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Haubenglühofen mit Vorrichtungen zum Umwälzen der Schutzgasatmosphäre
Die Erfindung betrifft einen Haubenglühofen mit Vorrichtungen zum Umwälzen der Schutzgasatmosphäre
innerhalb der inneren Glühhaube, die unter anderem aus einem Zentrifugalventilator,
der das umwälzende Gas aus dem zylindrischen Innenraum der Glühgutstapel ansaugt
und aus einem in der Ebene des Ventilatorläufers angeordneten Diffusor bestehen,
zwischen dessen Bodenplatte und der gleichzeitig der Aufnahme der Glühgutringe dienenden
Deckplatte Leitschaufeln verlaufen, deren innere Enden einen konzentrischen Mantel
um den Ventilatorläufer bilden, wobei die Diffusorbodenplatte nur für die Ventilatorwelle
ausgespart ist.
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In Stahlwalzwerken wird das vom Walzwerk kommende Bandeisen zu großen,
Bandringen aufgewickelt. Diese Bandringe haben einen Durchmesser bis zu 1,85 m,
während sich die Breite des Bandes nach dem späteren Verwendungszweck richtet. Nach
dem Aufwickeln soll der Bandring in Haubenöfen oder Schachtöfen ausgeglüht werden.
In diesen Öfen werden die Bandringe mit ihren Stirnseiten auf- bzw. übereinandergelegt.
Jeder Bandring hat in der Mitte einen freien Raum; zwischen den Bandringen sind
üblicherweise wärmeübertragende Abstandsstücke vorhanden, so daß eine günstige Übertragung
der Wärme auf die Stirnseiten der Bandringe erfolgt.
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Da die Erwärmung der Bandringe weitgehend durch Konvektion. erfolgt,
befindet sich in dem den Bandringstapel tragenden Fuß des Haubenofens ein Ventilator.
Eine innere Schutzhaube wird für gewöhnlich über den Bandringstapel gesetzt, um
eine Schutzgasatmosphäre aufrechtzuerhalten, die unter der Innenhaube von dem Ventilator
umgewälzt wird.
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Beim Betrieb dieser Haubenglühöfen treten bisher Schwierigkeiten auf,
weil das Schutzgas, das aus dem Ventilator nahe der Sandabdichtung der Innenhaube
ausströmt, Wirbelströme verursacht, die Sand aus der Sandabdichtung aufnehmen und
den Sand in den Ofen mitreißen, so daß eine Beschädigung der Bandringe erfolgen
kann.
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Bei Haubenglühöfen ist es bekannt, zwischen den einzelnen Glühgutstapeln
Abstandsscheiben anzuordnen, die als Leitapparate für das Schutzgas dienen, indem
der Gasstrom vom äußeren Umfang der Abstandsscheiben nach innen in den freien Innenraum
geleitet wird, wodurch sich eine besonders günstige Wärmeübertragung von dem umgewälzten
Gasstrom nach den Enden der benachbarten Glühgutstapel ergibt. Hierbei handelt es
sich also darum, einen möglichst günstigen Wärmeübergang von der umgewälzten Gasatmosphäre
auf die Glühgutstapel mit Hilfe einer Konvektionsströmung zu erreichen.
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Ferner ist es bekannt, einen Beschickungsträger für Glühgutstapel
mit gradlinig radial verlaufenden Schaufeln auszurüsten. Diese radial verlaufenden
Schaufeln setzen jedoch den- Wirkungsgrad des die Ofenatmosphäre umwälzenden Zentrifugalgebläses
sehr stark dadurch herab, daß die von dem Gebläse ausgehende Strömung einen starken
Widerstand findet, so daß in dem nach außen abströmenden Gas am äußeren Umfang des
Beschickungsträgers unregelmäßige Strömungsverhältnisse und Wirbelströme entstehen,
durch die der Sand in der Sanddichtung aufgewirbelt und mitgerissen wird.
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Mit der Erfindung soll nun für einen mit Sandabdichtung ausgerüsteten
Haubenofen ein zum Ausglühen- von Bandringen bestimmter Beschickungsträger und Gasverteiler
geschaffen werden, der einen ausreichenden Träger für die zu glühenden Bandringe
bildet, der ferner den von dem Ventilator erzeugten Strömungsdruck wirkungsvoll
verringert und in ruhenden oder statischen Druck umwandelt, und der gleichzeitig
die Umlaufbewegung oder den ungleichen Druck der Ofenluft nahe der Sandabdichtung
weitgehend aufhebt, so daß kein Mitreißen von Sand erfolgt. Dies wird erfindungsgemäß
dadurch erreicht, daß die Leitschaufeln außen umgekehrt gekrümmt sind wie innen,
wobei sowohl die inneren bogenförmigen Leitschaufelabschnitte als auch die äußeren
spiralförmigen Leitschaufelabschnitte nach außen sich erweiternde Leitkanäle bilden,
deren Ausläufe im wesentlichen radial gerichtet sind.
Dabei divergieren
die äußeren Leitschaufelabschnitte der Leitschaufeln nach außen mit einem größeren
Winkel als die inneren Leitschaufelabschnitte der Leitschaufeln.
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Vorteilhafterweise sind in. umgekehrter Richtung gekrümmte Hilfs-
oder Zwischenleitschaufeln vorgesehen, die nur zwischen den äußeren Leitschaufelabschnitten
benachbarter Paare von Hauptleitschaufeln angeordnet sind und die sich nach innen
im wesentlichen über die gleiche Länge erstrecken wie die äußeren Leitschaufelabschnitte
der Hauptleitschaufeln. Dabei ist die Diffusorbodenplatte rund ausgeführt, und das
äußere Ende jeder Leitschaufel liegt nahe an dem äußeren Umfang der Diffusorbodenplatte.
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Am äußeren Umfang der Diffusorbodenplatte ist auch eine Umfangsfelge
angeordnet, deren Höhe mindestens gleich der Höhe der Leitschaufeln ist. Vorteilhafterweise
liegt eine eine Mittelöffnung aufweisende kreisringförmige Deckplatte, die einen
kleineren Durchmesser als die Felge aufweist, auf den Leitschaufeln. Ferner ist
eine Vorrichtung vorgesehen, die diese Deckplatte auf den Leitschaufeln so aufstellt,
daß zwischen dem Außenumfang der Deckplatte und dem Innenumfang der Felge ein kreisringförmiger
Schlitz gleichmäßiger Breite vorgesehen ist.
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Insbesondere weist die Mittelöffnung der Deckplatte einen größeren
Durchmesser als die Mittelöffnung der Diffusorbodenplatte, jedoch einen kleineren
Durchmesser als der Kreis auf, bis zu dem sich die inneren Enden der Leitschaufeln
erstrecken.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Einzelbeschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der beigefügten Zeichnungen.
In den Zeichnungen ist Fig. 1 ein Längsschnitt durch einen zum Erwärmen von Metallbandringen
bestimmten Haubenofen mit dem erfindungsgemäßen Beschickungsträger und Diffusor,
Fig. 2 ein waagerechter Schnitt nach Linie 2-2 der Fig.1, wobei Teile der Deckelplatte
weggebrochen sind, um die Schaufelanordnung zu zeigen, und Fig. 3 ist ein senkrechter
Schnitt nach Linie 3-3 der Fig. 2.
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Die unten offene innen isolierte Ofenhaube B (Fig. 1) besteht aus
einem zylindrischen Teil mit einem geschlossenen Kopfstück 1. Ovale Verbrennungs-Heizrohre
2, von denen jedes ein Einlaßende 3
und ein Auslaßende 4 hat, durchsetzen
die Wand der Haube B. Im Einlaß 3 sitzt ein Brenner, dem der Brennstoff, z. B. Gas,
von einem Gassammelrohr 5 zugeführt wird. Die Zuführung von Verbrennungsluft erfolgt
vom Luftsammelrohr 6. Die Verbrennungsprodukte strömen über den Auslaß 4 in das
Abzugsrohr 7.
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Von dem Fußring 9 der Haube B ragt ein Ringflansch 8 nach unten. In
Heizstellung der Haube (Fig. 1) ruht der Flansch 9 auf einem einen Teil des Stahlunterbaues
12 bildenden Tragring 10 auf, während der Flansch 8 in die Sandtasse
11 ragt, die eine Abdichtung bildet und das unerwünschte Einströmen von Luft unter
die Haube verhindert.
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Der Stahlunterbau 12 ist feuerfest ausgekleidet und trägt die im Ofen
befindliche Beschickung. Der Unterbau 12 enthält einen lasttragenden Abschnitt 12
a mit einer Mittelbohrung zur Aufnahme der umlaufenden Welle 14 des Ventilators
15, dessen Antriebsmotor 16 in einer unterhalb des Tragabschnitts 12 a befindlichen
Ausnehmung gelagert und. an dem Tragabschnitt 12 a mit Schrauben 17 befestigt ist.
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Der Ventilator 15 weist mehrere gekrümmte oder radial gerichtete Schaufeln
18, eine geschlossene Bodenplatte 19 und eine Oberplatte 20 auf, in
deren Mitte sich eine Einlaßöffnung 20' befindet. Durch den Ventilator wird Schutzgas
über die Öffnung 20' nach unten gesaugt und von den Schaufeln 18 nach außen gefördert.
Beim Abströmen hat diese Luft einen hohen Strömungsdruck und strömt je nach den
Ventilatoreigenheiten in mehr oder weniger tangentialer Richtung ab.
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Der Glühgutträger und DiffusorS (Fig. 1) verteilt wirkungsvoll das
aus dem Ventilator 15 abströmende Gas und bildet außerdem einen, Träger für die
Bandringe. Die Bandringe sind in strichpunktierten Linien in Fig. 1 dargestellt
und bestehen in der Darstellung aus einem unteren Bandring 21, der auf der Oberseite
des Abstandsstücks 24 aufruht, das sich auf der Oberfläche des Beschickungsträgers
S abstützt, ferner aus einem mittleren Bandring 22 und aus einem oberen Bandring
23. Abstandsstücke 24 a und 24 b sind zwischen benachbarten Stirnenden der Bandringe
angeordnet. Diese Abstandsstücke können beliebige Form haben und sollen das Strömen
der Gasatmosphäre zwischen den Stirnenden der Bandringe ermöglichen. Jedes Abstandsstück
hat eine Mittelöffnung. Die Mittelöffnungen haben vorzugsweise den gleichen Durchmesser
wie die Mittelöffnungen 21', 22' und 23' der Bandringe.
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Zur Aufrechterhaltung der gewünschten nichtoxydierenden Atmosphäre
während des Glühens der Bandringe wird eine zylindrische, oben geschlossene Innenhaube
C verwendet, aus einem verhältnismäßig dünnen warmfesten Metall. Die Haube ist über
den Bandringstapel in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise gesetzt und hat an ihrem
unteren offenen Ende einen Verstärkungsring 26 und einen davon ausgehenden nach
unten ragenden, im Schnitt schräg erscheinenden Flansch 27. Bei der in Fig. 1 dargestellten
Stellung ragt die untere Kante des Flansches 27 der Innenhaube C in die Sandtasse
28, 29 und bildet eine Sandabdichtung, die das Einströmen von Luft unter die Innenhaube
und das Ausströmen von Schutzgas aus der Innenhaube verhindert. Rohre (nicht dargestellt)
durchsetzen den Tragabschnitt 12 a der Ofensohle, um Schutzgas unter die
Innenhaube zu leiten bzw. abzuführen.
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Die gestapelten Bandringe 21, 22 und 23 werden also von dem Träger
S getragen (Fig. 3), der im wesentlichen aus einer kreisförmigen Bodenplatte 31,
die auf dem Abschnitt 12a des Unterbaues aufruht und eine Mittelöffnung 32 zur Aufnahme
der Antriebswelle 14 des Ventilators 15 hat, ferner aus einer außenliegenden senkrechten
kreisförmigen Felge 33, sowie aus mehreren spiralförmig angeordneten Leitschaufeln
V, ferner aus mehreren Hilfsleitschaufeln F'
und schließlich aus einer kreisförmigen
oberen Dekken- und Bandringtragplatte 34 besteht. Der Mittelabschnitt der Platte
34 hat eine Kreisöffnung 35, deren Durchmesser etwas kleiner, ist als der Durchmesser
der Innenöffnung 21' des unteren Bandrings 21. Die Leitschaufeln V tragen die obere
Platte 34. Die Innenenden der Schaufeln V (Fig. 2) liegen auf einem zur Mitte der
Ventilatorwelle 14 konzentrischen Kreis. Jede Schaufel V weist einen innenliegenden
Bogenabschnitt 36 auf, der im Drehsinn oder in Drehrichtung des Ventilators 15 gekrümmt
ist. Die innenliegenden Bogenabschnitte 36 bilden spiralförmig angeordnete, nach
außen divergierende gekrümmte Kanäle 37 (Fig. 2). Der Divergenzwinkel ist über die
gesamte Länge der innenliegenden Bogenabschnitte 36 der Schaufeln im wesentlichen
gleich groß und beträgt
vorzugsweise annähernd 7°, um die wirkungsvollste
Umwandlung von Strömungsdruck in ruhenden Druck zu erhalten.
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Die Außenkante 34' der oberen Platte 34 (rig. 2) hat von der Felge
33 einen Abstand, der mittels an der Felge 33 befestigter Abstandsblöcke 38 eingehalten
wird. Auf diese Weise wird eine schmale ringförmige Gasauslaßöffnung oder ein Schfitz
39 am gesamten Umfang des Trägers S geschaffen.
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Bei einigen Ausführungen kann die Felge 33 als einstückiger Bauteil
des Verteilers weggelassen und ein gesonderter Bauteil, beispielsweise eine Bodenleiste
der Innenhaube, vorgesehen werden, um einen gleichförmig breiten Bogenschlitz am
Umfang der oberen Platte 34 zu bilden.
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Wenn das aus dem Ventilator 15 abströmende Gas eine Umfangs- oder
Wirbelkomponente aufweist oder wenn am Ringschlitz 39 ein wesentlicher Druckabfall
vorhanden ist, dann können Gasströme entstehen, die Sand aus der am Boden der Innenhaube
C befindlichen Sandabdichtung 29 aufnehmen. Dieser Sand kann in der Innenhaube C
nach oben getragen werden und kann die auszuglühenden Bandringe beschädigen. Zur
Vermeidung eines derartigen Druckabfalls oder einer Umfangskomponente wird erfindungsgemäß
am Außenende jeder Leitschaufel V ein in entgegengesetzter Richtung gekrümmter Außenabschnitt
40 vorgesehen, der an der Stoßstelle mit der Felge 33 im wesentlichen senkrecht
zu dieser Felge steht.
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Bei dieser Anordnung und Formgebung der Gasauslaßkanäle wird der Strömungsdruck
wirksam in statischen Druck in den Abschnitten 37 des Kanals umgewandelt, während
in den zwischen den entgegengesetzt gekrümmten Enden 40 der Hauptschaufeln V gelegenen
Außenabschnitten der Druck und die Bewegungsrichtung des Gases so geregelt und geändert
werden, daß das Gas den Schlitz 39 mit im wesentlichen gleichförmigem Druck auf
der gesamten Länge des Schlitzes und ohne wesentliche Dreh- oder Wirbelbewegung
durchströmt.
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Diese Lenkung des Gasstroms wird von den kurzen Hilfsschaufeln h'
unterstützt, die ebenfalls in der umgekehrten Richtung wie die Außenabschnitte 40
der Schaufeln P' gekrümmt sind und die im wesentlichen in der Mitte zwischen den
Außenabschnitten 40 der Leitschaufeln TV liegen.
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Die Felge 33 (Fig. 3) ist an der Bodenplatte 31 befestigt. Die Außenenden
der Haupt- und Hilfsschaufeln V und V' sind mit Schweißnähten an der Felge 33 befestigt.
Die Schaufeln sind vorzugsweise an der Bodenplatte 31 längs ihrer Bodenkanten an
auf Abstand stehenden Punkten angeschweißt. Die Oberplatte 34 ruht jedoch nur auf
den oberen Kanten der Schaufeln V und V' auf und wird von den Abstandsstücken 38
eingemittet. Ein an einer Stelle des Umfangs der Oberplatte 34 vorgesehener Ausschnitt
42 paßt über eine an der Felge 33 angeschweißte Rippe 43 (Fig. 3), um ein Drehen
der Oberplatte 34 dem übrigen Teil des Diffusoraufbaues S gegenüber zu verhüten.
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Zum leichteren Abströmen von Gas aus dem Ventilator 15 in die Kanäle
37 und zur Erzielung des gewünschten Abstands der Schaufeln V sind die Innenenden
44 der Schaufeln V keilförmig zugespitzt (Fig. 2). Die Innenenden 45 der Hilfsschaufeln
r sind ebenfalls zugespitzt, um den Strömungswiderstand zu verringern.
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Beim Betrieb des Ofens strömt Gas aus dem Ventilator 15 mit hoher
Geschwindigkeit in die Leitkanäle 37, in denen der Strömungsdruck mit nur geringem
Verlust in statischen Druck umgewandelt wird. Erreicht das Gas die Außenenden der
zwischen den Innenabschnitten 36 der Schaufeln TI liegenden Kanäle 37, dann erhöht
sich der zwischen den Schaufeln h vorhandene Divergenzwinkel, so daß sich der Strömungsdruck
des Gases weiter verringert. Ferner wird die Strömungsrichtung des Gases zu einer
im wesentlichen radial verlaufenden Richtung geändert. Erreicht das Gas die Felge
33, so ist sein Strömungsdruck in statischen Druck umgewandelt, und das Gas wird
über den Ringschlitz 39 in die Innenhaube C und um die darin befindlichen Bandringe
nach oben gedrückt. Da in dem den Schlitz durchströmenden ringförmigen Gasstrom
keine Druckunterschiede oder Wirbelbewegungen vorhanden sind, wird kein in der Abdichtung
29 befindlicher Sand von diesem Gasstrom erfaßt. Bei der in der Haube C nach oben
erfolgenden Bewegung des Gases strömt ein Teil dieses Gases zwischen den Bandringen
hindurch über die Abstandsstücke 24, 24 a und 24 b, während ein anderer Teil über
die Obereite des Bandrings 23 und nach unten durch die obere Platte 25 hindurchströmt,
deren Mittelöffnung so groß ist, daß ein bestimmter Gasstrom innerhalb der Bandringe
zum Ventilator 15 zurückfließt. Auf diese Weise wird ein wirksamer Gasumlauf aufrechterhalten,
der die Erwärmung der Bandringe weitgehend unterstützt.