DE1808236C

DE1808236C - Strahlungsheizofen

Info

Publication number: DE1808236C
Authority: DE
Inventors: Ryo; Shimotsuma Teruo; Kunioka Kazuo; Fukushima Tsutomu; Kawasaki Kanagawa Ando (Japan)
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Publication date: 1972-11-02

Description

Die Erfindung betrifft einen Strahlungsheizofen, bei welchem die Zusammensetzung der die zu erhitzende Substanz umgebenden Atmosphäre regelbar ist, bestehend aus einer Heizzone mit einer oxydierenden Flamme von hoher Temperatur und einer benachbarten Behandlungszone mit regulierbarer Atmosphäre.

Bei dem erfindungsgemäßen Öfen kann die mit der zu erhitzenden Substanz in Berührung stehende Atmosphäre leicht geregelt werden, so daß im η wahlweise eine reduzierende, neutrale oder oxydierende Atmosphäre bei nur geringem Wärmeverlust und mit sehr gutem Wirkungsgrad herstellen kann.

Bei den bekannten Heizöfen wurde die darin befindliche Substanz mit einer oxydierenden Flamme von hoher Temperatur erhitzt. In diesem Fall ist die in Berührung mit der Substanz befindliche Atmosphäre zwangläufig oxydierend, so daß der so erhitzte Körper gegebenenfalls selbst oxydiert wird. Andererseits gibt es verschiedene Verfahren, bei welchen das Erhitzen mit einer reduzierenden Flamme unter gleichzeitiger Reduktion des zu erhitzenden Körpers, wie beim Verfahren der Steel Company of Canada-Lurge. ausgeführt wird. Dieses Verfahren arbeitet mit einem schwach geneigten Doppelschachtofen, bei welchem der Außenzylinder als Heizzone mit einer oxydierenden Flamme von hoher Temperatur beheizt wird und das zu erhitzende Material in einem inneren

ίο Zylinder von oben nach unten wandert und durch im Gegenstrom eingebettetes Reduktionsgas in der Hitze reduziert wird. Bei anderen Verfahren weiden ein elektrischer Ofen, ein Strahlungsröhren-Rafnnierofen. ein Muffelofen oder ähnliche Vorrichtungen angewendet.

Falls eine Substanz in oxydierender Atmosphäre erhitzt werden soll, so bictei dies bei Anwendung einer oxydierenden Flamme von hoher Temperatur keine Schwierigkeiten. Falls jedoch eine Substanz in neutraler oder reduzierender Atmosphäre erhitzt werden soll, ist die Regul'erung der Atmosphäre schwierig. Wenn das Erhitzen in reduzierender Atmosphäre ausgeführt werden soll, muß man beispielsweise eine reduzierende Flamme von niedriger Temperatur anwenden. Es ist unmöglich, eine Substanz in einem Doppelschachtofen, einem Strahlungsröhren-Heizofen oder einem Muffelofen od. dgl. auf sehr hohe Temperatur zu erhitzen, da das Erhitzen hierbei durch die Ofen wände oder die inneren Röhren hindurch erfolgen muß. Der thermische Wirkungsgrad wird also herabgesetzt.

In der deutschen Patentschrift 513 458 ist ein Verfahren zum Betrieb mittelbar beheizter keramischer Tunnelofen beschrieben. Wie sich aus F i g. 1 und 2 dieser Patentschrift ergibt, wird das von einem Brenner (fe) erzeugte Verbrennungsgas in die Leitung It) überführt und durch die Abgasöffnung (r) ausgetragen. Die zu erhitzenden Substanzen werden in gegenläufiger Richtung zur Strömungsrichtung des Gases mit Hilfe von Rädern 1 bis 14 bew-.gt. wobei sie von einer regulierten Gasatmosphärc bedeckt sind und indirekt durch die Trennungswand (d) erhitzt werden, welche keine Löcher od. dgl. aufweist. Im Gegensatz hierzu weist die Trennungswand gemäß der Erfindung Löcher auf, um die direkte Erhitzung der Substanzen zu erleichtern.

In der deutschen Patentschrift 181 575 ist ein Ausglühofen beschrieben. Die Trennwand dieses Ausglühofens weist keine Löcher auf. durch welche das Gas hindurchzugehen vermag. Dieser Ausglübofen unterscheidet sich daher grundsätzlich von der Erfindung.

In der deutschen Patentschrift 319 440 ist ein Tunnelofen beschrieben. Bei diesem bekannter. Ofen sind die einzelnen öfen durch Röhren miteinander verbunden, um d'.j Wärme wirksam auszunutzen.

In der deutschen Patentschrift 931 725 ist ein Durch

laufofen zur Wärmebehandlung von Glas-, Email'e-, Keramik- oder Metallgegenständen beschrieben.

Gemäß dieser Patentschrift werden die zu erhitzenden Substanzen von oben und unten erhitzt, wobei jedoch die Trennwand keine Löcher für den Gasdurchlaß aufweist.

In der USA.-Patentschrift 1 911 089 ist ein Tunnelofen beschrieben. Gemäß F i g. 1 und 2 dieser Patentschrift wird das Verbrennungsgas durch zwei Kanäle hindurchgeleitet, zwischen welchen jedoch keine Löcher zum Hindurchleiten von Gas vorhanden sind.

In der USA.-Patentschrift 1 965 832 ist ein Tunnelofen beschrieben, welcher mit einer Verbrennungszone im Mittelteil versehen ist, wobei Flächen für die zu erhitzenden Substanzen an beiden Seiten der Verbrennungszone vorhanden sind, sowie Stauplatten zum Trennen der beiden Flächen. Die Wärme aus der Verbrennungszone wird durch Strahlung auf die zu erhitzenden Substanzen übertragen. Die Stcuplatten weisen jedoch keine Löcher zum Hinüurchströmen von Gas auf.

Erfindungsgemäß gelang es. den Wirkungsgrad eines Strahlungsheizofens wesentlich zu verbessern. Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Strahlungsheizofens besteht dann, daß die Heizzone und die Behandlungszone durch ein netzförmiges Glied oder eine gasdurchlässige hitzebeständige Platte voneinander getrennt sind und daß die Behandlungszone mit einer Vorrichtung zum Zuführen eines die Atmosphäre regelnden Gase·* versehen ist

Es bestand also ein Bedarf nach einem Ofen, bei welchem eine Substanz leicht auf ho';e Temperatur erhitzt werden kann und gleichzeitig eine Regulierung der Atmosphäre möglich wird. Durch die Trennung des Verbrennungsraumes und des Raums für die einstellbare oder regulierbare Atmosphäre durch ein netzförmiges Glied oder eine gasdurchlässige hitzebe^tändige Platte kann das zu erhitzende Material auf hohe Temperatur gebracht und gleichzeitig die umgebende Atmosphäre leicht in gewünschter Richtung reguliert werden.

Die Erfindung soll nun an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden. Es bedeutet

F i g. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen, kontinuierlich arbeitenden Heizofens, teilweise im Schnitt.

F i g. 2 eine Teilansicht eines Heizofens Tür eine reduzierende Atmosphäre,

F i g. 3A und 3 B eine Schnittansicht und eine Vorderansicht eines als Versuchsbeispiel verwendeten Ofens und

F i g. 4 eine perspektivische Ansicht, teilweise im Schnitt einer anderen Ausführungsform eines kontinuierlichen Heizofens.

F i g. 1 stellt ein Beispiel fur einen kontinuierlichen Heizofen dar. Im oberen Teil des Ofens sind eine entsprechende Anzahl Brenner 1 angebracht und bilden eine Verbrennungszone 2, in welcher eine oxydierende Flamme von hoher Temperatur erzeugt wird. Die zu erhitzende Substanz wird kontinuierlich auf einer Fördervorrichtung 4 vom Typ eines Förderbands fortbewegt. Eine Regulierzone " für die Atmosphäre befindet sich über der zu erhitzenden Substanz, und das für diese Atmosphäre erforderliche Gas wird langsam aus einem regulierbaren Gaseinlaß 6 zugeführt. Zwischen der oxydierenden Flamme und dem die Atmosphäre regelnden Gas, also zwischen der Verbrennungszone 2 und der Regelzone 5 für die Atmosphäre, befindet sich eine Trennwand aus einem netzförmigen Glied 7 oder einer durchlassen oder halbdurchlässigen hitzebeständigen Platte. Für dieses netzförmige Glied kann ein Drahtgewebe aus Nickelchromdraht, Kanthaidraht oder WolframdrahL verwendet werden; für die hitzebeständige Platte kann ίο ein hitzefesies Glas, wie Quarzglas, verwendet werden. 8 bedeutet einen Wärmeaustauscher zwischen dem Ofen und einem mit einer Drosselklappe 9 versehenem Auslaßteii. in welchem das wärmeabgebende Material zum Vorerhitzen der Verbrennungsluft verwendet wird. Durch die oben beschriebene Anwendung des netzförm.gen Glieds od. dgl. kann die oxydierende Flamme und die Strahlungswärme der Innenwand des Ofens wirksam zum Erhitzen einer Substanz ausgenutzt werden, ohne daß eine Absorption durch die Wand erfolgt. Falls gasförmiges CU₂ als reduzierende Atmosphäre verwendet wird, verbrennt Kohlenmonoxid an den Metallmaschen auf Grund einer beschleunigenden Wirkung des netzförmigen Glieds, falls der Druck in dem Ofen entsprechend eingestellt wird: das die Atmosphäre regelnde Gas kann wirksam zum Erhitzen des kalten Materials verwendet werden. F i g. 2 gibi die reduzierende Atmosphäre 10 wieder, welche übei" der /u erhitzenden Substanz 3 aufrechterhalten wird und an dem netzförmigen Glied 7 brennt. Eine katalytisch wirkende Substanz kann ebenfalls zum Beschleunigen der Verbrennung an dem netzförmigen Glied 7 angewendet werden.

Bei dem in F i g. 3 dargestellten Ofen wurde ein Bunsenbrenner 11 an der einen Ofenseite angebracht und mit Koksgas betrieben und so die obere Verbrennungszone 2 beheizt. In die untere Zone unter dem netzförmigen Glied 7 wurde ICoksgas der in Tabelle 1 aufgeführten Zusammensetzung als Gas 12 zum Regulieren der Atmosphäre eingeblasen. Proben des Gases 12 wurden aus der unteren Zone für Analysenzwecke über ein zur Entnahme von Proben bestimmtes Rohr Ij abgezogen. Die Ergebnisse der Analyse sind in Tabelle 2 aufgeführt. 14 bedeutet ein zweites Luftzufuhrungsrohr und 15 einen Kamin oder ein Auslaßrohr.

Tabelle 1

	0,	CO	ammensct7ung. °	H.	Q	N, I
co.	0.2	5,9	CH₃	53.6	1,6
2.4		32,5

Kohlenwassers tofr

3.8

	CO,
Nr 1	7.00 6,40
Nr. 2

CO

6.25 6.25

Tabelle 2

8.70 9.40 H,

24.40

N,

50.05

C_:H.

1.30
1,80

C,H„ u.a.

1.52
1.60

Bei dieser Ausführungsform wird der Druck in dem 65 man eine reduzierende Atmosphäre in der unteren

Ofen nicht reguliert und die Menge des eingeblasencn Zone unter dem netzförmigen Glied ohne weiteres

Gases nicht cingesicllt. um die Atmosphäre zu resuilie- durch Einblasen eines reduzierenden Gases aufrecht-

ren. Aus diesen Ergebnissen ergibt sich jedoch, daß erhalten kann. Sehr bemerkenswert ist bei diesem

Beispiel, daß der WasserstofTgehalt des in den Ofen singeblasenen Koksgases beträchtlich abnimmt. Ein Element mit hoher Verbrennungsgeschwindigkeit, wie Wasserstoff, scheint an einem netzförmigen Glied oder in der Verbrennungszone leicht zu brennen, so daß die Zusammensetzung des die Atmosphäre regelnden Gases sich von der Zusammensetzung des eingeblasenen Gases etwas unterscheidet. Aus diesem Grund unterscheidet sich die Atmosphäre mehr oder weniger von derjenigen eines Ofens mit geregelter Atmosphäre. in welchem Trennwäde oder Strahlungsröhren verwendet werden; der beabsichtigte Zweck der Erfindung wird jedoch trotzdem erreicht.

Fig. 4 gibt eine andere Ausführungsform wieder, bei welcher das Verfahren gemäß der Erfindung bei einem Heizofen für kontinuierlichen Betrieb oder einem Wärmebehandlungsofen eines anderen Typs angewandt wird. Ein zylindrisches, netzförmiges Glied 7 ist im Zentralteil des zylindrischen Ofenkörpers angebracht. Zwischen der Ofenwand und dem netzförmigen Glied befindet sich die Verbrennungszone 2. und die zu erhitzende Substanz 3 kann von außen durch die Zone 5 mit geregelter Atmosphäre im Innern des netzförmigen Glieds 7 bewegt werden.

Bei der Erfindung erfolgt die Beheizung in oben beschriebener Weise mit einer oxydierenden Flamme von hoher Temperatur. Da die Atmosphäre, in welcher

die Substanz erhitzt werden soll, leicht auf einen bestimmten Wert eingestellt werden kann, kann man die Strahlungswärme der Ofenwand und der Flamme ohne einen bei der Zuführung auftretenden Wärmeverlust wirksam ausnutzen und die zu erhitzende Substanz gleichzeitig reduzieren, neutral halten oder oxydieren. Auf diese Weise kann ein wirksames Erhitzen bei höherer Temperatur ausgeführt werden, ohne daß eine teure Anlage erforderlich ist.

Die Erfindung kann bei vielen Heizöfen angewandt werden, wie bei Reduzieröfen für kontinuierlichen Betrieb. Raffinier- und Glühofen für Erze, Koks und stückige Kontaktkörper; Heiz- oder Wärmöfen für Stahl oder Knüppel, oder Schmelzofen für Metalle usw. Vor dem Auslaß sind vorzugsweise Wärmeaustauscher angebracht.

Die Kombination von Auslaß und Wärmeaustauscher ermöglicht eine Regelung der in den Ofen eingezogenen äußeren Atmosphäre durch Druckregelung innerhalb des Ofens und ermöglicht ferner eine wirksame Ausnutzung der ausgestoßenen Wärme.

Die Erfindung kann auch bei verschiedenen atmosphärischen öfen, wie Heiz- oder Schmelzofen für diskontinuierlichen Betrieb, waagrechte Wärmebehandlungsöfen. Heizöfen vom Rotationsherdtyp, vertikale Heiz- oder Schmelzofen, Heiz- oder Schmelzofen mit Trennwänden usw., angewandt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:"

1. Strahlungsheizofen, bei welchem die Zusammensetzung der die zu erhitzende Substanz umgebenden Atmosphäre regelbar ist. bestehend aus einer Heizzone mit einer oxydierenden Flamme von hoher Temperatur und einer benachbarten Behandlungszone mit regulierbarer Atmosphäre, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizzone (2) und die Behandlungszone (5) durch ein netzförmiges Glied oder eine gasdurchlässige hitzebeständige Platte (7) voneinander getrennt sind und daß die E'-ehandlungszone mit einer Vorrichtung (6) zum Zuführen eines die Atmosphäre regelnden Gases versehen ist.

2. Ofen nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß (Ii katahtisches Material auf dem netzförmigen Glied (7) vorhanden ist. welches die Verbrennung des zum Regeln der Behandlungsatmosphäre verwendeten Gases beschleunigt.

3. Ofen nach den Ansprüchen 1 und 2. dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckregelvornchtung am Auslaß der Heizzone (2) ■· orgesehen ist.

4. Ofen nach den Ansprüchen 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmeaustauscher (8) zwischen der Heizzone (2) und dem Auslaß für die Atmosphäre vorgesehen ist.

5. Ofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeLnnet, daß das netzförmige Glied (7) aus Draht besteht.

6. Ofen nach den Anspruch, η I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gasdurchlässige hitzebey'.ändige Platte (7) aus einem hitzebeständigen Glas besteht.

7. Ofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das die Atmosphäre in der Behandlungszone (5) regelnde Gas aus Koksgas besteht.

8. Ofen nach den Ansprüchen 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß das die Atmosphäre in der Behandlungszone (5) regelnde Gas aus Kohlenmonoxid besteht.