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Wärmebehandlungsofen mit einer sich an eine von heißen Gasen durchströmte
Heizzone anschließenden Kühlzone Die Erfindung betrifft einen Wärmebehandlungsofen
mit einer sich an eine von heißen Gasen durchströmte Heizzone anschließenden Kühlzone,
in der ein von einem Kühlmittel durchflossenes Kühlelement angeordnet ist.
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In solchen Wärmebehandlungsöfen wird das Gut nach einer Erwärmung
gekühlt und gegebenenfalls anschließend noch einmal erwärmt. Dabei müssen, insbesondere,
wenn es sich um Glühungen zur Gefügeveränderung von Metallen handelt, nicht nur
die Erwärmungs- und die Abkühltemperaturen sehr genau gesteuert werden können. Der
Steuerbereich soll auch möglichst groß sein, damit die Wärmebehandlung den verschiedensten
Glühzwecken, Werkstoffarten und Größen des Wärmegutes angepaßt werden kann.
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Wärmebehandlungsöfen mit Kühlzonen sind in verschiedenen Ausführungsformen
bekannt.
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In der USA.-Patentschrift 2 746 740 ist ein Ofen mit einer sich an
eine Heizzone anschließenden Zone für eine sehr schnelle Kühlung beschrieben, durch
die von oben nach unten ein kühler Gasstrom geblasen wird. Zur Steuerung der Kühltemperatur
wird der außerhalb des Ofens wieder zurückgeführte Gasstrom in der Rückführleitung
erwärmt oder gekühlt.
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Eine ähnliche Einrichtung zeigt das deutsche Gebrauchsmuster 1756
746. Dort ist eine von oben nach unten von kühlendem Gas durchströmte Kühlzone zwischen
zwei auf verschiedenen Temperaturen gehaltenen Heizzonen angeordnet. Als kühlendes
Gas werden hier die teilweise durch einen Rekuperator geleiteten Rauchgase verwendet,
und die Temperatursteuerung geschieht durch Mischung der Rauchgase beider Heizzonen.
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In der deutschen Patentschrift 563 378 ist ein Tunnelofen, insbesondere
für keramisches Gut, dargestellt, in dessen Wandung neben Heizelementen zur Steuerung
der Temperatur auch Kühlkammern verteilt sind. An verschiedenen Stellen in der Ofendecke
angeordnete, verschließbare Abzüge für die vom Auslaßende des Ofens her einströmende
Kühlluft ermöglichen es, die Kühlluft verschieden weit in den Ofen hineinzuziehen.
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Eine Kühlung durch mehr Aufnahme von Wärmestrahlung des Wärmegutes
als Abgabe von Wärmestrahlung an das Wärmegut ist aus der deutschen Auslegeschrift
1008 339 bekannt. Dort sind in einem zwischen einem Blankglühofen und einem Zinkbad
geschalteten Kühlofen parallel zum bandförmigen Wärmegut Kühlrohre angeordnet, durch
die Luft aus der Atmosphäre gesaugt wird. Die Steuerung erfolgt durch Veränderung
der Durchflußmenge. Außerdem können zur Erwärmung der in die Kühlrohre eingesaugten
Luft vor den Einsaugöffnungen Brenner betrieben werden.
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Schließlich ist es nach der deutschen Patentschrift 1154134 bekannt,
Strahlung aufnehmende Kühlelemente zur Steuerung der Kühlwirkung so zu verschwenken,
daß sie dem Wärmegut eine größere oder kleinere Fläche zukehren.
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Die Erfindung bezweckt, die Temperatur kühlmitteldurchflossener Kühlelemente
noch wesentlich feiner und in einem größeren Bereich zu steuern als bisher.
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Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß bei einem Wärmebehandlungsofen
der eingangs genannten Art Abzüge für die heißen Gase sowohl in der Heizzone als
auch derart in der Kühlzone vorgesehen sind, daß dadurch abziehende heiße Gase am
Kühlelement entlangstreichen und daß mindestens einer der Abzüge regelbar ist. Mit
dieser Anordnung können die heißen Gase als ein weiteres Temperatursteuerungsmittel
für das Kühlelement nutzbar gemacht werden.
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Die Kühlzone kann zwischen zwei Heizzonen angeordnet sein. Es kann
zweckmäßig sein, die Kühlzone von der Heizzone durch eine Wand abzutrennen, die
einen Durchlaß des Wärmeguts gestattet.
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Das Kühlelement kann aus einer im wesentlichen waagerechten, nahe
der Ebene des Wärmeguts angeordneten Reihe einander paralleler, kühlmitteldurchflossener
Rohre bestehen. Vorzugsweise ist es um eine waagerechte Achse schwenkbar und in
beliebigen Schwenkstellungen feststellbar.
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Die Steuerung des Kühlelements ist bei dem erfindungsgemäßen Ofen
außerordentlich verfeinert. Der Steuerbereich ist so weit nach unten erweitert,
daß auch eine ganz minimale Kühlung vorgenommen
werden kann, was
wegen der immer notwendigen Mindestbeaufschlagung der Kühlelemente mit Kühlmittel
bisher nicht möglich war.
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Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Der in der Zeichnung dargestellte Ofenlängsschnitt läßt einen kleinen
Teil einer großen Wärmeanlage erkennen, die als Fördermittel einen Rollenherd aufweist;
das Gut wird in der Zeichnung in Pfeilrichtung A durch die Ofenanlage bewegt. In
dem Ofen sind drei Zonen 1, 2 und 3 zu erkennen. über der Zone 1 ist ein
Rauchgasabzugskanal 10, über der Zone 2 ein Rauchgasabzugs- bzw. Kühlschacht
20 und über der Zone 3 ebenfalls ein Rauchgasabzugskanal 30 angeordnet. Die
Rauchgasabzugskanäle 10 und 30 können mit je einem Rekuperator oder direkt
mit einem Kamin in Verbindung stehen. Die Zone 1 ist über zwei Abzüge 11 und 12
mit dem Kanal 10, die Zone 2 über einen Abzug 21 mit dem Kanal 10 und über
einen Abzug 23 mit dem Kanal 30 und die Zone 3 über einen Abzug 31 mit dem
Kanal 30 verbunden. Verstellbare Verschlüsse oder Schieber 110, 120, 210,
230 und 310 regeln den Durchflußquerschnitt dieser Abzüge.
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Die Zone 2 ist seitlich durch nach unten gezogene Mauerbögen
22 und 24 begrenzt, so daß der lichte Ofenquerschnitt an diesen Stellen
wesentlich geringer ist als in den anderen Zonen 1 bzw. 3 und sich somit eine Geschwindigkeitszunahme
ergibt, die einen besseren Wärmeübergang zur Folge hat. Die Mauerbögen 22,24 bilden
einen Teil des Abzugsschachtes 20, dessen untere Öffnung im wesentlichen durch ein
Kühlelement 25 abgeschlossen ist. Dieses Kühlelement 25 wird bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel
der Erfindung durch einen Rost aus einzelnen Rohren 250 gebildet, die in geringem
Abstand voneinander angeordnet sind, damit Durchlässe 251 für den Durchtritt der
heißen Abgase geschaffen werden. Der ganze Rost ist um eine horizontale Achse
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schwenkbar, so daß er um Winkel bis zu 90° verstellt werden kann, wie
dies in der Zeichnung gestrichelt angedeutet ist. Hierdurch läßt sich in einfachster
Weise die Größe der dem Gut zugewandten Kühlfläche verändern und damit wieder auch
die Durchtrittsgeschwindigkeit der Abgase. Der Abzugsschacht 20 kann über die Schieber
210 bzw. 230 gegen die Kanäle 10 bzw. 30 abgeschlossen oder mit diesen verbunden
werden.
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Für die Beeinflussung der Verstellelemente der Schieber
110,120; 210, 230 und 310 und der Kühlelemente 25 sind in Durchlaufrichtung
des Wärmgutes gesehen am Ende des Kühlschachtes Fotozellen 19 vorgesehen, deren
Impulse die jeweils erforderliche Verstellung bewirken.
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Das Verfahren nach der Erfindung kann beispielsweise in folgenden
Variationen betrieben werden; jegliche Zwischenstufen sind möglich: I. Keine Kühlung
in der Zone 2
Der Kühlrost 25 wird in die lotrechte, gestrichelt angedeutete
Lage verschwenkt, so daß von ihm auf das Gut praktisch keine Kühlwirkung ausgeht;
zu seinem Schutz gegen hohe Temperaturen kann ein ganz leichter Kühlmittelumlauf
aufrechterhalten bleiben. Die in der Zone 1 befindlichen heißen Ofengase werden
bei ganz geschlossenen Schiebern 110,120;
310 und gsöffneten Schiebern
210,230 über den Abzugskanal 30 bzw.10 abgesaugt, so daß sie das Gut in der
Zone praktisch weiterbeheizen oder zumindest auf seiner Temperatur halten. Dieser
Effekt wird dadurch noch unterstützt, daß der Ofenquerschnitt an dieser Stelle wesentlich
kleiner ist und die Gase mit erhöhter Geschwindigkeit hindurchgesaugt werden können.
Dabei wird der Raum 2 vorzugsweise durch Brenner 15 beheizt.
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1I. Geringe Kühlung in der Zone 2 Das Kühlelement 25 wird in eine
der möglichen Zwischenstellungen verschwenkt, beispielsweise in eine Winkellage
von 45° und der Schieber 310 geschlossen. Je nach dem gewünschten Grad der Kühlung
wird der Kühlmittelumlauf in den Rohren 250 mehr oder weniger beschleunigt durchgeführt.
Der Schieber 210 oder 230 oder beide wird bzw. werden ganz oder zum Teil geöffnet,
so daß die in die Zone 2 gelangenden heißen Gase über das Kühlelement, den Abzugsschacht
und einen der Kanäle 10 bzw. 30 abgesaugt werden können. Je nach der zu erzielenden
Temperaturkurve kann auch einer der Schieber 110, 120 zum Teil geöffnet sein, so
daß nur ein Teil der heißen Ofengase in die Zone 2 eingesaugt wird. In diesem Fall
bleibt aber der Schieber 210 vorzugsweise geschlossen. Bereits in diesem
Fall wird ein Teil der Ofengase über die Durchlässe 251 des Kühlelementes hinweggesaugt,
um die vom Element 25 ausgehende Kühlwirkung abzuschwächen.
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III. Stärkere Kühlung in der Zone 2
Diese kann erzielt werden,
indem einer der Schieber 110,120 geschlossen oder nur wenig geöffnet, das Kühlelement
in die ausgezogen dargestellte Lage verschwenkt und mit einem regeren Kühlmittelumlauf
beaufschlagt wird. Der Schieber 230 bleibt geöffnet, der Schieber 210 geschlossen.
Alle Variationen sind möglich, so daß Temperaturkurven, die sich nur um wenige Grade
verändern, ohne weiteres gefahren werden können. Unterschiedliche Temperaturen können
auch erzielt werden, selbst, wenn das Kühlelement 25 nicht verstellt wird.
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IV. Starke Kühlung in der Zone 2 Die Schieber 110 bzw.120 oder
einer von ihnen wird bzw. werden ganz geöffnet, während alle anderen Schieber geschlossen
bleiben. Das Kühlelement 25 bleibt in der zuletzt beschriebenen Lage und wird in
optimaler Weise mit Kühlmittel beaufschlagt.
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Unter heißen Ofengasen sind im Sinne der Erfindung die sogenannten
Abgase zu verstehen; die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Gase beschränkt, sondern
sie kann in gleicher Weise auch bei elektrisch oder anders beheizten Öfen angewandt
werden.
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Die gesamte Regelung kann mittels eines festen Programms, also nach
vorgegebenen Werten, durchgeführt werden; sie läßt sich aber auch über Ofen-oder
Gutwerte durchführen, oder zumindest kontrollieren bzw. korrigieren.