-
Ofen und Verfahren zum Glühen und Kühlen, insbesondere von Aluminiumbändern,
unter Schutzgas Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Glühen bzw. Anlassen
und Abkühlen oder Abschrecken von Metallgegenständen, insbesondere von Bandringen
aus Aluminium und Aluminiumlegierungen, in einer Schutzgasatmosphäre. Der erfindungsgemäße
Ofen ist gekennzeichnet durch eine Heizkammer, eine Kühlkammer und eine Nachkühlkammer,
wobei die einzelnen Kammern durch gasdichte Türen abgeschlossen und voneinander
getrennt sind. Die Türen sind in der Querrichtung zur Offenachse verschiebbar. Die
Heizkammer wird über Strahlungsrohre beheizt, die Kühlkammer weist wassergespeiste
Kühlschlangen und die Nachkühlkammer Gebläse zur Abkühlung des Gutes auf. Das Gut
selbst wird mit Hilfe von im Ofenherd angeordneten Rollen durch den Ofen vorwärts
bewegt.
-
Bisher wurden z. B. Aluminiumbandringe in einräumigen Öfen geglüht,
dann der Ofen abgestellt und das Gut in stehender Luft oder durch Anblasen abgekühlt.
Dies ist eine sehr unwirtschaftliche Verfahrensweise, da der Ausnutzungsgrad des
Ofens infolge der langen Abkühlzeiten sehr gering ist.
-
Es sind bereits verschiedene Tunnelöfen bekannt, welche Heiz- und
Kühlzonen, die gegebenenfalls auch durch Schieber oder Klappen voneinander getrennt
sein können, aufweisen, jedoch sind diese hinsichtlich des Ofenwirkungsgrades und
der Güte der ausgebrachten Ringe nicht zufriedenstellend.
-
Im Gegensatz zu den bekannten Öfen arbeitet der erfindungsgemäße außerordentlich
wirtschaftlich. Der Betrieb mit inertem Schutzgas ist einfach und nicht aufwendig.
Die Beheizung und Abkühlung läßt sich nach dem momentanen Bedarf ohne Schwierigkeiten
einstellen. Da sich ein derartiger Ofen vollständig automatisieren läßt, sind auch
die laufenden Betriebskosten durch Lohn und Wartung sehr gering, die Ofenhaltbarkeit,
insbesondere was die Heizkammer anbelangt, durch die vollständig gleichmäßige Wärmebeaufschlagung
außerordentlich gut.
-
Die Beheizung geschieht, wie bereits oben angedeutet, durch Strahlungsrohre,
wobei ein brennbares Gasgemisch in den Strahlungsrohren abgebrannt wird. Die Strahlungsrohre
sind an den Seitenwänden der Heizkammern angeordnet und bewirken ein gleichmäßiges
Wärmeangebot für die Charge.
-
In der Kühlkammer befinden sich wassergespeiste Kühlschlangen an den
Seitenwänden der Kammer. In der Nachkühlkammer wird über an den Seitenwänden angeordnete
Gebläse Kühlluft eingeführt.
-
Die Zuführung von Schutzgas in die Heiz- oder Kühlkammer erfolgt mit
Hilfe von in der Kammerdecke eingebauten Gebläsen. Es ist zweckmäßig, die Steuerung
der Türen zwischen den einzelnen Kammern mit dem Antrieb der Förderrollen für die
Charge in dem Ofen zu koppeln.
-
Die Erfindung betrifft auch den Betrieb des oben beschriebenen erfindungsgemäßen
Ofens mit drei Kammern, und zwar Heizkammer, Kühlkammer und Nachkühlkammer, um ein
einwandfreies Arbeiten unter Schutzgas zu gewährleisten. Es besteht die Möglichkeit,
entweder in die Kühlkammer Schutzgas einzuleiten und die Kühlkammer unter überdruck
zu halten, so daß durch hierfür vorgesehene Öffnungen der Verbindungstür zwischen
Heizkammer und Kühlkammer das Inertgas in die Heizkammer strömen und ein Eindringen
von Luft infolge von Undichtigkeiten verhindern kann. Es ist jedoch in gleicher
Weise auch möglich, das Inertgas in die Heizkammer einzuführen, so daß ein Einströmen
in die Kühlkammer und eine Verhinderung von Falschlufteintritt gewährleistet ist.
Die erste Verfahrensweise, also die Einführung von Inertgas in die Kühlkammer, weist
noch den besonderen Vorteil auf, daß das Gas an dem heißen Gut vorgewärmt wird und
keine Abkühlung der Charge in der Heizkammer durch kaltes Schutzgas erfolgt.
Die
Erfindung wird an folgenden Figuren näher erläutert F i g. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen
Glühofen im Grundriß; F i g. 2 ist ein Längsschnitt durch den Glühofen nach der
Erfindung; F i g. 3 ist ein Schnitt längs der Linie 3-3 in F i g. 2; F i g. 4 ist
ein Schnitt längs der Linie 4-4 in F i g. 2; F i g. 5 ist ein Schnitt längs der
Linie 5-5 in F i g. 2; F i g. 6 ist eine perspektivische Darstellung des Hauptantriebs
für die Rollen und die Türen sowie des Kupplungssystems.
-
Die hier gezeigte Ofenanlage ist für Aluminiumbandringe mit einem
Chargengewicht von etwa 35 t ausgelegt. Die Chargenzeit, also Aufenthalt einer Charge
in der Heizkammer sowie in der Kühlkammer, beträgt jeweils 12 Stunden. Der Ofen
hat somit ein Ausbringen von 2 - 35 t, das sind 70 t pro Tag.
-
Der Ofen 10 besteht nach den F i g. 1 bis 5 aus der Heizkammer
14, der Kühlkammer 16 und der Nachkühlkammer 18.
-
Decke und Seitenwände 20 der Heizkammer 14
bestehen aus
feuerfestem Material und sind in üblicher Weise außen in einer Armierung
22 eingespannt. In den Flur 12 ist eine Grube 26 eingelassen,
in welcher sich das Ofenfundament 24 der Heizkammer 14 gemäß F i g. 3 befindet.
In der Heizkammer 14 befindet sich eine Anzahl von senkrecht angeordneten
U-förmigen gasbeheizten Rohren 30,
anliegend an den Seitenwänden
20, aus warmfesten Legierungen, versehen mit Brennern zu konstanter und gleichmäßiger
Wärmezufuhr in die Heizkammer. Durch diese Beheizungsart sind sowohl Temperaturspitzen
wie auch ein Absinken der Temperatur erfolgreich vermieden. Dies ist besonders wichtig
beim Glühen von Aluminiumbandringen. Die Strahlungsrohre 30 durchdringen
nach F i g. 3 die Decke der Heizkammer 14.
-
Vor den Strahlungsrohren 30 sind zwei sich in Längsrichtung
erstreckende Strahlungsbleche 32 angeordnet und dienen zur Erhöhung der Abstrahlung
von den Strahlungsrohren 30 auf das Gut. Die Strahlungsbleche bestehen aus
nichtrostendem Stahl und weisen eine Anzahl von Öffnungen 34 auf, um ein
Zirkulieren der Ofenatmosphäre zu ermöglichen. Die Öffnungen 34 sind, wie
aus der F i g. 2 hervorgeht, in zwei Reihen über die ganze Ofenlänge angeordnet.
Die Strahlungsbleche 32 werden von mehreren Trägern 35 an der Decke 20 der
Heizkammer 14, wie aus F i g. 3 hervorgeht, gehalten.
-
Bei den Strahlungsrohren in dem erfindungsgemäßen Ofen handelt es
sich um bekannte Konstruktionen, wobei in jedes Rohr 30 Gas und Luft getrennt
eingeführt werden. Durch geregelte Diffusion mischen sich die beiden Gase in fortschreitendem
Maße, so daß beim Durchströmen der Rohre eine ideale leuchtende Flamme entsteht.
Als Heizmittel kann Gas oder Öl, aber auch elektrischer Strom dienen. Die Rohre
selbst werden durch die Flamme erhitzt und die abgestrahlte Wärme über die Strahlungsbleche
32 in den Ofen gestrahlt. In der Heizkammer 14 befinden sich nach
F i g. 1 in der Ofenachse zwei Reihen von Gebläsen 36. Sie besitzen eine
hohe Leistung bei hoher Gasgeschwindigkeit und dienen zur Einführung des Schutzgases
in Kammer 14. Im allgemeinen wird das Schutzgas von einem getrennt angeordneten
Generator geliefert. Zweckmäßigerweise verwendet man keine üblichen Ventilatoren,
sondern Gebläse mit Läufer im Käfig, da diese eine bessere Leistung haben. Das Schutzgas
wird über den Stutzen 37 gegen die Strahlungsrohre 30 gerichtet, so daß entsprechend
der Pfeile 39 in F i g. 3 eine Zirkulation des Inertgases von unten über die Ringe
C erreicht wird.
-
Die Abdeckungen 38 der Gebläse sind so in der Heizkammer
14 angeordnet, daß ein geschlossener Kreislauf des Schutzgases innerhalb
des Ofens ermöglicht wird. Geeignete Träger 42 auf der Decke der Kammer
14 tragen die Elektromotoren 40 zum Antrieb der Gebläse über die Wellen
44.
-
Auch in der Kühlkammer 16 sind die Wände aus feuerfestem Material.
An der Außenseite der Wand 46 einschließlich der Decke befindet sich eine
tragende Rahmenkonstruktion 48. In der Nähe der Wand sind mehrere waagerecht angeordnete
Rippenrohre 50 für das Kühlwasser vorgesehen. Um diese Rohrbatterie an jeder Seitenwad
befindet sich ein Schutzblech 52 parallel zur Ofenachse. Diese Schutzbleche 52 dienen
dazu, das Schutzgas um die Kühlschlangen 50 zu leiten. In der Kammerdecke sind zwei
Paare von Gebläsen 54 mit Leitbleche 56 so angeordnet, daß nur der saugseitige Stutzen
58 in die Kammer 16 mündet. An den Trägern 61 sind die Elektromotoren
60 zum Antrieb der Gebläse 54 über die Wellen 62 vorgesehen. Auch hier wird lieber
ein Gebläse mit Läufer im Käfig verwendet. um das sich an dem heißen Gut vorwärmende
Inertgas zunächst nach unten über die Kühlschlangen 50 und dann entsprechend F i
g. 4 in Richtung der Pfeile 59 über die Ringe C nach oben zu leiten.
-
An der Austrittseite der Kühlkammer 16 befindet sich die Nachkühlkammer
18 entsprechend F i g. 5 in Form eines Metallgehäuses 66 mit Rahmenkonstruktion
68. An den Seitenwänden der Kammer 18 befinden sich mehrere Gebläse 70, welche
Hallenluft ansaugen und diese in die Kammer 18 drücken.
-
Im allgemeinen erfolgt die Kühlung des Gutes in der Kühlkammer 16
auf etwa 150' C und in der Nachkühlkammer 18 auf ungefähr Raumtemperatur.
-
An der Einlaufseite des Ofens befindet sich eine verschiebbare Tür
72 zu der Heizkammer 14, aufgehängt auf einem Seil 74 und befestigt an dem Träger
78 über die Rolle 76. Die Tür 72 wird durch Drehen der Rolle 76 gehoben oder gesenkt.
-
Zwischen Heizkammer 14 und Kühlkammer 16
befindet sich
eine ähnliche Tür 80, welche über das Seil 82 am Träger 86 über die Rolle 84 bewegt
werden kann. Die Tür 80 besitzt mehrere Öffnungen 87
zur Verbindung
der beiden Kammern 14 und 16.
Auf der Auslaufseite der Kühlkammer befindet
sich eine Tür 90 entsprechend Tür 72. Nach der Nachkühlkammer 18 ist noch
eine Tür 92 angeordnet, welche über Seil 94, Rolle 96 und das Gegengewicht
98 gehalten und vertikal verschiebbar ist. Die Bewegung der Türen 72, 80, 90, 92
erfolgt in Verbindung mit dem Hauptrollenantrieb. An der Einlaufseite
100 der Heizkammer 14 sind mehrere angetriebene Förderrollen 102 im
Abstand über den Boden in den Lagern 104 gelagert angeordnet. In den Kammern
14, 16 und 18 befinden sich mehrere im Abstand voneinander angeordnete,
quer zur Ofenachse liegende Transportrollen 106 in den Lagern 108
laufend,
welche auf Längsschienen 110 ruhen. Die Rollen 106 sind mit Wellen
112 verbunden, welche durch die Seitenwände der Kammern reichen und Kettenräder
114 tragen, welche von einem (nicht
gezeigten) Kettentrieb angetrieben
werden und somit die Wellen 112 und damit die Rollen 106 in Drehung versetzen. Die
Ablaufseite 116 (F i g. 1) des Ofens weist angetriebene Rollen 118 entsprechend
den Rollen 102 der Einlaufseite auf.
-
Die zu behandelnden Bandringe befinden sich auf einem Gestell 120
aus Baustahl, welches Öffnungen für den Gasdurchtritt zu den Ringen C aufweist.
-
An beiden Seiten der Kammern 14 und 16 befindet sich eine Arbeitsbühne
129 zur Wartung der Gebläse und Antriebsmotoren.
-
Durch die Öffnungen 87 der Tür 80 gelangt das Schutzgas, welches der
Heizkammer 14 aus dem Gasgenerator zugeführt wurde, in die Kühlkammer 16.
-
Nach einer anderen Durchführungsform des Verfahrens wird das Schutzgas
in die Kühlkammer 16 eingeleitet. Dieses tritt dann durch die Öffnungen 87 der Tür
80 in die Heizkammer 14 und vermeidet einen Eintritt von Falschluft in diese Kammer.
Das in die Heizkammer eintretende Inertgas ist nach Durchstreichen der Kühlkammer
bereits vorgewärmt.
-
Als Inertgas kann man ein Abgas, gegebenenfalls nach Abscheidung des
Wasserdampfes, aus einem Gasgenerator, in welchem ein Gas-Luft-Gemisch abgebrannt
wurde, verwenden. Als Gas dient beispielsweise Erdgas.
-
Nach Aufheizen der Kammer 14 und Arbeitsdruck im Gasgenerator werden
die zu behandelnden Bandringe eingebracht. Während der ganzen Chargenzeit wird Schutzgas
der Kammer 16 nach einer Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zugeführt.
Die Gebläse 36 in der Kammer 14 wälzen das Schutzgas so um, daß es über die Strahlungsrohre
30 entsprechend der Strömungsrichtung nach den Pfeilen 39 in F i g. 3 strömt, es
bestreicht dabei vollständig das Gut.
-
Nach Beendigung des Glühens in Kammer 14 bewegen die Transportrollen
106 die Bunde in die Kühlkammer 16, wo sie etwa 12 Stunden in Schutzgasatmosphäre
verbleiben und mit Hilfe der Kühlschlangen 50 auf eine Temperatur von etwa 150°
C abgekühlt werden. Während die eine Charge in der Kühlkammer steht, wird bereits
die nächste Charge in der Heizkammer 14 geglüht.
-
Nach Erreichen von etwa 150° C in der Kühlkammer wird das Gut mit
Hilfe der Transportrollen in die Nachkühlkammer 18 gebracht, wo Gebläse für die
Ansaugung von Raumluft und Anblasung des Gutes in Richtung der Pfeile 121(F i g.
5) zur weiteren Abkühlung sorgen. Um die Kapazität der Nachkühlkammer auszunutzen,
ist es auch möglich, Fremdgut dort fertigzukühlen.
-
Wie bereits angedeutet, ist eine Koppelung des Antriebs der Transportrollen
des Ofens mit der Bewegung der Ofentüren zweckmäßig. Ein derartiger Mechanismus
ist in F i g. 6 gezeigt.
-
Der Hauptantrieb 130 dient zur Bewegung der Förderrollen 102, 106
und 118 des Ofens. Das Öffnen und Schließen der vier Ofentüren 72, 80, 90, 92 an
den entsprechenden Seilen, Rollen und Ständern geschieht pneumatisch mit Druckluftzylindern
und entsprechend betätigten elektrischen Kupplungen, und zwar Kupplung 152 für Tür
27, Kupplung 153 für Tür 80, Kupplung 154 für Tür 90, Kupplung 155 für Tür 92, wobei
jede Kupplung über den entsprechenden Zylinder 156 betätigt wird. Die Kraftübertragung
erfolgt über die Türwellen 151 mittels Kettenrädern und Antriebsketten 157. Wie
erwähnt, wird das zu behandelnde Gut mit Hilfe der Transportrollen 102, 106 und
118 durch den Ofen vorwärts bewegt. Jede Rolle 106 trägt an ihren zwei Schäften
die beiden Kettenräder 114 a und 114 b. Die Kettenräder zweier benachbarter Rollen
sind jeweils über eine Kette 170 bzw. 172 miteinander verbunden.
-
Der Hauptantrieb 130 wirkt auf die Rolle 106 über elektrische Kupplungen,
deren Betätigung mit Hilfe von Druckzylindern erfolgt, wobei die Betätigung der
Rollen im Bereich des Einlaufs durch die Kupplung 173, im Bereich der Heizkammer
14 durch die Kupplung 174, im Bereich der Kühlkammer 16 durch die Kupplung 175,
im Bereich der Nachkühlkammer 18 durch die Kupplung 176 und im Bereich des Ablaufs
116 durch die Kupplung 177 bewegt wird, und zwar jeweils über einen Druckluftzylinder
178 über die Antriebsketten 179 zu den jeweiligen Rollen 102, 106 bzw. 118.
-
Es ist noch ein Elektromotor 180 mit Kupplung 184 und Untersetzungsgetriebe
192 vorhanden. Die Welle des Untersetzungsgetriebes 184 trägt ein Kettenrad 186,
welches über eine Kette 182 auf das Kettenrad 188 auf der Welle 190 mit der Kupplung
175 wirkt. Ferner trägt die Welle 190 die Kettenräder 194 und 196, wobei die Kraftübertragung
vom Kettenrad 194 über die Antriebskette 198 auf das Kettenrad 200 der Welle 202
erfolgt. Diese trägt wieder die Kupplung 174. Das Kettenrad 196 wirkt auf Kettenrad
204, und zwar über die Antriebskette 206.
-
Kettenrad 204 gehört zu der Kupplung 176 und sitzt auf deren Welle
207, welche ihrerseits wieder über die Kette 208 mit der Kupplung 177 und die Welle
209 verbunden ist. Der Antrieb durch die Welle 209 über Kette 201 wirkt auf die
Welle 203 der Kupplung 155. In ähnlicher Weise ist Welle 190 über Kette 210 mit
der Welle 211 verbunden, welche wieder über die Ketten 212, 213 auf die Wellen
214, 215 der Kupplung 153, 7.54 wirken.
-
Welle 202 treibt über Kette 220 die auf der Welle 222 sitzende Kupplung
173 an. Die Welle 222 wirkt wieder über Kette 223 auf die Welle 224 der Kupplung
152. Demnach weisen die Wellen 203, 215, 214, 224 für die Kupplungen 155, 154, 153,
152 Kettenräder für die Bewegung der Ketten 157 auf, welche das Heben und Senken
der Türen 72, 80, 90, 92 bewirken.
-
Die Heizkammer 14 weist eine Zeitsteuerung 230, die Kühlkammer 16
eine solche 232 auf. Die Zeitsteuereinrichtungen 230 und 232 werden von einer hier
nicht gezeigten Schaltung betätigt.
-
Zur Steuerung der ganzen Anlage dient eine (nicht gezeigte) Schalttafel.
-
Das Anfahren des Ofens bzw. Einfahren des zu behandelnden Gutes in
den Ofen geschieht auf folgende Weise: Das Traggestell 120 für die Bandringe mit
dem aufgelegten Glühgut wird auf die Rollen 102 an der Einlaufseite 100 des Ofens
aufgesetzt und die Anlage in Betrieb gesetzt. Dabei schaltet zuerst die Kupplung
152 ein, dadurch wird der Motor 180 in Betrieb gesetzt, welcher die Wellen 190 202,
222 und 224 über die Ketten 198, 220 und 223 antreibt. Bei Eingreifen der Kupplung
152 werden Welle 224 und Kette 157 bewegt und damit die Tür 72 geöffnet. Nun schaltet
die Kupplung 173 ein und bewegt über Kette 220 die Welle 222, welche ihrerseits
wieder Kette 179 antreibt, die zurückgreift auf eine der Rollen 102 der Einlaufseite
100. Gleichzeitig wird Kupp-
Jung 174 der Heizkammer
14 in Betrieb gesetzt, welche Kette 179 und damit die Rollen
106 im Bereich der Heizkammer 14 zum Laufen bringt. Dadurch wandert
das Gestell 120 von der Einlaufseite 100 in die Heizkammer 14.
-
Daraufhin schalten die Kupplungen 173, 174 aus und Kupplung
152 ein. Dadurch wird der Hauptantrieb 130 umgesteuert, so daß die
Tür 72 mit Hilfe der Welle 224 und der Kette 157 geschlossen
wird. Die Tür 72 geht erst wieder auf, wenn die Heizkammer durch Auswandern
des Gutes in die Kühlkammer 16 wieder frei geworden ist.
-
Mit Hilfe der Zeitsteuereinrichtung 230 wird die Glühzeit eingehalten.
Nach Beendigung der Glühzeit, sobald die vorhergehende Charge aus der Kühlkammer
16 in die Nachkühlkammer 18 ausgewandert ist und das Ofensystem nur
Inertgas enthält, tritt Kupplung 153 zur Betätigung der Tür 80 in Betrieb. Nun treibt
der Motor 180 zur Öffnung dieser Tür die Ketten 210, 212,
157. Anschließend schalten die Kupplungen 174, 175 ein und bewegen
damit die Rollen 106 im Bereich der Heizkammer 14 und der Kühlkammer 16.
Dadurch wandert das Gut aus der Heizkammer in die Kühlkammer, anschließend wird
die Tür 80 wieder geschlossen. In ähnlicher Weise wird vorgegangen, wenn
die nächste Charge bereits sich an der Einlaufseite 100 des Ofens befindet.
-
Hat das Gut die vorgegebene Temperatur erreicht, so wird über entsprechende
Temperaturfühler die Kupplung 154 für die Betätigung der Tür 90 eingeschaltet.
Nach Eingreifen der Kupplungen 175, 176 bewegen die Rollen 106 im Bereich
der Kühlkammer 16 und der Nachkühlkammer 18 das Gut in diese letzte
Kammer. Anschließend schaltet Kupplung 154 wieder ein. Dadurch wird der Hauptantrieb
umgesteuert und Tür 90 über Kette 157 geschlössen.
-
Nun wird die Zeitsteuereinrichtung 232 eingeschaltet, während diese
in Betrieb ist, können die Türen der Kammer 16 nicht betätigt werden. Es
wird die gesamte Luft aus der Kammer verdrängt, nach Ablauf der Kühlzeit wird diese
Charge in die Vorkühlkammer transportiert und gleichzeitig die nächste aus der Heizkammer
in die Kühlkammer geschoben.
-
Nach Ablauf der Kühlzeit in der Nachkühlkammer 18 wird durch
manuelle Steuerung zuerst die Tür 92
geöffnet und dann das Gut durch
Bewegen der Rolle 106 im Bereich der Kammer 18 auf die Ofenablaufseite
116 befördert, woraufhin die Tür 92 wieder geschlossen wird. Die Rollen
118 am Ofenablauf 116
sind reversibel antreibbar, so daß man nach Wunsch
auch von der Entnahmeseite nochmals in die Nachkühlkammer 18 einfahren kann.
-
Das ganze System läßt sich ganz oder teilweise automatisieren. In
diesem Fall sind die erforderlichen Sicherungsvorrichtungen vorhanden. So beispielsweise
läßt sich die Tür 80 nicht öffnen, solange die Glühzeit, welche in der Zeitsteuereinrichtung
230
vorgegeben ist, nicht abgelaufen ist.
-
Das gleiche gilt für die Tür 90, welche über die Zeitsteuereinrichtung
232 gesperrt werden kann. Schließlich sind noch mehrere Druckluftzylinder
240 vorgesehen, um die Türen 72, 80, 90 in ihrer unteren, also geschlossenen
Stellung zu halten.