Die Erfindung betrifft einen Durchlaufofen zum Brennen von keramischen Formteilen.
Der Begriff "Durchlaufofen" steht dabei stellvertretend für alle Arten von kontinuierlich arbeitenden Öfen, also beispielsweise Tunnelöfen mit Ofenwagen oder Rollenöfen.
Diese Durchlauföfen sind in der Regel wie folgt aufgebaut (in Transportrichtung des Gutes betrachtet): über einen Eingang durchläuft das Brenngut zunächst eine Aufheizzone, dann eine Brennzone und zum Schluß eine Abkühlzone, bevor es am Ofenausgang entnommen wird.
Der Begriff "keramische Formteile" umfaßt grundsätzlich alle Arten keramischer Formkörper, wie Porzellan, Sanitärkeramik etc. Es werden aber ausdrücklich auch sonderkeramische Produkte, wie Ferrite, beispielsweise Weichferrite, erfaßt.
Derartige Weichferrite zeichnen sich dadurch aus, daß sie unter Verwendung eines Bindemittels/Preßhilfmittels hergestellt und zu Formteilen verarbeitet wurden. Diese Zusatzmittel bestehen in der Regel aus organischen Substanzen, wie Polyvinylalkohol.
Die genannten Weichferrite zeigen gegenüber konventionellen keramischen Produkten ein besonderes Verhalten während des Brennprozesses. Bei der Erwärmung im Ofen, also in der Aufheizzone, brennen diese Zusatzmittel aus, so daß es zu einer Belastung der Ofenatmosphäre mit organischen Bestandteilen kommt.
Insoweit muß dafür Sorge getragen werden, daß die Ofenatmosphäre in der Aufheizzone sich nicht mit Bindemitteldämpfen aufkonzentriert; im Gegenteil: es ist stets dafür Sorge zu tragen, daß gleichbleibende Atmosphärenbedingungen herrschen, um eine gleichbleibend hohe Produktqualität sicherzustellen.
In der DE 2 001 148 A ist vorgeschlagen worden, zur gleichmäßigen Erwärmung von Brenngut die Ofenluft aus einem Tunnelofen in einen Zwischenraum zu führen, von dort aus einer Brennkammer zuzuführen und anschließend an anderer Stelle wieder in den Ofen zurückzuleiten.
In der DE 36 32 918 C2 wird ein Verfahren zur Beheizung der Anwärmzone eines Tunnelofens beschrieben, bei dem im Bereich der Anwärmzone eine mit heißem Ofengas versorgte Nebenstromleitung angeordnet wird, aus der über Fördereinrichtungen die Anwärmzone beheizt wird und Ofengas aus der Anwärmzone in umgekehrter Richtung in die Nebenstromleitung zur thermischen Nachreinigung geführt wird.
Bei diesem Verfahren lassen sich weder die im Rauchgas des Ofens vorhandenen energetisch wirksamen Bestandteile, insbesondere die in der Aufheizzone ausgasenden Bindemittelanteile, wärmetechnisch nutzen, noch lassen sich die Verbrennungsgrößen der Nebenstromleitung unabhängig vom Ofenbetrieb einstellen.
In der DE 32 32 294 C1 wird ein Verfahren zum Sintern von Weichferriten in einem Kammerofen, also einem diskontinuierlich arbeitenden Ofen, beschrieben, bei dem die Ofenatmosphäre während der sogenannten "Bindemittelphase" zusätzlich außerhalb der Ofenkammer erwärmt wird, und zwar dadurch, daß die sich während der Bindemittelphase verflüchtigenden Bindemittel im Umwälzkreislauf außerhalb der Ofenkammer kontinuierlich verbrannt werden und die dabei entstehenden Verbrennungsgase im Umwälzkreislauf verbleiben und nur die überschüssigen Gasmengen abgeführt werden.
Auf diese Weise soll das der Ofenkammer zugeführte Gas praktisch "inert" sein. Auf diese Weise läßt sich jedoch die Ofenatmosphäre nicht in der gewünschten Weise steuern/regeln. Darüber hinaus ist das bekannte Verfahren auf einen diskontinuierlichen Ofen beschränkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Durchlaufofen anzugeben, der folgende Merkmale erfüllt: es sollen die, im Rauchgas des Ofens vorhandenen energetisch wirksamen Bestandteile, insbesondere die in der Aufheizzone ausgasenden Bindemittelanteile, wärmetechnisch genutzt werden. Darüber hinaus soll eine definierte Ofenatmosphäre vor allem in der Aufheizzone einstellbar sein. Schließlich soll der Pyroprozeß insgesamt energetisch optimiert werden.
Dieses Ziel wird durch einen Durchlaufofen zum Brennen von keramischen Formteilen mit folgenden Merkmalen erreicht:
Ein solcher Durchlaufofen weist folgende Vorteile auf: aus der Aufheizzone wird an einer oder mehreren Stellen Heißluft abgezogen, die zum Beispiel mit gasförmigen Bindemittelanteilen beladen ist, die während der Aufheizphase der keramischen Formteile aus diesen ausgasen.
Die Verbrennungsgase werden anschließend einer Verbrennungskammer zugeleitet, dort verbrannt, so daß eine weitestgehend gereinigte Heißluft anschließend zur Aufheizzone zurückgeführt werden kann. Die Verbrennungskammer kann im Ofen, jedoch getrennt vom Ofenkanal, zum Beispiel unterhalb des Ofenkanals oder extern angeordnet werden.
Die zurückgeführte Heißluft hat beispielsweise eine Temperatur von 600 bis 1.000° C und liegt damit deutlich oberhalb der Temperatur, die in der Aufheizzone benötigt wird.
Es kommt hinzu, daß die Temperatur in der Aufheizzone - in Transportrichtung des Brenngutes betrachtet - unterschiedlich (ansteigend) ist. In jedem Fall liegt aber üblicherweise die maximale Temperatur der Ofenatmosphäre in der Aufheizzone deutlich unterhalb der genannten 1.000° C, nämlich beispielsweise bei 600° C.
Insoweit kommt dem Merkmal einer Kaltluftzufuhr in die Heißluftleitung beziehungsweise in die Warmluftleitungen eine besondere Bedeutung zu.
Über die Temperatur und Menge und Art der zugeführten Kaltluft (Gas) kann nun einerseits die Temperatur der in die Aufheizzone zurückgeführten Luft eingestellt werden und andererseits ist gleichzeitig auch eine Beeinflussung der gewünschten Atmosphärenart (beispielsweise des Sauerstoffgehaltes der zugeführten Luft) über die Kaltluft möglich.
Im Stand der Technik (DE 32 32 294 C1) wurde vorgeschlagen, praktisch inerte Heißluft in den Ofen zurückzuführen. Diese, unmittelbar aus einer Verbrennung stammende Heißluft ist jedoch - wie dargestellt - einerseits zu heiß und entspricht in ihrer Zusammensetzung vor allem nicht der gewünschten Ofenatmosphäre.
Diese Mängel werden durch die erfindungsgemäße Lösung vermieden.
Insbesondere die Tatsache, daß mehrere Warmluftleitungen beabstandet zueinander in die Aufheizzone zurückgeführt werden, ermöglicht es, ein dem jeweiligen Ofen angepaßtes Temperatur- und Atmosphärenprofil in der Aufheizzone einzustellen.
Dabei sieht eine Ausführungsform der Erfindung vor, die Warmluftleitungen - in Transportrichtung des Gutes betrachtet - hintereinander entlang der Aufheizzone anzuordnen, wobei zur Vergleichmäßigung der Ofenatmosphäre vorzugsweise eine beidseitige Warmluftzufuhr erfolgt. Selbstverständlich können alternativ oder ergänzend auch mehrere Warmluftleitungen vertikal übereinander in die Aufheizzone geführt werden, um über die Höhe des Ofenkanals eine gleichmäßige Warmluftzufuhr sicherzustellen.
In den Fällen, in denen jeder Warmluftleitung eine eigene Kaltluftleitung zugeordnet wird, lassen sich die Temperatur und Atmosphäre der zurückgeführten Warmluft jeweils individuell einstellen.
Dabei sieht eine Ausführungsform der Erfindung vor, daß die aus den Kaltluftleitungen zugeführte Kaltluftmenge beziehungsweise ihre Temperatur regel- oder steuerbar ist, entsprechend einem vorwählbaren Temperatur-/Atmosphärenprofil für den Durchlaufofen.
Die Regelung beziehungsweise Steuerung kann beispielsweise für ein entsprechendes Ventil im Anschlußbereich der Kaltluftleitungen zu der jeweiligen Warmluftleitung erfolgen.
Die externe Verbrennungskammer kann an geeigneter Stelle angeordnet werden und ist beispielsweise mit einem oder mehreren eigenen Brennern ausgerüstet. Etwaige Überschußluft kann über einen Schornstein weggeführt werden.
Der Durchlaufofen selbst kann auf konventionelle Art und Weise energetisch versorgt werden, beispielsweise mit Gas oder elektrischen Heizelementen.
Aufgrund des beschriebenen Kreislaufes und der Nachverbrennung energiehaltiger Rauchgase kann die Beheizung der Aufheizzone praktisch ohne Primärenergie erfolgen, so daß Brenner oder eine elektrische Beheizung in diesem Bereich nicht unbedingt notwendig sind.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche sowie den sonstigen Anmeldungsunterlagen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Da der prinzipielle Aufbau des erfindungsgemäßen Durchlaufofens, beispielsweise seine feuerfeste Ausmauerung, ohne weiteres nach dem Stand der Technik erfolgen kann, zeigt die einzige Figur lediglich schematisch das Prinzip einer erfindungsgemäßen Ofenkonstruktion.
Mit dem Bezugszeichen 10 ist ein Tunnelofen dargestellt, der einen Ofeneingang 12, eine Aufheizzone 14, eine Brennzone 16 und eine Abkühlzone 18 sowie einen Ofenausgang 20 aufweist. Der Transportweg des durch den Ofen 10 geführten Brenngutes ist durch den Pfeil T dargestellt.
Von der Aufheizzone verläuft eine Rauchgasleitung 22 in eine Verbrennungskammer 24, die mit einem Brenner 26 befeuert wird.
Von der Verbrennungskammer 24 verläuft eine Heißluftleitung 28 zurück in Richtung auf die Aufheizzone 14. Vor Eintritt in die Aufheizzone 14 verzweigt sich die Heißluftleitung 28 jedoch in hier sechs Teilleitungen (Warmluftleitungen genannt) und mit dem Bezugszeichen 30 gekennzeichnet. Die Warmluftleitungen 30 münden jeweils paarweise von links und rechts durch die Ofenwand in den Ofenkanal ein und sind auf jeder Ofenseite in Transportrichtung T hintereinander angeordnet.
Zu jeder Warmluftleitung 30 führt eine Kaltluftleitung 32, wobei im Übergangsbereich jeweils ein Regelventil 34 angeordnet ist, so daß die Menge der zugeführten Kaltluft eingestellt werden kann. Ebenso ist natürlich auch die Temperatur der den einzelnen Warmluftleitungen 30 zugeführten Kaltluft individuell einstellbar.
Auf diese Weise kann entlang der Aufheizzone 14 (in Transportrichtung T betrachtet) nicht nur sichergestellt werden, daß an der jeweiligen Ofenstelle Warmluft einer vorwählbaren Temperatur zugeführt wird, sondern gleichzeitig kann auch beispielsweise der Sauerstoffgehalt der so zugeführten Luft über die jeweilige Kaltluftmenge geregelt oder gesteuert werden. Dies ist gerade beim Brennen von sonderkeramischen Werkstoffen wie Weichferriten, die äußerst empfindlich auf Atmosphärenschwankungen reagieren, wichtig.
Um auch eine möglichst gleichmäßige Warmluftzufuhr über die Höhe des Ofenkanals zu erreichen, ist es selbstverständlich möglich, an einzelnen Stellen auch mehrere Warmluftleitungen 30 übereinander anzuordnen.