DE1571534C3 - Verfahren zum Brennen von brennbare Bestandteile enthaltenden keramischen Formungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Brennen von brennbare Bestandteile enthaltenden keramischen Formungen, die in Strang- oder Formpressen geformt sind, in einem Brennofen, wobei die Formlinge zunächst einer Vortrocknung unterzogen und danach durch Entzündung auf eine gegenüber der Vortrocknungstemperatur wesentlich erhöhte Temperatur gebracht sowie gesintert werden. Verfahrensmäßige Maßnahmen , zum Brennen keramischer Formlinge sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Bei einem bekannten Verfahren (vgl. deutsche Patentschrift 849 669) wird so vorgegangen, daß zunächst eine körnige Masse durch vollständige Verbrennung des Kohlenstoffgehaltes hergestellt wird. Dabei wird die Verbrennung des Kohlenstoffgehaltes bei einer Temperatur von etwa 800° C durchgeführt, danach die Masse vollständig abgekühlt und in einer zweiten Brennphase auf 900 bis 1100° C erhitzt, wobei die Temperatur sogar bis auf 1400° C erhöht werden kann. Die bei einer Temperatur zwischen 900 und 1100° C gebrannten Körner werden dann mit einem Bindemittel, z. B. Bindeton, vermischt, aus der Mischung werden alsdann Formlinge hergestellt, welche nochmals bis zur Sintertemperatur gebrannt werden. Diese Maßnahmen sind verhältnismäßig aufwendig, denn sie erfordern eine mehrfache Aufheizung der Formlinge in zeitlichen Abständen, eine zwischenzeitliche Behandlung mit Bindemittel sowie bei der anschließenden Sinterung erneute Zufuhr von Wärmeenergie. Hinzu kommt, daß bei den bekannten verfahrensmäßigen Maßnahmen erhebliche Schwierigkeiten auftreten, wenn der Heizwert der brennbaren Bestandteile in den keramischen Formungen unterschiedlich groß ist, was erhebliche Probleme für die Regelung des Verfahrensablaufes insbesondere für die Regelung der Temperaturen mit sich bringt.
Bei einem anderen Verfahren zur Herstellung von porösen keramischen Körpern, insbesondere zur Herstellung von Isolierkörpern, ist es bekannt, das mit den brennbaren Bestandteilen versehene Material in formgebende, feuerfeste Ummantelungen einzuführen, anzuzünden und unter Durchleiten von Sauerstoff

ίο oder Sauerstoff und Luft durch die brennende Masse ohne die Benutzung eines Brennofens zu brennen (vgl. deutsche Patentschrift 421071).

Hier läßt sich der Ablauf des Brennvorganges nicht in der erforderlichen Weise beeinflussen, so daß entweder eine vorzeitige Sinterung unter Einschluß eines Teiles der brennbaren Bestandteile erfolgt oder eine Sinterung nicht erreicht wird.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung anzugeben, welches ohne nennenswerten Energieaufwand eine Beherrschung des Brennvorganges in der gewünschten Weise zuläßt.

Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß

»5 darin gesehen, daß die Formlinge in einem Entzündungs·: und Oxidationsofen im Anschluß an die Entzündung über einen längeren Zeitraum auf einer im wesentlichen konstanten Temperatur unterhalb der Sintertemperatur gehalten werden, danach in einen für langsame Oxidation eingerichteten Oxidationsofen eingeführt und erst im Anschluß daran — nach weiterer Verbrennung der brennbaren Bestandteile — unter äußerer Wärmezufuhr in oxidierender Atmosphäre gesintert werden.

Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung soll die weitere Verbrennung erst während der Sinterung abgeschlossen sein. Im übrigen besteht erfindungsgemäß die Möglichkeit, die Verbrennung bei im wesentlichen konstanter Temperatur und die Sinterung in demselben durch Wände in Kammern unterteilten Ofen durchzuführen.

Die mit der Erfindung erreichten Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß mit Rücksicht auf die getrennte Behandlung der keramischen Formlinge einerseits in einem Entzündungs- und Voroxidationsofen andererseits in einem Oxidationsofen mit großer Wirtschaftlichkeit gearbeitet werden kann, wobei entsprechend den Schwankungen des Heizwertes des Behandlungsgutes der Luftüberschuß in den Ofenatmo-Sphären sich ohne weiteres und schnell einstellen läßt. Damit wird sichergestellt, daß alle brennbaren Bestandteile in den keramischen Formungen während dieser Behandlung oxidieren, so daß nach der abschließenden Sinterbehandlung mit äußerer Wärmezufuhr keramische Formlinge vorliegen, die keinerlei brennbare Bestandteile mehr enthalten. - Hinzu kommt, daß es ohne weiteres möglich ist, den Verfahrensablauf so zu beeinflussen, daß eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens ohne weiteres mit sehr geringem Durchsatz, mit erhöhtem Durchsatz und auch mit voller Leistung gefahren werden kann, ohne daß die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Formlinge eine Qualitätseinbuße erfahren. Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert, in der weitere erfindungsgemäße Merkmale aufgezeigt sind. Es zeigt

Fig. 1 eine Temperaturkurve für das vollständige

Brennen von Backsteinen aus Schieferton, bei welcher die Temperaturen als Ordinaten in Funktion der als Abszisse aufgetragenen Zeit dargestellt sind,

Fig. 2 eine Versuchskurve, welche über der Zeit den Verlauf des Gewichtsverlustes eines Backsteinstückes aus Schieferton darstellt,

Fig. 3 eine Kurve der spontanen Verbrennung in einem Tunnelofen in vollausgezogener Kurve und eine gestrichelte Kurve, welche die normalerweise gewünschten Temperaturen in Funktion der Zeit zeigt,

Fig. 4 bis 6 Beispiele von industriellen Kurven, welche die Temperaturen darstellen, welche zur Herstellung von gelochten hochfesten oder normalen Produkten (Fig. 6) erforderlich sind.

Die Behandlung, welcher Rohstoffe in Form von formgepreßten oder stranggepreßten Produkten unterworfen werden sollen, welche Blocks aus einer Masse auf der Basis von Schieferton und Wasser bilden, besteht darin, die Temperatur dieser Produkte von der Raumtemperatur aus durch Erwärmung während einer geeigneten Zeit zu erhöhen. Dieser Vorgang ist in Fi g. 1 durch das Kurvenstück OA angegeben. Auf diesen Erwärmungsvorgang folgt ein Entzündungsvorgang, welcher durch das Kurvenstück AB zwischen etwa 450° und 880° C angegeben ist. Von dieser Temperatur aus wird, wie durch das Kurvenstück BC angedeutet, die Temperatur des Produkts während der erforderlichen Zeit entweder konstantgehalten oder nimmt wirklich ab. Auf diesen Vorgang folgt, wie durch das Kurvenstück CD dargestellt, ein Sintervorgang, welcher einer Temperaturerhöhung bis auf etwa 1060° C entspricht. Das Kurvenstück DE zeigt den darauffolgenden Vorgang, und das Herausziehen aus dem Brennofen kann nach einer Zeit und bei einer Temperatur vorgenommen werden, welche durch den Punkt E angegeben werden.

Die in der obigen Beschreibung angegebenen Temperaturen sind natürlich die, welche für das Brennen eines als Beispiel angenommenen Schiefertons geeignet sind, ein derartiger Behandlungsverlauf kann jedoch auch für das Brennen von anderen Schiefertonarten oder von keramischen Stoffen verwendet werden, welche auf natürliche Weise oder herstellungsgemäß in anderer Weise mit brennbaren Produkten beladen sind, wobei der Entzündungsvorgang und der bis ins Innere getriebene Oxidationsvorgang gestatten, das Behandlungsgut auf den für das Sintern erforderlichen Zustand zu bringen. Diese Behandlungstemperaturen und Behandlungszeiten können also andere sein, ohne daß hierdurch der obige Behandlungsverlauf verändert wird.

Die in Fig. 2 dargestellte Kurve ist eine Versuchskurve, welche darstellt, wie die vollständige Wärmeentwicklung in einem Backstück aus Schieferton erfolgt. Die entsprechenden Ordinaten ρ zeigen die Gewichtsverluste. Die Abszissen sind die Zeitdauer. Von dem Augenblick an, an welchem ein Stück eines derartigen Backsteins auf die durch den Punkt F dargestellte Oxidationstemperatur gebracht wird, stellt man sehr schnell eine erhebliche Wärmeentwicklung bis zu einem Punkt G während einer kurzen Zeit fest, während welcher ein schneller Gewichtsverlust auftritt, und welche für den Verbrauch von größenordnungsmäßig 60 bis 70 % des ursprünglichen Heizvermögens ausreicht. Die Entwicklung der Oxidationsprodukte wird dann langsamer, und die Kurve der Gewichtsverluste biegt von dem Punkt G bis zu dem Punkt Hum, um ungefähr asymptotisch zur Zeitachse in der Nähe eines Punkts / zu werden.

In einem Tunnelofen, in welchem derartige Backsteine gebrannt werden können und dessen mittlerer Wirkungsgrad 50 % oder mehr beträgt, bestimmen die drei Abschnitte dieser Kurve in Wirklichkeit drei Perioden des den Betrieb des Ofens im wesentlichen kennzeichnenden Temperaturdiagramms:

Von F bis G, d.h. während der Entzündung und während des Beginns der Oxidation, ist das in den Ofen eingebrachte Gut stark exotherm. Die Wärmeentwicklung ist größer als der Bedarf, so daß ein Wärmeüberschuß auftritt, welcher abgeführt werden muß, um gemäß dem angegebenen allgemeinen Verfahren die Temperatur angenähert konstant unter 950° C zu halten, und noch besser bei 850° C, wobei dieser Wärmeüberschuß auf beliebige gewünschte Weise für die Trocknung des Gutes vor dem Brennen benutzt werden kann, wie dies weiter unten erläutert ist, oder für beliebige andere Heizzwecke.

Von dem Punkt G bis zu dem Punkt H zeigt in dem gleichen Ofen mit dem gleichen Wirkungsgrad der Verlauf der Kurve, daß die Wärmeentwicklung im Mittel ausreicht, um die Wärmeverluste des Ofens zu decken, so daß die Oxidation sich selbst unterhält.

Von dem Punkt H bis zu dem Punkt / wird die Wärmeerzeugung immer schwächer und wird zum Ausgleich der Wärmeverluste ungenügend. Bei dem betrachteten Ofen wird also eine äußere Wärmezufuhr erforderlich, um diese Oxidation zu vollenden.

Fig. 1 zeigt dieses Sinken der Temperaturen zwischen den Punkten B und C in dem allgemeinen Behandlungsverlauf.

In einem derartigen Ofen hat der Bogen FG der Kurve der Fig. 2 z.B. bei dünnwandigen Erzeugnissen, wenn keine besonderen Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, eine schnelle Temperaturerhöhung zur Folge, welche auf der Kurve JKL der Fig. 3 erscheint. Diese Kurve stellt die als Ordinaten aufgetragenen Temperaturen in Funktion der als Abszissen aufgetragenen Zeiten bei freier oder spontaner Verbrennung dar. Dieses Diagramm besitzt einen Entzündungsbuckel K, dessen Temperatur das Niveau der Strecke BC gleichbleibender Temperatur und den Sinterungsanstieg D reichlich übersteigt, wie dies der Vergleich zwischen der vollausgezogenen Kurve und der gestrichelten Kurve der gesteuerten Oxidation der Fig. 1 zeigt. Dieser Buckel .K kann sogar die Sintertemperatur der betreffenden Erzeugnisse erreichen und übersteigen, was unbedingt zu vermeiden ist. Nur eine genaue Steuerung des Betriebes des Ofens während dieser Periode gestattet, diese Erscheinung zu beherrschen und den Verlauf des in Fi g. 1 dargestellten Brenndiagramms sicherzustellen.

In einem Tunnelofen gelingt es, Stoffe zu behandein, deren oberer an dem rohen getrockneten Gut gemessener oberer Heizwert bei etwa 450 kcal/kg liegt. Der Ofen kann dann gemäß den für die verschiedenen Erzeugnisse und Werkstoffe erforderlichen Brennkurven betrieben werden, für welche Beispiele in Fig. 4 bis 6 dargestellt sind.

Wie aus dem Diagramm der Fi g. 4 ersichtlich, welches z. B. für das Brennen von keramischen Teilen für Bauzwecke gilt, welche die Form von gelochten Produkten mit runden Löchern mit hoher Druckfestigkeit haben, sind auf einer Abszissenachse OT die Arbeitszeiten und als Ordinaten die von der Raumtemperatur bis zu etwa 1080° C gehenden Temperaturen aufgetragen. Die Rohprodukte erfahren bei ih-

rer als Zeitenursprung genommenen Einführung in die Trockenkammer Temperaturänderungen, welche durch den Kurvenabschnitt OE₁B₁ dargestellt sind, welcher ein Maximum A₁ zwischen 150 und 200° C in der siebenten Behandlungsstunde in der Trockenkammer besitzt, wobei die Produkte bei ihrem Austritt aus der Trockenkammer eine Temperatur von etwa 80° C besitzen.

Das getrocknete Gut wird auf die Wagen gebracht und in einen Entzündungs- und Voroxidationsofen eingeführt. In diesem erfährt es durch die Kurve C₁- D₁-E₁-F₁-G₁ dargestellte Temperaturänderungen. Der Kurvenabschnitt C₁-D₁ stellt eine auf etwa sechs Stunden verteilte Temperaturzunahme bis zu der Temperatur von 450° C dar, bei welcher das sichtbare Feuer erscheint. Der Abschnitt D₁-E₁ bringt das Gut in etwa drei Stunden auf die Temperatur von 850° C, welche bis zur zwanzigsten Behandlungsstunde aufrechterhalten wird, was dem Abschnitt E₁-F₁ entspricht. Während dieser Aufrechterhaltung der Temperatur wird ein großer Teil der in dem Behandlungsgut enthaltenen brennbaren Stoffe in oxidierender Atmosphäre bei dieser mäßigen Temperatur verbrannt. Auf der Seite des Ausgangsendes eines Entzündungsofens wird die Temperatur des Gutes in etwa eineinhalb Stunden auf 400° C erniedrigt, um die Überführung in einen für langsame Oxidation eingerichteten Oxidationsofen zu ermöglichen.

Während der Überführung zwischen dem Entzündungsofen und dem Oxidationsofen erfolgt ein Temperaturabfall, und das Behandlungsgut wird an den Eingang des Oxidationsofens mit einer durch den Punkt H₁ dargestellten Temperatur von etwa 300° C gebracht.

In diesem Oxidationsofen steigt die Temperatur des Gutes zunächst an und erreicht den Wert von 450° C auf dem Kurvenabschnitt H₁-I₁, dessen Steigung infolge des geringeren Brennstoffgehalts kleiner als die des Abschnitts C₁-D₁ ist. Jenseits des Punkts I₁, bei welchem sichtbares Feuer auftritt, steigt die Temperatur des Gutes in etwa vier Stunden bis zu einem Punkt J₁, an welchem die Temperatur größenordnungsmäßig 850° C beträgt. Diese Temperatur wird gleichbleibend bis zu einem Punkt K₁ aufrechterhalten, welcher einer Anwesenheit von etwa sechsundzwanzig Stunden in dem Ofen entspricht. Danach wird das Gut in den Wirkungsbereich von Brennern gebracht, wo die Zufuhr äußerer Energie zusammen mit der abschließenden Oxidation der noch vorhandenen brennbaren Stoffe eine Temperaturerhöhung bis zu dem Sinterpunkt L₁ von etwa 1080° C hervorruft, wobei diese Temperatur zwischen der zweiunddreißigsten Behandlungsstunde und der dem Punkt M₁ entsprechenden sechsunddreißigsten Behandlungsstunde aufrechterhalten wird.

Jenseits dieses Punkts erfolgt nach Verlassen der Zone der Brenner ein Temperaturabfall, welcher zunächst plötzlich zwischen der siebenunddreißigsten und achtunddreißigsten Behandlungsstunde und hierauf langsamer bis zu dem Punkt N₁ erfolgt, an welchem das sichtbare Feuer verschwindet. Danach wird die Temperatur schnell bis auf einen der Umgebungstemperatur entsprechenden Punkt P₁ in der achtundvierzigsten Behandlungsstunde erniedrigt.

Dieses Temperaturdiagramm betrifft im allgemeinen die Behandlung von gelochtem Gut mit runden Löchern und hoher Druckfestigkeit, welches aus körnigem Waschschiefer hergestellt ist, dessen oberer Heizwert größenordnungsmäßig 450 kcal/kg beträgt. Die Korngröße nach dem Mahlen ist durch eine Kornanordnung mit einem Kaliber von unter einem Millimeter gekennzeichnet, welche 50 % Körner enthält, deren Kaliber kleiner als zwei Zehntel Millimeter ist. Die Masse enthält 13 % Wasser, und das Formpressen erfolgt mit einem Preßdruck von ungefähr 950 kp/

ίο cm². Die Lochungen des Gutes haben einen Durchmesser von etwa 20 mm, und der Hohlraumanteil beträgt etwa 23 %. Die Wandstärken betragen Größenordnungsmäßig 30 mm. Die Vorbeilaufdichte über 300° C in dem Ofen ist auf etwa 0,800 Tonnen je Kubikmeter gebranntes Gut festgelegt.

Aus dem Diagramm der Fig. 5, welches das Brennen von gelochtem Gut mit quadratischen oder rechteckigen Löchern unter Ausgang von den gleichen Stoffen jedoch mit einer Masse mit 12 % Wasser, welehe mit einem Preßdruck von etwa 760 kp/cm² geformt wird, betrifft, wobei das Gut 28 % Hohlräume und eine Wandstärke von 20 bis 25 mm und eine Durchlaufdichte von 0,700 Tonnen je Kubikmeter gebranntes Gut hat, geht hervor, daß die Trocknung in acht Stunden erzielt werden kann. Der Durchgang durch die Entzündungsöfen kann auf etwas mehr als sechsundzwanzig Stunden und der Durchgang durch den Oxidationsofen auf etwas mehr als dreiundvierzig Stunden herabgesetzt werden. Die verschiedenen kennzeichnenden Punkte dieses Diagramms der Fig. 5 sind durch Buchstaben angegeben, welche mit dem Index 3 versehen sind, um die gleichen Punkte wie auf dem Diagramm der Fig. 4 zu bezeichnen.

Aus dem entsprechenden Diagramm der Fig. 6, in welchem die entsprechenden Punkte mit den gleichen Buchstaben und dem Index 4 bezeichnet sind, geht hervor, daß der Durchgang durch den Entzündungsofen auf etwa elf Stunden fünfundvierzig Minuten herabgesetzt werden kann, während der Durchgang durch den Oxidationsofen etwa neunzehn Stunden fünfzehn Minuten beträgt. Es handelt sich hier um das Brennen von hohlem Gut mit großen Löchern, welches tragend sein kann oder nicht. Es werden die gleichen Werkstoffe benutzt, es wird jedoch eine Masse mit elf Prozent Wasser hergestellt, welche unter einem Druck von angenähert 1900 kp/cm² stranggepreßt wird. Die Löcher sind quadratisch oder rechtekkig, und die Trocknung wird in etwa fünf Stunden mit einer nur in der Nähe von 100° C liegenden Höchsttemperatur erzielt.

Falls gewisse Produkte für die obige Überführungskühlung empfindlich sind, erfolgt die Kühlung bei einer Temperatur von über 573° C, »Quarzpunkt« genannt, was eine diesen höheren Temperaturen entsprechende Überführungsapparatur erfordert (siehe die gestrichelten Linien an den entsprechenden Stellen der Fig. 4 bis 6).

Die örtliche Einstellung der Temperaturen und die Regelung derselben erfolgen durch gleichzeitige Beeinflussung der Brenner, der zugelassenen Luftmenge und des Abzuges der kalten Rauchgase bei mittlerer und höherer Temperatur. Die Behandlungszeiten werden durch die Betätigungsgeschwindigkeit der Antriebsorgane eingestellt, welche in den Entzündungsöfen stoßweise und in dem Oxidationsofen stetig arbeiten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

I 571 534 Patentansprüche:

1. Verfahren zum Brennen von brennbare Bestandteile enthaltenden keramischen Formungen, die in Strang- oder Formpressen geformt sind, in einem Brennofen, wobei die Formlinge zunächst einer Vortrocknung unterzogen und danach durch Entzündung auf eine gegenüber der Vortrocknungstemperatur wesentlich erhöhte Temperatur gebracht sowie gesintert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Formlinge in einem Entzündungs- und Oxidationsofen im Anschluß an die Entzündung über einen längeren Zeitraum auf einer im wesentlichen konstanten Temperatur unterhalb der Sintertemperatur gehalten werden, danach in einen für langsame Oxidation eingerichteten Oxidationsofen eingeführt und erst im Anschluß daran — nach weiterer Verbrennung der brennbaren Bestandteile - unter äußerer Wärmezufuhr in oxidierender Atmosphäre gesintert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Verbrennung erst während der Sinterung abgeschlossen wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennung bei im wesentlichen konstanter Temperatur und die Sinterung in demselben durch Wände in Kammern unterteilten Ofen durchgeführt werden.