DE3016852C2 - Elektrisch beheizter Durchlauftunnelofen - Google Patents

Description

dadurch gekennzeichnet,

1.4 mindestens ein Schieber (14) von der Tunneldecke (2) her vertikal in den Tunnel (9) einschiebbar ist und die Seitenkanten (15) des Schiebers jeweils im Abstand (16) von den Tunneiwänden entfernt enden.

2. Durchlauftunnelofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber rechteckförmig ist.

3. Durchlauftunnelofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellung des Schiebers (14) durch in den Tunnel (9) hineinragende Sauerstoffmeßfühler regelbar ist.

4. Durchlauftunnelofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadu.ch gekennzeichnet, daß in der Sinterzone (12) in Durrhlaufrichtung (6) verteilt angeordnete Sauerstoffmeßfühler vorgesehen sind.

Die Erfindung betrifft einen elektrisch beheizten Durchlauftunnelofen, insbesondere zum Brennen von keramischen Massen, bestehend aus

1.1 einer Aufheizzone, einer Sinterzone und einer Kühlzone,

1.2 Mitteln, die Schutzgas von der Tunnelausgangsseite her einblasen,

1.3 mindestens einem quer zur Durchlaufrichtung des Brenngutes angeordneten Schirm im Ofenmauerwerk der Diffusion in diesem.

Tunnelofen dieser Gattung sind beispielsweise in der DE-PS 15 08 514 beschrieben.

Die zu brennenden Formlinge aus keramischer Masse, bei denen es sich beispielsweise um elektronische Bauteile handeln kann, werden auf Schubplatten od. dgl. aufgesetzt, die kontinuierlich durch den Tunnelofen hindurchgeschoben werden. Anstelle von Schubplatten können jedoch auch Wagen, Schlitten od. dgl. als Träger für die keramischen Formlinge eingesetzt werden.

Bei derartigen Durchläuftunnelöfen ist es wichtig, in allen in Durchlaufrichtung hintereinanderliegenden Ofenzonen eine Temperaturverteilung zu gewährleisten, die in den einzelnen Durchlaufstellungen jeweils über das gesamte Querschnittsprofil des Ofenkanals gleich ist. Die Ofentemperatur beginnt am Tunneleingang praktisch mit der Umgebungstemperatur des Tunnelofens, z, B, 20⁰C, In der folgenden Aqfheizzone steigt die Ofentemperatur langsam und stetig auf die Sintertemperatur von z.B. 1300 bis 1500⁰C an. Auf diesem Temperaturniveau wird die Ofentemperatur über die gesamte, an die Aufheizzone anschließende Sinterzone gehalten und danach beginnt die Kühlzone, in der die Temperatur stetig bis zum Tunnelausgang abfällt Am Tunnelausgang beträgt die Ofentemperatur z. B. ca. 100° C.

Ebenso wie bei der Temperaturverteilung ist es wichtig, in den einzelnen Durchlaufbereichen des Ofens über das Querschnittsprofil des Ofentunnels eine gleichbleibende Zusammensetzung der Ofenatmosphäre zu gewährleisten. Die Ofenatmosphäre besteht in

is aller Regel aus einem Sauerstoff-Stickstoff-Gemisch, dassen Sauerstoff-Stickstoff-Verteilung am Tunneleinga:ig der Umgebungsluft entspricht Mit zunehmendem Fortschreiten in Durchlaufrichtung wird der Sauerstoffanteil durch Einleiten von Stickstoff oder einem anderen Schutzgas abgesenkt Dadurch, daß der Ofen elektrisch beheizt ist, wird für die Beheizung kein Sauerstoff verbraucht. In der Sinterzone ist der Sauerstoffanteil infolge des erwähnten Schutzgaszusatzes in der Ofenatmosphäre bis auf ca. 2 bis 10% abgesenkt Ab Beginn der Kühlzone muß der Sauerstoffgehalt oft weniger als 0,01% betragen, also praktisch völlig eliminiert sein. Der Stickstoff oder das Schutzgas wird bei solchen Öfen in den Tunnelausgang eingeblasen und das Schutzgas strömt entgegen der Durchlaufrichtung des Brenngutes.

Die Stickstoffeinblasung in die Kühlzone hat bei herkömmlichen Tunnelofen folgende Auswirkungen auf das die Sinterzone durchlaufende Brenngut:

Das auf Schubplatten od. dgl. aufgesetzte Brenngut reicht bis nahe an die Tunnelseitenwände, hat aber in der Regel einen größeren Abstand zur Tunneldecke, zumal zwischen Tunneldecke und Brenngut die Deckenheizelemente liegen und die freie Höhe von der Bauhöhe der das Brenngut bildenden Bauteile abhängt.

Folglich weist — in der Schichthöhe des Brenngutes — die Schutzgasströmung im Bereich dt»' Ofenseitenwände in der Regel eine geringere Strömungsgeschwindigkeit auf als im Mittelbereich des Ofenquerschnittes. Dies beruht auf der abbremsenden Reibwirkung der nahen Tunnelseitenwände auf die Schutzgasströmung. Die Strömungsfront des Schutzgases weist daher in Höhe des Brenngutes über die Breite des Ofentunnels die Form einer entgegen der Durchlaufrichlung stark ausgebauchten Parabel auf. Dies bedeutet, daß in der

so Sintertemperaturzone durch die Schutzgaseinblasung vom Tunnelausgang her im Mittelbereich des Tunnels der auf das Brenngut einwirkende Sauerstoffgehalt der Ofenatmosphäre stärker reduziert ist als in den beiden Seitenbereichen. Es liegt also in der Sintertemperaturzone keine erwünscht gleichmäßige Sauerstoff-Schutzgas-Verteilung jeweils über den gesamten Ofenquerschnitt vor. Hierdurch wird die gleichmäßige Qualität des Brenngutes beeinträchtigt.
Der in der deutschen Patentschrift 15 08 514beschriebene Tunnelofen dient zum Sintern von weichen Ferriten. Er ist in mehreren Zonen unterteilt, die in Durchlaufrichtung hintereinander angeordnet sind. In jeder Zone muß eine bestimmte Gasatmosphäre, insbesondere Sauerstoffatmosphäre geschaffen und aufrechterhalten werden. Um dies zu ermöglichen, sind beim vorbekannten Ofen Blechschirme in das Mauerwerk des Ofens eingelassen, welche gasundurchlässig sind und welche lediglich im Bereich des Durchtritts-

quersebnUtes für das Brenngut eine öffnung aufweisen. Die Blechschirme bewirken demnach, daß eine Gasdiffusion im Mauerwerk des Ofens unterbunden wird. Auf die Verteilung der Gasströmung im Ofenkanal haben sie keinen Einfluß,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrisch beheizten Durchlauftunnelofen nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs so weiterzubilden, daß das Querschnittsprofil der Temperaturverteilung sowie der Gaszusammensetzung im Ofenraum beeinflußbar ist Zur L«mng dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß mindestens ein Schieber von der Tunneldecke her vertikal in den Tunnel einschiebbar ist und die Seitenkanten des Schiebers jeweils im Abstand von den Tunnelwänden entfernt enden. Die Wirkung dieser Maßnahme besteht darin, die Gasströmung durch die Schieber in dem vom Brenngut durchlaufenden Tunnelmittenbereich in ähnlicher Weise abzubremsen, wie dies in den Seitenbereichen des Tunnels durch die Tunnelseitenwände von Haus aus der Fall ist Dies hat die Folge, daß je nach Abstand der Schieberunterkante vom Brenngut und der Brenngutkontur der Bauch der parabelförmigen Gasströmungsfront eingedriickt, abgeflacht oder sogar etwas in Durchlaufrichtung umgekehrt wird. Die Seitenkanten der Schieber sollen von den Tunnelseitenwänden einen Abstand einhalten, weil in den oberen Eckbereichen des Tunnelquerschnittes schon von den Seitenwänden her eine ausreichende Bremswirkung auf die Gasströmung ausgeübt wird.

Aus der DE-AS 15 08 478 ist es zwar an sich bekannt, einen Schieber von der Tunneldecke in den Tunnel einschiebbar anzuordnen. Der Zweck dieser Schieber ist aber je nach erforderlicher Temperaturverteilung eine Brennkammer, von denen beim dort beschriebenen Ofen mehrere in Längsrichtung hintereinander angeordnet und mit einer zentralen Heizkammer, die das Brenngut aufnimmt, verbunden sind, jeweils mit dem zugeordneten Abzugskanal zu verbinden. Durch das Öffnen oder Schließen der erwähnten Schieber werden auf diese Weise Gasströmungswege geschaffen, die eine Beeinflussung der Temperaturverteilung ermöglichen. Eine Beeinflussung des Querprofils von strömendem Gas durch Herbeiführung einer mehr oder weniger starken Reibung an den Seitenkanten solcher Schieber ist in der Vorveröffentlichung nicht beschrieben.

Zum Stand der Technik gehört ferner noch die DE-AS 24 28 090, in der ein Temperaturregelverfahren für einen Mehrzonendurchlaufofen beschrieben ist. Es wird dcrt vorgeschlagen, die Untertemperatur eines aufzuwärmenden Werkstückes zu messen und das Signal außer zum Untertemperaturregler auch über ein Ober-Untertemperatur-Verhältnismeßgerät, in dem es entsprechend einem eingestellten Wert geändert wird, einem Obertemperaturregler für die gleiche Wärmezone zuzuführen. Zweck des beschriebenen Regelverfahrens ist es, die sich im Laufe der Zeit verschlechternde Isolierung des Ofens zu berücksichtigen und sicherzustellen, daß über die gesamte Lebensdauer des Ofens eine gleiche Temperaturregelung möglich ist.

Des weiteren gehört zum Stand der Technik noch die w> DE-AS 15 08 491. In dieser Vorveröffentiichung ist ein Verfahren zum Regeln von Tunnelofen beschrieben, bei welchen zum Regeln der Druckdifferenz zwischen Vorwärm· und Kühlzone Strömungsklappen für den Schornsteinzug vorhanden sind. Auch mit diesen Strömungsklappen ist es nicht möglich, das Querprofil der Temperatur bzw. Ofengaszusammensetzung zu beeinflussen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Schieber im Querschnitt rechteckförmig ist. Ein derartiger Querschnitt bewShrt sich insbesondere dann, wenn auch, wie häufig, der Diurchlaufquerschnitt des Ofens rechteckig geformt ist.

Weiter wird vorgeschlagen, daß die Verstellung des Schiebers durch Sauerstoffmeßfühler regelbar ist, die in den Tunnel hineinragen. Vorzugsweise sollen in der Sinterzone in Durchlaufrichtung verteilt mehrere derartige Sauerstoffmeßfühler vorgesehen sein. Hierdurch ist es möglich, die Schieberstellung auf die Höhe des auf die Schubplatte od. dgl. aufgesetzten Brenngutes einzustellen bzw. im Mittelbereich des Ofenquerschnittes die Geschwindigkeit der Gasströmung mehr oder weniger den gewünschten Verhältnissen entsprechend abzubremsen, d. h. also zu steuern.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen vertikalen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten Tunnelofen,

F i g. 2 einen Teilquerschnitt entsprechend der Linie Il-II in Fig. 1 durch den oberen Teil de-¹ Tunnelofens,

Fig. 3 eine Darstellung des mittleren Sauerstoffgehaltes über die Länge des Durchlauftunnelofens,

Fig.4 eine schematische Kurvendarstellung des Sauerstoffgehaltes über die Tunnelbreite in der Sinterzone des Ofens gemessen etwa in Höhe des Brenngutes.

Der insgesamt mit 1 bezeichnete Durchlauf-Tunnelofen ist insbesondere durch unterhalb der Tunneldecke angeordnete Heizelemente elektrisch beheizt. Er weist insbesondere einen rechteckförmigen Durchlaufquerschnitt 3 auf. Der Tunnelofen 1 dient zum Brennen keramischer Massen, insbesondere zum Brennen elektronischer Bauteile 4, die auf Schubplatten 5 aufgestellt in Durchlaufrichtung 6 von der Tunneleingangsseite 7 zur Tunnelausgangsseite 8 durch den Innenraum 9 hindurchbefördert werden. Zur Steuerung der Sauerstoffverteilung im Innenraum 9 des Tunnelofens 1 wird Stickstoff von der Tunnelausgangsseite 8 hsr in Pfeilrichtung 10 in den Innenraum 9 eingeblasen.

Beginnend von der Tunnelausgangsseite 7 durchlauft das \5renngut (elektronische Bauteile 4) zunächst die Aufheizzone 11, sodann die Sinterzone 12 und dann die Kühlzone 13.

Im Bereich der Sinterzone 12 ist mindestens ein quer zur Durchlaufrichtung 6 verlaufender Schieber <4 von der Tunneldecke 2 her vertikal in den Innenraum 9 bzw. den Tunnel des Tunnelofens I einführbar, wobei die Seitenkanten 15 des Schiebers 14 mit Abstand 16 vor den Tunnelseitenwänden 17 enden.

Über die Länge des Bereiches der Sinterzone 12 gleichmäßig verteilt ist eine Mehrzahl von derartigen Schiebern 14 angeordnet. Der Durchlaufquerschnitt J des Tunnelofens 1 ist rechteckig. Auch der vom Schieber 14 ausfüllbare Querschnitt des Tunnelofens ist rechte
kig. Die einzelnen .Schieber 14 sind höherverstellDar, wie dies durch die Pfeile 18 gekennzeichnet ist.

Die Höhenverstellung der Schieber 14 ist durch in den Innenraum 9 des Tunnelofens 1 hineinragende nicht dargestellte Sauersijffmeßfühler regelbar. In Durchlaufrichtung 6 verteilt kann eine Mehrzahl derartiger Sauerstoffmeßfühler im Bereich der Sinterzone 12 angeordnet sein. In das Mauerwerk des Eereiches der Sinterzone 12 sind in jeweils etwa gleichmäßigen Abständen Diffusionsschirme 19 eingebracht, deren Funktion näher in DE-?S 15 08 514 beschrieben ist.

Durch Einblasen von Stickstoff von der Seite und

gegebenenfalls von oben her in die Sinterzone 12 sowie in Pfeilrichtiing 10 von der Tunnelausgangsseite 8 her nimmt der Or Verlauf innerhalb des Ofens den in F i g. 3 durch die Kurve 20 dargestellten Verlauf. Daraus ist ersichtlich, daß innerhalb der Kühlzone 13 praktisch kein O2 mehr vorhanden ist. Die Kühlzone ist also praktisch vollständig durch N₂ ausgefüllt. Die nähere Ausbildung der in Pfeilrichtung 10 verlaufenden N₂-Strömung isi also für die NrVerteilung innerhalb der Kühlzone ohne Belang. Anders verhält es sich jedoch in der Sinterzone 12, in der der Or Anteil der Ofenatmosphäre ausgehend vom Beginn 21 der Sinter/one 12 steil abfallt, dann über einen lungeren Durchlaufbereich 22 konstant bleibt und zum Ausgang 23 der Sintcr/one 12 hin steil zum Beginn der Kühlzone abfällt. Innerhalb dieser Sinterzone 12 weist der O.-Aiiteil der Ofenatmosphäre in Höhe des Brenngutes. d.h. in Höhe der auf die .Schubplatten 5 aufgesetzten elektronischen Bauteile 4 über die Breite 24 des Inneriraumes 9 bzw. des Durchlaufquerschnittcs 3 normalerweise, el. !1 ohne von oben her in den Durchlaufciiierschnitt 3 bis etwa in die Höhe des Brenngutes herabreichende Schieber 14 eine Verteilung auf. die der strichpunktierten Kurve 25 etwa entsprechen würde. Wegen der in den Bereichen der Seitenwände 17 abgebremsten Stickstoffströmung liegt in den Bereichen der Seitenwände 17 ein höherer Sauerstoffanteil vor als im Mitlelbereich 26. Die Kurve 25 ist parabelförmig ausgebildet; ihr Scheitelpunkt liegt etwa in der Mitte des Mittelbereiches 26.

* Durch das Herablassen der Schieber 14 in den Innenraum 9 des Ofens 1 in Richtung auf das Brenngut (elektronische Bauteile 4) wird der Mittelbereich 26 der Kurve 23 gewissermaßen eingeebnet, wie dies durch die ununterbrochen aufgezeichnete Kurve 27 etwa darge stellt ist. Durch noch weiteres Herablassen des Schiebers 14 kann die Kurve des Sauerstoffanieils der Ofenatmosphäre — verteilt über die Ofenbreite 24 — sog.ir einen negativen Verlauf aufweisen, wie dies durch die gesirichelle Kurve 28dargestellt ist. l);is schraffierte

is leid 29 zeigt den Bereich, innerhalb dessen die Sauerstoff-Stickstoff-Verteilung art jeweils derselben Stelle der Diirchlaufrichlung 6 über die Breite 24 des Innenraumes 9 variieren kann. Dadurch wird deutlich, daß das Variations- bzw. Toleranzbereich über die

>n Breite 24 wesentlich eingeengt wird gegenüber einem Ofen ohne die Schieber 14.

Die Skala 30 neben den Kurven 25, 27, 28 ist /war mit Prozentangaben versehen: diese sind jedoch nur qualitativ zu verstehen.da ihre Relevanz davon abhängt.

>i an welcher Stelle der Sinterzone 12 die Sauerstoff-Stickstoff-Verteilung gemessen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche;

1. Elektrisch beheizter Durchlauftunnelofen, insbesondere zum Brennen von keramischen Massen, bestehend aus

1.1 einer Aufheizzone, einer Sinterzone und einer Kühlzone,

12 Mitteln, die Schutzgas von der Tunnelausgangsseite her einblasen,

\3 mindestens einem quer zur Durchlaufrichtung des Brenngutes angeordneten Schirm im Ofenmauerwerk zum Verhindern der Diffusion in diesem,