Innovative Wärmebehandlung von Keramik mit „low ... - Riedhammer

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KERAMISCHE ZEITSCHRIFT 6-2008 -- Licensed for DVS Media GmbH --
graphische Bestimmung der Anteile zweier
Komponenten, die dritte ergibt sich dann
rechnerisch. Die (UEG) gibt den minimalen,
für eine Explosion erforderlichen Anteil an
brennbarem Gas im Stoffgemisch an. Unter
der UEG ist keine Explosion möglich, da der
brennbare Stoff in zu geringer Konzentration
vorliegt. Die (OEG) gibt den für eine Zündung
maximal möglichen Anteil an Brennstoffen
im Stoffgemisch an. Über die OEG ist ebenfalls
keine Explosion mehr möglich, da der
Oxidator, meistens Sauerstoff, in zu geringen
Mengen vorhanden ist. Zwischen der UEG
und der OEG ist beim Vorhandensein einer
Zündquelle eine Explosion zu erwarten. Die
Grenzen sind in Bild 5 eingezeichnet.
Die UEG und OEG können mit entsprechenden
Formeln errechnet werden [9]. Um nun
einen Explosionsbereich festzulegen, wird
noch ein dritter, den Explosionsbereich eingrenzender
Punkt benötigt. Er wird mit den
gleichen Formeln zur Bestimmung der UEG
und OEG, durch Variation der Sauerstoffanteile
berechnet und stellt den Schnittpunkt der
Linie der stöchiometrischen Verbrennung mit
der des zur Reaktion geringsten Sauerstoffanteils
dar. In Bild 5 ist der Explosionsbereich
durch das Gebiet 1 gekennzeichnet.
Da der Übergang von nicht explosiver Mischung
zum explosiven Bereich sehr rasch
möglich ist, fügt man quasi als Begrenzung eines
Übergangsbereichs die Limit-Air-Concentration
(LAC)-Linie ein, die mit der LOC (Limiting-
Oxygen-Concentration) durch die Beziehung
LOC = 0,209 × LAC
verknüpft ist. Jedes Gemisch, das rechts der
LOC liegt, ist nicht zündbar und auch relativ explosionssicher.
Doch da bei hohen Methanalanteilen
ein geringer Sauerstoffeinbruch
schon eine Explosion hervorrufen kann, wird
Tabelle 3 • Pyrolyseprodukte von PEG
Pyrolyseprodukte Summenformel
Formaldehyd CH2O
Acetaldehyd CH3CHO
Valeraldehyd C5H 10O
Mono-, Di- and
Trimer des
Äthen- Glykols
C 2H4(OH)2
Methyl-1,3-Dioxolan C 4H 6O 3
Benzen C6H6
dieser Bereich durch die Linie ICR (inert gas–
combustion gas–rate) noch weiter eingeschränkt.
Diese Gerade hat ihren Ursprung bei
einer Konzentration von 100 % Luft und verläuft
durch den Endpunkt des Explosionsbereiches.
Der so ermittelte Bereich, begrenzt durch
die LAC- und ICR-Linien kann nun als inert und
damit als sicher, eingestuft werden. Alle anderen
Bereiche müssen als explosionsgefährdet
betrachtet und somit gemieden werden.
In Vorversuchen hat man wie oben beschrieben
die einzelnen Entbinderungskomponenten
zu bestimmen und auch ihre möglichen
Konzentrationen über den gesamten
Entbinderungsprozess. Für jede Komponente
ist dann ein Explosionsdiagramm nach Bild 5
aufzustellen, wenn die gemessenen Konzentrationen
oberhalb der ICR-Linie liegen. Da
bei den bisherigen Prozessen die gemessenen
Konzentrationen immer im niedrigen
ppm-Bereich liegen, also weit unterhalb der
ICR-Linie, besteht auch keine Explosionsgefahr.
Es reicht zur Überwachung eine verlässliche
Sauerstoffmessung.
6 Periodische Ofenanlagen mit neuer
„low-O 2“-Technologie
Ofenanlagen der innovativen Technologie
müssen, um markt- und produktgerecht zu
sein, die folgenden Merkmale besitzen:
Bild 5 • Dreistoffsystem Methanal-Stickstoff-Luft Bild 6 • Schema einer Herdwagenofenanlage mit „low-O2“-Technologie
Tabelle 4 • Pyrolyseprodukte von PAA
Pyrolyseprodukte Summenformel
Formaldehyd CH2O
Acetaldehyd CH3CHO
Aceton C3H 6O
2-Butanon C4H8O
Benzen C6H 6
Xylen C 8H 10
Phenol C6H5OH
Cresol C7H 8O
• periodische und kontinuierliche Produktionsmethoden,
passend zu den geforderten
Kapazitäten
• Entbindern und Sintern in einem Brand
bzw. in einer Anlage
• keine gasdichten Anlagen, sondern dem
Standard und den Prinzipien der Herdwagen-
bzw. Tunnelöfen entsprechend, um
auf Bewährtes zurückzugreifen und um Investitionskosten
zu minimieren;
• Brennstoffbeheizung, aus verfahrenstechnischen
und aus Betriebskostengründen
• präzise Atmosphärenregelung im besonderen
während der Entbinderung unter Berücksichtigung
der Explosionsschutzregeln
• hoher und gleichmäßiger Wärmeübergang
bei produktschonender Binderentgasung
• Verwendung einer thermischen Nachverbrennung
des Binders zur Reduzierung des
Energieverbrauchs zur Vermeidung von
Umweltschäden
• sicherer Betrieb im explosionsungefährdeten
Bereich.
Der schematische Aufbau einer periodisch
betriebenen Ofenanlage nach der neuen
„low-O 2“-Technologie ist dem Bild 6 zu entnehmen.
Die thermische Nachverbrennung
(TNV) muss brennstoffbeheizt sein, um während
des Gesamtprozesses den Sauerstoffgehalt
im System zu steuern. Sie ist von ihrer
Baugröße so zu dimensionieren, dass eine
ausreichende Verweilzeit
der Kohlenwasserstoffe zu
deren Oxidation verbleibt.
Der zum System gehörende
Wärmetauscher kann
mit Luft oder mit Wasser
als Kühlmedium betrieben
werden. Der hohe Wärmeübergang
des Wasserbetriebs
lässt die oftmals
erwünschten kleinen Bau-