DE2643764A1 - Kammerringofen - Google Patents

Description

SIGRI ELEKTROGRAPHIT GMBH F.eitingen, den 26 -itI

Kammerringofen

Iu ό

Die Erfindunq betrifft einen Kammerringofen mit einer Vielzahl durch Kanäle verbundene Kammern zur Aufnahme des Brenngutes, wobei jede Kammer an einer Stirnseite Feuerschächte aufweist, die Kammern durch Kassettenwände unterteilt sind, welche in einem unterhalb der Kassetten angeordneten Stützpfeiler enthaltenden Rauchgaskanal mündende Rauchgaszüge aufweisen und jede Kammer mit einem gewölbten Deckel verschlossen ist.

Kammerringöfen, die beispielsweise zum Erhitzen oder Brennen keramischer Formkörper und Massen dienen, bestehen aus einer Vielzahl - etwa 10 bis 30 - gleichartiger Kammern , die derartig miteinander in Verbindung stehen, daß sie einen geschlossenen Ring bilden. Jeweils gleichzeitig werden eine oder mehrere Kammern durch Gas- oder Ölbefeuerung direkt erhitzt - Brennzone - , eine weitere Gruppe von Kammern durch Rauchgase vorgewärmt - Vorwärmzone - , eine dritte Gruppe durch die zu den Brennkammern strömende Verbrennungsluft abgekühlt - Kühlzone und eine vierte Gruppe von Kammern ist zum Entleeren und Setzen des Brenngutes geöffnet. Nach bestimmten, durch die Art des Brenngutes gegebenen Zeitabständen wird die Feuerung in Richtung des Rauchgasstroms um eine Kammer versetzt, eine Kammer der vierten Gruppe geschlossen und eine Kammer der dritten Gruppe abgedeckt, so daß die Brennzone in Richtung des Rauchgasstroms den Ofen taktweise durchwandert.

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Die einzelnen Kammern des Kammerringofens sind durch Zwischenwände in Abschnitte, die sogenannten Kassetten unterteilt, wobei die Wände zwischen den Kassetten mit einer Vielzahl von im wesentlichen vertikalen Rauchgaszügen versehen sind, die sich von der Oberkante der Kassette au einem unterhalb der Kassette angeordneten im wesentlichen horizontalen Rauchgaskanal erstrecken. Der Rauchgaskanal enthält eine Vielzahl die Kassetten tragende iitützpfeiler. An einer Stirnseite der Kammer sind schließlich ein oder mehrere Feuerschächte angeordnet, die von dem heißen Rauchgas von unten nach oben durchströmt werden. Der aufsteigende Rauchgasstrom wird im Raum zwischen Deckel und Kassetten umgelenkt und durchströmt unter Abgabe eines Teils seiner fühlbaren Wärme an das Brenngut in den Kassetten die in die Kassottenwände eingelassenen Rauchgaszüge von oben nach unten. Die aus den Rauchgaszügen austretenden Rauchgasströmp werden im Rauchgaskanal wieder vereinigt und zur nächsten Kammer weitergeführt. Das Rauchgas durchströmt in gleicher Weise die nachfolgenden Kammern, kühlt sich dabei mehr und mehr ab und wird schließlich über Filter in die freie Atmosphäre abgeführt.

Es ist bekannt, daß die Eigenschaften keramischer Produkte und deren Varianz wesentlich durch die maximale Brenntemperatur, die Aufheizgeschwindigkeit und den Temperaturgradienten innerhalb des Werkstücks während des Brennvorgangs bestimmt werden. Der Brennausschuß ist ebenfalls eine Funktion dieser Parameter, deren Größe im einzelnen von der Art des keramischen Materials abhängt. Im allgemeinen sind die Qualität eines keramischen Produkts und der Ausschußgrad beim Brennen dieses Produkts

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-Nium so besser, je genauer die für ein gegebenes Material als günstig erkannten maximalen Brenntemperaturen und Aufheizqeschwindiqkeiten verwirklicht werden können. Kammerringöfen der bekannten Ausführung erfüllen diese Bedingungen nicht in ausreichendem Maße, so daß insbesondere die Qualität des erzeugten Produkts größeren Schwankungen unterliegt. So wurden beispielsweise innerhalb der Kassetten einer Kammer beim Brennen von Kohlenstoffkörpern Temperaturen gemessen, die bis zu 30 % von den vorgegebenen Sollwerten abweichen und die Eigenschaften der fertigen Kohlenstoffkörper, z.B. der spezifische elektrische Widerstand, können eine Varianz von mehr als 50 % aufweisen. Die Temperaturgradienten bestehen innerhalb der einzelnen Kassetten in vertikaler und auch in horizontaler Richtung, wobei die Temperatur in Feuerschachtnähe besonders niedrig ist. Naturgemäß beeinträchtigen die Temperaturunterschiede ebenfalls den Ausschußgrad.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Temperaturen innerhalb des in den Kassetten eines Kammerringofens gestapelten Brenngutes während des Brennvorgangs so zu vergleichmäßigen, daß die Herstellung eines Produkts von gleichmäßiger Beschaffenheit mit einem kleinen Ausschußgrad möglich ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Kammerringofen der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der freie Strömungsquerschnitt einer lotrechten, den Scheitelpunkt des Deckels enthaltenden Ebene zwischen der oberen Kante der Kassettenwände und dem Deckel und/oder der freie Strömungsquerschnitt des Rauchgaskanals unterhalb der Kassetten mindestens so groß wie

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die Summe der Querschnitte der Rauchgaszüge ist. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis der freien Strömungsquerschnitte wenigstens 1,5.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Deckel korbbogenförmig gewölbt und nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weisen die im Rauchgaskanal angeordneten Stützpfeiler einen rechteckigen Querschnitt und abgerundete Kanten auf, wobei das Verhältnis Krümmungsradius/Breite des Stützpfeilers mindestens 0,15 beträgt.

Nach der der Erfindung zugrundeliegenden Erkenntnis sind unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten des Rauchgases in den Rauchgaszügen, die wesentliche Ursache für die nachteilige Temperaturverteilung innerhalb der Kassette und für die unerwünscht große Varianz der Eigenschaften der erzeugten Produkte. Da in jedem Zeitabschnitt zwischen je zwei Versetzungen der Brennzone die vom Brenngut über die Kassettensteine aufgenommene Wärme durch Wärmeinhalt und Menge des die Rauchgaszüge durchströmenden Rauchgases sowie durch die Wärmeübergangszahl bestimmt ist, wobei diese Größen direkt oder indirekt Funktionen der Gasgeschwindigkeit sind, bezwecken die erfindungsgemäßen Maßnahmen die Vergleichmäßigung der Strömungsgeschwindigkeit in den Rauchgaszügen.

Eine gleichmäßige Verteilung des unterhalb des Deckels umgelenkten Rauchgasstroms auf die einzelnen Rauchgaszüge wird durch eine Vergrößerung des Abstands Deckel/ Kassettenoberkante erzielt, wobei der durch eine lotrechte, den Scheitelpunkt '.¹C3 Deckels enthaltende Ebene zwischen der Kassettenoberkante und dem Deckel bestimmte

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freie Strömungsquerschnitt mindestens so groß wie die Summe der Querschnitte der Rauchgaszüge ist. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis 1,5. Zur Vergrößerung des Abstandes Kassettenoberkante/Deckel kann beispielsweise ein Deckel mit doppelter kreisbogenförmiger Einwölbung mit einer oder mehreren Lagen feuerfester Steine unterlegt werden. Bevorzugt werden Deckelformen mit■doppeitel lipsenförmiger und vorzugsweise korbbogenförmiger Einwölbungj deren Abstand von der Kassettenoberkante in Strömungsrichtung schneller zunimmt als beim Kreisbogen. Bei gleicher lichter Deckelhöhe ergibt sich ein größerer Abstand in den Randzonen der Kammer.

Eine Verqleichmäßigung der Ausströmungsgeschwindigkeit des Rauchgases aus den Rauchgaszügen wird erfindungsgemäß ebenfalls durch die Vergrößerung des freien Strömungsquerschnitts des Rauchgaskanals erzielt, der ebenfalls mindestens gleich der Summe der Querschnitte der Rauchgaszüge ist, nach einer bevorzugten Ausführungsform mindestens 1,5 mal größer ist. Der freie Strömungsquerschnitt des Rauchgaskanals kann beispielsweise durch Verminderung der Anzahl und/oder durch Verkleinerung des Querschnitts der im Rauchgaskanal angeordneten Stützpfeiler bis auf den statisch erforderlichen Mindestwert vergrößert werden.

Zur Verbesserung der Strömungsbedingungen ist es schließlich vorteilhaft, die Stützpfeiler rechteckig auszubilden, wobei die schmalen Seiten der Pfeiler in Strömungsrichtung angeordnet sind, und die Kanten der Pfeiler abzurunden. Das Verhältnis Krümmungsradius/ Breite des Stützpfeilers sollte mindestens 0,15 betragen.

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Eine wesentliche Vergleichmäßigung der Strömungsgeschwindigkeit in den Rauchgaszügen und eine entsprechende Verkleinerung der Temperaturvarianz innerhalb der Kassetten wird bereitκ durch eine Vergrößerung des freien Strömungsquerrchn Lt t.~ im Deckelraum oder des Rauchgaskanal s erzielt. Eine ber.ondors günstige Wirkung wird erreicht, wenn die freien Strömungsquerschnitte sowohl des Deckelraumes als auch des Rauchgaskanals mindestens so groß wie die Summe der Quernchnittrflachen der Rauchgaszüge sind.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Figur 1 den Querschnitt einer Kammer eines Kammerringofens, Figur 2 den Schnitt A-A aus Figur 1, Figur 3 den Schnitt B-B aus Figur 1.

In den Zeichnungen sind 1 die Kammerwände mit anliegenden Feuerschächten 2 und den Kassetten 3, die von den Kassettenwänden 4 begrenzt sind. Innerhalb der Kassetten ist das Brenngut 5 gestapelt. Während Vorwärm-, Brenn- und Kühlphase ist die Kammer durch den Deckel 6 verschlossen, wodurch der freie Raum 7 zwischen Deckel und Kassetten gebildet wird. Von dem Raum 7 erstrecken sich innerhalb der Kassettenwände 4 Rauchgaszüge 8 zu dem Rauchgaskanal 9 unterhalb der Kassetten, der Stützpfeiler 10 enthält. 11 sind den Rauchgaskanal 9 mit den Feuerschächten 2' der Nachbarkammer verbindende Kanäle.

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Die Rauchgasströmung ist in Figur 1 durch Pfeile verdeutlicht. Die Strömung in den Feuerschächten 2 ist aufsteigend, sie wird im Raum 7 umgelenkt und verteilt sich auf eine Vielzahl von Rauchgaszügen 8. Der freie Strömungsguerschnitt E-E im Raum 7 ist mindestens so qroß, vorzugsweise 1,5 mal größer als die Flächensumme der Rauchgaszüge 8. Die Einzel ströme von nahezu gleicher Mächtigkeit vereinigen sich im Rauchgaskanal 9 und werden über den Kanal 11 in die benachbarten Feuerkammern 2¹ abgeleitet.

Im Rauchgaskanal 9 sind rechteckige, gerundete Stützpfeiler 10 angeordnet, deren Schmalseiten in Strömungsrichtung weisen. Die strömungsungünstige Form bekannter Ausführung ist mit 10a bezeichnet.

Die Vorzüge eines Kammerringofens nach der Erfindung bestehen in einer wesentlichen Vergleichmäßigung der Strömungsgeschwindigkeit in den Rauchgaszügen. Vergleichsmessungen an Modellen im Maßstab 1 : 5 ergaben für Kammerringöfen bekannter Ausführung Abweichungen der Rauchgas— geschwindigkeit bis zu 600 %, in erfindungsgemäßen Modellöfen mit einem Querschnittsverhältnis > 2 betrug die Abweichung maximal nur 50 %■. Die maximalen Temperaturdifferenzen innerhalb einer Kassette sind entsprechend in erfindungsgemäßen Kammerringöfen nur etwa 1/10 der Differenz in bekannten Öfen. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausführung besteht in einer Verminderung des Druckverlustes um etwa 50 bis 60 % gegenüber Kammerringöfen herkömmlicher Bauart.

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Ergebnisse vergleichender Messungen an Modellen sind in der folgenden Tabelle wiedergegeben. Unter dem Begriff "Querschnittsverhältnis" ist jeweils das Verhältnis des freien Strömungsquerschnitts von Deckelraum bzw. Rauchgaskanal zur Summe der Querschnitte der Rauchgaszüge in den Kassettenwänden zu verstehen. "Relativgeschwindigkeit" bedeutet das Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeiten in den Rauchgaszügen in der letzten bzw. der vordersten, dem Feuerschacht anliegenden Kassettenwand.

Tabelle Querschnittsverhältnis

Rauchgaskanal 0,4 1,5

Deckelraum 0,5 1,0

Ergebnis

Relativgeschwindigkeit 6,7 1,4 Druckverlust mbar 3 1

4 Patentansprüche
3 Figuren

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Claims (4)

Patent a nsprüc he

1. Kammerringofen mit einer Vielzahl durch Kanäle verbundene Kammern zur Aufnahme des Brenngutes, wobei jede Kammer an einer Stirnseite Feuerschrich te aufweist, die Kammern durch Kassettenwände unterteilt sind, welche mit einem unterhalb der Kassetten angeordneten Stützpfeiler enthaltenden Rauchgaskanal verbundene Rauchgaszüge aufweisen und jede Kammer oberhalb der Kassetten durch einen gewölbten Deckel verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet daß der freie Strömungsquerschnitt einer lotrechten, den Scheitelpunkt des Deckels enthaltende Ebene zwischen der oberen Kante der Kassettenwände und dem Deckel und/oder der freie Strömungsquerschnitt des Rauchgaskanals unterhalb der Kassetten mindestens so groß wie die Summe der Querschnitte der Rauchgaszüge ist.

2. Kammerringofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Verhältnis der freien Strömungsquerschnitte wenigstens 1,5 beträgt.

3. Kammerringofen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel korbbogenförmig gewölbt ist.

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4. Karnmerringofen nach Anspruch 1 und 2 oder 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet , daß die im Rauchgaskanal angeordneten Stützpfeiler einen rechteckigen Querschnitt und abgerundete Kanten aufweisen, wobei das Verhältnis Krümmungsradius/Breite des Stützpfeilers mindestens 0,15 beträgt.

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