DE1583447C - Verfahren zur Herstellung von Steinzeugrohren mit hohen Festigkeiten und Tunnelofen hierfür - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Steinzeugrohren mit hohen Festigkeiten, bei dem Ton mit Magerungsanteilen zerkleinert und zu einer Masse verarbeitet wird, aus dieser Masse die Rohre geformt und getrocknet werden und dann die getrockneten Rohre senkrecht auf Brennwagen stehend in einem Tunnelofen gebrannt werden, in dem sie eine Vorbrennzone, eine Brennzone und eine Kühlzone durchfahren. Ferner richtet sich die Erfindung auf einen Tunnelofen zur Durchführung dieses Verfahrens. „

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schallen, mit dem auch großformatige Steinzeugrohre hergestellt werden können, die hohe Festigkeiten aufweisen.

Das Verfahren zur Herstellung von Steinzeugrohren ist in seinen verschiedenen Phasen in Einzelmaßnahmen zwar laufend verbessert worden. So hat man

ίο beispielsweise neue Wege für eine schnellere Trocknung erschlossen. Auch die Verfahrensstufe der Formgebung wurde verbessert. Statt die Steinzeugrohre wie bisher in Kammer- bzw. Kammerringöfen zu brennen, hat man Tunnelofen für das Brennen solchen Steinzeuges entwickelt. Jedoch wurden die genannten Maßnahmen bisher immer unabhängig voneinander entwickelt und zur Anwendung gebracht und man hatte keine Vorstellung davon, welche Gesamtkonzeption für die Fertigung geschaffen werden muß, um Steinzeugrohre mit möglichst hoher mechanischer Festigkeit bei möglichst geringem Gewicht und mit äußerster Maßgenauigkeit herzustellen, auch dann, wenn sie aus konstruktiven Gründen mit sehr großen Abmessungen ausgebildet sein müssen.

Das erfindungsgemäße Verfahren löst die angegebene Aufgabe dadurch, daß das Material der Rohlinge aus Ton und Magerungsanteilen besteht, deren Körnung höchstens zu 5 %> größer als 0,2 mm ist, daß das Brenngut in der Vorbrennzone gleichmäßig mit gegenüber der Atmosphäre in der Vorbrennzone kühlerer Atmosphäre von oben her unter praktisch völliger Temperaturglcichheit zwischen dem oberen Teil und dem unteren Teil des Brenngutes berieselt wird, daß das Gut in an sich bekannter Weise am Ende der Brennzone zusätzlich zu der Seitcnbeheizung durch eine Deckcnstrahlungsbcheizung beheizt wird, und daß das Gut nach einer anfänglichen geregelten Abkühlung auf ca. 400° C von oben her gleichmäßig mit kühlerer Atmosphäre auf Austrittstemperatur abgekühlt wird.

Ein Tunnelofen zur Durchführung dieses Verfahrens zeichnet sich erfindungsgcmäß durch die Kombination folgender, zum Teil an sich bekannter Merkmale aus:

a) In der Vorbrennzone ist ein von dem Ofenkanal durch eine poröse Decke getrennter Luftzuführungskanal vorgesehen.

b) In der Brennzone sind seitlich, horizontal in Brennkammern unterhalb der Setzfläche brennende, mit flüssigem oder gasförmigem Brennstoff betriebene Brenner angeordnet.

c) Am Ende der Brennzone (Ii) ist über eine Länge von höchstens einem Viertel der Brennzonenlänge ein Schacht in der Ofendecke vorgesehen.

in welchen) horizontal einspritzende Brenner angeordnet sind.

d) Im ersten Teil der Kijhlzone sind von Heißwasser durchflossen^ Kühlregister mit übereinander angeordneten Rohren oberhalb des Ofenkanals vorgesehen, die durch Schieber gegen das Innere des Ofenkanals regelbar absperrbar sind.

e) An die Hcißwasser-Kühlzonc schließt sich eine weitere Kühlzone an, in der zwischen dem Ofenkanal und einem Zuluftkanal für kühlere Atmosphäre eine poröse Decke angeordnet ist.

Die mechanische Festigkeit eines Stcinzeugscher-

bens hängt von den Rohstoffen, der Aufbereitung,

3 4

dem Verformungsverfahren, dem Brennen und dem Massen beim Brennen. Dies gilt insbesondere für jene

Kühlen ab. Jeder dieser Verfahrensschritte hat ent- Phase des Brennvorganges, in welcher die in der

sprechenden Einfluß auf die Festigkeit. Es ist deshalb Masse eingeschlossenen organischen Bestandteile auf

nicht gleichgültig, ob der eine oder andere Verfah- dem Wege der Entgasung, Vergasung und Verbren-

rensschritt in anderer Weise durchgeführt wird, son- 5 nung aus dem Scherben entfernt werden müssen, also

dem es kommt zur Erzielung eines optimalen Ergeb- für den Bereich der Vorbrennzone, wo im allgemei-

nisses auf das Zusammenwirken aller Verfahrens- nen im Bereich von 700 bis 900° C gefahren wird,

schritte in entsprechender Kombination an. weil zum einen erst oberhalb 700° C eine ausreichend

Beim Rohstoff ist man im allgemeinen an vor- schnelle Reaktion der organischen Bestandteile einhandene Rohstoffe gebunden, die in einem gewissen io tritt, zum anderen aber oberhalb 900° C bereits die prozentualen Verhältnis zueinander zur Verfügung Sinterung des Scherbens einsetzt und damit das Ausstehen. Dabei wurde festgestellt, daß das Verfor- treten der durch die Temperatureinwirkung entmungsverfahren erheblichen Einfluß auf die Festig- stehenden Reaktionsprodukte aus dem Scherben erkeit hat, und zwar im wesentlichen wegen der bei der heblich behindert wird. Bisher gab es keine andere Verformung auftretenden Texturen, die innere Span- 15 Möglichkeit, als den Betrieb des Tunnelofens in der nungen und Kerbwirkungen sowie kerbwirkungsähn- Vorbrennzone so langsam zu führen, wie es notliche Vorgänge zur Folge haben, welche die Festig- wendig war, um den Scherben auszubrennen. Es gab keit des fertigen Scherbens erheblich herabsetzen. auch keine andere Wahl als eine solche Verfahrens-

Man hat daher in der Vergangenheit erhebliche führung, da die früher zum Einsatz kommenden

Mühe darauf verwendet, das Verformungsverfahren 20 Umwälzeinrichtungen, die die Temperaturdifferenzen

so durchzuführen, daß derartige Texturen nicht auf- zwischen dem oberen Bereich und dem unteren

treten können. Diese Bemühungen haben zwar zu Bereich dieser Tunnelofenzone verhindern sollten,

einer Verbesserung, nicht aber zu einer völligen keine ausreichende Wirkung hatten, auch dann nicht,

Lösung des Problems geführt und man war nicht in wenn man die umgewälzte Luft von oben her durch

der Lage, den bei homogenen Massen möglichen 25 Öffnungen in der Tunnelofendecke eingeblasen hat.

Festigkeitswert wenigstens annähernd zu erreichen. Erst dann, wenn man gemäß dem zweiten Kombi-

Man ist deshalb von dem üblichen Verformungs- nationsmerkmal der Erfindung in diesem Temperaverfahren versuchsweise bereits zu einem wesentlich turbereich, das heißt in der Vorbrennzone, das aufwendigeren' Verfahren übergegangen, nämlich Brenngut gleichmäßig mit gegenüber der Atmozum isostatischen Pressen der Röhren. Man glaubte, 3° Sphäre in der Vorbrennzone kühlerer Atmosphäre mit diesem Verfahren die Texturen vermeiden und von oben her unter praktisch völliger Temperaturdamit wesentlich höhere mechanische Festigkeiten gleichheit zwischen dem oberen Teil und dem unteren erzielen zu können. Die bisher erreichten Erfolge Teil des Brenngutes berieselt, indem man beispielssind beachtlich, jedoch ist für das Verfahren ein weise eine größere Zahl kleinerer Öffnungen in der erheblicher finanzieller Aufwand Vorbedingung, so 35 Decke anordnet, durch welche jeweils kältere Atmodaß das Verfahren aus wirtschaftlichen Gründen in Sphäre von oben nach unten gerichtet mit geringer absehbarer Zeit nicht durchführbar erscheint. Geschwindigkeit eingeblasen wird, erzielt man den

Man kann aber durchaus bei den herkömmlichen gewünschten Erfolg und erhöht die Möglichkeit, den

Verformungsverfahren bleiben und trotzdem eine Tunnelofen in der Vorbrennzone so zu betreiben, daß

wesentliche Steigerung der mechanischen Festigkeit 40 unter wesentlich geringerem Zeitaufwand als früher

des Steinzeugscherbens um ein Vielfaches der bis- gefahren werden kann und die Temperatur in dem

herigen Werte erreichen, wenn gemäß dem ersten Bereich zwischen 700 und 900° C so langsam an-

Kombinationsmerkmal der Erfindung in der Masse steigt, daß die Sicherheit gegeben ist, daß die orga-

höchstens 5 % der Körner größer als 0,2 mm sind. nischen Bestandteile der Masse restlos ausgebrannt

Dieses überraschende Ergebnis ist damit zu erklären, 45 werden.

daß die bisher üblichen größeren Körnungen von Ein Nachteil eines normalen Tunnelofens mit 1,0 bis 2,0 mm beim Verformungsvorgang zusätzliche Temperaturdifferenzen im oberen Ofenkanalbereich Risse, Aufspaltungen und Texturen im Massestrang und im unteren Ofenkanalbereich in den verschiedeergeben. Diese Risse, Aufspaltungen und Texturen nen Querschnitten des Tunnelofens, die zu inneren werden durch die erfindungsgemäße Wahl der 5° Spannungen im Brenngut führen, welche von dem Körnung überraschenderweise vermieden. nach einem Kombinationsmerkmal der Erfindung

Mit dieser Maßnahme allein läßt sich aber das verwendeten feinkörnigen Material nicht vertragen durch die Erfindung angestrebte Ziel noch nicht er- werden, besteht darin, daß infolge des Zuges im reichen. Es muß vielmehr darauf geachtet werden, Ofenkanal Tunnelofenatmosphäre von der Kühldaß im weiteren Verlauf des Herstellungsverfahrens 55 zone durch die Brennzone und Vorbrennzone zum den Eigenschaften dieser Masse, die feinkörniger ist Schornstein bewegt wird. Diese Bewegung der Tunais die Massen, die man bisher verwendet hat, Rech- nelofenatmosphäre ist bei den verschiedenen Benung getragen wird. Zwar ist auch der Trockenvor- triebsverfahren der Tunnelofen verschieden groß, gang für einen Scherben mit so geringer Körnungs- aber in jedem Falle unvermeidbar, weil unter allen größe schwieriger zu beherrschen. Die Probleme sind ^6o Umständen ein geringer Zug von der Kühlzpne in jedoch mit den bekannten Trocknungseinrichtungen die Brennzone aufrechterhalten werden muß, damit nicht unlösbar, da es sich lediglich um die entspre- die Brenngase nicht in die Kühlzone eindringen und chende Einregelung des Trocknungsverlaufes han- dort Beschädigungen, Verfärbungen oder eine Verdelt, wobei man allenfalls eine längere Trocknungszeit schmutzung des Brenngutes verursachen können,
und damit eine gewisse, jedoch nicht übermäßige 65 Die von den Brennern unterhalb der Setzfläche der Verteuerung im Herstellungsverfahren in Kauf neh- Brennwagen aufsteigenden Flammen bzw. Verbrenmen muß. nungsgase steigen somit wegen dieses Zuges nicht

Problematischer verhalten sich aber feinkörnigere vertikal von unten nach oben auf, sondern werden

entgegen der Fahrtrichtung der Brennwagen zur Ofeneinfahrt hin abgelenkt. Damit entsteht aber oberhalb des letzten und je nach Abstand voneinander sogar der letzten Brenner in der Brennzone ein erheblicher Temperaturabfall.

Für die Erzielung optimaler Ergebnisse bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es erforderlich, diesen Temperaturabfall zu vermeiden, und zwar gemäß einem weiteren Teilmerkmal der Erfindung dadurch, daß das Gut in an sich bekannter Weise am Ende der Brennzone zusätzlich zu der Seitenbeheizung durch eine Deckenstrahlungsbeheizung geheizt wird. Man kann diese zusätzliche Beheizung beispielsweise dadurch erzielen, daß im Bereich des oder der letzten Brenner die Decke des Ofenkanals erhöht wird, so daß ein Gewölbeschacht entsteht, in welchem horizontal einspritzende Brenner angeordnet sind, die den oberen Bereich des Brenngutes im Bereich der letzten Brenner zusätzlich durch Strahlung beheizen, wodurch es möglich ist, die Vorteile, welche in der Feinkornaufbereitung der Masse liegen, in vollem Umfang bis zum Garbrand nutzbar zu machen.

Nach dem Garbrand muß das Brenngut gekühlt werden. Bei dieser Kühlung ergeben sich Erstarrungsvorgänge, die innerhalb bestimmter Temperaturbereiche zu inneren Spannungen führen können, welche nach der Abkühlung im fertigen Brenngut erhalten bleiben. Damit leidet aber die mechanische Festigkeit des fertigen Rohres. Dies gilt insbesondere für Rohre, die aus dem nach dem ersten Kombinationsmerkmal der Erfindung vorgeschlagenen, besonders feinkörnigen Material hergestellt sind.

Um das Entstehen solcher Mängel, die alle zuvor angewandten Verfahrensschritte hinfällig machen würden, auszuschalten, wird deshalb nach einem weiteren Kombinationsmerkmal der Erfindung das Gut nach einer anfänglichen geregelten Kühlung auf ca. 400° C, das heißt nach dem geregelten Durchfahren des Erstarrungsbereiches von etwa 900 bis 750° C und des Quarzumwandlungspunktes von 575° C schließlich von oben her gleichmäßig mit kühlerer Atmosphäre auf Austrittstemperatur gekühlt, so daß das Intervall von etwa 230 bis 18O⁰^C, in welchem die Kristobalitbildung erfolgt, mit besonderer Sorgfalt durchfahren und damit in diesem kritischen Bereich das Auftreten innerer Spannungen beim Abkühlungsvorgang verhindert wird.

Als optimal hat sich für die Kühlung der Einsatz von von Heißwasser durchflossenen Kühlerregistern erwiesen, welche oberhalb des Brenngutes, vorzugsweise quer zur Ofenrichtung, angeordnet sind. Vorteilhaft ist es, die Kühlwirkung dieser Kühlerregister mit Hilfe von Schiebern zu steuern, die zwischen die Kühlregister und das Brenngut eingesetzt sind. Mit Hilfe einer solchen Heißwasserkühlung läßt sich der Temperaturverlauf in dem gewünschten Ausmaß genauestens regulieren und etwaigen Schwankungen in der Besatzdichte der Wagen oder in der Vorschubgeschwindigkeit derselben anpassen.

Die Heißwasserkühlung der oben beschriebenen Art wird bis herunter auf ca. 400° C verwendet. Unterhalb von 400° C wird die Kühlung mit Hilfe von Luft vorgenommen, die man aus über die Decke des Ofenkanals gleichmäßig verteilten kleinen öffnungen von oben nach unten über das Brenngut rieseln läßt, das heißt durch diese öffnungen in den Ofenkanal mit geringer Geschwindigkeit einbläst.

Werden die im Vorstehenden im einzelnen erläuterten Verfahrensschritte in Kombination zur Anwendung gebracht, so erhält man Steinzeugröhren, deren mechanische Festigkeiten praktisch in der Größenordnung der theoretisch möglichen Festigkeiten liegen. Dies bedeutet aber, daß die Festigkeiten solcher Rohre unter Voraussetzung gleicher

ίο Abmessungen ein Vielfaches der Festigkeiten betragen, die bei den bekannten Steinzeugröhren heute üblich sind.

Da infolge dieser erhöhten mechanischen Festigkeiten die Wandstärken auch bei größeren Abmessungen der Röhren erheblich dünner gehalten werden können, ergibt sich auch ein wesentlich geringerer Aufwand an Rohstoffen.

In der Zeichnung ist schematisch ein Längsschnitt durch einen Tunnelofen dargestellt, wie er sich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders eignet. __

Mit A ist die Vorbrennzone bezeichnet. B bezeichnet die Brennzone und C die Kühlzone.

In der Vorbrennzone A ist die Decke 1 porös ausgebildet. Über ihr befindet sich ein Gewölbe 2, das mit einer Atmosphäre beaufschlagt ist, welche kühler als die Atmosphäre im Tunnelofenkanal 3 im Abschnitt der Vorbrennzone Λ ist. Diese Atmosphäre rieselt durch die poröse Decke von oben nach unten auf das Brenngut in solchem Umfange, daß sich unter praktisch völliger Temperaturgleichheit zwischen dem oberen und unteren Teil des Brenngutes ein Temperaturanstieg im Bereich von 700 bis 900° C ergibt, welcher wesentlich geringer als der Temperaturanstieg vor und hinter diesem Bereich ist.

In der Brennzone wird der Ofenkanal durch seitlich angeordnete, horizontal in den Ofenkanal unterhalb der Setzfläche brennende und mit flüssigem oder gasförmigem Brennstoff betriebene Brenner 4 beheizt.

Am Ende der Brennzone B befindet sich ein Schacht 5, in dem horizontal einspritzende Brenner 6 vorgesehen sind, wobei sich der Schacht 5 lediglich über eine Länge von höchstens einem Viertel der Brennzonenlänge erstreckt.

In der Kühlzone wird die Kühlung in zwei Stufen vorgenommen. In dem ersten Teil der Kühlzone C befinden sich in Schächten 7 Kühlregister 8, deren Einwirkung auf das zu kühlende Brenngut regelbar ist. Die Regelung erfolgt durch die Schieber 9, welche die öffnung zwischen den Schächten 7 und dem Tunnelofenkanal 3 einstellbar zu verschließen gestatten. An den mit den Kühlregistern 8 besetzten Bereich der Kühlzone C schließt sich ein Bereich an, der ähnlich wie die Vorbrennzone ausgebildet ist. Die Decke 10 ist porös und trennt den Tunnelofenkanal 3 von einem Kanal 11, durch welchen kühlere Atmosphäre als im Ofenkanal eingeblasen wird. Diese Atmosphäre rieselt durch die öffnungen der porösen Decke auf das Kühlgut.

In der sonstigen Ausbildung entspricht der erfindungsgemäße Tunnelofen den üblichen Tunnelofen. Das Brenngut ist auf nicht wiedergegebene, durch den Ofenkanal 3 wandernde Wagen aufgesetzt. Die Brenner 4 können mit flüssigem oder gasförmigem Brennstoff betrieben sein. Das gleiche gilt für die Brenner 6 im Schacht 5.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Steinzeugrohrcn mit hohen Festigkeiten, bei dem Ton mit Magerungsanteilen zerkleinert und zu einer Masse verarbeitet wird, aus dieser Masse die Rohre geformt und getrocknet werden und dann die getrockneten Rohre senkrecht auf Brennwagen stehend in einem Tunnelofen gebrannt werden, in dem sie eine Vorbrennzone, eine Brennzonc und eine Kühlzone durchfahren, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Rohlinge aus Ton- und Magerungsteilen besteht, deren Körnung höchstens zu 5 °/<> größer als 0,2 mm ist, daß das Brenngut in der Vorbrennzone gleichmäßig mit gegenüber der Atmosphäre in der Vorbrennzone kühlerer Atmosphäre von oben her unter praktisch völliger Temperaturgleichheit zwischen dem oberen Teil und dem unteren Teil des Brenngutes berieselt wird, daß das Brenngut in an sich bekannter Weise am Ende der Brennzone zusätzlich zu der Seitenbeheizung durch eine Deckenstrahlungsbeheizung beheizt wird, und daß das Gut nach einer anfänglichen geregelten Abkühlung uuf ca. 400° C von oben her gleichmäßig mit kühlerer Atmosphäre auf Austrittstemperatur abgekühlt wird.

2. Tunnelofen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Kombination folgender, zum Teil an sich bekannter Merkmale:

a) In der Vorbrennzone (A) ist ein von dem Ofenkanal (3) durch eine poröse Decke (I) getrennter Luftzuführungskanal (2) vorgesehen.

b) In der Brennzone (Zi) sind seitliche, horizontal in Brennkammern unterhalb der Setzfläche brennende, mit flüssigem oder gasförmigem Brennstoff betriebene Brenner (4) angeordnet.

c) Am Ende der Brennzone (B) ist über eine Länge von höchstens einem Viertel der Brcnnzonenlänge ein Schacht (5) in der Ofendecke vorgesehen, in welchem horizontal einspritzende Brenner (6) angeordnet sind.

d) Im ersten Teil der Kühlzone (C) sind von Heißwasser durchllossene Kühlregister (8) mit übereinander angeordneten Rohren (7) oberhalb des Ofenkanals (3) vorgesehen, die durch Schieber (9) gegen das Innere des Ofenkanals (3) regelbar absperrbar sind.

e) An die Heißwasser-Kühlzone schließt sich eine weitere Kühlzone an, in der zwischen dem Ofenkanal (3) und einem Zuluftkanal für kühlere Atmosphäre (11) eine 'poröse Decke (10) angeordnet ist. . · . ,