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Widerstandsbeheizter Ofen zum Glühen von metallischen Werkstücken
und Verfahren zum Betrieb desselben Die Wärmebehandlung eines Glühgutes umfaßt bekanntlich
die drei Abschnitte: Aufheizen, 2. Glühen bei konstanter Temperatur (Haltezeit),
3. Abkühlen.
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Die Zeit der Ofenbelegung wird durch die Summe der drei Einzelzeiten
bestimmt. Für die Längen der beiden ersten Zeitabschnitte sind Ofenleistung und
die Art des Glühgutes bestimmend.
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Der Frage der Verkürzung der Abkühlzeit wurde bisher nur verhältnismäßig
wenig Beachtung geschenkt, obwohl sie für die Zeit der Ofenbelegung von großer Bedeutung
ist, z. B. beim Glühen von oxydationsempfindlichem Glühgut im Haubenofen. An einen
nicht kontinuierlich betriebenen Ofen werden zur Erzielung einer möglichst großen
Glühleistung unter anderem die Forderungen gestellt: 1. Dicke Wärmeisolierung zur
Verhütung der Abstrahlung während der Aufheiz- und Haltezeit; 2. kurze Abkühlzeit,
d. h., es wird eine möglichst große Wärmeabfuhr gewünscht.
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Bei Haubenglühöfen versucht man, beide Forderungen durch zwei getrennte
Vorrichtungen zu erf illen. Es wird -zunächst eine Glühhaube über das Glühgut gesetzt,
die nach Beendigung der Haltezeit abgenommen und durch eine Kühlhaube ersetzt wird.
Um während des Wechselns der Hauben eine Verzunderung des Glühgutes zu vermeiden,
ist eine Zwischenhaube notwendig, die das Glühgut, z. B. einen Blechstapel, vor
dem Luftzutritt schützt. Unter Umständen kann man auf die Kühlhaube verzichten.
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Die Erfindung hat- sich zur Aufgabe gestellt, die Zeit für das Abkühlen
des Glühgutes zu verkürzen. Gelöst wird die Aufgabe durch einen widerstandsbeheizten
Glühofen, bei welchem die im Glühraum angeordneten Heizleiter erfindungsgemäß in
Form von Hohlprofilen ausgebildet und mit einer Kühlmittelzufuhr verbunden sind.
Zum Schutz der hohlen Heizleiter gegen Verzunderung empfiehlt sich erfindungsgemäß
eine zunderbeständige und hochwarmfeste, vorzugsweise oxydische Beschichtung (Plattierung)
ihrer Innenwand. Diese kann beispielsweise dadurch erzeugt werden, daß durch die
eingebauten Heizleiter ein »Schlicker« aus Oxyden oder aus stabile Oxyde bildenden
Metallen hindurchgepreßt wird, die Zusätze zur Plastifizierung und Verbesserung
der Zunderbeständigkeit enthalten. Die an der Innenwand haftende Schlickerschicht
wird bei der ersten Aufheizung des Heizleiters gefrittet. Es ist auch möglich, die
Innenwand mit einem ein warmfestes Oxyd bildenden Metall zu plattieren.
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- Zur Erhöhung der Stabilität der Heizleiter aus Hohlprofilen in gerader
Form können auch keramische, elektrisch nichtleitende Stützkörper mit z. B. sternförmigem
oder verdrilltem Querschnitt in die Heizleiter eingeschoben werden.
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Der Betrieb des Glühofens erfolgt in der Weise, daß während, besonders
jedoch nach Beendigung. des Glühens durch die hohlen Heizleiter ein gasförmiges
oder flüssiges Kühlmittel hindurchgeleitet wird. Ein flüssiges Kühlmittel verdampft
während des Hindurchströmens.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist für alle nicht kontinuierlich arbeitenden
Öfen, vor allem für Hauben-, Schacht- und Topföfen geeignet, die mit Schutzgas oder
Vakuum arbeiten. Speziell für elektrisch beheizte Haubenglühöfen ergibt sich folgende
Ausführungsform: An Stelle der bei einem gasbeheizten Ofen gesondert zu installierenden
Kühlrohre können die elektrischen Heizleiter aus rohrförmigem Widerstandsmaterial
hergestellt werden. Nach Ende der Haltezeit wird dann der Heizstrom abgeschaltet.
Durch dasselbe Rohrsystem wird nun das gasförmige oder flüssige Kühlmedium geleitet,
das auf die Eigenschaften des Heizleitermaterials abgestimmt sein muß, um Korrosion,
Verzunderung und Grobkornbildung nicht zu fördern. Das Kühlmittel kann im sogenannten
»offenen« oder - bei Einschaltung eines Kühlers - »geschlossenen« Kreislauf zugeführt
werden. Falls das Kühlmittel Schutzgaseigenschaften besitzt, kann es nach Durchlaufen
des Kühlsystems auch direkt in den Ofen selbst oder zum Vorwärmen in einen zweiten
Ofen geleitet werden.
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Zur Verstärkung der Kühlwirkung kann im Ofen in bekannter Weise eine
Gasumwälzung mittels eines Ventilators erfolgen. Wird die Glühung im Vakuum
vorgenommen,
auch diese Öfen können mit einem Ventilator ausgerüstet werden, so sollten bei Beginn
der Abkühlphase geringe und die Reaktion nicht störende Mengen Wasserstoff oder
Edelgas eingeleitet werden. Dadurch wird die Abkühlgeschwindigkeit stark erhöht.
. @ . -Um eine Überhitzung der Innenwände der Heizleiter während der Heizperiode
zu vermeiden, kann ein geeignetes gasförmiges Kühlmittel auch während des Heizens
in kleiner Menge durch das System geleitet werden. Als solches kann zur Vermeidung
von Wärmeverlusten zuweilen das für das Glühgut verwendete Schutz- oder Reaktionsgas
benutzt werden. Dies kann, eventuell unter Zwischenschaltung eines Kühlers, aus
dem Ofen abgesaugt und durch das Rohrsystem wieder in den Ofen gefördert werden,
wobei noch- eine Behandlung des Kühlmediums, Waschen, Trocknen, Entfernuüg oder
Hinzufügung von üeaktiönskdmponenten, möglich ist.
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Der Umlauf des Kühlmediums wird erzwungen durch Druck am Eingang und/oder
Vakuum am Austritt des Rohrsystems. Wird im Ofenraum ein Unterdruck durch Pumpen
aufrechterhalten und kann das Kühlmittel, z. B. Schutzgas, in den Ofenraum eingeleitet
werden, so wird durch Verbindung des Kühlsystems mit dein. Ofenraum der Kühlmittelfluß
bewirkt.
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Als Kühlmittel können ferner Flüssigkeiten, z. B. geschmolzene Metalle,
Salze, Lösungen u. dgl., verwendet werden, die einen unterhalb der Glühtemperatur
liegenden Siedepunkt aufweisen.
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Steht der Ofenraum unter über- oder Unterdruck, so ist durch geeignete
Maßnahmen dafür zu sorgen, daß der Druck im Kühlsystem diesen Verhältnissen angepaßt
wird, um eine-'Verformung der Heizleiter durch zu große Druckdifferenzen zu vermeiden.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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In A b b.1 ist der Kühlmittelfluß am Beispiel eines widerstandsbeheizten,
unter leichtem überdruck (Schutzgas) - stehenden Muffelofens schematisch dargestellt
worden. Es wird darin nach dem Umlaufverfahren mit einem gasförmigen Kühlmedium
gearbeitet.
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A b b. 2 stellt ein Einbaubeispiel eines gekühlten Heizstabes dar.
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Im Ofen 1 befindet sich das durch die Heizstäbe 2 aufgeheizte Glühgut,
das im geschlossenen Ofen unter Schutzgas bis unter die Verzunderungstemperatur
abgekühlt werden soll. Die Abkühlung wird durch die Innenkühlung der Heizleiter
wesentlich beschleunigt.
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Die Umwälzpumpe 3 drückt das Kühlmittel durch die Leitung 4, die Regelventile
5 und die flexiblen Schläuche; die gleichzeitig zur elektrischen Isolation dienen,
in die Heizleiter 2. Das nun warme Gas verläßt den Heizstab über eine Drosselstelle
(Blende) 7, die zusammen mit dem Ventil 5 der Durchfluß- und Druckregelung im Heizstab
dient. Das in der Rückleitung 8 befindliche Dreiwegeventil 9 kann das heiße
Gas über den Abgang 12 ins Freie oder in einen zweiten Ofen zur Vorwärmung und Trocknung
leiten. Wird zur Innenkühlung der Heizleiter dasselbe Schutzgas wie für das Glühgut
verwendet, so kann dies während der Aufheiz- und Haltezeit auch in den Ofen selbst
eingeleitet werden.
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Der Kühler 10 kann durch eine Vorrichtung erweitert werden,
in der das Gas besonders behandelt werden soll, z. B. Reinigung, Trocknung, C02
Wäsche, Entziehen unerwünschter Gaskomponenten u. a. m. Derartige Vorrichtungen
sind eventuell zweckmäßig, wenn auch der Glühraum des Ofens in den Gaskreislauf
einbezogen werden soll. (In der Schemazeichnung A b b. 1 sind die Anschlüsse nicht
gezeichnet.) Durch die Leitung 13 am Dreiwegeventil 11 wird das Kühlgas der Pumpe
zugeführt, oder es wird beim Umwälzbetrieb das eventuell durch Leckstellen entwichene
Gas ersetzt.
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Der Anschluß des Heizstabes an das Kühlsystem erfolgt an der Eintrittsseite
über eine Mutter 15, am Austritt über eine Flanschverbindung 16. Der im Beispiel
aus einer Metallegierung hergestellte Heizstab besitzt an beiden Seiten Gewinde
und abgeschrägte Dichtflächen. Der Stromanschluß erfolgt mittels eventuell wassergekühlter
Klemmbacken 14. Die elektrische Isolation des Kühlmittelkreises geschieht an der
Eintrittsseite durch einen Schlauch zwischen dem Ventil. 5 und der-Mutter 15, an
der Austrittsseite durch nichtleitende Zwischenlagen- 6 (z. B. Asbest)._ Um bei
der geringen Festigkeit der auf hoher Temperatur. befindlichen Heizleiter deren
Durchbiegen zu verhindern, befindet sich ein Keramikprofil 17 in dem rohrförmigen
Heizleiter, dessen Querschnitt auch eine andere vom Kreisquerschnitt abweichende
Form besitzen kann. Das im Beispiel sternförmige Keramikprofil kann gerade oder
schraubenförmig verdrillt sein und eine beliebige Querschnittsform besitzen, soll
jedoch mit dem Heizleiter nur Punkt-oder Linienberührung. haben. Natürlich ist es
auch möglich, wendelförmige Heizleiter beliebiger Querschnittsform herzustellen.
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Der Anwendungsbereich rohrförmiger Heizleiter beschränkt sich nicht
auf die im Beispiel dargestellte gerade Form. Es sind auch haarnadelförmige Heizelemente
und solche mit seitlich abgewinkelten Anschlußenden herstellbar. Ist hierbei die
Einbringung eines Keramikprofils notwendig, so kann dies vor dem Biegen oder Anschweißen
der Anschlußenden erfolgen.