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Vorrichtung zum Wärmebehandeln von porösen
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keramischen Formkörpern sowie Verfahren zum Betrieb dieser Vorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Wärmebehandem von porösen keramischen
Formkörpern nach dem Durchströmungsverfahren. Die Erfindung betrifft weiterhin ein
Verfahren zum Betrieb dieser Vorrichtung.
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Keramische Formkörper, beispielsweise Ziegelsteine, Bauplatten o.dgl.,
auch solche mit poröser Struktur, werden üblicherweise nach dem Formen und ggf.
Trocknen in Tunnelöfen gebrannt. Diese Öfen arbeiten nach dem Durchlaufverfahren
und sie übertragen die Wärme zum größten Teil mittels strömender Gase, teilweise
aber auch durch Strahlung auf die Oberfläche der Formkörper, wonach die Wärme dann
durch Leitung in das Innere des Formkörpers weitertransportiert wird. Die Brenngeschwindigkeit
in solchen Öfen richtet sich dabei in der Hauptsache nach dem Wärmeleitvermögen
der keramischen Formkörpermasse.
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Speziell zum Brennen von solchen Formkörpern, die zumindest im Rohzustand,
also im ungebrannten Zustand, porös sind, ist es bekannt, das Durchströmverfahren
anzuwenden. Dabei wird die zum Aufheizen des Rohlings erforderliche Wärmemenge nicht
nur durch Konvektion an die Oberfläche des Rohlings transportiert und dann durch
Leitung im Innern weiterbefördert sondern die
erforderliche Wärmemenge
wird durch ein strömendes Gas durch die Poren des Rohlings transportiert und auf
diese Weise dem Rohling übertragen. Da die Wärmeleitung durch dickere Steinschichten
in diesem Falle fortfällt, wird die Gesamtbrenndauer wesentlich reduziert.
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Ein derartiges Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Ausführung des
Verfahrens ist beispielsweise in der DE-PS 19 14 372 beschrieben.
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Das vorbekannte Verfahren wird an porösen Granulatschüttungen ausgeführt,
welche aus Blähton bestehen.
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Die Granulatschüttung wird dabei in Formkästen eingefüllt, die mit
einem porösen Boden und gegebenenfalls auch einer porösen Deckelplatte ausgerüstet
sind. Die Wärme wird mittels strömender Gase auf den Formkasten sowie den Inhalt,
also die Granulatschüttung übertragen und nach Aufheizen des Granulates auf die
gewünschte Temperatur werden die Formkästen aus dem Ofen entfernt. Nach Erreichen
der Blähtemperatur setzt der Blähvorgang langsam ein, was bereits im Ofen geschieht.
Da eine weitere Wärmezufuhr nicht erforderlich ist, kann der Blähvorgang außerhalb
des Ofens beendet werden. Die Blähtongranulate wachsen dabei unter Schließung der
Poren zu einem gasundurchlässigen Formkörper zusammen.
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Wegen der Formunbeständigkeit der Granulatschüttung ist beim vorbekannten
Verfahren die Verwendung von Formkästen unerläßlich. Diese Formkästen andererseits
machen das Verfahren aber unwirtschaftlich, da sie nicht nur zum Aufheizen eine
erhebliche Wärmemenge benötigen, sondern da sie durch ihre Wärmekapazität auch die
Brenndauer und somit die Ofenbelegung weit über das an sich erforderliche Maß erhöhen.
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Sollen poröse keramische Formkörper gebrannt werden, die bereits im
Rohzustand eine hinreichende Eigenfestigkeit aufweisen, so ist die Verwendung von
Formkästen beim Brennen nach dem Durchströmungsverfahren nicht erforderlich. In
diesem Fall könnte folglich auf die thermisch träge Masse dieser Kästen verzichtet
und ein fortschrittliches Brennverfahren angewandt werden, sofern es gelingt, eine
Ofenkonstruktion anzugeben, deren thermisch träge Masse auf ein Minimum reduziert
ist und die dennoch den empfindlichen Rohling in der gewünschten Weise verarbeiten
kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorbekannten nach dem
Durchströmungsverfahren arbeitenden Brennvorrichtungen derart weiterzuentwickeln,
daß poröse keramische Formkörper hinreichender Eigensteifigkeit ohne Zuhilfenahme
von Formkästen wärmebehandelt werden können.
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Bei der Lösung dieser Aufgabe wurde von einer Vorrichtung ausgegangen,
die wenigstens eine Ofenkammer aufweist sowie Einrichtungen zum Erzeugen, Leiten
und Aufheizen eines Gasstromes und die mit einer durch die Ofenkammer führenden
Transporteinrichtung für die Formkörper ausgestattet ist. Die vorgeschlagene Vorrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, daß die Transporteinrichtung wenigstens zwei endlose
Metallbandschlaufen aufweist, die über Umlenkrollen geführt und von wenigstens einer
dieser Umlenkrollen antreibbar ist und deren oberer durch die Ofen kammer oder Ofenkammern
führender Trum auf Hohlprofilen aufliegt, deren dem Trum zugewandte Seite Öffnungen
aufweist und die mit einer Kühlgasquelle verbunden sind. Es handelt sich bei der
Wärmebehandlungsvorrichtung also um einen nach dem Durchströmverfahren arbeitenden
Ofen mit einer bandförmigen Transporteinrichtung. Die wärmezubehan-
delnden
porösen keramischen Formkörper werden auf diese Transporteinrichtung aufgelegt,
wobei sie nur mit einem Bruchteil ihrer Grundfläche die Metallbänder berühren. Um
die Wärmebelastung der Bänder in erträglichen Grenzen zu halten, sind diese an ihrem
durch die Ofenkammer führenden Trum auf den erwähnten Hohlprofilen gelagert und
sie werden dadurch gekühlt, daß durch die Hohlprofile ein Kühlgasstrom geleitet
wird, der das Metallband durch Öffnungen, die eigens hierzu im Hohlprofil angebracht
sind, von unten bespült.
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Die Öffnungen im Hohlprofil können verschiedene Ausgestaltung haben.
So wird als bevorzugte Ausführungsform vorgeschlagen, daß die Hohlprofile an ihrer
dem Trum zugewandten Seite in Profillängsrichtung verlaufende Kühlgasaustrittsschlitze
aufweisen. Anstelle der Kühlgasaustrittsschlitze können aber auch Perforationen
angeordnet sein. Des weiteren wird als bevorzugte Ausführungsform vorgeschlagen,
daß die Hohlprofile an ihrer jeweils dem Trum zugewandten Seite eine Führungsrinne
für die Aufnahme des Trums aufweisen, in deren Bereich die Kühlgasaustrittsschlitze
oder Perforationen angeordnet sind. Durch diese Führungsrinne wird ein exakter Lauf
des Trums erreicht, was im Hinblick auf die relativ hohe Empfindlichkeit der Rohlinge
vor Eintritt der Festigkeitssteigerung durch das Brennen erwünscht ist.
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Die Hohlprofile können beispielsweise Vierkantprofile sein. Sie können
an ihrem einen Ende mit einer Kühlgasquelle, beispielsweise einem Gebläse verbunden
sein und am anderen Ende einen Druckregulator, beispielsweise in Form einer schwingend
gelagerten Abschlußplatte aufweisen. Bei größeren Längen kann es empfehlenswert
sein, Kühlgas an mehreren Stellen dem Hohlprofil zuzuleiten, wobei dann naturgemäß
auch mehrere Gebläse angeordnet sind.
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Die erwähnten Druckregulatoren gestatten es, den Druck im Innern der
Hohlprofile auf bestimmte gewollte Werte einzustellen. Erfindungsgemäß wird dies
dazu ausgenützt, um den Überdruck in den Hohlprofilen derart zu regulieren, daß
die auf dem oberen Trum des Metallbandes aufliegende Last ganz oder teilweise kompensiert
wird. Durch diese Maßnahme läßt sich die Belastung des Bandes, insbesondere die
Zugbelastung stark verringern. Es ist dies wichtig, da die Zugbelastung naturgemäß
ohne die erwähnte Maßnahme von der Belastung des Bandes durch die aufliegenden Steine
abhängt und durch deren Gewicht bis in die Nähe der Fließgrenze des Bandmateriales
kommen kann. Durch die vorgeschlagene Gewichtskompensation wird die Reibung des
Bandes in seinen Gleitlagern verringert und dadurch der Lauf störungsfreier gestaltet.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Zeichnung näher
erläutert. Es stellen dar: Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt mit mehreren
Ofenkammern; Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch eine Vorrichtung mit
einer Ofenkammer; Fig. 3 eine schematische Draufsicht durch die Vorrichtung gemäß
Fig. 2; Fig. 4 eine perspektivische Darstellung der wesentlichen Teile der Transporteinrichtung.
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Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird zunächst der grundsätzliche Aufbau
der Vorrichtung sowie das Arbeitsprinzip beschrieben.
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Der dargestellte Ofen ist als Ganzes mit 1 bezeichnet.
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Er weist vier Ofenkammern 2;3;4;5 auf. Die Ofenkammer 5 ist mit einer
Einlaßöffnung 6 und die Ofenkammer 2 mit einer Auslaßöffnung 7 ausgestattet. Im
Innern des Ofens sind die Ofenkammern durch Trennwände 8,9 und 10 voneinander getrennt,
in denen sich Durchlaßöffnungen 11,12 und 13 befinden, welche den Abmessungen der
zu behandelnden Formkörper weitgehend angepaßt sind.
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Durch diese Maßnahmen wird im Ofen eine definierte Gasströmung erreicht.
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Der Ofen weist des weiteren eine Transportvorrichtung 14 auf, die
aus wenigstens zwei parallelen schmalen Metallbandschlaufen 15 besteht. Die Schlaufen
sind über Umlenkrollen 16 und 17 geführt, die sich außerhalb des Ofen raumes befinden
und von denen wenigstens eine, beispielsweise die Umlenkrolle 16, angetrieben ist.
Die Umlenkrollen müssen einen hinreichend großen Durchmesser aufweisen, damit die
Metallbänder keiner übermäßigen Biegebeanspruchung unterworfen werden. Das Metallband
kann beispielsweise eine Dicke von 0,5 bis
2 mm aufweisen, wobei
dann die Umlenkrollen 16 und 17 einen Durchmesser von ca. 1000 mm haben sollten.
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Die Metallbandschlaufe 15 besteht aus einem oberen Trum 18 und einem
unteren Trum 19. Das obere Trum 18 ist durch den Ofen geführt und dient dem Transport
der wärmezubehandelnden Formkörper 20. Bei der dargestellten Ausführungsform ist
die Laufrichtung der Transportvorrichtung so gewählt, wie dies durch die Pfeile
21 angedeutet ist. Die Formkörper treten also durch die Einlaßöffnung 6 in den Ofen
ein und durch die Auslaßöffnung 7 wieder aus.
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Das untere Trum 19 der Metallbandschlaufe wird bei der dargestellten
Ausführungsform unterhalb des Ofens geführt und ist, um das Durchhängen zu vermeiden,
auf Rollen 22 gelagert.
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Die Ofenkammer 2 ist über eine Zuleitung 23 mit einem Gebläse 24 verbunden,
welches einen Luftstrom erzeugt und diesen in die Ofenkammer 2 einbläst. Der Luftstrom
durchsetzt die in dieser Ofenkammer vorhandenen Formkörper und tritt danach in das
Ofenuntergeschoß 25 ein. Dort wird der Luftstrom umgeleitet und passiert dann die
Formkörper 20, welche sich in der Ofenkammer 3 befinden. Von dort aus tritt der
Luftstrom durch eine Gasleitung 26 geführt, in die Ofenkammer 4 ein, passiert erneut
die dort vorhandenen Formkörper und gelangt schließlich in das Ofenuntergeschoß
50. Auch dort erfährt der Gasstrom eine Umlenkung, worauf er die Formkörper durchsetzt,
die sich in der Ofenkammer 5 befinden. In der Ofenkammer 5 wird der Gasstrom wiederum
umgeleitet, durchsetzt erneut Formkörper und tritt dann in das Ofenuntergeschoß
27 ein. Das Ofenuntergeschoß 27 ist mit einer Gasableitung 28 verbunden,
welche
die Gase vorzugsweise einer nicht dargestellten Gasreinigungsvorrichtung zuführt
und dann, gegebenenfalls nach Wärmerückgewinnung in einem Rekuperator o.dgl. ins
Freie führt.
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Die Gasleitung 26 ist in ihrem absteigenden Ast 29 mit einem oder
mehreren Brennern 30 ausgerüstet. Mit Hilfe dieser Brenner kann der Gasstrom aufgeheizt
werden.
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Der Material- und Wärmefluß im dargestellten Ofen ist nun folgender:
Die Formkörper 20 treten bei der Einlaßöffnung 6 mit Raumtemperatur und gegebenenfalls
noch feuchtigkeitshaltig in den Ofen ein. Sie werden dort zunächst in der Ofenkammer
5 zweimal von einem Gasstrom durchsetzt, der zuvor vom Brenner 30 auf Maximaltemperatur,
beispielsweise 12000C aufgeheizt worden ist und der seinen Wärmeinhalt schon weitgehend
in der Ofenkammer 4 an weiter vorgerückte Formkörper abgegeben hat. Dieser Gasstrom
entzieht den Formkörpern in der Ofenkammer 5 zunächst bei zweimaligem Durchgang
seine Feuchtigkeit. Die so getrockneten Formkörper treten dann in die eben erwähnte
Ofenkammer 4 ein, werden von Heißgas durchsetzt und gesintert. Sie speichern dabei
eine erhebliche Wärmemenge, welche bei weiterem Vorrücken in den Ofenkammern 3 und
2 an den vom Gebläse 24 eingeblasenen Frischgasstrom abgegeben werden. Dieser Frischgasstrom
wird dadurch vorgewärmt, so daß ein Teil der von den Formkörpern gespeicherten Wärme
wieder zurückgewonnen wird. Die weitgehend abgekühlten, nunmehr gesinterten Formkörper
verlassen durch die Auslaßöffnung 7 den Ofen und können abgeräumt werden.
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Das obere Trum 18 der Metallbandschlaufe 15 ruht jeweils auf einem
Hohlprofil 31, welches durch die Ofenkammern 2-5 geführt ist. Einzelheiten dieses
Hohlprofiles werden weiter unten anhand der Fig. 4 erläutert.
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Am Ofenausgang ist das Hohlprofil 31 mit einer Kühlgasquelle 32, beispielsweise
einem Gebläse, verbunden, welches Frischluft in das Hohlprofil einpumpt. Diese Frischluft
bespült durch Öffnungen 41 die Unterseite des Trums 18 und kühlt dieses.
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In den Figuren 2 und 3 ist eine andere Ausführungsform eines im Rahmen
der Erfindung verwendbaren Ofens wiedergegeben. Gleiche Teile sind dabei mit gleichen
Bezugszeichen versehen. Zusätzlich ist aus Fig. 2 ersichtlich, daß die Umlenkrolle
16 von einem Motor 33 angetrieben werden kann. Desweiteren ist zu erkennen, daß
das Hohlprofil 31, welches am Ofenausgang mit einer Kühlgasquelle 32 verbunden ist,
am Ofeneingang einen Druckregulator 34 aufweist, der dort als beweglich aufgehängte
Klappe dargestellt ist. Die Klappe wird vom Kühlgasstrom, der durch das Hohlprofil
31 strömt, gegen ihr Gewicht angehoben. Sie versucht infolge ihres Gewichtes in
Richtung des Pfeiles 35 zurückzupendeln und verändert dadurch den Kuhlgasaustrittsspalt
36. Dies bewirkt, daß der Kühlgasdruck im Innern des Hohlprofiles stets annähernd
konstant gehalten wird.
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Durch entsprechende Einstellung der Druckregulatoren 34 ist es des
weiteren möglich, den Überdruck in den Hohlprofilen 31 so einzustellen, daß die
auf dem Trum 18 liegende Last ganz oder teilweise kompensiert wird. Es wird dadurch
die Reibung zwischen dem Trum 18 und dem Hohlprofil 31 verringert, was wesentlich
zur Schonung des Bandes beiträgt.
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Fig. 3 zeigt eine Einrichtung gemäß Fig. 2 in der Draufsicht. Es ist
erkennbar, daß zwei Metallbandschlaufen 15 und 15' durch den Ofen führen, deren
Umlenkrollen 16;17 einerseits und 16';17' andererseits gleichförmig umlaufen, da
sie durch die Wellen 37 und 38 jeweils miteinander gekuppelt sind. Es wird auf diese
Weise hinreichender Gleichlauf der beiden Metallbandschlaufen erzielt, so daß die
Formkörper 20, die nur mit einem geringen Teil ihrer unteren Fläche auf den Metallbändern
aufliegen, exakt parallelliegend durch den Ofen gefördert werden.
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In Fig. 4 ist ein Ausschnitt der Transportvorrichtung 14 perspektivisch
dargestellt. Es ist erkennbar, daß die beiden Hohlprofile 31 beim dargestellten
Ausführungsbeispiel nahezu quadratischen, jedenfalls viereckigen Querschnitt aufweisen.
Die Hohlprofile sind ferner an ihrer dem oberen Trum 18 zugewandten Seite mit in
Profillängsrichtung verlaufenden Öffnungen 41 ausgerüstet, die im dargestellten
Ausführungsbeispiel die Form von Schlitzen 39 haben.
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Anstelle dieser Schlitze können aber auch Perforationen, also kleine
Löcher beliebiger Gestalt, vorhanden sein.
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Des weiteren ist aus Fig. 4 erkennbar, daß die Hohlprofile 31 an ihrer
jeweils dem oberen Trum 18 zugewandten Seite eine Führungsrinne 40 aufweisen, in
der das Trum 18 läuft und geführt wird, ohne seitlich ausweichen zu können. Die
Hohlprofile 31 sind in Fig. 4 nach vorne geöffnet dargestellt, um den Einblick in
das Profilinnere zu ermöglichen und die Führungsrinne 40 besser darstellen zu können.
In Wirklichkeit sind diese Profile natürlich nach vorne geschlossen, da andernfalls
das Kühlgas dort entweichen würde.
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Um die Reibung des Trums 18 auf den Hohlprofilen 31 (in der Führungsrinne
40) weiter zu reduzieren, ist es möglich, Graphit oder ein anderes geeignetes wärmebeständiges
Gleitmittel einzuspritzen. Diese Maßnahme kann auch zusätzlich nützlich sein, wenn
durch entsprechenden Überdruck die Reibung zwischen den genannten Teilen an sich
bereits reduziert ist.
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Bezugszeichenliste 1 Ofen 2 Ofenkammer 3 Ofenkammer 4 Ofenkammer
5 Ofenkammer 6 Einlaßöffnung 7 Auslaßöffnung 8 Trennwand 9 Trennwand 10 Trennwand
11 Durchlaßöffnung 12 Durchlaßöffnung 13 Durchlaßöffnung 14 Transportvorrichtung
15 Metallbandschlaufe 16 Umlenkrolle 17 Umlenkrolle 18 oberes Trum 19 unteres Trum
20 Formkörper 21 Pfeil 22 Rollen 23 Zuleitung 24 Gebläse 25 Ofenuntergeschoß 26
Gasleitung 27 Ofenuntergeschoß 28 Gasableitung 29 absteigender Ast v. 26 30 Brenner
31 Hohlprofile 32 Kühlgasquelle 33 Motor 34 Druck regulator 35 Pfeil 36 Kühlgas-Austrittsspalt
37 Welle 38 Welle 39 Kühlgas-Austrittsschlitze 40 Fuhrungsninne 41 Öffnungen 50
Ofenuntergeschoß
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