DE2133762C3 - Tunnelofen zum kontinuierlichen Brennen bzw. Sintern länglicher keramischer Formkörper - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen über Seitenbrenner immenbeheizten Muffeltunneldurchlaufofen zum >ntinuierlichen Brennen und Sintern von langgereckten keramischen Formkörpern, die hängend an nem den Gewölbeschlitz überdeckenden und abdichnden verschiebbaren Gewölbedeckel angeordnet

sind

Für die Wärmebehandlung von Gegenständen aus keramischen Werkstoffen bedient man sich bei der kontinuierlichen Arbeitsweise des Durchlaufprinzips, bei dem das zu behandelnde Gut in Halterungen oder auf Unterlagen kontinuierlich bzw. schubweise durch den Heizraum eines langgestreckten Ofens bewegt wird. Die Transporteinrichtungen und die Beheizung derartiger Tunnelofen sind darauf abgestellt, daß die

zunächst durch Schlickergießen oder Pressen nur geformte und mechanisch noch sehr empfindliche Ware den Belastungen des Transports und den thermischen Ansprüchen bei der langsamen Aufheizung gewachsen ist

Ein besonderes Problem für die Wärmebehandlung stellen langgestreckte Formkörper, wie Rohre, Stäbe oder Streifen dar, die, wenn sie liegend durch derartige öfen befördert werden, zum Verziehen und Durchbiegen neigen, auch wenn sie an zahlreichen Stellen unter-

stützt sind. Erhebliche Schwierigkeiten bietet die Wärmebehandlung langgestreckter Formkörper aus keramischen Materialien, wie z. B. hochschmelzenden Oxiden, die nicht ohne weiteres plastisch verformbar sind. Solche Formkörper werden zur Verfestigung durch Sinterung in gepreßtem oder gegossenem Zustand in den Ofen eingeführt. Die Formfestigkeit solcher Körper beruht dabei im wesentlichen auf ihrem Gehalt an organischen oder anorganischen Bindemitteln. Die Verfestigung der Körper kann mit einer erheblichen

Schwindung verbunden sein, die Schwundwerte können je nach den Herstellungs- und Sinterbedingungen zwischen 5 und 25% der ursprünglichen Abmessungen betragen.
Bisher hat man langgestreckte Gegenstände wie z. B.

Rohre, Stäbe oder Streifen meist in periodisch arbeitenden Muffel- oder Kammerofen gebrannt. Bei horizontaler Anordnung des Brenngutes entsteht aber durch die mit der Schwindung verbundene Verkürzung ein erheblicher Verzug, da das Gut nicht reibungslos auf den Unterlagen gleitet und die Wärme ungleichmäßig einwirkt. Dieser Verzug läßt sich zwar dadurch vermindern, daß die Unterlagen in Form eines Prismas oder eines Halterohres ausgebildet werden, doch ist auch hierbei die Gefahr des Durchbiegens nicht völlig auszuschließen. Auch das Aufeinanderlegen mehrerer Gegenstände zur Erhöhung der Stabilität des gesamten Bündels schafft hier nur beschränkte Abhilfe, abgesehen davon, daß bei vielen Werkstoffen die Formkörper zusammenkleben. Bei Rohren wirkt der Verzug zudem nicht nur in der Länge, sondern auch im Durchmesser, so daß unerwünschte Querschnittsveränderungen eintreten.

Aus diesen Gründen ist man dazu übergegangen, langgestreckte Formkörper aus keramischen Werkstoffen der Wärmebehandlung in vertikaler Lage zu unterziehen. Formkörper, deren Länge im Vergleich zum Durchmesser im Verhältnis von etwa 5 :1 bis maximal 10:1 liegt, können stehend gebrannt werden, d. h. auf dem Boden des Ofens oder auf eine durch den Tunnelofen bewegte Unterlage aufgestellt werden. Längere Formkörper verbiegen sich jedoch unter der Wärmebehandlung. Aus diesem Grund werden Formkörper mit größerem Verhältnis von Länge zu Durchmesser in vertikaler Richtung hängend der Wärmebehandlung unterzogen. Dazu werden periodisch arbeitende Schachtofen verwendet, bei denen die Formkör per entweder in einer mit Löchern versehenen Ofendecke eingehängt sind oder sich in sogenannten Kap

!türmen befinden, die oben mit Lochplatten zur Aufahme der Rohre abgeschlossen sind. ' Derartige diskontinuilerlich betriebene Schachtofen - d ^ β i_n dem Buch »Keramik« von TIl H a a s e, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leip- :_e 1968, auf S. 138 im Abschnitt 6.5.1 beschrieben; sie rbeiten naturgemäß unwirtschaftlicher als kontinuierlche öfen und sich durch das periodische Aufheizen und Abkühlen der Ausmauerung einem erheblichen Verschleiß ausgesetzt

Die Übertragung der von Schachtofen bekannten Arbeitsweise der Wärmebehandlung eingehängter Formkörper auf kontinuierlich arbeitende Tunnelofen {siehe obenzitiertes Buch von H a a s e, S. 144, Abschnitt 63.4) ist nicht möglich. Hierfür wäre notwendig, die Rohre — wie im Schachtofen — in Lochplatten aufzuhängen, die auf Kapseln ruhen. Ein solcher Aufbau ist jedoch bei langen Formkörpern nicht ausreichend stabil, um den Belastungen des kontinuierlichen oder schubweisen Transportes durch derartige Öfen bei den für die Sinterung reiner Metalloxide notwendigen hohen Temperaturen zu widerstehen.

Die Wärmebehandlung von langgestreckten Formkörpern in kontinuierlichem oder schubweisem Betrieb ist auch schon so vorgenommen worden, daß die Formkörper an Halterungen aufgehängt werden, die an der Oberseite des Ofenheizraumes in Richtung seiner Längsachse entlang geführt werden. Bei direkt flammenbeheizten Tunneldurchlauföfen können zwar beliebig lange Formkörper kontinuierlich einer Wärmebehandlung unterzogen werden und das Verfahren ist an sich grundsätzlich für das Brennen von keramischen Formkörpern, wie Rohren, Stäben oder Streifen, geeignet. Von Nachteil ist jedoch, daß der flammenbeheizte Ofen das Brenn- bzw. Sintergut direkt den Heizgasen aussetzt, wobei bei starkem Wirbeleffekt derselben Verkrümmungen der zu brennenden Gegenstände verursacht werden können (vgl. auch das bereits zitierte Buch »Keramik« von H a a s, S. 154, dritter Absatz).

Sofern solche öfen mit über den Turmelraum entlang beweglichem, mit Einhängehalterungen für das Brenngut versehenen Gewölbedeckel verwendet werden, wird dieser den Abgasen der Heizflamme stark ausgesetzt, was häufig zu laufenden Beschädigungen, wie Rißbildung oder Verziehen, Anlaß gibt. Man hat wohl ein Bestreichen des Ofendeckels durch die Flammenabgase dadurch zu verhindern gesucht, daß man an der Unterseite des Gewölbedeckels Fortsätze anbrachte, die mit seitlich auf der Ofenoberseite angeordneten, körniges Material, wie Sand oder Korund, enthaltenden Längsrillen nach Art eines Sandtaschenverschlusscs zusammenwirken sollen (s. obenzitiertes Buch von H a a s, S. 147, Absatz 2). Damit konnte aber allenfalls ein Rückstau der heißen Flammengase, jedoch keine befriedigende Kühlung des Gewölbedeckels erzielt

werden. .

Die DT-PS 516 858 beschreibt einen flammenbeheizten Tunneldurchlaufofen zum Brennen keramischer Formkörper, bei dem ein Gewölbeschlitz durch eine verschiebbare Abdeckvorrichtung abgedeckt ist, in der eine Halterung für keramische Gegenstände enthaltende Brennkasten hängend angeordnet ist und welcher eine Trennung von Brennraum und Feuerraum vorsieht. Dieser bekannte Ofen ist nicht zum Brennen hängend durch ihn geführter, langgestreckter Formkörper eingerichtet und weist um eine in einem Stück dargestellte Muffel herum angeordnete Heizzüge auf.

Zwar ist die Anordnung eines Kühlluftschlitzes un-

terhalb der Ofendecke eines flammenbeheizten Tunneldurchlaufofens in dem äiteren Patent 2 126 329 beschrieben. Hier ist die Zweckbestimmung jedoch nicht auf einen Muffeltunneldurchlaufoien zum Brennen von langgestreckten keramischen Formkörpern bezogen.

Der Erfindung Hegt nun die Aufgabe zugrunde, einen flammenbeheizten Hängebahntunneldurchlaufofen zu schaffen, bei dem Beschädigungen an den Einhängehalterungen für die keramischen Formkörper vermieden werden und die Qualität des zu brennenden Gutes insgesamt verbessert wird.

Diese Aufgabe wird durch einen über Seitenbrenner flammenbeheizten Muffeltunneldurchlaufofen zum kontinuierlichen Brennen und Sintern von langgestreckten keramischen Forrnkörpern, die hängend an einem den Gewölbeschlitz überdeckenden und abdichtenden verschiebbaren Gewölbedeckel angeordnet sind, gelöst. Der Ofen ist dadurch gekennzeichnet, daß die Muffelseitenwände aus feuerfesten Hohlblockelementen bestehen, wobei in den Hohlblockelementen gegen die Brenner gerichtete Öffnungen angeordnet sind und die durch die Hohlblockwände diffundierten Heißgase über Heißgasabsaugungen unterhalb eines den oberen Tunnelraum begrenzenden und zu ihm geöffneten Kühlluftabstromkanals abgesaugt werden, wobei zwischen dem Gewölbedeckel·, und der ihm angepaßten Außenkontur des Kühlluftabstromkanals ein Spalt für den Zustrom von Außenluft vorgesehen ist.

Die zum Aufbau der Seitenwände dienenden Hohlblockelemente können aus den üblichen feuerfesten Materialien, wie z. B. Schamotte, Sillimanit oder Sinterkorund, bestehen. Die Seitenwände schließen den Brennerraum vom eigentlichen Ofenraum ab. Die Flammen bzw. die Rauchgase können also nicht direkt auf das Brenngut schlagen, wodurch eine mechanische Beeinflussung des im Grünzustand empfindlichen Brennguts durch die stark wirbelnden Flammengase vermieden wird. Die Dicke der Seitenwände wird so bemessen, daß ein guter Wärmeübergang aufrechterhalten bleibt. Im allgemeinen werden bei Fertigung der Hohlblockelemente aus keramischen Stoffen Materialstärken zwischen 10 und 40 mm benötigt. Aufeinandergesetzte gewöhnliche Platten dieser Dicke würden jedoch bei den im Ofen auftretenden Temperaturen bis zu 1900° C keine ausreichend« Stabilität aufweisen. Durch Einbeziehung der benötigten dünnwandigen Wärmeübergangsplatte als Wandelement in die erfindungsgemäß verwendeten Hohlblockelemente, welche im übrigen statisch tragfähige Wandungen aufweisen, wird dieses Problem auf überraschend einfache Weise gelöst. Die Blockelemente, deren Hohlraum die heißen Flammengase aufnimmt, stellen daher ein wesentliches Element der Erfindung dar. Sie können auch in bekannten Tunnelofen, welche die übrigen Merkmale des Anmeldungsgegens;andes entbehren, als vorteilhaftes Bauele ment verwendet werden.

Die Hohlblockelemente können, gegebenenfalls un ter Verwendung eines der Sintertemperatur angepaß ten feuerfesten Mörtels zu einem Wandverband anein ander- und aufeinandergefügt sein.

Es hat sich als. zweckmäßig erwiesen, die Element« nur lose aufeinanderzustapeln, weil sie dadurch Frei« Beweglichkeit bei der thermischen Ausdehnung behal

ten.

Bevorzugt sind die Hohlblockelemente auf ihre Ober- und Unterseite offen. Damit wird erreicht, da die von den z. B. im unteren Teil des Ofens angeordne ten Brennern in die unteren Wandelemente einstrc

menden Flammengase innerhalb eines Turms aufeinander befindlicher Elemente nach oben strömen und derart einen Temperaturausgleich zwischen dem unteren und oberen Teil des Ofens bewirken.

Eine beträchtliche Erhöhung der Stabilität der EIementenwand wird erreicht, indem Elemente verwendet werden, deren Form und Anordnung Relativbewegungen zueinander, besonders in Richtung quer zur Ofenlängsachse, verhindert. Eine besonders zweckmäßige Ausbildung der Erfindung sieht vor, daß Hohlblockelemente mit keilförmigem Querschnitt innerhalb einer horizontalen Elementenreihe in alternierender Kopf/Schwanz-Orientierung zusammengefügt sind.

Durch die in entgegengesetzte Richtungen weisenden keilförmigen Wandelemente wird deren Verrutsehen nach innen zum Ofenraum oder nach außen zum Brennerraum zuverlässig verhindert

Eine weitere Variante der Erfindung sieht vor, daß innerhalb einer horizontalen Elementenreihe aufeinanderfolgende Hohlblockelemente an ihren alternierend als Matrix und Patrix ausgebildeten seitlichen Berührungsflächen ineinandergreifen.

Schließlich kann auch vorgesehen werden, daß jedes zweite innerhalb einer horizontalen Elementenreihe angeordnete Hohlblockelement mindestens mit einer seiner freiliegenden Flächen die Nachbarelemente teilweise überlappt.

Die gegenüber den öffnungen in den Hohlblockelementen mündenden Brenner werden am besten schräg, vorzugsweise schräg aufwärts gegen die Bewegungsrichtung des Brennguts, eingestellt Dies hat den Vorteil, daß sich ein natürliches Temperaturgefälle durch die abkühlenden Rauchgase einstellt, so daß das Brenngut langsam aufgeheizt wird. Die Rauchgase werden wie üblich über einen Sammelkanal abgesaugt und meist zur Vorwärmung der Verbrennungsluft verwendet.

Die der Erfindung ferner zugrunde liegende Aufgabe, eine Überhitzung des die Brenn- bzw. Sinterzone des Tunnelofens nach oben schließenden Gewölbedeckels zu vermeiden, wird gelöst, indem die heißen Abgase, welche bei gestapeltem, aber nicht vermörteltem Wandelementenverband in geringer Menge durch dessen Fugen gelangen, vor Erreichen des Gewölbedekkels abgesaugt werden und indem gleichzeitig durch den Spalt zwischen dem Deckel und einem durch einen Saugzug unter Unterdruck stehenden und mit dem oberen Tunnelraum über eine Öffnung verbundenen Kühlluftabströmkanal Kaltluft angesaugt wird.

Die Heißgasabsaugungen können dabei aus über den Hohlblockelementen der obersten horizontalen Elementenreihe angeordneten und mit einer Sammelleitung verbundenen Rohren aus vorzugsweise Keramik bestehen.

Der Kühlluftabströmkanal besteht nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung aus in Ofenlängsrichtung beidseitig offenen und zum Tunnelraum hin mit mindestens einer Öffnung versehenen, in horizontaler Reihe aneinandergefügten und mit mindestens an einem Ende des gebildeten Kanals mit einer Absaugung verbundenen Elementen aus feuerfestem Material.

Nach einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Tunnelofens kann aber auch der Spalt, durch den Kühlluft von außen zuströmen so!l, mit einer Preßluftquelle in Verbindung gebracht werden.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand einer in Verbindung mit den Zeichnungen beschriebenen vorzugsweisen Ausführungsform näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch die Brennzone eines Tunnelofens gemäß der Erfindung,

F i g. 2 einen Längsschnitt durch die Brennzone entlang der Linie A-A von F i g. 1,

F i g. 3 einen Längsschnitt durch die Brennzone entlang der Linie B-B von F i g. 1,

F i g. 4 ein Ausführungsbeispiel für keilförmig angeordnete Hohlblockelemente,

F i g. 5 Ausführungsbeispiele für »verzahnt« angeordnete Hohlblockelemente.

In F i g. 1 bedeutet 1 das Ofengehäuse, das die Ausmauerung 2 umgibt. Diese umschließt die Flammenzone 3, welche sich in die zu einem Wandverband aufeinandergestapelten Hohlblockelemente 4, 9 aus feuerfesten keramischen Werkstoffen erstreckt. Die Flammen werden durch die Brenner 5 erzeugt. Die Hohlblockelemente weisen eine öffnung 6 und eine als Hitzeabstrahlfläche wirksame Wand 7 auf, welche die Flammenzone 3 von der Brennzone 8 trennt. Der Querschnitt der Wand 7 ist geringer bemessen als derjenige der übrigen Wände des Hohlkörpers. Diese übrigen Wände sind so bemessen, daß die untersten Elemente der Wand das Gewicht der auf sie getürmten Elemente tragen können.

Im gezeigten Fall ist die Wand 7 15 mm stark, während die statisch tragenden Wände eine Dicke von 35 mm haben.

Ober dem obersten Hohlblockelement 9 befinden sich Keramikrohre 10, welche zur Absaugung der in die Brennzone 8 diffundierten Rauchgase dienen. Den oberen Abschluß des Brennraums 8 bildet der Kühlluftabströmkanal 11. Dieser besteht bei der gezeigten Ausführungsform aus in Ofenlängsrichtung beidseitig offenen und zum Tunnelraum hin mit einer öffnung 12 ver sehenen, in horizontaler Reihe aneinandergefügten und an einem Ende des gebildeten Kanals mit einer Absau gung verbundenen Elementen aus feuerfestem Material. Das dem saugseitigen Kanalende gegenüberliegen de Kanalende ist verschlossen. Die Außenkontur der Kanalelemente ist der Innenkontur des Gewölbedek kels 13 angepaßt und steht gegenüber diesem unter BiI dung eines Spalts im Abstand. Der mit einer Außenisolierung 14 versehene Gewölbedeckel besteht aus ein zelnen ca. 1 m langen, ineinandergreifenden Teilen, die auf der Ofenoberseite in Richtung des Tui.nelraume« vermittels auf Schienen laufender Rollen verschiebbai angeordnet sind und den Brennraum auf der ganzer Ofenlänge abschließen. Er dient als sogenannter Ofen wagen und trägt das nach unten in den Brennraum hän gende Behandlungsgut 15. Die Halterungen für das Be handlungsgut sind außerhalb des Heizraumes am Ge Wölbedeckel angebracht (nicht gezeigt). Sie könner aber auch im Heizraum selbst, & h. an der Unterseite des Gewölbedeckels, befestigt sein.

Die Wand aus den Hohlblockelementen besteht ge maß F i g. 2 aus Elementen 4 keilförmigen Querschnitts die innerhalb einer horizontalen Elementenreihe in al ternierender Kopf/Schwanz-Orientierung zusammen gefügt sind Fig.3 zeigt die Anordnung der Heißgas absaugungsrohre 10 oberhalb der obersten Hohlblock elemente 9.

In Fig.4 ist eine Ausführungsform keilförmigei Hohlblockelemente 4 dargestellt, bei der jedes zweite innerhalb einer horizontalen Elementenreihe angeord nete Hohlblockelement mit einer seiner freiliegender Flächen die Nachbarelemente teilweise überlappt unc damit den Gesamtverband vor Verschiebung sichert.

F i g. 5 betrifft ausschließlich »ineinander verzahnt« ausgebildete Hohlblockelemente 4, von denen die erstgezeigte Anordnung zusätzlich den Überlappungseffekt aufweist.

Der erfindungsgemäße Tunnelofen arbeitet folgendermaßen:

Die aus den Brennern 5 strömenden Flammengase erfüllen die Flammenzone 3, dringen durch die Öffnungen 6 in die Hohlblockelemente 4,9 ein und heizen die dünnen Wandungen 7 derselben auf. Diese strahlen die Wärmeenergie auf das langsam durch die Brennzone geführte Behandlungsgut 15, welches an dem Gewölbedeckel 13 hängt, ab. Die durch den gestapelten Wandverband diffundierten Heißgase werden über die Heißgasabsaugungen 10 aus dem Ofen entfernt. Der Kühllufjabströmkanal 11 ist an ein Sauggebläse angeschlossen und saugt über die Öffnung 12 von außen Frischluft durch den Spalt zwischen Ofen und Ofenwagen 13 an. Dabei wird dieser wirksam gekühlt.

Der Tunnelofen gemäß Erfindung weist gegenüber den bekannten, diskontinuierlich betriebenen Schachtöfen zahlreiche Vorteile auf, von denen besonders genannt seien:

1. Es können nunmehr langgestreckte keramische Formkörper kontinuierlich gebrannt bzw. gesintert werden. Der Ofen kann dauernd auf Tempera tür gehalten werden, so daß Beschädigungen dei Ausmauerungen durch Auftreten von Wärmespan nungen beim Aufheizen und Abkühlen entfallen.

2. Es kann eine absolut gleichmäßige Brennkurve er zielt werden. Dadurch kann das Brenngut in exak reproduzierbarer Qualität hergestellt werden.

3. Der bei bekannten Tunnelöfen am Ofenwagen auf tretende, thermisch bewirkte Verschleiß und dii dadurch verursachten Störungen entfallen.

4. Die umständliche Einbringung und Entnahme voi Brenngut in Schachtofenkapseln entfällt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims (8)

Patentansprüche:

1. Ober Seitenbrenner flammenbeheizter Muffeltunneldurchlaufofen zum kontinuierlichen Brennen und Sintern von ' langgestreckten keramischen Formkörpern, die hängend an einem den Gewölbeschlitz überdeckenden und abdichtenden verschiebbaren Gewölbedeckel angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Muffelseitenwände aus feuerfesten Hohlblockelementen (4,9) bestehen, wobei in den Hohlblockelementen (4, 9) gegen die Brenner (5) gerichtete Öffnungen (6) angeordnet sind und die durch die Hohlblockwände diffundierten Heißgase über Heißgasabsiugungen (10) unterhalb eines den oberen Tunnelraum begrenzenden und zu ihm geöffneten Kühlluftabstromkanals (1!) abgesaugt werden, wobei zwischen dem Gewölbedeckel (13) und der ihm angepaßten Außenkontur des Kühlluftabstromkanals (U) ein Spalt für den Zustrom von Außenluft vorgesehen ist.

2. Tunnelofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlblockelemente (4,9) auf ihrer Ober- und Unterseite offen sind.

3. Tunnelofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Hohlblockelemente (4, 9) mit kegelförmigem Querschnitt innerhalb einer horizontalen Elementenreihe in alternierender Kopf/Schwanz-Orientierung zusammengefügt sind.

4. Tunnelofen nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb einer horizontalen Elementenreihe aufeinanderfolgende Hohlblockelemente (4, 9) an ihren alternierend als Matrix und Patrix ausgebildeten seitlichen Berührungsflächen ineinandergreifen.

5. Tunnelofen nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes zweite innerhalb einer horizontalen Elementenreihe angeordnete Hohlblockelement (4,9) mindestens mit einer seiner freiliegenden Flächen die Nachbarelemente teilweise überlappt

6. Tunnelofen nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Heißgasabsaugungen aus über den Hohlblockelementen (9) der obersten horizontalen Elementenreihe angeordneten und mit einer Sammelleitung verbundenen Rohren (10) aus vorzugsweise Keramik bestehen.

7. Tunnelofen nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlluftabströmkanal 11 aus in Ofenlängsrichtung beidseitig offenen und zum Tunnelraum hin mit mindestens einer Öffnung versehenen, in horizontaler Reihe aneinandergefügten und mit mindestens an einem Ende des gebildeten Kanals mit einer Absaugung verbundenen Elementen aus feuerfestem Material besteht.

8. Tunnelofen nach den Ansprüchen 1 bis 7, da_: durch gekennzeichnet, daß der Kühlluftzustromspalt mit einer Preßluftquelle in Verbindung steht.