-
-
Verfahren zum Brennen keramischer Erzeugnisse Die Erfindung'betrifft
ein Verfahren zum Brennen von keramischen Erzeugnissen, insbesondere von Fliesen.
-
Bekannt ist das Brennen keramischer Erzeugnisse mit einer ~Restfeuchtigkeit
von unterhalb 0,5% durch Aufheizen der Er-Zeugnisse auf eine maximale Brenntemperatur,
Erhitzen bei dieser Temperatur und nachfolgendes Abkühlen. Die Aufheiz- und Abkühlbedingungen
werden unter Berücksichtigung der in d-en Erzeugnissen entstehenden Wärmespannungen
gewählt, die durch maximal zulässige Temperaturgefälle bestimmt werden (vgl.
-
D.G. Ginsburg u.a.: "Öfen und Trockenanlagen der Silikatindustrie"
(russ.), Gosstroiisdat, Moskau, 1953, 320-326, und U.D. Kingery, "Einführung in
die Keramik" (russ.Übersetzung), 2. Aufl., Moskau, 1967, 406-415).
-
Dieses Verfahren wird in Tunnelöfen durch. ein langandauerndes Brennen
(25-100 Stunden) der auf Ofenwagen befindlichen Erzeugnisse durchgeführt. Nach diesem
Verfahren erfolgt auch
das Brennen von Erzeugnissen in den Mehrkanal-Rollenöfen
der italienischen Firma SITI beim einreihigen Einlegen der Erzeugnisse auf feuerfeste
Untersätze; die Branddauer beträgt 3 bis 4 Stunden.
-
Das Brennen in den Tunnelöfen erfordert die Ausführung einer großen
Anzahl von nicht mechanisierbaren liandoperationen, die mit des Setzen der Erzeugnisse
auf die Wagen und Entladen derselben verbunden sind.
-
3eim Brennen in den Mehrkanal-Rollenöfen der Firma SITI ist die Ausführung
der Operationen beim Einlegen der Fliesen auf feuerfeste Untersätze und Abnehmen
derselben von diesen Untersätzen erforderlich.
-
ßei der Fertigung von keramischen Erzeugnissen werden zweckmäßigerweise
die Erzeugnisse einschichtig über die Hohe des Ofens untergebracht, was Keine Hilfsoperationen
beim Einlegen der Erzeugnisse auf die Wagen und keine anderen iiilfsmittel erfordert
und den fließenden Charakter der Produktion gewährleistet.
-
Jedoch sind die bekannten Brennverfahren zur Anwendung in den Fließstraßen
mit einschichtiger Unterbringung der Erzeugnisse über die Höhe des Ofens ungeeignet,
weil bei langer Brenndauer die Öfen eine recht große, in der Produktion nicht reale
Lange haben sollten.
-
Die Versuche, die reridauer auf Zeiten weniger als 2-3 Stunden beim
Brennen mit maximalen Geschwindigkeiten zu verringern, die durch Wärmespannungen
bestimmt werden, haben zu Brüchen in den Erzeugnissen, Beschädigungen des Glasüberzuges
und anderen Defekten geführt.
-
Das Ziel der Erfindung ist die Beseitigung der erwähnten Nachteile.
-
Der Erfindung wurde die Aufgabe zugrundegelegt, ein Verfahren zum
Brennen keramischer Erzeugnisse zu entwickeln, das in der Entwässerungsstufe mit
solcher Geschwindigkeit ausgeführt wird, daß eine beträchtliche Verringerung der
Brenndauer, nämlich bis 10 bis 150 min - in Abhängigkeit von der Zusammensetzung
der keramischen Masse und sonstigen Bedingungen -, unter Gewährleistung der Herstellung
einwandfreier Erzeugnisse und damit eine Fließfertigung der keramischen Erzeugnisse
unter Ausschluß von Handarbeit ermöglicht wird.
-
Die gestellte Aufgabe wurde dadurch gelöst, daß beim Brennen von keramischen
Erzeugnissen, insbesondere Fliesen, mit einer Restfeuchtigkeit von unterhalb 0,5%
durch Aufheizen, Erhitzen bei der Maximaltemperatur un fachfolgendes Abkühlen, wobei
das Aufheizen auf eine Temperatur von 500 bis 700°C und das Abkühlen mit durch die
Wärmespannungen bestimmten maximalen Geschwindigkeiten erfolgen, - erfindungsgemäß
das Brennen in der Entwässerungsstufe im Temperaturbereich von 500 bis 7000C bis
zu Temperaturendie höchstens 3000C unter der maximalen Brenntemperatur liegen, mit
einer Entzugsgeschwindigkeit von 2 bis 40» gSdratwasser je min durchgeführt wird.
-
Beim einmaligen Brennen glasierter keramischer Erzeugnisse erfolgt
das Aufheizen zweckmäßigerweise während der Entwässerung bis zum Entzug von mindestens
90% Hydratwasser zu Beginn des Glasurschmelzens im 100 0-Temperaturbereich vor dem
Beginn
des Glasurschmelzens mit einer Entzugsgeschwindigkeit von höchstens. 10% Hydratwasser
je min und vor diesem Temperaturbereich mit einer Entzugsgeschwindigkeit von 15
bis 40% je min.
-
Vor der Entwässerungsstufe erfolgt das Aufheizen der Erzeugrisse auf
eine Temperatur von 500 bis 7000C zweckmäßigerweise im LauSe von 1 bis 10 min, das
Aufheizen nach der Entwässerung auf die Maximaltemperatur im Laufe von höchstens
5 min, das Erhitzen bei der maximalen Brenntemperatur im Laufe von 3 bis 20 min
und das Abkühlen stufenweise, nämlich bis auf 6000G im Laufe von 1,5 bis 5 min,
von 600 bis 40000 im Laufe von 3 bis 15 min und unterhalb .40000 im Laufe von 1,5
bis 4 min.
-
Bei sehr kurzen Brennzeiten keramischer Erzeugnisse, die sich durch
recht hohe Erhitzungsgeschwindigkeiten (5000--100000/h) auszeichnen, iet zur Erzielung
einwandfreier Erzeugnisse die Auswahl der Aufheizbedingungen in der Entwässerungsstufe
von antscheidender Bedeutung.
-
Während der. Entwässerung entsteht im Innern der erhitzten Erzeugnisse
ein hoher Überdruck; dessen Größe hängt von den Eigenschaften der keramischen Masse
und der Dicke der Erzeugnisse sowie von der Geschwindigkeit des Uydratwa.sserentzugs
ab. Übersteigt der Überdruck die Festigkeit der keramischen
Masse,
so kommt es zu einer völligen Zerstörung der Erzeugnisse.
-
Beim einmaligen Brennen der glasierten keramischen Erzeugnisse findet,
wenn der Überdruck die Festigkeit des glasierten t)berzuges übersteigt, die Zerstörung
dieses überzuges statt.
-
Die Entfernungsgeschwindigkeit des Hydratwassers von 2-40% pro Minute
(in Abhängigkeit vond den Eigenschaften der keramischen Masse und anderen Faktoren)
gewährleistet das Brennen der keramischen Erzeugnisse ohne ihre Zerstörung.
-
Zum besseren Verständnis des Wesens der Erfindung werden konkrete
Ausführungsbeispiele des vorgeschlagenen Verfahrens erörtert, die durch Zeichnungen
veranschaulicht werden; in den Zeichnungen zeigt: Fig. 1 - Schaubild der Abhängigkeit
der Brenntemperatur von der Zeit, das mit der Anordnung der Wärmequellen und der
Systeme zur Zuführung und Ableitung von Luft und Rauchgasen im Ofen beim Brennen
der Fußbodenfliesen in der Größe von lOOz100x10 mm (Abszissenachse bedeutet Zeit,
Ordinatenachse bedeutet Brandt eiperetur) in Entsprechung gebracht wurde; Fig. 2
- dasselbe für unglasierte Fliegen in der Größe von 150x150x5 mm; Fig. 3 - dasselbe
für glasierte Fliesen in der Größe
von 150x150x5 mm; Fig. 4 - Schaubild
der Abhängigkeit des Dehydratationsgrades (Ordinatenachse) der Fußbodenfliesen in
der Größe von 100x100x10 mm von der Brenntemperatur und Brennzeit (Abszissenachse);
Fig. 5 - dasselbe für Fußbodenfliesen in der Größe von 150x150x5 mm.
-
Die zu brennenden keramischen Fliesen wurden auf der Rollenbahn eines
Brenntunnelofens 1 CFig. 1,2,3) in einer Schicht über die Höhe des Ofens und in
mehreren Reihen der Breit nach plaziert. Der Brennofen i wurde mit Wärmequellen
2, einem System 3 zur Luftzufuhr, einem System 4 zur Ableitung der Luft und einem
System 5 zur Ableitung von Rauch gasen ausgestattet, die die Temperaturverteilung
in Längsrichtung des Ofens je nach der Art der zu brennenden Fliesen gewährleisten.
-
Während des ganzen Brennvorgangs wurden außer dem Dehydratationsprozeß
maximale Geschwindigkeiten der Erhitzung und Kühlung durch Wärmespannungen in den
Erzeugnissen bestimmt. Maximal zulässige Geschwindigkeiten der Erhitzung und Kühlung
wurden auf Grund von Daten für maximal ztilässige Temperaturgefälle aus der folgenden
Formel bestimmt.'
wo G maximal zulässige Geschwindigkeit von Erhitzung und
Kühlung
in grad/h, # tmax - maximal zulässiges Temperaturgefälle in Grad, a - Temperaturleitfähigkeitskoeffizient
in m²/h, S - Dicke des Erzeugnisses in m, k - Koeffizient, der von der Erzeugnisform
abhangt, sind.
-
Bei kurzen Brennzeiten erfolgt die Dehydratation der keramischen
Masse im Temperaturbereich von 500-700°C bis zu einer Temperatur nicht mehr als
um 300°C unter der maximalen Brenntemperatur.
-
Von den Anmeldern ist festgestellt werden, daß die Geschwindigkeit
des Temperaturanstiegs auf dieser Brand -etappe eine solche sein muß, daß die Entfernungsgeschwindigkeit
des Hydratwassers 2-40% pro Minute betragen würde.
-
Nachstehend werden Tabellen der Brandregimes für Fliesen verschiedener
Arten angeführt.
-
Tabelle 1 Brandbedingungen für Fußbodenfliesen in der Größe von 100x100x10
mm Tempe- Dehydrata- Glühverluste Dehydrata-Zeit, ratur, tionsgrad, der kerami-
tionsgemin °C % schen masse, schwindigkeit, % % / min 0 300 7,2 2 500 7,2 5 700
6,9 10 900 52 3,4 10,4 21 950 100 0 4,4 23 1160 27 1160 30 600 37 400 40 50 Tabelle
2 Brandbedingungen für unglasierte Fliesen in der Größe von 150x150x5 mm Tempe-
Dehydrata- Glüverluste Dehydratations-Zeit, min ratur, tionsgrad, der kerami- geschwindigkeit,
°C % schen Masse, % / min % 1 2 3 4 5 0 500 5,3
1 2 3 4 5 2,5 700
20 4,2 8 5 1150 100 0 32 8 1150 9,5 600 15 400 17 50 Tabelle 3 Brandbedingungen
für glasierte Fliesen in der Größe von 150x150x5 mm Tempera- Dehydrata- Glühverluste
Dehydrata-Zeit, tur tionsgrad, der kerami- tionsgemin °C 0 schen Masse, schwindig-%
keit, % /min 0 400 4,8 1 500 4,8 3,5 700 20 3,8 8 5,5 750 70 1,4 25 11 850 100 0
5,4 13 1050 18 1050 21 600 27 400 30 50
Die angeführten Brandbedingungen
sind jeweils in Fig.
-
1,2 und 3 graphisch dargestellt.
-
Der Dehydratationsgrad und die Denydratationsgeschwindigkeit (die
Entfernungsgeschwindigkeit des Hydratwassers) lassen sich mit Hilfe von Schaubildern
(Fig. 4 und 5) bestimmen.
-
Unter des Dehydratationsgrad sind Gewichtsverluste des Erzeugnisses
während des Brennvorgangs, ausgedrückt in % bezüglich der gesamten Verlustgröße
der keramischen Masse beim Glühen, zu verstehen.
-
Nachstehend soll die Brandbedingungen für Fußbodenfliesen in der
Größe von 100x100x10 mm aus der keramischen Lasse-mit einem Gehalt an Eisenoxiden
von über 1% eingehend beschrieben werden.
-
Beispiel 1 Bei der Bewegung der'Fliesen mit der Restfeuchtigkeit,
von 0,l% in dem Ofen 1 (Fig. 1) längs dem Pfeil A erhöhte sich die Temperatur in
ihm allmählich. In 5 min stieg sie auf 700°C (Tabelle 1) an. Im Dehydratationsstadium
der keramischen Kasse in einem Temperaturbereich von 700-900°C beträgt die mittlere
Temperatur 8000C, die Zeit der Temperatursteigerung 5 min. Nach dem Schaubild (Fig.
4) wird der Dehydratationsgrad der keramischen Masse für diese Brennperiode, und
zwar 52%, bestimmt. Das nächste Temperaturintervall
beträgt 900-950°C.
Aus der bekannten Temperatursteigerungszeit (11 min) und der mittleren Temperatur
(925 °C) dieser Periode wird der Dehydratationsgrad (100/0-) bestimmt. Dies bedeutet,
das der Denydratationsprozeß bei 950 °C abgeschlossen war.
-
Die Dehydratationsgeschwindigkeit wird durch das Veriiältnis der
Veränderung des Dehydratationsgrades zu der Dauer dieser Periode bestimmt und beträgt
in einem Bereich von 700-900 °C 10,4% pro Iviinute, und in einem Bereich von 900-950
°C 4,4% pro Minute.
-
Von den Anmeldern ist festgestellt worden, daß für umglasierte Fliesen
mit einer Dicke von 10 mm die Dehydratationsgeschwindigkeit nicht 25% pro Minute
übersteigen soll.
-
Hierbei soll die Dehydratationsgeschwindigkeit für Fliesen aus keramischen
Massen mit einem Gehalt an Eisenoxiden von über 1% nicht 15% pro Minute Übersteigen,
während der Dehydratationsprozeß bei Temperaturen von um 100-300°C unter der maximalen
Brenntemperatur abgeschlossen sein muß.
-
Für Fliesen mit einer Dicke von 10 mm mit einem Gehalt an Eisenoxiden
von unter 1% kann die Dehydratationsgeschwindigkeit 25% pro Minute erreichen, und
der Dehydratetions prozeß kann bei der maximalen Brenntemperatur abgeschlossen sein.
-
Nach der Dehydratation werden die Fliesen, indem sie 2 sich in dem
Ofen fortbewegen, in Minuten bis auf die maximale
Brenntemperatur
(1160 °C) erhitzt und bei dieser Temperatur während 4 Minuten gehalten. Danach werden
die Fliesen in drei rufen gekühlt. Zuerst erfolgt eine schroffe Abkühlung auf 60000
in 3 Minuten, danach auf 400°C in 7 Minuten und dann auf 5000 in 3 Minuten.
-
Hierbei erfolgt während der schroffen Abkühlung die Zuführung der
Kaltluft in jenen Ofenteil, der sich von der Zone maximaler Temperaturen in einem
Abstand t'b't befindet, der die Länge von fünf zu brennenden Erzeugnissen nicht
übersteigt. Auf diese Weise entsteht ein Temperaturpuffer zwischen der maximalen
Brenntemperatur und der Temperatur 600-700°C, was die Rißbildung in den Erzeugnissen
während der Kühlung beseitigen läßt.
-
In dem betrachteten Beispiel beträgt die gesamte Branddauer 40 Minuten.
Die erzeugten Fliesen wiesen keine Defekte auf, die während des Brandvorgangs entstenden.
-
Beispiel 2 Beim Brennen von keramischen unglasierten Fliesen mit
einer Dicke von 5 ram betrug die Dehydratationsgeschwindigkeit 32% pro Minute (Tabelle
2 und Fig. 5), während der Dehydratationsprozeß bei der maximalen Brandtemperatur
(1150°C) abgeschlossen war.
-
Die Haltezeit bei der maximalen Temperatur betrug 3 Minuten (Fig.
2), die Kühldauer von 1150°C bis auf 6000C
1,5 min, bis auf 400°C
5,5 min und bis 50 °« 3 min.
-
Die gesamte Brenndauer betrug 17 min. Die gebrannten Fliesen wiesen
gute Qualität auf.
-
Beispiel 3 Das brennen von keramischen glasieren Fliesen wurde einmalig
bei der maximalen Brandtemperatur von 1050 Oc; (Tabelle 3 und Fig. 3) durchgeführt.
-
Während des Brennvorgangs erreichte bei der Temperatur des Schmelzbeginns
der Glasur 850°C der Dehydratationsgrad 100% (Fig. 5). Die Dehydratationsgeschwindigkeit
in dem l0O0-Bereich vor dem Beginn des Glasurschmelzens (750-850°C) betrug 5,4%
pro Minute, bei der Temperatur vor diesem Intervall (700-850°C) 25% pro Minute.
-
Die Haltezeit bei der maximalen Brandtemperatur (1050°C) betrug 5
Minuten. Die Abkühlung von 1050°C bis auf 600°C erfolgte in 3 min, bis auf 400°C
in 6 min und bis auf 50°C in 3 min.
-
Die gesamte Brenndauer betrug 30 Minuten. Die gebrannten Erzeugnisse
wiesen keinerlei Defekte auf.
-
Die angeführten Beispiele zeigen, daß das vorgesciblagene Brandverfahren
für keramische Erzeugnisse es gestattet, die Branddauer beträchtlich (bis auf 10-150
min) zu verkürzen unter Gewinnung von Erzeugnissen, die keinerlei Defekte aufweisen,
die
während des Brandvorgangs entstanden.
-
Dank diesen Vorteilen ermöglicht das vorgeschlagene Verfahren die
Realisierung der Fließfertigtmg von keramidie schen Erzeugnissen, die Einsparung
an Arbeitskraft dank Ausschließung von technologischen Operationen mit sich bringt,
die mit Aufwand an Handarbeit verbunden sind.
-
Dank der beträchtlichen Verkürzung der Branddauer wird die Möglichkeit
der Schaffung von Hochleistungsöfen zum Brennen von keramischen Erzeugnissen gewährleistet,
die auf einer Rollen-, Netz- oder einem anderen Förderer in einer Schicht über die
Höhe des Ofens angeordnet werden.