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Verfahren zur Herstellung von Pflastersteinen und ähnlichen keramischen
Erzeugnissen in Tunnelöfen Gegenstand vorliegender Erfindung bildet ein Verfahren
zur Herstellung von Pflastersteinen und ähnlichen keramischen Erzeugnissen in Tunnelöfen.
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Die bis jetzt benutzten Verfahre, beruhten auf einem ununterbrochenen
und allmählichen Abkühlen des Gutes nach dem Verglasen. Dies hatte den Nachteil,
daß. ein Gut entstand, das leicht brüchig war.
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Es wurde nun gefunden, daß durch- eine geeignete Regelung der allmählichen
überführung vom Verglasungszustand in den Endzustand ein sehr widerstandsfähiges
Gut erzielt wird. Nach der Erfindung wird das Gut nach der Verglasung in einer Brennzone
in einer ersten Entglasungszone allmählich abgekühlt bei einer Temperatur, die erheblich
niedriger ist als die Verglasungstemperatur. Darauf wird das Gut wieder in eine
Glühzone übergeführt, in der es während einer geeigneten Zeitdauer auf eine etwas
höhere Temperatur erhitzt wird, und dann wird das Gut sehr allmählich auf eine noch
niedrigere Temperatur als in der ersten Kühlzone abgekühlt, der schließlich eine
rasche letzte Abkühlung folgt.
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In der Zeichnung ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel an
Hand eines Ofens dargestellt. Es sei dabei bemerkt, daß bereits öfen zum Brennen
von Porzellan bekannt sind, die zwei Heizzonen und eine dazwischenliegende Zone
besitzen, die nicht beheizt wird. Weiter sind auch Umleitungskanäle für die Zuführung
der Luft und ebenso Absperrschieber zur Erzeugung beliebiger, voneinander unabhängiger
Zonen bekannt.
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In der Zeichnung stellt dar Abb. i einen senkrechten Längsschnitt,
Abb.2 einen entsprechenden waagerechten Schnitt durch den Ofen, während Abb. 3 ein
Querschnitt im vergrößerten Maßstabe nach der Linie X-Y der Abb. i ist.
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Durch Beobachtungen wurden die folgenden wesentlichsten Vorgänge beim
Brennen von Pflastersteinen festgestellt.
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Bei ioo` C verdampft das hygroskopische Wasser der zu brennenden Gegenstände.
Gleichzeitig werden die organischen Bestandteile von ihren flüchtigen Bestandteilen
befreit, wobei die $iliciumhydrate und die Eisenprotoxyde zersetzt werden. Bei q.00°
C bieginnt die Zersetzung des Lehms, und das Wasser in diesem verdampft. Bei 6oo°
C verbrennen die Kohlenstoffe der organischen. Bestandteile, daher die Notwendigkeit
einer oxydierenden Atmosphäre. Bei 700° C bestehen
die zu brennenden
Gegenstände nur aus Anhydridverbindungen von verbindungsfähigem Silicium, kristallinischem
Silicium, Silikaten vom, Aluminium und Kalk, Eisenoxyd u. dgl., entsprechend der
Zusammensetzung des Lehms. In diesem Augenblick beginnt b=ei steigender Tempteratur
die Einwirkung d=er Alkalien und Metalloxyde Verbindungen. herzustellen, bei Vorhand-em.-sein
von Aluminium und Silicium, und doppelte Silikate zu bilden, bis mit weiter steigenden
Temperaturen (bei etwa i i 5o° C) die Affinität der Säurebasen größer wird, so daß
die charakteristische Verglasungswirkung entsteht, die zur Herstellung von Pflastersteinen
erforderlich ist.
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Während der Verglasungswirkung würde ein plötzliches Abkühlen eine
Verglasungsverdichtung verursachen, so daß ein brüchiger Stein entstände, der als
Pflasterstein unbrauchbar wäre. Durch geeignete Regelung der allmählichen Überführung
vom Verglasungszustand in den festen wird eine Entglasung und Kristallisierung des
Stoffes erreicht, wodurch ein gegen Schläge sehr widerstandsfähiger Stein geschaffen
wird. Diese Eigenschaft ist aber von größter Wichtigkeit für einen guten Pflasterstein.
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Aus dem geschilderten Verlauf des Brennvorganges ist zu ersehen, daß
die Einzelstufen des Verfahrens vom Beginn des Brennens bis zum Verglasen rasch
durchgeführt werden können, aber eine sehr stark oxydierende Ofenatmosphäre bei
700° C erfordern, während die Kühlperiode nach dem Verglasen langsam und unter stetiger
Reglung erfolgen muß.
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Erfahrungsgemäß findet eine Kristallisation unter 85o° C nicht mehr
statt, und die Kühlung könnte danach rasch durchgeführt werden, wenn nicht die Tatsache
bestände, daß bei .etwa 58o' C in. Steinen mit einer gewissen Menge von freien Silikaten
in Form von Quarz Risse entstehen, deren Ursache in. dem plötzlichen Zusammenschrumpfen
des Quarzes bei dieser Temperatur liegt.
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Sämtliche Vorgänge finden in dem neuen Ofen unter den geeignetsten
Verhältnissen und mit dem günstigsten Erfolg statt.
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In dem gewählten Beispiele besteht der Ofen aus einer mittleren Kammer
i (Abb. i) mit einem Längsgleis, auf dem die Wagen z mit den zu brennenden Gegenständen
sich fortbewegen. An jeder Seite der Kammer sind Längskanäle 3 (Abb. a ). angeordnet,
die mit der mittleren Kammer i in der Nähe des Austrittsendes des Ofens durch "die
öffnungen 5 verbunden sind. Die mittlere Kammer ist am Eintrittsende durch eine
Tür 6 verschlossen. In der Nähe der Öffnungen 5 ist die mittlere Kammer durch Leine
senkrechte Schiebetür 8 verschlossen, die bis auf die Ladefläche des Wagens herabgelassen
werden kann, der sich gerade darunter befindet. Auf den Wagen wird zu diesem Zweck
ein Platz beim Beladen mit Steinen @o.. dgl. frei gelassen. Die Tür wird beim Einführen
ein=es jeden Wagens in den Ofen gehoben und gesenkt.
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Die Längskanäle 3 sind mit der mittleren Kanuher i mittels Öffnungen
io verbunden, welche durch die Schieber i i geregelt werden können. Die Öffnungen
io sind in geeigneter Weise auf die Länge des Ofens verteilt.
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In der Nähe der Einlaßtür 6 befindet sich ein Saugzuggebläse, das
die Abgase aus dem Fuchs 13 absaugt, welcher mit der Kammer durch die Queröffnungen
1q. in Verbindung steht, die durch Ventile geregelt werden können. Die Außenluft
tritt in den Ofen am Ende ja ein. In der Nähe des Auslasses sind zwei. Gebläse 15
vorgesehen, die den Kanälen 3 Luft durch die Düsen 16 zuführen. Diese Luft wird
entweder der Außenluft entnommen oder durch die Kanäle 18 dem Innein des Ofens.
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Der aus Kohlenstaub bestehende Brennstoff wird der Kammer i durch
Kanäle 20 zugeführt.
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In diesem besonders zum Brennen von Pflastersteinen geeigneten Ofen
verläuft der Brennvorgang wie folgt Es sei angenommen, daß der Ofen 37 Wagen enthält,
jeder von 3 m Länge, und daß jede zwei Stunden ein mit Steinen beladener Wagen in
den Ofen eingeführt wird.
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Der Wagen wird während des Betriebes des Ofens nach Öffnen der Türen
6 und 8 eingeführt, wonach !die Türen wieder geschlossen werden. Die an den Kanal
13 angeschlossene Saugvorrichtung saugt Außenluft durch das Ende ia in den Ofen.
Sobald die Tür 8 geschlossen ist, strömt die Luft durch die Kanäle 3 und tritt durch
die öffnungen i o in die Kammer i ein.
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Der eingeführte Wagen befindet sich zuerst in der Zone A. Die Erhitzung
ist allmählich. Die Gase werden durch die Ventile 1q. allmählich abgeführt. Nach
i a Stunden gelangen die Gegenstände in die Zone B. In dieser Zone sind die Gegenstände
in Berührung mit den heißen Verbrennungsgasen und mit der durch die letzten drei
Öffnungen io eintretenden Luft, so daß hier eine stark oxydierende Atmosphäre vorhanden
ist, die die weitere Entfernung der organischen Substanzen fördert. Nach io Stund=en.
gelangen die Gegenstände in die Zone C, der die größte Menge von Kohlenstaub oder
eines anderen Brennstoffes zugeführt wird, um die Verglasungstemperatur zu erreichen.
Diese Zone erhält einen Teil der zur Verbrennung erforderlichen
Luft
durch die Öffnungen io. Nach 14 Stunden gelangen die Gegenstände in die Zone D.
Diese Zone erhält weder Luft aus den Kanälen 3 noch Brennstoff. Die Gegenstände
werden unter einer wesentlich geringeren Temperatur gehalten als der Verglasungstemperatur;
diese Zone ist demnach die .erste Entglasungs- und Kristallisierungszone. Nach i
o Stunden gelangen die Gegenstände in die Zone F", die durch die regelbaren Öffnungen
1 o mit Luft versorgt wird sowie auch mit Brennstoff, so daß die Temperatur nach
Bedarf geregelt werden kann, um die Kristallisierung zu verfolgen und auf die Steine
eine Glühwirkung auszuüben. Nach io Stunden in dieser Glühzone gelangen die Erzeugnisse
in die Zone F, in der sie sehr langsam abkühlen, da durch diesen Teil keine Luft
strömt. Die sehr allmähliche Abkühlung verhütet die Rißbildung in der Nähe der Temperatur
von 58o° C. Nach io Stunden wird der Wagen durch die Tür 8 geleitet und gelangt
in die Zone G, -die von der gesamten einströmenden Luft durchspült wird, so daß
eine rasche Abkühlung erfolgt.
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Die Regelung des Luftstromes in der ganzen Länge der Kanäle 3 ist
von großem Vorteil, da bei Verwendung eines geeigneten Heizmittels, wie Kohle, Gas,
Brennöl o. dgl., eine reduzierende, neutrale oder oxydierende Atmosphäre in der
Brennzone erzielt werden kann.
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Die Anordnung der Tür 8, die zur Ableitung des Luftstromes in die
Kanäle 3 dient, verhindert ferner jegliches rasches Abkühlen in den Zonen F und
D, und die durch die Öffnungen io in die Kammer eintretende Verbrennungsluft wird
beim Strömen der Ofenwandungen entlang erhitzt. Es ist klar, daß die Tür 8, falls
erforderlich, in gewissen Fällen teilweise geöffnet werden kann.