DE3510754C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Industrieofen zum Brennen glasierter und unglasierter keramischer Werkstücke.

Beim Brennen von Glasuren auf keramischen Körpern (Werk­ stücken) ergeben sich immer wieder Qualitätsprobleme, wobei das Glasuraussehen immer im Vordergrund steht.

Versuche haben gezeigt, daß die Qualität der Glasur abhängig vom Partialdruckgefälle im Ofen ist. Ein hohes Partial­ druckgefälle ergibt sich beispielsweise in der Hochtem­ peraturzone eines Porzellan-Brennofens, wo es zu Ausdampfun­ gen der Glasur kommt.

In anderen Anwendungsbereichen ergeben sich ähnliche Probleme aufgrund eines zu hohen Partialdruckgefälles im Ofen. Hierbei spielt auch eine Rolle, daß über den Ofenquerschnitt gesehen unterschiedliche Zonen des zu brennenden Gutes unterschiedliche Temperaturen aufweisen, wodurch eine erhöhte Konvektion im Ofenkanal bedingt ist.

Die Erfindung soll eine Möglichkeit zur Qualitätsverbesse­ rung zu brennender keramischer Werkstücke und insbesondere eine Möglichkeit aufzeigen, wie ein im Ofen ausgebildetes Partialdruckgefälle so gering wie möglich gehalten werden kann.

Die Erfindung schlägt dazu einen Industrieofen zum Brennen glasierter und unglasierter keramischer Werkstücke vor, bei dem unterhalb der das zu brennende Gut tragenden Ein­ richtung Strahlungsbrenner angeordnet sind.

Die Verwendung von Strahlungsbrennern in keramischen Glatt­ brandtunnelöfen für Feinkeramik ist beispielsweise aus den Deutschen Offenlegungsschriften 28 00 895, 30 16 886 und 33 05 186 bekannt. Nach der die geometrische Anordnung betreffenden DE-OS 28 00 895 sollen die Strahlungsbrenner in der Decke und/oder den Seitenwänden der neutralen oder Reduktionszone des Ofens eingesetzt werden, und zwar in Kombination mit Hochgeschwindigkeitsbrennern. Die beschrie­ benen Probleme lassen sich damit aber nicht vollständig lösen.

Der erfindungsgemäße Einsatz der Strahlungsbrenner führt zu einer drastischen Reduzierung von Turbulenzen im Ofen­ kanal bzw. in der Brennkammer, da die Strahlungsbrennner eine flächenförmige Flamme mit großer Flammenoberfläche ermöglichen, deren Wärmeübertragung praktisch ausschließlich auf Strahlung beruht. Die Strahlung bedingt eine Wärmeüber­ tragung unmittelbar von unten vom Gas auf das zu brennende Gut, vom Gas auf die Ofenwand und von der Ofenwand zurück auf das Gut.

Hierdurch wird nicht nur eine günstige Wärmeübertragung erreicht, sondern insbesondere auch die Temperatur über den Ofenquerschnitt gesehen deutlich vergleichmäßigt.

Die Folge hiervon ist, daß beim Glasurbrand von keramischen Werkstücken weniger Ausdampfungen (weitestgehend minimiertes Partialdruckgefälle) der Glasur beobachtet werden, wodurch nicht nur das Glasuraussehen insgesamt verbessert wird, sondern gleichzeitig auch ein Umwelteffekt erzielt wird, da beispielswaise Bleioxide normalerweise ausdampfen, die über die Verbrennungsgase nach außen abgeführt, eine Umweltbelastung darstellen.

Ein erfindungsgemäßer Industrieofen entfaltet insbesondere dann seine volle Wirkung, wenn das zu behandelnde Gut in einer Lage gebrannt wird, so daß eine unmittelbare Wärmeübertragung auf das Gut möglich ist. Die Ausgestaltung von Schnellbrandöfen mit den erfindungsgemäßen Merkmalen ist danach besonders vorteilhaft.

Durch die Anordnung der Brenner unterhalb der das brennende Gut tragenden Einrichtung, z. B. bei einem Rollenofen unter­ halb der Transportrollen, entsteht im Ofenkanal eine nahezu optimale Temperaturverteilung bei geringster Konvektion. Eine derartige Anordnung weist darüber hinaus den Vorteil auf, daß feuerfeste Abplatzungen im Bereich des Brenner­ steins keine Beeinflussung der Qualität des zu brennenden Gutes mehr mit sich bringen, da die feuerfesten Teilchen nicht mehr auf das Gut fallen können.

Zur Optimierung der Temperaturführung und Temperaturvertei­ lung im Ofen sieht eine erfindungsgemäße Weiterbildung vor, daß entlang des Ofenkanals im Abstand zueinander in den Ofenkanal hineinragende Wände und/oder Schotten angeordnet sind, die vorzugsweise so beweglich sind, daß der Ofenkanalquerschnitt unterschiedlich eingestellt werden kann. Die Wände und/oder Schotten werden vorzugsweise vom Boden bzw. der Decke des Ofenkanals aus verlaufen. Auf diese Weise kann der Ofenkanal praktisch in einzelne Kammern unterteilt werden, innerhalb derer ein bestimmtes Temperaturniveau und eine bestimmte Ofenatmosphäre einge­ stellt werden können.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Strahlungsbrenner mit einer zum zu brennenden Gut geneigten Ausrichtung angeordnet sind, d. h. die Brenner sind so angeordnet, daß die Hauptstrah­ lung unmittelbar auf das keramische Gut gerichtet ist.

Daneben sind aber auch rein vertikale oder horizontale Anordnungen möglich.

Bei der Ausbildung eines Strahlbrenners als Drallbrenner ist die Axialgeschwindigkeit der Gasströmung so einzustel­ len, daß eine möglichst große Flammenfläche erzielt wird, um die Strahlungsfläche zu vergrößern.

In der einzigen Figur der Zeichnung ist ein Querschnitt durch einen als Rollenofen gestalteten erfindungsgemäßen Ofen zum Glasurbrand keramischer Werkstücke, z. B. von Porzellan, schematisch dargestellt. Unter den Gattungs­ begriff Industrieofen fallen aber auch sämtliche andere Ofentypen zum Brennen keramischer Werkstoffe und -stücke, z. B. Kammeröfen, Herdwagenöfen oder konventinelle Tunnel­ öfen, d. h. ebenso kontinuierlich arbeitende Durchlauföfen wie diskontinuierlich arbeitende Öfen.

Der Rollenofen 10 ist mit Ausnahme seiner Brenner 11 von weitestgehend konventioneller Bauart, d. h. er ist unter­ teilt, ausgehend vom Ofeneingang, in eine Aufheizzone, an die sich eine Sinterzone und schließlich eine Kühlzone anschließen, in deren Abfolge das zu brennende Gut den Ofen durchläuft.

Dabei wird das zu brennende Gut über Transportrollen 12, die entlang des Ofenweges hintereinander angeordnet sind, geführt. Wie der Figur zu entnehmen ist, erstrecken sich die einzelnen Transportrollen 12 horizontal und quer zum Ofenkanal 13 durch die seitlichen Ofenwände 14, 15 hindurch und sind außenseitig in einer entsprechenden Rollenlagerung 16 geführt und werden über einen gemeinsamen Antrieb, beispielsweise einen Kettentrieb, in Drehbewegung versetzt.

Die Transportrollen 12 sind im Abstand zueinander entlang des Ofenkanals 13 angeordnet und dienen zur Aufnahme von flächenförmigen Brennhilfsmitteln (Brennunterlagen) 17, auf denen das zu brennende Gut 18 aufliegt und durch den Ofenkanal 13 geführt wird.

Während der Ofenkanal 13 nach unten hin durch einen Boden 19 begrenzt wird, stellt die Ofendecke 20 die obere Begren­ zung des Ofenkanals 13 dar und ist leicht gewölbeförmig gestaltet. Selbstverständlich kann auch eine andere Decken­ form, wie eine Hängedecke vorgesehen sein.

Entlang des Ofenweges sind über die verschiedenen Ofenzonen die Brenner 11 zur Beheizung bzw. zur Befeuerung des Ofens angeordnet. In der Figur ist ein Querschnitt durch die Brennzone eines erfindungsgsmäßen Rollenofens dargestellt. Dabei sind die Brenner 11 in den beidseitig des Ofenkanals 13 zwischen den Ofenwänden 14, 15 und dem Ofenboden 19 ausgebildeten Ecken angeordnet.

Bei den hier dargestellten Brennern 11 handelt es sich um Strahlungsbrenner mit Dralleinrichtung, d. h. während über eine mittige, axiale Zuleitung Brenngas in Richtung auf den Ofenkanal eingedüst wird, wird in einer dazu ko­ axialen, die Brenngaszuführung umgebenden Zuführleitung, Verbrennungsluft in einem Rotationsstrom zugegeben und mit dem Verbrennungsgas gemischt.

Dem eigentlichen Strahlungsbrenner 11 zum Ofenkanal 13 hin vorgeordnet ist ein Brennerstein 21, der in einer in der jeweiligen Ecke vorgesehenen Halteeinrichtung oder feuerfesten Ausmauerung 22 vorzugsweise derselben Zusammen­ setzung wie die Seitenwände 14, 15 und/oder Boden 19 bzw. Ofendecke 20 angeordnet ist. Die Verbrennung findet wenig­ stens teilweise auch im Brennerstein 21 statt. Da er auch zur Stabilität der Flamme beiträgt, weil er im Betrieb glüht, ist er im dargestellten Ausführungsbeispiel als Teil das Brenners (auch bei Vorgemischbrennern) zu be­ trachten.

Der Strahlungsbrenner 11 mit Drall kann auch anders ausge­ bildet sein, z. B. können die Luftaustrittsöffnungen in schräggerichteten Stufen angeordnet sein, wodurch eine Drallbewegung verursacht wird. Das Gas kann dabei zentral ausströmen, erhält aber meistens gleichfalls einen Drall.

Die beschriebenen Brenner 11 zeichnen sich durch eine extrem große Flammenfläche und Flamme hoher Temperatur­ gleichmäßigkeit aus, wodurch auch eine sehr gleichmäßige und intensive Wärmeübertragung entweder unmittelbar auf das zu brennende Gut 18 oder über die Wände 14, 15, 19, 20 auf das zu brennende Gut 18 erfolgt. Vorzugsweise werden derartige Strahlungsbrenner nur in den Abschnitten des Rollenofens 10, in denen Temperaturen oberhalb 700°C erzielt werden sollen, eingesetzt, weil dann die Wärme­ übertragung durch Strahlung besonders vorteilhaft ist.

Die gleichmäßige Temperatur und Wärmeübertragung verhindern die Gefahr lokaler Überhitzungen im Ofenkanal 13 bzw. an dem zu brennenden Gut 18, das, um den Wärmeübergang noch weiter zu optimieren, vorzugsweise in einer Schicht auf den Brennhilfsmitteln 17 durch den Ofenkanal 13 geführt wird.

Es kann aber auch ohne weiteres in mehreren Schichten, d. h. auf mehreren zueinander parallel angeordneten Rollen­ bahnen gebrannt werden. Vorzugsweise werden dann die erfin­ dungsgemäß verwendeten Strahlungsbrenner 11 auch höhenmäßig versetzt über den Ofenkanal 13 angeordnet.

Wie der Figur auch zu entnehmen ist, sind, ausgehend von der Ofendecke 20, bzw. vom Boden 19, vertikal verfahrbare Schotten 23 bzw. Wände 24 angeordnet, die im Abstand zuein­ ander enden und einen Durchlaß 25 für die Transportrollen 12 mit aufgelegtem Brenngut 18 bilden.

Die Schotten 23 bzw. Wände 24 sind entlang des Ofenkanals 13 im Abstand zueinander angeordnet, so daß sie diesen in einzelne Kammern unterteilen, innerhalb welcher defi­ nierte Temperatur- und Atmosphärenbedingungen eingestellt werden können. Auf diese Art und Weise können insbesondere Zonen unterschiedlicher Ofenatmosphäre, beispielsweise beim Brennen von Porzellan (oxidierend und reduzierend gefahrene Zonen) eingestellt werden.

Claims (7)

1. Industrieofen zum Brennen glasierter und ungla­ sierter keramischer Werkstücke (18) mit Strah­ lungsbrennern (11), dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsbrenner (11) unterhalb der das zu brennende Gut (18) tragenden Einrichtung (12) angeordnet sind.

2. Industrieofen nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Strahlungsbrenner (11) unter­ halb von das zu brennende Gut (18) tragenden Rollen (12) angeordnet sind.

3. Industrieofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsbrenner (11) im Boden (19) des Ofens angeordnet sind.

4. Industrieofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsbren­ ner (11) in einer zum zu brennenden Gut (18) geneigten Ausrichtung angeordnet sind.

5. Industrieofen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsbren­ ner (11) Brenner mit zumindest teilweiser Luft­ vormischung und/oder Dralleinrichtung sind.

6. Industrieofen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß entlang des Ofen­ kanals (13) im Abstand zueinander, in den Ofen­ kanal (13) hineinragende Wände (24) und/oder Schotten angeordnet sind.

7. Industrieofen nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wände (24) und/oder Schotten (23) in den Ofenkanal (13) verfahrbar angeord­ net sind.