DE2254551C3 - Verfahren und Einrichtung zur Sturzkühlung des Brenngutes durch Absenken der Temperatur in Tunnelöfen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur

*S Sturzkühlung des Brenngutes durch Absenken der Temperatur in Tunnelofen zum Brennen von keramischem Gut mittels Wassereinspritzung sowie eine Einrichtung zur Anwendung dieses Verfahrens und betrifft Maßnahmen zur Leistungssteigerung eines Tunnelofens.

Es ist seit langem bekannt, daß in Tunnelofen die Temperatur in kurzer Zeit von der Garbrandtemperatur auf etwa 750 bis 800° C abgesenkt werden kann, ohne daß die Formlinge Schaden nehmen. Eine rasche Temperaturabsenkung hat eine erhebliche Leistungssteigerung des Ofens zur Folge, da man bei einer vorgegebenen Ofenlänge die Brennzone verlängert und dafür mit Hilfe der Sturzkühlung eine effektive Verlängerung der Kühlzone erreicht.

Um den hohen Wärmeinhalt von Wasser zu nutzen, ist es zur raschen Abkühlung der Ofengase bereits bekannt, an der Decke eines Tunnelofens wasserführende Rohre zu installieren, durch die im Zwangsumlauf Wasser geschickt wird. Die heißen Gase kühlen sich zwar rasch an den Rohren ab und durch Verändern des Durchflußquerschnittes mittels Schamotteschiebern konnte auch die Kühlzone beeinflußt werden; der Wasserumlauf durfte aber unter keinen Umständen unterbrochen werden, so daß ein großer Aufwand zum sicheren Betrieb dieses Verfahrens erforderlich ist.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, wurde ferner versucht, durch Einblasen von Luft in die Kühlzone des Tunnelofens denselben Effekt zu erzielen. Da dazu aber aufgrund der geringen spezifischen Wärme der Luft große Luflmengen benötigt werden, tritt eine Schleierwirkung ein, wobei durch die eingedüste Luft der Widerstand im Ofenquerschnitt erheblich ansteigt. Abgesehen davon, daß die Steuerung der Luftzufuhr nicht einfach ist, denn mit geringer werdender Luftmenge ändert sich auch die Austrittsgeschwindigkeit aus den Düsen, verschiebt sich auch der Kühleffekt in der Senkrechten.

Außerdem wurde versucht, durch Einspritzen von Wasser eine Sturzkühlung herbeizuführen. Der Bremseffekt der Luftkühlung wird auf diese Weise zwar stark gemindert, dieses Verfahren hat aber den Nachteil, daß mit Änderung der notwendigen Wassermenge auch eine Änderung der Höhenlage des Kühleffektes entsteht.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren sowie eine Einrichtung zur Sturzkühlung des Brenngutes durch Absenken der Temperatur in Tunnelofen mittels Wassereinspritzung zu schaffen, das die Nachteile der bisher angewandten vergleichbaren Verfahren nicht aufweist, mittels dem aber dennoch eine Abkühlung der Temperatur in der Kühlzone eines Tunnelofens oberhalb des Quarzsprunges des Brenngutes in kurzer Zeit vorzunehmen ist, so daß durch Verlängerung der Brennzone und Erhöhung der Kühlgeschwindigkeit eine erhebliche Leistungssteigerung des Ofens erzielbar ist

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß in die Kühlzone des Tunnelofens zunächst Wasser bis zum Absenken der Temperatur auf etwa 900⁰C impulsweise eingeblasen wird und daß nachfolgend bei gleichmäßiger Kühlwirkung und konstanter Verteilung der einzelnen Wasserstöße in der Senkrechten eine Temperaturabsenkung auf den experimentell zu bestimmenden Tiefstwert vorgenommen wird

Zweckmäßig ist es hierbei, eine stetige Reduzierung der Anzahl der Impulse pro Zeiteinheit und/oder deren Dauer vorzugsweise bei konstantem Druck vorzunehmen, und die Einspritzung des Wassers sollte dosiert einstellbar sein. Außerdem ist es angebracht, um die Betriebssicherheit zu erhöhen, wenn die Kühlwasserzufuhr in Abhängigkeit von der Rauchgastemperatur abgestellt werden kann.

Die Einrichtung zur Anwendung dieses Verfahrens kann in vorteilhafter Weise dadurch geschaffen werden, daß in der als geschlossener Kreislauf ausgebildeten, mit einem Sammelbehälter versehenen Zuführungsleitung des Kühlwassers ein Druck-Regelventil eingesetzt oder daß die Zuführungsleitung mit Kühlwasser konstanten Druckes gespeist ist, und daß zur Erzeugung von Wasserstößen konstanter Höhe und/oder zur Regelung der Impulsfrequenz an die Zuführungsleitung ein oder mehrere, vorzugsweise mit einem Regler verbundene Impulsgeber angeschlossen sind, die mit den den Einspritzstelbn zugeordneten Dosierventilen in Verbindung stehen.

Als Impulsgeber sind zweckmäßigerweise elektromagnetisch betätigbare Ventile vorzusehen, die jeweils aus einem entgegen der Kraft einer Feder durch elektromagnetische Kräfte verstellbaren Anker als Absperrkolben mit vorzugsweise von dem Kühlwasserdruck beaufschlagter Rückseite zu bilden sind.

Die Dosierventile können hierbei aus einem in einem Zylinder geführten, verstellbaren Kolben bestehen, an dessen der vom Kühlwasser durchströmten Austrittsöffnung des Zylinders zugekehrten Ende ein kegelförmiger Ansatz angebracht ist, der in diese hineinragt. Der Ansatz des Kolbens ist dabei mit Spiel in der Austrittsöffnung zu führen, wobei bei kreisförmigen Querschnitten der größte Durchmesser des kegelförmigen Ansatzes gleich oder kleiner zu bemessen ist als der Durchmesser der Austrittsöffnung. Außerdem sollte der Kolben mittels einer Stellschraube entgegen der Kraft einer oder mehrerer Federn in Richtung der Austrittsöffnung verstellt werden können.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es ferner angebracht, das Dosierventil jeweils mit einem mit einer im Abstand angeordneten Ummantelung versehenen, in den Tunnelofen hineinragenden Düsenhalter zu versehen und den dadurch gebildeten Zwischenraum an eine Kühlluftleitung anzuschließen.

Zur Absperrung der Kühlwasserzuführung in Abhängigkeit von der Rauchgaslempcratur kann des weiteren ein im Rauchgaskanal angeordneter Temperaturfühler vorgesehen werden, der mit einem in die Zuführungsleitung eingesetzten Absperrventil oder mit der Förderpumpe des Kühlwassers zusammenwirkt

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Absenken der Temperatur in Tunnelofen bzw. die Einrichtung zur Anwendung dieses Verfahrens ermöglicht vor allem eine erhebliche Leistungssteigerung eines Tunnelofens, da dessen Brennzone und die Kühlzone und vor allem auch die Kühlzeit verkürzt werden können. Wird nämlich zur Sturzkühlung des Bienngutes in die Kühlzone des Ofens zunächst eine große Menge Wasser eingeblasen und wird ab einer bestimmten Temperatur durch Reduzieren der Anzahl der Wasserimpulse pro Zeiteinheit die Temperaturabsenkung auf den experimentell zu bestimmenden Tiefstwert vorgenommen, ist i?s möglich, die optimale Kühlungsgeschwindigkeit zu erzielen, ohne daß das Brenngut gefährdet wird.

Der Kühleffekt besteht nämlich darin, daß das Wasser nicht kontinuierlich eingespritzt wird, sondern impulsweise, so daß die Verteilung des Wassers in der Senkrechten je Impuls konstant bleibt Die Wassermengenregelung wird lediglich dadurch erzeugt, daß die Anzahl der Impulse pro Zeiteinheit geändert wird. Dazu dienen die Impulsventile, die ihrerseits von einem Regler beaufschlagt werden. Im Bereich bis zu etwa 900⁰C gibt man die maximale Menge, die man durch Einstellung des Wasserdruckes bestimmen kann, zu. Von dem Punkt an sinkt die Impulsfrequenz mit immer tiefer werdender Temperatur schließlich auf Null ab. Das ergibt ein sanftes Einschwingen auf den kritischen Punkt, und damit kann das gesamte Paket besser durchgekühlt werden, als wenn lediglich im Brennschlitz die Temperatur heruntergedrückt wird, aber die Kühlung im Besatz nicht nachkommen kann. Deshalb ist ein sanfter Auslauf erforderlich, ohne daß sich die Strömungsverhältnisse im Ofen noch wesentlich ändern. Eine Kontrolle dieses Vorganges gelingt einfach mit einem Regler, der bis zu einer bestimmten Temperatur die volle Leistung der Impulsventile steuert und beispielsweise ab 900⁰C allmählich die Einspritzfrequenz immer mehr und mehr reduziert, bis der erforderliche und optimale Wert um etwa 75O⁰C erreicht ist. Damit ist eine von der Bedienung völlig unabhängige, gleichmäßige Kühlung zu erreichen, wobei die Besatzdichte des Wagens ohne weiteres variabel sein kann.

Um jegliches Verstopfen der Düse durch Kalkablagerung zu verhindern, ist dafür zu sorgen, daß die Temperatur der Düsenhalter und der gesamten Apparatur eine bestimmte Höhe nicht überschreitet. Das geschieht am einfachsten durch Beigabe von Luft, wobei die Luft bis in den Feuerraum hinein am Düsenhalter entlanggeführt wird und somit eine übermäßige Erwärmung verhindert. Damit ist eine hohe Betriebssicherheit gegeben.

Außerdem ist auch eine proportionale Verstellbarkeit der Wassermenge mit Hilfe der Dosierventile auf einfache Weise möglich. Da sich nämlich der Strömungsquerschnitt dieser Ventile jeweils linear verändern läßt, wobei durch eine entsprechende Wahl des Kegelwinkels eine allen Anforderungen gerecht werdende Genauigkeit zu erzielen ist, kann eine exakte, vorbestimmte Dosierung bei jeweils gleichem Versteü-■eg vorgenommen werden.

Auf diese Weise ist somit ein sicherer, gleichmäßiger Betrieb eines Ofens gewährleistet, ohne daß dau Bedienungspersonal benötigt wird. Daß die Drücke

überwacht werden, damit bei Ausfall der Kühlung sofort Alarm gegeben wird, ist hierbei selbstverständlich. Und da ferner sichergestellt ist, daß bei Abfall der Rauchgastemperatur unter ein gewisses Minimum, beispielsweise 12O⁰C, die Wasserzugabe sofort gestoppt wird, denn sonst würden sich die Wasserdämpfe auf den frischen Formungen absetzen und damit zumindest Verschmauchungen, wenn nicht Deformationen erzeugen, bietet somit das vorschlagsgemäße Verfahren bzw. die Einrichtung zur Anwendung dieses Verfahrens gegenüber den bisher bekannten Kühlverfahren erhebliche Vorteile insbesondere wirtschaftlicher Art und ermöglicht eine optimale Betriebsweise eines Tunnelofens.

Die Erfindung wird an Hand der Figuren näher erläutert. Hierbei zeigt

F i g. 1 einen Tunnelofen mit Kühlzone im Schnitt sowie in schematischer Darstellung die Einrichtung zur Erzeugung der impulsweise einzuspritzenden Wasserstöße,

F i g. 2 den bei dieser Einrichtung vorgesehenen, als elektromagnetisch betätigbares Ventil ausgebildeten Impulsgeber im Schnitt und

F i g. 3 das dem Impulsgeber nachgeschaltete Dosierventil, ebenfalls im Schnitt.

Der in F i g. 1 dargestellte und mit 1 bezeichnete Tunnelofen zum Brennen von keramischen Gegenständen besteht aus einer mit Brennern 6 bestückten Brennzone 2, einer dieser zugeordneten Vorwärmzone 3 und einer Kühlzone 4, die hinter der Brennzone angeordnet ist Mittels Wagen 5 wird das zu brennende Gut durch die einzelnen Zonen des Ofens 1 befördert Am Ausgang 7 des Ofens 1 befinden sich in der Ofenwandung Absaugöffnungen 8, die in den Rauchgaskanal 9 und den Schornstein 10, in dem ein Rauchgasventilator 11 angeordnet ist, münden.

Um die Temperatur in der Kühlzone 4 des Ofens 1 von der Garbrandtemperatur in möglichst kurzer Zeit auf etwa 750 bis 800° C absenken zu können, so daß das zu brennende Gut dadurch keinen Schaden nimmt, die optimale Kühlungsgeschwindigkeit aber gegeben ist, ist hierbei eine Sturzkühlung mitteis Wassereinspritzung vorgesehen. Dazu dient eine Einrichtung 21, mittels der die impulsweise Wassereinspritzung an den Einspritzstellen 30 des Ofens 1 zu erzeugen ist

Die Einrichtung 21 besteht im wesentlichen aus Impulsgebern 28 und diesen nachgeschalteten Dosierventilen 29, denen das einzuspritzende Kühlwasser aus einem Sammelbehälter 22 über eine Zuführungsleitung 23 mittels einer Förderpumpe 24 sowie einer Zuführungsleitung 25 zugeführt wird. In die Zuführungsleitung 25 ist hierbei ein Druckregeiventil 26 eingesetzt- um den Druck konstant zu halten oder um durch Verändern der Druckhöhe die Wassermenge verändern zu können. Aus der Zuführungsleitung 25 strömt das Kühlwasser über die an diese angeschlossenen Zweigleitungen 27 jeweils einem der Impulsgeber 28 zu, an die jeweils zwei Dosierventile 29 angeschlossen sind, die wiederum den in Reihe neben- und/oder !miteinander angeordneten Einspritzstellen 30 oder Einspritzdüsen vorgeschaltet sind

Um das Einspritzen des Wassers unter Kontrolle zu halten, sind die Impulsgeber 28 jeweils an einen Regler 34 angeschlossen, durch den bis zu einer bestimmten Temperatur die volle Leistung der Impulsgeber 28 gesteuert wird und durch den danach allmählich die Impulsfrequenz mehr und mehr reduziert wird.

Damit sich keine Wasserdämpfe auf den frischen Formungen absetzen können, ist des weiteren im Rauchgaskanal 9 ein Temperaturfühler 31 eingesetzt, der über eine Leitung 32 mit einem Absperrventil 33 oder unmittelbar mit der Förderpumpe 24 in Verbindung steht. Auf diese Weise ist es möglich, die Zugabe von S Kühlwasser in dem Augenblick zu stoppen, in dem die Ratichgastemperatur unter ein gewisses Minimum, beispielsweise 120° C, absinkt.

Der in Fig.2 dargestellte Impulsgeber 28 besteht hierbei aus einer in einem Gehäuse 41 eingesetzten

ίο Magnetspule 42 und einem Anker 43 als Absperrkolben, mittels dessen Ansatz 44 der Durchfluß des über die Zweigleitung 27 einströmenden Kühlwassers in die Leitung 27' abzusperren ist. Bei Nichterregung der Magnetspule 42 wird nämlich der Ansatz 44 durch die Kraft der Feder 48 gegen das Gehäuse 41 gepreßt, so daß die Fläche 45 an diesem anliegt. Da über Kanäle 47 die Rückseite 46 des Ankers 43 ständig von dem Druck des Kühlwassers beaufschlagt ist, ist eine rasche Rückführung des Ankers 43 in Schließstellung sichergestellt.

Das Dosierventil 29 gemäß F i g. 3 besteht aus einem in einem Gehäuse 51 angeordneten Zylinder 52 sowie einem Kolben 53, der entgegen der Kraft einer Feder 54 in dem Zylinder 52 verschiebbar eingesetzt ist Zur Verstellung des Kolbens 53 dient eine Stellschraube 59, die in einem in das Gehäuse 51 eingearbeiteten Gewinde 60 eingeschraubt ist und die mit ihrem freien Ende auf den Kolben 53 einwirkt.

An seinem in die Austrittsöffnung 55 des Gehäuses 51 zugekehrten Ende ist der Kolben 53 mit einem kegelförmigen Ansatz 56 ausgestattet, der in die Austrittsöffnung 55 hineinragt Da der größte Durchmesser d\ des Ansatzes 56 kleiner bemessen ist als der Durchmesser <k der Austrittsöffnung 55, kommt die Kegelfläche 57 des Ansatzes 56 auch bei geschlossenem Dosierventil 29 an dem Zylinder 52 nicht zur Anlage, vielmehr liegt in diesem Betriebszustand die Fläche 61 des Kolbens 53 an der Fläche 62 des Zylinders 52 an. Auf diese Weise ist es möglich, den vom Kühlwasser durchströmten Querschnitt 58 mittels der Stellschraube 59 linear zu verändern, so daß auch eine exakte Dosierung mit leichter Ablesbarkeit möglich ist

Um Kalkablagerungen an den Einspritzstellen bzw. Einspritzdüsen 30 und dadurch bedingte Betriebsstörungen zu verhindern, wird dem an dem Gehäuse 51

4j befestigten Düsenhalter 71, durch den das Kühlwasser in den Ofen 1 impulsweise eingespritzt wird, Kühlluft zugeführt Dazu ist der Düsenhalter 71 mit einer Ummantelung 72 versehen, die mittels Stegen 73 an diesem angebracht ist Der durch den Düsenhalter 71 und die Ummantelung 72 gebildete Zwischenraum 74 ist an eine Luftleitung 75 angeschlossen, durch die ständig Kühlluft gegebenenfalls als Druckluft durchströmt Somit ist durch die zylindrisch um den Düsenhalter 71 geführte Kühlluft sichergestellt, daß die Temperatur dort auch bei höchsten Brenntemperaturen nicht fiber etwa 50° C ansteigt, und ein Zugehen der Einspritzstelle 30 ist mit Sicherheit ausgeschlossen.

Das Absenken der Temperatur in der Kühlzone 4 des Tunnelofens 1 auf den für das jeweilige Brenngut

to experimentell zu bestimmenden Tiefstwert wird, um eine optimale Kühlungsgeschwindigkeit zu erreichen und um das Brenngut nicht zu schädigen, in der Weise vorgenommen, daß zunächst eine große Menge Wasser durch die Einspritzstellen 30 impulsweise eingeblasen wird, und zwar bis die Temperatur in der Kühlzone 4 auf etwa 900° C abgesenkt ist Danach erfolgt bis zur Absenkung auf den jeweiligen Tiefstwert die Wasserzugabe durch Herabsetzen der Impulszahl verlangsamt, wobei

die Kontrolle durch den Regler 34 vorgenommen wird. Das Brenngut wird bei dieser Art der Kühlung nicht gefährdet, dennoch wird aber die optimale Kühlungsgeschwindigkeit erzielt. Der Druck in der Zuführungsleitung 25 ist dabei gleichzeitig ein Maß für die einzugebende Wassermenge, während die Impulsgeber 28, die beispielsweise zwischen 0 und 400 Impulse pro Minute

einstellbar sind, die Wasserstöße erzeugen, die den Dosierventilen 29 zuströmen, die eine proportionale Verstellbarkeit der Wassermenge erlauben. Eine Wartung der Einrichtung 21 ist nicht erforderlich, so daß ein sicherer, gleichmäßiger Betrieb des Tunnelofens 1. ohne daß Bedienungspersonal benötigt wird, gewährleistet wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Sturzkühlung des Brenngutes durch Absenken der Temperatur in Tunnelofen zum Brennen von keramischem Gut mittels Wassereinspritzung, dadurch gekennzeichnet, daß in die Kühlzone (4) des Tunnelofens (1) zunächst Wasser bis zum Absenken der Temperatur auf etwa 900⁰C impulsweise eingeblasen wird und daß nachfolgend bei gleichmäßiger Kühlwirkung und konstanter Verteilung der einzelnen Wasserstöße in der Senkrechten eine Temperaturabsenkung auf den experimentell zu bestimmenden Tiefstwert vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine stetige Reduzierung der Anzahl der Impulse pro Zeiteinheit und/oder deren Dauer vorzugsweise bei konstantem Druck vorgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzung des Wasser dosiert einstellbar ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlwasserzufuhr in Abhängigkeit von der Rauchgastemperatur abstellbar ist

5. Einrichtung zur Sturzkühlung des Brenngutes durch Absenken der Temperatur in Tunnelofen mittels Wassereinspritzung zur Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der als geschlossener Kreislauf ausgebildeten, mit einem Sammelbehälter (22) versehenen Zuführungsleitung (23,25) des Kühlwassers ein Druck-Regelventil (26) eingesetzt oder daß die Zuführungsleitung mit Kühlwasser konstanten Druckes gespeist ist und daß zur Erzeugung von Wasserstößen konstanter Höhe und/oder zur Regelung der Impulsfrequenz an die Zweigleitung (27) ein oder mehrere, vorzugsweise mit einem Regler (34) verbundene Impulsgeber (28) angeschlossen sind, die mit den den Einspritzstellen (30) zugeordneten Dosierventilen (29) in Verbindung stehen.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Impulsgeber (28) elektromagnetisch betätigbare Ventile vorgesehen sind, die jeweils aus einem entgegen der Kraft einer Feder (48) durch elektromagnetische Kräfte verstellbaren Anker (43) als Absperrkolben mit vorzugsweise von dem Kühlwasserdruck beaufschlagter Rückseite (46) gebildet sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierventile (29) jeweils aus einem in einem Zylinder (52) geführten, verstellbaren Kolben (53) bestehen, an dessen der vom Kühlwasser durchströmten Austrittsöffnung (55) des Zylinders (52) zugekehrten Ende ein kegelförmiger Ansatz (56) angebracht ist, der in diese hineinragt.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz (56) des Kolbens (53) mit Spiel in der Austrittsöffnung (55) geführt ist, wobei bei kreisförmigen Querschnitten der größte Durchmesser (d\) des kegelförmigen Ansatzes (56) gleich oder kleiner bemessen ist als der Durchmesser (d₂) der Austrittsöffnung (55).

9. Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (53) mittels einer Stellschraube (59) entgegen der Kraft einer oder mehrerer Federn (54) in Richtung der Austrittsöffnung (55) verstellbar ist

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Dosierventil (29) jeweils mit einem mit einer in Abstand angeordneten Ummantelung (72) versehenen, in den Tunnelofen (1) hineinragenden Düsenhalter (71) versehen und der Zwischenraum (74) zwischen Düsenhalter (71) und Ummantelung (72) an eine Kühlluftleitung (75) angeschlossen ist

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Absperrung der Kühlwasserzufuhr in Abhängigkeit von der Rauchgastemperatur ein im Rauchgaskanal (9) angeordneter Temperaturfühler (31) vorgesehen ist, der mit einem in die Zuführungsleitung (25) eingesetzten Absperrventil (33) oder mit der Förderpumpe (24) des Kühlwassers zusammenwirkt