-
Die
Erfindung betrifft eine Abkühleinrichtung mit
Dampfsperre für
eine Durchlauf-Wärmebehandlungsanlage
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
-
Um
bestimmte Werkstoffeigenschaften bei den Bändern aus Kupfer bzw. aus Kupferlegierungen zu
erreichen, werden die Bänder
oft in Banddurchlauföfen
geglüht.
Der Glühprozess
besteht üblicherweise
zumindest aus einer Aufheiz- und Abkühlphase.
-
Seit
geraumer Zeit ist aus der Patentschrift
DE 881 737 B bereits eine
Abschreckvorrichtung zur schnellen Abkühlung von Bändern in Durchlauföfen bekannt.
Die Abschreckvorrichtung ist in Form eines Wasserabschreckbeckens
unterhalb der Auslaufschleuse des Durchlaufofens angeordnet. Nach
erfolgter Durchwärmung
wird das Band durch einen Kanal in das Wasserabschreckbecken geführt. Der Kanal
ragt bis in das Wasserbecken hinein und sorgt dafür, dass
keine Falschluft aus der Umgebung in den Ofenraum gelangen kann.
-
Um
die Oxidation der Bänder
zu vermeiden, erfolgt der Glühprozess
im Durchlaufverfahren mittlerweile unter Schutzgasatmosphäre, wobei
diese Banddurchlauföfen
spezielle Einlauf- und Auslaufschleusen besitzen. Die Aufgabe dieser
Schleusen besteht darin, die Schutzgasatmosphäre aufrecht zu erhalten.
-
Hierzu
werden beispielsweise berührungslose
Abdichtungen zwischen zwei Gaszonen gefordert. So besteht entweder
das Problem, dass Gase oder Dämpfe, die
innerhalb einer Kammer entstehen, nicht in die Außenatmosphäre gelangen
sollen oder dass atmosphärische
Luft beispielsweise nicht in eine mit Schutzgas beaufschlagte Kammer
eingetragen werden soll. Trotzdem soll die Kammer frei zugänglich sein,
um das zu behandelnde Gut zuführen zu
können.
-
Aus
der Druckschrift
DE
198 46 749 C2 ist eine derartige berührungslose aerodynamische Abdichtung
bekannt, die für
eine Ein- bzw. Auslaufschleuse von Durchlauf-Wärmebehandlungsanlagen mit Schutzgasatmosphäre geeignet
ist. Am abzudichtenden Öffnungsquerschnitt
der Durchlauf-Wärmebehandlungsanlage
sind Schlitzdüsen
angeordnet, die auf ein durchlaufendes Metallband gerichtet sind.
An jeder Seite des Metallbandes sind zwei separate Schlitzdüsen vorgesehen,
die in Durchlaufrichtung des Metallbandes mit Abstand hintereinander
angeordnet sind und jeweils einen senkrecht auf das Metallband oder
voneinander weggerichtet winklig auf das Metallband gerichteten
Gasstrahl erzeugen. Die zur Atmosphärenseite gerichteten Schlitzdüsen sind
mit Luft, und die zur Seite der Durchlauf-Wärmebehandlungsanlage hin gerichteten Schlitzdüsen sind
mit Schutzgas beaufschlagt.
-
Des
Weiteren ist in der Druckschrift
JP 60 009 834 A eine Kühleinrichtung für heiße Stahlbänder beschrieben.
Zur Kühlung
wird ein Stahlband von oben kommend in einen Wasserbehälter geführt. Bodenseitig
wird das Band über
eine Rolle umgelenkt und wiederum zur Oberseite herausgeführt. Zur
effektiven Kühlung
sind entlang der Zone, in der das heiße Stahlband nach dem Eintauchen
in den Wasserbehälter
senkrecht nach unten geführt
wird, Wasserdüsen
zur effizienten Kühlung
angeordnet.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine effiziente Kühleinrichtung
für Durchlauf-Wärmebehandlungsanlagen
anzugeben, die eine hohe Güte der
Schutzgas-Ofenatmosphäre
gewährleistet.
-
Die
Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 wiedergegeben.
Die weiteren rückbezogenen
Ansprüche
betreffen vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.
-
Die
Erfindung schließt
eine Abkühleinrichtung
mit Dampfsperre für
eine Durchlauf-Wärmebehandlungsanlage
zur Wärmebehandlung
von Bandmaterial ein, mit einem am Ofenausgang angeordneten und
zumindest bis zur Oberfläche
eines Kühlmediums
reichenden, zur Umgebung hin gasdicht abschließenden Schacht. Im Bereich,
in dem das durch den Schacht geführte
Bandmaterial in das Kühlmedium
eintritt, ist im Kühlmedium
zumindest ein flächiges
Schlitz-, Loch- oder
Rohrdüsenfeld
mit einer Zuleitung für
das Kühlmedium
angeordnet, um das Kühlmedium
verstärkt
zur schnellen Abkühlung
zum Bandmaterial zu leiten. Zudem ist am Schacht eine Absaugvorrichtung
angeordnet. Das Düsenfeld
kann auch aus einer Kombination aus Schlitz-, Loch- oder Rohrdüsen aufgebaut
sein.
-
Die
Erfindung geht dabei von der Überlegung aus,
dass eine besondere Ausbildung der Auslaufschleuse des Ofens durch
einen Wasserverschluss gewählt
wird. Über
eine Umlenkrolle am Ende der Kühlstrecke
wird das Kupfer- oder Kupferlegierungsband in einen rüsselartigen
Schacht geführt,
der zumindest bis zur Wasseroberfläche eines Wasserbades reicht
oder sogar in das Wasserbad eintaucht. Im Wasserbad befindet sich
eine zweite Umlenkrolle, die die Bänder wieder aus dem Wasserbad
herausführt. Dadurch
entsteht eine absolute Abdichtung der Durchlauf-Wärmebehandlungsanlage.
Durch das Eintauchen der Bänder
mit einer Temperatur von üblicherweise
150–170°C in das
Wasserbad entsteht Wasserdampf, der in die Kühlstrecke des Durchlaufofens
ununterbrochen eintreten und damit die Schutzgasatmosphäre im Ofen
verschlechtern würde.
Somit ist Bestandteil der erfindungsgemäßen Lösung einerseits eine sogenannte
Turbokühlung
des im Wasserbad eingetauchten Metallbandes und andererseits die
Dampfsperre oberhalb der Eintauchstelle des Metallbandes in das
Wasserbad. Die sogenannte Turbokühlung
hat die Aufgabe, das Band vom Zeitpunkt des Eintauchens in das Wasserbad
so schnell wie möglich
abzukühlen.
Dabei ist es äußerst wichtig,
das Wasser am Eintrittspunkt des Bandes unterhalb bzw. innerhalb
des Schachtes ständig
bei Temperaturen unter ca. 40°C
zu halten.
-
Als
Turbokühlung
wird unmittelbar unterhalb oder innerhalb des Schachtes ein Düsenfeld
eingebaut. Die Düsen
selbst bestehen beispielsweise aus Rohren, durch welche das Kühlwasser
mit hoher Austrittsgeschwindigkeit auf das zu kühlende Band gefördert wird.
Durch das erfindungsgemäße Düsenfeld
wird ein besonders großer
Wasserschwall erzeugt, der auch den an der heißen Bandoberfläche erzeugten
Dampf nach unten befördert.
Auf diese Weise verbleibt ein wesentlicher Dampfanteil in der Strömung. Dieser
Anteil wird wieder kondensiert, ohne an der Wasseroberfläche auszutreten.
-
Als
Teil der Dampfsperre sind bevorzugt beidseitig des Bandes im Schacht über der
Wasseroberfläche
Absaugrohre angeordnet, die mehrere Reihen von Absaugöffnungen
besitzen. Dadurch werden großräumig der
restlich verbliebene Wasserdampf und das oberhalb der Absaugrohre
gegebenenfalls zugeführte
Inertgas abgesaugt und nach außen
abgeleitet.
-
Der
besondere Vorteil besteht darin, dass durch das Zusammenwirken der
Turbokühlung
und der Dampfsperre die Belastung der Ofenatmosphäre durch
Wasserdampf vermieden wird und bei gleicher Kühlstreckenlänge dadurch eine Produktionssteigerung
um bis zu 20% erreicht wird.
-
In
bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung kann zumindest die erste,
unmittelbar unter der Oberfläche
des Kühlmediums
angeordnete Schlitz-, Loch- oder Rohrdüse eine Neigung aufweisen,
die den Flüssigkeitsstrom
des Kühlmediums
unter bestimmtem Winkel in Bandlaufrichtung lenkt.
-
Bei
dieser Ausgestaltung sind, um die Wasserschwallbildung an der Eintauchstelle
des Bandes weitgehend zu unterdrücken,
insbesondere die obersten Düsen
so ausgeführt,
dass der von diesen Düsen
ausgehende Wasserstrahl in einem speziellen Winkel in Bandlaufrichtung
nach unten gerichtet ist. Dadurch wird hier eine Injektorwirkung
erzeugt, die den entstehenden Wasserdampf zum größten Teil im Wasserbad bindet.
-
Vorteilhafterweise
kann die Absaugvorrichtung aus einem Absaugventilator bzw. einer
Absaugpumpe und einem Demister bestehen. Hierdurch werden großräumig der
restlich verbliebene Wasserdampf und das zugeführte Inertgas abgesaugt und nach
außen
abgeleitet. Das im Demister anfallende Kondensat kann in das Wasserbad
zurückgeführt werden.
-
In
vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann im Übergang
vom Ofenausgang in den Schacht eine aerodynamische Abdichteinrichtung
angeordnet sein. Um zu vermeiden, dass der restlich austretende Wasserdampf
in die Kühlstrecke
des Durchlaufofens eintritt, ist beispielsweise eine zusätzliche
Dampfsperre zwischen der ersten Umlenkrolle am Ende der Kühlstrecke
und der Wasseroberfläche
des Wasserbades eingebaut. Diese Dampfsperre kann aus zwei Schlitzdüsen bestehen,
die unterhalb der letzten ofenseitigen Umlenkrolle montiert und
beidseitig des Bandes angeordnet sind. Diese Schlitzdüsen werden mit
Inertgas beaufschlagt.
-
Vorteilhafterweise
kann die aerodynamische Abdichteinrichtung durch Schlitzdüsen ausgebildet sein,
deren Gasaustritt in Bandlaufrichtung L leicht geneigt ist. Hierdurch
wird durch eine von der Auslaufschleuse des Ofens weggerichtete
Gasströmung erzeugt
und so eine effiziente Abschottung des Ofenraumes gewährleistet.
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert.
-
Darin
zeigt:
-
1 eine
Abkühleinrichtung
mit Dampfsperre an der Auslaufschleuse eines Banddurchlaufofens.
-
Einander
entsprechende Teile sind in der Figur mit denselben Bezugszeichen
versehen.
-
1 zeigt
eine Abkühleinrichtung 1 mit Dampfsperre 2 an
der Auslaufschleuse 31 eines Banddurchlaufofens 3 zur
Wärmebehandlung
von Bandmaterial 4.
-
In
vertikaler Richtung ist am Ofenausgang 31 ein gasdicht
abschließender
Schacht 21 angeordnet, der zumindest bis zur Oberfläche eines
Kühlmediums 10 reicht.
Im Schacht 21 befinden sich vorwiegend aus dem Ofenausgang
austretende meist inerte Prozessgase, vorzugsweise Stickstoff oder
Stickstoff-Wasserstoff-Gemische, und ein gewisser Gasanteil des üblicherweise
verwendeten Wassers als Kühlmedium 10.
Das zu kühlende
Bandmaterial 4 wird über
Umlenkrollen möglichst
mittig durch den Schacht 21 in den Kühlwasserbehälter 14 geführt. Im Bereich,
in dem das durch den Schacht 21 geführte Bandmaterial 4 in
das Kühlmedium 10 eintritt
ist im Wasser ein flächiges
Schlitzdüsenfeld 11 mit
einer Zuleitung 12 angeordnet.
-
Im
in 1 dargestellten Falle eines Rohrdüsenfeldes 11,
weist die unmittelbar unter der Wasseroberfläche angeordnete erste Rohrdüse 13 eine Neigung
auf. Hierdurch wird der Wasserstrom in Bandlaufrichtung L umlenkt.
Diese Umlenkung bewirkt also einen von der Wasseroberfläche unter
einem bestimmten Winkel unter 90° weg
gerichteten Kühlwasserstrom.
Die während
der Abkühlung
des Bandes durch Sieden entstehenden Gasblasen werden dadurch im
Schlitzdüsenfeld
länger
gehalten und kondensieren, ohne über
die Wasseroberfläche
auszutreten.
-
Das
Rohrdüsenfeld 11 erfüllt konsequent den
Zweck, das Wasser 10 verstärkt zum Bandmaterial 4 zu
leiten, um hohe Abkühlraten
zu erzielen. Am Schacht ist eine Absaugvorrichtung 22 angeordnet, die
den überschüssigen Wasserdampf
und die Restgase aus der Ofenatmosphäre entfernt. Teil der Absaugvorrichtung 22 ist
ein Absaugventilator 23 und ein Demister 24 zur
Gastrocknung. Der vergleichsweise geringe Anteil an Wasserdampf
tritt über
die Wasseroberfläche
in den Schacht 21 ein und wird dann über die Absaugvorrichtung 22 abtransportiert.
-
Im Übergang
vom Ofenausgang 31 in den Schacht 21 ist eine
aerodynamische Abdichteinrichtung 25 angeordnet, um zu
vermeiden, dass der aus der Kühlwasseroberfläche austretende
Wasserdampf in die Kühlstrecke
des Durchlaufofens 3 eintritt. Hierzu ist eine zusätzliche
Dampfsperre an der Auslaufschleuse 31 eingebaut. Diese
Dampfsperre besteht aus zwei Schlitzdüsen 26, die an Vorder-
und Rückseite
des Bandes 4 angeordnet sind. Diese Schlitzdüsen 26 werden
mit Inertgas beaufschlagt. Der Gasaustritt 27 der Schlitzdüsen ist
in Bandlaufrichtung L leicht geneigt.
-
- 1
- Abkühleinrichtung
- 10
- Kühlmedium;
Wasser
- 11
- Schlitz-,
Loch- oder Rohrdüsenfeld
- 12
- Zuleitung
- 13
- erste
Schlitz-, Loch- oder Rohrdüse
- 14
- Kühlwasserbehälter
- 2
- Dampfsperre
- 21
- Schacht
- 22
- Absaugvorrichtung
- 23
- Absaugventilator,
Absaugpumpe
- 24
- Demister
- 25
- aerodynamische
Abdichteinrichtung
- 26
- Schlitzdüsen
- 27
- Gasaustritt
- 3
- Durchlauf-Wärmebehandlungsanlage;
Banddurchlaufofen
- 31
- Ofenausgang;
Auslaufschleuse
- 4
- Bandmaterial
- L
- Bandlaufrichtung