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Verfahren und Vorrichtung zum Spülen und Atmosphärenwechsel bei retortenlosen,
eine Schutzgasatmosphäre enthaltenden Industrieöfen Die Hauptpatentanmeldung betrifft
ein Verfahren zum Spülen und Atmosphärenwechsel bei retortenlosen, eine Schutzgasatmosphäre
enthaltenden Industrieöfen mit außenliegender gasdichter Ummantelung und keramischer
Innenwand sowie einen zur Anwendung dieses Verfahrens geeigneten Industrieofen.
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In der keramischen Innenwand retortenloser Industrieöfen werden zufolge
der porigen Natur des keramischen Materials erhebliche Gasmengen zurückgehalten,
die im Fall eines Atmosphärenwechsels oder bei Neuzustellung aus Luft bestehen und
deshalb ausgetrieben werden müssen, bevor der Ofen mit Schutzgasatmosphäre ordnungsgemäß
in Betrieb gesetzt werden kann. Anderenfalls würde nämlich eine Verunreinigung der
Schutzgasatmosphäre durch diese aus dem Porenvolumen der keramischen Innenwandung
austretenden Luftmengen eintreten.
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Es sind daher in der Praxis üblicherweise länger dauernde Spülperioden
erforderlich, wie überhaupt der Atmosphärenwechsel mit erheblichen Schwierigkeiten
verbunden ist, die in der Hauptpatentanmeldung näher erläutert sind. Zur Abhilfe
dieser Schwierigkeiten und zur Erleichterung und Abkürzung des Atmosphärenwechsels
sowie Spülens derartiger Industrieöfen wird in der Hauptpatentanmeldung vorgeschlagen,
daß das keramische Wandmaterial durch Einführen von Schutzgas in zwischen der Ummantelung
und der Innenwandfläche liegende Räume zumindest während einer bemessenen Zeitspanne
mit Schutgzas durchspült wird.
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Die praktische Durchführung dieses Verfahrens hat seine Wirksamkeit
voll bestätigt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß insbesondere bei Gasaufkohlungsöfen
die normalerweise verwendete Schutzgasmenge für eine kurzfristige Ausspülung der
unerwünschten Gasbestandteile aus dem keramischen Wandmaterial des Ofens nicht ausreicht,
wenn, wie in der Hauptpatentanmeldung vorgeschlagen, der Schutzgasstrom lediglich
zwangsweise umgewälzt wird, der durch das Wandmaterial und durch die Ofenkammer
verläuft. Ziel der Zusatzerfindung ist es daher, die Wirksamkeit der Spülung zu
erhöhen, um mit einer geringeren umzuwälzenden Schutzgasmenge auszukommen, während
gleichzeitig die Spülzeit verkürzt wird. Gemäß der Zusatzerfindung wird dieses Ziel
dadurch erreicht, daß das im Umwälzkreislauf geführte Schutzgas durch ein das im
Schutzgasstrom enthaltende Wasser und/oder CO" zumindest teilweise entfernendes
Adsorptionsmittel geleitet wird.
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Als Adsorptionsmittel kommt z. B. Silikagel oder Zeolith in Frage.
Die praktische Erfahrung hat gezeigt, daß bereits eine verhältnismäßig geringe Menge
Adsorptionsmittel für einen Spülvorgang ausreicht. Für einen Kammer-Gasaufkohlungsofen
mit einem Nutzvolumen von 0,5 m3 genügte z. B. eine Patrone mit 20 kg Zeolith. Mit
dieser Adsorptionsmittelmenge konnte nach dem neuen Verfahren der Kammerofen in
weniger als 2 Stunden auf einen Taupunkt von unter -15° C gebracht werden, wozu
früher mit den zum Stand der Technik gehörigen Spülverfahren mehr als 8 Stunden
notwendig gewesen wären. Der technische Fortschritt, der durch das erfindungsgemäße
Verfahren mit sich gebracht wird, liegt somit auf der Hand.
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Da das Adsorptionsmittel nach seiner Beladung mit den aufgenommenen
Stoffen einer Regenerierung bedarf, ist es zweckmäßig, gleich am Ofen Vorkehrungen
für eine einfache Regenerierung des Adsorptionsmittels zu treffen. Dies kann in
folgender Weise geschehen: Zur Anwendung des vorerwähnten neuen Verfahrens wird
der in der Hauptpatentanmeldung näher beschriebene Industrieofen, bei dem zwischen
der Ummantelung und der Innenwandfläche die Wandungen durchziehende, mit Schutzgas
beaufschlagbare Kanäle ausgebildet sind, die an eine ein Gebläse enthaltende Druckleitung
angeschlossen sind, deren Saugseite in den Ofeninnenraum mündet, gemäß weiterer
Zusatzerfindung derart weitergebildet, daß die Druckleitung ein das Adsorptionsmittel
enthaltendes Adsorptionsbett enthält und die Druckleitung und die Saugleitung in
dem Bereich hinter dem Adsorptionsbett und vor einem in der Saugleitung liegenden
Kühler durch eine ein Überdruckventil
enthaltende Bypass-Leitung
miteinander verbunden sind, durch die das Schutzgas zur Regeneration des Adsorptionsbettes
im Kreislauf außerhalb des Ofens durch das Adsorptionsbett und den Kühler führbar
ist. Hierbei ist dem Adsorptionsbett eine Leitung zugeordnet, während die Druckleitung
hinter dem Abzweig der Bypass-Leitung ein Ventil enthält.
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Zu Beginn des Regenerierungsvorganges des Adsorptionsmittels wird
das Ventil geschlossen und das Gas mit Hilfe des Gebläses über das überdruckventil
sowie durch die Bypass-Leitung außerhalb des Ofens umgewälzt. Das ausgetriebene
Wasser wird im Kühler niedergeschlagen und kann dort abfließen. Soll auch C02 abgetrieben
werden, so ist die Druckleitung zweckmäßigerweise mit einem verschließbaren Auslaß
ins Freie zu versehen, durch die das C02 nach Verlassen des Adsorptionsmittelbettes
entweichen kann. Die Heizung dient zur Erwärmung des Adsorptionsmittels auf die
Regenerierungstemperatur. Sowie es diese Temperatur erreicht hat, wird die Heizung
abgestellt. Das Umwälzgas kühlt dann das Adsorptionsmittel wieder auf die Betriebstemperatur
ab. Dieser Zyklus kann durch ein einfaches Schaltwerk ohne weiteres automatisiert
werden.
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Ein in der vorbeschriebenen Weise ausgebildeter und ausgerüsteter
Industrieofen ist praktisch für eine vollständig automatische Spülung bzw. selbsttätigen
Atmosphärenwechsel eingerichtet. Es hat sich nun gezeigt, daß sich eine weitere
Vereinfachung in der Weise erzielen läßt, daß dem eigentlichen Ofen eine Spüleinrichtung
als einheitliches Zusatzgerät zugeordnet wird, die nach dem beschriebenen Verfahren
arbeitet und gemäß weiterer Zusatzerfindung derart aufgebaut ist, daß das Gebläse,
das Adsorptionsbett und der Kühler zu einer konstruktiven Einheit zusammengefaßt
sind, die zur Verbindung mit der Ofenummantelung bzw. dem Ofeninnenraum dienende
Rohranschlußstutzen trägt. Eine solche Spüleinrichtung zeichnet sich durch einen
konstruktiv sehr einfachen Aufbau aus, der eine betriebssichere Funktion bei einfacher
Bedienung und Wartung aller Teile gewährleistet. Die Einzelheiten der Spüleinrichtung
sind in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels erläutert. In
der Zeichnung zeigt F i g. 1 eine Prinzipdarstellung eines Industrieofens gemäß
der Erfindung und F i g. 2 eine Spüleinrichtung für den Ofen nach F i g. 1 im axialen
Schnitt in einer Seitenansicht. Der in F i g.1 lediglich schematisch angedeutete
Ofen besteht grundsätzlich aus einem außenliegenden gasdichten Stahlblechmantell,
in dem eine keramische Innenwandung 2 angeordnet ist, die den Ofeninnenraum 3 bzw.
die eigentliche Ofeninnenwand begrenzt. In dem keramischen Material der Wandung
2 sind in dem Bereich zwischen der Ummantelung 1 und der Innenwandfläche Kanäle
4 ausgebildet, die in der Hauptpatentanmeldung näher erläutert und mit Schutzgas
beaufschlagbar sind. An die Ummantelung 1 ist eine Druckleitung 10 angeschlossen,
über die Schutzgas in die Kanäle 4 eingeführt werden kann, das von dort aus in einer
in der Hauptpatentanmeldung näher erläuterten Weise in den Ofeninnenraum 3 gelangt,
von wo aus es über eine Leitung 9 wieder abgesaugt werden kann. In dem von den Leitungen
9, 10 sowie den daran angeschlossenen Ofenteilen gebildeten Umwälzkreislauf liegt
ein Gebläse 12, dem ein Kühler 13 vorgeschaltet ist. Darüber hinaus enthält der
Umwälzkreislauf ein bei 31 veranschaulichtes Adsorptionsbett, das Adsorptionsmittel
enthält, welches in dem Schutzgas enthaltenes C02 und Wasser aufnehmen kann. Die
Druckleitung 10 und die Saugleitung 9 sind hinter dem Adsorptionsbett 31
durch eine Bypass-Leitung 32 miteinander verbunden, die ein Überdruckventil
33
enthält, während die Druckleitung 10 hinter dem Abzweig der Bypass-Leitung
32 ein Magnetventil 34 besitzt. Von der Druckleitung 10 mündet hinter dem Adsorptionsbett
31 ein verschließbarer Auslaß 35 ins Freie; dem Adsorptionsbett 31 selbst ist eine
Heizung zugeordnet.
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Zum Spülen des Ofens ist das Magnetventil 34 geöffnet, so daß das
überdruckventil 33 geschlossen ist und das Schutzgas über den Kühler 13 und das
Adsorptionsbett 31 zwangsumgewälzt wird. Soll das Adsorptionsmittel des Adsorptionsbettes
31 nach dem Spülen des Ofens regeneriert werden, so wird das Magnetventil 34 geschlossen.
Damit steigt der Druck in der Druckleitung 10 vor dem Magnetventil 34 an,
so daß das Überdruckventil 33 öffnet und das Schutzgas über die Bypass-Leitung 32
im Kreislauf außerhalb des Ofens durch den Kühler 13 und das Adsorptionsbett 31
geführt wird, wobei die Heizung 36 dazu dient, das Adsorptionsmittel auf die Regenerierungstemperatur
zu bringen. Das ausgetriebene Wasser wird in dem Kühler 13 niedergeschlagen und
kann von dort bei 37 abfließen. Das abgetriebene C02 kann durch den Auslaß 35 ins
Freie entweichen. Die Steuerung des Regenerationszyklus kann im übrigen automatisch
beispielsweise durch eine Schaltuhr erfolgen.
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Bei den normalerweise verwendeten Aufkohlungsgasen ergibt sich durch
das Wasser-Gas-Gleichgewicht im Ofen ein Verhältnis von C02: H20 von ungefähr 1:
2 in dem im Umwälzkreislauf geführten Gas. Es muß deshalb in erster Linie die Feuchtigkeit
aus dem umgewälzten Gas herausgenommen werden. Da sich im Ofen das Wasser-Gas-Gleichgewicht
immer wieder neu einstellt, wird durch die Trocknung auch der C02 Gehalt im Ofen
entsprechend abgesenkt.
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Die der Ofenkammer 3 zugeordneten, in F i g. 1 im einzelnen in ihrer
Wirkungsweise veranschaulichten Bauelemente zur Spülung werden zweckmäßigerweise
zu einem einheitlichen Gerät in Gestalt einer Kühleinrichtung zusammengefaßt, die
in F i g. 2 veranschaulicht ist. Hierbei sind zur Erleichterung des Verständnisses
entsprechende Teile mit gleichen Ziffern wie in F i g. 1 bezeichnet.
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Auf einem Sockelteil 40, in dem das als Ringgebläse ausgebildete Gebläse
12 untergebracht ist, ist eine Röhre 41 angeordnet, in deren Unterteil eine
Heizkammer 36a ausgebildet ist, in welche Heizelemente 36b ragen und die von dem
bei 42 eintretenden, von dem Gebläse 12 geförderten Gas durchströmt ist. Oberhalb
der Heizkammer 36a befindet sich die mit einem nicht weiter dargestellten Adsorptionsmittel
gefüllte Adsorptionskammer 43, die oben und unten durch Siebbleche begrenzt ist
und von deren oberem Ende die Leitung 10 zum Ofen führt, in die das Magnetventil
34 eingefügt ist. Die Adsorptionskammer 43 ist nach außen hin wärmeisoliert und
trägt auf ihrer Oberseite eine Kühlkammer 45, in der die als Kühlschlangen
ausgebildeten
Kühleinrichtungen 13 a untergebracht sind
und in die die vom Ofen kommende Leitung 9 mündet. Das vom Ofen kommende Schutzgas
strömt zunächst durch die Kühlkammer 45, wobei es durch ein Prallblech 46 umgeleitet
wird, gelangt sodann über eine Leitung 48 in das Gebläse 12, von dort bei
42 über den Raum 36 a in die Adsorptionskammer 43, von wo aus es normalerweise bei
10 in die Ofenummantelung 1 eingeleitet wird. Der Raum oberhalb der Adsorptionskammer
43 ist durch ein überdruckventil 33 verschlossen, das den Weg in die Kühlkammer
45 freigeben kann und dem gleichbezeichneten Überdruckventil in F i g. 1 entspricht,
während der in die Kühlkammer 45 ragende Teil 32 a die Aufgabe der Bypass-Leitung
in F i g. 1 wahrnimmt. Das in der Kühlkammer 45 bzw. an den Kühleinrichtungen
13 a niedergeschlagene Wasser läuft über einen Syphon bei 37 ab. Bei 49 ist
noch ein Temperaturanzeiger angedeutet, während bei 50 ein Durchflußmesser schematisch
veranschaulicht ist.
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Die Wirkungsweise des Gerätes geht aus den Darlegungen zu F i g. 1
ohne weiteres hervor, so daß sich ein weiteres Eingehen hierauf erübrigt.