EP1231434B1

EP1231434B1 - Method for the combustion of materials of low-combustibility

Info

Publication number: EP1231434B1
Application number: EP02001639A
Authority: EP
Inventors: Mazouri Dipl.-Ing. Ahmad (Fh)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-02-07
Filing date: 2002-01-24
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2022-01-24
Also published as: DE50211124D1; EP1231434A3; DE20102129U1; ATE377173T1; EP1231434A2

Abstract

A method for incinerating otherwise difficult to burn material has the inlet air passed through an ioniser to ionise the oxygen into ozone. This produces a highly reactive gas which enhances the burn which efficiently reduces the materials without causing build-up of carbon and unburnt residues. The gas flow rate is regulated to match the burn requirement.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbrennen von schwer verbrennbarem Material, wobei das Material in einer Brennkammer eines Ausbrennofens unter Zufuhr von Luft verbrannt wird.The invention relates to a method for burning of hardly combustible material, wherein the material is burned in a combustion chamber of a Ausbrennofens under the supply of air.

In Ausbrennofen werden Modelle aus Wachs oder gesinterte Teile, eingebettet in Gips, Sand oder Keramik bei einer hohen Temperatur ausgeschmolzen und der verbleibende Rest mit einer noch höheren Temperatur (über 600 °C verbrannt. Dies geschieht durch die Verbrennung mit Luft in einer chemischen Reaktion.In burn-out ovens, models of wax or sintered parts embedded in gypsum, sand or ceramics are melted at a high temperature and the remainder are burned at an even higher temperature (over 600 ° C) by burning with air in a chemical reaction.

Derartige Ausbrennofen werden beispielsweise in der Schmuckindustrie oder im Gießereibedarf eingesetzt, wobei Wachs und Giesharz gebundene Werkstoffe, die in Sand, Keramik oder Gips eingebettet sind, ausgebrannt werden.Such Ausbrennofen be used for example in the jewelry industry or in foundry supplies, Wax and Giesharz bound materials, which are embedded in sand, ceramic or plaster, are burned out.

Bei den bisher gebauten Brennöfen findet größtenteils eine unvollständige Verbrennung der eingebetteten Modelle (z.B. Wachs) statt. Dabei entstehen Rauch und Verkohlung des Restmaterials. Das verkohlte Material wird durch den Rauch nach außen getrieben und setzt sich teilweise in der Brennkammer und auch in den Formen fest.Most of the kilns built so far have incomplete combustion of the embedded models (e.g., wax). This creates smoke and charring of the residual material. The charred material is driven outward by the smoke and partially sets in the combustion chamber and also in the molds.

Der durch das verkohlte Material entstehende Rauch belastet die Umwelt. Dieses Problem wird meist durch den - kostspieligen - Einsatz eines Katalysators eingeschränkt.The smoke produced by the charred material pollutes the environment. This problem is usually limited by the - costly - use of a catalyst.

Das weitaus größere Problem besteht darin, daß das verkohlte Material auf den Keramik-, Gips-, oder Sandformen haften bleibt. Es verhindert die vollständige Leerung des Hohlraumes, der zum Gießen von Metallen nötig ist. Es verbindet sich außerdem mit der Schmelze und den gegossenen Teilen und führt somit zu einer schlechten Oberfläche und Fehlerbildungen der Gußteile.The far greater problem is that the charred material sticks to the ceramic, gypsum, or sand molds. It prevents the complete emptying of the cavity, which is necessary for the casting of metals. It also combines with the melt and cast parts, resulting in a poor surface and defects in the castings.

Aus der Praxis sind Versuche bekannt, durch eine höhere Luftzufuhr, die Verkohlung zu verhindern oder durchzuspülen.From the practice, attempts are known to prevent or flush through a higher air supply, the charring.

Viele Materialien, besonders gesinterte Teile und harzgebundene Werkstoffe, verkohlen, trotz Luftzufuhr, durch den entstandenen Temperatur-Schock, anstatt vollständig zu verbrennen.Many materials, especially sintered parts and resin-bonded materials, char, despite the air supply, by the resulting temperature shock, rather than burn completely.

Ein Verfahren zum Verbrennen von schwer verbrennbarem Material ist aus der US 3,495,555 A bekannt. Hinsichtlich des allgemeinen Standes der Technik bezüglich einer besseren Verbrennung wird auf die JP 57-192721 A , die US 3,768,424 A und die DE 29 08 912 A verwiesen. US 6,131,677 A offenbart ein Gießverfahren in dem der Form-Rohling in der Gießform vor dem Gießen ausgebrannt wird.A method for burning hard-to-burn material is known from US 3,495,555 A known. With regard to the general state of the art with regard to a better combustion is on JP 57-192721 A , the US 3,768,424 A and the DE 29 08 912 A directed. US 6,131,677 A discloses a casting process in which the mold blank is burned out in the mold prior to casting.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verbrennen von schwer verbrennbarem Material mittels einem Ausbrennofen zu schaffen, wobei eine annähernd rauchfreie und rückstandslose Verbrennung des Materiales, möglichst bei niedrigen Temperaturen, vorzugsweise in kurzen Brennzyklen erzielt werden soll.The present invention has for its object to provide a method for burning hard-to-burn material by means of a Ausbrennofen, with an approximately smoke-free and residue-free combustion of the material, preferably at low temperatures, preferably to be achieved in short firing cycles.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch Anspruch 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by claim 1.

Dadurch, dass die der Brennkammer zugeführte Luft ionisiert ist, ergibt sich, wie sich in umfangreichen Versuchen gezeigt hat, eine rauchfreie und rückstandslose Verbrennung des schwer verbrennbaren Materiales. Dies ist bereits bei Temperaturen von nur maximal 650 °C möglich. Darüber hinaus können kurze Brennzyklen durch einen, aus der ionisierten Luft resultierenden, schnellen Reaktionsbeginn bereits beim Aufheizen erzielt werden.The fact that the air supplied to the combustion chamber is ionized results, as has been shown in extensive experiments, a smoke-free and residue-free combustion of the hardly combustible material. This is possible even at temperatures of only 650 ° C maximum. In addition, short firing cycles can be achieved by a fast reaction starting from the ionized air already during heating.

Durch die Ionisiation werden Sauerstoffmoleküle (O₂) in ein Ion umgewandelt, es entsteht Ozon (O₃). Das entstandene Ozon ist ein instabiles Ion und wird sehr schnell in das Molekül (O₂) und das Atom (O) gespalten.By ionizing oxygen molecules (O ₂ ) are converted into an ion, it produces ozone (O ₃ ). The resulting ozone is an unstable ion and is very rapidly split into the molecule (O ₂ ) and the atom (O).

Das Ozon ist ein aggressives Gas, dass sich sehr schnell zerlegt. Das frei werdende O-Atom verbindet sich mit anderen O-Atomen zu einem Sauerstoffmolekül. Allerdings bevorzugen die O-Atome eine chemische Reaktion mit fremdem Material, besonders mit Kohlenstoff (C) und Kohlenmonoxid (CO). Dadurch entsteht ein Zwang zur vollständigen Verbrennung.The ozone is an aggressive gas that decomposes very quickly. The liberated O atom combines with other O atoms to form an oxygen molecule. However, the O atoms prefer a chemical reaction with foreign material, especially with carbon (C) and carbon monoxide (CO). This creates a compulsion for complete combustion.

In vorteilhafter Weise führen somit die schwer verbrennbaren Materialien gezwungenermaßen zu einer chemischen Reaktion. Das Ergebnis ist eine saubere Verbrennung ohne Rauchbildung in der Form und in der Brennkammer. Die Brennergebnisse sind rückstandsfrei und benötigen nur einen geringen Energieverbrauch. Darüber hinaus werden Kohlenstoffniederschläge bzw. Ablagerungen in der Brennkammer vermieden. Daher ist keine geschlossene Heizspirale notwendig und es kann eine offene Heizspirale eingesetzt werden.Advantageously, the materials that are difficult to burn thus forcibly lead to a chemical reaction. The result is a clean combustion without smoke in the mold and in the combustion chamber. The firing results are residue-free and require only low energy consumption. In addition, carbon deposits or deposits are avoided in the combustion chamber. Therefore, no closed heating coil is necessary and an open heating coil can be used.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden die die Gesundheit belastenden Gase und Dämpfe reduziert. Wie sich in Versuchen gezeigt hat, schont das erfindungsgemäße Verfahren die Form,
so dass eine hohe mechanische Beständigkeit gewährleistet ist.The method according to the invention reduces the health-burdening gases and vapors. As has been shown in experiments, the method according to the invention protects the shape,
so that a high mechanical resistance is guaranteed.

Wie sich in Versuchen gezeigt hat, können durch das erfindungsgemäße Verfahren alle bekannten 3D-Modelle aus Styropor, Polystyrol (SLS), STL-Materialien, Thermopolymeren und sogar aus mit Wachs oder Harz infiltrierter Stärke/Zellulose für den Metallfeinguß direkt in Gips, Keramik oder Sand eingebettet und bei Temperaturen um 600 °C rückstandslos ausgebrannt werden.As has been shown in experiments, by the method according to the invention, all known 3D models of styrofoam, polystyrene (SLS), STL materials, thermopolymers and even from infiltrated with wax or resin starch / cellulose for the metal casting directly into plaster, ceramics or Sand embedded and burned out at temperatures around 600 ° C residue.

Dabei entstehende Schadstoffe werden ebenfalls neutralisiert. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann jedes schwer verbrennbare Material bei niedrigen Temperaturen von maximale 650 °C rauchfrei ausgebrannt werden.Resulting pollutants are also neutralized. With the method according to the invention, any material that is difficult to burn can be burned out without smoke at low temperatures of a maximum of 650 ° C.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich Prototypen aus Metall in besonders einfacher Weise kostengünstig und in einer hervorragenden Qualität herstellen.The method according to the invention makes it possible to produce prototypes of metal in a particularly simple manner at low cost and in excellent quality.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann in besonders vorteilhafter Weise für das bekannte 3D-Inkjet-Verfahren eingesetzt werden. Die durch das 3D-Inkjet-Verfahren erzeugten Modelle können für den Modellfeinguß direkt in Gipsformen eingebettet werden. Bei diesen Verfahren bestehen die Modelle aus schwer verbrennbarer, mit Wachs oder Harz infiltrierter Stärke/Zellulose. Nach umfangreichen und langwierigen Versuchen bei verschiedenen Temperaturen ist es dabei gelungen, die Modelle restlos in der Form bei niedrigen Temperaturen von maximal 650 °C rauchfrei zu verbrennen. Die Möglichkeit, die Modelle aus Stärke-Material rauchfrei und ohne Rückstände auszubrennen, verringert die Durchlaufzeiten und verbessert die Qualität der Teile erheblich.The inventive method can be used in a particularly advantageous manner for the known 3D inkjet method. The models produced by the 3D inkjet process can be directly embedded in plaster molds for model casting. In these processes, the models consist of hard-to-burn, wax or resin infiltrated starch / cellulose. After extensive and protracted attempts at different temperatures, it has managed to burn the models completely in the form at low temperatures of a maximum of 650 ° C smoke-free. The ability to burn out smoke-free and residue-free models of starch material reduces throughput times and significantly improves parts quality.

Von Vorteil ist es, wenn die Menge der der Brennkammer zugeführten, ionisierten Luft mittels einer Luftdurchflußregeleinrichtung kontrolliert wird.It is advantageous if the amount of ionized air supplied to the combustion chamber is controlled by means of an air flow regulating device.

Wie sich in Versuchen herausgestellt hat, läßt sich durch eine Luftdurchflußregeleinrichtung der Verbrennungsprozeß in besonders vorteilhafter Weise steuern. Somit kann eine minimale aktivierte Luft (ionisiert) in die Brennkammer des Ausbrennofens geführt werden.As has been found in experiments, can be controlled by a Luftdurchflußregeleinrichtung the combustion process in a particularly advantageous manner. Thus, a minimum activated air (ionized) can be fed into the combustion chamber of the Ausbrennofens.

Durch die Luftdurchflußregeleinrichtung läßt sich die aufbereitete Luft kontrolliert in die Brennkammer des Ausbrennofens einbringen.By the air flow control device, the treated air can be controlled in the combustion chamber of the Ausbrennofens bring.

Erfindungsgemäß kann dabei vorgesehen sein, daß die Luft vor der Zufuhr in die Brennkammer mittels einer Luftionisierungseinrichtung ionisiert wird.According to the invention, it can be provided that the air is ionized before being fed into the combustion chamber by means of an air ionization device.

Die Ionisierung der Luft durch eine prinzipiell bekannte Luftionisierungseinrichtung hat sich in Versuchen als besonders geeignet und kostengünstig herausgestellt.The ionization of the air by a principle known Luftionisierungseinrichtung has been found in experiments to be particularly suitable and inexpensive.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen und aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten Ausführungsbeispiel.Advantageous embodiments and developments emerge from the further subclaims and from the exemplary embodiment illustrated in principle below with reference to the drawing.

Es zeigt:

Fig. 1: eine schematische Darstellung eines Ausbrennofens, einer Luftionisierungseinrichtung und einer Luftdurchflussregeleinrichtung; und
Fig. 2: eine Luftdurchflussregeleinrichtung gemäß Fig. 1 im Detail.

It shows:

Fig. 1: a schematic representation of a Ausbrennofens, a Luftionisierungseinrichtung and an air flow control device; and
Fig. 2: an air flow control device according to FIG. 1 in detail.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführung prinzipmäßig erläutert, ist jedoch darauf nicht beschränkt. Der in Fig. 1 dargestellte Ausbrennofen 1 eignet sich besonders gut zur Herstellung von Prototypen aus Metall. Der Einsatz eines derartigen Ausbrennofens 1 bzw. das Ausbrennen von schwer verbrennbarem Material kann jedoch auch aus verschiedenen anderen, dem Fachmann naheliegenden Gründen erfolgen.The inventive method is explained in principle with reference to the embodiment shown in Figures 1 and 2, but is not limited thereto. The Ausbrennofen 1 shown in Fig. 1 is particularly well suited for the production of prototypes made of metal. However, the use of such Ausbrennofens 1 or the burning of hard-to-burn material can also be done for various other, obvious to those skilled reasons.

Ausbrennöfen können in verschiedenen Ausführungen, beispielsweise als Kammer-, Einschubwagen- oder Haubenofen ausgebildet sein. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich für alle denkbaren Ausbrennöfen 1. Da Ausbrennöfen prinzipiell bekannt sind, ist die darin enthaltene Brennkammer nicht dargestellt.Ausbrennöfen can be designed in different versions, for example as a chamber, Einschubwagen- or hood furnace. The inventive method is suitable for all conceivable Ausbrennöfen 1. Da Ausbrennöfen are known in principle, the combustion chamber contained therein is not shown.

Dem Ausbrennofen 1 wird, wie in Fig. 1 dargestellt, durch einen Lufteingang 2 ionisierte Luft zugeführt, die in der Brennkammer des Ausbrennofens 1 für eine vollständige und rauchfreie Verbrennung des schwer verbrennbaren Materiales führt.The Ausbrennofen 1, as shown in Fig. 1, supplied by an air inlet 2 ionized air, which leads in the combustion chamber of the Ausbrennofens 1 for a complete and smoke-free combustion of the hardly combustible material.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die ionisierte Luft durch einen Wärmetauscher 3 unter ein Werkzeug 4 eingeblasen. Das Werkzeug 4 ist dem Fachmann geläufig und daher nicht näher dargestellt.In the illustrated embodiment, the ionized air is injected through a heat exchanger 3 under a tool 4. The tool 4 is familiar to the expert and therefore not shown in detail.

Wie aus Fig. 1 ebenfalls ersichtlich, wird die Luft vor der Zufuhr in den Ausbrennofen 1 bzw. dessen Brennkammer mittels einer Luftionisierungseinrichtung 5 ionisiert. Durch die Luftionisierungseinrichtung 5 wird die der Luftionisierungseinrichtung 5 zugeführte Luft vom molekularen in den Ionenzustand umgewandelt. Anschließend wird die ionisierte Luft dem Lufteingang 2 des Ausbrennofens 1 zugeführt.As can also be seen from FIG. 1, the air is ionized by means of an air ionization device 5 before it is fed into the burn-out furnace 1 or its combustion chamber. The air ionization device 5 converts the air supplied to the air ionization device 5 from the molecular to the ionic state. Subsequently, the ionized air is supplied to the air inlet 2 of the Ausbrennofens 1.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist eine Luftdurchflußregeleinrichtung 6 zur dosierten Zuführung der Luft vorgesehen. In einfacher Weise läßt sich somit die Menge der in den Brennraum zugeführten, durch die Luftionisierungseinrichtung 5 ionisierten Luft kontrollieren. Die Verbrennung in dem Ausbrennofen 1 bzw. der Brennkammer läßt sich durch die Luftdurchflußregeleinrichtung 6 bzw. die zugeführte ionisierte Luft steuern.As can be seen from Fig. 1, an air flow control device 6 is provided for the metered supply of air. In a simple manner can thus control the amount of supplied into the combustion chamber, ionized by the Luftionisierungseinrichtung 5 air. The combustion in the Ausbrennofen 1 and the combustion chamber can be through the Luftdurchflußregeleinrichtung 6 or control the supplied ionized air.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Luftdurchflußregeleinrichtung 6 in Strömungsrichtung der Luft derart angeordnet, daß die Luft die Luftdurchflußregeleinrichtung 6 vor der Luftionisierungseinrichtung 5 passiert. In alternativen Ausgestaltungen kann die Luftdurchflußregeleinrichtung 6 jedoch auch zwischen der Luftionisierungseinrichtung 5 und dem Ausbrennofen 1 angeordnet sein.In the illustrated embodiment, the Luftdurchflußregeleinrichtung 6 is arranged in the flow direction of the air such that the air passes through the Luftdurchflußregeleinrichtung 6 in front of the Luftionisierungseinrichtung 5. In alternative embodiments, however, the air flow control device 6 may also be arranged between the air ionization device 5 and the Ausbrennofen 1.

Wie aus Fig. 1 ebenfalls ersichtlich ist, ist die Luftdurchflußregeleinrichtung 6 mit einem Luftdruckregler 7 und einem Durchflußanzeiger 8 ausgebildet. Die Druckluft wird dabei durch den Luftdruckregler 7, der auch als Wartungseinheit bezeichnet werden kann, kontrolliert bzw. geregelt. Der Luftdruckregler 7 wird durch einen Luftdruckreglereingang 9 mit Druckluft versorgt.As is also apparent from Fig. 1, the air flow control device 6 is formed with an air pressure regulator 7 and a flow indicator 8. The compressed air is controlled or regulated by the air pressure regulator 7, which can also be referred to as a maintenance unit. The air pressure regulator 7 is supplied with compressed air by an air pressure regulator input 9.

In einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Luftionisierungseinrichtung 5 zur Umwandlung von Sauerstoff aus der Luft in Ozon, ein Bestandteil des Ausbrennofens 1 ist.In one embodiment of the invention can be provided that the Luftionisierungseinrichtung 5 for the conversion of oxygen from the air into ozone, a component of the Ausbrennofens 1 is.

In einer Ausgestaltung der Erfindung kann außerdem vorgesehen sein, daß die Luftdurchflußregeleinrichtung 6, die Brennkammer, sowie die Luftionisierungseinrichtung 5 Bestandteile des Ausbrennofens 1 sind.In one embodiment of the invention may also be provided that the air flow control device 6, the combustion chamber, and the Luftionisierungseinrichtung 5 are components of the Ausbrennofens 1.

Besonders vorteilhaft ist der Einsatz der Luftionisierungseinrichtung 5 mit der Luftdurchflußregeleinrichtung 6, welche den Luftstrom in den Ausbrennofen 1 kontrolliert und somit eine rauchfreie und rückstandslose Verbrennung des Materiales in besonders geeigneter Weise ermöglicht.Particularly advantageous is the use of the Luftionisierungseinrichtung 5 with the air flow control device 6, which controls the flow of air into the Ausbrennofen 1 and thus allows a smoke-free and residue-free combustion of the material in a particularly suitable manner.

Die Luftionisierungseinrichtung 5 zur Ionisierung der Luft und die Luftdurchflußregeleinrichtung 6 können als von dem Ausbrennofen 1 bzw. der Brennkammer separate und damit verbindbare Einheit ausgebildet sind. Damit ist gewährleistet, daß diese Einheit an jeden Ausbrennofen 1 angeschlossen bzw. nachgerüstet werden kann. Durch das Verbrennen von Restgasen und -dämpfen dient dieses System gleichzeitig als Katalysator.The Luftionisierungseinrichtung 5 for the ionization of the air and the air flow control device 6 can be formed as separate from the Ausbrennofen 1 and the combustion chamber and thus connectable unit. This ensures that this unit can be connected to each Ausbrennofen 1 or retrofitted. By burning residual gases and vapors, this system also serves as a catalyst.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, daß die ionisierte Luft von außen in die als elektrische Brennkammer ausgebildete Brennkammer geführt wird. Alternativ dazu kann die Brennkammer auch als Gasbrennofen ausgebildet sein. Der Verbrennungsprozeß in der Brennkammer wird bis zur vollständigen Verbrennung durchgeführt.In a particularly advantageous embodiment it can be provided that the ionized air is guided from the outside into the combustion chamber designed as an electrical combustion chamber. Alternatively, the combustion chamber may be formed as a gas furnace. The combustion process in the combustion chamber is carried out until complete combustion.

Fig. 2 zeig eine prinzipiell bekannte Luftionisierungseinrichtung 5. Die Luftionisierungseinrichtung 5 besteht dabei aus einem Sicherheitsschalter 10, einer Stromregeleinheit 11, einem Hochspannungstransformator 12, einem Luft-Druckbehälter 13, Ionisierungsplatten 14 sowie einem Lufteingang 15 und einem Luftausgang 16. Da derartige Luftionisierungseinrichtungen 5 prinzipiell bekannt sind, wird hierauf nicht näher eingegangen. 2 shows a principle known air ionization 5. The Luftionisierungseinrichtung 5 consists of a safety switch 10, a flow control unit 11, a high voltage transformer 12, an air pressure vessel 13, ionization plates 14 and an air inlet 15 and an air outlet 16. Since such Luftionisierungseinrichtungen 5 in principle are known, will not be discussed in detail.

Claims

Method for the combustion of material of low combustibility while the material is embedded in a mould consisting of hard plaster, sand or ceramic and is placed in a combustion chamber of a cauterization oven (1) with the following features:
a) whereas the material is being combusted by aeration,

b) whereas the air supplied to the combustion chamber of the cauterization oven (1) is being ionised, and the amount of the ionised air supplied to the combustion chamber is being controlled by way of an aeration regulating apparatus (6) and

c) whereas the ionised air is being blown into the cauterisation oven (1) by a heat exchanger (3).
Method as claimed in claim 1, characterized in that the air is being ionised before the supply of the combustion chamber by way of an air ionising apparatus (5).
Method as claimed in claims 1 or 2, characterized in that the combustion chamber which is preferably developed as an electric combustion chamber, is being supplied with ionised air from the outside.
Method as claimed in claims 2 or 3, characterized in that by means of the air ionisation apparatus (5), oxygen taken from the air is being transformed into ozone.
Method as claimed in claims 1 to 4, characterized in that the combustion inside the combustion chamber is being operated by the supplied amount of ionised air.
Method as claimed in claims 1 to 5, characterized in that the combustion inside the combustion chamber is being executed up to the complete combustion of the material to be combusted.
Method as claimed in claims 1 to 6, characterized in that the combustion is carried out with a low temperature approaching 650 °C maximum, preferably 600°C.