DE2009761B2 - Kammerofen zur waermebehandlung von metallischem gut - Google Patents

Description

Ofenraum, d. h, die Bildung einer Wirbelwalze, bewirkt, Hiermit ist bei höhen Anforderungen jedoch auch keine ausreichend gleichmäßige Temperaturverteilung zu erreichen. Im allgemeinen läßt nämlich die Unsymmetrie des Ofenkörpers und die unsymmetrische Umspülungsmöglichkeit des Werkstückes durch die Rauchgase die Verwendung einer nur in einer Richtung umlaufenden Wirbelwalze der Rauchgase nicht zu. Beim Kammer- oder Herdwagenofen bedingt die verschiedene Qualität der Ausmauerung von Herd- und Ofenwand, vor allem aber die Anordnung des Wärmgutes auf dem Herd, die Unsymmetrie. Dies gilt auch, wenn das Wärmgut nicht direkt auf dem Herd, sondern auf zwischengeschobenen Balken gelagert wird. Dabei ist zu berücksichtigen, daß Form und Größe der Werkstücke stark variieren.

Es ist weiter bekannt, daß bei Tunnelofen zum Brennen von keramischen Materialien mit Hilfe des Impulses der Brenner eine Drehung und Mischung der Ofenatmosphäre bewirkt wird, wobei der Drehsinn von Kammer zu Kammer entgegengesetzt sein kann bzw., daß die eingeblasenen Heizgasströme Wirbel um vertikale Achsen bilden. Ebenfalls werden hierbei Brenner mit hohen Austrittsgeschwindigkeiten und eine Auf-Zu-Regelung beschrieben.

Tunnelofen und Kammeröfen zum Erwärmen von metallischem Gut unterscheiden sich jedoch grundsätzlich durch die Art, wie der Besatz den Ofenraum ausfüllt. Die Tunnelofen sind, wie die kontinuierlich arbeitenden öfen im allgemeinen, für die Wärmebehandlung von in großen Mengen anfallenden, mehr oder weniger gleichartigen Gütern bestimmt. Das Wärmgut, der sogenannte Besatz, wird daher in einem Stapel gesetzt, der den Ofenraum regelmäßig fast vollständig ausfüllt. Dagegen werden die Kammerofen, insbesondere die Herdwagenöfen zum Glühen von metallischem Gut, wie beispielsweise Stahl, Blechronden, Walzen, Hohlzylinder u. dgl., in ganz unterschiedlicher Weise gefüllt. Diese unterschiedliche Füllung des Ofenraumes mit Wärmgut beim Tunnelofen gegenüber dem Kammerofen für metallisches Gut bewirkt, daß für die Ausbreitung der Rauchgasstrahlen und damit für die Gleichmäßigkeit der Wärmeübertragung in den beiden Fällen völlig verschiedene Voraussetzungen gege ^n sind: Beim Tunnelofen sind nur enge Kanäle im Besatz für die Rauchgasstrahlen vorhanden. Im Gegensatz dazu fehlt beim Kammerofen für metallisches Gut infolge der völlig unterschiedlichen Art der Füllung ein Kanal bzw. ein Ringkanal zur Führung von umzuwälzendem Rauchgas. Infolge dieser stets wechselnden Verhältnisse ist man dem Stande der Technik nach für den Kammerofen der Ansicht, daß es zur Erzielung eines gleichmäßigen Temperaturübergangs am wirkungsvollsten ist, die im Ofen befindlichen Rauchgase mit Hilfe der Hochgeschwindigkeitsbrenner möglichst intensiv, und zwar regellos, zu verwirbeln. Die im wesentlichen regellose Verwirbelung bewirkt eine hochgradig turbulente Strömung mit einem Spektrum von Turbulenzballen, das aus dem Dezimeter- bis in den Zentimeter- und Millimeterbereich reicht. Die dem Stand der Technik nach für Kammeröfen angestrebte intensive, aber regellose Verwirbelung wird gelegentlich auch dadurch vorgeschlagen bzw. verwirklicht, daß einzelne Brenner bzw. Brennergruppen nacheinander zum Einsatz kommen.

Aufga.be der Erfindung ist es nun, bei Kammeröfen zur Wärmebehandlung von metallischem Gut eine möglichst hohe Temperaturgleichmäßigkeit von Ofen und Wärmgut zu erzielen. Zur Lösung dieser Auf-

gäbe wird ein Kammerofen der eingangs beschriebenen Art vorgeschlagen, der dadurch gekennzeichnet ist, daß Horizontalbrenner der linken Seite mit den gegebenenfalls vorhandenen Vertikalbrennern der rechten Seite und umgekehrt zu je einer Gruppe zu-

sammengefaßt sind und Schaltelemente (z. B. ein Programmschaltwerk) vorgesehen sind, die im zeitlichen Nacheinander je eine Gruppe für die von Temperaturregelorganen gesteuerte Brennstoff-Luft-Zufuhr freigebbar und die andere Gruppe sperr-

bar sind, wobei der Herd schmale Balken für die Auflage des Wärmgutes trägt.

Durch die gruppenweise Zusammenfassung der Brenner und die Auflagerung des Wärmgutes und Zwischenschaltung von schmalen Balken ermöglicht

ao die Erfindung die Bildung einer Wirbelwalze, die die Rauchgase im ganzen Ofen erfaßt, das Werkstück umspült und für einen bestmöglichen Temperaturausgleich sorgt. Die Gefahren, die sich dabei aus der Unsymmetrie von Ofen und Wärmgut ergeben, werden

as hierbei dadurch beseitigt, daß die Brenner nacheinander durch ihre gruppenweise Zusammenfassung eine rechtsdrehende und abwechselnd eine linksdrehende Wirbelwalze erzeugen und die Rauchgase dabei die hohlgelegten Werkstücke umspülen. Es wird weiter vorgeschlagen, daß die Temperaturregelung durch Ein- und Ausschalten der Hochgeschwindigkeitsbrenner erfolgt.

Wird die Temperaturregelung des Ofens durch dieses Ein- und Ausschalten der Brenner bewirkt und ist der Ofen in mehrere hintereinanderliegende Temperaturregelzonen aufgeteilt, so kann es vorkommen, daß in der einen Regelzone eine rechtsdrehende, in der folgenden Temperaturregelzone eine linksdrehende Wirbelwalze erzeugt wird. Die eventuell entgegengesetzt drehenden Wirbelwalzen benachbarter Regelzonen stören sich dabei. Um dies zu verhindern, kann die Auswahl der zum Einsatz kommenden Brennergruppen aller Regelzonen des Ofens von einem Programmschaltwerk so vorgenommen werden, daß während eines bestimmten Zeitintervalls jeweils die Gruppen aller Zonen zur Einschaltung durch die Temperaturregelung freigegeben werden, die eine gleichsinnige Wirbelwalze erzeugen, und daß das Programmschaltwerk jeweils nach Ablauf des Intervalls umschaltet, so daß in allen Zonen die eine entgegengesetzt drehende Wirbelwalze erzeugenden Brennergruppen zur Einschaltung durch die Temperaturregelung freigegeben werden.

Bei vielen öfen ändert sich der Wärmebedarf je Zeiteinheit im Betrieb in weiten Grenzen. Beispielsweise wird während des Aufheizvorganges eine hohe Wärmeleistung, während des anschließenden Warmhaltens und Ausgleiches jedoch nur noch eine kleine Wärmeleistung benötigt. Gerade während dieser Ausgleichzeit ist aber eine gute Temperaturgleichmäßigkeit besonders wichtig.

Es wird daher weiter vorgeschlagen, daß die Brennergruppen bei großem Wärmebedarf gleichzeitig, bei geringerem Wärmebedarf aber in den die Wirbelwalzen erzeugenden Gruppen betrieben werden.

Sollen besonders große Werkstücke gewännt werden und werden daher die Abmessungen des Ofens besonders groß, kann die Decke des Ofens nicht mehr

als Gewölbe, sondern muß als horizontal verlaufende Hängedecke ausgeführt werden. Dabei ergeben sich für das Rauchgas verlängerte Umlaufwege und am Übergang von senkrechter Wand und waagerechter Decke zwei Ecken mit den dazugehörigen Widerständen und Wirbelverlusten, so daß der Impuls der je zwei Brennerreihen nicht mehr ausreicht, um das Rauchgas in der gewünschten Weise umzuwälzen. Es wird daher in weiterer Ausbildung der Erfindung vorgeschlagen, daß oben an jeder Ofenseite eine zusatzliehe Brennerreihe angeordnet ist, die schaltungstechnisch mit der Brennergruppe gleichen Drehsinns zusammengeschlossen ist.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt.

A b b. 1 und 2 zeigen einen Herdwagenofen. Dabei bezeichnet 1 das Ofengehäuse, 2 den Herdwagen mit seinen Rädern 3,4 das Werkstück, das auf den Balken 5 hohl gelagert ist. 6 bezeichnet die Luft- und Gasleitung zu den Brennern. Der Ofen wird mit den ao linken Brennerreihen 7 und 10 und den rechten Brennerreihen 8 und 9 beheizt. In seiner Längsrichtung, d. h. in Verfahrrichtung des Herdwagens, kann der Ofen eine mehr oder weniger große Erstreckung haben und in mehrere Zonen für die Temperaturregelung eingeteilt sein. In Abb. 1 deuten Pfeile an, daß die Brenner eine linksdrehende Wirbelwalze erzeugen, die das Wärmgut umspült und den Ofenraum ausfüllt. In A b b. 2 wird dagegen umgekehrt eine rechtsdrehende Wirbelwalze erzeugt.

Bei der Ausführungsform gemäß A b b. 3 und 4 ist oben an jeder Ofenseite eine zusätzliche Brennerreihe 11, 12 angeordnet, deren Rauchgasstrahlen unterhalb der Ofendecke etwa horizontal austreten, wobei die linke obere Brennerreihe 11 mit der linken nebsn dem Herd befindlichen Brennerreihe 10 und der Brennerreihe 8 unten in der rechten Wand zu einer Gruppe zusammengeschlossen sind, so daß bei deren Betrieb eine rechtsdrehende Wirbelwalze entsteht. Die rechte obere Brennerreihe 12 hingegen erzeugt zusammen mit den Brennerreihen 7 und 9 eine linksdrehende Wirbelwalze.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

■„.,-.■. Die TemperatMiry^rteilung im Wärmgut hängt vom Patentansprüche: Ofen und seiner Bejjelzungseinrichtung, der Art des Wärmgutes und seiner Anordnung im Ofen sowie vi>n

1. Kammerofen zur Wärmebehandlung von der Aufheiz· und Abkühlgeschwindigkeit ab. Eine metallischem Gut mit Beheizung durch Hochge- 5 Verbesserung der Temperaturverteilung erzielt man schwindigkeitsbrenner, die als Horizontalbrenner durch die Verwendung von Hochgeschwindigkeitsin Reihen hintereinander in jeder Seite oberhalb brennern, die ihre Rauchgase bereits in weitgehend des Herdes und gegebenenfalls als Vertikalbren- ausgebranntem Zustand und mit hoher Geschwindigner in Reihen in einer Bank auf jeder Seite neben keit in den Ofenraum treten lassen. Der starke Impuls dem Herd angeordnet sind, dadurch gekenn- io des den Hochgeschwindigkeitsbrenner verlassenden zeichnet, daß Hoiizontalbrenner (6) der Un- Rauchgasstrahjes bewirkt eine Durchmischung und ken Seite mit den gegebenenfalls vörliapdenen Durchwirbelürig der Ofenatraosphäre.
Vertikaibrennern (9) der rechten Saite und umge- Durch diese Durchmischung und Durchwirbelung kehrt jeweils zu einer oder mehreren Gruppen zu- werden die Temperaturen der Rauchgase im gesamsammengefaßt sind und Schaltelemente (z. B., ein 15 ten Ofen vergleichmäßigt. Die heißen Rauchgase ge-Programmschaltwerk) vorgesehen siridi'durch die ben ihre Wärme durch Konvektion, bei höheren im zeitlichen Nacheinander eine oder mehrere zu- Temperaturen aber vorwiegend durch direkte und insammengehörige Gruppen für die von Tempera- direkte Strahlung, an das Wärmgut ab. Gleichmäßige turregelorganen gesteuerte Bennstoff-Luft-Zufuhr Rauchgastemperaturen bewirken also gleichmäßige freigebbar und die andere(n) Gruppe(n) sperrbar ao Wärmeübergabe an das Wärmgut und damit auch sind, wobei der Herd schmale Balken (S) für die gleichmäßige Wärmguttemperaturen. Die Anordnung Auflage des Wärmgutes trägt der Brenner ist dabei an sich beliebig. Aus der Forde-

2. Kammerofen nach Anspruch 1, dadurch ge- rung, daß der mit hoher Geschwindigkeit aus dem kennzeichnet, daß oben an jeder Ofenseite eine Brenner tretende und relativ weitreichende Rauchzusätzliche Brennerreihe aneeordnet ist, die 25 gasstrom nicht auf das Wärmgut direkt auftreffen schaltungstechnisch mit der Brennergruppe glei- soll, ergibt sich allerdings, daß die Brenner dabei bechen Drehsinns zusammengeschlossen ist vorzugt so angeordnet werden, daß ihr Strahl sich

3. Verfahren zur Beheizung eines Kammer- entlang einer Ofenbegenzung entwickelt. Vielfach ofens nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch wird in den Seitenwänden des Ofens je eine Brennergekennzeichnet, daß bei Vorhandensein mehrerer 30 reihe angeordnet, deren Strahl sich horizontal und in hintereinanderliegender Temperaturregelzonen geringem Abstand über dem Herd entwickelt. Das im Ofen die Auswahl der zum Einsatz kommen- Wärmgui darf dabei die Brennerstrahlentwicklung den Brennergruppen durch ein Programmschalt- nicht behindern. Bei langgestreckten und großflächiwerk derart erfolgt, daß während eines bestimm- gen Stücken muß das Wärmgut daher unter Zwischenten Zeitintervalls die eine gleichsinnige Wirbel- 35 schaltung von Stützbalken in genügend großem Abwälze erzeugenden Brennergruppen aller Zonen stand vom Herd gelagert werden. Die Brenner werzur Einschaltung durch die Temperaturregelung den häufig auch in Bänken neben dem Herd so eingefreigegeben werden und das Programmschaltwerk baut, daß sich der Brennerstrahl senkrecht nach oben nach Ablauf des Zeitintervalls umschaltet und die an den Ofenseitenwänden entlang entwickelt. In Soneine entgegengesetzt drehende Wirbelwalze erzeu- 40 derfällen und bei besonders großen öfen werden genden Brennergruppen aller Zonen zur Ein- auch zusätzliche Brenner vorgesehen, deren Strahl schaltung durch die Temperaturregelung frei- sich horizontal unter der Ofendecke entlang entgibt, wickelt.

4. Verfahren zur Beheizung eines Kammer- Bei geringer werdendem Wärmebedarf wird der ofens nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch 45 Impuls des Brennerstrahles entsprechend kleiner. Die gekennzeichnet, daß die Brennergruppen bei vergleichmäßigende Wirkung des Hochgeschwindiggroßem Wärmebedarf gleichzeitig, bei geringem keitsbrenners geht also um so mehr verloren, je klei-Wärmebedarf in den die Wirbelwalzen erzeugen- ner der Brenner gestellt wird. Diesen Nachteil verden Gruppen betrieben werden. meidet man, wenn man die Temperaturregelung

5. Verfahren zur Regelung der Temperatur in 50 durch eine Ein-/Aus-Schaltung der Brenner voreinem Kammerofen nach einem der Ansprüche 1 nimmt.

oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Tempe- Die Brenner können so angeordnet sein, daß ihre

raturregelung durch Ein- und Ausschalten der Brennerstrahlen mehr oder weniger gegeneinander Hochgeschwindigkeitsbrenner erfolgt. gerichtet sind. Sie können aber auch jeweils auf

55 Lücke zu den in der gegenüberliegenden Wand angeordneten Brennern eingebaut werden. Beide An-

Ordnungen unterscheiden sich deshalb nicht wesentlich, weil der Brennerstrahl mit der Entfernung vom Brennermund die bekannte erhebliche Ausweitung 60 durch Ansaugung der umgebenden Atmosphäre er-

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen fährt. Dadurch laufen die Brennerstrahlen in einigem Kammerofen zur Wärmebehandlung von metalli- Abstand von der Wand ohnehin ineinander,
schem Gut mit Beheizung durch Hochgeschwindig- Die Durchmischung und Durchwirbelung der

keitsbrenner, die als Horizontalbrenner in Reihen Rauchgase und insbesondere die Umwälzung können hintereinander in jeder Seite oberhalb des Herdes 65 in bestimmten Fällen dadurch wesentlich verbessert und gegebenenfalls als Vertikalbrenner in Reihen in werden, daß man die Brenner so anordnet, daß der einer Bank auf jeder Seite rieben dem Herd arigeord- Impuls der Brennerstrahlen gleichsinnig die Erzeunet sind. gung einer Rotationsströmung der Rauchgase im