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Verfahren und Tunnelofen zum Brennen von kohlenstoffhal-
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tigen oder graphithaltigen Formkörpern ========================================================
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Tunnelofen zum Brennen von kohlenstoffhaltigen
oder graphithaltigen Formkörpern, beispielsweise Anoden, für die Aluminiumerzeugun
bei welchen die aus Kohle und verschwelbaren bzw. verdampfbaren und brennbaren Bindemitteln,
beispielsweise Teer und Teerprodukte, gebildeten Formlinge mit einem Mantel aus
temperaturbeständigem, wärmeleitendem Material unter Belassen eines Zwischenraumes
zwischen dem Mantel und dem Formling und Auslässen für die Schwel- und Verdampfungsgase
umgeben und fortlaufend nacheinander durch eine Vorwärm- und Entgasungszone, eine
Brennzone und eine Kühlzone eines Tunnelofens geführt werden.
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Bei dem aus DE-PS 23 55 709 bekannten Verfahren dieser Art soll der
einen oder mehrere Formlinge in Art eines Brennkastens aufnehmende Mantel nur in
seinem Innenraum unter einer nicht-oxidierenden Atmosphäre gehalten werden, während
die diese Brennkästen umgebende Atmosphäre im Inneren des Tunnelofens oxidierend
sein kann. Hieraus ergibt sich, daß die unter Entgasungstemperatur aus den Formlingen
austretenden Schwel- und Verdampfungsgase beim Austreten aus dem Brennkasten in
die mehr oder weniger oxidierende Atmosphäre im Inneren des Tunnelofens gelangen
und in dieser oxidierenden Atmosphäre teilweise oder ganz verbrennen. Hierdurch
wird jedoch die Entwicklung eines definierten Temperaturprofils zumindest über die
Länge der Entgasungs- und Vorheizzone unmöglich gemacht oder zumindest empfindlich
gestört, wodurch die Qualität der gebrannten Kohlenstoff-Formkörper erheblich beeinträchtigt
werden kann.
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In einer Weiterbildung ist aus US-PS 4,128,394 bekannt, die Brennkästen
an ihrer Oberseite mit Auslaßöffnungen für die Schwel- und Verdampfungsgase zu versehen
und in der Vorheiz- und Entgasungszone des Tunnelofens die aus den Formlingen und
von dort durch die Auslässe der Brennkästen austretenden Schwel- und Verdampfungsgase
im oberen Teil des Tunnelofens aufzufangen und abzusaugen.
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Die so aus dem Tunnelofen entfernten Schwel- und Verdampfungsgase
werden dann in Brennkammern außerhalb des Tunnelofens verbrannt, um die dadurch
gewonnenen heißen Rauchgase zum Heizen in die Vorwärmzone bzw. die Entgasungszone
des Tunnelofens zurückzuführen. Diese Arbeitsweise ist mit dem erheblichen Mangel
behaftet, daß für das Abziehen der Schwel- und Verdampfungsgase aus dem Tunnelofen
gekühlte Gebläse eingesetzt werden müssen, an deren gekühlten Flächen Teile der
Schwel- und Verdampfungsgase kondensieren. Außerdem müssen die mit Kondensat beladenen
Schwel- und Verdampfungsgase in die äußeren Brennkammern eingedüst werden, wobei
die dazu benutzten Düsen in erheblichem Maße zum Verschmutzen und Verstopfen durch
Kondensat neigen. Bei gemäß US-PS 4,128,394 aufgebauten und betriebenen Tunnelöfen
sind deshalb die Einrichtung und Aufrechterhaltung eines kontinuierlichen Betriebes
und die Gewährleistung konstanter Brennbedingungen praktisch unmöglich oder nur
mit größten Schwierigkeiten zu erreichen. Darüberhinaus wird durch das Abziehen
der Schwel- und Verdampfungsgase aus dem Tunnelofen und das dazu erforderliche Abkühlen
dieser Gase sowie die Kondensatbildung erheblicher Energieverlust verursacht.
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Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und ein Tunnelofen
zum Brennen von Kohlenstoff-Formkörpern dahingehend zu verbessern, daß bei möglichst
vollständiger Energieausnutzung ein genau definiertes Temperaturprofil längs des
Tunnelofens einstellbar ist, wobei im Betrieb
des Tunnelofens Störungen
durch teilweises Kondensieren von Schwel- und Verdampfungsgasen vermieden werden
sollen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die ummantelten
Formlinge nach dem Vorwärmen unter Aufrechterhaltung von für das vollständige Entfernen
der Bindemittel und das vollständige Entgasen der Formlinge geeigneten Temperaturbedingungen
durch eine von der Vorwärmzone abgetrennte, kanalartige Entgasungszone geführt und
innerhalb dieser im Gleichstromprinzip mit ihrer Wanderrichtung von einem nach der
Brennzone hin gerichteten sauerstoffarmen bis praktisch sauerstofffreien Gasstrom
umspült werden, dessen Temperatur auf die Erzeugung und Aufrechterhaltung der Bindemittel-Vergasungstemperatur
an den Formlingen abgestimmt wird.
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Erfindungsgemäß wird sichergestellt, daß die an jeder Stelle der Entgasungszone
im Inneren des Tunnelofens herrschende Temperatur allein durch die Temperatur des
im Gleichstrom mit der Wanderrichtung der Formlinge nach der Brennzone hin geführten
Gasstromes bestimmt wird. Das Entgasen und Aufheizen der Formlinge läßt sich daher
in vorherbestimmbarer, reproduzierbarer Weise ausführen.
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Die während des Entgasungsvorganges aus den Werkstücken austretenden
und außerhalb der Ummantelung gelangenden Schwel- und Verdampfungsgase werden von
dem heißen Gasstrom aufgenommen, ohne daß auch nur teilweise Verbrennung auftreten
kann. Der mit Schwel- und Verbrennungsgasen aufgeladene heiße Gasstrom wird erst
in der Verbrennungszone in den Verbrennungsvorgang einbezogen, wobei die Schwel-
und Verdampfungsgase zusammen mit dem dort zugeführten Brennstoff vollständig verbrannt
werden. Es kann in der Entgasungszone des Tunnelofens auch nicht zu irgendwelcher
Kondensation von Schwel- und Verdampfungs-' gasen kommen, weil der die austretenden
Schwel- und Ver-
dampfungsgase aufnehmende Gas strom stets höhere
Temperatur als die austretenden Schwel- und Verdampfungsgase haben muß, weil naturgemäß
ein Wärmegefälle über den Mantel und den zwischen Mittel und Formling gebildeten
Hohlraum bestehen muß.
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In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist das Spülgas der Entgasungsstation
am Ende der Brennzone abgezogenes, praktisch sauerstofffreies Rauchgas, das vor
dem Einführen in die Entgasungszone auf die zur Erzeugung bzw.
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Aufrechterhaltung der Bindemittel-Verdampfungstemperatur an den ummantelten
Formlingen geeignete Temperatur eingestellt wird. Es wird dadurch eine Art von Spülgas-Kreislauf
aufrecht erhalten, in welchem das Aufheizen des Spülgases in der Brennzone erfolgt.
Das erste Abkühlen des aufgeheizten Spülgases erfolgt zur Temperatureinstellung
und läßt sich unter Benutzung von Wärmetauschern in einer Weise ausführen, bei der
die von dem Rauchgas abgzogene Wärmeenergie in vollem Umfang gewonnen werden kann.
Das zweite Abkühlen des Spülgases erfolgt durch seine Nutzung zum Erzeugen und Aufrechterhalten
der Bindemittl-Verdampfungstemperatur an den Formlingen und geschieht während das
Spülgas zur Brennzone, d.h. zum erneuten Aufheizen geleitet wird. Dieser Spülgas-Kreislauf
läßt sich mit einfachen Mitteln einrichten und aufrechterhalten. Die beim Einstellen
des Rauchgases auf die zur Erzeugung bzw. Aufrechterhaltung der Bindemittel-Vergasungs
temperatur an den ummantelten Formlingen geeignete Temperatur entzogene Wärme wird
im Rahmen der Erfindung bevorzugt in die Vorwärmzone eingeführt. Hierdurch kann
die Vorwärmzone ohne Brennstoffzufuhr betrieben werden, was sowohl eine beträchtliche
Energieersparnis als auch erhebliche Vereinfachung durch Wegfall von Brennern zur
Folge hat.
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Da es im allgemeinen erwünscht ist, das Temperaturprofil längs der
Entgasungszone mit mehr oder weniger konstant zur Brennzone hin ansteigender Temperatur
zu gestalten, um ein stetiges Aufheizen der Formlinge beim Durchlaufen der Entyasungszone
und ein dabei stetig ablaufendes Entgasen zu erreichen, empfiehlt es sich im Rahmen
der Erfindung, das saueustoffartige bis praktisch sauerstofffreie Spülgas an mehreren
in Wanderrichtung der Formlinge hinter einanderliegenden Stufen, nach der Brennzone
gerichtet, in die Entgasungszone einzuführen. Dabei kann man das sauerstoffarme
bis praktisch sauerstofffreie Spülgas an den verschiedenen Einführungsstufen zur
Einstellung und Aufrechterhaltung des jeweils gewünschten Temperaturprofils längs
der Entgasungszone mit unterschiedlicher Temperatur einführen. Im allgemeinen wird
man das Spülgas mit um so höherer Temperatur in die Entgasungszone einführen, je
näher seine Einführungsstufe der Brennzone liegt.
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Für den reibungslosen Betriebsablauf kann der 02-Gehalt der Spülgase
in der Entgasungszone auf 0 bis ca. 1,5% (Volumen) gehalten werden. Bei solchem
Sauerstoffgehalt der Spülgase ist sichergestellt, daß keine unerwünschte Verbrennung
von aus den Formlingen austretendenSchwel- und Verdampfungsgasen in der EntgasungsQ
zone auftritt. Andererseits würde jede Herabsetzung des Sauerstoffgehaltes unter
diese Werte erhebliche Betriebseusd7werniß in der Brennzone verursachen.
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Im Übergang von der Entgasungszone zur Brennzone und im ersten Teil
der Brennzone kann erfindungsgemäß das Beheizen durch Verbrennen mittels Flammen
erfolgen, denen Sauerstoff in über-stöchiometrischem Verhältnis zum Brennstoff zugeführt
wird, während nach dem Ende der Brennzone hin das Beheizen mittels Flammen unter
Einhaltung im wesentlichen stöchiometrischer Verbrennungsverhältnisse
erfolgt.
Durch die über-stöchiometrische Zugabe von Sauerstoff im Übergang von der Entgasungszone
zur Brennzone und im ersten Teil der Brennzone erfolgt dort das vollständige Verbrennen
der Schwel- und Verdampfungsgase zusammen mit dem dort zugeführten Brennstoff, während
im zweiten Teil der Brennzone, insbesondere nach dem Ende der Brennzone hin das
Beheizen allein durch zugeführten Brennstoff erfolgt, so daß dort die Energiezufuhr
mit der zuzuführenden Brennstoffmenge genau bestimmbar und steuerbar ist.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Temperaturbedingungen
an den Formlingen mit hoher Genauigkeit und Reproduzierbarkeit einrichten, so kann
ein vorher festlegbares, fortlaufendes Aufheizen der Formlinge in der Entgasungszone
erreichen, beispielsweise derart, daß die Formlinge etwa im mittleren Teil der Länge
der Entgasungszone fortlaufend auf etwa 3500C bis 600"C aufgeheizt und von dort
bis zum Ende der Entgasungszone auf etwa 800° bis 850"C aufgeheizt werden.
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Auch in der Vorwärmzone lassen sich unter Ausnutzung der vor Einführung
in die Entgasungszone an den Rauchgasen vorzunehmenden Temperatureinstellung freiwerdenden
Energie Temperaturverhältnisse, beispielsweise unter Benutzung von Gegegenstromprinzip,
einrichten, die es ermöglichen, die Formlinge mit einer Temperatur von etwa 1200C
bis 1500 von der Vorwärmzone in die Entgasungszone überzuführen. In der ersten Hälfte
der Länge der Entgasungszone können dann die Formlinge unter Einleitung des Entgasungsvorganges
fortlaufend auf etwa 300"C bis 350"C erhitzt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich besonders vorteilhaft in
einem Tunnelofen durchführen, bei dem ein Vorwärm-und Entgasungsabschnitt, ein Brennabschnitt
und ein Kühlabschnitt vorgesehen sind. Erfindungsgemäß soll im Unter-
schied
zu bekannten Tunnelöfen dieser Art der Vorwärm- und Entgasungsabschnitt durch Schleusen
in zwei vollständig voneinander getrennte Teilabschnitte, nämlich ein Vorwärmen
Teilabschnitt und einen Entgasungs-Teilabschnitt, geteilt sein, wobei der Entgasungs-Teilabschnitt
kanalartig nach dem Brennabschnitt hin führt und Spülgaseinführungseinrichtungen
enthält, während der Brennabschnitt Rauchgaseinrichtungen an seinem nach dem Kühlabschnitt
hin verschließbaren Ende aufweist. Auf diese Weise wird im erfindungsgemäßen Tunnelofen
ein an seinen beiden Enden verschließbarer Kanal geschaffen, der mit direktem Übergang
den Entgasungsteilabschnitt und den Brennabschnitt enthält. Innerhalb der durch
diese beiden Abschnitte gebildeten Einheit lassen sich optimale Temperaturführung
und optimale Energieausnutzung erreichen.
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Für die durch Entgasungs-Teilabschnitt und Brennabschnitt gebildete
Einheit läßt sich auch ein besonders vorteilhafter Spülgaskreislauf einrichten.
Hierzu können die Spülgaseinführungen des Entgasungs-Teilabschnittes über für die
Einstellung geeignete Einführungstemperaturen steuerbare Wärmetauscher an die Rauchgasabsaugeinrichtungen
des Brennabschnittes angeschlossen sein. Dabei kann eine Reihenanordnung von Wärmetauschern
vorgesehen sein, an der zwischen den einzelnen Wärmetauschern zu den in unterschiedlichen
Entfernungen vom Eingang des Brennabschnittes angeordnete Gaseinführungen des Entgasungsabschnittes
führend de Abzweigungen anschlossen sind. Ferner kann ein an die Rauchgasabsaugeinrichtungen
des Brennabschnitts angeschlossener Wärmetauscher vorgesehen sein,dessen Ausgang
an Gaseinführungen angeschlossen ist, die in den Übergangsbereich zwischen dem Entgasungsabschnitt
und dem Brennabschnitt münden. Mit solcher Wärmetauscheranordnung lassen sich alle
für den Betrieb des Entgasungsabschnittes im erfindungsgemäßen Tunnelofen erwünschten
Betriebsver-
hältnisse schaffen. Eine solche Wärmetauscher-Anordnung
läßt sich auch für die Gewinnung der im Vorwärmabschnitt benötigten Energie einsetzen.
Hierzu können die Wärmetauscher für die Benutzung von Außenluft als Spülgas ausgebildet
sein und von ihren Auslässen für das erwärmte Kühlgas her die Warmluftheizung des
Vorwärmabschnittes beschicken.
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Für den sicheren Betrieb des Entgasungsteilabschnitts ist es wichtig,
den Eintritt von Sauerstoff zu vermeiden.
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Hierzu bietet die Erfindung eine besonders günstige Möglichkeit dadurch,
daß am Eingang des Entgasungs-Teilabschnittes eine Einlaßschleuse angeordnet ist,
die Einrichtungen zum Beschicken mit sauerstoffarmem bis praktisch sauerstofffreiem
Spülgas und ein Nachlauf-Einlaßtor aufweist.
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Auch am Ende des Brennabschnittes empfiehlt es sich, einen den Eintritt
von Sauerstoff verhindernden Abschluß vorzusehen, insbesondere wenn ein Rauchgas-Spülgas-Kreislauf
vorgesehen ist, dessen Rauchgas-Abzugsvorrichtungen an diesem Ende des Brennabschnitts
angeordnet sind. Erfindungsgemäß wird daher für den sicheren Abschluß des Brennabschnittes
empfohlen, daß der Brennabschnitt nach dem Kühl abschnitt hin durch eine Auslaßschleuse
mit Nach auf Auslaßtor abgeschirmt bzw. verschlossen ist.
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Um eine möglichst günstige Spülgasströmung im Inneren des den Entgasungsabschnitt
bildenden kanalartigen Tunnelofenteil und dabei optimale Beheizungsverhältnisse
für die Formlinge zu erreichen, können im Rahmen der Erfindung die Einlässe für
das sauerstoffarme bzw. sauerstofffreie Spülgas im Entgasungs-Teilabschnitt an den
Seitenwänden des Tunnelofens in einer Höhe zwischen dem Plateau der Brennwagen und
dem Boden der Formlingsummantelungen angebracht sein. Die Einlässe für das Spülgas
im Entgasungs-Teilabschnitt können dabei als in Wanderrichtung der Brenn-
wagen
nach der Mitte des Ofenkanals gerichtete Düsen ausgebildet sein.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 das Schema eines erfindungsgemäßen
Tunnelofens; Fig. 2 mit Kurve A den zeitlichen Verlauf der Temperatur an der Außenseite
der Ummantelung der Werkstücke und mit Kurve B den zeitlichen Temperaturverlauf
an den Werkstücken; Fig. 3 das Schema des Tunnelofens für den den Entgasungs-Teilabschnitt
und den Brennabschnitt umfassenden Ofenteil; Fig. 4 den im Ofenteil gemäß Figur
3 herrschenden Temperaturverlauf an der Ummantelung (Kurve j) und an den Werkstücken
(Kurve B) und Fig. 5 eine Kurve für die Wirksamkeit des Entgasungsvorganges in Abhängigkeit
von der am Werkstück herrschenden Temperatur.
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Wie aus Figur 1 ersichtlich, besteht der Tunnelofen im dargestellten
Beispiel aus vier Abschnitten A, B, C und D.
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Abschnitt A enthält die Vorwärmzone 11 und ist an seinem Einlaß mit
einer Einlaßschleuse 12 versehen, die in bekannter Weise als Doppelschleuse mit
Nachlauftor 13 und Luftabsaugeeinrichtung 14 ausgebildet ist. Am Auslaß hat die
Vorwärmzone 11 ebenfalls eine Auslaßschleuse 15, die ebenfalls als Doppelschleuse
mit Nachlauftor 16 ausgebildet ist. Das Heizmedium ist saubere Heißluft, die mittels
Einlaßdüsen 17 im Gegenstromprinzip eingeführt wird. Diese Heißluft-Einlaßdüsen
17 sind an den Seitenwänden des Ofenkanals in Höhe zwischen dem Plateau der Brennwagen
und dem Boden der Formlingsummantelungen angebracht und schräg
entgegen
der Wanderrichtung der Brennwagen nach der Mitte des Ofenkanals hin gerichtet.
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Die für die Beheizung der Vorwärmzone 11 benutzte Heißluft fällt in
Wärmetauschern 51 bis 56 an, die dazu vorgesehen sind, in dem unten erläuterten
Rauchgas-Spülgas-Kreislauf die heißen Rauchgase in Spülgas aufzubereiten. Die Wärmetauscher
51 bis 56 sind dazu ausgebildet, Umgebungsluft als Wärmetauschermedium in einstellbarer
Menge anzusaugen.
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Die dabei erzeugte saubere Heißluft mit Temperatur von etwa 200"C
wird mittels eines Gebläses 18 zu den Heißluftein-lapdüs-en 17 gefördert. Überschüssige
Heißluft wird über eine einstellbare Drossel 19 von einem Absauggebläse 20 abgesaugt,
das auch die abgekühlte Luft am Eingang der Vorwärmzon-e 11 und aus der Einlaßschleuse
12 absaugt. Wie aus Figur 2 ersichtlich, wird in der Vorwärmzone 11 eine Temperatur
von etwa 1850 an der Außenseite der Ummantelung und eine Temperatur von etwa 1250
an den Werkstücken erreicht.
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An den Ofenabschnitt A schließt sich der die Entgasungszone 21, die
Brennzone 22 und die Rekuperatorzone 23 enthaltende Ofenabschnitt an. Am Eingang
des Ofenabschnittes B bzw. am Einlaß der Entgasungszone 21 ist eine Einlaßschleuse
24 vorgesehen, die wiederum als Doppelschleuse mit Nachlauftor ausgebildet ist.
Der Übergang vom Ofenabschnitt A zum Ofenabschnitt B ist wärmegeschützt. Die Beheizung
der im ersten Teil des Ofenabschnittes B angeordneten Entgasungszone 21 erfolgt
mit in der Brennzone 22 völlig nachverbrannten Rauchgasen, die über Wärmetausche
51 bis 56 auf die erforderliche Abschnittstemperatur gebracht werden. Auf die Länge
des Entgasungsabschnittes ist eine Mehrzahl von Spülgas-Einlaßdüsen 25 an der Seitenwand
des Ofenkanals angebracht. Diese Einblasdüsen sind in Höhe zwischen dem Brennwagenniveau
und dem Ummantelungsboden angebracht und schräg in Wanderrichtung der Brennwage
nach
der Mitte des Ofenkanals gerichtet. Hierdurch wird ein im Gleichstromprinzip mit
der Wanderrichtung der Brennwagen geführter Spülgasstrom erzeugt. Im Schema der
Figuren und 2 sind vier schräg gerichtete Spülgas-Einblasdüsen 25 angedeutet. Tatsächlich
kann aber jegliche, für den jeweiligen Fall geeignete Anzahl solcher Düsen vorgesehen
sein. Eine zusätzliche Spülgas-Einblasdüse ist für die Einlaßschleuse 24 vorgesehen
und bei 26 angedeutet. Durch eine Reihe oder Kaskade von Wärmetauschern 53, 54,
55, 56 wird eine Mehrz-ahl von Spülgasanschlüssen 27, 28, 29, 30 gebildet, wobei
der hinter dem ersten Wärmetauscher 53 der Kaskade angeordnete Anschluß 27 Spülgas
der höchsten Temperatur und die Anschlüsse hinter den jeweils nächsten Wärmetauschern
54, 55 und 56 Spülgas jeweils niedrigerer Temperatur führen. Die Temperatureinstellung
des in dem jeweiligen Anschluß 27, 28, 29 bzw. 30 geführten Spülgases kann durch
Einstellung der in den jeweiligen Wärmetauscher 53, 54, 55 bzw. 56 als Wärmetauschermedium
angesaugten Frischluft vorgenommen werden. Die Einführung des Spülgases unterschiedlicher
Temperatur in die Entgasungszone 21 erfolgt in der Weise, daß Spülgase höherer Temperatur
benutzt werden, je näher die jeweilige Einführungsstufe an dem Eingang der Brennzone
22 liegt. Wie Figur 1 und 3 zeigen, ist vor der Kaskade von Wärmetauschern 53, 54,
55, 56 ein Spülgasgebläse 31 angebracht, vor das noch ein Wärmetauscher 51 gesetzt
ist, um das Spülgasgebläse 31 vor Überhitzen zu schützen. Überschüssiges Spülgas
wird über eine einstellbare Strömungsdrossel 32 von einem Gebläse 33 abgeführt.
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Wie die Figuren 1 und 3 zeigen, sind am Übergang zwischen der Entgasungszone
21 und der Brennzone 22 zusätzliche Spülgasdüsen 34 an der Decke des Ofenkanals
angebracht.
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Diese zusätzlichen Spülgasdüsen sind nach unten gerichtet und blasen
noch heißere Spülgasstrahlen in die von der
Entyasungszone 21 zur
Brennzone 22 übertretende Spülgasströmung. Die zusätzlichen Spülgasdüsen 34 werden
über ein zweites Spülgasgebläse 35 von einem direkt an die Rauchgasabsaugung angeschlossenen
Wärmetauscher 52 her beschickt.
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Wie in Figur 1 und Figur 3 angedeutet, ist dieser Wärmetauscher kürzer
ausgelegt als der Wärmetauscher 51, so daß die aus den Spülgasdüsen 34 austretenden
Spülgasstrahlen erheblich höhere Temperatur aufweisen als der in der Entgasungszone
aufrechterhaltene, im Gleichstromprinzip mit der Wanderrichtung der Brennwagen geführte
Gleichstrom.
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Wie die Figuren 2 und 4 zeigen, wird in der Entgasungszone durch den
im Gleichstromprinzip geführten Spülgasstrom ein kontinuierliches Aufheizen der
Formlinge vorgenommen.
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Auf der Außenfläche der Ummantelung werden Temperaturen ausgehend
von etwa 185° bis zum Mittelbereich der Entgasungszone etwa 4600C und zum Ende der
Entgasungszone hin etwa 750 bis 1000"C erreicht. Entsprechend ist die an den Formlingen
erreichte Temperatur ausgehend von etwa 125° im Mittelbereich der Entgasungszone
21 bei etwa 300 bis 350"C und am Ende bei etwa 600 bis 850°C.
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Unmittelbar an die Entgasungszone schließt sich die Brennzone 22 an,
in der mit vorgeheiztem Brennstoff-Brenngas-Gemisch betriebene Flammenbrenner 40
und 41 angebracht sind. Die erste Gruppe von Flammenbrennern 40 wird über einen
in der Rekuperationszone 23 angeordneten kleineren Rekuperator 42 von einem Gebläse
43 her mit einem Brennstoff-Brenngas-Gemisch beschickt, daß einen über-stöchiometrischen
Sauerstoffgehalt aufweist. Dieses Brenngasgemisch führt mit seinem über-stöchiometrischem
Sauerstoffgehalt zur Verbrennung der in der Entgasungszone 21 aus den Formlingen
ausgetriebenen und mit dem Spülgasstrom in die Brennzone 22 geführten Schwel- und
Verdampfungsgasen.
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Die zweite, im hinteren Bereich der Brennzone
angeordnete
Gruppe von Flammenbrennern 41 wird über einen in Figur 1 und Figur 3 größer dargestellten,
in der Rekuperationszone 23 angebrachten Rekuperator 44 und ein Gebläse 45 mit solchem
Brennstoff-Brenngas-Gemisch beschickt, das Sauerstoff in zum Brennstoff stöchiometrischem
Verhältnis enthält. Die im hinteren Bereich der Brennzone 22 anfallenden Rauchgase
sind dadurch im wesentlichen sauerstofffrei, d.h. mit einem Sauerstoffgehalt von
1% bis 1,5% (Volumen), Diese Rauchgase werden mit der Absaugeinrichtung 50 am Ende
der eigentlichen Brennzone 22 abgesaugt und in die Wärmetauscher 51 und 52 eingeführt.
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Wie Figur 2 zeigt, werden in der Brennzone Temperaturen an der Außenseite
der Ummantelung bei etwa 1090 bis 1130° erreicht, während die Formlinge Temperaturen
von etwa 1050° annehmen. An die Brennzone 22 schließt sich unmittelbar die Rekuperationszone
23 an, in welcher keine Energiezufuhr und keine Gasströmung mehr vorgesehen sind.
In der Rekuperationszone geben die Ummantelungen und die in ihnen angeordneten Werkstücke
Energie auf die Rekuperatoren 42 und 44 ab, wobei im Anfangsbereich der Rekuperationszone
Temperaturen bei etwa 8800 an den Werkstücken und Temperaturen von etwa 6900 an
der Ummantelung und am Ende der Rekuperationszone Temperaturen von etwa 580" an
den Werkstücken und Temperaturen von etwa 4200 an den Ummantelungen erreicht werden.
Im dargestellten Beispiel ist die Rekuperationszone indirekt gekühlt. Außer der
indirekten Kühlung kann dort auch gesteuert direkte Kühlung zugesetzt werden.
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In keinem Fall soll jedoch Luft und damit Sauerstoff in die Rekuperationszone
23 und von dieser rückwärts in die Brennzone 21 bzw. in die Rauchgase gelangen.
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Um dies zu vermeiden, ist die Rekuperationszone 23 an ihrem Ende durch
eine Auslaßschleuse 46 abgeschlossen, die als Doppelschleuse mit Nachlauftor ausgebildet
sein kann und
gegen Falschlufteintritt sichert.
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An den Ofenabschnitt B schließt sich ein Ofenabschnitt C an, der im
dargestellten Beispiel eine völlig mit Mauerwerk ummantelte Umleitung der Tunnelofenwagen
zum Ofenabschnitt D aufweist. Der Ofenabschnitt D enthält die Endkühlzone 60, die
an ihrem Eingang eine Eingangsschleuse 61 und am Ausgang eine Ausgangsschleuse 62
aufweist. Beide Schleusen 61 und 62 können als Doppelschleusen mit Nachlauftor ausgebildet
sein. Die Endkühlzone 60 ist mit direkter Kühlung ausgestattet, beispielsweise Luftdüsen
63, die über ein Gebläse 64 mit Kaltluft beschickt werden.
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Die beim Kühlen erwärmte Luft wird bei 65 aufgesaugt und mittels Gebläse
66 abgeführt.
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Wie Figur 2 zeigt, werden die Werkstücke auf diese Weise auf etwa
250"C und die Ummantelungen auf etwa 150VC gekühlt und mit dieser Temperatur aus
dem Tunnelofen entlassen.
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Wie Figur 2 zeigt, ist die gesamte Behandlungsdauer 210 Stunden, wobei
die Vorwärmdauer mit etwa 45 Stunden, die Entgasungsdauer mit etwa 55 bis 60 Stunden,
die Brenndauer mit etwa 25 bis 35 Stunden, die Vorkühldauer in der Rekuperationszone
23 mit etwa 30 Stunden und die Wndkühldauer mit etwa 40 Stunden anzunehmen sind.
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Wie Figur 5 zeigt, sind die Betriebsverhältnisse in der Entgasungszone
21 und dem Übergang von der Entgasungszone 21 zur Brennzone 22 dem jeweiligen Anwendungsfail
anzupassen. Insbesondere dem in den Werkstücken benutzten Bindemittel. Im dargestellten
Beispiel sind die in den Kohlewerkstücken benutzten Bindemittel derart, daß ihre
optimale Verd3mpfungs- und Austreibungstemperatur bei etwa 400"C liegt. Dementsprechend
ist das Teinperaturprofil des Spülgasstromes über die Länge der Entgasungszone 21
so einzurichten, daß etwa in der Mitte der Ent-
ngszone eine Temperatur
von 400° an den Werkstücken erreicht wird. Das Integral über die in Figur 5 gezeigte
kurve ergibt dann, daß mit der kontinuierlichen Temperaturerhöhung der Werkstücke
in der Fntgasungszone bei Erreichen von etwa 600°C die Bindemittel praktisch vollständig
aus den Werkstücken entfernt sind und das Zusammensintern der Kohleteilchen des
Werkstücks einsetzen kann.
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Der im dargestellten Beis-piel zum Umlenken der Brennwagen vorgesehene
Ofenabschnitt C kann naturgemäß entfallen, wenn die Platzverhältnisse erlauben,
daß die Endkühlzone 60 in geradliniger Fortsetzung der Vorkühl- und Rekuperationszone
23 angeordnet wird.
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ür die Durchführung des Verfahrens sind die kohle- bzw.
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graphithaltigen Formkörper bevorzugt in keramischen Ummantelungen
(coatings) eingelagert, die mit stabilem Boden ausgebildet und an der Oberseite
mit einem Deckel verschließbar sind. Der Austritt der aus den Formlingen kommenden
Schwelgase und Dämpfe aus der Ummantelung erfolgt durch in dem Deckel angebrachte
Auslaßöffnungen.
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In Verbindung mit dem vorliegenden Verfahren durchgeführte umfangreiche
Versuche haben ergeben, daß in solche keramische Ummantelungen (coatings) eingelagerten
kohle-J. graphithaltigen Formkörper beim Brennprozeß von twa 150 td. und länger
keinen Abbrand am Kohlekörper erleiden. Selbst Graphitkörper mit keramischer Bindung
haben nach dem Brand bei 12500C den vollen Graphitgehalt der Einwaage.
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Durch diese Versuche ist auch erwiesen, daß eine sauerstofFfreisa
bzw. nicht-oxidiprerlde Atmosphäre innerhalb der keramischen Ummantelun (coatinys)
während des ganzen Brenn- und Kühlprozesses aufrecht erhalten bleiben.
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Diese nicht-oxidierende Atmosphäre wird dadurch erzeugt,
dazu
aus den Formkörpern CO-Gase austreten, die während des gesamten Brennprozesses im
Inneren der Ummantelung bleiben. Die Ummantelungen sind aus gegenüber den im Verfahren
benutzten Brenntemperaturen fester, dichter Masse hergestellt, so daß während des
Brennprozesses keinerlei Verformung an der Ummantelung auftritt und auch wahrend
des Brennprozesses und des Kühlprozesses kein Sauerstoff von außen eindringen und
an die Formkörper gelangen kann. Die keramischen Ummantelungen haben trotz der Dichte
des Scherbens einen geringen und linear verlaufenden WAK um eine Vielzahl von Brennvorgängen
auszuhalten. Die Ummantelungen haben je nach Größe WandstärKen zwischen 8 mm und
15 mm. Der Boden der Ummantelungen erfordert wegen der Belastung eine besondere
Struktur. Die an die keramischen Ummantelungen zu stellenden Anforderungen werden
am besten erfüllt, wenn die Ummantelungen isostatisch und isothermisch gepreßt wer'1en,
um völlig gleichmäßige tlaseverteiluig zu gewahrleisten. Das isostatische, isothfrmiscUle
Pressen ermöglicht eine vollkommen plane Öffnung an der Ummantelung. Der Deckel,
der ebenfalls mit Ausnahme der Paßfläche eine besondere Struktur aufweist, wird
während des ersten Brennprozesses aufliegend gebrannt, um einen guten Sitz zu ermöylichen.
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Durch die dünne Wandung der Ummantelungen und das Fehlen einer Koksschüttung
kann die Temperatur allseitig gleichmäßig und völlig gezielt an den Formkörpe herangebracht
werder. Ein gleichmäßiger Abstand der keramischen Ummantelung zum Formkörper begünstigt
den schn-llen Brennprozeß. Durch die gleichmäßige Erwärmung wird die Pyrolly se
des Binders unter Bildung fester Koksbrücken und gasförmiger Produkte gesteuert
durchgeführt. Durch die gleichmäßige und gezielte Temperatursteigerung kann der
5rennsrozeß schneller geführt werden. Der Brennprozelt,
läßt sich
auch wirtschaftlicher gestalten, weil die Taragewichte sehr gering sind. Die Arbeiten
zum Einsetzen der Formkörper in die Ummantelung und zum Herausnehmen es gebrannten
Formkörpers gestalten sich wesentlich einfacher als bisher. Insbesondere entfällt
die bisherige taubhelästigung durch das Koks-Füllmaterial.
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Verfahren und Tunnelofen zum Brennen von kohlenstoffhaltigen oder
graphithaltigen Formkörpern B e z u g s z e i c h e n l i s t e 11 Vorwärmzone 12
Einlaßschleuse 13 Nacillauftor 14 Luftabsaugeinrichtung 15 Auslaßschleuse 16 Nachlauftor
17 Heißluft-Einlaßdüse 18 Gebläse 19 Drossel 20 Absauggebläse 21 Entgasungszone
22 Brennzone 23 Rekuperatorzone 24 Einlaßschleuse 25 Spülgas-Einlaßdüse 26 zusätzl.
Spülgas-Einlaßdüse 27 Spülgasanschluß 28 Spülgasanschluß 29 Spülgasanschluß 30 Spülgasanschluß
31
Spülgasgebläse 32 Strömungsdrossel 33 Gebläse 34 Spülgasdüse 35 Spülgasgebläse 40
Flammenbrenner 41 Flammenbrenner 42 Rekuperator 43 Gebläse 44 Rekuperator 45 Gebläse
46 Auslaßschleuse 50 Absaugeinrichtung 51 Wärmetauscher 52 Wärmetauscher 53 Wärmetauscher
54 Wärmetauscher 55 Wärmetauscher 56 Wärmetauscher 60 Endkühlzone 61 Eingangsschleuse
62 Ausgangsschleuse 63 Luftdüsen 64 Gebläse 65 Luftabsaugung 66 Gebläse
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