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Die Erfindung betrifft einen Ofen für die Hitzebehandlung von Metallstreifen.
Wenn ein Metallstreifen auf hohe Temperaturen erhitzt werden soll unter Verwendung eines Gasstromes von grossem Volumen, können die Wärmeverluste beachtlich sein, und wenn auch die Rückführung des Gases im Kreislauf in manchen Fällen einen Weg zur Verminderung solcher Wärmeverluste in gewissem Ausmass bildet, haben doch Schwierigkeiten in der Praxis bisher die Nützlichkeit dieser Massnahme begrenzt. So kann bei manchen Anwendungen das Gas verengte Durchgänge zu bewältigen haben, die dem Gasstrom einen merklichen Widerstand entgegensetzen, und es können Hochleistungsgebläse, Kompressoren od. dgl. Einrichtungen deshalb nötig sein, dem System eine ausreichende Druckenergie aufzuerlegen, um den erforderlichen Kreislauf zu erzielen.
Es besteht jedoch eine Temperaturgrenze, bis zu welcher solche Einrichtungen, wie sie derzeit verfügbar sind, zumindest für längere Zeitspannen zufriedenstellend arbeiten.
Der erfindungsgemässe Ofen ist demnach dadurch gekennzeichnet, dass eine Kammer mit einer Innenwand vorgesehen ist, die einen Strömungsweg für Gas darstellt, das im Inneren der Kammer im Kreislauf rückgeführt wird, dass weiters eine Streifenträgeroberfläche vorgesehen ist, die sich der Länge nach durch die Ofenkammer erstreckt, sowie eine Vielzahl von Injektoren, die betätigbar sind, um das Innere der Ofenkammer in Verbindung mit einer Gasquelle zu bringen, die unter Druck stehend ausserhalb der Kammer angeordnet ist und betätigbar verbunden mit dem Ofen ist, um das Innere der Ofenkammer unter Druck zu setzen, um den inneren Umlauf von Gas innerhalb der Ofenkammer zu fördern, und dass ferner eine Einrichtung vorgesehen ist,
um das umlaufende Gas über die Streifenträgeroberfläche zu leiten und ein Gaskissen zwischen der Oberfläche und dem den Ofen durchlaufenden Metallstreifen zu bilden.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird zur Hitzebehandlung eines Metallstreifens innerhalb eines kontinuierlich betriebenen Ofens, in welchem der Streifen oberhalb einer Streifenträgeroberfläche, die sich der Länge nach durch die Ofenkammer erstreckt, durch ein Gaskissen gestützt wird, während der Streifen den Ofen durchläuft, so verfahren, dass in einzelnen Stufen in die Ofenkammer Strahlen von Hochdruckgas injiziert werden, um einen umlaufenden Gasstrom innerhalb der Ofenkammer durch Mitführen zu fördern, und dass der umlaufende Gasstrom über die Streifenträgeroberfläche geleitet wird, um das Gaskissen zwischen dieser Oberfläche und dem durch den Ofen laufenden Metallstreifen vorzusehen.
Vorzugsweise ist das in den Ofen eingeführte Gas verdichtet, um das zum Tragen des Streifens erforderliche Volumen zu verkleinern. Leichte Gase, wie Wasserstoff, die die Verwendung von grossen Gasvolumina zur Folge haben, können verwendet werden. Zusätzlich kann das Gas ausgewählt werden, um eine schützende oder reduzierende Atmosphäre innerhalb der Ofenkammer vorzusehen. Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung umfasst das Gas ein Gemisch aus Argon und Wasserstoff oder alternativ ein Gemisch aus Stickstoff und Wasserstoff.
Die Ofenkammer kann eine Vielzahl von quer angeordneten Leitblechen umfassen, die den unteren Teil der Kammer in eine Anzahl von Abteilen unterteilen, wobei in jedes derselben Gas unter Druck zugeführt wird. Die Geschwindigkeit des Strömens des Gases in jedes Abteil kann unabhängig von der Geschwindigkeit des Strömen in den andern Abteilen gesteuert werden, um dadurch das Ausmass der Fortbewegung bzw. des Schwebens des Streifens in irgendeinem Bereich des Ofens nach Wunsch einzustellen.
Dies ist ein Vorteil, beispielsweise während des Ziehens des Streifens durch den Ofen hindurch oder wenn ein Streifen von unterschiedlicher Dicke hindurchbewegt wird, sowie auch im Fall von örtlichen Schwierigkeiten bei der Fortbewegung aus Gründen, die beim Streifen oder beim Ofen oder bei einer Unterbrechung des Gasstromes liegen.
In manchen Fällen können verschiedene Gase oder Gase von verschiedenen Temperaturen in den Ofen geleitet werden, entweder durch die gleichen oder durch verschiedene Injektoreinrichtungen, und bei einer solchen Anordnung können die Strömungsgeschwindigkeiten gesteuert werden, beispielsweise so, dass eine Variierung der Verhältnisse der Bestandteile in verschiedenen Teilen des Ofens oder mit Bezug auf die Zeit ermöglicht wird.
Im folgenden werden erfindungsgemässe Öfen an Hand von Beispielen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen bedeuten : Fig. 1 und 2 eine schematische, perspektivische Ansicht eines ersten erfindungsgemässen Ofens bzw. einen Querschnitt durch denselben, Fig, 3 in schematischer Form einen Schnitt durch einen zweiten Ofen, Fig. 4 eine abgeänderte Form des in Fig. 3 gezeigten Ofens,
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Fig. 5 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform des Ofens, und die Fig. 6 und 7 Grundriss bzw. Querschnitt nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemässen Ofens.
Der in den Fig. 1 und 2 veranschaulichte Ofen ist für das Erhitzen eines kontinuierlich bewegten Metallstreifens-l-bestimmt und umfasst eine längliche Kammer --2--, durch welche der Streifen im wesentlichen horizontal bewegt wird, wobei der Ofen bis auf schmale, horizontale Schlitze --3-- an seinen beiden Enden für den Durchgang des Streifens in die Kammer und aus dieser heraus geschlossen ist.
Zwischen den zwei Seitenwänden --4, 5-- des Ofens ist eine innere Wand --6-- angeordnet, die sich
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--4-- erstreckt,- stützen, die mit einer Vielzahl von Öffnungen --8-- versehen ist, welche Platte geringfügig tiefer als die Schlitze --3-- liegt, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist.
Der Streifen ist dazu bestimmt, durch ein Gas oder ein Gasgemisch erhitzt zu werden, das in die Ofenkammer durch ein entsprechendes Gebläse --9-- eingespeist wird, wobei eine Einrichtung irgendeiner geeigneten Type zum Erhitzen des Gases auf eine angemessene Temperatur entweder zwischen dem Gebläse und der Kammer, wie bei --10-- gezeigt, oder alternativ nach dem Eintritt des Gases in die Kammer vorgesehen ist.
Das Gas wird in den unteren Teil des Ofens unter Druck durch eine Vielzahl von Injektoren --11-eingeführt, die entlang der Seitenwand --4-- des Ofens in einem Abstand voneinander angeordnet sind,
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Zusätzlich verursacht die Geschwindigkeit, mit welcher das Gas in den Ofen eingeführt wird, einen Druckabfall in der Nähe der Injektoren --11--, der ausreicht, damit das Gas nach dem Erhitzen des Streifens --1-- mit hoher Geschwindigkeit von dem oberen Teil der Kammer zu dem unteren Teil derselben durch den Durchlass --12--, der zwischen der Innenwand --6-- und der benachbarten Wand--4-vorgesehen ist, im Kreislauf rückgeführt wird.
Dadurch, dass das Gas in einen Kreislauf versetzt wird, können Wärmeverluste beachtlich vermindert werden und die Notwendigkeit zur Anbringung eines Gebläses im Rückstrom des Gases wird vermieden.
Etwas Gas wird aus den Enden des Ofens entweichen und Verlsute werden durch frisches Gas, das dem Gebläse --9-- durch den Einlass --13-- zugefhrt wird, ausgeglichen.
Bei dem in Fig. 3 gezeigten zweiten Ofen ist die äussere Heizeinrichtung --10-- durch innere Heizeinrichtungen, beispielsweise durch elektrische Widerstandsheizelemente --14--, ersetzt, die zweckmässigerweise an den Ofenwänden --5, 6-- unterhalb der Platte --7-- angeschlossen sind. Zusätzlich wird ein Teil des Gases von dem oberen Teil der Ofenkammer --2-- durch das Gebläse --9-- in den Kreislauf rückgeführt, wodurch die Menge des frischen und nicht erhitzten erforderlichen Nachsetzgases vermindert wird.
Da die Temperatur des die Kammer --2-- verlassenden Gasstromes normalerweise höher ist als jene, welche für herkömmliche Formen von Gebläsen verlässlich erträglich ist, ist ein Wärmeaustauscher --15-- zum Kühlen des Gases zwischen der Kammer --2-- und dem Gebläse --9-- vorgesehen.
Einrichtungen (nicht dargestellt) können vorgesehen sein, um das Verhältnis zwischen rückgeführtem und frischem Gas, das in den Ofen durch die Injektoren --11-- eingespeist wird, zu variieren.
Elektrische Heizelemente --14-- können zusätzlich oder alternativ in dem Durchlass --12-- angebracht werden.
Andere Formen von Heizeinrichtungen können alternativ verwendet werden, beispielsweise Gasbrenner, die im unteren Teil der Ofenkammer angeordnet werden.
Bei der in Fig. 4 gezeigten Modifikation des zweiten Ofens wird der Wärmeaustauscher --15-- dazu verwendet, die Temperatur des frischen Nachsetzgases zu erhöhen, bevor dieses in das Gebläse --9-- eingeführt wird, wodurch die Wärmeverluste in dem System noch weiter vermindert werden.
In manchen Fällen kann es möglich sein, den Wärmeaustauscher vollständig wegzulassen, wobei frisches Gas mit einer entsprechend niedrigen Temperatur mit dem im Kreislauf rückgeführten Gas in einem entsprechenden Verhältnis gemischt wird, um dieses zu kühlen, bevor es in das Gebläse rückgeführt wird.
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Während bei den veranschaulichten Öfen der Streifen --1-- horizontal durch den Ofen geleitet wird, kann er alternativ auf einem vertikalen oder geneigten Pfad durch den Ofen geleitet werden, wobei der Ofen einschliesslich der Anordnung der Injektoren entsprechend modifiziert ist.
Falls jedoch der Streifen horizontal oder leicht abwärts geneigt geführt wird, kann der Druck des in den Ofen injizierten Gases so bemessen sein, dass zusätzlich zu dem Erhitzen des Streifens auch ein Kissen aus Druckgas vorgesehen wird, welches den Streifen bei dessen Durchgang durch den Ofen trägt.
In einem solchen Fall kann der untere Teil der Kammer eines Ofens gemäss Fig. 1 bis 4 in verschiedene Abteile unterteilt werden, durch eine Anzahl von vertikalen (nicht gezeigten) Querwänden, die in Abständen voneinander angeordnet sind, welche etwa 60 bis 90 cm betragen, wobei die oberen Ränder der Qurwände unmittelbar unter dem Niveau der Schlitze --3-- enden und jedes Abteil mit einem gesonderten Injektor --11-- verbunden ist.
Eine solche Anordnung verhindert ein örtliches Schweben, welches durch eine Änderung der Verhältnisse irgendwo im Ofen verursacht werden kann, und ermöglicht die Einstellung des Strömens in einem Teilbereich, beispielsweise durch Steuern des Gasstromes durch einen betreffenden Injektor --11--, oder durch Drosseln eines entsprechenden Bereiches des Durchlasses --12--, welcher durch (nicht gezeigte) Querwände in eine Anzahl von gesonderten Abschnitten unterteilt werden kann.
In manchen Fällen kann erforderlich sein, dass erhitztes Gas in Form von Strahlen auf beide Oberflächen des Streifens-l-geführt wird, und ein Ofen für diese Arbeitsweise ist schematisch in Fig. 5 dargestellt.
In diesem Ofen ist die Ofenkammer --2-- mit einem Paar von horizontalen Strahl- oder Düsenplatten - -7A, 7B-- ausgestattet, die oberhalb bzw. unterhalb der Schlitze --3-- angeordnet sind, derart, dass das erhitzte Gas aus den Injektoren --11-- auf die obere und auf die untere Oberfläche aus den Platten - -7A, 7B-- durch die Öffnungen --8-- geführt wird, wobei die Geschwindigkeit, mit welcher das Gas in den Ofen durch die Injektoren eingeblasen wird, eine Rückführung des Gases im Kreislauf zwischen den Platten zurück in den Hauptteil des Ofens durch den Durchlass --12-- verursacht, wo das Gas durch die Öffnungen in den Strahl- bzw. Düsenplatten neuerlich auf die Streifen gerichtet wird, auf eine Weise, die ähnlich ist, wie bei den in den Fig. l bis 4 veranschaulichten Öfen.
Der in den Fig. 6 und 7 gezeigte Ofen ist wieder für die Erhitzung eines kontinuierlich bewegten Metallstreifens-l-bestimmt und umfasst eine längliche Kammer --2--, durch die der Streifen in im wesentlichen horizontaler oder leicht abwärts geneigter Richtung geführt wird. Insbesondere umfasst der Ofen eine wassergekühlte Eintrittszone --14--, eine Heizzone --15-- und eine Austrittskühlzone --16--.
Druckdichtungen --17-- sind am Eingang und am Ausgang des Ofens vorgesehen, um die Gasverluste an die Atmosphäre zu vermindern. Der Streifen wird dem Ofen entlang eines Schwebetisches --18-- zugeführt und aus dem Ofen über einen Rollentisch --19-- mittels eines Paares von Transportrollen --20-weggeführt.
Wie mit Bezug auf die vorherigen Ausführungsformen beschrieben, wird Gas unter Druck in die Heizzone --15-- durch die Injektoren --11-- eingeführt, wobei das Gas in dem Gebläse --9-- komprimiert wird und über die Heizeinrichtung --10-- zu dem in Verbindung mit einzelnen Injektoren stehenden Verteiler --21-- geführt wird.
Der untere Teil der Heizzone --15-- ist durch eine Vielzahl von im Abstand voneinander angeordneten, vertikalen Querwänden --29'-- in mehrere Abteile unterteilt. Die oberen Ränder der Wände --29'-- enden knapp unterhalb des Niveaus der Eintritts- und Austrittsöffnungen des Ofens und jedes Abteil wird durch einen gesonderten Injektor --11-- oder durch einen Satz von Injektoren mit unter Druck stehendem Gas gespeist. Diese Anordnung verhindert ein örtliches Schweben, welches durch geänderte Verhältnisse irgendwo im Ofen auftreten kann und ermöglicht das Einstellen des Strömens in einem bestimmten Bereich, beispielsweise durch Steuern des Gasstromes durch einen betreffenden Injektor --11--.
Wie in Fig. 7 ersichtlich, erstreckt sich jeder Injektor --11-- durch die feuerfest ausgekleidete Seitenwand --4-- des Ofens, um Gas unter Druck durch eine in dem Ofenherd ausgebildete Öffnung --23-in die Druckluftkammer-24-abzugeben. Der Herd bzw. Ofeninnenraum umfasst zwei vertikale Wände --25, 26--, die an ihren oberen Enden mit auswärts geneigten Lippen --27-- versehen sind, welche horizontal durch die gesamte Länge des Ofens verlaufen.
Elektrische Heizelemente --28-- sind an den Seitenwänden der Ofenkammer montiert. Eine Leitung - -29-- ist im oberen Teil der Seitenwand --4-- vorgesehen, um Gas aus der Ofenkammer zu einer aussen
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gelegenen Gaskreislaufrichtung zu fördern, welche einen Kühler --30--, das Gebläse --9--, einen Trockner --31--, Heizeinrichtungen --10-- und einen Injektorverteiler-21-umfasst. Gas wird unter Druck aus dem Verteiler --21-- zu den Injektoren --11-- geleitet.
Im Arbeitszustand der in den Fig. 6 und 7 gezeigten Öfen wird der Metallstreifen dem Ofen durch die Eintrittsdichtung --17-- zugeführt und wird während seines Durchlaufes durch die Ofenkammer oberhalb der Lippen --27-- von einem durch die Druckluftkammer --24-- gebildeten Gaskissen gestützt. Anderseits wird die Kammer mit Gas unter Druck aus den Injektoren --11-- versorgt. Die aus den Injektoren --11-austretenden Gasstrahlen bewirken, dass das in dem Ofen bereits vorhandene Gas durch die Öffnung
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Ein Teil des rückströmenden Gases wird aus dem Ofen über die Leitung --29-- abgezogen, gekühlt und dann komprimiert, getrocknet und erhitzt, bevor es durch den Injektorverteiler --21-- wieder in den Ofen rückgeführt wird.
Bei Behandlungen, bei denen die Mengen an Gas, die erforderlich sind, um zu bewirken, dass der Streifen auf die geforderte Temperatur erhitzt wird, und um gleichzeitig den Streifen während seines Durchlaufes durch den Ofen zu tragen, ausreichend sind, wird keine zusätzliche Wärmequelle ausser der in dem Gas enthaltenen Wärmeenergie erforderlich. So kann bei dem gezeigten Ofen der gesamte Wärmeenergieeinsatz für das Gas von den Heizeinrichtungen --10-- entnommen werden, so dass die Heizelemente - entweder entfernt oder ausgeschaltet werden können.
Bei andern Behandlungen jedoch, bei welchen der Weg der Streifen durch den Ofen lang ist und bzw. oder wenn die gewünschte Streifentemperatur oberhalb der Gastemperatur liegt, sind zusätzliche Wärmequellen erforderlich. In diesen Fällen wird durch die elektrischen Widerstandsheizelemente --28-oder durch gasbeheizte Radiatorrohre, die innerhalb der Ofenkammer angeordnet sind, eine direkte Strahlungsbeheizung der Streifen vorgesehen. Dieser Fall tritt auf, wenn ein durch Walzenverdichten von Metallpulver hergestellter Streifen gesintert wird, wobei die gewünschten Temperaturen im Falle von rostfreiem Stahl in den Bereich von 1000 bis 1400 C fallen.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die Verwendung von Injektoren --11-- eine rasche Zirkulation der Gase innerhalb des Ofens bewirkt, um ein grosses Gasvolumen vorzusehen, welches erforderlich ist, den Streifen innerhalb des Ofens in technisch und wirtschaftlich vorteilhafter Weise zu stützen und zu erhitzen. Diese Kriterien sind von besonderer Wichtigkeit, wenn die Beschaffenheit des Streifens, der hitzebehandelt werden soll, eine Ofenatmosphäre erfordert, die relativ teuer ist.
So kann beispielsweise ein Streifen aus rostfreiem Stahl, der durch Walzenverdichten eines Pulvers für rostfreien Stahl hergestellt wird, vorteilhafterweise in einer Atmosphäre gesintert werden, die aus einem Gemisch von Argon und Wasserstoff besteht, wobei Injektoren verwendet werden, um das Trägergas in den unteren Teil der Ofenkammer einzuführen, wobei die Masse des zu der Druckluftkammer --24-- gelieferten Gases durch die innere Führung im Kreislauf um einen Faktor zwischen 2 : 1 und 6 : 1 im Vergleich zu der Masse des zu den Injektoren geführten Gases erhöht wird.
Eine weitere deutliche Ersparnis wird erzielt, wenn man einen Anteil des Gases, nachdem dieses über den Streifen geströmt ist, im Kreislauf ausserhalb des Ofens zu dem Gebläsekompressor --9-- zwecks Wiedereinführung in den Ofen rückführt.
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