DE2009761A1

DE2009761A1 - Ofen mit Umwalzbeheizung

Info

Publication number: DE2009761A1
Application number: DE19702009761
Authority: DE
Inventors: Rudiger Dipl Ing Dr 4040 Neuss P Knaak
Original assignee: Koppers Wistra Ofenbau GmbH
Current assignee: Koppers Wistra Ofenbau GmbH
Priority date: 1970-03-03
Filing date: 1970-03-03
Publication date: 1971-09-30
Also published as: JPS4837490B1; US3795478A; US3726515A; FR2083823A5; DE2009761B2; GB1282231A

Description

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Essen, 27. Febr. 197^

IT 4382 /W PA To/kr

Koppers-Wistra-Ofenbau Gesellschaft mit beschränkter Haftung,· 4000 Düsseldorf-Heerdt, Wiesenstrasse 134 _____

Ofen.mit Umwälzbeheizung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Ofen mit Umwälzbeheizung. .-."■■

Bei öfen zum Erwärmen von metallischen oder son st igen Gütern kommt es im allgemeinen darauf an, daß die Werkstücke möglichst £l9icir^ßig erwärmt werden. Dj es ist unter anderem wichtig für die Erzielung gleichmäßiger Materialeigenschaften nach Wärmebehandlungs- und Brennprozessen, weiter zur Erzielung gleichmäßiger Eigenschaften bei der' Warmverformung und schließlich zur Begrenzung von Värmespannungen im " ärmgut. . ~ ν . "■ "

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Die Temperaturverteilung im Wärmgut_■ hängt vom Ofen und seiner Beheizungseinrichtmg, der Art des Wärmgutes und . seiner Anordnung im Ofen sowie von der Aufheiz- und Abkühlgeachwindigkeit ab.

Ein bewährtes Mittel zur Vergleichmäßigung der Ofen und Wärmguttemperaturen ist es, die Qfenatmosphäre mittels eines Umwälzgebläses abzusaugen und ,an ge eigneten Stellen

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wieder in den Ofenraum eintreten zu lassen. Diese Einrichtung ist jedoch in Anschaffungs- und Betriebskosten aufwendig und außerdem bei höheren Temperaturen nj cht verwendbar. Bei geringeren Ansprüchen an die Temperaturgleichmäßigkeit genügt es, in den Ofenwändea eine größere Anzahl Brenner anzuordnen, die dann je nach dem örtlichen Wärmebedarf individuell eingestellt werden. Insbesondere bei größerer Ofenbreite und bei geringerer Wärmeleistung der Brenner, d. h. bei kurzem Plamaienimpuls, macht sich bei dieser Bauart der thermische Auftrieb der heißeren Brennerstrahlen bemerkbar, 30 daß die heißen Eauohgase die Tendenz zeigen, an den Wänden emporzusteigen, um sich unter der Ofendecke zu sammeln. Der Ofen wird dabei oben heißer als unten, so daß diese Lösung höheren Ansprüchen an die Temperaturgleichmäßigkeit im allgemeinen nicht genügt.

Eine wesentliche Verbesserung erzielte man durch die Verwendung von Hochgeschwindigkeitsbrennern, die ihre Rauchgase bereits in weitgehend ausgebranntem Zustand und mit hoher Geschwindigkeit in den Ofenraum treten lassen. Der starke Impuls des den Hochgeechwindi^keitsbrenner verlassenden Rauchgasstrahles bewirkt eine Durchmischung und Durchwirbelung der Ofenatmosphäre.

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Durch diese Durciimischung xirid Durchwirbelung werden die Temperaturen der Rauchgase im gesamten Öfen vergleichmäßigt. Die heißen Rauchgase geben ihre Wärme durch Konvektion, bei höheren Temperaturen aber vorwiegend durch direkte und indirekte Strahlung, an das Wärmgut ab. Gleichmäßige Rauchgastemperaturen bewirken also gleichmäßige Wärmeübergabe an das --Wärmgut und damit auch gleichmäßige Wärmgut temperatur en. Die Anordnung der Brenner ist dabei an sich beliebig. Aus der Forderung, daß der mit hoher Geschwindigkeit aus dem Brenner tretende und relativ weitreichende Rauchgasstrom nicht auf das Vlärmgut direkt auftreten soll, ergibt sich allerdings, daß die Brenner dabei bevorzugt so angeordnet werden, daß ihr Strahl sich entlang einer Öfenbegrenzung , entwickelt. Vielfach werden in den Seitenwänden des Ofens ;je eine Brennerreihe'angeordnet, deren Strahl sich horizontal und in geringem Abstand über dem Herd entwickelt. Das Wärmgut darf dabei die Brennerstrahlentv/icklung nicht behindern. Bei langgestreckten und großflächigen Stücken muß das Wärmgut daher unter⁵Zwischenschaltung von Stütabrammen in genügend großem Abstand rom Herd gelagert werden. Die Brenner werden häufig auch in Bänken neben dem Herd so eingebaut, daß sich-der Brennerstrahl senkrecht nach oben an den Qfenseitenwänden entlang entwickelt. In Sonderfällen und bei besonders großen Öfen werden auch

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zusätzliche Brenne! vorgesehen, deren Strahl aicn hurizontal unter der Ofendecke entlang entwickelt.

Bei geringer werdendem Wärmebedarf wird der Impuls des Brennerstrahles entsprechend kleiner. Die vergleichmäßigende Wirkung des Hochgeschwindigkeitsbrenners geht also um 00 mehr verloren, je kleiaer der Brenner gestellt wird. Diesen Nachteil vermeidet man, wenn man die Temperaturregelung durch eine Ein-/ Aus-Schaltung der Brenner vornimmt.

Die Brenner können dabei so angeordnet sein, daß ihre Brennerstrahlen mehr oder weniger gegeneinander gerichtet sind. Sie können aber auch jeweils auf Lücke zu den in der gegenüberliegenden Wand angeordneten Brennern eingebaut werden. Beide Anordnungen unterscheiden sich deshalb nicht wesentlich, weil der Brennerstrahl mit der Entfernung vom Brennerraund die bekannte erhebliche Ausweitung durch Ansaugung der umgebenden Atmosphäre erfährt. Dadurch laufen die Brenner in einigem Abstand von der Wand ohnehin ineinander.

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Die Durciuaischuiig' und Duxchwirbelung der Rauchgase und insbesondere die ümwälsung können in bestimmten Fallen dadurch wesentlich verbessert werden, daß man die Brenner so anordnet, daß der Impuls der Brennerstrahlen gleichsinnig die Erzeugung einer dotations-Strömung, der Rauchgase im Ofenrauai, d. h. die Bildung einer Wirbelwalze bewirkt. Die Möglichkeit, 'mit dieser Methode Terbesserungen in der Teinperaturgleichiaäßigiieit zu erzielen, ist ™

jedoch aus verschiedenen Gründen in der Praxis auf bestimmte Anwendungsfälle beschränkt, (z.B. sogenannte Schachtofen, in denen ein. längerer Zylinder mit senkrechter Achse in einem ebenso zylindrischen Ofengehäuse erwärmt wird. Hierbei ist gute Uniströutung des Werkstückes bei voller Symmetrie der Eeheiaung möglich.) Im allgemeinen jedoch läßt die Unsymmetrie des Ofenkörpers und die unsymmetrische Anordnung der Werkstücke"im Ofen sowie die erschwerte ümspülungsmöglichiteit des Werkstückes durch · (|

die Rauchgase die Verwendung einer nur in einer Richtung umlaufende Wirbelwalze--der Rauchgase nicht zu. Beispielsweiae bedingt beim Kammer- oder Herdwagenofen die verschiedene Qualität der Ausmauerung von Herd- und Ofenwand, vor allem aber die Anordnung des Wärmgutes auf dem Herd,

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die Unsymmetrie. Dies gilt auch, wenn das Wärmgux nicht direkt auf dcia Herd, sondern auf zwischengeachobenen Brammen gelagert wird. Dabei ist zu berücksichtigen, daß Form und Größe der Werkstücke stark variieren. Ea beateLt insbesondere die Gefahr, daß die Brenner, die zur Erzielung einer Wirbelwalze von einer Seite her ihren Strahl über den Herd bzw. zv/iechen Herd und Wärmgut richten, das V'ärmgut von unten her nicht auf den beiden Ofenseiten gl ei comaJi^ erv/j'.rjien.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Tempera turgl ei chmäßigke it durch eine den Ofenrauni ausfüllende V.'irbelv/aize auch bei den üblichen öfen zu ermöglichen. Dica geacnisht erfincungcgemäß dadurch, daß die in den Begrenzungen des Ofenrauiues angeordneten Brenner so in Gruppen sunaauaengefaßt sind, daß der Impuls der aus den Brennern auotretendon Plammen bzv. Rauchgaastrahlen gleichsinnig eine den Ofenraum ausfüllende Wlrbelv/alze erseugt wobei die eine Brennergruppe eine rechtsdrehende, die andere eine linkcdrehende i/irbelwalze erzeugt und wobei jeweils nur eine Brennergruppe pro Regelzone des Jfens eingeschaltet ist, und dia Brennergruppen nacheinander zum Einnatz kommen.

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Ζ'ι.2. UlQ ^:~

- '■''■ 'Sen eiü'-n so] eher Ofen arn Peieptc-l eiUGβ Herdwagenofrns. Dabei bezeichnet 1 das Ofengehäuse, 2 den Herdwagen ciit seinen Rädern 3, 4 das zylindrische V .rkstück, das auf" Brains en 5 hohl gelagert ist. Der '-Ofen vird j-it einer lirücen■ .Brennerreihe 6 und einer ■ rechtbangeordneten Frennerreahe 7 boheiat. In 3einer Längsrichtung, d. h. in Terfahrrichtung des Herdwagens, kann der Ofen eine .τ-ehr oder weniger große Erstrecicung haben =

und in.mehrere Zonen für die Temperaturregelung eingeteilt sein. In Abbildung 1 deuten Pfeile an, daß die" linke Brernisrreihe in Betrieb iat und eine linksdrehende . . ".-Virbelwalz-e erzeugt, die das V«^i;rnigut umspült und den Qfeiiraua ausfüllt. In Abbildung 2 ist dagegen umgekehrt die rechte Br-ermerreihe in Betrieb, wodurch eine lacht he..umdrehende Wirbelwalze erzeugt v:ird.

In we'terer Ausbildung der Erfindung v,^rird vorgeschlagen. (|

daß die Brenner als HochgeBchwindigkeitsbrenner ausgetilüfct sind, bei denen uie Rauchgase den Brenner mit c-lner Geschwindigkeit von mehr als 50 rn/Sek. verlassen.

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Ebenfalls wird weiter vorgeschlagen, daß die Temperaturregelung durch Ein- und Ausschalten der Brenner erfolgt.

Abbildung 3 zeigt ebenfalls einen Herdwagenofen, bei dem die in den Seitenwänden angeordneten Brenner β durch Brenner 9 ergänzt werden, die in Bänken neben dem Herdwagen angeordnet sind und ihre Brennerstrahlen nach oben entlassen. Hier sind die zu einer Gruppe zusammengefaßten Brenner in der linken Seitenwand und in der rechten Brennerbank eingeschaltet, so daß wie mit den Pfeilen angedeutet - eine linkeherumdrehende Wirbelwalze erzeugt wird. Im Bild 4 sind dagegen die anderen beiden zu einer Gruppe zusammengefaßten Brennerreihen eingeschaltet, so daß eine entgegengesetzte, also rechtsherumdrehende Wirbelwalze erzeugt wird.

In Abbildung 5 und 6 sind die gleichen Verhältnisse noch einmal dargestellt, wobei jedoch auch noch unterhalb der Ofendecke in Jeder Seitenwand eine Brennerreihe angeordnet ist. Diese beiden zusätzlichen Brennerreihen sind wieder jeweils so den Gruppen zugeordnet, daß alle Brenner entweder eine rechtedrehende oder eine linicsdrehende Wirbelwalze

erzeugen.

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gpΘΐv;e Zucs^i^jM^ifusiiuiit, der Brenner ώα-Γΰό^ϊ.icht die ErfinuUXi^ die IiIIuang einer Wirbelv/alze, die ale Rauchgase lot ganzen Ofen erfaßt und für einen

goi· ia.ut> üei UxitäyiüiiteIx'i« VJii, OXeij. uxid viäx'üi—

au;³, Λίβ Βα.'βχΐΛ6Γ jaaGU'-vjn.uider durch ihre gruppenweise '

Sugc-LOuK-jnfasttanä eine rs eilt öüjl» eilende- und abv/echaelnd: __ .-

eine linksar.eliende Uirbelwalze. erzeugeü.

Hifi ?ireim.jr könii^n dabei "aucii so a vz-rden, claß -rirLelv/ai^on iait verschiedenen im Rama

l'l^^ertdfcai itotationsacHaKU erzeugt werden. ..

Vi'Lxd uir₅ Teuiperatur.c-ti^fclu.ii^ des Of en«. durch Ein- und AuBschal"fcen der Brenner b-ä-z/ii-it und ist der Ofen in luehi'öi'e iiiivUeceinandyi-iiegönde TeiiiperatuTrögeliioneu oilü, uu'kann ea vlrkOMuen, da-ΐ in der einen

e eine reclitsdrehende, in der folgenden Temperatur-regelzüiie eine linksdrehende Wirbelwalae ei'äeugt wird. Die evtl.. entgegengesetzt drehenden Wirbelwali2en benachbarter Regelaonen Btörexi aich

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JCr, vird daher ve lter vorgeschlagen, daß die Auswahl der üu.:; .Einsatz kom^icndon Preimergruppcn aller riGgdzonen des Ofans von einer Schaltuhr so vorgenommen wird, daß viihrar^i einec 1;·οctilj-Ίϊcn SoitiKtcrvailiJ jo;.^rcilr. die Gruppen ulljr Zonen nur Liiiccfc^lti^a^ durc^i die TQ^pzra,-turre/iclung freigegeben v/ertirn, die cijig gleiche innige l^irbclv/alsc er Beugen, und riuß dio Schaltuhr jewoiln nach .■ltC-.iuf deo Intervalls umschaltet, üo daß in allen Zonen die eine entgegengesetzt drehende Virbclv/alze erzeugender. Brennerg rippen S3ur Einschaltung durch die Temperalurreg^lunf; freigegeben v^erdon.

lit»:' vision Cfer: "ln.dert nioh der V.rl.nnetcdarf ,Ic Zeiteinheit ia Botrieb in weiten Grenzen. Beispielsweise uird ..ährer.d dc3 Aufhcizvorgungec eine hohe Wärmeleistung, während, der annchl.ie3enden Warmhaltens und Auagleiches jedoch nur noch eine kleine V/äruioloietung benötigt. CcrB.de \/i'J:rend die&er Ausgleichszeit ist aber eine gute Temperaturgieichmäßiglceit besonders wichtig.

3ei stetiger Regelung nimüit jedoch der Brenner impuls mit dem Abregein der Brenner im gleichen Maße ab,-während bei der Temperaturregelung durch Ein- und Aus-

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schalten der Brenner mit kleiner werdendem Wärmebedarf das Verhältnis von Einachalt- zu Ausschaltzeit immer ungünstiger wird. '

3a wird daher weiter vorgeschlagen, daß die Brennergruppen bei großem W.^Hrnebedarf gleichzeitig, bei geringerem Wärmebedarf aber in den die Wirbelwalzen erzeugenden Gruppen betrieben werden.

Claims

Patentansprüche

1) Ofen zum Erwärmen und zur Wärmebehandlung mit mehreren, in den Begrenzungen des Ofenraumes angeordneten Brennern, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenner so in Gruppen zusammengefaßt sind, daß der Impuls der aus den Brennern austretenden Flammen bzw. Rauchgasstrahlen gleichsinnig eine den Ofenraum ausfüllende Wirbelwalze erzeugt wobei die eine Brennergruppe eine rechtsdrehende, die andere eine linksdrehende Wirbelwalze erzeugt, wobei jeweils nur eine Brennergruppe pro Regelzone des Ofens eingeschaltet ist und die Brennergruppen nacheinander zum Einsatz kommen.

2) Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenner als Hochgeschwindigkeitsbrenner ausgebildet sind, bei denen die Rauchgase mit einer Geschwindigkeit von mehr als 50 in/Sek. den Brenner verlassen.

3) Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturregelung durch Ein- und Ausschalten der Brenner erfolgt.

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4) Ofen nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahl der zum Einsatz kommenden Brennergruppen aller Regelzonen des Ofens von einer Schaltuhr so vorgenoramen v^ird, dan während eines bestimmten Zeitintervalle"jeweils die Gruppen aller 3 on en zur Einschaltung durch die !Temperaturregelung

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freigegeben werden, die eine gleichsinnige Wirbelwalze erzeugen und die Schaltuhr_;jeweils nach Ablauf des-" Intervalls -urne ehalt et, so daß in allen Zonen die eine entgegengesetzt drehende Wirbelwälze "erzeugenden. Brennergruppen' zur. Einschaltung durch di-G Temperaturregelung freigegeben werden.

5) Ofen nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennergruppen wahlweise, auch gleichzeitig batrieben v/erden können.

6) Ofen nach:Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß · die Brennergruppen bei großem Wärmebedarf gleichzeitig, bei geringerem Wärmebedarf in den die V.'irbelwalze erzeugenden Gruppen betrieben werden.

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