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Verfahren zum Brennen von keramischen
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Erzeugnissen in intermittierendem Zyklus I Die Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren zum Brennen von keramischen Erzeugnissen im intermittierenden
Zyklus; die Erfindung bezieht sich insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, auf
ein derartiges Verfahren zum Brennen von Porzellan, Oxiden, Emaille und anderen
lackierten Produkten.
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Im allgemeinen ist eine gute Durchführung eines Verfahrens zum Brennen
von keramischen Produkten an mechanische, thermodynamische und kinetische Erfordernisse
gebunden.
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So ist es beispielsweise erforderlich, daß die in den zum Brenner
vorgesehenen Mater.ialien auftretenden Spannungen sowie Temperatv differenzen kleiner
sind als die Bruchfestigkeit oder aber die Festigkeit gegen eine dauernde Verformung
dieses Materials; darül er hinaus muß die thermische Belastung andauernd kontrolliert
werden, und zwar auch in Abhängigkeit von der Geometrie des dem Brennvorgang unterworfenen
Produktes.
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Ein Verfahren zum Brennen von keramischen Produkten, während welchem
erhöhte Temperaturen im Bereich von 7000 C bis 14000 C erreicht werden, kann im
intermittierenden Zyklus oder aber auch im kontinuierlichen Zyklus durchgeführt
werden.
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Zur Verwirklichung eines derartigen Brennverfahrens mit intermittierendem
Zyklus werden Brennöfen in Kammerform oder aber in Tunnelform mit beweglichem Feuer
verwendet. Die Verwendung derartiger Brennöfen, welche sehr stark verbreitet ist,
zeigt eine Reihe von Nachteilen, und zwar sowohl in technischer als auch in wirtschaftlicher
Hinsicht. Die hervorstechensten Mängel und Unzuträglichkeiten dieser Verfahren bestehen
in der erhöhten thermischen Trägheit mit der Folge eines außerordentlic langen Zeitbedarfes
und relativ großen Brennstoffbedarfes, um den Ofen auf die erforderlichen Temperaturen
aufzuheizen; darübe hinaus ist es unmöglich, die Atmosphäre des Brennofens thermodynamisch
zu kontrollieren. Das heißt mit anderen Worten, daß ßdwede Möglichkeit der Kontrolle
der Temperaturgradienten und de Enthalpieaustausches fehlt. Diese Mängel führen
zu einem relativ hohen Prozentsatz an Ausschuß, und zwar als Folge eines Bruches
oder aber einer andauernden Verformung desjenigen Gutes, welches dem Brennvorgang
unterworfen wird. Darüber hinaus haben die mang inde Wiedergewinnung der Wärme in
Kammer-Brennöfen, die beträchtlichen Wärmeverluste im Schornstein sowie die Wärmeverluste
durch Wärme strahlung und Wärmeleitung zur Folge, daß der zum Brennen erforderliche
Wärmebedarf im allgemeinen einen Wert in der Größer ~ ordnung von 3000 - 3500 kcal
pro Kilogramm Brenngut beträgt, wobei der theoretische Wärmebedarf 300 - 500 kcal
pro Kilogramm Brenngut beträgt, wenn dieses Brenngut auf die erforderliche Bre -temperatur
gebracht werden soll.
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Auch bei Brennöfen mit beweglichem Feuer - in welchen ein teilweiser
Wärmerückgewinn erfolgt - sind die Wärmeverluste wegen der Wärmekapazität des Brennofens
(Gewölbe, Wände und Laboratorium dieses Ofens) und wegen der nachfolgenden Wärmeverluste
ei wechselndem Zyklus ziemlich hoch, der bei derartigen Öfen zur wendung gelangt.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Brennen von
keramischen Produkten mit intermittierendem Zyklus aufzuzeigen, mit welchem die
Mängel und Unzuträglichkeiten der zum Stande der Technik zählenden Methoden dieser
Art vollständig! vermieden werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zumindest
während der Aufheizphase in den Brennofen ein Fluid eingeleitet wird, dessen Wärmekapazität
größer ist als die WärmeL kapazität von Luft.
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Nach einem weiteren Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens ist
dieses Fluid ein Fluid, welches physikalisch zwischen Wasserdampf und fein versprühtem
Wasser liegt.
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In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auch
während der Abkühlphase in den Brennofen fein versprühtes Wasser oder aber Wasserdampf
eingeleitet.
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Der durch die erfindungsgemäße Methode verwirklichte wesentliche
Vorteil liegt in erster Linie in der Tatsache begründet, daß die Anwesenheit von
Wasser in der Atmosphäre des Brenn ofens verbesserte Bedingungen des Enthalpieaustausches
schafft, welche ohne weiteres kontrollierbar sind; darüber hinaus ist auch ach der
Temperaturgradient in den dem Verbrennungsvorgang unteworfenen Produkten kontrollierbar.
Hierdurch ist es möglich, eine eine ganz erhebliche Herabsetzung der Ausschußquote
durch Bruch oder andauernde Verformung des fertigen keramischen Brenngutes zu erreichen;
auch kann hierdurch eine beträchtliche Verkürzung derjenigen Zeiten verwirklicht
werden, welche normalerweise zum Aufheizen des Brennofens auf die gewünschte und
erforderliche Temperatur bzw. zur Vervollständigung der Brennphase dieser keramischen
Produkte erforderlich sind.
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Ein weiterer beträchtlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Methode
liegt darin, daß durch die Anwesenheit von Wasser in der Atmosphäre des Brennofens
während der Phase des Abkühlens diejenigen Zeiten drastisch verkürzt werden, welche
normalerweise für diese Phase erforderlich sind, ohne daß hierdurch für das dem
AbF kühlvorgang unterworfene Brenngut eine kritische Phase zu verzeichnen ist.
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Weitere Vorteile und Merkmale der erfindungsgemäßen Melthode gehen
aus nachfolgendem Ausführungsbeispiel hervor, wobei !zu bemerken ist, daß durch
dieses Ausführungsbeispiel der Schutzt umfang der Erfindung keineswegs beschränkt
werden soll.
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I BEISPIEL l Ein herkömmlicher Brennofen in Kammerform, der im intermittieren
den Betrieb arbeitet, wird in einem Zeitraum von 25 Minuten auf 0 3 eine Temperatur
von 1000 C aufgeheizt. Dabei werden 8 m Methan igas verbrannt. Ferner werden gleichzeitig
in den Ofen selbst 10 kg Wasser über eine Sprühdüse eingeführt, welche im Handel
erhältlich ist und mit welcher der Ofen vorher ausgerüstet wurde.
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Nachdem die vorerwähnte Betriebstemperatur erreicht und der Aufheizvorgang
aufrechterhalten wurde, werden in den Ofen 100 Stücke des Brenngutes eingebracht,
welches vorher einem Trok ikenvorgang unterworfen wurde. Die zum vollständigen Brennen
dieses Brenngutes erforderliche Zeit beträgt 35 Minuten, und währen dieser Zeitspanne
werden die Verbrennung des Methangases ebenso Wie die Einführung des versprühten
Wassers aufrechterhalten. Die wenige Wärmemenge, welche erforderlich ist, um den
Brennofen auf ßie gewünschte Betriebstemperatur aufzuheizen und um die Brennphase
der zu brennenden Produkte zu vervollständigen, beträgt 900 kcal pro Kilogramm Brenngut.
Dies ist also die thermodynamiwoche Bilanz. Der gesamte Methangasverbrauch sowie
der Wasserverrauch zur Vervollständigung dieses Arbeitsvorganges sind 8 m3 bzw.
10 kg. Nachdem der Brennvorgang des keramischen Brenngutes
abgeschlossen
ist, wird der Aufheizvorgang für den Ofen unterbrochen und die Phase des Abkühlvorganges
eingeleitet. Während dieser Arbeitsphase wird über die gleiche Sprühdüse 20 kg Wasser
eingeleitet. Die zur Vervollständigung der Abkühlphase erforderliche Zeit beträgt
25 Minuten.
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Unter dem aus dem Ofen entnommenen Brenngut waren keinerlei Bruchstücke
oder andauernde Verformungen dieses Brenngutes festzustellen.
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Zum Vergleich wurde in dem selben Ofen ein herkömmlicher Brennvorgang
durchgeführt, bei welchem in den Ofen überhaupt kei Wasser eingeleitet wurde. Dabei
wurden in Übereinstimmung mit de vorerwähnten Ausführungsbeispiel 100 Stück eines
Brenngutes eingeführt. Diejenige Zeit, welche erforderlich war, um den Ofen au die
erforderliche Betriebstemperatur aufzuheizen, betrug 80 Sinus ten bei einem Methangasverbrauch
von 14 m3.
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Diejenige Zeit, die zur Vervollständigung der Brennphase dieser dieser
keramischen Produkte erforderlich war, betrug 90 Minuten bei einem Methangasverbrauch
von 14 m3. Nachdem der Brennvorgang !abgeschlossen war, dauerte die nachfolgende
Phase des Abkühlens 50 Minuten.
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Unter den dem Ofen entnommenen Produkten waren 10 Stücke erbrochen
oder aber andauernd so verformt, daß diese Stücke als Ausschuß entfernt werden mußten.
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Nachdem versucht wurde, die für den Betrieb des herkömmeichen Kammer-Brennofens
erforderliche Aufheizzeit herabzusetzen, konnte man feststellen, daß dieser Versuch
zu einer erheblichen unahme des Ausschusses führt, und zwar sowohl während des Aufteizvorganges
als auch während des Abkühlvorganges.
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- Patentansprüche -