DE3640213C1 - Verfahren zum Brennen von Formteilen aus grobkeramischem Material oder Oxidkeramik und Durchschubofen fuer das Verfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Brennen von Formteilen aus grobkeramischem Material oder Oxidkeramik in einem gasbeheizten Durchschubofen mit einer Brennzone und einer Kühlzone sowie einen Durchschubofen zur Durchführung des Verfahrens.

Gebräuchliche Öfen, wie beispielsweise Tunnelwagenöfen, zum Brennen von Formteilen aus grobkeramischem Material oder Oxidkeramik arbeiten mit Durchlaufzeiten von weit über 20 Stunden, damit eine Rissebildung infolge schnellen Aufheizens und schnellen Abkühlens vermieden wird. Besonders Öfen mit einem Ofenquerschnitt, der viele Formteile oder Formteilstapel aufzunehmen vermag, führen leicht zur Rissebildung, da im Ofenquerschnitt ungleichmäßige Temperaturen auf das Brenngut einwirken. Durch eine weitere Erhöhung der Durchschubzeit ließe sich dieser Einfluß zwar herabsetzen. Lange Durchschubzeiten sind jedoch unerwünscht.

Zum Brennen von Porzellan sind Schnellbrandöfen marktbekannt. Diese lassen sich erfahrungsgemäß zum Brennen von grobkeramischem Material oder Oxidkeramik nicht einsetzen.

In der DE-PS 28 00 895 ist ein Tunnelofen mit einer Vorwärmzone, einer Brennzone und einer Kühlzone beschrieben. Bei diesem Ofen sind in Längsrichtung gesehen eine Vielzahl von Einlaßöffnungen für Gas oder Luft angeordnet. In deren Nahbereich ist mit Unregelmäßigkeiten im Temperaturverlauf zu rechnen, was die Rissebildung begünstigt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und einen Durchschubofen der eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei dem Rissebildungen am Brenngut infolge in Ofenlängsrichtung (Durchschubrichtung) sprunghafter Temperaturänderungen und im Ofenquerschnitt ungleichmäßiger Temperaturverteilung vermieden sind und der mit vergleichsweise kurzen Durchschubzeiten arbeitet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, bei dem die Brenngasströmung im Bereich des einen Endes der Brennzone, an das die Kühlzone anschließt, in die Brennzone eintritt und auf die Einschuböffnung gerichtet ist, das Brenngas im Bereich der Einschuböffnung abgesaugt wird und die Durchschubgeschwindigkeit des Brennguts zwischen 0,5 m/h und 1,5 m/h liegt.

Dadurch ist in der Brennzone ein ansteigender Temperaturverlauf erreicht, der nicht durch in Ofenlängsrichtung gesehen weitere Brenngaseinströmungen unterbrochen ist. Im jeweiligen Ofenquerschnitt herrscht eine weitgehend gleiche Temperaturverteilung. An keinem der Stücke des Brennguts treten somit Temperaturspitzen oder Temperatureinbrüche auf, die die Rissebildung begünstigen würden. Die Absaugung der Brenngasströmung nahe der Einschuböffnung unterstützt die gleichmäßige Temperaturverteilung und erlaubt hohe Brenngasdurchsätze.

Bei der Durchschubgeschwindigkeit zwischen 0,5 m/h und 1,5 m/h, insbesondere etwa 1 m/h, ist einerseits gewährleistet, daß das Brenngut hinreichend lang im heißesten Bereich der Brennzone ist. Andererseits führt diese vergleichsweise hohe Durchschubgeschwindigkeit zu kurzen Durchlaufzeiten.

Beim erfindungsgemäßen Durchschubofen erübrigt sich eine übliche Vorwärmzone, in der das Brenngut beginnend bei etwa 100°C auf die Temperatur in der Brennzone vorerwärmt wird. Mit dem Wegfall der Vorwärmzone ist eine Verkürzung der Länge des Durchschubofens verbunden. Dies verringert die Durchschubzeit entsprechend.

Der Durchschubofen läßt sich mit einem im Vergleich zu Tunnelöfen kleinen Ofenquerschnitt bauen, ohne daß seine Vorteile verlorengehen. Damit ist es möglich, auch Kleinserien wirtschaftlich und schnell zu brennen. Die Durchschubbreite des Brennguts kann dabei z.B. 25 cm und bis etwa 75 cm betragen.

In bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens ist durch den Druck der in die Brennzone eintretenden Brenngasströmung in der Kühlzone ein Überdruck aufgebaut, der sich an der Ausschuböffnung der Kühlzone abbaut. Dadurch ist erreicht, daß die Temperatur in der Kühlzone in Durchschubrichtung abfällt, ohne daß Temperaturspitzen am Brenngut auftreten. Durch den Überdruck ist auch erreicht, daß an der Ausschuböffnung oder durch etwaige Undichtigkeiten der Ofenwandung im Bereich der Kühlzone keine Umgebungsluft angesaugt wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und des Durchschubofens nach der Erfindung ergeben sich aus Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.

Die Figur zeigt eine Aufsicht eines Durchschubofens schematisch im Schnitt.

Mit dem Durchschubofen sollen beispielsweise feuerfeste Materialien, wie Massen mit bis zu 90% Al₂O₃ oder Massen mit 40% bis 90% SiC- Gehalt oder Massen mit bis zu 96% ZrO₂-Gehalt bei Temperaturen bis etwa 1650°C gebrannt werden.

Der Durchschubofen weist einen Tunnel 1 auf, in dem in Durchschubrichtung D an eine Brennzone 2 eine Kühlzone 3 durchgehend anschließt. Die Brennzone 2 ist etwa doppelt so lang wie die Kühlzone 3. Die Länge der Brennzone 2 beträgt beispielsweise 8 m. Der Querschnitt des Tunnels 1 ist etwa quadratisch. Seine Durchschubbreite beträgt etwa 25 cm (bei lichter Ofenbreite 37 cm). Dementsprechend lassen sich durch den Ofen hintereinander Einzelsteine bis zu einem Gewicht von etwa 25 kg fördern.

Der Durchschubofen ist mit einer feuerfesten und wärmeisolierenden Auskleidung 4, 5 versehen, wobei die Auskleidung 4 im Bereich der Brennzone 2 dicker als die Auskleidung 5 in der Kühlzone 3 ist. Denn in der Kühlzone 3 ist nur eine geringere Wärmeisolation nötig und gewünscht als in der Brennzone 2. Am Beginn der Brennzone 2 liegt die Einschuböffnung 6 des Tunnels 1. Am Ende der Kühlzone 3 ist die Ausschuböffnung 7 vorgesehen.

Der Durchschubofen weist beidseitig des Tunnels 1 je einen Brenner 8, 9 auf. Es können auch mehrere Brenner am Umfang des Tunnels 1 verteilt sein. Diese sollen jedoch nicht in Längsrichtung des Tunnels 1 gegeneinander versetzt sein. An die Brenner 8, 9 schließen in der Auskleidung 4 ausgebildete Brenngaskanäle 10, 11 an, die in trichterförmig erweiterten Mündungen 12, 13 in den Tunnel 1 einmünden. Die Mündungen 12, 13 liegen im Querschnitt des Tunnels 1 einander gegenüber, so daß in den Tunnel 1 nur an in seiner Längsrichtung nicht versetzten Stellen Brenngas eintritt.

Nahe der Einschuböffnung 8 ist in der Auskleidung 4 ein den Tunnel 1 umschließender Absaugkanal 14 ausgebildet, an den ein Absauggebläse 15 angeschlossen ist.

In der Auskleidung 4 verlaufen parallel zur Brennzone 2 Verbrennungsluftkanäle 16, 17. Im Bedarfsfall kann den Brennern 8, 9 die Verbrennungsluft über diese Kanäle vorgewärmt zugeführt werden.

Vor der Einschuböffnung 6 ist ein Aufgabetisch 18 angeordnet. Zwischen diesem und der Ausschuböffnung 7 verläuft eine Rollenbahn 19 parallel zum Tunnel 1.

Die Wirkungsweise des beschriebenen Durchschubofens ist etwa folgende:

Durch die Brenngaskanäle 10, 11 und die Gestaltung deren Mündungen 12, 13 sowie den Betrieb des Absauggebläses 15 baut sich in der Brennzone 2 eine Brenngasströmung G auf, die von den Mündungen 12, 13 auf die Einschuböffnung 6 entgegen der Durchschubrichtung D gerichtet ist. Im Bereich der Mündungen 12, 13 herrscht in der Brenngasströmung über eine Strecke von beispielsweise 1,5 m die Höchsttemperatur von etwa 1850°C. Zur Einschuböffnung 6 fällt die Temperatur in der Brenngasströmung G ab, wobei sie jedoch im jeweiligen Querschnitt des Tunnels 1 im wesentlichen gleich ist. Beim Absaugkanal 14 und damit auch der Einschuböffnung 8 liegt die Temperatur zwischen 500°C und 800°C, beispielsweise bei 800°C bis 700°C.

Das Brenngut wird in Durchschubrichtung D durch die Einschuböffnung 8 mit einer Geschwindigkeit von etwa 1 m/h eingeschoben und durch den Tunnel 1 hindurchgeschoben. Das Brenngut wird dabei gleich nach der Einschuböffnung 6 einer vergleichsweise hohen Temperatur ausgesetzt. Die Stücke des Brennguts werden jedoch allseitig gleichmäßig hitzebeaufschlagt. Es hat sich gezeigt, daß Risse am Brenngut dabei nicht auftreten.

Durch die gewählte Durchschubgeschwindigkeit ist gewährleistet, daß das Brenngut hinreichend lang der Höchsttemperatur von etwa 1850°C ausgesetzt ist.

Nach dem Vorbeischieben des Brennguts an den Mündungen 12, 13 gelangt es in die Kühlzone 3. In der Kühlzone 3 herrscht eine Gasströmung K in Richtung der Ausschuböffnung 7. Die Gasströmung K entsteht durch den Überdruck der Brenngasströmung G im Bereich der Mündungen 12, 13 gegenüber dem Umgebungsluftdruck an der Ausschuböffnung 7. Die Strömungsgeschwindigkeit der Gasströmung K ist wesentlich kleiner als die der Brenngasströmung G. In der Kühlzone 3 erfolgt eine allmähliche Absenkung der Temperatur des Brennguts. Auch in dieser Abkühlphase ist das Brenngut gleichmäßig temperaturbeaufschlagt. Insbesondere kann in die Kühlzone 3 Umgebungsluft nicht eintreten. Auch in der Abkühlphase treten Spannungsrisse am Brenngut nicht auf.

Verschiedene Versuche haben ergeben, daß selbst bei vergleichsweise kurzen Durchschubzeiten von etwa 12 h am Brenngut Spannungsrisse nicht festzustellen sind.

Claims (8)

1. Verfahren zum Brennen von Formteilen aus grobkeramischem Material oder Oxidkeramik in einem gasbeheizten Durchschubofen mit einer Brennzone und einer Kühlzone, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenngasströmung (G) im Bereich des einen Endes der Brennzone (2), an das die Kühlzone (3) anschließt, in die Brennzone (2) eintritt und auf die Einschuböffnung (6) gerichtet ist, daß das Brenngas im Bereich der Einschuböffnung (6) abgesaugt wird und daß die Durchschubgeschwindigkeit des Brennguts zwischen 0,5 m/h und 1,5 m/h liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Druck der in die Brennzone (2) eintretenden Brenngasströmung (G) der in der Kühlzone (3) aufgebaute Oberdruck an der Ausschuböffnung (7) der Kühlzone (3) abgebaut wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Höchsttemperaturen von etwa 1650°C in der Brennzone (2) nahe der Einschuböffnung (6) eine Temperatur zwischen 500°C und 800°C herrscht.

4. Durchschubofen zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Absaugung des Brenngases ein die Brennzone (2) nahe der Einschuböffnung (6) umschließender Absaugkanal (14) vorgesehen ist, der an ein Absauggebläse (15) angeschlossen ist.

5. Durchschubofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Brennzone (2) wenigstens zwei Mündungen (12, 13) für die Brenngaseinströmung vorgesehen sind und daß die Mündungen (12, 13) einander am Querschnitt der Brennzone (2) gegenüberliegen.

6. Durchschubofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungen (12, 13) zur Brennzone (2) trichterförmig aufgeweitet und in Richtung der Einschuböffnung (6) gerichtet sind.

7. Durchschubofen nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Kühlzone (3) etwa halb so groß ist wie die Länge der Brennzone (2).

8. Durchschubofen nach Anspruch 4, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vorerwärmung der Verbrennungsluft Verbrennungsluftkanäle (16, 17) parallel zur Brennzone (2) verlaufen.