NO119719B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte for fremstilling av sintrede

aggregater egnet for anvendelse ved bygning

av veier og gater.

Veidekker blir normalt dannet av aggregater som f.eks. knust stein, slagg eller lignende materiale, enten bundet sammen ved hjelp av et vanntett bindemiddel, f.eks. bitumen, tjacre eller asfalt, eller forbundet med sement og sand for dannelse av betongplater eller et kontinuerlig betongteppe.

Slitasjehastigheten for veidekker er økt sterkt i de senere år, hvilket skyldes både en økning i antallet kjøretøyer, særlig tunge lastebiler, på veiene og en økning i kjøretøyenes fart. Som følge av dette er det utarbeidet strenge bestemmelser for aggregater som skal brukes ved fremstilling av veidekker utsatt for tung trafikk.

Kvalitativt sett er de viktigste krav til et ekstra kraftig veidekke-aggregat som følger: For det første skal aggregatet bestå av kantete stykker eller fragmenter gradert eller sor-tert slik at det oppstår en seig, fastbygget struktur som hindrer at hjulene glir endog på våt vei. For det andre må de enkelte ag-gregatstykker ikke få glatte overflater ettersom de slites i tra-fikken, men må kontinuerlig utvikle nye ujevne overflater. For det tredje må stykkene ikke smuldre på grunn av støt fra hjulene. For det fjerde må stykkene vare motstandsdyktige mot avskraping. For det femte må stykkene ikke absorbere fuktighet på en slik må-te at de er tilbøyelige til forvitring på grunn av frostens virk-somhet. For det sjette må aggregatet holde seg rent under bruk, og helst bør dets overflate ha en lys farve, dvs.: flaten bør ik-ke absorbere lys, men spre det, hvorved man kan unngå den blenden-de glans som erfaringsmessig oppstår på våte, mørkfarvede veidekker om natten som følge av kjøretøyenes frontlys. Endelig er det naturligvis høyst ønskelig at aggregatet er billig.

Av de mange aggregater som for tiden er i bruk, viser ingen den ideelle kombinasjon av disse egenskaper. Ikke knuste småstein av kvarts har riktignok en lys farve, men de vil snart få en glatt overflate som i fuktig vær yder liten motstand mot glidning. Kalkstein vil, selv om den er meget bløtere, likeledes utvikle en glatt overflate. Slagger er billige biprodukter fra smelteprosesser, men de har egenskaper som kan variere sterkt på grunn av endringer i de smelteprosesser hvori de er dannet.

Hensikten med denne oppfinnelse er å skaffe tilveie et syntetisk aggregat som har en ønskelig kombinasjon av disse egenskaper, og som er fremstilt av billige, lett tilgjengelige råva-rer. Vesentlig består aggregatet av partikler av sand, bauxitt, knust ildfast stein eller annet hårdt mineral eller keramisk materiale som er sintret sammen til det dannes små stykker eller en porøs kake. Stykkene kan brukes direkte, eller de eller kaken kan knuses til korngraderinger passende for veidekker.

Sintringsprosessen hvorved aggregatet fremstilles, er et viktig trekk ved oppfinnelsen, og dens virkning er å binde sammen de hårde partikler ved hjelp av et keramisk bindemiddel til porøse aggregater uten smelting av partiklene. Chargen som skal sintres, må inkludere i det minste en substans som vil fungere som flussmiddel ved sintringstemperaturen. Det må også inkludere brennbart materiale minst i tilstrekkelig mengde til å fullfø-re de endoterme forandringer som forekommer i sintringen.

Krystallisasjon av det keramiske bindemiddel skaffer myriader av små reflekterende flater som sørger for lysspredning uten diffus refleksjon ("without undirectional re flection"), hvorved unngåes nattblending (night dazzle) på våte veier. Aggrega-tets indre fint porøse eller celle-struktur, som er lukket eller forseglet, absorberer ikke vann unntagen overfladisk på ødelagte flater. Dets styrkeegenskaper er gode, og motstanden mot støt er stor, på grunn av dets cellestruktur dannet med sterke keramiske bindemidler. Aggregatet er naturnødvendig kantet, og dets brudd-flater oppviser skarpe kanter langs de ødelagte cellevegger, idet begge trekk sørger for skarpe kanter som i driften kan fjerne vann-filmen på våte veier og således øke motstanden mot glidning. San-den, bauxitten eller andre hårde partikler øker motstanden mot avskraping og glidning og vil, etter hvert som slitasjen skrider frem, rive bort og avdekke nye "skarpe" overflater i aggregatet. Hvis den charge som skal sintres, inneholder mindre enn 1 %, og fortrinnsvis mindre enn 0,5 % jernoksyd, vil aggregatet ha lys farve, nesten hvit, og dette kan være i høy grad ønskelig under visse vilkår.

De karakteristiske egenskaper ved somme typer naturlige aggregater er av den art at aggregatet ikke uten videre vil bin-des sammen med tjære eller lignende. De samme egenskaper som i det nye syntetiske aggregat gir god mostand mot glidning, vil og-så gi en god nøkkel for tjære eller lignende bindemidler.

Flussmidlet kan være f.eks. kalkstein, dolomitt eller flusspatt, og kan tilsettes til de hårde partikler i den charge som skal sintres. Flussmidlet kan også omfatte glass, f.eks. pul-verisert avfallsglass eller kasserte glassflasker. Alternativt kan noe eller alt av flussmidlet, istedenfor å innføres som en særskilt bestanddel i den charge som ska 1 .sintres, tilsettes som feltspatt eller leire som inneholdes i den sand, sandstein eller grus som skaffer de hårde partikler. Eksempler på slike flussmiddel-inneholdende materialer er visse bløte sandsteiner som forekommer i møllesteingruslaget, som består av sandkorn løst bundet sammen med fra 15 til 20 % leire; visse andre sandsteiner i møllesteingruslaget som inneholder fra 80 til 85 % kvarts og 10 til 15 % feltspatt med resten leire, og noen sandlag som inneholder fra 10 til 20 % leire.

Hvis hele flussmidlet er i form av leire eller kalkstein, fører utviklingen av damp og kulldioksyd på grunn av varme-virkningen i sintringsprosessen til dannelsen av utallige bobler, som gir bindemidlet cellestruktur. Dette skyldes delvis den hur-tige temperaturstigning under sintringen. Et annet trekk ved oppfinnelsen omfatter innføring av noe av flussmidlet som kalsinert materiale, som f.eks. knust murstein fra gamle bygninger, eller knust rød leire-skifer fra utbrente avfallshauger ved kullgruber, med det resultat at det keramiske bindemiddels porøsitet blir redusert.

Den sintrede charge må danne en gassgjennomtrengelig masse og det er ønskelig å agglomerere eller pelletisere chargen for å øke dens gjennomtrengelighet. For at dette skal kunne gjøres lett, er det fordelaktig at en del av flussmidlet er plastisk, som f.eks. leire. I almindelighet er et minimum på 5 % leire ønskelig. Men ved visse leirer med meget stor plastisitet kan leireinnholdet vare så lite som 1 %.

I det sintrede produkt kan mengden av hårde partikler variere meget, la oss si mellom 50 og 95 vekt-%, fortrinnsvis mellom 70 og 90 %. Flussmidlet, som f.eks. leire, kalkstein eller dolomitt, er naturligvis i den kalsinerte form i det endelige produkt, som med fordel kan stamme fra 0 til 30 %, men fortrinnsvis 2 til 10 % leire, og fra 0 til 3 %, men fortrinnsvis fra 0,5 til 1,5 % flusspatt og inneholde fra 0 til 40 %, men fortrinnsvis fra 5 til 25 %, i alt av kalsiumoksyd (CaO) eller av magnesiumoksyd (MgO) eller av begge. Sintringsprosessen kan drives i for-skjellige former av sintringsanlegg, f.eks. på en vandrerist eller i en sjaktbvn eller i en roterende ovn. Hver sådan prosess vil bli beskrevet etter hverandre, og, likegyldig hvilken prosess som brukes, hvis den blir gjennomført på en passende måte, vil de fine porer inne i aggregatene nesten alle være lukket. Uan-sett sintringsprosessens natur, er det fordelaktig at de hårde partikler inneholder kvartssand, da aggregater som inneholder korn av kvartssand, viser en spesiell fordel som følge av varme-behandlingen under sintringen. På overflaten blir disse kvarts-korn omvandlet til tridymitt eller kristoballitt i finkrystal-linsk form, hvilket gjør kvartskornene selv hvite og reflekterende. Et ytterligere trekk ved aggregater som inneholder kvartssand, er at innvendige sprekker utvikler seg i de enkelte kvartssand under sintringen, hvorved kvartskornene istedenfor å bli po-lerte opprettholder en ujevn overflate, hvilket skyldes at hjul-ringene på de trafikkerende kjøretøyer river ut bitte små brudd-stykker.

Gjennom hele sintringsprosessen må chargen være gass-gjennom4: rengelig og fremvise store innbyrdes forbundne porer, som skaffer passasjer for den fortsatte tilgang av luft, slik at forbrenning av hele massen kan fullføres. Fortrinnsvis vil de hårde partikler, enten de er av ett og samme slag eller f.eks. en blan-ding av sand og bauksitt, til å begynne med alle passere gjennom en sikt med 1,3 cm's masker, men holdes tilbake på en 100 B.S. mesh. Innenfor dette område er graderingen av partiklene ikke kritisk. Hvis grove partikler, la oss si + 0,6 cm, er tilstede, er det dog ønskelig at tilstrekkelig fine partikler også er tilstede, for å gi tallrike kontaktpunkter mellom de fine og de grove partikler, for utvikling av en sterk sintret struktur. Flussmidlet børe være fint fordelt og intimt blandet med de andre partikler. Kalkstein (CaC03) og dolomitt (CaC03MgC03) kan tilsettes helt eller delvis som kalsinerte produkter (CaO, MgO) eller hyd-rater (Ca(0H)2, Mg(0H)2). Hvis hele chargen foreligger i fint fordelt tilstand, er det ønskelig å agglomerere eller pelletisere den for å øke dens gjennomtrengelighet. Dette kan gjøres ved å fukte chargen og rulle den i en blandetrommel. For å lette pelle-tiseringen kan det tilsettes et bindemiddel, f.eks. kalk eller kalsinert dolomitt eller natriumsilikat, som også vil fungere som flussmiddel under sintringen. Brennmateriale kan inkorporeres i agglomeratene eller strøs over dem som et dekke, eller blandes løst med agglomeratene eller med resten av chargen hvis det ikke er noen agglomerater.

Fremstillingen av keramisk bindemiddel medfører naturligvis overfladisk smelting, og det endelige bindemiddels beskaf-fenhet avhenger av hastigheten av den etterfølgende avkjøling.

De temperaturer man oppnår i løpet av sintringen, er således vik-tige. Stort sett kan temperaturen i forbrenningssonen være mellom 900 og 1500°C, men det foretrekkes gjerne å holde den mellom 1100 og 1400°C. Temperaturen avhenger i høy grad av chargens sam-mensetning, og må kontrolleres for at man skal oppnå det ønskede resultat. Det er ønskelig at bindemidlene er finkrystallinske og i spenningsutløst tilstand, og for å oppnå dette må sinteret glø-des ved at varme gasser passerer gjennom det.

Når sintringen utføres på en vandrerist, vil chargen som skal sintres, formes til et gassgjennomtrengelig lag, og luft suges gjennom laget enten oppover eller nedover. Når laget er antent, vil forbrenningen ikke fortsette samtidig gjennom hele dybden av laget. Tvertimot er forbrenningen i hvert øyeblikk begrenset til en nesten horisontal sone som i alminnelighet er mindre enn 2,5 cm tykk, i et lag som er f.eks. 25 til 50 cm dypt. I prosessen med nedadgående luftstrøm er forbrenningssonen dekket av ferdig sinter og hviler på ubrent materiale; i sintring med oppad-gående luftstrøm befinner det ferdige sinter og ubrent materiale seg i omvendte stillinger.

Det er i høy grad ønskelig at det sintrede produkt har ensartede egenskaper, og for å oppnå dette må laget gjennomgå samme oppvarmingssyklus i hele dybden. For å tilfredsstille dette og de andre krav i sintringsprosessen må mengden av brennbart materiale i laget kontrolleres, og om mulig bør denne mengde vare den teoretisk nødvendige for fullføring av de endoterme sintrings-reaksjoner, eller i høyden bare marginalt overskride den. Hvis mengden er vesentlig større enn dette, vil lagets varmeinnhold vokse ettersom forbrenningen fortsetter. I ytterste fall kunne laget få slike temperaturer at materialet i forbrenningssonen ville smelte fullstendig og bli så flytende at de store porer som står i innbyrdes forbindelse med hverandre, ville falle sammen og forbrenningen ville da opphøre av mangel på luft. Ikke alene må dette unngåes, men så vidt mulig må hvert på hverandre følgende skikt av laget nå samme temperatur i samme tidsperiode.

Den nødvendige mengde brennbart materiale avhenger også av mengden av flyktig materiale i flussmidlet eller flussmidlene, og av mengden av tilsatt vann hvis blandingen agglomereres eller pelletiseres. I alminnelighet bør mengden av brennbart materiale i blandingen være fra 2 til 8 vekt-%, og fra 3 til 5% når de hårde partikler og flussmidler er av den art at de gir de foretrukne mengder i det endelige produkt som angitt foran.

I forbrenningssonen tapes meget av lagets opprinnelige struktur, som erstattes av en svamplignende masse med store innbyrdes forbundne porer mellom småporede aggregater. Inne i aggregatene reagerer de hårde partikler overfladisk med flussmidlene slik at det utvikles et keramisk bindemiddel som i alminnelighet er mer eller mindre krystallinsk av natur og omfatter først og fremst silikatmateriale når de hårde partikler er kiselsyrerike, f.eks. kvartssand, og kanskje spineller når aluminiumrike partikler, f.eks. bauxitt, er innbefattet.

I en konvensjonell sintringsprosess øker temperaturen ettersom forbrenningssonen beveger seg fremover gjennom laget, med det resultat at produktet ikke er ensartet. Således kan toppen av laget (når det er brukt nedadgående luftstrøm) våre utilstrek-kelig sintret. Ennvidere blir overflaten av laget ved konvensjonell sintring antent ved hjelp av en flamme fremstilt under en eller annen form av tenningshette, og så snart tenningen er etablert, blir flammen slokt, eller hvis risten vandrer, som i Dwight og Lloyds anlegg, vandrer den antente overflate bort fra hetten. I begge tilfelle blir kold luft trukket inn i laget, og det ferdige sinter blir i virkeligheten luftkjølt, ikke glødet.

Ved oppfinnelsen foretrekkes det å antenne overflaten av laget ved hjelp av en flamme og deretter å fortsette å forvarme den luft som passerer gjennom det antente lag, slik at den del av laget som allerede er sintret, ikke avkjøles for hurtig. Det er en fordel at det kreves mindre forvarming ettersom forbrenningssonen beveger seg gjennom laget og dybden av det sintrede materiale øker, til det er nådd et stadium hvor kold luft blir passende oppvarmet av det sintrede materiale som avkjøles, og hvorigjennom den først passerer for å hindre at det varme sintrede materiale blir utsatt for sjokkavkjøling. Hvis risten er stasjonær, kan denne kontrollerte forvarming utføres ved å antenne laget med en brennerhette som oppvarmes med gass eller olje, på en slik måte at temperaturen på overflaten av laget så hurtig som mulig heves til den krevde reaksjonstemperatur for sintring. Deretter blir hettens temperatur redusert progressivt ved økning av forholdet luft:brensel, slik at bare en del av det innkommende oksygen blir brukt ved forbrenningen i hetten. De resulterende avgasser og u-brukt oksygen blir deretter trukket inn i laget, hvor det sist-nevnte blir forbrukt ved forbrenning av brennstoffet i laget. I alminnelighet'vil glødingen av det opprinnelig antente lag full-føres innen det tidspunkt da forbrenningssonen har beveget seg fra 12 til 15 cm inn i laget. På dette trinn blir flammen i hetten stengt av. Under sintringen av resten av laget er passasjen av kold luft gjennom det ferdige sinter som er under avkjøling tilstrekkelig til å forvarme luften før den trer inn i det nettopp dannede sinter, og således fåes en utglødingseffekt. Hvis risten vandrer, kan laget passere under en rekke hetter som virker under progressivt høyere lufttbrensel-forhold og naturligvis lavere temperaturer. Disse hetter dekker laget til forbrenningssonen befinner seg f.eks. 12 til 15 cm under lagoverflaten, hvoretter lagovcr-flaten blir avdekket.

Etter å være fjernet fra risten blir produktet knust og siktet til det ønskede aggregat. For små korn kan returneres og opptas i matematerialet, hvorved tap unngåes.

Det vil nå bli gitt to eksempler på dannelsen av aggregatet ved sintring på en rist.

Eksempel 1

Den anvendte charge var sammensatt som følger:

Agglomerater ble dannet ved tilsetning av fuktigheten til chargen idet den passerte gjennom en roterende trommel.

Blandingens jernoksydinnhold var mindre enn 0,5%. Den agglomererte beskikning ble formet til et lag 30 cm dypt på en rist og antent ved luft-propanbrennere i 1 minutt, hvorved propan-forbruket var 73 liter pr. 10 dm 2lagoverflate med minimums over-skudd av luft. Deretter ble den innkomne luft forvarmet i samsvar med følgende tabell:

Deretter opphørte forvarmingen, og forbrenningssonen

var da fra 12,7 cm til 15,2 cm under lagoverflaten. Den oppnådde maksimumstemperatur var 1300°C. Ved sintringens slutt ble produktet fjernet som en hvit svamplignende kake, som ble knust for å gi et aggregat som ønsket.

Eksempel 2

Fremgangsmåten var den samme som i eksempel 1, men kalsinert bauxitt knust til minst 6 cm var satt istedenfor kvarsittsan-den i samme forhold. I dette tilfelle besto produktet av grå baux.L ttkorn bundet sammen ved et nesten hvitt bindemiddel. Forøvri hadde det lignende egenskaper som det som ble produsert etter eksempel 1.

Når sintringen utføres i en sjaktovn blir chargen ført inn på toppen og beveger seg nedover. Brennmateriale kan tilsettes i fast form som kull eller koks til chargen, og forbrenningen blir kontrollert alene ved lufttilgangen. Forbrenningen blir atter begrenset til en tynn sone dekket av ubrent beskikning og med fremstilt produkt under, men denne sone holdes statisk i stilling. Luften slippes inn gjennom produktet som er under avkjøling, og de varme gasser fra forbrenningssonen stiger opp gjennom beskik-ningen, som således forvarmes. Noe av eller hele den varme som kreves, kan imidlertid skaffes til veie ved hjelp av flytende eller gassformet brensel levert av brennere anbragt mellom toppen og bunnen i laget i ovnen. En del av forbrenningsluften kan slippes inn sammen med det flytende eller gassformede brensel, hvor-under resten med fordel suges eller blåses gjennom produktet under forbrenningssonen og derved kjøler dette og, naturligvis, for-varmer luften før den trer inn i forbrenningssonen.

Et eksempel vil bli gitt på dannelsen av aggregat i en sjaktovn.

Eksempel 3

Den anvendte charge var sammensatt som følger:

Agglomerater omtrent 2,5 cm i diameter ble dannet ved tilsetning av fuktigheten til resten av chargen i en roterende trommel. Disse agglomerater' ble fylt på en sjaktovn i pilotplant-størrelse, 6 m høy, hvori ekstra varme ble tilført ved et punkt 3 m under toppen ved hjelp av oljebrennere som arbeidet med over-skudd av luft, og som skaffet 25 000 kilokalorier pr. tonn charge. Produktet var vesentlig det samme som det som ble fremstilt etter eksempel 1.

Når sintringen utføres i en roterovn, blir chargen atter fortrinnsvis agglomerert eller pelletisert, tilstrekkelig fast brensel kan innføres i ovnen sammen med chargen for å fullføre sintringen, eller sintringen kan settes i verk helt eller delvis ved hjelp av olje- eller gassbrennere rettet inn i ovnen fra begge ender, mer vanlig fra utløpsenden.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av ct syntetisk sintret aggregat skikket til bruk i veidekker, karakterisert ved at man sammensintrer en hovedmengde av partikler av sand og/

eller bauxitt og/eller knust ildfast stein og/cller hårdt ildfast kiselsyreholdig mineral eller hårdt ildfast keramisk materiale, et flussmiddel, og fast brennbart materiale i det minste tilstrekkelig til å fullføre de endoterme forandringer som finner sted under sintringen, ved en temperatur i området 900-1500°C, hvorved det dannes små stykker eller en porøs kake som består av de hårde partikler sammenbundet med sterke krystallinske keramiske bindin- ger, og som om nødvendig, knuses, og det anvendes en slik mengde av nevnte hårde partikler at det sintrede sluttprodukt inneholder fra 50 til 95 vektprosent av disse.

2. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1 eller 2, karakterisert ved at temperaturen i sintringens forbrennings- trinn holdes mellom 1100 og 1400°C.

3.. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1 eller 2, karakterisert ved at råmaterialene anvendes i slike forhold at det sintrede produkt inneholder fra 70 til 90 vektprosent av de hårde partikler.

4. Fremgangsmåte i samsvar med krav 3, karakterisert ved at reisten av det sintrede produkt er avledet fra 2 til 10 % leire og fra 0,5 til 1,5 % flusspat og inneholder fra 5 til 25 % i alt av kalsiumoksyd eller av magnesiumoksyd eller av begge.

5. Fremgangsmåte i samsvar med hvilket som helst av de for-anstående krav, karakterisert ved at flussmidlet er kalkstein, dolomitt, leire eller flusspat som tilsettes til de hårde partikler.

6. Fremgangsmåte i samsvar mod hvilket som helst av foran- stående krav, karakterisert ved at den charge som skal sintres, inneholder mindre enn 0,5 % jern(III)oksyd.

7. Fremgangsmåte i samsvar med hvilket som helst av foran- stående krav, karakterisert ved at de hårde partikler i den charge som skal sintres, alle vil passere gjennom en sikt med 1,3 cm's masker, men holdes tilbake på en 100 B.S. mesh sikt.

8„ Fremgangsmåte i samsvar med hvilket som helst av foran-stående krav, karakterisert ved at de hårde partikler inneholder kvartssand.

9. Fremgangsmåte i samsvar med hvilket som helst av foran-stående krav, karakterisert ved at chargen sintres som et gassgjennomtren;--?lig lag på en rist gjennom hvilken det suges luft enten oppover eller nedover, slik at forbrenningen fore-går i en sone som beveger seg vertikalt gjennom laget og at lagets overflate antennes av en flamme, og deretter blir den luft som suges inn i det antente lag, forvarmet i progressivt mindre utstrek-ning.