DD251694A3 - Verfahren und Vorrichtung für die Steigerung der Leistung an Durchlauföfen für den Dekorbrand von Porzellanerzeugnissen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, mit Hilfe dessen an Durchlaufoefen fuer den Dekorbrand von Porzellanerzeugnissen die Leistung gesteigert und der spezifische Energieverbrauch gesenkt werden kann. Die erfindungsgemaesse Loesung besteht darin, dass entgegengesetzt zur verbreiteten Lehre waehrend des Aufheizens und Abkuehlens eine Phase verminderten Temperaturanstieges bzw. -abfalls im Bereich des Quarzumwandlungseffektes eingelegt wird und damit Spannungen im Brenngut vermieden werden. Die zulaessigen Aufheizgeschwindigkeiten werden erfindungsgemaess vorgegeben. Die erfindungsgemaesse Gestaltung des Aufheizvorganges erfolgt an Durchlaufoefen dadurch, dass bereits im Temperaturgebiet von kleiner 550C Brenner angeordnet sind mit Hilfe derer eine intensive Aufheizung bis zu 550C moeglich ist, dass im Bereich 550...600C Kaltluft oder Rauchgas geringer Temperatur zugefuehrt wird, um die Aufheizgeschwindigkeit zu verzoegern und dass oberhalb 600C wiederum durch entsprechende Brenneranordnung und -beaufschlagung eine intensive Temperatursteigerung gewaehrleistet ist. Die Abkuehlung des Brenngutes erfolgt spiegelbildlich. Die Erfindung dient neben der Leistungssteigerung der Waermebehandlungsaggregate der Bruchsenkung und der Energieeinsparung.

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zur Durchführung desselben, um die Leistung von Durchlaufofen, in denen bereits gesinterte Porzellanerzeugnisse behandelt werden (z. B. Dekorbrand), zu steigern.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

In der Porzellanindustrie werden für den Dekorationsprozeß in zunehmendem Maße Durchlaufofen eingesetzt, besonders für die sogenannten Einsinkfarbdekore. Dabei wird das Brenngut in einer Schicht angeordnet und im Brennkanal von oben her beheizt. Der Einbrennprozeß erfolgt bei 1100...1300⁰CAn den bekannten Anlagen der Porzellanindustrie werden dabei Prozeßzeiten von 90... 120min erzielt. Zwar sind auch Zeiten von 60min bekannt, sie sind aber namentlich bei Öfen, die kurzer als 30m sind, nur für kleine Artikel anwendbar. Bei Überschreitung der Vorschubgeschwindigkeit gemäß o. a. Ofendurchlaufzeiten tritt ein erheblicher Bruchanteil auf. Die Ursachen liegen darin, daß spezielle Aufheiz- und Kühlkurven nicht bekannt sind und sich im Ofen mehr oder weniger zufällig einstellen oder sich aus empirischen Ergebnissen ergeben. Bei der Vorgabe des Temperaturverlaufes zur Verbesseru ng des bestehenden Verfahrens wird entsprechend dem bekannten Stand von Wissenschaft und Technik davon ausgegangen, daß glattgebranntes Porzellan einen relativ niedrigen Ausdehnungskoeffizienten hat, dessen Verlauf im wesentlichen von dem Anteil an Glasphase, die 60...90% betragen kann, bestimmt wird und der Quarzanteil keinen nennenswerten Einfluß habe. Letzteres trifft besonders dann zu, wenn der Glattbrand intensiv — wie dies in den bekannten Tunnelofen gegeben ist — erfolgt. (Salmang „Die physikalischen und chemischen Grundlagen der Keramik", 4. Aufl. Springer-Verlag 1958, S.308 u. ff.) Eine entscheidende Verbesserung hinsichtlich des Bruchverlustes bzw. der Ofenleistung wurde bislang nicht erzielt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist eine Steuerung der Ofenleistung unter Einbehaltung geringer Bruchverluste sowie eine Senkung des spezifischen Energiebedarfs bei dem Dekorbrand von Porzellanerzeugnissen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch gezielte spezielle Führung des Temperaturverlaufes in der Aufheizung und Kühlzone des Ofens eine Verringerung der im Artikel auftretenden Spannungen und damit insgesamt eine Erhöhung der möglichen Aufheiz- und Kühlgeschwindigkeiten zu erzielen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bei dem Dekorationsbrand im Durchlaufofen die Aufheizkurve so verändert wird, daß die Porzellanerzeugnisse kurz vor ihrer Aufheizung über 575°C eine möglichst homogene Temperatur erlangen und dann diese kritische Temperatur verlangsamt durchfahren wird. Der Temperaturverlauf beim Aufheizprozeß wird wie folgt gestaltet:

20...550°C:20...100 K/min

550...600⁰C: 3... 12 K/min

600. ..1200bzw. 1300°C:35...140K/min

Die erfindungsgemäße Aufheizkurve muß innerhalb der o. a. Grenzen dem Brenngut (Scherbenstärke, geometrische Form, Werkstoffeigenschaften) spezifisch angepaßt werden. Dabei spielt die Ermittlung der max. Aufheizgeschwindigkeiten im Bereich bis zu etwa 800⁰C eine wesentliche Rolle. Da der Transformationsbereich des Porzellans zwischen 700 und 800⁰C liegt, kann oberhalb dieser Temperatur beliebig rasch aufgeheizt werden.

Erfindungsgemäß erfolgt die Abkühlung nach der Wärmebehandlung spiegelbildlich zum Aufheizvorgang. Die Dauer und Temperaturhöhe des Einbrandprozesse selbst richtet sich nach den besonderen Bedingungen der Dekore. Das erfindungsgemäße o.a. Verfahren wird in einem Durchlaufofen realisiert, der in der Aufheizzone bereits ab dem Temperaturgebiet 500⁰C mit Brennern und im Temperaturgebiet von 575 bis ca. 625°C mit Kaltlufteinblasevorrichtungen bestückt ist, wobei die Kaltluftzuführung auch durch gasseitig nicht oder nur gering beaufschlagte Brenner erfolgen kann. Weiterhin sind diese Einrichtungen erfindungsgemäß zu einer von den übrigen Brennern der weiteren Aufheizzone unabhängigen Gruppe zusammenzufassen, damit sich der kritische Bereich hinsichtlich der Temperatur gut stabilisieren läßt. Zur Realisierung des Kühlverlaufes erfolgt im Gebiet Sintertemperatur von 850...75O⁰C eine Sturzkühlung durch direktes Einblasen von Kaltluft in den Kühlkanal in bekannterWeise. Diese Kühlluft wird in diesem Gebiet nurteilweise wiederabgezogen. Ein weiterer Teilstrom dieser eingeblasenen Luft wird zu einer zweiten Absaugung, die sich bei ca. 550⁰C befindet, geführt. Dabei nimmt diese Luft anfänglich noch Wärme auf, so daß bis zu etwa 600⁰C eine Kühlung noch erfolgt, im Gebiet 600...550⁰C aber dem Brenngut nur noch wenig Wärme entzogen wird, so daß der kritische Bereich in beabsichtigter Weise langsam durchfahren wird. Der Kühlverlauf kann durch einstellbare Teilstromverhältnisse entsprechend gesteuert werden. Die weitere Kühlung erfolgt in der Form, daß am Ende des Ofens in bekannterWeise Schiebeluft eingeblasen wird, die durch die o.a. Absaugung bei ca. 55O⁰C wieder aus dem Kühlkanal durch Schlitzöffnungen abgeführt wird.

Die technisch-ökonomischen Vorteile der Erfindung liegen darin, daß das Brenngut trotz rapider Aufheizung bzw. Kühlung relativ spannungsfrei bleibt und die Bruchverluste verringert werden. Andererseits ist durch die stufenweise Aufheizung und Kühlung eine weitere Verkürzung der Prozeßzeit — also eine Leistungssteigerung der Anlage und damit verbunden eine Senkung des spezifischen Energieaufwandes — möglich.

Die Erfindung ist am nachstehenden Ausführungsbeispiel näher erläutert

In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: Temperaturverlauf des Brenngutes im Durchlaufofen Fig. 2: Längsschnitt des Durchlaufofens (schematisch) Fig. 3: Draufsicht auf den Durchlaufofen (schematisch)

Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich, wird das Brenngut von Umgebungstemperatur 1 rasch auf ca. 550⁰C erwärmt. Dies erfolgt durch die Rauchgase der Vorwärmzone des Durchlaufofens, die bei 2 mit Hilfe des Brenners 9.1. noch zusätzlich aufgeheizt werden. Danach erfährt das Brenngut eine verzögerte Erwärmung bis zu ca. 600⁰C 3, wobei zur Minderung der Rauchgastemperatur mit Hilfe der Brenner 9.2. Rauchgas mit sehr niedriger Temperatur oder überhaupt nur Kaltluft zugeführt wird. Von der Temperatur ca. 600⁰C wird rasch bis auf ca. SOO⁰C (Transformationsbereich) und danach beliebig schnell auf Prozeßtemperatur 4 gefahren. Nach Abschluß der Wärmebehandlung 5 erfolgt eine sehr rasche Kühlung bis zu 800⁰C, indem über die Lufteinblasedüsen 10 regulierbare Kaltluftmengen eingeblasen werden. Ein Teilstrom dieser Kaltluft wird nach dem Wärmeaustausch über die Absaugung 11 wieder abgeführt. Ein zweiter Teilstrom 12 durchströmt den Kühlkanal im Gleichstrom mit dem Brenngut und wird durch die Absaugung 13, die bei ca. 55O⁰C liegt 7, aus dem Kühlkanal abgesaugt. Somit ist eine verzögerte Kühlung von ca. 600°C6aufca. 550°C 7 gewährleistet. Anschließend erfolgt eine rasche Abkühlung auf die Endtemperatur 8, indem am Ofenende Schiebeluft 14 durch den Eintrittspalt 15 eingeblasen und durch die Absaugung 13 wieder abgezogen wird. Sowohl die Brenner 9.1,9.2. und 9.3. sowie die Lufteinblasdüsen 10 arbeiten nach dem bekannten Prinzip der Querumwälzung. Das Rauchgas der Brenner 9.1. bis 9.3. wird über die üblichen Absaugungen 16 abgeführt. Das Brenngut 17 durchläuft den Durchlaufofen 18 auf Brenngutträgern 19 in Pfeilrichtung 20.

In Figur 3 ist die Abteilung der Brennergruppe 9.1. und 9.2. von den Brennern 9.3. dargestellt. Die Brenner 9.1. und 9.2. besitzen eine eigene Versorgungsleitung für Verbrennungsluft 21 und Brennstoff (nicht dargestellt) sowie Stellglieder für die Luftmenge 22 und Brennstoffmenge (nicht dargestellt). Diese Mengenströme werden nach der Temperaturerfassung 23, die an repräsentativer Stelle für die Temperaturpunkte 2 und 3 angebracht ist, von Hand oder automatisch analog eingestellt.

Claims (3)

1. Verfahren zum Einbrennen von Dekoren auf glattgebrannten Porzellanerzeugnissen, gekennzeichnet dadurch, daß das Aufheizen bis zu ca. 550°C mit einer artikelspezifischen Aufheizgeschwindigkeit von 20... 100 k/min im Bereich von ca. 550...600⁰C von 3... 12 K/min und oberhalb von ca. 600⁰C von 35... 140K/min erfolgt und das Abkühlen nach der Prozeßtemperatur spiegelbildlich erfolgt.

2. Durchlaufofen zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß in der Aufheizzone Brenner (9.1.) bereits im Temperaturgebiet von kleiner als 55O⁰C angeordnet sind und im Temperaturbereich von ca. 550...600⁰C weitere Brenner (9.2.) vorhanden sind, die bei stark verminderter Rauchgastemperatur — hoher Luftüberschuß — betrieben werden, wobei an Stelle der Brenner (9.2.) auch Kaltluftzuführungen angeordnet werden können.

3. Durchlaufofen nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Brenner (9.1.; 9.2) zu einer getrennten, von der weiteren Aufheizzone unabhängigen Gruppe zwecks guter Temperaturstabilisierung im Bereich von ca. 550...600⁰C zusammengefaßt werden und eine separate Versorgungsleitung für Verbrennungsluft und Brennstoff besitzen.