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Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Blähen von granuliertem Tonmaterial
im heißen Gasstrom mit einer Brennerkammer und einer darüber angeordneten Behandlungskammer.
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Bei den üblichen Anlagen dieser Art fallen die zu blähenden Granalien
in der Behandlungskammer entweder unter dem Einfluß der Schwerkraft gegen einen
aufsteigenden Gasstrom hinunter oder sie werden in einer sogenannten Wirbelschicht,
sei es frei, sei es über einen Rost, vom Gasstrom so lange getragen, bis der Blähvorgang
beendet ist.
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Ein in der frühen Blähtontechnik immer wiederkehrender Gedanke war
der, man müsse die frischen zu blähenden Granalien schnell in die heiße Flammenzone
bringen, um eine intensive Gasentwicklung, die das Blähen bewirkt, zu erzielen.
Die intensive Gasentwicklung tritt zwar ein, führt aber zu einer Art Verpuffung
der Granalien mit einer zerklüfteten Oberfläche, wenn nicht überhaupt ein Schmelzen
des Tonmaterials eintritt. Man hat bald erkannt, daß ein Blähton dieser Art wegen
seiner geringen Festigkeit für die Herstellung von Leichtbauelementen nicht gut
geeignet ist und hat daher den Blähvorgang in eine Zone verlegt, in der die Granalien
nicht mehr mit der heißen Flamme, sondern nur mit dem ausgebrannten Verbrennungsgas
in Berührung kommen. Wird der Blähvorgang in dieser Weise durchgeführt, so erhält
man kugelförmige geblähte Granalien mit einer harten glasartigen Außenhaut hoher
Festigkeit.
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Voraussetzung für alle derartigen mit einem heißen Gasstrom arbeitenden
Verfahren ist, daß der Gasstrom den Querschnitt der Behandlungskammer mit im wesentlichen
gleicher Druck- und Temperaturverteilung ausfüllt. Ist die gleichmäßige Druckverteilung
nicht gegeben, so ist entweder die Fallgeschwindigkeit der Granalien in den einzelnen
Zonen der Brennkammer und damit ihre Verweildauer, d. h. Blähdauer, unterschiedlich;
ist die Temperaturverteilung unterschiedlich, so werden die Granalien unterschiedlich
gebläht, ein Teil zu stark, ein Teil zuwenig. Beim Wirbelschichtverfahren läßt sich
bei ungleicher Druckverteilung die Wirbelschicht überhaupt nicht bilden, während
ungleiche Temperaturverteilung zu einer lokalen Überhitzung oder Untererhitzung
von Zonen der Wirbelschicht führt.
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Es ist der Literatur zu entnehmen, daß der Bildung eines solchen Gasstromes
schon seit langem Aufmerksamkeit geschenkt wird. Insbesondere gibt es dabei Vorschläge,
die darauf hinauslaufen, die Wärmeentwicklung nicht einem einzigen entsprechend
großen Brenner zu übertragen, sondern sie auf eine Mehrzahl von Brennern aufzuteilen,
von denen dann jeder eine entsprechend geringere Wärmemenge mit kürzerer Flamme
zu entwickeln hat. Soweit bei derartigen Brenneranordnungen die einzelnen Brenngasstrahlen
vor der Behandlungskammer nicht zusammengefaßt werden, ist die Wärmeverteilung im
Gasstrom ungünstig. Es ergeben sich zwangläufig Zonen hoher und niedrigerer Temperatur,
was, wie bereits gesagt, ungünstig auf den Blähvorgang einwirkt. Aus der Literatur
ist nur ein Vorschlag bekanntgeworden, der, wenn auch seine Darstellung nur schematisch
ist, doch immerhin eine gewisse Verbesserung gegenüber anderen Vorschlägen bedeutet.
Die Brenner werden nicht einzeln in die Brennkammer eingesetzt, sondern in Form
eines Ringbrenners, dem am Übergang von der Brennerkammer in die Behandlungskammer
eine Einschnürung nachgeschaltet ist. Die Gasstrahlen der einzelnen Brennerdüsen
sind bis zur Einschnürung parallel gerichtet und werden in der Einschnürung zusammengefaßt.
Hinter der Einschnürung erweitert sich dann der Brenngasstrom zu einem den Querschnitt
der Behandlungskammer ausfüllenden Gasstrom. Eine vollständige Homogenität dieses
Gasstromes ist zwar nicht erzielbar, da .die Brennerstrahlen parallel bleiben, aber
es tritt in der Einschnürung doch wenigstens eine gewisse, für die Behandlung des
Gutes günstige Durchwirbelung ein.
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Den bekannten Anlagen gegenüber beruht die Anlage gemäß der Erfindung
auf einem neuen Prinzip des Blähvorganges, nämlich einem Blähvorgang, bei dem das
Behandlungsgas nicht als den Querschnitt der Behandlungskammer ausfüllender Gasstrom,
sondern als im wesentlichen geschlossener Gasstrahl in die Behandlungskammer eintritt.
Dieser Gasstrahl ruft eine senkrecht in sich zurücklaufende Zirkulationsbewegung
der Granalien hervor, die vom Gasstrom erfaßt und von ihm mitgeführt werden, bis
die Auftriebskraft des Strahles nicht mehr ausreicht, um die Granalien zu tragen.
Diese treten aus dem Gasstrahl aus, fallen unter der Wirkung der Schwerkraft an
der Wandung der Brennkammer zum Eintritt des Gasstrahles zurück, werden hier wieder
erfaßt und mitgenommen. Diese Zirkulationsströmung wird so lange aufrechterhalten,
bis die eingebrachte Charge der Tongranalien gebläht ist.
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Die sich aus dieser Verfahrensweise ergebende Aufgabe besteht darin,
einen geschlossenen, und zwar homogenen Gasstrahl in die Behandlungskammer einzuführen.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Brennerkammer
mit einer Mehrzahl von unter einem Winkel zueinander stehenden Brennern versehen
ist, deren Gasstrahlen sich in der Brennerkammer unter gegenseitiger Durchwirbelung
und vollkommener Verbrennung zum Behandlungsgas vereinigen, und daß die Brennerkammer
am Übergang zur Behandlungskammer mit einer gegenüber dieser engen, ejektorartigen
Einschnürung versehen ist, durch die das Behandlungsgas als axial gerichteter Gasstrahl
in die Behandlungskammer austritt.
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Es wirkt also eine Mehrzahl von Faktoren zusammen, um einen homogenen
geschlossenen Gasstrahl zu erhalten. Zunächst ist es die Mehrzahl der Brenner in
der Brennerkammer, die bei vollkommener Verbrennung kurze Flammenlängen ergeben.
Die Brenner sind gegeneinander gerichtet, so daß sich ihre Gasstrahlen durchwirbeln,
und zwar noch in der Brennerkammer, also nicht erst am Austritt. Am Übergang zur
Behandlungskammer ist die Brennerkammer mit einer ejektorartigen Einschnürung versehen.
Das ist besonders wichtig. Denn in dieser Einschnürung wird das in der Brennerkammer
gebildete Behandlungsgas zu einem Gasstrahl zusammengefaßt, der geschlossen axial
gerichtet in die Behandlungskammer austritt. Damit ist eine Brennerkammer geschaffen,
die, wie die laufenden Betriebserfahrungen zeigen, die Erzeugung eines sehr hochwertigen
Blähtones gewährleistet.
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Sollten die Flammen der einzelnen Brenner im Hinblick auf die bauliche
Ausgestaltung noch zu lang sein, so läßt sich eine weitere Verkürzung dadurch erreichen,
daß jedem Brenner eine zusätzliche Luftdüse zugeordnet ist, deren Achse quer zur
oder
gegen die Flammenachse gerichtet ist und infolgedessen einen
quer zur oder gegen die Flamme gerichteten Luftstrom austreten läßt, der die Sekundärluft
für die Verbrennung bildet und durch Erzeugung einer starken Turbulenz des Brennstoff-Luft-Gemisches
für eine augenblickliche Reaktion bzw. Verbrennung sorgt.
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Besondere Vorteile sind erzielbar, wenn die Ring-Brennkammer zumindest
an ihrer Decke und an der Seite doppelwandig ausgebildet ist und durch den so gebildeten
Zwischenraum die Luft zu den Brennern und zu den Sekundärluftöffnungen geführt wird.
Hierdurch wird erreicht, daß die Ausbildung dieser Brennerkammerwandungen an Stelle
von schwerem, kompliziertem Feuerfestmauerwerk aus hitzebeständigem Stahl vorgenommen
werden kann, wobei die zugeführte Luft als Kühlluft eine Überhitzung des Materials
verhindert.
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Die zur Kühlung herangezogene Luft nimmt die die Stahlwandungen durchdringende
Wärme auf und führt sie zur Flamme zurück; mit der Vorwärmung der Verbrennungsluft
ist abermals ein in seiner Intensität gesteigerter Verbrennungsvorgang verbunden.
Ferner wird durch die vorwiegende Verwendung von Stahl als Brennerkammerwand die
Brennerkammer sehr wärmeelastisch, da die thermisch trägen Massen im Gegensatz zu
gemauerten Brennerkammern sehr gering sind.
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Die Erfindung sei an Hand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles
erläutert. Es zeigt F i g. 1 schematisch einen Schnitt durch einen Brennofen mit
der am Fuß angeordneten Ringbrennkammer, diese in Ansicht, und F i g. 2 einen Schnitt
durch den Unterteil des Brennofens und die Ringbrennkammer.
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Die Form der Behandlungskammer ist für die Erfindung nicht von wesentlicher
Bedeutung. Die dargestellte Form gilt deshalb nur als Beispiel. Es ist angenommen,
daß die Behandlungskammer 1 die Form eines Zylindermantels aus feuerfestem Material
hat, der sich in seinem Unterteil t konisch verengt. Das Gut wird durch einen Stutzen
3 oder deren mehrere zugeführt. Wie das Gut zugeführt wird, ob lediglich durch Schwerkraft
(Schurre) oder mit Hilfe eines Förderers, beispielsweise einer Förderschnecke, ist
für die Erfindung unerheblich; ebenso die Lage des Stutzens 3 am Mantel 1. Die Brennerkammer
4 schließt sich an den konischen Teilt an. 5 ist ein Abzugskanal für das fertige
Gut, 6 ein Abzugskanal für das Behandlungsgas. Der Abzugskanal 5 ist durch einen
Kegel 5 a abgeschlossen, der zur Entnahme des fertigbehandelten Gutes abgesenkt
wird.
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Die Brennerkammer 4 hat die Form eines Kastens 7 aus Stahl von rundem
oder vieleckigem Querschnitt, dessen Boden durch eine Platte 8 aus feuerfestem Werkstoff
gebildet ist. Auf dem Umfang der Brennerkammer 4 verteilt ist eine Anzahl von Brennern
9, die nur schematisch dargestellt sind. Sie sind zweckmäßig an eine von einer Pumpe
mit Brennstoff gespeiste Ringleitung angeschlossen und durch Ventile 10 einstellbar.
Die Brenngase der Brenner 9 strömen in der Brennerkammer radial nach innen; durchwirbeln
sich und werden an der als Leitfläche dienenden Kegelfläche 11 in Richtung auf die
Achse der Behandlungskammer umgelenkt.
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Die Kegelflächen 11 und 12 bilden die innere Wandbegrenzung einer
ejektorartigen Einschnürung 11 a, aus der das Behandlungsgas als geschlossener homogener
Strahl axial gerichtet in die Behandlungskammer übertritt. Der Kasten 7 ist mit
Anschlußstutzen 13 für die Zuführung von Druckluft versehen. In den Kasten 7 ist
eine Wand 14 eingebaut, so daß ein von den Wänden 11,12 und 14 begrenzter Zwischenraum
20 gebildet ist. Dieser steht über Bohrungen oder Rohrstücke 15 mit dem Raum 16
im Kasten 7 in Verbindung. 18 ist eine Ringkammer, die über Öffnungen 19 mit dem
Zwischenraum 20 in Verbindung steht. In die Kammer 18 ragen Rohrstücke 21 hinein,
welche die Brenner 9 umgeben. Es wird also Druckluft aus den Stutzen 13 über den
Raum 16, die Rohrstücke 15, den Zwischenraum 20, die Öffnungen 19, die Kammer 18
und die Rohrstücke 21 den Brennern 9 als Primärluft zugeführt. Die auf diesem Weg
strömende Luft dient gleichzeitig zur intensiven Kühlung der den hohen Temperaturen
ausgesetzten Wände des Kastens 7, so daß diese aus wärmeelastischem Stahl hergestellt
werden können. Die aufgenommene Wärme wird dabei wieder in den Kreislauf zurückgeführt.
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Es war bereits gesagt, daß es besonders zweckmäßig ist, quer oder
gegen den Brennstrahl Luft in die Brennerkammer einzuführen. Die zu diesem Zweck
dienenden Düsen ,sind mit 22 bezeichnet. Die hier eintretende Luft bildet einerseits
die Sekundärluft für den Verbindungsvorgang und ruft andererseits eine scharfe Turbulenz
der Brenngasstrahlen hervor.