DE2116072A1 - Gasofen - Google Patents

Description

PATENTANWALT DR. HANS-GUNTHER EGGERT, DIPLOMC

5 KÖLN-LINDENTHAL PETER-KINTGEN-STRASSE 2

Köln, den 1, April 1971 //3

Q'ze vlenerale des Produits Refractaire 60 rue Oaint-Lazare, Paris, Frankreich

Gasofen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einführung von gasförmigen Brennstoffen in einen Ofen, die Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens und die mit diesen Vorrichtungen versehenen Öfen₀

Brennöfen bestehen üblicherweise aus zwei verschiedenen Teilen: Den Wänden (Gewölbe, Mauern, Sohle), die mit möglichst guter Wärmeisolierung versehen sind, und den Brennern, die die notwendige Hitze erzeugen.

Die Wände bestehen in den meisten Fällen aus dichten feuerfesten und isolierenden Materialien· Der Ofen ist stationär, und seine thermische !Trägheit ist sehr groß» Selbst wenn Werkstoffe wie leichte feuerfeste Ziegel mit einer Dichte von etwa 0,4 verwendet werden, bleibt die Konstruktion schwer und die thermische Trägheit hoch. Ferner sind trotz der Anwesenheit mehrerer Brenner nachteilige Temperaturunterschiede zwischen den Zonen, die den Brennern am nächsten liegen, und den am weitesten entfernten Stellen des Ofens festzustellen,, Umwälzvorrichtungen, die zuweilen eingebaut werden, um diesen Nachteil auszuschalten, sind umso empfindlicher, je höher die Temperatur ist₀

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Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Speisung von Gasöfen, das eine sehr flexible Konzeption von Leichtöfen ermöglicht, die bis zu 1200° C verwendbar sind. Die Erfindung umfaßt ferner die Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens und die damit versehenen Ofen,,

Das Verfahren besteht darin, daß man das Gas in dünner Schicht innerhalb des Ofens so zuführt, daß es sich längs wenigstens eines Teils seiner Wände erstreckt und hierbei einen Überdruck über die Verbrennungszone hat, und daß man es in die Verbrennungszone durch eine durchlässige Oberfläche leitet, die aus wenigstens einer Lage eines Gewebes aus feuerfestem Material, vorzugsweise auf Basis von Keramikfasern besteht.

Das auf diese Weise in die Verteilungskammer eingeführte Gas brennt außerhalb der Verteilungskammer im Ofen über die gesamte Oberfläche der Wand aus durchlässigem feuerfestem Gewebe· Der Ersatz der unabhängigen Brenner durch Heizwände mit einer beliebigen großen gewünschten Oberfläche ermöglicht die Erzielung einer ausgezeichneten Gleichmäßigkeit der Temperatur im Innern des Ofens»

Die gleichmäßige Verteilung der Gase in der Verteilungskammer zwischen der äußeren dichten Wand des Ofens und der durchlässigen inneren Wand wird verbessert, wenn die Gase durch mehrere Öffnungen zugeführt werden, die in dieser Kammer verteilt sind,, Es ist noch vorteilhafter, die Gase durch Röhren oder Schläuche mit durchlässiger Wand, die sich in dieser Kammer erstrecken, zuzuführen* Diese Rohre können aus einem durchlässigen feuerfesten Gewebe der gleichen Art wie die durchlässige Wand sein.

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Die Gleichmäßigkeit der Verbrennung wird ihrerseits "besser, wenn die Durchtrittsgeschwindigkeit der Gase durch die durchlässige Wand gering ist. Es ist somit vorteilhaft, die Verteilungsrohre oder -schläuche und / oder die durchlässige V7and aus mehreren Schichten des feuerfesten Gewebes aufzubauen,, Diese Textilwände stellen außerdem eine Sicherheitsvorrichtung gegen Hamm enrücks chi ag dar.

Das Gemisch aus Luft und Gas kann sehr einfach gebildet v/erden, indem man die Luft und das Gas vor der Einführung in die Verteilungskammer in die gleiche Leitung einführt.

Im Gegensatz zur üblichen Beheizung mit Brennern, bei denen die Flamme umso kurzer ist, je näher die Anteile von Luft und Gas beim stöchiometrischen Verhältnis liegen, ermöglicht das Verfahren gemäß der Erfindung die gleichmäßige, gefahrlose Verbrennung eines stöchiometrischen Gemisches auf einer großen Oberfläche. Es geschieht in befriedigender Weise ohne Rücksicht auf die Art des brennbaren Gases«

Ein Ofen, der nach dem Verfahren gemäß der Erfindung betrieben wird, besteht aus dichten feuerfesten Außenwänden, einer durchlässigen feuerfesten Innenwand, die sich über wenig-stens einen Teil der Außenwand in geringem Abstand dazu erstreckt, Vorrichtungen zur Zuführung des brennbaren Gases zu der zwischen den beiden Wänden befindlichen Kammer im Überdruck über den Innenraum des Ofens und Vorrichtungen zur Abfuhr der Verbrennunesgase.

Die Außenwände können aus dichten Ziegeln, Leichtziegeln oder sogar aus Metall bestehen. Vorzugsweise bestehen sie aus Keramikfilz auf Basis von feuerfesten Mineralfasern, der wenigstens an der Innenseite mit einem feuerfesten Ge-

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webe bedeckt ist, das mit einem Keramiküberzug undurchlässig gemacht ist, der es versteift und das Entweichen von Heizgas nach Außen verhindert. Eine Bewöihrung in Form eines G-itters oder Geflechts aus hochschmelzendem Metall verstärkt vorteilhaft den Filz. Da ein wirksamer keramischer Filz 1 kg / m wiegt, wird die Ofenkonstruktion wesentlich leichter, und selbst ortsveränderliche Öfen werden denkbar, wie in einem der folgenden Ausführungsbeispiele beschrieben.

Das gleiche Gewebe kann für die Herstellung der Abdichtungsschicht der Außenwand, für die durchlässige feuerfeste Wand und die Gasverteilungsrohre verwendet werden. Es besteht vorzugsweise aus Fäden, die eine Metallseele enthalten, die in feuerfeste Mineralfasern eingebettet ist.

Fig. 1 zeigt im Querschnitt schematisch eine Ausführungsform des Ofens gemäß der Erfindung. Das zu brennende Erzeugnis 1 ist auf Platten aus hitzefestem Stahl gelegt, die auf gemauerten Blöcken 2 ruhen, die mit Öffnungen für den Eintritt der sekundären Verbrennungsluft versehen sind. Das Gewölbe 3 ist eine Kuppel von 2,5 m Länge, 1 m Breite und 1 m Höhe. Es besteht aus einem Gewebe aus Fäden, die von zwei zusammengezwirnten Elementarfäden gebildet werden, die aus einer in Fasern von Kaolinwolle eingebetteten Seele aus hochschmelzendem Stahl bestehen. Dieses Gewebe ist an beiden Seiten durch einen feuerfesten Überzug auf Basis von Schamotte und Natriumtripolyphosphat undurchlässig gemacht worden« Es wird an der Innenseite durch ein Gitter oder Geflecht 4 aus nichtrostendem Stahl gehalten, das an eine (nicht dargestellte) leichte äußere Tragkonstruktion gehängt ist. Es ist außen zur Wärmeisolierung mit einer 4 cm dicken Schicht 5 aus Keramikfilz mit einem Raumgewicht

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von 48 kg / m bedeckt»

Im Innern dieses Gewölbes ist mit einem Abstand von 2 bis 4 cm die durchlässige feuerfeste Wand 6 aus dem gleichen, vorstehend beschriebenen, aber nicht überzogenen Gewebe angehängt. Der Raum zwischen dem Gewölbe und der durchlässigen Wand stellt die Verteilungskammer für das Gemisch aus Heizgas und Primärluft dar, das durch in längsrichtung verlaufende Röhren, z.B. 7, die unter dem gesamten Gewölbe verteilt sind, zugeführt wird. Die Sohle selbst ist durch eine Gaszuführungsvorrichtung heizbar, die sich unter der Charge erstreckt und aus zwei in Längsrichtung verlaufenden Gasverteilungskammern 8 besteht, deren untere Wand 9 aus undurchlässig gemachten feuerfesten G-ewebe und deren obere Wand 10 aus durchlässigen feuerfesten Gewebe wie im Falle des vorstehend beschriebenen Heizgewölbes besteht. Die Gase werden durch in längsrichtung verlaufende durchlässige Röhren 11 zugeführt«. Der unter Druck eintretende Gasstrom wird gleichmäßig auf eine sehr große Oberfläche verteilt. Die Verbrennung, die auf diese Weise auf der gesamten Innenfläche der durchlässigen Wände der Sohle und des Gewölbes erfolgt, ist äußerst gleichmäßig. Die verbrannten Gase werden durch den Abzug 12, der zwischen der linterkante des Gewölbes und der Sohle vorgesehen ist, und gegebenenfalls durch verschließbare Abzüge 13, die durch das Gewölbe ger führt sind, abgeführt.

Das Gewölbe eines solchen Ofens wiegt etwa 30 kg. Es kann angehoben und nach Belieben mit Hilfe einer einfachen Laufkatze 14 versetzt werden, um das zu brennende Material aufsetzen und nach dem Brennen und nach der Abkühlung entfernen zu können.

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Bei anderen Ausführungsformen von erfindungsgemäß arbeitenden Öfen ist das Heizgewölbe nicht notwendig. Das Gewölbe besteht hierbei ausschließlich aus der wärmeisolierten dichten Außenwand. Lediglich die Sohle wird in der gleichen Weise beheizt, wie in Figo 1 dargestellt.

Die Erfindung umfaßt ferner Brennerelemente, die im wesentlichen aus einem Gestell bestehen, das eine dichte gegebenenfalls wärmeisolierte Wand und eine mit geringem Abstand dazu angeordnete gasdurchlässige Wand trägt. Zwischen diesen Wänden wird eine Verteilungskammer von geringer Höhe gebildet, in die das unter Überdruck stehende Gemisch auä Luft und Gas eingeführt wird, das i*x Ofen ausserhalb der Kammer verbrennt, nachdem es durch die durchlässige Wand geströmt ist.

Die dichte Wand kann aus einem beliebigen geeigneten Werkstoff, insbesondere aus Metall (z.B· Blech aus hochschmelzendem Stahl) oder einem durch Überziehen und durchlässig gemachten Keramikgewebe bestehen« Die durchlässige Wand besteht gemäß der Erfindung aus einem Gewebe auf Basis von. Keramikfasern.

Diese Brenner können nebeneinander gelegt oder aneinander so aufgehängt werden, daß sie große Heizflächen bilden. Sie können im Innern eines Ofens angeordnet werden oder wenigstens einen Teil der Wände des Ofens bilden« Ihre Formen können sehr unterschiedlich sein.

Figo 2 und 3 zeigen schematisch im Schnitt und als Draufsicht einen Brenner in Form einer ebenen Tafel oder Wand. Der Brenner besteht aus einem Rahmen aus Winkeleisen 21,

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die ein gebogenes Blech 22 aus nichtrostendem, hochschmelzendem Stahl und ein durchlässiges Keramikgewebe 23 so tragen, daß eine Verteilungskammer 24 für das durch zwei Röhren 25 aus durchlässigem Keramikgewebe zugeführte Brenngasgemisch gebildet wird. Diese flächigen Brenner können nebeneinander gelegt oder aneinander gehängt werden·

Mit solchen flächigen Brennern können Öfen des Typs erstellt werden, die schematisch im Schnitt in Fig. 4 dargestellt sind. Sie enthalten eine obere Reihe 41 und eine untere Reihe 42 von llächenbrennern. Die obere Reihe ist an das wärmeisolierte Gewölbe 43 gehängt. Die untere Reihe bildet eine Heizsohle. Die sehr leichte Gesamtanordnung ist auf lüiSen aus Stahlrohr montiert.

Fig. 5 zeigt schematisch im Schnitt einen röhrenförmigen Brenner, der zum Vorheizen von Rohren in senkrechter Stellung bestimmt ist. Der Brenner besteht aus zwei koaxialen Zylindern, nämlich einem Außenzylinder 51 aus <?inem starren und undurchlässigen Keramikgewebe, das über einen Rahmen gespannt ist, und einem Innenzylinder 52 aus durchlässigen Keramikgewebe. Die'beiden Zylinder schließen zwischen sich eine ringförmige Kammer 53 ein, denen durch Röhren 54 unter Überdruck ein Brennstoff gemisch zugeführt wird, das durch die durchlässige Wand strömt und um das vorzuwärmende Rohr 55 brennt. Gleichzeitig ist im Innern des Rohres eine Röhre 56 aus durchlässigem Keramikgewebe vorgesehen, der ebenfalls ein gasförmiges Brennstoffgemisch zugeführt wird, wodurch das Rohr gleichzeitig von Innen erhitzt wird, so daß eine vollständig gleichmäßige Erhitzung erzielt wird.

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Außer den Flächenbrennern und zylindrischen Brennern sind gemäß der Erfindung andere Ausführungsformen der Brenner möglich, deren Form der gewünschten Art der Erhitzung und der Form der zu erhitzenden Teile angepaßt ist.

Das Verfahren gemäß der Erfindung und alle seine Ausfuhr rungsformen sind vorteilhaft in allen Fällen, in denen eine sehr gleichmäßige Temperatur in einem Raum oder um einen zu erhitzenden Gegenstand erforderlich ist. Sie sind "besonders vorteilhaft für das Brennen von keramischen Erzeugnissen.

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Claims (15)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Einführung von brennbaren Gasen in einen Ofen, daduren gekennzeichnet, daß man die Gase in einen Verteilungsraum geringer Dicke im Inneren des Ofens, der sich wenigstens über einen Teil der Ofenwände erstreckt, mit Überdruck in Bezug auf die Verbrennungszone einströmen und sie in die Verbrennungszone durch eine durchlässige Wand, die wenigstens aus einer Schicht eines Gewebes aus feuerfestem Material, vorzugsweise aus Keramikfasern, besteht, eintreten läßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Verbrennungszone ankommenden Gase eine geringe Geschwindigkeit aufweisen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die im Verteilungsraum ankommenden Gase durch Umhüllungen mit durchlässigen Wänden hindurch in diesen Raum hinein ausbreiten.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3> daduron gekennzeichnet, daß man eine stöehiometrisehe Mischung von Gas und Luft in den Verteilungsraum einführt.

5. Ofen zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3* gekennzeichnet durch undurchdringliche äußere Wände, eine innere feuerfeste Wand (6) aus einem für brennbare Gase durchlässigem Gewebe aus Keramikfasern, die sich im Inneren des Ofens über

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wenigstens einen Teil der äußeren Wände erstreckt, Mittel zum Einführen der brennbaren Gase unter gegenüber dem Verbrennungsraum erhöhten Druck in den Raum zwischen der äußeren Wand und der durchlässigen Wandung (6) sowie Mittel zum Abziehen der verbrannten Gase.

6. Ofen nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der äußeren Wände mit einer

. Schicht aus Keramikfilz, insbesondere aus feuerfesten Mineralfasern überzogen ist.

7. Ofen nach Ansprucn 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß er ein leicht glockenförmiges, dichtes Gewölbe O) aus Keramikfasern, eine innere, durchlässige una feuerfeste Wandung (9), die sich über wenigstens einen Teil der Sohle erstreckt, Mittel zum Einführen der brennbaren Gase unter Druck zwischen der Sohle und der Wandung (9) und Öffnungen zum Abziehen der verbrannten Gase besitzt.

8. Ofen nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, daß die Abzugsöffnungen für das verbrannte Gas durch veränderliche Zwischenräume zwischen der Sohle und dem unteren Teil und dem Gewölbe gebildet werden.

9. Ofen nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, da# er/Gewölbe (3) aus Keramikfasern, eine innere, durchlässige, feuerfeste Wandung (6), die sich über wenigstens einen Teil des Gewölbes (3) erstreckt, Mittel zum Einführen der brennbaren Gase

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- li -

unter Druck zwischen das Gewöloe (3) und die Wandung (6) und öffnungen (12) zum Abziehen der verbrannten Gase besitzt.

10. Ofen nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Verteilungsraum wenigstens über einen Teil der Oberfläche der Sohle und ebenfalls über wenigstens einen Teil der Oberfläche des Gewölbes erstreckt.

11. Brennerelement für einen Ofen zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dab er aus einem Gebilde geringer Wandstärke besteht, der einerseits durch eine dichte feuerfeste Wandung und andererseits durch eine durchlässige feuerfeste Wandung aus einem Gewebe aus Keramikfasern begrenzt ist, gebildet wird und Mittel zur Einführung des Gases zwischen diese .beiden Wände enthält.

12. Br eimer element nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß er die Form einer ebenen Tafel besitzt.

I^ · Brenner element nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß er zylindrische Form besitzt.

14. Ofen nach einem der Ansprüche 5 bis lo, dadurch gekennzeichnet, daß er mehrere Brennerelemente nach einem der Ansprüche 11 bis 13 beiderseits des zu erhitzenden Einsatzes (l) besitzt.

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15. Ofen nach einem der Ansprüche 5 bis lo, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Wände durcn. Brennerelemente gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13 gebildet wird, die gegebenenfalls gegenüber dem Außenraum wärmeisoliert sind.

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