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Verfahren zum Brennen von keramischem Einsatzgut im Tunnelofen Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Brennen von keramischem Einsatzgut
im Tunnelofen.
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Keramische Materialien zeigen im allgemeinen während des Brennens
eine von der Temperatur abhängige unterschiedliche Empfindlichkeit gegenüber der
Temperaturänderungsgeschwindigkeit im Tunnelofen, die sowohl auf physikalische als
auch auf chemische Vorgänge zurückgeführt werden kann. Ein typisches Beispiel für
die auf physikalische Vorgänge zurückzuführende Empfindlichkeitserhöhung stellt
die Quarzumwandlung bei 575° C dar. Als Beispiel für die durch chemische Vorgänge
gesteigerte Empfindlichkeit des keramischen Materials sei das Ausbrennen von bituminösen
Stoffen genannt.
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Durch eine ungleichmäßige Temperaturverteilung über den senkrecht
zur Ofenachse liegenden Querschnitt im Tunnelofen wird die Temperaturänderungsgeschwindigkeit
ungünstig beeinflußt. Für das Durchfahren des kritischen Bereiches muß eine größere
Zeit vorgesehen werden, da die einzelnen Zonen des Querschnittes nicht zu gleicher
Zeit den kritischen Temperaturbereich durchlaufen.
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Für das Auseinanderlaufen der Temperaturen im Querschnitt senkrecht
zur Ofenachse sind bei Tunnelöfen herkömmlicher Bauweise verschiedene Gründe maßgebend:
Die bei vielen Tunnelöfen zum Teil aus der Sekundärluftzugabe in der Brennzone,
zum Teil aus zu geringem Zug resultierende, nicht ausreichende Kühlung, zwingt zu
einem verstärkten Luftdurchsatz in der Kühlzone. Diese Luft wird dem Ofen mit einer
relativ niedrigen Temperatur entnommen und vielfach künstlichen Trockeneinrichtungen
zugeführt. öfen dieser Art leiden meist unter Luftmangel in der Garbrandzone und
haben ein sehr kurzes Vorfeuer. Die durchgezogene Luftmenge ist zu gering, um ihre
Funktion als Wärmeübertragungsmittel hinreichend erfüllen zu können. Als Folge davon
sind die im Ofen erzielten Luft- und Rauchgasgeschwindigkeiten zu gering, um eine
starke Beeinflussung der Geschwindigkeitsverteilung und in Abhängigkeit davon der
Temperaturverteilung über den senkrecht zur Ofenachse liegenden Querschnitt zu erreichen,
um so dem durch die natürliche Thermik bedingten Auseinanderlaufen der Temperaturen
über den Querschnitt des TunneIofens entgegenzutreten.
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Insbesondere strömt in den Randspalten zwischen Einsatzgut und Brennkanalbegrenzung
ein hoher Anteil der durch den Brennkanal transportierten Luft bzw. Rauchgase vor,
wodurch zwischen Randzonen des Einsatzgutes in bezug auf den Querschnitt senkrecht
zur Brennkanalachse hohe Temperaturunterschiede auftreten, Die infolge der Besatzdichte
vorhandenen engen Spalte zwischen den einzelnen Formlingen werden nur ungenügend
durchströmt, wobei sich innerhalb der Steine ein Temperaturgradient ausbildet, der
die Kühl- und Aufheizgeschwindigkeit wesentlich vermindert. Die ungenügende Durchströmung
der engen Spalte beruht insbesondere auf den geringen Druckdifferenzen zwischen
Vorderseite und Rückseite der Spalte. Ein derartiges Auseinanderlaufen der Temperaturen
infolge langsam schleichender Strömung kann in der Anwärm- und in der Kühlzone zu
beträchtlichen Unterschieden in den Temperaturen zwischen Oberkante und Unterkante
des Besatzes in einem zur Ofenachse senkrechten Querschnitt führen.
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Außerdem wird durch die konstruktive Ausbildung der Absaugung der
Kühlluft der Strömungsdurchgang durch den Ofen gestört und die Temperaturverteilung
in ungünstiger Weise beeinflußt.
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Fast allen Tunnelofensystemen gemeinsam ist das Auseinanderlaufen
der Temperatur in der Anwärmzone in horizontaler Richtung senkrecht zur Ofenachse,
was durch die bei diesen Öfen gegebene Art der Absaugung der Rauchgase oberhalb
des Wagenplateaus bedingt ist. Durch die ferner bei vielen Tunnelöfen auftretenden
Undichtigkeiten wird die Temperaturverteilung innerhalb des Ofens zusätzlich ungünstig
beeinflußt.
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Besonders schwierig ist die Temperaturverteilung beim Brand von Dachziegeln
zu erreichen, weil ein Setzen von Luftgasen ohne Brennhilfsmittel nicht durchführbar
ist. Dabei treten neben den obengenannten Erscheinungen Schwierigkeiten dadurch
auf, daß die Dachziegel oft zur Erzielung einer Frostbeständigkeit bei Temperaturen
gebrannt werden müssen, die nahe der Druckerweiehungstemperatur liegen. Bei schlechter
Temperaturverteilung ist dann immer mit einem hohen Anfall an Untersortierungen,
z. B. Schmolz, Flügelligkeit, Bruch usw., zu rechnen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die geschilderten Nachteile zu vermeiden
und insbesondere eine möglichst große Gleichmäßigkeit der Temperaturvertei-
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in dem zur Ofenachse senkrechten Querschnitt zu erzielen und damit kurze Ofenreisezeiten,
ein kleines Ofenvolumen und einen hohen Qualitätsausfall des gebrannten Produktes
bei niedrigem Brennstoffeinsatz herbeizuführen.
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Das Verfahren nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zum
Zweck der Verbesserung der Temperaturverteilung über den zur Tunnelofenachse senkrechten
Querschnitt der Tunnelofen ohne direkten Kühlwärmeabzug betrieben wird, d. h., daß
die Luft bzw. die Rauchgase durch den ganzen Tunnelofen gezogen werden, wobei die
Luftmenge wenigstens annähernd so gewählt wird, daß das Produkt aus Masse und spezifischer
Wärme des Einsatzgutes dem Produkt aus Masse und spezifischer Wärme der Luft entspricht,
und daß die Geschwindigkeitsverteilung der Luft bzw. der Rauchgase und damit die
Temperaturverteilung innerhalb des Tunnelquerschnitts durch im Wagenplateau durchgehend
durch den ganzen Ofen vorgesehene Längs- und Querzüge, deren Querschnitte erweitert
oder verengt werden können, eingestellt wird.
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Vorteilhaft wird im Bereich des Gasabzuges aus dem Ofen ein Unterdruck
von 50 bis 100 mm Wassersäule aufrechterhalten.
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Hierdurch wird die Temperaturverungleichmäßigung durch Entstehen von
Temperaturgefällen bei Abzug bzw. Zufuhr von Luft bzw. Rauchgas vermieden und infolge
der sich ausbildenden hohen Strömungsgeschwindigkeit ein Turbulenzgrad erreicht,
der durch die allseitige Umströmung der Einzelformlinge ein Aufheizen bzw. Kühlen
der keramischen Formlinge mit bisher unerreichten Temperaturänderungsgeschwindigkeiten
auch bei empfindlichem Material zuläßt. Durch die erzielte Turbulenz in Verbindung
mit der über den Querschnitt senkrecht zur Achse des Brennkanals erfolgenden Vergleichmäßigung
der Strömung treten in der Anwärmzone keine nennenswerten Temperaturdifferenzen
auf, wie umfangreiche Versuche ergeben haben.
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Bei diesem Verfahren sind ferner lediglich die chemischen Umwandlungswärmen
und die Wärme- und Abgasverluste durch zusätzliche Brennstoffenergie zu decken.
In dem Idealfall ist das Produkt aus Luftmenge und spezifischer Wärme der Luft gleich
dem Produkt aus Masse und spezifischer Wärme des Einsatzgutes plus rechnerischem
Wagengewicht. Die hierdurch bedingten großen, durch den Ofen gezogenen Luft- und
Rauchgasmengen ermöglichen relativ hohe Wärmeübergangswerte an den Phasengrenzflächen,
so daß sowohl in der Kühlzone als auch in der Anwärmzone optimale Temperaturänderungsgeschwindigkeiten
vorgesehen werden können.
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Mit Hilfe der Längs- und Querzüge läßt sich die gewünschte Beeinflussung
und Regelung der Luftgeschwindigkeit über den senkrecht zur Ofenachse liegenden
Querschnitt und damit die Temperaturverteilung herbeiführen. Die Längszüge können
an die Stelle von im Einsatzgut gesetzten Sohlzügen treten oder aber, wenn solche
vorhanden sind, diese in ihrer Wirkung verstärken. Die Längszüge ermöglichen es,
eine Temperaturbeeinflussung vorzunehmen, indem die Längszüge mehr oder weniger
zugesetzt bzw. geöffnet werden. Durch das Einlegen von Zugbegrenzern in die Züge
des Wagenplateaus kann die Temperatur in vertikaler Richtung beeinflußt werden,
so daß man wunschgemäß ein Vorlaufen des Feuers am Fuß des Einsatzgutes oder eine
relativ gleichmäßige Temperatur in-vertikaler oder horizontaler Richtuni oder auch
ein Vorlaufen des Feuers unterhalb dei Decke erzielen kann. Außerdem ist es durch
dit gleiche Maßnahme möglich, bestimmte durch der Besatz bedingte ungleichmäßige
Strömungen im Ein. satzgut zu beeinflussen und damit die Temperaturverteilung zu
verbessern. Durch die in Verbinduni mit den Längszügen angeordneten Querzüge werden
die Rauchgase über den ganzen Querschnitt de; Ofens abgesaugt, da sich die Querzüge
in genügende Zahl vor den Rauchgasabzugsöffnungen in der Ofenseitenwand befinden.
Diese Rauchgasabsaugung wirr durch eventuell im Bereich der im Mauerwerk angeordneten
Abzugsöffnungen stehende Besatzpakete nicht beeinflußt, so daß auch im Innern des
Besatzes befindliche Rauchgase abgezogen werden können.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Luft-bzw. Rauchgasgeschwindigkeit
so groß, daß die Geschwindigkeitsverteilung über den zur Ofenachse senkrechten Querschnitt
durch einfache Hilfsmittel durchführbar ist. Außerdem ergeben sich sowohl ein hinreichendes
Vorfeuer als auch eine Nachglut, die eine genügende Oxydation des zu brennenden
Materials zwecks Erzielung einer sauberen Farbgebung gewährleistet; die Luft bzw.
Rauchgase enthalten genügend Sauerstoff, so daß die meisten bitumenhaltigen Materialien
schon ohne besondere Schonzonen in der Temperaturaufheizungsperiode ausbrennen.
Die Unterspülung des Setzplateaus vermindert ferner Wärmeverluste infolge Wärmestrahlung
nach unten zur Ofenwagensohle hin.
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Um eine Luftgassenbildung und damit Temperaturbeeinflussung über den
Querschnitt unterhalb der Tunnelofendecke zu verringern, wird die Decke vorteilhaft
mit flacher Unterseite ausgeführt. Wenn aus irgendwelchen Gründen die Decke nicht
ganz scheitrecht ausgeführt wird, so kann nach der Erfindung der Zwischenraum zwischen
Einsatzgut und Ofendecke durch einen der Brennkanalabdeckung angepaßten Aufsatz
so verstellt werden, daß die Luftströmung in ähnlicher Weise auf ein Minimum vermindert
wird, wie dieses durch eine Decke mit flacher Unterseite erreicht wird.
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Besonders schwierig ist die Temperaturverteilung bei reinem Dachziegelbesatz
zu erreichen. Gemäß der Erfindung ist weiter ein Stützaufbau auf dem Wagen angeordnet,
der es erlaubt, Dachziegel nahe der Druckerweichungstemperatur zu brennen. Dabei
ist eine den gewünschten Zugverhältnissen angepaßte Setzweise der Formlinge, insbesondere
ein paketweises Setzen und ein Brennen der Formlinge ohne Druckbelastung durch darüberstehende
Formlinge möglich. Dieser Stützaufbau ist nicht nur für das Brennen von Dachziegeln,
sondern auch für das Brennen von anderen Formlingen mit nahe der Druckerweichung
liegender Garbrandtemperatur vorteilhaft. Um bei der relativ hohen Besatzdichte
von Dachziegeleinsätzen die Wirkung der Züge des Wagenplateaus noch zu verstärken,
kann gemäß der Erfindung zwischen dem Wagenplateau und dem Stützaufbau ein weiterer
Aufbau vorgesehen sein, der Längszüge enthält, die gleichzeitig die Wirkung der
Längszüge im Wagenplateau verstärken. Dieser Stützaufbau kann aus Platten aus feuerfestem
Material gebildet sein.
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Ein Ausführungsbeispiel des Tunnelofen nach der Erfindung ist in der
Zeichnung dargestellt, es zeigt F i g.1 den Tunnelofen im senkrechten Schnitt,
F
i g. 2 einen waagerechten Schnitt durch den Ofen gemäß F i g.1, F i g. 3 einen senkrechten
Schnitt durch den Ofen in vergrößertem Maßstab, F i g. 4 einen Brennwagen ohne Besatz
in schaubildlicher Darstellung, F i g. 5 den Brennwagen in Stirnansicht im Brennkanal,
F i g. 6 zwei im Brennkanal befindliche Brennwagen im Grundriß gesehen, wobei die
Brennwagen ohne Besatz dargestellt sind, F i g. 7 eine perspektivische Ansicht eines
Wagenplateaus mit darauf angeordnetem Stützaufbau bzw. einem zwischen Stützaufbau
und Wagenplateau vorgesehenen Aufsatz.
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Bei dem in F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Tunnelofens bezeichnet 1 die Ofendecke, 2 die Ofenseitenwände.
Die Wagen sind als Ganzes mit 3 bezeichnet, das auf sie aufgesetzte Brenngut mit
4. Die Kühlluft tritt bei 5 in den Ofen ein und bewegt sich in Richtung des Pfeils
5' durch den gesamten Ofen hindurch. Die Wagenbewegungsrichtung ist mit 6 bezeichnet.
Die Schürlöcher in der Brennzone sind mit 6' angedeutet. Die Rauchgase werden durch
Abzüge 7 a abgezogen.
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Im Ofenseitenmauerwerk sind zu diesem Zweck in der Höhe des Wagenplateaus
angeordnete Rauchgaskanäle 7' vorgesehen, die in Rauchgaskammern 7 münden. Aus diesen
strömen die Rauchgase über Rauchgasventile 7" in die Rauchgasabzüge 7 a (vgl. F
i g. 3 und 6).
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Einer der zum Ofen gehörigen Wagen ist beispielsweise in F i g. 4
und 5 dargestellt. Diese zeigen insbesondere die Längs- und Querzüge unterhalb der
Wagendecke, die durch U-förmige Formsteine 9' und 9" gebildet sind. Eine Wagenisolierung
ist mit 10 bezeichnet. Durch die Formsteine 9' und 9" werden nicht näher bezeichnete
Querzüge und Längszüge 12 gebildet. Sowohl die Längszüge wie auch die Querzüge können
durch einsetzbare, nicht dargestellte Zugverzögerer nach Bedarf mehr oder weniger
geöffnet bzw. geschlossen werden.
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Die Wagen sind seitlich mit Schürzen 13 versehen, die in Tassen
14 hineinragen, in denen eine Sandfüllung 15 vorgesehen ist. Die Breite
der Sandfüllung ist auf der Innenseite der Schürze 13 größer als auf der Außenseite.
Diese Abdichtung der Wagen gegen den unterhalb der Wagen vorgesehenen Begehungskanal
7 b dient zur möglichst unverminderten Aufrechterhaltung des Zuges. Der Abdichtung
dient auch die Auskragung 2' des Brennkanals über die Wagendecke hinaus. Diese bildet
eine labyrinthartige Dichtung. Ähnliche Dichtungen können zwischen den Breitseiten
aneinanderstoßender Wagen vorgesehen sein. Ein Stützaufbau zum Brennen von Dachziegeln
oder ähnlichen Formlingen, die mit einer nahe dem Erweichungspunkt liegenden Garbrandtemperatur
gebrannt werden müssen, ist in F i g. 7 dargestellt. Er ist als Ganzes mit 22 bezeichnet
und durch senkrechte Platten 23 und waagerechte Platten 24 aus feuerfestem
Material, z. B. Schamotte, gebildet. Dieser Stützaufbau ermöglicht eine den gewünschten
Zugverhältnissen angepaßte Setzweise der Formlinge sowie ein Brennen der Formlinge
ohne Druckbelastung durch darüberstehende Formlinge.
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Zwischen dem Wagenplateau und dem Stützaufbau kann ein weiterer Aufbau
vorgesehen sein, der als Ganzes mit 25 bezeichnet ist und aus senkrechten Platten
26 sowie waagerechten Platten 27 aus feuerfestem Material, z. B. Schamotte, gebildet
ist. Durch diesen Aufbau werden weitere Längskanäle gebildet, die zur Verstärkung
der Wirkung der Längskanäle 12 dienen können. Oberhalb des Stützaufbaues 22 ist
zweckmäßig ein der Brennkanalabdeckung angepaßter Aufsatz vorgesehen, um die Bildung
von Luftgassen an dieser Stelle zu verhindern.
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Ein nach der Erfindung gebauter Ofen erreichte bereits nach 6 Tagen
Betriebszeit eine Vorschubgeschwindigkeit von 55 m pro Tag und eine maximale Vorschubgeschwindigkeit
von 70 m pro Tag bei einer Ofenreisezeit von etwa 30 Stunden.
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Am Einfahrende des Ofens muß selbstverständlich eine gute Abdichtung
vorgesehen sein, was z. B. durch Papierverschluß zu erreichen ist. Dieser kann aus
einer Papierbahn bestehen, die durch den hohen Zug gegen den letzten Wagen und die
Ofenstirnseite gesaugt wird.