisson, des retraita inadmissibles, mais en utilisant 21% du mélange sec, comme dana le cas de la présente invention, on obtient un réel avantage pour la raison suivante :
le corps façonné devient plus poreux, et par conséquent, plus léger, par l'incorporation dans la matière de départ d'une quantité
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suffisante de plâtre de Paria et d'eau, le plâtre de Paris perdant au coure de la cuisson du corps façonné toute sa teneur en eau de constitution, de même que la totalité de l'eau présente et introduite par des phénomènes physiques, et le groupe sulfate étant décomposé en laissant simplement le CaO se combiner avec la silice pour donner dea composés stables.
Cette perte de l'eau de constitution aubie par le plâtré de Paris, et la décomposition du groupe 'sulfate laissant subsister de très faibles vides ou pores en grand nombre qui viennent s'ajouter à ceux dûs à l'aération et à la combustion des particules de buis, par exemple, une livre de plâtre de Paria ayant fait prise, est réduite après une cuisson totale jusqu'à 0,3 livre anglaise (135 gra, environ) approximativement. Dans le corps façonné cuit, conforme à la formule indiquée ci-dessus, chaque bloc contient à l'origine approximativement 0,8 livre anglaise (360 grs. environ) de plâtre de Paria qui, après avoir été cuit, est réduit en poids jusqu'à environ 0,22 livre anglaise (99 grs. environ), la perte en poids produisant des.pores ou cellules supplémentaires.
REVENDICATIONS
1 - Un procédé de fabrication de'produits céramiques, caractérisé en ce qu'il consiste à former un mélange humide pouvant être jeté en moule à partir de constituants solides secs et d'eau, à former, avant que la prise n'ait ,lieu, dea corps façonnés voulus au moyen de ce mélange pouvant être jeté en moule, et à soumettre ces corps à la cuisson pendant qu'ils sont humides.
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Improvements to insulating and refractory bricks, and their manufacturing process.
@ This invention relates to improvements in ceramic articles of low weight, high strength, permeable, and porous, as well as to their manufacture, and particularly relates to those of such products which can be used as thermal insulators, and which also have good acoustic properties whereby noises, for example those which accompany the start-up and propagation of the flame in a furnace, can be appreciably attenuated.
In the manufacture of such ceramic products, it has already been proposed to use methods and products have been successfully manufactured by combining in varying proportions clay material, wood particles, or other combustible or possibly combustible particles. removed, and water, the solid materials being first mixed together dry, the water then being added to the
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mixture, and the whole kneaded and stirred, to such an extent that a large number of gas bubbles distribute inside;
the mixture is then cast into a mold, the molded body is dried, and finally, the dried elements or body are heated or baked in order to burn off combustible particles or to remove particles which can be removed from the mixture under conditions such that the disintegration of the formed body is prevented, that the porous structure created by the entrained air bubbles and by the removal of the aforementioned particles is preserved and that at the same time the product is made porous,
In order to facilitate the handling before firing of the molded parts, a small amount of a setting agent or a hydraulic binder, such as calcined or gypsum, has already been added to the mixtures of the type indicated above, and after treatment. similar.
Nevertheless, with such mixtures, the speed of manufacture was necessarily slow, since in the manufacture of bricks of ordinary dimensions, such as 4.5 x 9 x 2.5 English inches (11.5 x 22.9 x 6 , 3 cms.) It was deemed necessary to employ the drying operation, in order to remove moisture before firing, the blanks or brick elements undergoing drying for a period of 12 hours at a temperature of 'about 107 C.
This drying operation before firing has the drawback of requiring an additional expenditure of fuel and large spaces for the storage of the uncooked blanks, in order to be able to have an appropriate or sufficient stock of blanks or dry molded parts. to supply adequate quantities to large-dimension brick kilns with economical operation, resulting in, as
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As a result, a serious increase in the general reasons for manufacturing,
An object of the present invention is a method and a product in which the drying operation is omitted,
Another object is a method and a product in which the stability of the mass after mixing is such as to eliminate the need for the ordinary molding operation.
if desirable, and permitting the mass to pass through a die, as well as the use of suitable cutting means to divide the cut strand into rough bricks.
In accordance with the present invention, the method of making ceramic products comprises forming a mold castable wet mixture from dry solids and water, shaping the desired bodies with the mold castable mixture beforehand. that the setting could not have been done, and in subjecting the still wet molded bodies to cooking. a commercial way of carrying out the invention consists in forming a dry mixture corresponding to the following formula;
Plaster of Paria (SO4 CaO, 1/2 H2O) ..... 17 Kgs.
Sawdust passing through a 4-8 mesh sieve .. 17Kgs
Kaolin powder from Georgia .., 46 Kgs.
The preoed materials intended to form the mixture are technically dry, that is to say they contain only the normal humidity coming from their storage in the open air,
These dry materials are mixed together with agitation, in a container, for a time sufficient to ensure intimate contact between the particles of the mass.
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The dry composition is then kneaded in a similar manner, in another vessel with the addition of water in sufficient quantity to condition the mixture for the shaping operation of the preformed bodies. The blanks or shaped bodies can also be obtained by passing the mass through an extruder and cutting it with a metal wire, or can be obtained by casting which gives them the desired shape, or by casting a plate and cutting it with a wire.
To form a pourable and moldable mixture using the above composition, water is generally added in an amount equal to 100% by weight, but the atmospheric conditions, type, amount and The state of the raw materials as well as the character of the shaping method which is to be used, determine the actual proportion between the quantity of water added and the dry materials.
By shaping the mixture indicated above to obtain standard refractory bricks, after having fired them and definitively sized, the mixture having a consistency which allows it to flow and to be cast into a mold, is poured into molds, after having been kneaded for 30 seconds in the dry state and 30 seconds in the wet state, the transfer time from the dry mixer to the wet mixer being 20 seconds.
In the particular procedure indicated, the molding was carried out by casting into a mold each of which had dimensions of 30 x 10 x 5 English inches (760 x 254 x 127 mm). The plates thus obtained were cut by means of a wire to form 9 elements ready for cooking. After casting, we let stand, in order to
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set, the molds filled for just enough time
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to allow the reoriatalliaation of the plaster of Paris
Instead of cutting with wire, it is possible to use partition plates or partitions arranged in the mold.
When passing the mixture through a die by means of an extruder or the like, two of the desired dimensions are determined by the die head, while the third is achieved by adjusting the speed of flow through the extruder. and cutting with a wire which takes place at regular intervals. Another shaping process generally referred to as embossing and which can also be employed, consists in casting the bodies to be formed in a mold from which they are removed and transported on oiled boia supports by means of blocks, pushers. , which make contact with one of the faces of the shaped body as the mold and the push block are set in motion, relative to each other, to move the shaped body forming the brick.
It follows from the foregoing that the manner of molding or shaping the moist material is not limited to any one procedure, but all of the usual methods can be employed.
After the formation of the shaped bodies ready for firing and after the recrystallization of the plaster of Paris, it will be found that while still wet, they are nevertheless in a condition of being easily transported and placed in the brick kiln.
The wet bodies are then placed at the entrance to the tunnel oven where they are immediately subjected to the action of hot gases at a temperature of 650 C, this temperature being gradually increased to 925 C for a certain time, during which the oombuati-
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blea are completely distilled and carbonized, the gases and the vapor which are released from the roughed body preventing the surfaces from reaching too quickly a temperature higher than that prevailing inside, and contributing to ensure the uniform penetration of heat and therefore the temperature, which results in allowing greater freedom in the regulation of the brick kiln,
and decrease the cause of the formation of surface cracks or the like in the finished shaped body.
Water vapors and gases from the distillation of combustible particles are several hundred times larger in volume than the original volume of water or fuel, and their escape occurs through low cell wall breakage which thus increases the porosity of the structure; but these ruptures are so slight in the finished product that they offer considerable resistance to the passage of gases through the finished brick.
By the time the carbonization of combustible particles is approximately complete. throughout the shaped brick element and when the danger of uncontrollable combustion of these particles which would increase the temperature of the furnace no longer exists, the reducing atmosphere is replaced by an oxidizing atmosphere and the temperature is raised for a suitable time up to 1388 C; the carbon particles are thus completely removed leaving very small pores or voids which constitute by volume more than 70% of the volume of the shaped body.
The resulting product is an insulating fired brick,
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low weight, refraotary up to 1205 C, having low thermal conductivity, unusual stability, can be cut and sized using ordinary wood bristles, can receive via, bolts or nails, and having the property of being a very remarkable sound insulator. In use, it provides significant savings in the operation of industrial furnaces by reducing the time and the fuel or electrical energy required to reach thermal equilibrium.
Dea official thermal conductivity and fusion tests carried out in the laboratories of Massachusetts Inatitute of Teohnology with. bricks executed according to the formula and process given above gave the following results:
Overall density ... 13.6 Kgs. per English cubic foot (0.028 m.o.)
Porosity (air) .... 81.6%
Initial softening ... 1475 0
Melting point., .. 1507 C
Temperature at which the brick becomes fluid. 1527 C
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<tb>
<tb> Temp, <SEP> of <SEP> the <SEP> Surface <SEP> Temp. <SEP> of <SEP> the <SEP> surface <SEP> Temp. <SEP> avg. <SEP> Kf.
<tb> warmer <SEP>. <SEP> the cold '<SEP>' Plus <SEP>.
<tb>
3750 <SEP> C <SEP> 43 <SEP> C <SEP> 2100 <SEP> C <SEP> 1. <SEP> 47
<tb> 478 <SEP> 151 <SEP> 315 <SEP>. <SEP> 1.57 <SEP>
<tb> 773 <SEP> 263 <SEP> 518 <SEP> 1.83
<tb> 1015 <SEP> 371 <SEP> 693 <SEP> 2.19
<tb>
Another advantage resulting from using wet firing instead of subjecting the shaped bodies to post-drying firing is that the volume shrinkage during firing of the dry shaped bodies is significantly greater. . it has been found that with bodies produced by means of the same composition, the material which is dried before firing, is transformed in the fire into a fired brick - @
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which is 0.3 English inch (7mm) shorter than a brick which has been fired without having been dried.
As a result, the density of the dried and fired material is 16% higher than the density of the un-dried and fired material, and the volume shrinkage of the dried and fired material is about twice the shrinkage. by volume of the non-dried and fired material; for example, it was found on measured test pieces, that the tetraction by volume of the non-dried and fired material was 16.7 while that of the dried and fired material, was 32.6%, the weight of a baked and undried sample having the size of a finished brick was 1.98 pounds an- laiaes (898 grs. approx.), while that of a dried and fired sample was 2.29 pounds English (1039 grs, about).
It is a well-known fact that with materials of the same composition the thermal conductivity increases proportionally with the weight of a given volume, which clearly demonstrates the superiority of the product according to this invention over those obtained by processes. employees so far.
Another fact, also helping to make the product superior, is that the starting materials do not contain an amount of plaster of paris just sufficient to cause setting, but contain an amount greater than that required for the start. With quantities as small as those required only to obtain the setting, unacceptable retreats are obtained during cooking, but by using 21% of the dry mixture, as in the case of the present invention, a real advantage is obtained for the following reason:
the shaped body becomes more porous, and therefore lighter, by incorporating into the starting material an amount
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sufficient plaster of Paria and water, the plaster of Paris losing during the firing of the shaped body all its water content of constitution, as well as all the water present and introduced by physical phenomena, and the sulfate group being decomposed by simply allowing the CaO to combine with the silica to give stable compounds.
This loss of the water of constitution aubie by the plaster of Paris, and the decomposition of the group 'sulphate leaving very weak voids or pores in great number which come to be added to those due to the aeration and to the combustion of the Boxwood particles, for example, a pound of plaster of Paria having set, is reduced after full cooking to approximately 0.3 English pounds (135 grams, approximately). In the baked shaped body, conforming to the above formula, each block originally contained approximately 0.8 English pounds (approximately 360 grs.) Of Paria plaster which, after being fired, was reduced in weight to to about 0.22 British pounds (approximately 99 grams), the weight loss producing additional pores or cells.
CLAIMS
1 - A process for the manufacture of ceramic products, characterized in that it consists in forming a wet mixture which can be cast into a mold from dry solid constituents and water, to be formed, before the setting has, Instead, desired shaped bodies by means of this mixture which can be cast into a mold, and subject these bodies to baking while they are wet.