-
Zur Schnellerwärmung von Blöcken und Rohren, wie sie im Zuge ihrer
Wärmebehandlung erforderlich ist, sind verschiedene Arten von Öfen bekannt, die
nach unterschiedlichen Prinzipien arbeiten.
-
Es gibt Öfen mit Direktbeheizung, bei denen die Brenner mit ihren
Flammen direkt auf die beispielsweise aufzuheizenden Blöcke und Rohre gerichtet
sind. Hierdurch wird zwar eine schnelle und intensive, aber über die Oberfläche
verteilt recht unterschiedliche Aufheizung erreicht, was oft mit einer unerwünschten
teilweisen Verzunderung verbunden ist.
-
Diese unterschiedliche Aufheizung des Werkstücks vermeiden Öfen, die
hauptsächlich auf dem Prinzip der Wärmestrahlung beruhen. Hier sind die Brenner,
ebenfalls wieder Gas- bzw. Ölbrenner, gegen die Ofenwand oder Ofenkuppe gerichtet,
die glühend mit von ihr ausgehenden Wärmestrahlen das Werkstück über die ganze Oberfläche
verteilt gleichmäßig aufheizt. Die Aufheizung mittels der Wärmestrahlung wird gegebenenfalls
durch heiße umgelenkte Rauchgase unterstützt, die an dem Werkstück langsam vorbeistreichen.
Diese Aufheizung ist gegenüber der oben beschriebenen direkten Heizung schonend,
aber es wird eine längere Zeit benötigt, bis das Werkstück entsprechend aufgeheizt
ist, außerdem ist diese Heizart anlage- und energiemäßig aufwendig. Zur Erwärmung
von beispielsweise runden Blökken und Rohren gibt es zylindrische Öfen mit meist
senkrechten Achsen, in die tangential zur inneren Ofenwand die Brenner angeordnet
sind, so daß die Flammen und Rauchgase vorzugsweise an der Ofenwand entlangstreichen
und diese aufheizen.
-
In der britischen Patentschrift 152 228 ist ein Ofen mit einer rechteckigen
bzw. quadratischen, sich horizontal erstreckenden Ofenkammer beschrieben, in dem
ein horizontal eingeführtes Rohr einseitig tangential in bezug auf das Rohr auf
einer zum Boden der Ofenkammer parallelen und benachbarten Ebene von dem Heizmedium
angeblasen wird, so daß sich hiermit eine schnelle und rundum gleichmäßige Rufheizung
vor allem bei dickwandigen Rohren oder Blöcken nicht erreichen läßt.
-
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Vorteile der direkten
Heizung mit ihrer konvektiven Schnellerwärmung auszunutzen, aber dennoch eine über
die Oberfläche des Werkstücks verteilt gleichmäßige Rufheizung zu erzielen.
-
Somit betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur konvektiven Schnellerwärmung
von z. B. zylindrischen Blöcken und Rohren mit einem die Blöcke oder Rohre konzentrisch
umgebenden Ofenraum mit vertikaler Achse und in den Ofenraum im wesentlichen horizontal
hineinbrennenden, mit einer Umlaufströmung der Rauchgase oder Flammen bewirkenden
Brennern. Die Erfindung besteht darin, daß die Brenner stärker als tangential, aber
nicht radial auf die Blöcke oder Rohre gerichtet sind, daß sich um die Blöcke oder
Rohre eine Drallströmung der Rauchgase bzw. Flammen bildet, deren Geschwindigkeit
zur Wand hin proportional mit 11r abnimmt.
-
Dadurch, daß die Brenner mit ihren Flammen auf die Werkstückoberfläche
gerichtet sind, also mehr als tangential zur Werkstückoberfläche, aber nicht radial,
wird die konvektive Schnellerwärmung der Flamme ausgenutzt. Hierbei ergibt sich
zudem der Vorteil, daß die Flamme als gebündelte Flamme die Werkstückoberfiäche
auf einer größeren Fläche überstreicht als bei der direkten radialen Ausrichtung
der Brenner. Zudem tritt bei der erfindungsgemäßen Ausrichtung der Brenner in überraschender
Weise um das Werkstück herum eine Drallströmung der Flammen und Rauchgase auf, die
das ganze Werkstück schnell umkreisend einhüllen und dadurch eine gleichmäßige Aufheizung
der Werkstückoberfläche, d. h. der Oberfläche der zylindrischen Blöcke bzw. Rohre,
gewährleistet.
-
Es ist bekannt und in Veröffentlichungen darauf hingewiesen, daß zur
Aufheizung die Umströmung der aufzuheizenden Werkstücke wertvoll ist, aber bisher
zielte man nie auf eine gerichtete und geordnete Umströmung des Werkstücks ab, sondern
gab sich mit der durch das Werkstück selbst hervorgerufenen Turbulenz zufrieden,
während nach der Erfindung die durch die Drallströmung hervorgerufene Geschwindigkeit
im Verhältnis zum Durchmesserzuwachs des Ofenraums zur Ofenwand hin abnimmt. Die
höchste Geschwindigkeit der Flammen und Rauchgase tritt somit an der Werkstückoberfläche
auf, wodurch die den Wärmeübergang störenden Grenzschichten abgebaut werden. Eine
derart gerichtete und geordnete Drallströmung kann durch die rechteckige Form und
durch die horizontale Lage in dem Ofen nach der genannten britischen Patentschrift
nicht auftreten oder erzeugt werden.
-
Ähnlich wie bei den bisher bekannten, aber andersartigen Öfen sind
bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Brenner
in mehreren Ebenen über die Länge des Ofenraums verteilt angeordnet. Ebenso können
mehrere Brenner einer Ebene gleichmäßig über den Ofenumfang verteilt angeordnet
sein. Zudem hat sich die Bemessungsangabe als vorteilhaft erwiesen, bei der der
Innendurchmesser des Ofenraums doppelt so groß ist wie der Außendurchmesser der
aufzuheizenden Blöcke bzw. Rohre.
-
Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert; es zeigt F i g. 1 einen Vertikalschnitt
durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung und F i g. 2 einen Horizontalschnitt durch
den Gegenstand nach F i g.1.
-
Die in den Figuren dargestellte Vorrichtung 1 ist zur Schnellerwärmung
von zylindrischen Blöcken oder Rohren 2 bestimmt und besitzt einen zylindrischen
Ofenraum 3 mit vertikaler Achse, der die Blöcke oder Rohre 2 konzentrisch umgibt.
In diesen Ofenraum 3 brennen die Brenner 4 im wesentlichen horizontal hinein. Der
Abzug der Rauchgase erfolgt in Ofenraumachse nach oben hin durch den Stutzen 5.
-
Erfindungsgemäß sind, wie sich insbesondere aus der F i g. 2 ergibt,
die Brenner 4 gleichsinnig stärker als tangential, aber nicht radial auf die Blöcke
oder Rohre 2 gerichtet, und zwar nach bevorzugter Ausführungsform so, daß sich um
die Blöcke oder Rohre 2 gerade noch eine definierte und stabile Drallströmung der
Flammen bzw. Rauchgase bildet. Das ist durch die Pfeile 6 in F i g. 2 angedeutet
worden. Richtet man die Brenner 4 aus dieser Grenzstellung heraus stärker radial
auf die Blöcke oder Rohre 2, schwenkt man also die Brenner 4 in Richtung des Pfeiles
7, so ist die Strömung der Rauchgase oder Flammen, die sich um die Blöcke oder Rohre
2 ausbildet, nicht mehr definiert. In der gezeichneten
Grenzstellung
wird jedoch gerade noch eine definierte und stabile Drallströmung erreicht. In der
F i g. 2 ist angedeutet, daß das Geschwindigkeitsfeld dieser Drallströmung in unmittelbarer
Nähe der Oberfläche der Blöcke oder Rohre 2 ihre größten Werte besitzt. Nach außen
hin fällt das Geschwindigkeitsfeld proportional mit 1/r ab. In ähnlicher Weise nimmt
auch die Temperatur ab.
-
Die Figuren lassen erkennen, daß die Brenner 4 zweckmäßigerweise in
mehreren Ebenen 8 über die Länge des Ofenraums verteilt angeordnet sind. Im Ausführungsbeispiel
arbeitet man mit drei derartigen Brennerebenen B. In jeder Ebene 8 befinden sich,
umfangsmäßig gleichmäßig verteilt, wiederum mehrere Brenner 4, im Ausführungsbeispiel
ebenfalls drei. Im übrigen besitzt der Ofenraum 3, um besonders stabile Strömungsverhältnisse
zu erzielen, zweckmäßigerweise einen Durchmesser, der etwa dem doppelten Durchmesser
der Blöcke oder Rohre 2 entspricht.