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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Brennen von quarzhaltigen
keramischen Produkten in einem Tunnelofen und einen Tunnelofen zur Durchführung
des Verfahrens.
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Die schweizerische Patentschrift 22493 offenbart einen Kanalofen,
bei dem Gase aus der Vorwärmzone mittels eines Ventilators abgesaugt und unter Beimischung
von Gasen aus der Brennzone wieder in die Vorwärmzone eingeblasen werden. Ein zweiter
Ventilator saugt Luft aus der Kühlzone an und führt sie zusammen mit Heizgasen in
die Brennzone wieder ein, um eine intensive Verbrennung der Heizgase zu bewirken.
Es findet dort also eine Querumwälzung der Gase in der Vorwärmzone unter Beimischung
von Gasen aus der Brennzone und eine Längsdurchleitung der Luft durch den Ofen statt,
wobei die Luft zuerst die Kühlzone, dann die Brennzone und zuletzt die Vorwärmzone
erreicht, wo sie abgesaugt und mit der Luft aus der Vorwärmzone vermischt der Vorwärmzone
wieder zugeführt wird. Ein Teil dieser Luft wird durch den Kamin ins Freie geführt.
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Der durch diese Druckschrift offenbarte Kanalofen ist ein einfacher
Durchzugsofen, wie er in der Ziegelindustrie nicht mehr verwandt wird. Nachteilig
ist hierbei besonders die Randgängigkeit der Gase, die eine ungleichmäßige Temperaturverteilung
und in der Folge Schäden am Brenngut entstehen lassen.
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Aus ist die direkte Kühlung des Brenngutes von Nachteil, da das Brennt
schnell ohne Rücksicht auf die kritische Temperatur, die bei etwa 5750 C liegt,
abgekühlt wird, wodurch eine Rissebildung im Brenngut auftritt. Bei dieser kritischen
Temperatur tritt nämlich eine Quarzumwandlung des Tones ein, und zwar wandelt sich
der Alpha-Quarz des Tones bei der Aufheizung in Beta-Quarz um. Bei der Abkühlung
wandelt sich wiederum der Beta-Quarz in Alpha-Quarz um. Hier tritt also ein Sprung
in der Schwindung im Quarzanteil des Tones ein, und es entstehen Spannungen, die
nach außen nicht bemerkbar sind, jedoch in den Steinen zu Rissen führen, wenn bei
der kritischen Temperatur von 5750 C schnell gekühlt wird.
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Es ist bei einem Tunnelofen ferner nicht mehr neu, Gase in der Anwärmzone
nur an einer einzigen Stelle abzusaugen.
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In Tunnelöfen muß zwischen Einsatz und Ofenmauerwerk aus Gründen
der Sicherheit beim Vorschub des Brenngutes ein mehr oder weniger breiter Spalt
offengelassen werden. Es ist nun eine bekannte Erscheinung, daß die Gase durch diese
freien Spalten längs der Wände und der Decke bevorzugt strömen und so eine ungleichmäßige
Temperaturverteilung und in der Folge Schäden am Brenngut entstehen lassen.
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Die Schäden entstehen insbesondere in den Zonen der Quarzumwandlung
(etwa 5750 C), wo infolge der sprunghaften Volumenänderung das quarzhaltige Einsatzgut
auf ungleichmäßige Temperaturverteilung besonders empfindlich reagiert.
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Es wurde verschiedentlich versucht, die Randgängigkeit der Gase durch
Aufrauhen der Wände und der Decke oder durch Einbau von Störieisten zu vermindern.
Der Erfolg dieser Maßnahmen ist jedoch nur gering.
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Es ist auch bekannt, Gase aus der Vorwärmzone abzuziehen und in die
Kühlzone zu leiten. Es werden damit jedoch die speziellen Probleme der Verlangsamung
des Temperaturanstieges in der Vorwärm-
zone bzw. bei der Kühlung im Temperaturbereich
der Quarzumwandlung sowie der Störungen durch die Randgängigkeit der Gase nicht
gelöst. Es haben sich deshalb diese Systeme in der Praxis nicht eingeführt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Brennen
von quarzhaltigen keramischen Produkten in einem Tunnelofen sowie einen Tunnelofen
zur Durchführung des Verfahrens aufzuzeigen, durch welche die Randgängigkeit der
Gase und ein in den Zonen der Quarzumwandlung infolge der sprunghaften Volumenänderung
des quarzhaltigen Einsatzgutes entstehender Schaden ausgeschaltet werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß diese erwärmten
Gase zusammen mit der Kühlzone entnommen er Warmluft hinter die Brennzone im Bereich
der Kühlzone in den Brenukanal eingeblasen werden und diesen in Richtung der Vorwärmzone
durchströmen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden die Gase in der Brennzone
stärker aufgeheizt.
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Zweckmäßig sind die der Kühlzone entzogenen Heißluftmengen relativ
groß, so daß die zwischen der Heißluftabsaugung und dem Bereich des Einblasens der
Gase strömende Luftmenge vermindert wird derart, daß in diesem Abschnitt eine langsame
Kühlung erfolgt.
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Vorteilhaft sind bei dem Tunnelofen zur Durchführung des Verfahrens
in der Vorwärmzone Schlitze vorgesehen, welche über Kanäle mit Schlitzen in der
Kühlzone verbindbar sind.
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Nach der Erfindung werden die Gase aus der Vorwärmzone aus verschiedenen
Querschnitten abgesaugt, so daß eine Gemischtemperatur von 450 bis 5500 C ensteht,
welche unter der Temperatur der Quarzumwandlung liegt. Dies hat zur Wirkung, daß
die Ofentemperatur im Bereich der Qiiarzumwandlung langsam ansteigt, da in diesem
Bereich eine große umgewälzte Gasmenge strömt, welche einen hohen Wärmeinhalt besitzt
und sich nur langsam am einfahrenden Brenngut abkühlt. Das Absaugen der Gase erfolgt
in mehreren, hintereinanderliegenden Querschnitten, und zwar über Schlitze, welche
ringsherum um den Breunkanal verlaufen. Damit wird die Randschicht der Gase abgesaugt,
welche sonst durch ihr Voreilen gegenüber dem Gasstrom, der den Einsatz durchsetzt,
Störungen verursacht. Man wird die Absaugquerschnitte so auswählen, daß ein Teil
der Gase mit Temperaturen von 600 bis 6500 C abgesaugt wird, womit die Randströmung
unmittelbar über dem Temperaturbereich der Quarzumwandlung abgesaugt wird. Ein anderer
Teil der Gase wird mit 300 bis 4000 C abgesaugt, so daß die gewünschte Mischtemperatur
von 450 bis 5500 C entsteht. Um die notwendigen Reguliermöglichkeiten sicherzustellen,
erfolgt der Anschluß der verschiedenen Absaugquerschnitte an die Gassammelleitungen
über einstellbare Schieber.
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In der Brennzone werden heiße Brenngase hinzugesaugt, wobei die Entnahmemengen
durch Schamotte-Schieber reguliert werden können. Man wird die Einstellung der Schieber
so vornehmen, daß das Gasgemisch eine Temperatur von 600 bis 6500 C hat, d. h. eindeutig
über der Temperatur der Quarzumwandlung liegt.
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Unmittelbar vor den Ventilatoren wird Heißluft aus der Kühlzone angesaugt,
wobei durch eine Drosseiklappe
die Menge so reguliert wird, daß
das Gasgemisch eine Temperatur hat, welche derTemperatur der Quarzumwandlung (5750
C) möglichst nahe liegt.
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Es ist gut möglich, diese Regulierung automatisch durchzuführen, da
die Heißluft eine Temperatur von 150 bis 2000 C hat und somit keine materialtechnischen
Schwierigkeiten für die Regulieraufgabe bestehen.
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Das Absaugen von Heißluft aus der Kühlzone hat den weiteren Vorteil,
daß zwischen dem Ort der Absaugung und dem Ort des Wiedereinblasens im Brennkanal
weniger Luft strömt, womit die Kühlung langsamer erfolgt. Dieser Effekt ist erwünscht,
da dieser Abschnitt der langsameren Kühlung im gefährlichen Temperaturbereich der
Quarzumwandlung liegt.
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Das Einblasen der Gase in den Brennkanal hinter der Brennzone erfolgt
über ringsum laufende, schmale Schlitze i;n den Seitenwänden und im Gewölbe, wodurch
die Randströmung mit Sicherheit unterbrochen wird. Durch das Einblasen der Gase
bei einer genau gesteuerten Temperatur kann eine Haltezeit im kritischen Bereich
der Quarzumwandlung erreicht werden. Da es sich um große eingeblasene Gasmengen
handelt, wird auch eine rasche wirkungsvolle Kühlung des Einsatzgutes von der Brenntemperatur
bis zur Temperatur der Quarzumwandlung erreicht (Sturzkühlung).
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Die in die Kühlzone eingeblasenen Gase durchströmen anschließend
die Brennzone und die Vorwärmzone, bis sie wieder abgesaugt werden. Man erhält damit
eine intensive Durchströmung des Einsatzes in diesen Zonen, womit der Brand wesentlich
verbessert wird und man auch sehr dicht gesetzte Einsatzpakete bis in den Kern gleichmäßig
durchbrennen kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bringt somit eine Reihe von Vorteilen,
welche bei keinem anderen System gleichzeitig vorhanden sind. Diese Vorteile sind:
1. langsamer Temperaturanstieg im kritischen Bereich der Quarzumwandlung in der
Brennzone, 2. besserer Durchbrand des Einzelgutes in der Brennzone, 3. wirkungsvolle
und automatisch regulierte Sturzkühlung mit einer anschließenden langsamen Abkühlung
des Einsatzgutes im Bereich der Quarzumwandlung, 4. Unterbindung der schädlichen
Randstörungen in den kritischen Bereichen der Vorwärmzone und der Kühlzone.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles
schematisch veranschaulicht.
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Es zeigt F 1 g. 1 einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Tunnelofen,
Fig. 2 einen Horizontalschnitt durch den Tunnelofen nach Fig. 1, Fig. 3 einen senkrechten
Schnitt durch die Vorwärmzone nach der Linie III-III in F i g. 1,
Fig. 4 einen senkrechten
Schnitt durch die Brenn zone nach der Linie IV-IV in Fi g. 1.
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F i g. 5 einen senkrechten Schnitt durch die Kühl zone nach der Linie
V-V in Fig. 1.
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Der Tunnelofen besitzt eine Vorwärmzone 1, ein Brennzone 2, welche
z. B. über Schürlöcher 7 vol oben befeuert wird, und eine Kühlzone 3.
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Die Brennwagen4, beladen mit dem Brenngut5 durchlaufen den Brennkanal
6 des Tunnelofens. Die Schubrichtung der Brennwagen 4 ist mit X bezeichnet, während
die Gase entgegengesetzt zur Schubrichtung X in Richtung Y den Tunnelofen durch
strömen.
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Di;e Ventilatoren 8 saugen über die Kanäle 9 und die Schlitze 10
Gase aus der Vorwärmzone 1 ab, wobei die Menge und die Verteilung durch die Schieber
11 reguliert werden können.
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In der Brennzone 2 werden über die Öffnungen 12 heiße Gase hinzugesaugt,
wobei die Menge mit den Schiebern 13 reguliert werden kann.
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Unmittelbar vor den Ventilatoren 8 wird über die Leitungen 14 Heißluft
aus der Kühlzone 3 angesaugt.
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Die Menge der Heißluft wird über die Drosselklappen 15 gesteuert.
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Die Ventilatoren 8 drücken das Gasgemisch über die Kanäle 16 und
die Schlitze 17 in den Brennkanal 6. Die Verteilung der Gase auf die einzelnen Schlitzel7
kann mit Hilfe der Schieber 18 vorgenommen werden.
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Patentansprtiche: 1. Verfahren zum Brennen von quarzhaltigen keramischen
Produkten in einem Tunnelofen, mit einer Vorwärmzone, einer Brennzone und einer
Kühlzone, wobei aus der Vorwärmzone Gase abgesaugt und nach Zumischung mit Gasen
der Brennzone erwärmt werden, d a durch g e -kennzeichnet, daß diese erwärmten Gase
zusammen mit der Kühlzone (3) entnommener Warmluft hinter die Brennzone (2) im Bereich
der Kühlzone(3) in den Brenakanal (6) eingeblasen werden und diesen in Richtung
der Vorwärmzone (1) durchströmen.
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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gase
in der Brennzone (2) stärker aufgeheizt werden.
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3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
der Kühlzone (2) entzogenen Heißluftmengen relativ groß sind, so daß die zwischen
der Heißluftabsaugung und dem Bereich des Einblasens der Gase strömende Luftmenge
vermindert wird, derart, daß in diesem Abschnitt eine langsame Kühlung erfolgt.