DE3535440A1 - Verfahren und vorrichtung zum brennen von keramischen formlingen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Brennen von keramischen Formlingen, die im Ausgangsmaterial aus­ gasende Substanzen enthalten, bei welchem aufeinander­ folgend die Formlinge vorgewärmt werden, die in den Formlingen enthaltenen ausgasenden Substanzen ver­ schwelt werden und die Formlinge bis auf die Brenn­ temperatur aufgeheizt und anschließend abgekühlt wer­ den, wobei die gebildeten Schwelgase nachverbrannt werden. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vor­ richtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei der Herstellung von porösen keramischen Formlin­ gen, zum Beispiel porosierten Ziegeln, ist es üblich, in die Rohlinge beispielsweise eine Vielzahl von Kü­ gelchen aus geschäumtem Polystyrol einzubetten, die sich beim Brennen verflüchtigen und in dem kerami­ schen Material des Formlinges Porenräume hinterlas­ sen. An die Stelle von geschäumtem Polystyrol können selbstverständlich auch andere verbrennbare oder ver­ gasbare Substanzen treten, wie zum Beispiel Holz, Braunkohle etc.

Beim Brennen von derartigen Formlingen in einem her­ kömmlichen Tunnelofen treten Schwierigkeiten insofern auf, als die am Eingang des Tunnelofens abgezogenen Abgase häufig mit verhältnismäßig großen Mengen un­ verbrannter Schwelgase beladen sind, die von den aus­ gasenden Substanzen an die Ofenatmosphäre abgegeben werden. Die Emission derartiger Schwelgase ist nach den einschlägigen Vorschriften zur Luftreinhaltung auf sehr niedrige Werte zu beschränken. Die Abgase müssen also vor dem Eintritt in den Kamin gereinigt werden, was mit einem erheblichen technischen Aufwand verbunden ist. Außerdem geht die in den Schwelgasen enthaltene Verbrennungswärme verloren.

Nach dem Stande der Technik (DE-PS 26 43 406) ist ein Verfahren bekannt, bei welchem die mit Schwelgasen beladenen Ofengase im Anfangsbereich des Tunnelofens abgesaugt werden und dem Tunnelofen in der Brenn- oder Kühlzone wieder zugeführt werden, um die Schwelgase bei hohen Temperaturen in der Brennzone des Tunnel­ ofens nachzuverbrennen. Dabei wird das dem Kamin zuzu­ führende überschüssige Ofengas mit hoher Temperatur in unmittelbarer Nähe der Brennzone abgezogen. Mit einem derartig ausgebildeten Verfahren ist es zwar möglich, die Schwelgase zu unschädlichen Abgasen zu verbrennen und außerdem den Heizwert der Schwelgase zu nutzen. Ein Problem bei diesem nach dem Stande der Technik bekannten Verfahren besteht jedoch darin, daß der eigentliche Schwelvorgang und die damit ver­ bundene Porenbildung im Formling wärmetechnisch nur schwer zu kontrollieren sind. Zugleich mit dem Schwel­ vorgang finden nämlich zahlreiche chemische Reaktio­ nen statt, die zum Teil - je nach den eingesetzten Rohmaterialien - stark exotherm verlaufen und an den Formlingen zu örtlichen Überhitzungen führen können, die wiederum ungleichmäßige Poren oder Risse in den Formlingen verursachen. Diese Schwierigkeiten ergeben sich insbesondere, wenn aufgrund des Produktionspro­ grammes in ein und derselben Anlage Formlinge aus un­ terschiedlichen Rohstoffen gebrannt werden müssen.

Ein weiterer Nachteil dieses nach dem Stande der Tech­ nik (DE-PS 26 43 406) bekannten Verfahrens besteht darin, daß das sehr heiße, dem Kamin zuzuführende Abgas bei den häufig eingesetzten fluorhaltigen Roh­ stoffen unzulässig hohe Mengen an anorganischen, gas­ förmigen Fluorverbindungen enthält, die nur schwer aus dem Abgas wieder entfernt werden können. Diese Fluorverbindungen sind sehr aggressiv und beschädigen die dem Kamin vorgeschalteten Wärmetauscher und der­ gleichen. Außerdem dürfen sie natürlich nicht emit­ tiert werden und müssen deshalb weitgehend aus dem Abgas entfernt werden.

In einer älteren deutschen Patentanmeldung P 35 16 058.6 ist ein Verfahren zum Brennen vor Form­ lingen erläutert, bei welchem das zuletzt diskutierte Problem im Hinblick auf die freiwerdenden Fluorver­ bindungen dadurch gelöst ist, daß der Hauptstrom der Ofengase um den Schwelabschnitt des Tunnelofens herum­ geführt wird und vor dem Eintritt in den Abgaskanal durch die Vorwärmzone des Tunnelofens geführt wird. Auf diese Weise wird vermieden, daß der Hauptstrom der Ofengase sich mit Schwelgasen belädt. Außerdem können sich die in dem Ofengas befindlichen Fluorver­ bindungen in physiologisch unbedenklicher Form in der Vorwärmzone auf den noch kalten Formlingen nieder­ schlagen. In der Schwelzone wird nur ein verhältnis­ mäßig kleiner Teilstrom des Ofengases mit den Schwel­ gasen beladen und entweder einer Nachverbrennungsan­ lage zugeführt oder zwecks Nachverbrennung der Schwel­ gasbestandteile in die Brennzone oder die Kühlzone des Tunnelofen rezirkuliert.

Mit dem zuletzt erörterten Verfahren ist es zwar mög­ lich, die in die Atmosphäre zu emittierenden Abgase weitestgehend frei von Schwelgasen und Fluorverbindun­ gen zu halten. Auch bei diesem Verfahren ist es je­ doch bei Verwendung von unterschiedlichen Rohmateria­ lien außerordentlich schwierig, den Schwelvorgang thermisch so zu steuern, daß sich eine gleichmäßige Porenbildung in den Formlingen ergibt und Risse oder sonstige Überhitzungsschäden an den Formlingen ver­ mieden werden.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, das Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubil­ den, daß sich der Schwelvorgang thermisch genauer be­ herrschen läßt.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung aus­ gehend von dem Verfahren der eingangs genannten Art vor, daß die Vorwärmung der Formlinge bis an die Untergrenze der Schweltemperatur der ausgasenden Sub­ stanzen in einem beheizbaren Vorwärmer, die weitere Erwärmung der Formlinge bis an die Obergrenze der Schweltemperatur der ausgasenden Substanzen in einer abgeschlossenen, gesondert beheizbaren Schwelkammer und das sich anschließende Aufheizen, Brennen und Abkühlen der Formlinge in einem Durchlauf-Tunnelofen erfolgen.

Beim Verfahren gemäß der Erfindung ist der Schwelvor­ gang in besonders vorteilhafter Weise vollständig von dem übrigen Prozeß abgetrennt und kann über die der abgetrennten Schwelkammer zugeordnete Heizeinrichtung den jeweilig verwendeten Rohstoffen optimal angepaßt werden. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß der Schwelvorgang zum allergrößten Teil zwischen zwei verhältnismäßig genau definierbaren Temperaturen abläuft. Unterhalb der Untergrenze der Schweltempera­ tur und oberhalb der Obergrenze der Schweltemperatur bilden sich demgegenüber Schwelgase nur noch in ver­ schwindend geringem Umfange. Die mit dem Schwelvor­ gang verbundenen exothermen Reaktionen haben zur Fol­ ge, daß man zur Stützung des eigentlichen Schwelvor­ ganges nur verhältnismäßig wenig Wärme zuführen muß, so daß man in der Schwelkammer mit einer verhältnis­ mäßig kleinen Heizeinrichtung auskommt und die ent­ stehenden Schwelgase in hochkonzentrierter Form anfal­ len. Diese hochkonzentrierten Schwelgase eignen sich besonders gut für die Nachverbrennung in einer Nach­ verbrennungsanlage oder dem Tunnelofen. Der Tunnel­ ofen beginnt beim Verfahren gemäß der Erfindung erst hinter der abgeschlossenen Schwelkammer und hat eine Einlauftemperatur, die oberhalb der Obergrenze der Schweltemperatur liegt.

Falls der eingesetzte keramische Rohstoff in erhebli­ chem Umfange Fluor enthält, sieht die Erfindung wei­ terhin vor, daß dem Abgasstrom des Tunnelofens ein Teil der Wärme entzogen wird und anschließend durch den Vorwärmer geführt wird. In diesem Falle wird der gesamte Abgasstrom des Tunnelofens, der noch die beim Brennen freiwerdenden Fluorverbindungen enthält durch den Vorwärmer geführt, damit sich die in diesem Abgas­ strom enthaltenen Fluorverbindungen auf den noch küh­ len Formlingen niederschlagen können. Der teilweise Entzug der in dem Abgasstrom des Tunnelofens enthalte­ nen Wärme ist notwendig, weil der Abgasstrom für eine direkte Zuführung in den Vorwärmer zu heiß wäre und es zumindest örtlich im Vorwärmer zu unerwünschten Schwelvorgängen kommen könnte.

Bei der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung sind in Transportrichtung der Formlinge gesehen aufeinanderfolgend ein beheizbarer Vorwärmer, eine durch Tore gasdicht abschließbare, gesondert beheizbare Schwelkammer und ein Tunnelofen angeordnet.

Falls aus den oben angegebenen Gründen die Abgase des Tunnelofens dem Vorwärmer zugeführt werden sollen, ist zwischen dem Einlaufende des Tunnelofens und dem Vorwärmer eine Gasleitung für den Abgasstrom des Tun­ nelofens angeordnet ist, in welche ein Wärmetauscher eingeschaltet ist.

Um das Ansaugen von Falschluft in den Vorwärmer zu vermeiden, kann gegebenenfalls auch der Vorwärmer durch Tore abschließbar sein.

Für die genaue Steuerung des Schwelvorganges enthält die Schwelkammer zweckmäßig eine in der Heizleistung genau steuerbare Heizeinrichtung, insbesondere einen Öl- oder Gasbrenner.

An die Schwelkammer ist zweckmäßig eine Schwelgaslei­ tung angeschlossen, die in die Brennzone oder die Kühlzone des Tunnelofens oder eine Nachverbrennungs­ anlage einmündet. Hierdurch kann die Heizenergie der Schwelgase sinnvoll in dem der Schwelkammer nachge­ schalteten Tunnelofen oder einer Nachverbrennungsan­ lage verwendet werden.

Ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens und der Vor­ richtung gemäß der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert, in der die Vorrichtung chematisch dargestellt ist und die zugehörigen Form­ lings- und Gasströme durch Pfeile angedeutet sind.

In der Zeichnung ist die Durchlaufrichtung der Form­ linge durch Pfeile 1 gekennzeichnet. Die Formlinge durchlaufen aufeinanderfolgend einen Vorwärmer 10, eine Schwelkammer 20 und einen Tunnelofen 30. Der Vor­ wärmer 10 ist beidseitig durch Tore 11 und 12 gas­ dicht abschließbar. Ebenso ist die Schwelkammer 20 durch Tore 21 und 22 abschließbar. Der Tunnelofen 30 weist in seinem Anfangsbereich eine Aufheizzone 31, in seiner Mitte eine Brennzone 32 und in seinem End­ bereich eine Kühlzone 33 auf.

In den Tunnelofen 30 tritt am Ende der Kühlzone 33 kalte Luft ein und erwärmt sich im Gegenstrom an den sich abkühlenden Formlingen. In der Brennzone 32 ist der Tunnelofen 30 mit einer Vielzahl von Heizbrennern 34 versehen, die die zugeführte Luft bis über die Brenntemperatur erwärmen. In der sich anschließenden Aufheizzone 31 kühlt sich die Ofenatmosphäre im Gegen­ strom zu den durchtretenden Formlingen bis auf etwa 550°C ab. Zwischen dem vorderen Ende der Aufheizzone 31 des Tunnelofens 30 und dem Vorwärmer 10 ist eine Gasleitung 40 vorgesehen, in die ein Wärmetauscher 41 eingeschaltet ist. In diesem Wärmetauscher 41 wird das 550°C heiße Abgas des Tunnelofens 30 auf ca. 400°C abgekühlt. Die abgetauschte Wärme wird einem anderen nützlichen Zweck zugeführt. Das auf 400°C ab­ gekühlte Abgas des Tunnelofens 30 wird dem Vorwärmer 10 zugeführt und aus diesem mit ca. 170°C abgeführt, um anschließend über einen Kamin 50 abgeblasen zu werden.

Die zwischen dem Vorwärmer 10 und dem Tunnelofen 30 liegende abgeschlossene Schwelkammer 20 ist mit einer genau regulierbaren, verhältnismäßig kleinen Heizein­ richtung 23 mit Gas- oder Ölbrennern versehen. Das in der Schwelkammer gebildete Schwelgas wird über eine Schwelgasleitung 24 aus der Schwelkammer abgezogen und entweder über Heizbrenner 35 im Tunnelofen 30 oder in einer Nachverbrennungsanlage 60 verbrannt. Die Nachverbrennungsanlage 60 ist in der Zeichnung mit gestrichelten Linien dargestellt.

Die in der Zeichnung dargestellte Anlage funktioniert wie folgt: Zunächst werden die Formlinge dem Vorwär­ mer 10 zugeführt und in dem Vorwärmer 10 von etwa 20°C bis auf 250°C erwärmt. 250°C ist beispielsweise die untere Grenze der Schweltemperatur der in den Formlingen enthaltenen ausgasenden Substanzen. Aus dem Vorwärmer 10 werden die Formlinge mit 250°C in die Schwelkammer 20 überführt. In der abgeschlossenen Schwelkammer 20 wird die Temperatur der Formlinge bis auf 400°C erhöht. Bei dieser oberen Grenztemperatur ist der Schwelvorgang im wesentlichen abgeschlossen. Die Heizeinrichtung 23 der Schwelkammer 20 wird dabei so gesteuert, daß es aufgrund der bei der Verschwe­ lung auftretenden exothermen Reaktionen nirgendwo in der Schwelkammer zu schädlichen Temperaturüberschrei­ tungen kommt. Nach Abschluß des Schwelvorganges wer­ den die Formlinge aus der Schwelkammer mit etwa 400°C in den Tunnelofen 30 überführt und dort in der Auf­ heizzone 31 bis auf 700°C aufgeheizt und in der Brennzone 32 bei 950°C gebrannt. Abschließend durch­ laufen die Formlinge die Kühlzone 33 des Tunnelofens und verlassen den Tunnelofen mit etwa 60°C.

Das Abgas des Tunnelofens 30 verläßt den Tunnelofen 30 im Anfangsbereich der Aufheizzone 31 mit etwa 550°C und wird in dem Wärmetauscher 41 auf ca. 400°C abge­ kühlt. Mit dieser Temperatur tritt das Abgas des Tun­ nelofens 30 anschließend in den Vorwärmer 10 ein und verläßt diesen mit etwa 170°C, um abschließend über den Kamin 50 in die Atmosphäre abgeblasen zu werden.

Die in der Schwelkammer 20 gebildeten Schwelgase wer­ den aus der Schwelkammer 20 in hochkonzentrierter Form abgezogen und über die Schwelgasleitung 34 entweder den Heizbrennern 35 oder der Nachverbrennungsanlage 60 zugeführt.

Abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel kön­ nen der Vorwärmer 10 und die Schwelkammer 20 auch seitlich neben dem Tunnelofen 30 angeordnet werden. In diesem Fall müssen die mit den Formlingen belade­ nen Transportwagen mit einer geeigneten Verschiebevor­ richtung seitlich verschoben werden.

Claims (7)

1. Verfahren zum Brennen von keramischen Formlingen, die im Ausgangsmaterial ausgasende Sub­ stanzen enthalten, bei welchem aufeinanderfolgend die Formlinge vorgewärmt werden, die in den Formlingen enthaltenen ausgasenden Substanzen verschwelt werden, die Formlinge bis auf die Brenntemperatur aufgeheizt und abschließend abgekühlt werden, wobei die gebilde­ ten Schwelgase nachverbrannt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärmung der Formlinge bis an die Untergren­ ze der Schweltemperatur der ausgasenden Substanzen in einem beheizbaren Vorwärmer (10), die weitere Er­ wärmung der Formlinge bis an die Obergrenze der Schweltemperatur der ausgasenden Substanzen in einer abgeschlossenen, gesondert beheizbaren Schwelkammer (20) und das sich anschließende Aufheizen, Brennen und Abkühlen der Formlinge in einem Durchlauf-Tunnel­ ofen (30) erfolgen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Abgasstrom des Tunnelofens (30) ein Teil der Wärme entzogen wird und an­ schließend durch den Vorwärmer (10) geführt wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Ver­ fahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Transportrichtung der Formlinge gesehen aufeinan­ derfolgend ein beheizbarer Vorwärmer (10), eine durch Tore (21, 22) gasdicht abschließbare, gesondert be­ heizbare Schwelkammer (20) und ein Tunnelofen (30) angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Einlauf des Tunnel­ ofens (30) und dem Vorwärmer (10) eine Gasleitung (40) für den Abgasstrom des Tunnelofens (30) angeord­ net ist, in welchen ein Wärmetauscher (41) eingeschal­ tet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auch der Vorwärmer (10) durch Tore (11, 12) abschließbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwelkammer (20) eine in der Heizleistung genau steuerbare Heizeinrichtung (23), insbesondere einen Öl- oder Gasbrenner enthält.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an die Schwelkammer (20) eine Schwelgasleitung (24) ange­ schlossen ist, die in die Brennzone (32) oder die Kühlzone (33) des Tunnelofens (30) oder in eine Nach­ verbrennungsanlage (60) einmündet.