DE1213960B - Schmelz- und/oder Warmhalteofen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

F27b

Deutsche KL: 31 a-3/20

Nummer: 1213 960

Aktenzeichen: H 47604 VI a/31 a

Anmeldetag: 6. Dezember 1962

Auslegetag: 7. April 1966

Die Erfindung betrifft einen Schmelz- und/oder Warmhalteofen mit konzentrisch im Verbrennungsraum angeordnetem, allseitig flammbeheiztem Schmelztiegel, bei dem das Gemisch aus flüssigem, gasförmigem oder pulverförmigem Brennstoff und Verbrennungsluft mittels Brennern in Öffnungen in der Kammerwandung in der Nähe des Bodens der Verbrennungskammer in diese eingeleitet und verbrannt wird. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf gas- oder ölbefeuerte Schmelzöfen, in denen Metalle oder andere Materialien geschmolzen oder jm geschmolzenen Zustand gehalten werden.

Es ist bereits eine Vorrichtung zum Verbrennen von Naphtha oder anderen flüchtigen Flüssigkeiten bekannt, bei der der Brennstoff über Roste außerhalb der eigentlichen Tiegelkammern verflüchtigt und das aus Luft und Gas bestehende Gemisch in der Nähe des Bodens einer vorderen Tiegelkammer eingeleitet und verbrannt wird. Die Verbrennungsgase umströmen den Tiegel und verlassen die erste Tiegelkammer an ihrem oberen Ende, um dann in einer zweiten Kammer von oben nach unten und in einer dritten Kammer wiederum von unten nach oben zu strömen. Sie verlassen schließlich den Ofen durch einen Schornstein. In den einzelnen Kammern strömt also das heiße Gas praktisch auf dem kürzesten Wege von unten nach oben bzw. von oben nach unten an den Tiegeln vorbei. Die Wärmeabgabe an den Tiegel ist dadurch schlecht.

Es ist auch ein Tiegelofen für Metalle mit Beheizung durch Gas/Sauerstoff-Brenner bekannt, bei dem die Zuführung des brennbaren Gasgemisches durch den Boden des Tiegelraumes erfolgt. Der Art der Ableitung des Abgases wird bei diesem bekannten Tiegelofen keine Aufmerksamkeit geschenkt. Offenbar sollen die Abgase ganz einfach durch ein kleines Loch im Deckel des Tiegelraumes entweichen. Auch bei diesem bekannten Tiegelofen wird das heiße Gas auf dem kürzesten Wege nach oben und dann nach außen geleitet, so daß die Wärmeabgabe schlecht ist.

Weiter ist ein Vertikalofen zum Schmelzen oder Erwärmen von Materialien mittels Kohlenstaub oder Öl bekannt, bei dem der Brenner am oberen Teil des Tiegelraumes tangential einmündet, während das Gasabführungsrohr auf die Oberfläche des zu erhitzenden Materials zeigt, also tiefer liegt als der Brenner. Bei diesem Vertikalofen streicht das heiße Gas nur ganz kurz über die Oberfläche des zu schmelzenden Materials, ehe es in das Gasabführungsrohr eintritt. Dadurch bleibt nur eine sehr geringe Zeit zur Wärmeabgabe, die entsprechend schlecht ist. Dieser Mangel ist dort offenbar bereits Schmelz- und/oder Warmhalteofen

Anmelder:

Kornelius Hildebrand, Watertown, Wis.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dr. K. R. Eickenberg

und Dipl.-Chem. W. Rücker, Patentanwälte,

Hannover, Am Klagesmarkt 10-11

Als Erfinder benannt:
Komelius Hildebrand, Watertown, Wis.
(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

Kanada vom 18. Dezember 1961 (838 285)

zum Teil erkannt und dadurch verringert worden, daß der Schmelztiegel mit einem durchgehenden vertikalen Rohr versehen ist, das mit seinem oberen Ende auf die Öffnung des Gasabführungsrohres zeigt. Es soll also offenbar ein Sog durch das Rohr im Tiegel erzeugt werden, so daß ein Teil des heißen Gases an dem Tiegel vorbei nach unten und durch das Rohr in dem Tiegel wieder nach oben strömt. Ein so ausgebildeter Vertikalofen ist nicht nur in seinem Aufbau komplizierter und damit in der Wartung teuer, er hat auch einen sehr schlechten Wirkungsgrad, da ein Teil des heißen Gases nur einen sehr kurzen Weg an dem zu erhitzenden Material vorbeistreicht und dann direkt in das Gasabführungsrohr entweicht.

Schließlich ist ein Tiegelschmelzofen bekannt, bei dem der Brenner am Boden des Tiegelraumes tangential angeordnet ist. Die heißen Gase sollen hierbei wendelförmig um den Tiegel herum nach oben streichen und dann aus seiner Öffnung im Deckel entweichen. Die tangentiale Anordnung des Brenners soll Stichflammen vermeiden und eine größte Schonung und lange Haltbarkeit des teuren Tiegelmaterials und der Ausmauerung bewirken. Der Wirkungsgrad bei diesem Tiegelschmelzofen ist ebenfalls

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relativ schlecht, weil die tangential Strömung des Betriebsdauer und die geringen Betriebsgeräusche

heißen Gases die Wärmeabgabe nicht erhöht, da die machen sich hier in gleicher Weise vorteilhaft

vertikale Strömung und damit die Wärmeabgabe un- bemerkbar,

beeinflußt bleibt. Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die 5 die Ausführungsbeispiele zeigt, näher besehrieben.

Nachteile der bekannten Schmelzofen zu vermeiden Es zeigt

und sicherzustellen, daß trotz langer Lebensdauer F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Tiegelofen,

und billiger Wartung ein hoher Wirkungsgrad erzielt Fig, la einen ähnlichen Längsschnitt, in dem die

wird. Strömungswege und die Druckverteilung eingezeich-

Die Erfindung 'besteht darin, daß auf gleicher i° net sind,

Höhe je ein Brenner symmetrisch in bezug auf eine F i g. 2 einen Querschnitt auf der Linie 2-2 der

vertikale Mittelschnittfläche 'horizontal angeordnet F i g. 1,

ist, so daß das brennbare Gemisch durch 'dieses F i g. 3 einen Horizontalschnitt auf der Linie 3-3

Brennerpaar in einer horizontalen Ebene in die Ver- der F i g. 1,

brennungskammer einzuleiten ist, und daß zur Ab- 15 Fig. 4 einen ähnlichen Horizontalschnitt wie

leitung der Abgase auf der Seite der Brenner ein F i g. 3 in einer anderen Ausgestaltungsform,

Schornstein vorgesehen ist, der mit der Verbren- F i g. 5 einen Längsschnitt wie F i g. 1 durch eine

nungskammer über eine horizontale Leitung in Ver- dritte Ausgestaltungsform und

bindung steht, deren Mittelachse in der vertikalen Fig. 6 einen Horizontalschnitt ähnlich dem der

Brennersymmetrieebene etwas oberhalb der Brenner- 20 Fig. 3 und 4 einer weiteren Ausgestaltungsform,

mittellinien liegt. Allgemein gesagt umfaßt der Ofen gemäß der vor-

Bei dem erfindungsgemäßen Schmelzofen strömt liegenden Erfindung eine Verbrennungskammer, die also das brennbare Gemisch horizontal am Boden die äußere Oberfläche eines Schmelztiegels od. dgl. des Schmelztiegels in die Verbrennungskammer ein völlig umgibt, zwei Flammenöffnungen, die in die und dann zu beiden Seiten des Schmelztiegels bis 25 Verbrennungskammer an dem einen Ende derselben zum äußersten Ende des Schmelztiegels nach oben, und in der Nähe des Bodens des Tiegels hineindann im wesentlichen horizontal über beide Seiten führen — die Brenneröffnungen liegen im wesentdes Schmelztiegels hinweg wieder zurück und dann liehen in der gleichen Horizontalebene -—, eine schließlich an der Brennerseite wieder am Schmelz- Brennerdüse in jeder Flammenöffnung, durch die tiegel nach unten und dann in den Schornstein. Ein 3° eine Flamme horizontal durch die Kammer geschickt derartiger Verlauf der Strömung hat einen extrem wird, eine Druckausgleichsöffnung, die sich von der hohen Wirkungsgrad im Verhältnis zu den bekannten Verbrennungskammer an dem einen Ende derselben Schmelzofen zur Folge, so daß nur eine verhältnis- aus erstreckt und die symmetrisch zwischen den mäßig kleine Brennstoffmenge zum Schmelzen oder Brenneröffnungen liegt und in einer Horizontalebene, Warmhalten einer verhältnismäßig großen Metall- 35 die etwas höher liegt als die Horizontalebene der menge erforderlich ist. Der Strömungsverlauf ist so, Brenner, einen Schornstein, der mit der Druckausdaß das heiße Verbrennungsgas den längstmöglichen gleichsöffnung verbunden ist und durch den die Ver-Weg mit der niedrigsten Strömungsgeschwindigkeit brennungsprodukte aus der Kammer entfernt werden, rund um den zu erhitzenden Gegenstand beschreibt, so wobei die Anordnung so getroffen ist, daß, wenn daß von dem zu erhitzenden Gegenstand die größt- 40 die Brenner in Betrieb sind, die heißen Verbrenmögliche Wärmemenge von dem Verbrennungsgas nungsprodukte unter dem neutralen Druckniveau im übernommen wird, was die Erhöhung des Wirkungs- wesentlichen horizontal durch die Verbrennungsgrades und der Wirtschaftlichkeit zur Folge hat. Dar- kammer als getrennte Ströme an den Seitenteilen des über hinaus ist der erfindungsgemäße Schmelz- oder Schmelztiegels entlangstreichen, bis sie am gegen-Wärmeofen verhältnismäßig billig herzustellen. Die 45 überliegenden Ende aufeinandertreffen, worauf die Lebensdauer des Schmelztiegels und der Verbren- immer noch getrennten Ströme nach oben steigen nungskammer ist im Vergleich zu den bekannten und oberhalb des neutralen Druckniveaus in umge-Schmelzöfen deutlich 'größer. Dies rührt vor allem kehrter Richtung im wesentlichen horizontal durch daher, daß die Wärmeübertragung dm wesentlichen das obere Ende der Verbrennungskammer an den über die gesamte Oberfläche des zu erwärmenden 50 Seiten des Schmelztiegels vorbeiströmen, bis sie sich Gegenstandes erfolgt, so daß Überhitzungsstellen ver- wieder am anderen Ende der Kammer treffen, mieden sind. Dadurch brauchen weniger Ersatz« worauf sie zur Druckausgleichsöffnung herabströschmelztiegel vorrätig zu sein, und der Vorrat an men und durch den Schornstein entweichen. UnterBrennmaterial kann ebenfalls geringer sein. Da Aus- halb des neutralen Druckniveaus erfolgt die Ströfälle nicht so häufig vorkommen, ergibt sich auch 55 mung hinein, oberhalb desselben erfolgt sie im eine Zeitersparnis, und außerdem werden auf Grund wesentlichen nach oben, zurück nach unten und der selteneren Auswechslung von Schmelztiegeln durch den Schornstein hinaus. Die Lage des neu-Laborkosten eingespart. Wegen der geringen Strö- traten Niveaus wird zu jeder Zeit durch die Größe mungsgeschwindigkeit der Gase in dem Verbren- der Öffnung bestimmt, durch die die ausströmenden nungsraum ist außerdem die Geräuschentwicklung 60 Gase durch die Druckausgleichsöffnung entweichen, verhältnismäßig gering. d. h., je größer das Volumen des eintretenden Gas-

Der erfindungsgemäße Schmelz- oder Warmhalte- Luft-Gemisches, um so niedriger das Niveau usw.

ofen ist natürlich besonders zum Schmelzen oder Wie aus der sich anschließenden Beschreibung her-

Warmhalten von Metallen geeignet. Das erfindungs- vorgehen wird, sind die Grundlagen der vorliegengemäße Prinzip kann natürlich auch bei anderen 65 den Erfindung in verschiedenen Formen zu verwirk-

Heizanlagen, beispielsweise bei der Erwärmung von liehen, 'beispielsweise in einem Ofen mit zwei Bren-Flüssigkeiten zu Herstellungszwecken od. dgl., ver- nern und in Öfen, in denen andere Einrichtungen als wendet werden. Der hohe Wirkungsgrad, die lange Tiegel beheizt werden.

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Die erste Ausführungsform der Erfindung ist in bindung steht, zugeführt. Vorzugsweise sind die den F i g. 1 bis 3 dargestellt. Diese Ausführungsform Flammenöfinungen und die Brenner so dicht am umfaßt ein Fundament oder Grundgestell 10, welches Boden der Verbrennungskammer angeordnet wie einen Ofen mit einer im wesentlichen zylindrischen möglich und sind auch untereinander um ein solches Wand 12 trägt, die aus einem feuerfesten Material 5 Stück getrennt, daß sie gerade den Boden dies Tiegebildet ist und eine ringförmige Verbrennungskam- gels 16 bestreichen; mit anderen Worten, die Flammer, die um den Tiegel 16 herumläuft, begrenzt. Das men aus dem Brenner sollen nicht direkt auf den untere Ende der Verbrennungskammer 14 wird durch Tiegel treffen, sondern sollen in der Nähe der einen Boden 18, der aus dem gleichen feuerfesten untersten Seitenkante an diesem vorbeigehen, so daß, Material wie die Wand 12 gebildet ist, abgeschlossen io wenn die beiden Verbrennungsprodukte nach oben und ist in der Mitte mit einem Sockel 20 versehen, steigen, sie zum allergrößten Teil über die Seitenauf den der Tiegel 18 aufgesetzt ist. Wie zu erken- flächen des Tiegels streichen. Außerdem sollte der nen ist, ist das Gestell 10 einfach der untere Teil Boden des Tiegels um ein kurzes Stück oberhalb der eines Metallzylinders 22, der sich nach oben er- Brennerebene liegen, so daß ein maximaler Teil der streckt und die Wand 12 zur Verstärkung derselben 15 Tiegeloberfläche beheizt wird. Die bevorzugten umgibt. Unterhalb des Bodens 18 ist eine Schicht 24 relativen Verhältnisse von Tiegel, Boden, Brennern aus Isoliermaterial angeordnet, unter der wiederum und Verbrennungskammerhodenfiäche sind in eine Metallwand 26 liegt, die an dem Zylinder 22 F i g. 2 dargestellt. Darauf ist zu erkennen, daß der befestigt ist, und so den ganzen Ofen trägt. Die Abstand zwischen dem Boden des Tiegels und dem Außenseite des Ofens ist durch eine ringförmige 20 Boden der Kammer kleiner ist als der Durchmesser Schicht eines Isoliermaterias 28 überzogen, die aus der Flammenöffnungen.

dem gleichen Material wie die Schicht 24 sein kann Zwischen den Flammenöffnungen 50 und 48 liegt

und die auf der Außenseite des Zylinders 22 liegt in einer Horizontalebene, etwas oberhalb der Ebene

und zwischen zwei Radialflanschen 30 und 32 ge- dieser Öffnungen, die Druckausgleichsöffnung 64,

halten ist. Die Flansche sind am Zylinder 22 befestigt. 25 in die ein Schornstein 66 eingesetzt ist, der den

Der Tiegel 16 ist gegen die Verbrennungskammer 14 üblichen Zugregulator 67 besitzt. Die Achse der

vermittels einer Ringdichtung 34 abgedichtet. Die Druckausgleichsöffnung liegt in der obenerwähnten

Dichtung 34, die aus einem feuerfesten Material be- Symmetrieebene.

steht, dient auch zur Begrenzung des oberen Endes Die Fläche in der Verbrennungskammer oberhalb

der Verbrennungskammer 14, so daß diese vollkam- 30 des neutralen Druckniveaus (s. F i g. 1 a) wird als

men abgeschlossen ist. positive Druckfläche bezeichnet und diejenige unter-

Am oberen Ende des Ofens ist ein üblicher Dek- halb desselben als die negative Druckfläche. Da die kel 36 aus einer Scheibe 38 aus feuerfestem Material Flammen in den Ofen eintreten und am weitesten und einer Schicht 40 aus einem Isoliermaterial an- nur in der negativen Druckfläche unterhalb des neugeordnet, der von einem Metallband 42 umgeben ist. 35 tralen Druckniveaus vorstrahlen können, sollte Damit geschmolzenes Material aus dem Tiegel 16 dieses Niveau für einen maximalen Gas-Luftentnommen werden kann, ist der Deckel 38 schräg Gemischeingang in einer Ebene ausgelegt sein, die angeordnet, nämlich so, daß sein eines Ende von nicht iefer liegt als die Ebene, in der die oberen dem Ofen weg schräg nach oben läuft, wodurch sich Ränder der Flammenöffnungen liegen. Die Druckeine Zugangsöffnung 44 ergibt. Diese Zugangs- 40 ausgleichsöffnung wiederum muß gerade hoch genug öffnung 44 kann von außen durch eine Tür 46 ver- oberhalb der Flammenöffnungen liegen, daß sich schlossen werden, die in üblicher Art, beispielsv/eise eine Öffnung mit ausreichender großer Querschnittsvermittels Scharnieren oder in einer Gleitführung fläche oberhalb des neutralen Druckniveaus ergibt, gelagert ist. Der Deckel 38 kann mit dem oberen damit ein entsprechendes Volumen verbrannten Ende des Ofens in üblicher Weise durch ein Schar- 45 Gases durch den Schornstein entweichen kann. Auf nier verbunden sein oder kann um eine Welle ver- dieses Prinzip, welches man als Unterwindverbrenschwenkbar sein, wobei — falls gewünscht — ein nung bezeichnet, ist die Erfindung gerichtet, und die Ausgleichsgewicht angeordnet werden kann, so daß vertikale Entfernung zwischen den Mittelpunkten das Öffnen und Schließen des Deckels erleichtert der Flammenöffnungen und dem Mittelpunkt der wird, wenn der Tiegel chargiert wird. Das eine Ende 50 Druckausgleichsöffruung wird daher für jeden Ofen der Verbrennungskammer, nämlich das linke, be- durch den beabsichtigten maximalen Eingang bezogen auf F i g. 1 und 3, ist, und zwar so nahe wie stimmt.

möglich der unteren Fläche der Verbrennungs- Es soll nun beschrieben werden, wie die gleichkammer, mit zwei voneinander getrennten parallel mäßige Verteilung der heißen Verbrennungsprodukte zueinander liegenden Flammenöftnungen 48 und SO 55 auf der äußeren Oberfläche des Tiegels 16 erreicht versehen, die beide in einer gemeinsamen Horizontal- wird. Wie am besten aus F i g. 1, 1 a und 3 hervorebene liegen. Wie am besten aus F i g. 2 zu erkennen geht, treten die Flammen an dem einen Ende der ist, ist die Kammer 14 im wesentlichen symmetrisch Verbrennungskammer in der Nähe des Bodens derum eine mittlere Vertikalebene, die senkrecht zur selben ein. Diese Flammen und die besonderen Ebene der Figur steht, angeordnet, und die Öff- 60 Ströme der Verbrennungsprodukte oder der Wärme, nungen 48 und 50 liegen symmetrisch zu dieser die durch die Flammen erzeugt werden, strömen an Ebene. Koaxial innerhalb der Öffnungen 48 und SO den gegenüberliegenden Seiten des Tiegels 16 vorsind Brennerdüsen 52 bzw. 54 angeordnet. Diese bei und um diesen herum, bis sie sich in einer Zone Düsen sind über eine Rohrverbindung 56 mit einer bei 68 treffen, die auf der gegenüberliegenden Seite Rohrleitung 58 verbunden. Luft wird der Rohr- 65 der Kammer liegt, wie das durch die gestrichelten leitung 58 vermittels eines Gebläses 60 zugeführt. Linien dargestellt ist. Bei der Bewegung in die Zone Der Brennstoff, in diesem Fall Gas, wird über eine 68 steigt ein gewisser Betrag der Wärme auf Grund Gasleitung 62, die mit der Rohrleitung 58 in Ver- der Konvektion und der langsamen Ströjnungsge-

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schwindigkeit nach oben, wie in F i g. 1 a gezeigt. Industriebestimmungen für Öfen dieser Art ausge-Der Primärstrom jedoch setzt sich mit verringertem staltet. Es wurde eine vollständige Verbrennung erVolumen zur Zone 68 fort, wo die beiden Wärme- zielt, ohne auch nur Spuren von Kohlenmonoxyd. strömungen der Brenner 52 und 54 aufeinander- Eine weitere Wirtschaftlichkeit ergibt sich durch die treffen, und, ohne sich wesentlich zu vermischen, 5 erhöhte Lebensdauer des Tiegels bei den erfindungsnach oben steigen und jeweils von ihren Seiten um gemäßen Öfen. Das ist im wesentlichen darauf zuden Tiegel herum zurückströmen, bis sie sich wieder rückzuführen, daß eine gleichmäßige Wärmeveran dem zuerst erwähnten Ende der Verbrennungs- teilung stattfindet und daß die Brenner so angeordnet kammer treffen, nämlich in dem in der linken Hälfte sind, daß ihre Flammen nicht direkt auf den Tiegel der Fig. 1 und 3 gelegenen Ende. An dieser Stelle io oder die Muffel auftreffen, so daß dieser keinen örtfallen sie dann unter der vereinigten Wirkung der liehen Zerstörungen ausgesetzt ist, wie das bei den Ablenkung durch die Wand 12 und das Nieder- heute verwendeten Öfen meistens der Fall ist, bei druckgebiet, welches in der Verbrennungskammer in denen die Flammen direkt auf den Tiegel treffen, der Nähe der Druckausgleichsöffnung durch die ge- Dadurch wird die Lebensdauer verringert, und zunannte Wirkung hervorgerufen wird, herunter, weil 15 sätzliche Arbeitskosten entstehen sowie Kosten für der Aufstieg der heißen Verbrennungsprodukte neue Tiegel und für die Stillstandszeit der zum Ofen durch den Schornstein 66 dazu führt, daß die heißen gehörenden Maschinen. Durch die gleichmäßige Verbrennungsprodukie vom oberen Ende der Kam- Wärmeverteilung wird auch die Lebensdauer des mer nach unten durch die Öffnung hindurchgezogen feuerfesten Materials erhöht,
werden. Selbstverständlich ist die tatsächliche Strö- 20 Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung ist mung nicht so klar wie sie oben beschrieben worden in F i g. 4 dargestellt, in der ähnliche Teile mit den ist. Jedoch ist das Strömungsmuster das gleiche und gleichen Bezugszeichen wie bei der oben beschriebederart, daß die gesamte äußere Oberfläche des nen Ausgestaltung bezeichnet sind. Diese nun weicht Tiegels gleichmäßig erhitzt wird.. Damit eine von der ersten Ausgestaltung dadurch ab, daß ein maximale Wärmeaufnahme der freiwerdenden War- 25 zweites Paar Brenner 70 und 72 in ähnlichen Flammeeinheiten durch den Tiegel erfolgt, ist es notwen- menöffnungen 74 bzw. 76 angeordnet ist. Sie liegen dig, daß der Wärmestromweg so lang wie möglich jedoch auf der gegenüberliegenden Seite der Verist, die Strömungsgeschwindigkeit so klein wie mög- brennungskammer 14. In der Mitte zwischen diesen lieh und die Absorptionsfläche so- groß wie möglich. und etwas oberhalb der Flammenöffnungen 74 und Es wurde gefunden, daß sich das dadurch erreichen 30 76 ist eine weitere Druckausgleichsöffnung 78 mit läßt, daß anfängliche Brennstoff- und Luftströmungs- einem angeschlossenen Schornstein 80 gebildet. Wie geschwindigkeiten von der Strömungsgeschwindig- aus der Figur ersichtlich, liegen die FlammenöfE-keit Null ausgehend bis zu einem Punkt eingestellt nungen, die Brenner und die Druckausgleichsöffnung werden, an dem das Moment des Gemisches gerade auf einer Achse mit den Flammenöffnungen, ausreicht, es in den Verbrennungsraum auf den An- 35 Brennern und der Druckausgleichsöffnung auf der fang des aufgezeigten Weges hineinzutreiben, ohne anderen Seite der Verbrennungskammer. Während daß es nach oben durch die Druckausgleichsöffnung die erste Ausführungsform mit zwei Brennern als in den Schornstein gesaugt wird. Dabei können Warmhalteofen benutzt werden kann, kann die mit übliche Brennstoff-Luft-Verhältnisse verwendet wer- vier Brennern versehene Ausführung dort eingesetzt den. Wenn die richtige Strömungsgeschwindigkeit 40 werden, wo größere Wärmemengen erforderlich vorhanden ist, ist jede Flamme im allgemeinen so sind, beispielsweise zum Schmelzen und/oder wo ein klein, daß sie scheinbar unmöglich kleine Abmes- Material mit einem höheren Schmelzpunkt oder sungen aufweist, jedoch eine Wärmemenge erzeugt, größere Materialmengen erhitzt und geschmolzen die beachtlich ist. werden sollen. Die Strömungsverteilung ist im Es ist zu erkennen, daß die Wärmeverteilung in 45 wesentlichen in beiden Ausführungsbeispielen die Öfen der vorliegenden Erfindung eine beträchtliche gleiche, und es gelten auch die gleichen Uberle-Wirtschaftlichkeit mit sich bringt. Zum Beispiel gungen. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel bewurde festgestellt, daß in einem Tiegelofen ähnlich steht nur der Unterschied, daß die Flammen und die dem ersten Ausführungsbeispiel 45 kg geschmol- Verbrennungsprodukte des Brenners 52 bzw. 54 die zenes Aluminium in geschmolzenem Zustand in 50 Flammen und die Verbrennungsprodukte des Breneinem Tiegel gehalten werden können mit nur ners 70 bzw. 72 treffen und sich nicht beide zusam-7500 kcal/h Naturgas. Dieser Zahl stehen die men treffen. Daher sind zwei Zonen 82 und 84 vorDurchschnittszahlen der American Gas Association handen, wo heiße Verbrennungsprodukte aufeingegenüber, nach denen für 45 kg Aluminium in ge- andertreffen und aufsteigen, anstatt einer wie bei schmolzenem Zustand 15 000 bis 21000 kcal/h 55 dem ersten Ausführungsbeispiel. Diese beiden Zonen erforderlich sind. Der erfindungsgemäße Ofen liegen im wesentlichen auf einer Vertikalebene in benötigt daher weniger als die Hälfte der Brennstoff- der Mitte und parallel zu den Enden der beiden menge, die bei üblichen Öfen erforderlich ist. In Brennerpaare. Nachdem die Verbrennungsprodukte Betrieben, in denen zahlreiche Warmhalteöfen ver- aufgestiegen sind und durch die Verbrennungskamwendet werden, sind daher die wirtschaftlichen Vor- 60 mer um den Tiegel zum Ende der Kammer, in der teile, die durch die Ausnutzung der vorliegenden die jeweiligen Brenner untergebracht sind, zurück-Erfindung erzielt werden, gewaltig. Bei dem geteste- strömen, fallen sie wieder nach unten und werden ten Ofen wurden zwei geschlossene Brenner, die durch die Entlastungsöffnungen abgesaugt. Wie voneinander getrennt waren, benutzt. Bei dem Ofen daraus hervorgeht, ist das Arbeitsprinzip genau das handelt es sich um einen üblichen Ofen für einen 65 gleiche wie bei der vorhergehenden Ausgestaltung. 45-kg-Aluminiumtiegel. Die Flammenöffnungen wa- Die Strömungsverhältnisse werden anfänglich in der ren üblicher Größe, damit Sekundärluft eintreten gleichen Weise eingestellt. Dieses Ausführungsbeikonnte, und der Fuchs war entsprechend den spiel eignet sich besonders gut zur Anwendung für

Muffeln oder Tiegel, die sich in der Symmetrieebene entlangerstrecken.

In F i g. 5 ist eine dritte Ausgestaltung der Erfindung dargestellt. Auch diese bezieht sich auf einen Ofen mit vier Brennern, der eine größere Kapazität besitzt als der Ofen der ersten Ausgestaltung, jedoch ist hier das zweite Brennerpaar, von dem einer bei 86 dargestellt ist, in einer gemeinsamen Horizontalebene etwas oberhalb der Ebene der Brenner 52 und 54 angeordnet. Für die Brenner 86 sind zwei Flammenöffnungen 88 vorgesehen. Bei dieser Ausgestaltung liegen die beiden Brennerpaare und Flammenöffnungen so dicht am Boden der Verbrennungskammer wie möglich, und die in der Mitte symmetrisch angeordnete Druckausgleichsöffnung 64 liegt oberhalb des oberen Brennerpaares in dem gleichen Maße, wie sie bei nur einem Brennerpaar der ersten Ausgestaltung angeordnet war. Die Strömung und Strömungsverteilung dieses Ausführungsbeispiels ist die gleiche wie in dem ersten Ausführungsbeispiel. Der einzige Unterschied ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die größere Wärmemenge, die zur Verfügung steht.

Ein viertes Ausführungsbeispiel ist in F i g. 6 dargestellt, das einen Tiegelofen größerer Wärmekapazität mit vier Brennern zeigt. Hier ist zunächst ein Flammenöffnungspaar 92 und 94 vorhanden, durch die der Brenner 96 bzw. 98 geführt ist. Während die Brenner 96 und 98 etwas divergierend liegen, obgleich sie in der Beschreibung als parallelliegend angesehen werden, sind ihre genauen Winkel nicht kritisch, solange ihre Flammen nicht direkt konvergieren und Wege nehmen, welche eine Geschwindigkeitskomponente haben, die parallel zur Symmetrieebene verläuft. Ein zweites Flammenöffnungspaar 100 und 102 ist in der gleichen Ebene wie die Öffnungen 92 und 94 angeordnet und ist mit Verstärkungsbrennern 104 und 108 angeordnet. Die Horizontalebene aller vier Brenner ist die gleiche und liegt so dicht am Boden der Verbrennungskammer 14 wie möglich und gerade unter der Ebene, in der der Boden des Tiegels liegt. Zwischen den Öffnungen 92 und 94 ist die Druckausgleichsöffnung 64 angeordnet, an die der Schornstein 66 anschließt, was wenig oberhalb der Ebene der Brenner ist, gerade wie beim ersten Ausführungsbeispiel. Diese Ausgestaltungsform arbeitet genau in der gleichen Weise wie das erste Ausführungsbeispiel mit genau der gleichen Strömungsverteilung. Der einzige Unterschied ist der, daß eine größere Wärmekapazität vorhanden ist, nämlich durch die Anordnung der beiden Verstärkungsbrenner. Die anfänglichen Strömungsverhältnisse werden genauso eingestellt wie beim ersten Ausführungsbeispiel, da aber die Verstärkungsbrenner weiter von der Druckausgleichsöffnung entfernt liegen und näher an der Zone 108, wo die beiden Ströme aufeinandertreffen, können ihre Gas- und Luftströmungsgeschwindigkeiten etwas kleiner sein als die der ersten Brenner 96 und 98. Falls erforderlich, kann ein drittes Brennerpaar für zusätzliche Wärme eingesetzt werden. In diesem Fall können sie in der gleichen Ebene liegen wie die vier bereits vorhandenen Brenner, aber weiter auf dem Umfang des Ofens verteilt sein. Eine solche Ausgestaltung kann auch dann wünschenswert sein, wenn der Tiegel kein kreisrunder Tiegel, sondern ein langgestreckter Tiegel ist, der auf der Symmetrieebene liegt.

Die Erfindung läßt sich leicht für alle Ofenarten verwenden. So kann z. B. die Zweibrenneranordnung sehr gut für langsames Schmelzen verwendet werden, wenn Zeit kein kritischer Faktor ist, oder für Warmhalteöfen, wie sie beispielsweise für Formgießmaschinen, die sehr oft mit geschmolzenem Material aus einem besonderen Flammofen großer Kapazität versorgt werden. Hierbei wird das geschmolzene Material in dem Warmhalteofen in der Nähe der

ίο Formgießmaschine des bequemen Zuganges wegen gehalten und außerdem, um das geschmolzene Metall zu reinigen. Die Vier- oder Mehrbrennerausgestaltung ist ideal für Schmelzofen oder für ein schnelles Schmelzen wie auch zum Warmhalten von Material, damit es gereinigt und direkt verbraucht werden kann, damit die Verwendung eines besonderen Flammofens und der dadurch möglichen Verunreinigung geschmolzenen Materials vermieden wird. Die Erfindung ist auch anwendbar auf Beheizungseinrichtungen, Öfen od. dgl., die einen Behälter anderer Gestalt als eines Tiegels verwenden, beispielsweise ein Kastenofen oder ein Wärmeaustauscher. Die letztere Anwendungsmöglichkeit kann für Gebäudebeheizung verwendet werden, indem

as Wasser oder Luft durch den Wärmeaustauscher hindurchgeleitet wird, um darin erhitzt zu werden. Bei allen Anwendungen aber sind die gleichen Kriterien und Prinzipien vorhanden, die die obenerwähnte Wirtschaftlichkeit ergeben.

Die vorliegende Erfindung schlägt die Anwendung einer Anzahl von Kriterien einschließlich der folgenden vor. Die primären Brenner und die Flammen-Öffnungen sind paarweise vorhanden und liegen symmetrisch um die Druckausgleichsöffnung, die etwas oberhalb davon liegt. Außerdem liegen sie so dicht wie möglich auf dem Boden der Verbrennungskammer und gerade unterhalb des Bodens des Behälters, der zu beheizen ist. Die Druckausgleichsöffnung liegt vorzugsweise auf einer Symmetrieachse, damit sich eine stromlinienförmige Strömung ergibt. Der Ofen arbeitet mit einem Schornstein nach dem Unterwindverfahren und verwendet ein neutrales Druckniveau, das vorzugsweise so niedrig wie möglich liegt, damit eine maximale Wärmeverteilung möglich ist. Die Größe der Verbrennungskammer und die Abmessungen des Fuchses oder des Schornsteins sind nach den industriellen Grundsätzen für Öfen des gleichen Typs konstruiert, aber die Verbrennungskammer erstreckt sich vorzugsweise im wesentlichen um 360° oder ganz um den Behälter oder Gegenstand, der beheizt werden soll, in Gestalt eines ringförmigen Raums. Die Brenner sollen so angeordnet sein, daß ihre Flammen nicht direkt auf den zu beheizenden Behälter oder Tiegel treffen, und wenn es sich um einen Tiegel handelt, sollen sie unter den nach außen gezogenen Wänden desselben liegen, gerade frei von der Basis, damit Konvektionsströme über die Seiten strömen können. Vorzugsweise bestreichen die Wärmeströme irgendeines Brenners nicht mehr von dem Umfang der Verbrennungskammer als etwa 180°, vom Brenner aus gerechnet.

Obgleich in der Zeichnung nur Tiegel mit kreisförmigem Querschnitt dargestellt sind, lassen sich die Prinzipien der vorliegenden Erfindung auch ohne weiteres auf Öfen anwenden, die verschieden geformte Behälter enthalten. Der Ausdruck »Behälter« oder »Tiegel« soll im weitesten Sinn verstanden wer-

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den und alles einschließen, was beheizt werden kann, also auch Kastenöfen, Wärmeaustauscher usw. In allen Fällen aber streichen die Wärmeströme der Brenner um den zu beheizenden Gegenstand, treffen aufeinander, steigen an der gegenüberliegenden Seite des Ofens nach oben und strömen um den Gegenstand zur Druckausgleichsöffnung zurück.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schmelz- und/oder Warmhalteofen mit konzentrisch im Verbrennungsraum angeordnetem, allseitig flammenbeheiztem Schmelztiegel, bei dem das Gemisch aus flüssigem, gasförmigem oder pulverförmigem Brennstoff und Verbrennungsluft mittels Brennern in Öffnungen in der Kammerwandung in der Nähe des Bodens der Verbrennungskammer in diese eingeleitet und verbrannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf gleicher Höhe je ein Brenner (52, 54) symmetrisch in bezug auf eine vertikale Mittelschnittfläche horizontal angeordnet ist, so daß das brennbare Gemisch durch dieses Brennerpaar in einer horizontalen Ebene in die Verbrennungskammer (14) einzuleiten ist, und daß zur Ableitung der Abgase auf der Seite der Brenner ein Schornstein (66) vorgesehen ist, der mit der Verbrennungskammer über eine horizontale Leitung (64) in Verbindung steht, deren Mittelachse in der vertikalen Brennersymmetrieebene etwas oberhalb der Brennermittellinien Hegt.

2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei weitere Brenner (74,76) symmetrisch in bezug auf die vertikale Mittelschnittfläche auf der den beiden ersten Brennern (52, 54) gegenüberliegenden Seite der Verbrennungskammern (14) vorgesehen sind und zusätzlich in der gleichen horizontalen Ebene brennbares Gemisch in die Verbrennungskammer einleiten, jedoch in entgegengesetzter Richtung zu den ersten Brennern (52, 54), und daß zur Ableitung der Abgase auf der Seite der zwei weiteren Brenner (74, 76) ein Schornstein vorgesehen ist, der mit der Verbrennungskammer durch eine weitere horizontale Leitung (78) in Verbindung steht, deren Mittelachse in der vertikalen Brennersymmetrieebene etwas oberhalb der Brennermittellinien liegt.

3. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei weitere Brenner (86, 86) auf der gleichen Seite wie die ersten Brenner (52, 54) und symmetrisch in bezug auf die vertikale Mittelschnittfläche vorgesehen sind, um zusätzlich brennbares Gemisch durch Brenneröffnungen (88, 88) in einer horizontalen Ebene oberhalb der horizontalen Ebene der ersten Brenner (52, 54) in die Verbrennungskammer (14) einzuleiten.

4. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei weitere Brenner (104,106) auf der gleichen Seite wie die ersten Brenner (52, 54) symmetrisch in bezug auf die vertikale Mittelschnittfläche und seitlich außen neben den ersten Brennern (52,54) angeordnet sind, um zusätzlich brennbares Gemisch in konvergierenden Richtungen in der gleichen horizontalen Ebene einzuleiten.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 32 119, 361 976,

224;
Zeitschrift »Aluminium«, 1957, Heft 3,

S. 173,174.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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