CH645712A5 - Verfahren und vorrichtung zum kontinuierlichen waermebehandeln von vereinzelten, langgestreckten metallischen gegenstaenden. - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum kontinuierlichen waermebehandeln von vereinzelten, langgestreckten metallischen gegenstaenden. Download PDF

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
Es sind ein Verfahren und eine Vorrichtung dieser Art bekannt (Zeitschrift «Modern Metals», Sept. 1972, Seite 9, Firmenveröffentlichung der Sunbeam Equipment Corporation). Dabei werden die nachfolgend auch als Gut bezeichneten, zu behandelnden Gegenstände im Anwärmabschnitt in einer eigenen Anwärmatmosphäre mit eigener Heiz- und Umwälzvorrichtung angewärmt und im Warmhalteabschnitt in einer eigenen Warmhalteatmosphäre mit eigener Heiz- und Umwälzvorrichtung warmgehalten. Bei dem bekannten Verfahren und der bekannten Vorrichtung entsteht eine gegenseitige Beeinflussung der Umwalzzonen, und es lassen sich die gewünschten Qualitätsanforderungen vor allem hinsichtlich der Gleichmässigkeit nicht erreichen, weil bei der bekannten Vorgehensweise Temperaturschwankungen in den Abschnitten unvermeidbar sind, die zu Qualitätsschwankungen führen. Davon abgesehen ist das getrennte Heizen und Umwälzen des Heissgases (Heissluft) in den beiden Abschnitten aufwendig.
Um die Gleichmässigkeit der Qualität zu erhöhen und gleichzeitig eine grössere Variabilität des Temperatur-Zeitverlaufes zu schaffen, wurde ausgehend von dem oben beschriebenen bekannten Verfahren eine vollständige Trennung von Anwärmen und Warmhalten vorgeschlagen (DE-AS 2256978), wobei das Gut in einem Anwärmofen schnell angewärmt und in einem gesonderten Warmhalteofen mit getrennter Transportvorrichtung unter Drehung um seine Längsachse warmgehalten wird. Dies hat zwar zu einer Verbesserung der Qualität und zu grösserer Flexibilität geführt; jedoch ist der Aufwand wegen Vorsehens gesonderter Öfen mit gesonderten Transportvorrichtungen gross.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei grösserer Einfachheit der Verfahrensweise bzw. des Vorrichtungsaufbaus eine höhere Qualität des Endproduktes ermöglicht, die an die mit dem zuletzt genannten Verfahren erzeugbare Qualität heranreicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art gemäss der Erfindung vorgesehen, dass die Gegenstände in einer für den Anwärm- und den Warmhalteabschnitt gemeinsamen Atmosphäre von zwangsumgewälztem Heissgas mit geregelter Temperatur angewärmt und warmgehalten werden, wobei das Heissgas, bezogen auf die Durchlaufrichtung der Gegenstände, in einer einzigen Heizzone angewärmt
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und in einer einzigen Umwälzzone in eine erzwungene Bewegung versetzt wird.
Wichtig ist daher die Regelung der Heissgas-Temperatur und dabei vor allem derjenige Ort der Durchlaufstrecke, aufweichen die Solltemperatur bezogen und an welchem die Isttemperatur des Heissgases gemessen wird. Gemäss einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens nach der Erfindung ist dies die Übergangsstelle zwischen Anwärm- und Warmhalteabschnitt.
Die Regelung der Heissgastemperatur allein führt bereits zu einem Endprodukt einer hohen Qualität. Um die Gleichmässigkeit aber noch zu steigern, wird vorzugsweise an der Übergangsstelle zwischen Anwärm- und Warmhalteabschnitt auch noch die Guttemperatur gemessen und der Guttransport solange unterbrochen, bis das Gut die gewünschte Behandlungstemperatur angenommen hat. Diese Massnahme stellt unter allen Umständen, d.h. auch bei nicht ganz exakter Heissgastemperaturrege-lung sicher, dass nur solches Gut in den Warmhalteabschnitt gelangt, das die gewünschte Behandlungstemperatur angenommen hat. So ist es auch möglich, dass die vorgegebene Warmhaltezeit, die sich aus dem Produkt der Anzahl der vorhandenen Gutplätze und der Taktzeit ermitteln lässt, genau eingehalten werden kann.
Bei langgestrecktem Gut ist es zweckmässig, wenn quer zur Durchlaufrichtung und in Längsrichtung des Gutes gesehen mehrere Anwärm-, Warmhalte- und diese jeweils paarweise zusammenfassende Regelzonen nebeneinander vorgesehen werden.
Es ist ferner vorteilhaft, wenn das Gut im Gegenstrom, d.h. mit zur Heissgasströmung entgegengesetzter Förderrichtung angewärmt und warmgehalten wird, und zwar vorzugsweise mit der Längserstreckung des Gutes quer zur Förder- und Heissgas-strömungsrichtung.
Der Erhöhung der Gleichmässigkeit der Qualität dient ferner, wenn in an sich bekannter Weise das Gut während des Anwärmens und Warmhaltens und ggf. während eines nachfolgenden Abkühlvorganges um seine Längsachse gedreht wird, wie es während des Warmhaltens und Abkühlens an sich bekannt ist (DE-OS 2349765).
Eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemässen Verfahrens unter Verwendung eines Ofens mit einer einzigen Kammer und einer einzigen Durchlauf-Transportvorrichtung wie bekannt (Zeitschrift «Modern Metals», September 1972,
Seite 9, Firmenveröffentlichung der Sunbeam Equipment Corporation), ist gemäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet,
dass bezogen auf die Durchlaufrichtung eine einzige Heizvorrichtung, eine einzige Umwälzvorrichtung zum Anwärmen und Warmhalten der Gegenstände sowie eine einzige, die Heissgastemperatur regelnde T emperatur-Regelvorrichtung vorgesehen sind.
Ein wesentlicher Vorteil ist bei dieser Vorrichtung der einfache Aufbau mit, bezogen auf die Durchlaufrichtung, nur einer einzigen Heizvorrichtung und einer einzigen Umwälzvorrich-tung, während bei der bekannten Vorrichtung deren je zwei vorgesehen sind, die sich gegenseitig beeinflussen. Um insbesondere zur Wärmebehandlung langgestreckten Gutes die Gleichmässigkeit der Qualität über die Länge zu erhöhen, kann der Ofen in Richtung quer zur Durchlaufrichtung mehrere Regelzonen aufweisen, von denen jede eine Heizvorrichtung, eine Umwälzvorrichtung und eine Temperaturregelvorrichtung für das Heissgas aufweist.
Als Transportvorrichtung in dem einheitlichen Ofen wird vorteilhaft eine den Ofen durchsetzende Hubbalkentransportvorrichtung zum schrittweisen Transport unter Drehung des Gutes vorgesehen, wie sie an sich bekannt ist (DE-OS 2712279).
Vorteilhaft ist zur Messung der Heissgas-Isttemperatur an der Übergangsstelle zwischen Anwärmabschnitt und Warmhalteabschnitt in der oder j eder Regelzone ein Temperaturfühler vorgesehen, dessen Signale an die oder jede Temperaturregelvorrich645 712
tung abgegeben werden, welche über eine Stellvorrichtung auf die Heizvorrichtung einwirkt.
Um unter allen Umständen zu gewährleisten, dass nur auf Solltemperatur befindliches Gut in den Warmhalteabschnitt eintreten kann, ist gemäss einerweiteren Ausgestaltung der Vorrichtung nach der Erfindung vorgesehen, dass zur Messung der Guttemperatur an der Übergangsstelle zwischen Anwärmabschnitt und Warmhalteabschnitt für die oder jede Regelzone ein Guttemperaturfühler vorgesehen ist, dessen Signale an eine Steuervorrichtung abgegeben werden, welche über eine Schaltvorrichtung den Antrieb der Transportvorrichtung anhält, solange das vor die Übergangsstelle geförderte Gut nicht die gewünschte Guttemperatur erreicht hat. Die Vorrichtung kann durch eine Warmschere sowie eine Kühlvorrichtung zum Abkühlen des gescherten Gutes auf eine Weiterverarbeitungstemperatur erweitert sein.
Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen mit weiteren Einzelheiten beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung;
Fig. 2 einen Querschnitt durch den Ofen nach Fig. 1 in grösserem Massstab, der sich aus vier Teilschnitten nach den Linien I—I, II-II, III-III und IV-IV in Fig. 1 zusammensetzt, und
Fig. 3 ein Diagramm, welches die Temperaturverhältnisse über der Längsabmessung der Vorrichtung nach den Fig. 1 und 2 darstellt.
Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Vorrichtung umfasst einen einheitlichen Ofen mit einer einzigen Kammer 1 und einer einzigen Durchlauf-Transportvorrichtung 2 mit feststehenden Balken mit sägezahnartigen Erhöhungen 3 und Hubbalken 4. Die Hubbalken 4 sind mittels eines hydraulischen Antriebes 5 in horizontaler Richtung und unabhängig davon mittels elektrischem Antrieb 6 (Fig. 2) in vertikaler Richtung verfahrbar.
Die Kammer 1 ist in vier nebeneinanderliegende Zonen I, II, III und IV unterteilt. Jede dieser Zonen hat einen Anwärmabschnitt der Länge 1] und einen Warmhalteabschnitt der Länge 12 (Fig. 1). In j eder Zone ist oberhalb einer die eigentliche Kammer 1 oben abschliessenden Trennwand 7 ein Kanal 8 vorgesehen, in dem die Ofenatmosphäre bildende Luft umgewälzt und geheizt wird. Zum Umwälzen der Luft dient ein in Fig. 1 links angeordneter Ventilator 9. Zum Heizen dient eine Anordnung von insgesamt vier Gruppen 10 von elektrisch beheizten Stäben 11, die sich quer durch den Kanal 8 erstrecken (Fig. 2). Am in Fig. 1 rechten Ende des Kanals 8 wird die so erhitzte und bewegte Heissluft umgelenkt, so dass sie in Richtung des Pfeiles a im Gegenstrom zur Förderrichtung b der Transportvorrichtung 2 über und unter dem Gut 12 strömt, das in den Figuren als Rundstangen dargestellt ist. Nur zur Veranschaulichung sind in Fig. 1 Rundstangen 12,12' unterschiedlichen Durchmessers gezeichnet, die veranschaulichen sollen, dass langgestrecktes Gut von um über 100 % voneinander abweichenden Querschnittsabmessungen durch den Ofen gefördert werden kann. An der durch die Achse A-A in Fig. 1 bezeichneten Übergangsstelle zwischen dem Anwärmabschnitt und dem Warmhalteabschnitt ist in der Kammer 1 ein Thermoelement 13 zur Messung der Heisslufttemperatur angeordnet. Die gemessene Isttemperatur Tu wird über eine Messleitung 14 einem Vergleichspunkt 15 zugeführt, an welchem die Heissluft-Isttemperatur TLi mit der einstellbaren Heissluft-Solltemperatur TLs verglichen wird .Die gebildete Differenz ATL wird einem Regler 16 zugeführt, der über eine Stellvorrichtung 17 ein Stellsignal abgibt, das die Heizvorrichtung in dem Sinne verstellt, dass die Heisslufttemperatur im Sinne einer Verringerung der Regelabweichung ATL verringert wird.
Auf der Höhe der Achse A-A ist ferner ein Berührungs-Thermoelement 18 angeordnet, das als druckluftbetätigbares Spitzenelement ausgebildet ist, welches an die Gutoberfläche gefahren und während des Transportes des Gutes wieder zurück3
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gezogen werden kann. Dieses Thermoelement 18 gibt die gemessene Metalltemperatur TMi über eine Messleitung 18' an einen Vergleichspunkt 19, dem auch eine vorgebbare Metall-Solltemperatur TMs zugeführt wird. Die Differenz ATM wird einer Steuervorrichtung 20 zugeführt, die über eine Schaltvorrichtung 21 den Antrieb 5,6 so lange anhält, bis TMi = Tms ist, mit anderen Worten, die Gutoberfläche die Solltemperatur TMs erreicht hat. Erst dann wird der Antrieb 5,6 und damit die Transportvorrichtung wieder betätigt. Dies stellt sicher, dass sich nur Rundstangen mit Solltemperatur im Warmhalteabschnitt befinden, und dass die entsprechende Warmhaltezeit für jede einzelne Rundstange 12,12' eingehalten werden kann, wobei sich diese Warmhaltezeit aus dem Produkt einer gewählten Taktzeit für die Hubbalkenschritte multipliziert mit der Anzahl der im Warmhalteabschnitt befindlichen Rundstangen 12, 12' ergibt.
Zusätzlich zu den genannten Thermoelementen können noch Thermoelemente für eine Kontrollmessung der Guttemperatur am Gutaustritt bei 22 und am Heissgaseintritt bei 23 vorgesehen sein (beides in Fig. 1 ganz rechts). Die gemessenen Temperaturen werden in bekannter Weise registriert. In gleicher Weise kann auch die Guteintrittstemperatur mit einem Thermoelement bei 24 am Guteintritt gemessen und registriert werden.
Mit 25 ist ein Einführrollgang und mit 26 ein Abführrollgang für das Gut bezeichnet, wobei das Gut jeweils durch eine druckluftbetätigbare Tür 27 in die Kammer 1 ein bzw. daraus herausgefahren wird (Fig. 2).
Fig. 2 zeigt vor allem die Anordnung von vier Zonen nebeneinander, von denen jede einen Anwärmabschnitt und einen Warmhalteabschnitt sowie eine eigene Umwälzvorrichtung 9, Heizvorrichtung 10 und Heissgastemperaturregelvorrichtung 13 bis 17 hat. Die Zonen sind in Fig. 2mit I, II, III und IV bezeichnet. Durch das Vorsehen dieser Zonen ergibt sich ein sehr exaktes Anwärmen und Warmhalten des Gutes 12 über dessen ganze Länge, wie besonders Fig. 2 veranschaulicht. Der Steuerkreis für die Guttemperatur Tm mit den Komponenten 18 bis 21 zur Beeinflussung des Antriebes 5,6 kann ebenfalls mehrfach, d.h. je Regelzone einmal vorgesehen sein. Es ist jedoch auch denkbar, diesen Steuerkreis nur einmal für alle Regelzonen zu verwenden.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung sei im folgenden anhand des Diagrammes nach Fig. 3 erläutert:
In dem in Fig. 3 gezeigten Diagramm sind Temperaturverläufe über der Ofenlänge dargestellt. Mit TLo ist die Kurve für die Heissgas-Temperatur bei Nulldurchsatz des Gutes bezeichnet. Mit TLmax ist die Kurve für die Heissgas-Temperatur bei Maximaldurchsatz des Gutes bezeichnet. Mit TMmax ist die Kurve für die Guttemperatur bei Maximaldurchsatz bezeichnet. TLe ist die
Heissgas-Eintrittstemperatur und TMa die Gutaustrittstemperatur. Schräg schraffiert ist ein Bereich für die Heissgastemperatur und etwa vertikal schraffiert ist ein Bereich für die Guttemperatur. Die Stelle des Übergangs zwischen Anwärmabschnitt Ii und 5 Warmhalteabschnitt 12 ist wieder durch eine Achse A-A markiert. An dieser Stelle wird die Heissgas-Isttemperatur TLi und die Gut-Isttemperatur TMi gemessen.
Die Temperatur des in Fig. 3 gesehen rechts eingesetzten Gutes hat bei Maximaldurchsatz, d. h. bei Ausnutzung aller 10 Plätze der Transportvorrichtung 2 einen Verlauf gemäss der Kurve TMnvdX. Entsprechend höher verläuft die Kurve TLmax für die Heissgastemperatur. Mit zunehmendem Fortschreiten des Gutes in Richtung des Pfeiles b (Gutförderrichtung) nimmt die Guttemperatur zu, und zwar stärker als die Heissgastemperatur. 15 Ist an der Übergangsstelle A-A noch nicht die Gutsolltemperatur TMs erreicht, so wird die Transportvorrichtung 2 auf die beschriebene Weise angehalten, bis die Guttemperatur auf die Solltemperatur angestiegen ist (so in Fig. 3 dargestellt). Bei dem gezeichneten Ausführungsbeispiel handelt es sich um die 20 Behandlungstemperatur von 585° C. Im Warmhalteabschnitt ändert sich die Temperatur des Gutes nur noch geringfügig in der Grössenordnung von 10° C bis Austrittstemperatur TMa. Das in Fig. 3 gesehen von links nach rechts in Richtung des Pfeiles a strömende Heissgas, in der Praxis vorzugsweise Heissluft, hat am 25 Gutaustritt ganz links die höchste Temperatur Tlc- Ausgehend von der Heissgas-Isttemperaturmessung an der Übergangsstelle A-A wird die Heizung 10 für das Heissgas so geregelt, dass an der Stelle A-A das Heissgas Solltemperatur Tls annimmt. In Richtung nach rechts fortschreitend nimmt die Temperatur des 3C Heissgases wegen der Wärmeabgabe an das kühl eintretende Gut zunehmend ab. Die Heissgas-Austrittstemperatur TLa und die Guteintrittstemperatur TMe kann zu Kontrollzwecken ebenfalls gemessen und registriert werden.
35 Mit der beschriebenen Regelung der Heissgastemperatur und der Kontrolle der Guttemperatur mit eventuell erfolgender Sperrung des Transportes der Übergangsstelle A-A zwischen Anwärmabschnitt und Warmhalteabschnitt wird erreicht, dass an keiner Stelle des Ofens, zu keiner Zeit und bei jedem 40 beliebigen Durchsatz zwischen Nulldurchsatz und maximalem Durchsatz die Guttemperatur die Heissgastemperatur überschreiten kann.
Ferner wird durch die beschriebenen Massnahmen sichergestellt, dass die geforderte Warmhaltezeit im Warmhalteab-45 schnitt, die sich aus dem Produkt der Taktzeit mit den im Warmhalteabschnitt verfügbaren Gutplätzen ermitteln lässt, stets erreicht wird.
3 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

645 712 PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum kontinuierlichen Wärmebehandeln von vereinzelten, langgestreckten metallischen Gegenständen (12,12'), insbesondere Rundstangen oder Rohren aus Aluminium oder Magnesium und ihren Legierungen, wobei die Gegenstände während der Durchlaufförderungin einem Anwärmabschnitt (Ii) auf die erforderliche Temperatur angewärmt und anschliessend in einem Warmhalteabschnitt (12) im wesentlichen auf dieser Temperatur warmgehalten werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenstände (12,12') in einer für den Anwärm- und den Warmhalteabschnitt (Ii, 12) gemeinsamen Atmosphäre von zwangsumgewälztem Heissgas mit geregelter Temperatur angewärmt und warmgehalten werden, wobei das Heissgas, bezogen auf die Durchlaufrichtung der Gegenstände, in einer einzigen Heizzone (10) angewärmt und in einer einzigen Umwälzzone (1, 8) in eine erzwungene Bewegung versetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heissgastemperatur an der Übergangsstelle (A) zwischen Anwärm- und Warmhalteabschnitt (11; 12) gemessen und als Isttemperatur (TLi) für die Temperaturregelung der Heizung (10) des Heissgases verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder2, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Übergangsstelle ( A) zwischen Anwärmund Warmhalteabschnitt (Ii, 12) die Temperatur (TMI) der Gegenstände (12,12') gemessen und deren Transport so lange unterbrochen wird, bis die an der Übergangsstelle (A) befindlichen Gegenstände (12,12') die gewünschte Behandlungstemperatur aufweisen.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass quer zur Durchlaufrichtung gesehen mehrere Regelzonen (I, II, III, IV) nebeneinander vorgesehen werden (Fig. 2), von denen jede einen Anwärm- und einen Warmhalteabschnitt (Ii, 12) aufweist (Fig. 1).
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenstände (12,12') im Gegenstrom, d. h. mit zur Heissgasströmung (a) entgegengesetzter Förderrichtung (b) angewärmt und warmgehalten werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenstände (12,12') mit ihrer Längserstreckung quer zur Förder- und Heissgasströmungsrichtung (a, b) schrittweise durch den Anwärmabschnitt (Ii) und durch den Warmhalteabschnitt (12) transportiert werden,
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenstände (12,12') während des Anwärmens und Warmhaltens und gegebenenfalls auch während eines nachfolgenden Abkühlvorganges um ihre Längsachse gedreht werden.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 unter Verwendung eines einheitlichen Ofens mit einer einzigen Kammer (1) und einer einzigen Durch-lauf-Transportvorrichtung (2), dadurch gekennzeichnet, dass bezogen auf die Durchlaufrichtung (b) eine einzige Heizvorrichtung (10), eine einzige Umwälzvorrichtung (9) zum Anwärmen und Warmhalten der Gegenstände sowie eine einzige, die Heissgastemperatur regelnde Temperatur-Regelvorrichtung (13 bis 17) vorgesehen sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofen in Richtung quer zur Durchlaufrichtung mehrere Regelzonen (I, II, III, IV) aufweist, von denen jede eine Heizvorrichtung (10), eine Umwälzvorrichtung (9) und eine Temperatur-Regelvorrichtung (13-17) für das Heissgas aufweist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Transportvorrichtung (2) eine den Ofen durchsetzende Hubbalken-Transportvorrichtung zum schrittweisen Transport unter Drehung der Gegenstände (12,12') vorgesehen ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, zur
Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung der Heissgas-Isttem-peratur (TLi) an der Übergangsstelle (A) zwischen Anwärmabschnitt (Ii) und Warmhalteabschnitt (12) in der oder jeder Regelzone (I, II, III, IV) ein Temperaturfühler (13) vorgesehen ist, dessen Signale an die oder jede Temperatur-Regel Vorrichtung (13-17) abgegeben werden, welche über eine Stellvorrichtung (17) auf die Heizvorrichtung (10) einwirkt.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11 zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung der Temperatur (TMi) der Gegenstände (12,12') an der Übergangsstelle (A) zwischen Anwärmabschnitt (Ii) und Warmhalteschnitt (12) in der oder jeder Regelzone (I, II, III, VI) ein weiterer, mit einer Steuervorrichtung (20) verbundener Temperaturfühler (18) vorgesehen ist, um über eine Schaltvorrichtung (21) den Antrieb (5,6) der Transportvorrichtung (2) anzuhalten, solange die vor die Übergangsstelle (A) geförderten Gegenstände (12,12') nicht die gewünschte Temperatur (TMs) aufweisen.
CH155980A 1979-03-01 1980-02-27 Verfahren und vorrichtung zum kontinuierlichen waermebehandeln von vereinzelten, langgestreckten metallischen gegenstaenden. CH645712A5 (de)

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