Verfahren und Einrichtung zum Betrieb von elektrischen Glühöfen. Der Betrieb von elektrischen Glühöfen erfordert eine Bemessung der dem Ofen zu geführten Heizenergie sowohl in Rücksicht auf die- für das Heizgut maximal zulässige Oberflächentemperatur, als auch in Rücksicht auf die Zeitdauer des Glühprozesses. Wäh rend die Einhaltung der zulässigen Höchst temperatur eine Beschränkung der zugeführten Energie je nach dem Wärmezustand des Ofens bedingt, muss anderseits zur Erzielung einer kleinen Zeit für den Erwärmungsprozess eine möglichst grosse Heizenergie dem Ofen zuge führt werden.
Um diesen sich widersprechen den Erfordernissen gerecht zu werden, hat man bisher dem Ofen die elektrische Energie intermittierend, also mit dauernden zeitlichen Unterbrechungen zugeführt, und zwar derart, dar die Grösse des momentanen Energieflusses so gewählt war, dass sie einer kurzen Er wärmungszeit entsprach, dass aber die einge fügten Unterbrechungszeiten nach Zahl und Dauer so gross gewählt waren, dass ein Über schreiten der höchst zulässigen Oberflächen- temperatur des Heizgutes vermieden wurde. Dieses Verfahren hat aber bedeutende Nach- teile.
Das dauernde Ab- und Zuschalten der vollen Energie beansprucht die automatischen Schalter ganz ausserordentlich und besonders bei Glühöfen grosser Leistung ist eine Ab schaltung der vollen Leistung nur unter Ver wendung komplizierter und teurer Schaltein richtungen möglich. Eine Herabsetzung der Zahl der Schaltungen führt zu entsprechend grossen Unterbrechungszeiten, wodurch die Temperaturspanne zwischen minimalen und maximalen Temperaturen sehr gross wird. Schliesslich bedeutet das Aus- und Einschal ten grosser Leistung für das Netz eine sich dauernd wiederholende stossweise Belastung, die auf andere an das gleiche Netz ange schlossene Betriebe (Lichtbetrieb) einen sehr störenden Einfluss haben kann und selbst auf die Zentrale ungünstig zurückwirkt.
In vorteilhafter Weise kann aber der Be trieb elektrischer Glühöfen gestaltet werden, wenn man die intermittierende Energiezufuhr durch eine ununterbrochene ersetzt und dabei die selbsttätige Regelung der dem Ofen zu geführten Energie von den Energieflüssen des Ofens selbst abhängig macht.
Nach Errei- chung der höchst zulässigen Oberflächentem peratur des Heizgutes kommen zwei Energie flüsse des Ofens zur Bemessung der zuzu führenden Energie in Betracht, erstens die vom Ofen nach aussen abgestrahlte Energie (Verlustenergie), welche einen annähernd kon stanten Wert repräsentiert, zweitens die von der Oberfläche des Heizgutes in das Innere des Heizgutes abfliessende Energie, deren Wert von dem jeweiligen Wärmezustand des Heiz- gutes abhängt und daher während des Er wärmungsprozesses abnimmt.
Die zuzufüh rende Energie setzt sich somit aus einem annähernd konstanten und einem variablen Wert zusammen und es ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zum Betrieb von elektrischen Glühöfen, nach welchem die elek trische Energie dem Ofen ohne Unterbruch zugeführt und selbsttätig so geregelt wird, dass sie nach Erreichen der höchst zulässigen Oberflächentemperatur des Heizgutes in jedem Moment annähernd gleich der Summe aus der Verlustenergie des Ofens und der bei der maximal zulässigen Oberflächentemperatur jeweils in das Innere des Heizgutes abfliessen den Wärmeenergie ist. Die richtige Ein stellung der zugeführten Energie erfordert hiernach eine dauernde Kontrolle des Wärme zustandes des Heizgutes und Regeleinrichtun gen, welche von die innere und äussere Temperatur des Heizgutes messenden Instru menten gesteuert werden.
Da eine Abschal tung der ganzen dem Ofen zufliessenden Ener gie, also völlige Stromunterbrechung vermieden werden soll, ist es vorteilhaft, die Regelung der zugeführten Energie unter steter Ver wendung aller zur Anwendung gebrachter Heizelemente vorzunehmen, so dass selbst eine teilweise Abschaltung der Heizelemente vermieden wird.
Werden die Glühöfen aus Dreiphasen netzen gespeist, dann lassen sich in einfacher Weise grobe und feine Regelstufen erreichen. Man kann in diesem Falle zweckmässig Heiz- vorrichtungen verwenden, welche aus drei- phasig gespeisten Widerständen bestehen; die zur Grobregulierung der Energie von Dreieck in Stern (und umgekehrt) umgeschaltet werden können, wobei aber zur Feinregulierung in der Sternschaltung der Widerstände ein in den geöffneten Nullpunkt eingeschalteter In duktionsregler oder Stufentransformator ver wendet werden kann.
Im nachfolgenden soll nun anhand eines Ausführungsbeispieles das beschriebene Ver fahren näher erläutert werden. Es sei ange nommen, dass sowohl an der Oberfläche, als auch im Innern des Heizgutes ein Thermo- element zur Messung der Temperaturen des Heizgutes angeordnet ist. Die zulässige Ober flächen-Höchsttemperatur des Heizgutes sei Tm <B>lind</B> es wird verlangt, dass -diese Temperatur nicht wesentlich über- und unterschritten wird. In Fig. 1 ist ein Schaltungsschema darge stellt, welches eine selbsttätig wirkende Ein richtung zeigt, die den gestellten Ansprüchen genügt.
Die beiden genannten Thermoelemente sind mit A1 und As bezeichnet. Das Element A, diene zur Messung der Oberflächentempe ratur, A2 zur Messung der Innentemperatur des Heizgutes. Jedes der beiden Thermoele- mente steuert je eine besondere Regeleinrich tung .Ki und g2, im übrigen arbeiten beide Regeleinrichtungen unabhängig voneinander.
Jede der beiden Regeleinrichtungen hat im dargestellten Falle drei Steuerstellungen ai bi <B>ei</B> bezw. 0,2 b2 c2, und zwar je eine Steuerstellung für Unter-, Normal- und Übertemperatur, wobei unter Normaltemperatur die höchst zulässige Oberflächentemperatur verstanden sein soll. Der Glühofen wird, wie dargestellt, von zwei Gruppen Gi und G2 zu je drei Heizwiderständen geheizt, von denen die Widerständen jeder Gruppe in Sterndreieck umschaltbar angeordnet sind.
Obwohl in dieser Figur in dem Sternpunkt der einen Gruppe Gi ein Induktionsregler I eingeschaltet ist, soll zur Vereinfachung des Beispieles von der Regelung dieses Induktionsreglers abgesehen werden und das Verfahren an der Grobregu lierung der Widerstände gezeigt werden. Zu Beginn des Glühprozesses sind die beiden Widerstandsgruppen Gi und G2 in Dreieck schaltung an das Netz N angeschlossen und nehmen daher eine relativ grosse elektrische Energie auf. Das Heizgut wird relativ rasch erwärmt und die Oberflächentemperatur zeigt eine etwa durch Kurve T" der Fig. 2 gege bene Steigerung in der Zeit.
Die Innentem peratur dagegen nimmt langsamer ungefähr nach Kurve Ti der Fig. 2 zu. Kurz bevor die Oberflächentemperatur T., den Höchstwert T. erreicht hat, tritt die von dem Thermo- element Ai gesteuerte Regeleinrichtung Ki in Tätigkeit, indem sich der Kontakthebel Hi auf Kontakt ai stellt.
Dadurch wird das Relais Ri ausgelöst, welches die Widerstands gruppe Gi mittelst des Schalters<B>81</B> von Drei eck in Stern umschaltet und damit die zu geführte Energie verringert. Wird nun die normale Höchsttemperatur T. erreicht, dann rückt der Kontakthebel Hl dieser Regelein richtung auf Kontakt bi und bewirkt, dass das Relais R2 anspricht, welches die zweite Gruppe G2 mittelst des Schalters .S2 von Dreieck auf Stern umschaltet und damit die Energiezufuhr noch weiter herabsetzt.
Tritt nun infolge der Innenerwärmung des Heiz- gutes allmählich doch eine geringe Übertem peratur auf, dann berührt der Kontakthebel H, dieser Regeleinrichtung den Kontakt ci und durch Ansprechen des Schaltmotors M wird die Gruppe G2 durch den Schalter $4 vom Netz N abgetrennt, während die andere Gruppe Gi in Sternschaltung weiter arbeitet. Die Widerstände der Gruppe Gi sind nun aber derart dimensioniert, dass die von ihnen aufgenommene Energie die Verlustenergie des Ofens knapp deckt, so dass eine weitere Steigerung der Heizguttemperaturen mit Si cherheit vermieden wird.
Unabhängig hiervon wirkt die vom Thermoelement -A2 gesteuerte Regeleinrichtung K.- auf den Ofenbetrieb ein. Bis zur Erreichung einer der Grenztemperatur Tm nahen Untertemperaturberührt derKontakt- hebel H dieser Regeleinrichtung den Kontakt a2, wodurch die Zuschaltung der Gruppe G2 mit Hilfe des Motors M bewirkt wird.
Hat die Innentemperatur den Grenzwert Tm er reicht, dann berührt der Kontakthebel H2 den Kontakt b2 und verursacht durch das Ansprechen des Motors M die Abschaltung der Gruppe G2, also die Herabsetzung der dem Ofen zugeführten Energie. Falls nun aber auch die Innentemperatur des Heizgutes die normale Höchsttemperatur überschreitet, dann steht der Kontakthebel H2 schliesslich auf Kontakt c2, wodurch das Relais Ra zum Ansprechen gebracht wird und beide Gruppen mit Hilfe des Schalters .Ss vom Netz ab schaltet. Die Schaltströme werden vom Trans formator T, geliefert.
In Fig. 2 zeigt die KIP-Kurve das stufenweise Herabsetzen der dem Ofen zugeführten Energie in Abhängig keit von der Zeit. Es sind natürlich auch andere Einrichtungen zur Ausübung des Ver fahrens möglich, zum Beispiel eine Einrich tung, welche die Grobregulierung mit der Feinregulierung kombiniert, oder eine solche, bei welcher lediglich ein, einen Induktions regler verstellender Motor von den beiden Thermoelementen gesteuert wird.
Method and device for operating electric annealing furnaces. The operation of electric annealing furnaces requires the heating energy to be supplied to the furnace, both in consideration of the maximum surface temperature permitted for the material to be heated, and in consideration of the duration of the annealing process. While compliance with the maximum permissible temperature limits the energy supplied depending on the heat condition of the furnace, on the other hand, the greatest possible heating energy must be supplied to the furnace in order to achieve a short time for the heating process.
In order to meet these contradicting requirements, the furnace has been supplied with electrical energy intermittently, i.e. with continuous interruptions in time, in such a way that the size of the current energy flow was chosen so that it corresponded to a short heating time that However, the number and duration of the interruption times that were inserted were chosen so large that the maximum permissible surface temperature of the heating material was avoided. However, this method has significant disadvantages.
The constant switching off and on of the full energy demands the automatic switch extremely and especially in the case of annealing furnaces with a large output, switching off the full output is only possible using complex and expensive switching devices. A reduction in the number of switching operations leads to correspondingly long interruption times, as a result of which the temperature range between minimum and maximum temperatures becomes very large. After all, switching high power on and off means a continually recurring intermittent load that can have a very disruptive influence on other companies connected to the same network (lighting operation) and even has an adverse effect on the control center.
In an advantageous manner, however, the operation of electric annealing furnaces can be designed if you replace the intermittent energy supply with an uninterrupted one and thereby make the automatic control of the energy fed to the furnace dependent on the energy flows of the furnace itself.
After the maximum permissible surface temperature of the heating material has been reached, two energy flows of the furnace come into consideration for measuring the energy to be supplied Surface of the material to be heated, energy flowing into the interior of the material to be heated, the value of which depends on the respective heat state of the material to be heated and therefore decreases during the heating process.
The energy to be supplied is thus composed of an approximately constant and a variable value and the subject matter of the invention is a method for operating electric annealing furnaces, according to which the electric energy is fed to the furnace without interruption and is automatically regulated so that it is When the maximum permissible surface temperature of the heating material is reached at any given moment, it is approximately equal to the sum of the energy lost by the furnace and the heat energy that flows into the interior of the heating material at the maximum permissible surface temperature. The correct setting of the supplied energy then requires constant control of the heat status of the heating material and regulating devices, which are controlled by instruments measuring the internal and external temperature of the heating material.
Since a shutdown of all the energy flowing into the furnace, i.e. complete power interruption, should be avoided, it is advantageous to regulate the energy supplied while constantly using all the heating elements used, so that even a partial shutdown of the heating elements is avoided.
If the annealing furnaces are fed from three-phase networks, then coarse and fine control levels can be achieved in a simple manner. In this case one can expediently use heating devices which consist of three-phase fed resistors; which can be switched from triangle to star (and vice versa) for coarse regulation of the energy, but an induction regulator or step transformer switched to the open zero point can be used for fine regulation in the star connection of the resistors.
In the following, the process described will now be explained in more detail using an exemplary embodiment. It is assumed that a thermocouple for measuring the temperatures of the heating material is arranged both on the surface and inside the heating material. The maximum permissible surface temperature of the material to be heated is Tm <B> lind </B> it is required that this temperature is not significantly exceeded or undershot. In Fig. 1 a circuit diagram is Darge provides, which shows an automatically acting device that meets the requirements.
The two thermocouples mentioned are labeled A1 and As. Element A is used to measure the surface temperature, A2 to measure the internal temperature of the material to be heated. Each of the two thermocouples controls a special control device .Ki and g2, otherwise both control devices work independently of one another.
In the case shown, each of the two control devices has three control positions ai bi <B> ei </B> respectively. 0.2 b2 c2, namely one control position each for under, normal and overtemperature, whereby normal temperature should be understood as the highest permissible surface temperature. As shown, the annealing furnace is heated by two groups Gi and G2 of three heating resistors each, of which the resistors in each group are arranged in a star-delta switchable manner.
Although an induction regulator I is switched on in this figure in the star point of one group Gi, to simplify the example, the regulation of this induction regulator should be disregarded and the method will be shown on the rough regulation of the resistors. At the beginning of the annealing process, the two resistor groups Gi and G2 are connected in a delta connection to the network N and therefore take up a relatively large amount of electrical energy. The material to be heated is heated relatively quickly and the surface temperature shows an increase in time given approximately by curve T "in FIG. 2.
The inner temperature, however, increases more slowly approximately according to curve Ti of FIG. Shortly before the surface temperature T. has reached the maximum value T., the regulating device Ki controlled by the thermocouple Ai comes into operation in that the contact lever Hi moves to contact ai.
This triggers the relay Ri, which switches the resistor group Gi from triangle to star by means of switch <B> 81 </B> and thus reduces the energy supplied. If the normal maximum temperature T. is now reached, the contact lever Hl of this control device moves to contact bi and causes the relay R2 to respond, which switches the second group G2 from triangle to star by means of switch .S2 and thus the energy supply even further degrades.
If, as a result of the internal heating of the heating material, a slight excess temperature occurs, the contact lever H of this control device touches contact ci and when the switching motor M responds, the group G2 is disconnected from the network N by switch $ 4, while the other Group Gi continues to work in star connection. The resistors of group Gi are now dimensioned in such a way that the energy absorbed by them just covers the energy loss of the furnace, so that a further increase in the heating material temperatures is safely avoided.
Regardless of this, the control device K.- controlled by the thermocouple -A2 acts on the furnace operation. Until an undertemperature close to the limit temperature Tm is reached, the contact lever H of this control device contacts the contact a2, whereby the connection of the group G2 with the aid of the motor M is effected.
If the internal temperature has reached the limit value Tm, then the contact lever H2 touches the contact b2 and, when the motor M responds, causes group G2 to be switched off, that is, the reduction in the energy supplied to the furnace. If, however, the internal temperature of the material to be heated also exceeds the normal maximum temperature, then the contact lever H2 is finally on contact c2, whereby the relay Ra is activated and both groups are disconnected from the mains using the switch .Ss. The switching currents are supplied by the transformer T.
In Fig. 2, the KIP curve shows the gradual decrease in the energy supplied to the furnace as a function of time. Of course, other devices for performing the process are also possible, for example a device which combines the coarse regulation with the fine regulation, or one in which only one motor, which adjusts an induction regulator, is controlled by the two thermocouples.