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Vorrichtung für die Beheizung von Metallbädern
Die Erfindung bezieht sich auf Tauchheizkörper für die Beheizung von Metallbädern, insbesondere Verzinkungsbädern.
Für Schmelzbäder, z. B. Verzinkungsbäder, kommen zur Zeit hauptsächlich eingemauerte Stahl- wannen, die von aussen erhitzt werden, zur Anwendung. Derartige Wannen haben erfahrungsgemäss in- folge von Hartzinkbildung eine verhältnismässig kurze Lebensdauer. Das sich an den Wandungen der Wanne ansetzende Hartzink vermindert im Laufe des Gebrauchs der Wanne zunehmend den Wärmedurchgang.
Es muss daher die Temperatur der Aussenwand erhöht werden, um das Verzinkungsbad auf der erforderlichen Arbeitstemperatur zu halten, was wieder eine stärkere Beanspruchung der Wanne zur Folge hat und schliesslich zum Durchbruch der Wannenwandung führt.
Es ist eine Reihe von Vorschlägen bekanntgeworden, keramische Verzinkungswannen zu verwenden und das Bad von der Oberfläche her zu beheizen. Zu diesem Zweck sind sogenannte Heizhauben vorgesehen worden, die mit Gas- oder Ölbrennern versehen sind und das Verzinkungsbad ganz oder teilweise überdecken.
Mit einer derartigen Oberflächenbeheizung ist aber in der Praxis nicht der gewünschte Erfolg erzielt worden. Die Leistung einer oberflächenbeheizten Keramikwanne bleibt erheblich hinter derjenigen einer aussenbeheizten Stahlwanne zurück. An der beheizten Oberfläche bildet sich sehr schnell durch Oxydation eine Zinkaschenschicht, die isolierend wirkt und den Wärmeübergang zwischen der Heizhaube und dem Metallbad und somit auch die Leistung herabsetzt.
Das Temperaturgefälle zwischen derHeizhaube und dem Metallbad darf praktisch 4000C nicht überschreiten, da bei einem höheren Temperaturgefälle die Zinkaschenbildung noch stärker wird und sogar eine Verdampfung des Zinks entstehen kann. Der heiztechnische Wirkungsgrad ist daher sehr gering. Die Verwendung von Rekuperatoren zur teilweisen Rückgewinnung der Abgaswärme ist nicht möglich, da sich die Rekuperatoren durch den von den Abgasen mitgeführten Flugstaub in kurzer Zeit zusetzen.
Es sind schliesslich verschiedene, aus keramischem Mauerwerk gebildete Wirkungsöfen für Schmelzbäder mit in das Bad eintauchenden, von Heizgasen durchströmten Metallrohren bekanntgeworden. Bei einem bekannten Verzinkungsofen dieser Art werden Tauchheizelemente verwendet, die sich in mit einem gut wärmeleitenden Stoff, wie Blei, gefüllten und gegebenenfalls mit einem Schutzüberzug, z. B. aus Emaille, überzogenen Heiztaschen befinden und die in das Zinkbad eingetaucht werden. Bei einem andern Verzinkungsofen ist den in das Bad eintauchenden Heizrohren eine Verbrennungskammer zum Steuern der Temperatur der Heizgase zugeordnet, welche den lösbar mit der Verbrennungskammer und den Abgaskanälen verbundenen Heizrohren zugeführt werden.
Die Heizrohre können an der Innenseite nadel-oder bolzenförmige Vorsprünge zur Vergrösserung der wärmeübertragenden Oberfläche aufweisen.
Bei den bekannten Öfen sind die Heizrohre aus Schmiedeeisen hergestellt. Der heiztechnische Wirkungsgrad derartiger Metallheizrohre ist vergleichsweise gering. Ausserdem können sich derartige Metallrohre im Betrieb leicht deformieren und sind insbesondere mindestens ebenso wie die aussenbeheizten Metallwannen einem starken Angriff ausgesetzt, so dass ihre Lebensdauer sehr gering ist.
Es sind Heizelemente zur Verwendung für Galvanisiermetallbäder vorgeschlagen worden, die ein Brennerrohr und zwei Abgasrohre aufweisen, welche durch Verbindungsstutzen miteinander verbunden sind. Das Brennerrohr ist mit einem Innenschutzrohr aus feuerfestem Material versehen, welches Öffnun-
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gen fUr den Durchgang der Heizgase durch die Verbindungsstutzen aufweist. Die Rohre und der Verbin- dungsstutzen bestehen aus Metall. Die verschiedenen Rohre werden von einem gemeinsamen Kopf getra- gen. Solche Heizelemente haben jedoch ebenfalls den Nachteil der geringen Lebensdauer, weil die in
Frage kommenden Metalle, wie Zink, ausserordentlich korrodierend sind. Ausserdem nimmt der heiz- technische Wirkungsgrad im Laufe des Gebrauches infolge zunehmender Hartzinkbildung fortschreitend ab.
Besonders sind auch die Schweissstellen gefährdet, an denen leicht eine Rissbildung auftreten kann.
Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung für die Beheizung von Metallbädern, insbesondere Verzinkungsbädern, welche die Nachteile der bekannten Metallrohr-Tauchheizelemente nicht aufweisen und bei hohem heiztechnischem Wirkungsgrad eine für den praktischen Betrieb. ausreichende Lebensdauer besitzen. Die vorliegende Vorrichtung besitzt einen oder mehrere Tauchheizkörper aus warmfestem Material und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Tauchheizkörper einen in das Metallbad eintauchenden, unten geschlossenen Hohlkörper aus Graphit aufweisen, der von einem aus feuerfestem Material hergestellten und mit einer Armierung versehenen Kopf getragen wird, der oberhalb des Metallbades angeordnet ist.
Der Hohlkörper des Tauchheizkörpers besitzt vorzugsweise glockenförmige Gestalt und ist mit dem Kopf leicht lösbar verbunden, z. B. nach Art eines Bajonettverschlusses. Der Kopf kann elektrisch beheizt sein und zu diesem Zwecke Heizelemente tragen oder einen Brenner aufweisen, wobei die Verbrennung des Heizmittels (Gas oder Öl) im Inneren des Hohlkörpers erfolgt. Die Verbrennungswärme wird durch die Wandung des Hohlkörpers infolge ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit schnell an das Metallbad übertragen.
Die Verbrennungsgase verlassen den Verbrennungsraum in dem Hohlkörper durch innerhalb des Brennerkopfes vorgesehene Kanäle. Auf dem Brennerkopf kann ein Rekuperator vorgesehen sein, in dem die ausströmenden Verbrennungsgase die Verbrennungsluft und/oder die Heizgase vorwärmen.
Der aus Graphit bestehende Tauchheizkörper wird von dem schmelzflüssigen Metall praktisch nicht angegriffen und unter den verschiedenen Arbeitsbedingungen auch nicht deformiert. Da das Temperaturgefälle zwischen dem Verbrennungsraum im Tauchheizkörper und dem Metallbad sehr hoch gehalten werden kann, ist die Erwärmung des Bades wesentlich wirksamer als etwa bei oberflächenbeheizten Wannen.
Bei Anwendung eines Hohlkörpers aus Graphit ist die Wärmeleitzahl etwa das 2, 5fache derjenigen von Stahlrohren oder einer Stahlwanne.
Der vorliegende Tauchheizkörper ist zweckmässig derart angeordnet, dass er leicht aus dem Metallbad herausnehmbar ist. Er kann z. B. von einer auslegerartigen, hydraulisch betätigten Aufhängevorrichtung getragen werden, die um eine Achse schwenkbar ist, die ausserhalb der Wanne des Metallbades verläuft.
Das Metallbad kann auch durch eine Mehrzahl der beschriebenen Tauchheizkörper beheizt werden.
Diese Tauchkörper sind zweckmässig nebeneinander zu einem Aggregat verbunden, das als Ganzes ausbzw. einschwenkbar ist.
Zur Steigerung der Arbeitsleistung und zum schnellen Temperaturausgleich innerhalb des Metallbades können Rührflügel vorgesehen sein, die zweckmässig mit der genannten Aufhängevorrichtung verbunden sind. Durch diese Rührflügel wird das heisse Metall aus der Umgebung der Tauchheizkörper schnell in den Arbeitsraum gefördert.
Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise an Hand der Zeichnung näher erläutert. Fig. 1 ist ein Querschnitt durch eine keramische Verzinkungswanne mit drei Tauchheizkörpern gemäss der Erfindung, Fig. 2 ist ein Längsschnitt nach der Linie 11-11 der Fig. 1 und zeigt die drei nebeneinander angeordneten Tauchheizkörper. Fig. 3 ist ein der Fig. 2 ähnlicher Längsschnitt einer andern Ausftihrungsform, bei welcher vier nebeneinander angeordnete Tauchheizkörper zu einem Aggregat vereinigt sind. Fig. 4 ist Bin der Fig. 1 ähnlicher Querschnitt einer weiteren AusfUhrungsform, bei welcher an ein Tauchheizkörperaggregat ein RUhrflügel mit Motorantrieb angebaut ist.
Gemäss den Fig. l und 2 ist 1 eine mit feuerfestem Material ausgekleidete Wanne eines Verzinkungsbades, über welcher drei Tauchheizkörper angeordnet sind, deren jeder in das Metallbad mit dem glokkenförmigen, aus Graphit bestehenden Hohlkörper 2 eintaucht. Der Hohlkörper 2 wird von einem mit liner Armierung 5 versehenen Kopf 3 getragen, in dem sich eine BrennerdUse 4 befindet und der mit Ka- 1zalen 9 für die Ableitung der Verbrennungsgase aus dem Verbrennungsraum 2', der vom Hohlkörper 2 angeschlossen ist, durchsetzt ist. Der armierte Brennerkopf 3 wird von einem Auslegerarm 6 getragen, : ! er um eine Drehachse 7 mittels einer Kolben- und Zylindereinrichtung 8 über einen Lenker 8'aus-und einschwenkbar ist.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist auf dem Brennerkopf 3 ein Rekuperatur 10 angeordnet. Zu
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dem Rekuperator 10 fuhrt eine Leitung 11 für die Zufuhr von Verbrennungsluft. Ferner ist eine Leitung 12 für die Heizmittelzufuhr zu der Brennerdüse 4 vorgesehen.
Die Wärme der Verbrennungsgase kann auch auf andere Weise ruckgewonnen werden. So können die Verbrennungsgase, die staubfrei sind, für die Beheizung von zugeordneten Metallwärmöfen, die mit nied- rigerer Temperatur betrieben werden, Anwendung finden.
Gemäss Fig. 3 sind vier nebeneinander angeordnete Tauchheizkörper zu einem gemeinsam ein-und ausschwenkbaren Aggregat zusammengefasst.
Nach Fig. 4 ist mit dem die Tauchheizkörper umfassenden Aggregat ein RUhrflUgel13 mit Welle 14, die von einem Elektromotor 15 angetrieben wird, baulich verbunden. Der Rührflügel 13 und der in das Metallbad eintauchende Teil der Welle 14 bestehen zweckmässig aus Elektrographit.
Bei den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen ist der glockenförmige Hohlkörper 2 mit dem Brennerkopf 3 nach Art eines Bajonettverschlusses lösbar verbunden, so dass er leicht ausgewechselt werden kann.
Die Heizvorrichtung gemäss der Erfindung ist allgemein für Metallschmelzbäder geeignet und kann beispielsweise auch mit Vorteil bei Spritzguss- und Druckgussmaschinen verwendet werden, bei denen unter Luftabschluss gearbeitet werden muss und die Leichtmetalle verarbeiten. Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann für Schmelzbäder beliebiger Grösse verwendet werden ; die Grösse des Bades bestimmt die Anzahl der Tauchheizkörper bzw. Tauchheizaggregate.
Wenn die Beheizung der Tauchheizkörper auf elektrischem Wege erfolgt, ist es zweckmässig, an dem Kopf einen Satz von Widerstandsheizkörpern anzuordnen, die in den von dem Hohlkörper 2 umschlossenen Hohlraum hineinragen.
Für besondere Zwecke können bewegbare Schmelzwannen bzw. kleine Schmelztiegel vorgesehen sein, in die die Tauchheizkörper gemäss der Erfindung derart eingehängt sind, dass die Wannen bzw. Tiegel luftdicht verschlossen werden können. Das schmelzflüssige Bad kann dann mittels einer Leitung zu einer Spritz- oder Giessform geführt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung für die Beheizung von Metallbädern, mit einem oder mehreren Tauchheizkörpem aus warmfestem Material, dadurch gekennzeichnet, dass die Tauchheizkörper einen in das Metallbad eintauchenden, unten geschlossenen Hohlkörper (2) aus Graphit aufweisen, der von einem aus feuerfestem Material hergestellten und mit einer Armierung versehenen Kopf (3) getragen wird, der oberhalb des Metallbades angeordnet ist.