DE68907105T2

DE68907105T2 - Verfahren zum Brennen von keramischen Formkörpern und Tunnelofen dafür.

Info

Publication number: DE68907105T2
Application number: DE1989607105
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Miyahara; Koji Ogura; Keiji Yasuda
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1988-03-31
Filing date: 1989-03-31
Publication date: 1993-12-02
Anticipated expiration: 2009-04-01
Also published as: DE68907105T3; EP0335735A2; EP0335735A3; JPH01249665A; EP0335735B2; DE68907105D1; EP0335735B1; JP2543565B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Brennen von Keramikformkörpern, insbesondere von Keramikkörpern mit Bienenwabenstruktur, und einen zum Durchführen eines solchen Verfahrens ausgebildeten Brennofen.
Bisher ist in Hinblick auf Massenproduktion ein Tunnelofen wie in Figur 4 gezeigt verwendet worden, um Keramikkörper mit Bienenwabenstruktur zu brennen. Der Tunnelofen besteht im allgemeinen aus einer Vorwärmzone 11, einer Brennzone 12 und einer Abwärmezone 13. Verbrennungsgase, die von den in der Brennzone 12 vorgesehenen Verbrennungsbrennern 14 erzeugt werden, werden durch die Vorwärmzone 11 durch Saugen eines Absaug- bzw. Abgasgebläses 15 zur Außenseite des Ofens ausgetragen, das in einem Niedrigtemperaturabschnitt der Vorwärmzone 11 an der Einlaßseite vorgesehen ist. Im Tunnelofen mit diesem Aufbau, wie in Figur 5 gezeigt, besteht die Brennbedingung aus einem Temperaturanstiegsabschnitt, einem Sinterabschnitt, in dem eine konstante Temperatur aufrechterhalten wird, und einem Temperaturabsinkbereich.
Jedoch treten, wenn Keramikformkörper unter derartigen Brennbedingungen gebrannt werden, in manchen der gebrannten Produkte Brennrisse oder -verformung auf. Insbesondere ist das Auftreten derartiger Fehler im Fall von Keramikkörpern mit Bienenwabenstruktur häufiger, die eine Anzahl von Durchgangslöchern aufweisen.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die obengenannten Probleme zu lösen und ein Brennverfahren zu schaffen, das gebrannte Produkte erzeugt, die von Fehlern frei oder freier sind, sowie einen für das Verfahren nützlichen Tunnel ofen.
Das erfindungsgemaße Verfahren ist in Anspruch 1 dargelegt.
Der erfindungsgemaße Brennofen ist in Anspruch 2 dargelegt.
Bei dem Verfahren wird, da die Erwärmungsgeschwindigkeit bis zur Auflösungstemperatur der Formungshilfe langsam ist, die thermische Auflösung bzw. Thermolyse der Formungshilfe vereinheitlicht, sodaß weder Brennrisse noch Brennverformung auftreten.
Des weiteren können die Keramikbrennbedingungen dieses Verfahrens erreicht werden, indem lediglich die Absaugmittel am Hochtemperaturabschnitt der Vorwärmzone an der Auslaßseite vorgesehen werden.
Diese und andere wahlweise Merkmale und Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der folgenden Beschreibung der Erfindung gewurdigt werden, wenn diese in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen betrachtet wird, wobei es sich versteht, daß vom Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich die Erfindung bezieht, einige Modifikationen, Variationen und Veränderungen derselben durchgeführt werden können.
Fur ein besseres Verständnis der Erfindung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, worin:
Figur 1 ein Diagramm ist, das eine Brennbedingung eines Beispiels für das Keramikbrennverfahren gemäß vorliegender Erfindung zeigt;
Figur 2 eine Seitenansicht eines Tunnelofens als eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Figur 3 eine Konzeptansicht ist, welche die Konstruktion einer weiteren Ausführungsform des Tunnelofens zum Durchführen des Brennverfahrens gemäß vorliegender Erfindung veranschaulicht;
Figur 4 eine Konzeptansicht ist, welche die Konstruktion eines Tunnelofens zum Durchführen eines herkömmlichen Brennverfahrens veranschaulicht;
Figur 5 ein Diagramm ist, welches ein Beispiel einer Wärmekurve des in Figur 4 gezeigten Tunnelofens veranschaulicht; und
Figur 6 ein Diagramm ist, das die Temperaturunterschiede zwischen einem inneren Teil und einem äußeren Teil eines gebrannten Produkts veranschaulicht, das nach dem herkömmlichen Verfahren erhalten wurde.
Das/die Keramikbrennverfahren und -vorrichtung gemäß vorliegender Erfindung basieren auf Wissen, das durch das Untersuchen herkömmlicher Brennöfen und ihrer Brennbedingungen erhalten wurde.
Das heißt, die Temperaturverteilung in der äußeren Oberfläche und der Innenseite des Keramikformkörpers unter den herkömmlichen Brennbedingungen ist so, daß eine im Formkörper enthaltene Formungshilfe bei 150º bis 300ºC thermisch aufgelöst wird, und aufgrund dieser Tatsache wird Wärme zuerst an der äußeren Peripherie des Keramikformkörpers erzeugt und dann innen erzeugt. Obwohl Wärme, die an der äußeren Peripherie erzeugt wird, leicht zerstreut wird, sammelt sich im Inneren erzeugte Wärme an, ohne zerstreut zu werden. Daher wird festgestellt, daß, wie in Figur 6 gezeigt, eine Temperaturdifferenz zwischen der äußeren Oberfläcne und der Innenseite des Keramikformkörpers auftritt, sodaß es wahrscheinlich ist, daß Brennrisse auftreten. Insbesondere ist, da für die Bienenwaben-Keramikformkörper vom Standpunkt der Struktur aus Extrusionsformen verwendet wird, eine beträchtliche Menge an Formungshilfe enthalten. Es wird auch herausgefunden, daß, da die die Durchgangslöcher der Bienenwaben begrenzenden Trennwände, dünn sind, die Tendenz zum Auftreten von Brennrissen oder Wärmeverformung aufgrund einer leichten Veränderung der Temperaturverteilung besteht.
Daher ist, wie Figur 1 für die Beziehung zwischen der Brenntemperatur und der Zeit zeigt, nach dem erfindungsgemäßen Keramikbrennverfahren die Erwärmungsgeschwindigkeit in einem Temperaturbereich von einem Brennausgangspunkt A zu einem Punkt B, an dem eine in einem Keramikformkörper enthaltene Formungshilfe durch Wärme aufgelöst wird, geringer als in einem Temperaturbereich vom Punkt B zu einer Sintertemperatur C.
Die Formungshilfe kann Bindemittel wie Methylzellulose, Carboxylmethylzellulose, Polyvinylalkohol, Stärkepaste usw., ein oberflächenaktives Mittel, ein Schmiermittel wie Wachs und ähnliches enthalten. Daher wird die Thermolysetemperatur speziell je nach der Art der Formungshilfe bestimmt, und daher kann die Erwärmungsgeschwindigkeit auf der Basis der Abmessung und Form des Formkörpers und des Inhalts der Formungshilfe bestimmt werden.
Wenn beispielsweise ein Körper, bei dem eine hauptsächlich aus Methylzellulose bestehende Formungshilfe Rohmaterialien aus Talk, Kaolin und Tonerde hinzugefügt ist, in der Form einer Bienenwabenstruktur extrudiert wird, kann ein Kordieritkeramikkörpr mit Bienenwabenstruktur erhalten werden, indem der Formkörper erwärmt wird, sodaß die Erwärmungsgeschwindigkeit bei 80º bis 90ºC/h in einem Bereich bis zur Auflösungstemperatur von Methylzellulose, 200ºC, festgelegt ist, und bei 100º bis 120ºC/h in einem Bereich von 200ºC bis 1400ºC, in dem der Formkörper während des Sinterns gehalten wird.
Die Erwärmungsgeschwindigkeit im Temperaturbereich von der Thermolysetemperatur B zur Sintertemperatur C ist so festgelegt, daß eine Verzögerung beim Erhöhen der Temperatur von A zu B ergänzt wird.
Als nächstes wird der Brennofen gemäb vorliegender Erfindung unten detaillierter unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erklärt.
Figur 2 ist eine Konzeptansicht, welche die Konstruktion einer Ausführungsform des Tunnelofens zum Durchführen des erfindungsgemäßen Brennverfahrens veranschaulicht. Bei dieser Ausführungsform besteht der Tunnelofen aus einer Vorwärmzone 1, einer Brennzone 2 und einer Abwärmezone 3. Ein Absauggebläse 4 ist an einer Einlaßseite eines Niedrigtemperaturabschnitts der Vorwärmzone 1 vorgesehen, um Verbrennungsabgas abzusaugen. Ein weiteres Absauggebläse 5 ist an einer Auslaßseite eines Hochtemperaturabschnitts der Vorwärmezone 1 vorgesehen, um das Hochtemperaturgas abzusaugen.
Wenn die Vorwärmezone 1 wie oben beschaffen ist, werden die von in der Brennzone 2 angeordneten Brennern 6 erzeugten Verbrennungsgase durch das Absauggebläse 4 an der Einlaßseite der Vorwärmzone 1 angesaugt, um den Verbrennungsgasstrom zu erzeugen, während das Hochtemperaturgas durch das Absauggebläse 5 auf halbem Weg in diesem Strom abgesaugt wird. Dadurch wird die Brennbedingung wie in Figur 1 gezeigt für den Tunnelofen erreicht. Durch Variieren der Absaugmenge des Hochtemperaturgases durch das Absauggebläse 5 kann die Erwärmungsgeschwindigkeit willkürlich variiert werden. Als Ergebnis kann die Erwärmungsgeschwindigkeit der Formungshilfe im zu brennenden Keramikformkörper nahe deren Auflösungstemperatur verzögert werden, sodaß die Temperaturdifferenz zwischen dem inneren und dem äußeren Abschnitt des Formkörpers aufgrund der Auflösung der Formungshilfe herabgesetzt werden kann.
Figur 3 ist eine Konzeptansicht, die einen weiteren Tunnelofen zum Durchführen des erfindungsgemäßen Brennverfahrens veranschaulicht Gleiche oder ähnliche Teile in Figur 3 sind mit den gleichen Bezugszahlen versehen, wie in der Ausführungsform in Figur 2, und deren Erklärung wird weggelassen. Die Ausführungsform in Figur 3 unterscheidet sich von jener von Figur 1 dadurch, daß ein Hochtemperaturgas in einem Hochtemperaturabschnitt einer Vorwärmzone 1 durch ein Absauggebläse 5 abgesaugt wird und durch ein Temperatureinstellmittel 7 einem Niedrigtemperaturabschnitt der Vorwärmzone 1 zugeführt wird.
Wenn durch das Absauggebläse 5 eine große Menge des Verbrennungsgases an die Außenseite des Ofens abgesaugt wird, um die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit in der Vorwärmzone als einer Temperaturzone, in der die Formungshilfe aufgelöst wird, zu verringern, nimmt eine Menge des zur Seite des Absauggebläses 4 an der Einlaßseite des Tunnelofens umgewälzten Gases ab.
Wenn die Menge an umgewälztem Gas abnimmt, neigt das umgewäizte Gas dazu, an die obere Seite des Ofens zu gelangen, das heißt an eine Deckenseite des Ofens, da die Temperatur des umgewälzten Gases hoch ist. Als Ergebnis tritt eine Temperaturdifferenz zwischen dem Ofenbodenteil und dem oberen Ofenteil auf, sodaß aufgrund einer derartigen Temperaturdifferenz im gebrannten Formkörper Brennrisse oder -verformung auftreten.
Um diese Erscheinung zu vemeiden, wird das Gas, sobald es vom Absauggebläse 5 an die Außenseite des Ofens abgegeben wurde, zum Niedrigtemperaturabschnitt der Vorwärmzone umgewälzt, wodurch die Temperaturdifferenz zwischen dem oberen Teil und dem Bodenteil des Ofens ausgeglichen wird.
Die Temperatur des Verbrennungsgases wird von einem Temperatureinsteller 7 wie einem Wärmetauscher gesteuert, oder indem die Menge des umzuwälzenden Gases verändert wird. In Figur 3 ist der Temperatureinsteller so dargestellt, daß er den Fluß regelnde Funktion aufweist, aber es kann getrennt vom Temperatureinsteller ein Flußregler vorgesehen sein.
Bei der obigen Konstruktion kann die Temperatur der Vorwärmzone vereinheitlicht werden, und Wärmeinputs und -ausgänge können durch das Zurückführen des Abgases im Kreislauf verbessert werden.
Obwohl in jedem der Niedrig- und Hochtemperaturabschnitte der Vorwärmzone an der Einlaßseite bzw. der Auslaßseite ein einzelnes Absauggebläse vorgesehen ist, ist die Zahl der Absauggebläse in den obengenannten Ausführungsformen selbstverständlich nicht auf eines beschränkt.
Wie aus der vorangehenden Erklärung klar ist, treten nach dem Brennverfahren gemäß vorliegender Erfindung, da die Thermolyse der Formungshilfe allmählich abläuft, weder Brennrisse noch -verformung auf. Des weiteren ist das Absauggebläse beim Tunnelofen gemäß vorliegender Erfindung im Hochtemperaturabschnitt der Vorwärmzone an der Auslaßseite vorgesehen, um eine bestimmte Menge des Hochtemperaturgases durch das Absauggebläse abzusaugen. Dadurch können während des Brennens gewünschte Brennbedingungen erreicht werden. Als Folge können, da die Temperaturdifferenz zwischen dem inneren Teil und dem äußeren Teil des Formkörpers während des Brennens ausgeglichen wird, gebrannte Produkte erhalten werden, die frei von Rissen sind.

Claims

1. Verfahren zum Brennen von Keramikformkörpern, welches den Schritt umfaßt, daß die Temperaturzunahmegeschwindigkeit in einem Temperaturbereich bis zu einer Auflösungstemperatur einer im Keramikformkörper enthaltenen Formungshilfe kleiner gemacht wird als in einem Temperaturbereich von der Auflösungstemperatur zu einer Brenntemperatur.

2. Tunnelofen, der eine Vorwärmzone (1), eine Brennzone (2), eine Abwärmezone (3), an der Brennzone vorgesehene Verbrennungsbrenner (6), ein Absaugmittel (4), das an einer Einlaßseite der Vorwärmzone vorgesehen ist, um Verbrennungsgase von den Verbrennungsbrennern vom Ofen abzusaugen, und ein weiteres Absaugmittel (5) umfaßt, das in einem Hochtemperaturabschnitt der Vorwärmzone vorgesehen ist, um Verbrennungsgase aus dem Ofen abzusaugen.

3. Tunnelofen nach Anspruch 2, worin das genannte andere Absaugmittel (5) mit einem stromaufwärts gelegenen Teil der Vorwärmzone (1) verbunden ist, um zumindest einen Teil der Verorennungsgase umzuwälzen, die durch das genannte andere Absaugmittel abgesaugt werden.

4. Tunnelofen nach Anspruch 3, worin das genannte andere Absaugmittel (5) über einen Temperatureinsteller (7) mit dem stromaufwärts gelegenen Teil der Vorwärmzone verbunden ist.