Industrieofen

Ein Industrieofen ist ein Raum, in dem Wärme in ein Gut eingebracht wird. Unter dem Begriff Industrieofen werden verschiedene Ofenbauformen und Ofentechniken gebündelt. Ein Industrieofen zeichnet sich meist durch Temperaturen oberhalb 600 °C aus. Um diese hohen Temperaturen zu erreichen, muss in vielen Fällen ein Brennstoff direkt im Ofenraum verbrannt werden.

Durch den Einsatz eines Industrieofens werden unterschiedliche Ziele verfolgt:

Erwärmen und Trocknen: Hierbei ist das Ziel, dem Gut in dem Industrieofen Wärme zuzuführen und so Feuchte auszutreiben und die Temperatur des Gutes zu erhöhen. Ein Beispiel ist das Trocknen von Keramik vor dem Brennvorgang.
Unterhalten von chemischen Reaktionen: Hierbei ist eine chemische Umwandlung des Gutes angestrebt. Ein Beispiel dafür sind Hochöfen, in denen Eisenoxid zu Roheisen reduziert wird.
Unterhalten von chemischen Reaktionen unter Beibehaltung der Form und des Aggregatzustandes des Gutes: Hierbei wird darauf abgezielt, die Stoffstruktur in einem Gut zu verändern. Ein Beispiel ist die Keramikherstellung. Dabei bleibt im Brennprozess die äußere Form der Keramik erhalten, die Kristallstruktur im Inneren ändert sich jedoch.
Erschmelzen: Hierbei wird ein festes Gut im Industrieofen über seine Schmelztemperatur hinaus erhitzt und erschmolzen. Beispiele sind das Erschmelzen bei der Metallerzeugung oder Glasherstellung zum anschließenden Formen.

Durch die unterschiedlichen Anwendungen existiert eine Vielzahl an Bauvarianten von Industrieöfen. Industrieöfen können entweder periodisch oder kontinuierlich betrieben werden. Periodisch arbeitende Industrieöfen müssen turnusmäßig Beladen und Entladen werden. In kontinuierlichen Industrieöfen wandert das Gut durch den Ofen. Er wird so an einer Stelle beladen und an einer anderen entladen. Je nach Betriebsweise und Anwendung ändert sich die Form des Ofens:

Kammerofen: Einfache Bauformen für periodisches Erhitzen bestehend aus einem mit feuerfesten Materialien ausgekleideten Raum, der durch ein isoliertes Tor zugänglich ist. In den Wänden des Raums befinden sich Brenner oder Heizelemente, die die Wärme in den Ofenraum führen.
Tiegelofen: Sollen periodisch Metalle erschmolzen werden, können Tiegelöfen genutzt werden. Sie bestehen aus einem mit feuerfesten Materialien ausgekleideten Behältnis, das durch einen Deckel verschlossen werden kann. Das Behältnis kann mithilfe eines Krans bewegt werden. So wird es nach einem Schmelzvorgang gekippt und das geschmolzene Metall kann aus dem Behältnis abfließen. Die Beheizung kann durch Brenner im Deckel oder elektrisch erfolgen.
Durchlaufofen: Für das kontinuierliche Trocknen oder Brennen von Material können Durchlauföfen genutzt werden. Diese Öfen bestehen aus einem Tunnel, durch die ein Gut mithilfe unterschiedlicher Transportmittel geführt wird. Innerhalb des Ofens kann durch Brenner oder andere Heizvorrichtungen Wärme eingebracht werden. Es ist möglich, unterschiedliche Temperaturzonen zu nutzen.
Wannenöfen: zum kontinuierlichen Schmelzen von Material wie z. B. zur Glasherstellung existieren Wannenöfen. Diese bestehen aus einer rechteckigen feuerfesten Wanne, die von einem Gewölbe überspannt wird. Die festen Materialien werden an einer Stelle in die Wanne gegeben. Durch Brenner, die sich seitlich über der Wanne befinden, werden Brennstoffe in langen Flammen verbrannt. Durch Wärmestrahlung heizt sich das feste Material auf und schmilzt. Am hinteren Ende der Wanne kann das geschmolzene Material aus der Wanne fließen.
Schachtofen: Ein Schachtofen ist ein turmartiges Bauwerk. Beim Schachtofen geschieht die Zuführung von Rohmaterial am oberen Ende des Turms. Durch die Schwerkraft gleitet das Material im Ofen nach unten. Am unteren Ende des Ofens befinden sich Auslässe, durch die Material aus dem Ofen abgezogen werden kann. Die Beheizung geschieht meist durch Lanzen, die im unteren Bereich des Ofens in den Ofenraum hinein ragen und flüssige und gasförmige Brennstoffe sowie Verbrennungsluft einblasen. Es ist zudem möglich feste Brennstoffe gemeinsam mit dem Rohmaterial in den Ofen einzubringen. Ein bekanntes Beispiel für einen Schachtofen ist der Hochofen.
Drehrohrofen: Diese Ofenform wird unter anderem in der Zementherstellung genutzt. Dieser Ofen besteht aus einem fast horizontal gelagerten Rohr, dass zum Ofenende hin leicht geneigt ist. Das Rohr ist im Inneren feuerfest ausgekleidet. Am oberen Ende des Rohres werden die Rohmaterialien in den Ofen eingegeben. Durch eine stetige Rotation des Rohres werden sie durch den Ofen befördert. Am unteren Ende des Ofens befinden sich Brenner, die mithilfe von flüssigen, festen und gasförmigen Brennern Wärme in den Ofenraum einbringen. Zudem ist es möglich, brennbare Stoffe wie Abfall gemeinsam mit den Rohmaterialen in den Ofen einzubringen.

Die Beheizung von Industrieöfen kann auf dem Einsatz von Brennstoffen basieren oder durch elektrische Energie gewährleistet werden. Bei der Nutzung von Brennstoffen können die Gas, Öl, Kohle oder teilweise auch Abfälle sein. Bei der Nutzung von elektrischer Energie gibt es unterschiedliche Verfahren:

Induktion: Induktion wird genutzt, um Metalle zu erhitzen. Durch von Wechselstrom durchflossene Spulen wird ein sich permanent änderndes Magnetfeld erzeugt. Durch dieses Magnetfeld wird eine Spannung in dem zu erwärmenden Metall induziert, die zum Aufheizen des Metalls führt.
Widerstandserhitzung: Es wird elektrischer Strom durch Heizstäbe oder direkt durch das zu erwärmende Gut geleite. Dabei erhitzt sich das Material aufgrund seines elektrischen Widerstandes.
Lichtbogen: Hierbei wird zwischen mehreren nicht verbundenen Elektroden eine hohe Spannung angelegt. Überschreitet die Spannung einen kritischen Wert, so wir die Luft oder das Gas zwischen den Elektroden elektrisch leitend. Zwischen den Elektroden entsteht ein Lichtbogen. Dabei wird eine große Menge der Energie in thermische Energie umgesetzt. Diese kann durch Wärmestrahlung in das zu erhitzende Material übergehen.

Die Feuerung kann entweder direkt im selben Raum stattfinden, in dem sich das Gut befindet, oder in einer separaten Brennkammer durchgeführt werden. Wird eine Beheizung direkt im Ofenraum vorgenommen kommt das Gut im Industrieofen in Kontakt mit den Verbrennungsgasen oder es wird elektrischer Strom durch das Gut geleitet. Der Vorteil dieser Beheizung ist ein direkter Wärmeübergang mit geringen Verlusten. Es kann dabei allerdings zu ungewünschten Wechselwirkungen und Reaktionen kommen. Muss dies verhindert werden, kann zur Beheizung eine separate Brennkammer genutzt werden. Diese Brennkammer ist baulich von dem Ofenraum getrennt. Durch Verbrennung von Brennstoffen in der Brennkammer werden die Außenwände des Ofenraums erhitzt. Dadurch erwärmt sich der Ofenraum, ohne dass Verbrennungsgase hineingelangen.

Englische Übersetzung(en):

industrial furnace