CH647260A5

CH647260A5 - Verfahren zur waermebehandlung von drahtringen und ofen zur durchfuehrung des verfahrens.

Info

Publication number: CH647260A5
Application number: CH5819/81A
Authority: CH
Inventors: Sorayapour Soraya; Gundolf Feld; Fredy Wacker
Original assignee: Roechling Burbach Gmbh Stahl
Priority date: 1980-09-17
Filing date: 1981-09-09
Publication date: 1985-01-15
Also published as: ATA398781A; GB2083898A; NL8104247A; ES505485A0; JPS6410579B2; AT374830B; US4408986A; GB2083898B; SE8105387L; BE890394A; LU83614A1; DE3035032C1; SE452023B; IT1224084B; JPS5785934A; FR2490243A1; ES8303536A1; FR2490243B1; IT8123983A0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Wärmebehandlung von liegenden Drahtringen, insbesondere aus Stahl oder NE-Metallen, durch konvektive Wärmeübertragung mit Hilfe umgewälzter Ofengase. Sie hat das Ziel, die wärme- und strömungstechnischen Bedingungen für ein rasches und gleichmässiges Aufheizen bzw. Abkühlen der zu einem Bunde gestapelten Drahtringe in einem Durchlaufofen zu realisieren.

Drahtringe gleichmässig wärmezubehandeln, ist ein in vieler Hinsicht wichtiges Ziel. Es soll nicht nur Heizenergie eingespart, sondern auch erreicht werden, dass ein in seinen metallurgischen und mechanischen Eigenschaften gleichmässiges Vormaterial der Weiterverarbeitung bereitgestellt wird. Der heutige Stand der Technik hat es noch nicht ermöglicht, dass alle Teile eines Drahtringes während der Wärmebehandlung weitestgehend den gleichen Bedingungen der Wärmeübertragung unterworfen werden. Insbesondere spielt die Tatsache eine wesentliche Rolle, dass der stark zeitabhängige Vorgang des Aufheizens bzw. der Abkühlung gerade derjenige Abschnitt innerhalb der Wärmebehandlung ist, in den die Vergleichmässigung der Wärmeübertragung die bestimmende Massnahme darstellt. Unter Berücksichtigung der Drahtringgeometrie ist einleuchtend, dass die Anteile der Wärmeleitung und -Strahlung beim Aufheizen eines Drahtringes gegenüber der Konvektionswirkung stark zurücktreten. Daher wird ersichtlich, dass eine Verbesserung der Wärmebehandlung von Drahtringen nur über den Weg erreichbar ist, demzufolge die Konvektion der Ofengase in der Aufheizzone eines Rollenherdofens für alle Teile eines Drahtbundstapels vereinheitlicht und gleichzeitig erhöht wird.

Um dies zu erreichen, ist das erfindungsgemässe Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtringe im ruhenden Zustand beiderseitig von oben und unten mit gerichteter Strömung der Ofengase zur Erzeugung eines turbulenten Strömungszustandes in der Ringmitte beaufschlagt werden.

Dadurch, dass in dieser Weise der mittlere Stapelhohlraum des Drahtbundstapels als Stauraum der Ofengase pneumatisch gebildet und aufrechterhalten wird, kann verhindert werden, dass benachteiligte Stellen im Stapel resultieren, solange der Staudruck für die Aufrechterhaltung des hierfür notwendigen turbulenten Strömungszustandes im Bereich des Stapels und seiner näheren Umgebung ausreicht.

Vorzugsweise können die Drahtbundstapel in einem Rollenherdofen in der Taktzeit der Ofenbeschickung jeweils zwischen zwei oben und unten angeordneten Druckmündungen in einer starken Ofengasumwälzung der jeweiligen Anblasstationen stationiert werden, so dass die Ofengase mit ihrem hohen kinetischen Energieanteil der Strömung in dem mittleren Stapelhohlraum aufeinanderprallen und demzufolge die Strömung unter Erhöhung des statischen Druckes aufgestaut wird und so von dort infolge der Umsetzung der potentiellen in kinetische Energie gleichmässig und turbulent durch die Windungen der Bunde hinausströmt.

Der intensive, vorrangig konvektive Wärmeübergang beim Aufwärmen bzw. Abkühlen der Drahtbunde kann stationsweise, aber innerhalb eines kontinuierlichen Durchlaufs erfolgen. Hierzu kann der konventionelle Durchlaufofen eine besondere Einlauf- bzw. Endstrecke erhalten, die noch beschrieben werden. Nach der Einlaufstrecke, nachdem alle Stellen des Drahtbundes auf die Solltemperatur gekommen sind, ist es nur noch erforderlich, die Wärmeverluste des Ofens auszugleichen und die Konstanz der Innenraumtempe-ratur des Ofens zu sichern. Hier wird die erfindungsgemässe Beheizungsart nicht mehr zwingend notwendig sein. In der Haitedauerstrecke des Ofens genügt die Aufrechterhaltung eines z.B. vorrangig auf Strahlung wirkenden Wärmeübertragungssystems, wenn die Solltemperatur höher liegt als etwa 650°C. Andernfalls wird eine Aussenkonvektion um den Drahtbund ausreichen, um die am Ende der Aufheizstrecke bereits erreichte Temperaturgleichmässigkeit beizubehalten.

Verfahren und Ofenanlagen zur gleichmässigen Wärmebehandlung von Drahtbunden sind mehrfach vorgeschlagen bzw. gebaut worden. So ist es bekannt (DE-AS 1 940 376), die Ofengase im wesentlichen radial, zwangsweise unmittelbar durch die Drahtbunde hindurchzuführen. Doch hier wird der mittlere Hohlraum der Drahtbunde auf der oberen Seite durch einen aufgesetzten Deckel abgeschlossen, der zu benachteiligter Wärmeübertragung an den unmittelbar darunter liegenden Drahtwindungen führt bzw. andernfalls eine sehr aufwendige Anpassung der hier vorliegenden, hauptsächlich laminaren Gasströmung an der Deckelform erfordert. Die nach der angeführten Auslegeschrift festgelegte Ofengasströmung mit zumindest 500 Nm3 Gas pro Stunde und Tonne Draht kann zu einer vorrangig laminaren Strömung führen, was dazu führt, dass zwar der Druckverlust der Strömung gering bleibt, aber auch der Wärmeübergang vom

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Ofengas an die Drahtwindungen gering ist und wegen der im Drahtring vorhandenen starken lokalen Unterschiede der Strömungswiderstände ungleichmässig erfolgt.

Demgegenüber wird im erfindungsgemässen Verfahren vorzugsweise etwa das 12fache dieses Gasstromes d.h. mindestens 6000 Nm3 Gas pro Stunde und Tonne Draht, verwendet, um einen ausreichenden Staudruck im Hohlraum des Drahtbundstapels zur Erzeugung und Aufrechterhaltung einer turbulenten Strömung aufzubauen. Die hierbei erreichbare mittlere Re-Zahl der Turbulenz lässt sich für einen Drahtdurchmesser von 20 mm zu 8800 ermitteln. Die erfindungsgemässe Aufheizmethode ermöglicht eine mittlere wirksame Wärmeübergangszahl von 50 bis zu etwa 120 W/m2 K, je nach dem Ofengasstrom, der vorzugsweise mit mindestens 6000 Nm3 pro Stunde und Tonne Draht vorgesehen wird. Mit der Wärmeübergangszahl 50 W/m2 K lässt sich eine Aufheizzeit von 40 Minuten für einen Drahtring aus Stahl mit dem Drahtdurchmesser von 20 mm ermitteln. Versuche beim Abkühlen von Drahtringen bestätigten die Rechenergebnisse, wobei z.B. ein Volumenstrom mit 10 000 Nm3 pro Stunde und Tonne Draht einen turbulenten Strömungszustand erzeugen konnte.

Die DE-AS 1 959 712 beschreibt im wesentlichen eine Wärmebehandlung, bei der der Drahtbundstapel oben ebenfalls mit einem Deckel abgeschlossen wird und mit zumindest 500 Nm3 Gas pro Stunde und Tonne Draht von unten durchströmt wird. Auch dieses Verfahren hat den Nachteil, dass es im Wärmegut bevorzugte und benachteiligte Stellen - insbesondere in der Umgebung des Deckels und des Palettenrostes - gibt.

Aus der DE-OS 2 830 153 ist weiter ein Verfahren bekannt, in dessen Teilprozessen beim Abschrecken und beim Anlassen von zu Ringen gehaspeltem Draht oder Band die Ringe stirnseitig von beiden Seiten mit Härtemitteln bzw. Ofengasen angeströmt werden. Hierbei handelt es sich aber um Drahtringe, deren Windungsachse waagrecht ist, welche also auf Haken hängend behandelt werden. Dieses Verfahren ist zum Beispiel bei einer Aufwärmung auf Austenitisierungs-temperaturen von 840°C und darüber nur bedingt anwendbar. Aber auch bereits bei sehr hohen Anlasstemperaturen von über 650°C und Drahtdurchmessern kleiner als etwa 10 mm treten unter Umständen Deformierungen der hängenden Drahtwindungen auf, so dass mit einfacher Hakenform nicht mehr in dem Anlassofen hängend gearbeitet werden kann. Aus dem gleichen Grund ist auch eine Weichglühung von hängenden Drahtringen problematisch, z.B. aus Kaltstauchqualitäten, da die hierfür notwendigen Temperaturen höher als 700°C sind. - Ausserdem ist in diesem Zusammenhang nochmals hevorzuheben, dass eine Zwangsströmung der Ofengase durch die Windungen eines Drahtringes hindurch nur solange notwendig und nützlich ist, als der Drahtring sich in dem dynamischen Aufwär-mungsprozess bzw. Abkühlungsprozess befindet. In der Haltedauer auf der Solltemperatur genügt es, lediglich eine isolierende Wirkung der Ofenzone zu gewährleisten. Beim Aufheizen genügt es in der Regel, dass die erfindungsgemässe Methode nur bis zu dem Temperaturbereich von etwa 650°C bis 700°C angewendet wird, um noch Umwälzströme von bis zu 50 000 Betriebskubikmetern je Stunde und je Gebläse

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industriell realisieren zu können. Denn eine weitere Aufheizung bis zu einer Solltemperatur über 800°C ist ohnehin wegen starker Erhöhung der Strahlung innerhalb der Drahtringe nicht mehr konvektionsbestimmt.

Die angestellten Überlegungen führen zu der Ausführung einer besonderen Industrieofenart, die als ein erweiterter Rollenherdofen bezeichnet werden kann. Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Rollenherdofens ist in der Zeichnung veranschaulicht.

Figur 1 zeigt eine Aufheiz- bzw. Abkühlzone des Rollenherdofens im Querschnitt. Figur 2 zeigt eine Aufheiz- bzw. Abkühlzone desselben im Längsschnitt.

Im dargestellten Ofen werden Drahtbundstapel 1 wie bei den kontinuierlich arbeitenden konventionellen Rollenherdöfen mittels Palettenrosten 2 mit einem Rollgang 3 durchgesetzt. Die gasdurchlässigen, mittig freien Palettenroste 2 werden an den einzelnen Anblasstationen durch kurzzeitiges Anhalten des Rollganges 3 positioniert und durch Anheben eines Hebetisches 4 vom Rollgang abgehoben. Danach wird der Rollgang 3 wieder in Betrieb gesetzt, um ein Verziehen der einzelnen Rollen zu vermeiden.

In den Ofenraum 5 ragen Gasbrenner 6 üblicher Bauart oder Strahlungsrohre, die nicht gezeichnet sind. Die an den Gasbrennern 6 erwärmten heissen Ofengase werden durch zwei vertikal gegenüberliegende Gebläse 7 angesaugt und mit gerichteter Strömung beidseitig in den Drahtbundstapel 1 eingeblasen. Dadurch baut sich ein gleichmässiger Druck in dem Hohlraum des Drahtbundstapels 1 auf. Der so entstandene Stauraum bewirkt, dass die Ofengase in der bereits beschriebenen Weise über die gesamte Drahtbundstapelhöhe turbulent und gleichmässig durch die einzelnen Drahtwindungen hinausströmen.

Die vorrangig vom Drahtbundstapel zurückkommenden Ofengase werden durch im Querschnitt einstellbare Öffnungen, Klappen oder Jalousien einer Schutzwand 8 angesaugt. Die Einstellung der Durchströmungsquerschnitte der Schutzwand ermöglicht eine Steuerung der Ümwälzung je nach dem Ofenprogramm der Wärmegutbehandlung.

Nach einer der Taktzeit der Ofenbeschickung entsprechenden Verweilzeit wird der Rollgang 3 wieder kurzzeitig angehalten, der Palettenrost 2 mit dem Drahtbundstapel 1 mittels des Hebetisches 4 auf den Rollgang 3 abgesetzt und der Palettenrost mit dem darauf befindlichen Drahtbundstapel zur nächsten Anblasstation weitergefahren.

Um die gegenseitige, strömungsmässig nachteilige Beeinflussung der in der Aufheizstrecke weilenden Stapel zu vermindern, können die Palettenzwischenräume in der Aufheizstrecke gegenüber der Temperaturhaltestrecke grösser gehalten werden. Die Fahrweise gestaltet sich dann in der Weise, dass die Geschwindigkeit des Rollganges in der Aufheizstrecke entsprechend der Zwischenraumvergrösserung höher wird als diejenige der Temperaturhaltestrecke des Ofens.

Aus Figur 2 ist ersichtlich, das die gerichtete Anströmung auch durch den Rollgang ungehindert dadurch ermöglicht werden kann, dass der Achsabstand der Rollen im Bereich der Druckmündung der unteren Gebläse vergrössert wird, ohne den Transport der Palettenroste im Durchlauf des Ofens zu beeinträchtigen.

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2 Blatt Zeichnungen

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647260 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Wärmebehandlung von liegenden Drahtringen durch konvektive Wärmeübertragung mit Hilfe umgewälzter Ofengase, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtringe im ruhenden Zustand beiderseitig von oben und unten mit gerichteter Strömung der Ofengase zur Erzeugung eines turbulenten Strömungszustandes in der Ringmitte beaufschlagt werden.

(2) durch den Ofen, Mittel zum Positionieren der die Drahtbundstapel (1) tragenden Palettenroste (2) an den einzelnen Anblasstationen durch kurzzeitiges Anhalten des Rollganges

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung oberhalb einer Temperatur von 650°C durchgeführt wird.

(3) und je einen Hebetisch (4) in jeder Anblasstation, welcher anhebbar ist, um den in der Anblasstation positionierten Palettenrost (2) vom Rollgang (3) freizufahren und zu stationieren.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem mittleren Stapelhohlraum aufeinander prallenden Umwälzströmungen mindestens 6000 Nm3 pro Stunde und Tonne Draht betragen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiderseitige Anströmung des Drahtbundstapels mit Hilfe von zwei vertikal oben und unten angeordneten Umwälzgebläsen erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die vorrangig vom Drahtbundstapelumfang kommenden Ofengase in zwei Kreisläufen nach oben und nach unten von den jeweiligen Gebläsen durch an den Ofeninnenraumwänden angebrachte, regelbare Öffnungen, Klappen oder Jalousien angesaugt, durch Wärmezufuhr von Brennern oder Strahlungsrohren auf Solltemperatur gebracht und wieder in den mittleren Drahtbundhohlraum hineingedrückt werden.

6. Ofen zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch Anblasstationen, in denen Mittel (7) zum Erzeugen der gerichteten Strömung der Ofengase angeordnet sind, gasdurchlässige, mittig freie Palettenroste (2) zur Aufnahme der Drahtbundstapel (1), einen Rollgang (3) zum Hindurchtransportieren der Palettenroste

7. Ofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Achsabstand der Rollen des Rollganges (3) in den Bereichen der Druckmündungen von unteren Gebläsen (7) grösser ist als ausserhalb dieser Bereiche.