DE102013114378A1

DE102013114378A1 - Schmelzofen

Info

Publication number: DE102013114378A1
Application number: DE102013114378.4A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2013-12-18
Publication date: 2015-06-18

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schmelzofen, insbesondere Feuerverzinkungsofen, mit einem zur Tauchbehandlung in einer Schmelze, insbesondere Zinkschmelze, ausgebildeten Kessel, einer auf eine Außenfläche des Kessels wirkenden Brennereinheit zur Aufheizung des Kessels und einer die Brennereinheit steuernden Kontrolleinheit zur Überwachung und Regelung der Temperatur der Schmelze. Um einen Schmelzofen bereitzustellen, welcher eine zuverlässige Temperaturüberwachung sowie gleichmäßige Aufheizung einer im Kessel befindlichen Schmelze erlaubt, ist vorgesehen, dass die Brennereinheit mindestens zwei voneinander unabhängig steuerbare, auf im Abstand voneinander angeordnete Wärmeeinbringungsbereiche der Außenfläche des Kessels wirkende Brenner und die Kontrolleinheit eine Temperaturmesseinheit zur berührungslosen Messung der Temperatur der Wärmeeinbringungsbereiche aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schmelzofen, insbesondere Feuerverzinkungsofen, mit

– einem zur Tauchbehandlung in einer Schmelze, insbesondere Zinkschmelze, ausgebildeten Kessel,
– einer auf eine Außenfläche des Kessels wirkenden Brennereinheit zur Aufheizung des Kessels und
– einer die Brennereinheit steuernden Kontrolleinheit zur Überwachung und Regelung der Temperatur der Schmelze.

Schmelzöfen, insbesondere Feuerverzinkungsöfen, sind in vielfältigen Ausgestaltungen aus dem Stand der Technik bekannt. So wird bei der Feuerverzinkung beispielsweise ein Stahlkessel verwendet, welcher auf eine Temperatur von 420C° bis ca. 465C° aufgeheizt wird, um das zur Beschichtung verwendete Zink mit einer Schmelztemperatur von ca. 420C° im flüssigen Zustand zu halten.
Aufgrund der zur Verzinkung erforderlichen Zugänglichkeit zur Schmelze ist der Verzinkungskessel nach oben offen ausgebildet. Eine Beheizung des Verzinkungskessels erfolgt in der Regel über eine Aufheizung der vertikal verlaufenden Seitenwände, wobei im Betrieb der durch die offene Oberfläche der Schmelze stattfindende Wärmeverlust kontinuierlich ausgeglichen werden muss. Darüber hinaus muss bei einem Verzinkungsprozess, bei dem das zu verzinkende Material in das flüssige Zink getaucht wird, auch das Material innerhalb kürzester Zeit auf die zuvor festgelegte Verzinkungstemperatur, beispielsweise 450C°, aufgeheizt werden. Die durch die Eintauchung des kalten Materials eintretende Temperaturabsenkung in der Zinkschmelze muss durch die Brennereinheit ausgeglichen werden, bevor ein weiterer Verzinkungsprozess durchgeführt werden kann. Eine kurzfristige Erwärmung ist dabei für eine wirtschaftliche Betreibung einer Feuerverzinkungsanlage von hoher Bedeutung.
Bei Schmelzöfen besteht jedoch die Gefahr, dass es bei einer zu hohen Temperatur der Schmelze zu einer Reaktion des Kesselmaterials mit dem Schmelzmaterial kommen kann. So besteht bei Feuerverzinkungsanlagen das Problem, dass es bei Temperaturen zwischen 480C° und 520C° in der Schmelze zu einem erhöhten Eisenabtrag durch das Zink kommt, weshalb Temperaturen größer 480C° auf der Innenseite des Kessels zwingend verhindert werden müssen, da es andernfalls in den Stahlkesseln in kürzester Zeit zu einer Zerstörung kommt, die zu einer Kesselhavarie führt, bei der flüssiges Zink unkontrolliert austritt. Eine sorgfältige Temperaturüberwachung, sowie Einstellung der Temperatur der Zinkschmelze, ist daher von wesentlicher Bedeutung für die Betriebssicherheit der Feuerverzinkungsanlage.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Schmelzofen bereitzustellen, welcher eine zuverlässige Temperaturüberwachung sowie gleichmäßige Aufheizung einer im Kessel befindlichen Schmelze erlaubt.
Die Erfindung löst die Aufgabe durch einen Schmelzofen mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Kennzeichnend für den erfindungsgemäßen Schmelzofen, insbesondere Feuerverzinkungsofen, ist, dass die Brennereinheit mindestens zwei voneinander unabhängig steuerbare, auf im Abstand voneinander angeordnete Wärmeeinbringungsbereiche der Außenfläche des Kessels wirkende Brenner und die Kontrolleinheit eine Temperaturmesseinheit zur berührungslosen Messung der Temperatur der Wärmeeinbringungsbereiche aufweist.
Wesentlich für den erfindungsgemäßen Schmelzofen ist, dass die Brennereinheit, welche zur Aufheizung des Kessels, und damit zur Temperaturführung einer in dem Kessel angeordneten Schmelze, verwendet wird, mindestens zwei voneinander unabhängig steuerbare Brenner aufweist, welche jeweils einen Bereich der Außenfläche des Kessels erwärmen. Die Temperatur dieser Bereiche, im Rahmen der Anmeldung als Wärmeeinbringungsbereiche bezeichnet, wird dabei berührungslos durch jeweils eine Temperaturmesseinheit erfasst. Die ermittelte Temperatur erlaubt, unter Berücksichtigung der Ausgestaltung des Kessels, insbesondere der Wandstärke, genaue Rückschlüsse über die Temperatur der Schmelze.
Über die Kontrolleinheit ist es dabei möglich, die Brenner unter Berücksichtigung der erfassten Temperatur unabhängig voneinander zu steuern, sodass innerhalb der Schmelze eine homogene Wärmeverteilung erzielt werden kann. Gleichzeitig kann sichergestellt werden, dass die für die Schmelze festgelegte Temperatur in optimaler Weise beibehalten wird. Unerwünschte Temperaturabweichungen können umgehend kompensiert werden, sodass der Schmelzofen mit einem hohen Wirkungsgrad betrieben werden kann.
Über die Anzahl der der Brennereinheit zugeordneten Brenner kann dabei eine sehr genaue Temperaturführung der Schmelze erreicht werden, wobei mit steigender Brenneranzahl eine besonders schnelle, sowie exakte Temperaturregulierung der Schmelze möglich ist.
Die Anordnung der Brenner derart, dass sie auf die Außenfläche des Kessels wirken, kann dabei grundsätzlich in beliebiger Weise erfolgen. Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist dabei vorgesehen, dass die Brenner an einer im Abstand von der Kesselaußenfläche verlaufenden Ofenwand angeordnet sind. Eine derartige Anordnung der Brenner erlaubt eine besonders gleichmäßige Aufheizung des Kessels sowie eine zuverlässige Temperaturmessung durch die Temperaturmesseinheit. Die im Abstand von der Kesselaußenfläche erfolgende Anordnung der Brenner begünstigt dabei die Festlegung großflächiger Wärmeeinbringungsbereiche und verhindert zudem besonders zuverlässig die Erzeugung sogenannter Hot Spots, also Bereiche lokaler Überhitzung, welche auch zu einer inhomogenen Temperaturverteilung innerhalb der Schmelze führen können. Auch kann besonders zuverlässig eine maximale Wärmemenge zugeführt werden, sodass die Schmelze schnell auf Betriebstemperatur gebracht, bzw. auf dieser gehalten werden kann, ohne eine Überhitzung der Schmelze zu riskieren.
Bei der Verwendung des Schmelzofens als Feuerverzinkungsofen kann beispielsweise die Temperatur an der Innenseite des Zinkkessels zuverlässig auf Werte unterhalb von 480C° begrenzt werden, sodass einer Kesselhavarie besonders zuverlässig vorgebeugt und ein Verschleiß des Kessels reduziert wird.
Wie bereits zuvor dargestellt, kann die Ausrichtung der Brenner gegenüber der Außenfläche des Kessels grundsätzlich in beliebiger Weise erfolgen, wobei bevorzugt eine solche Ausrichtung gewählt wird, bei der jedem einzelnen Brenner ein möglichst großer Wärmeeinbringungsbereich zugeordnet ist. Nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass den Brennern jeweils eine Prallplatte zugeordnet ist, die derart ausgebildet und angeordnet sind, dass ein direktes Auftreffen der Verbrennungsgase auf den Wärmeeinbringungsbereich verhindert wird. Durch die Verwendung einer Prallplatte wird in besonders zuverlässiger Weise ein homogener, großflächiger Wärmeeinbringungsbereich mit einer gleichmäßigen Temperaturverteilung erzielt. Die Prallplatte verhindert zudem, dass Verbrennungsgase auf den durch die Temperaturmesseinheit erfassten Messbereich treffen und die Messung verfälschen. Auch ein Einfluss durch Strahlung aus dem Zentrum des Brenners wird in besonders zuverlässiger Weise verhindert. Die Prallplatten sind dabei im Abstand von dem Brenner im Bereich zwischen der Außenfläche des Kessels und dem Brenner angeordnet. Insbesondere kann durch die Verwendung einer Prallplatte besonders zuverlässig das Auftreten von Hot Spots verhindert werden.
Die Ausgestaltung der Temperaturmesseinheit zur berührungslosen Messung der Temperatur der Wärmeeinbringungsbereiche kann grundsätzlich in beliebiger Weise erfolgen. Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass die Temperatureinheit ein jedem Wärmeeinbringungsbereich zugeordnetes Pyrometer aufweist. Die Verwendung eines Pyrometers für jeden Brenner zur berührungslosen Temperaturmessung zeichnet sich dabei durch die hohe Zuverlässigkeit sowie Genauigkeit der Messung aus. Über einen Pyrometer wird dabei die Temperatur an der Außenseite des Kessels im Bereich eines Wärmeeinbringungsbereiches gemessen. Aufgrund des zwischen der Temperatur auf der Außenseite des Kessels und der Innenseite des Kessels bestehenden, jedoch bekannten Temperaturunterschieds, kann eine sehr genaue Aussage über die Temperatur der Schmelze gemacht werden, welche es dann ermöglicht, über die Kontrolleinheit, welche die Temperatur jedes einzelnen Pyrometers erfasst, eine sehr genaue Temperaturführung der Schmelze zu erreichen.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist dabei vorgesehen, dass die Pyrometer in einem dem Wärmeeinbringungsbereich gegenüberliegenden Bereich der Ofenwand, insbesondere an einer Außenseite der Ofenwand, angeordnet sind. Die Anordnung erfolgt dabei grundsätzlich derart, dass eine Messung der Temperatur der Wärmeeinbringungsbereiche erfolgen kann. Aufgrund der Beabstandung des Pyrometers von der Kesselaußenfläche kann in besonders zuverlässiger Weise, insbesondere im Falle der Anordnung des Pyrometers an einer Außenseite der Ofenwand, eine Verfälschung des Messergebnisses ausgeschlossen werden, sodass die Temperatur der Schmelze mit sehr hoher Genauigkeit bestimmt und über die Kontrolleinheit eingestellt werden kann. Die Verarbeitung der durch die Pyrometer erfassten Temperaturdaten erfolgt dabei über die Kontrolleinheit, welche in bekannter Weise mit den einzelnen Pyrometern verbunden ist. Über eine Steuerung der Gas- und Luftzufuhr der einzelnen Brenner kann die Kontrolleinheit dabei über jeden Brenner individuell die Aufheizung des Kessels kontrollieren.
Obgleich grundsätzlich die Wärmeeinbringungsbereiche an einer beliebigen Außenfläche des Kessels vorgesehen sein können, ist nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Wärmeeinbringungsbereiche im Abstand voneinander an einer Seitenfläche des Kessels angeordnet sind. Eine Erwärmung der vorzugsweise vertikal verlaufenden Seitenflächen des Kessels ermöglicht eine homogene Aufheizung der Schmelze sowie eine besonders gute Temperaturkontrolle. Diese Verteilung wird insbesondere durch eine gleichmäßige Verteilung der Wärmeeinbringungsbereiche über die Seitenfläche des Kessels erreicht, sodass lokale Überhitzungen besonders zuverlässig ausgeschlossen werden können, gleichzeitig jedoch gewährleistet ist, dass gegebenenfalls eine zügige Aufheizung erreicht werden kann. Die Kontrolleinheit ist dabei zur individuellen Steuerung der Gas- und/oder Luftzufuhr der einzelnen Brenner der Brennereinheit ausgebildet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
1: eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Schmelzofens, teilweise im Schnitt und
2: eine mit Draufsicht auf den Schmelzofen von 1, teilweise im Schnitt.
In 1 ist als Ausführungsbeispiel eines Schmelzofens ein Feuerverzinkungsofen 1 dargestellt, welcher einen eine Schmelze 2 enthaltenden, rechteckig geformten Kessel 3 aufweist. Der Kessel 3 ist dabei innerhalb eines Ofengehäuses angeordnet, welches den Zugang zu der Schmelze 2 von einer Oberseite des Kessels 3 ermöglicht. Das Ofengehäuse weist dabei unter anderem eine im Abstand von einer Kesselaußenfläche 5 verlaufende Ofenwand 8 auf, welche die vertikale Außenfläche 5 des Kessels 3 umlaufend umgibt. Insgesamt wird somit der Kessel 3 durch das Ofengehäuse stabil in seiner Position gehalten, wobei die offene Oberseite des Kessels 3 eine Verzinkung in der Schmelze 2 ermöglicht.
Innerhalb der Ofenwand 8 sind andere, im Abstand voneinander positionierte Brenner 4 angeordnet. Die Brenner 4 sind dabei auf die vertikal verlaufende Außenfläche 5 des Kessels 3 gerichtet, sodass der Brenner 4 einen Bereich des Kessels 3 erwärmen kann. Diese sogenannten Wärmeeinbringungsbereiche sind umlaufend über die vertikalen Seitenflächen 5 des Kessels verteilt angeordnet und ermöglichen eine gleichmäßige Temperaturführung der Schmelze 2.
Im Bereich zwischen den Brennern 4 und der Außenfläche 5 des Kessels 3 sind ferner Prallplatten 9 angeordnet. Diese verhindern, dass die Verbrennungsgase unmittelbar auf die Außenfläche 5 des Kessels 3 treffen. Dadurch kann eine lokale Überhitzung, auch aufgrund des Einflusses durch Strahlung aus dem Zentrum des Brenners 4, verhindert werden.
Zur Ermittlung der Temperatur in den Wärmeeinbringungsbereichen weist der Ofen 1 eine hier nicht dargestellte Temperaturmesseinheit 6 auf, die ein jedem Brenner 4 zugeordnetes Pyrometer 7 aufweist, welches sich jeweils im Bereich der Brenner 4 durch die Ofenwand 8 erstreckt. Die Pyrometer 7 ermöglichen eine berührungslose Erfassung der Temperatur der Außenfläche 5 und erlaubt damit, unter Berücksichtigung der Wanddicke des Kessels 3, eine Bestimmung der Temperatur der Schmelze 2. Die durch die Temperaturmesseinheit 6 erfassten Temperaturwerte der einzelnen Pyrometer 7 werden an eine hier nicht dargestellte Kontrolleinheit weitergegeben, welche wiederum jeden einzelnen Brenner 4 individuell über eine Steuerung der Gas- und/oder Luftzufuhr über die Gasleitung 10 bzw. Luftleitung 11 regeln kann. Somit kann eine sehr genaue Temperaturführung der Schmelze 2 erreicht werden, wobei gleichzeitig sichergestellt wird, dass es nicht zu einer Überschreitung der für die Verzinkung kritischen Temperatur von 480C° kommt.
Bezugszeichenliste

1: Schmelzofen
2: Schmelze
3: Kessel
4: Brenner
5: Außenfläche / Seitenfläche
6: Temperaturmesselement
7: Pyrometer
8: Ofenwand
9: Prallplatte
10: Gaszufuhr
11: Luftzufuhr

Claims

Schmelzofen, insbesondere Feuerverzinkungsofen, mit – einem zur Tauchbehandlung in einer Schmelze (2), insbesondere Zinkschmelze, ausgebildeten Kessel (3), – einer auf eine Außenfläche (5) des Kessels (3) wirkenden Brennereinheit zur Aufheizung des Kessels (3) und – einer die Brennereinheit steuernden Kontrolleinheit zur Überwachung und Regelung der Temperatur der Schmelze (2), dadurch gekennzeichnet, dass – die Brennereinheit mindestens zwei voneinander unabhängig steuerbare, auf im Abstand voneinander angeordnete Wärmeeinbringungsbereiche der Außenfläche (5) des Kessels (3) wirkende Brenner (4) und – die Kontrolleinheit eine Temperaturmesseinheit (6) zur berührungslosen Messung der Temperatur der Wärmeeinbringungsbereiche aufweist.
Schmelzofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenner (4) an einer im Abstand von der Kesselaußenfläche (5) verlaufenden Ofenwand (8) angeordnet sind.
Schmelzofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass den Brennern (4) jeweils eine Prallplatte (9) zugeordnet ist, die derart ausgebildet und angeordnet sind, dass ein direktes Auftreffen der Verbrennungsgase auf den Wärmeeinbringungsbereich verhindert wird.
Schmelzofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturmesseinheit (6) ein jedem Wärmeeinbringungsbereich zugeordnetes Pyrometer (7) aufweist.
Schmelzofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pyrometer (7) in einem den Wärmeeinbringungsbereichen gegenüberliegenden Bereich der Ofenwand (8) angeordnet sind.
Schmelzofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pyrometer (7) an einer Außenseite der Ofenwand (8) angeordnet sind.
Schmelzofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeeinbringungsbereiche im Abstand voneinander an einer Seitenfläche (5) des Kessels angeordnet sind.
Schmelzofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit zur individuellen Steuerung der Gas- und/oder Luftzufuhr der einzelnen Brenner (4) der Brennereinheit ausgebildet ist.