DE2054608A1

DE2054608A1 - Verfahren zum Erhitzen von Metall teilen, insbesondere Stahlblocken o dgl in Warmofen, insbesondere Tiefofen, und Brenneranordnung zur Durchfuhrung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2054608A1
Application number: DE19702054608
Authority: DE
Inventors: Carlo Dr Tormch Fulvio Dr Genua Pere (Italien)
Original assignee: IMPIANTI SpA SOC IT
Current assignee: IMPIANTI SpA SOC IT
Priority date: 1969-11-15
Filing date: 1970-11-06
Publication date: 1971-05-27
Also published as: US3689041A; LU62061A1; CA943761A; DE2054608B2; NL7016702A; DE2054608C3; BE758886A; FR2069232A5; GB1329578A

Description

DR.ING.H.STURIES ^LÖ

PATENTANWALT

WUPPEP T,--L - ELBERPELD - _Λ - . _ _{Λ Λ}

MORlAiMSTJi. 10 TEL 446271 2 0 O 4 6 U Q

SOCIETA' ITALIAKA IMPIANTI S,ρ.Α.. in Genua (Italien).

"Verfahren zum Erhitzen von Metallteilen, insbesondere Stahlblöcken od. dgl. in Wärmöfen, insbesondere Tiefofen, und Brenneranordnung zur Durchführung des Verfahrens".

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erhitzen von Metallteilen, insbesondere Stahlblöcken od.dgl. in Wärmöfen, insbesondere Tieföfen, wobei der Ofenraum mit Hilfe einer Brenneranordnung durch Zufßhrung von Brennstoff und Verbrennungsluft in geeignet geregeltem Verhältnis bei möglichst gleichmässiger, insbesondere durch starke Turbulenz der Verbrennungsgase erzielter Temperaturverteilung im Ofenraum beheizt wird und der Heijsvorgang

109822/1212

aus einer Aufheizperiode, in der die Brenneranordnung praktisch mit voller Leistung arbeitet, und einer an-Bchliessenden Durchwärmungsperiode, in der die Brenneranordnung durch Herabsetzung der Gesamtzufuhrmenge an Brennstoff und Verbrennungsluft bei Beibehaltung des selben Verhältnisses mit verringerter Leistung arbeitet, besteht.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren dieser Art zu entwickeln, das die Gesamtwärmzeit herabsetzt, einen wirtschaftlichen Betrieb des Wärmofens bzw. des Tie-fofens ermöglicht und in Verbindung mit einer allgemeinen Leistungserhöhung der Ofenanlage eine einwandfreie, gleichmässige Durchwärmung des Ofeneinsatzes auf die gewünschte, möglichst genaue Endtemperatur, z.B. Walztemperatur gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass in der Aufheizperiode die Ofenraumwandungen auf eine Temperatur erwärmt werden, die höher liegt als die höchst zulässige Oberflächentemperatur des Ofeneinsatzes, und dass zumindest im Anfangsabschnitt der anschliessenden Durchwärmungsperiode die Einlaufgeschwindigkeit des Brennstoffs und der Verbrennungsluft in den Ofenraum so weit erhöht wird, dass die Turbulenz und die Verteilungsgleichmässigkeit der Verbrennungsgase im Ofenraum zumindest unverändert bleiben bzw. erhöht werden.

Mit dem erf^ndungsgemässen Verfahren werden also die Ofenraumwandungen zunächst, d.h. in der Aufheizperiode bei

109822/121 2

praktisch mit voller Leistung arbeitender Brenneranordnung auf eine Temperatur erwärmt, die höher liegt als die höchst zulässige Oberflächentemperatur des Ofeneinsatzes d.h. als die Temperatur, bei der z.B. die Oberflächen der Stahlblöoke zu schmelzen beginnen. Dadurch wird in den Ofenraumwandungen Wärme hoher Temperatur gespeichert, während gleichzeitig der noch vernaltnismässig kalte Ofeneinsatz schnell und wirksam von den heissen Verbrennungsgasen erwärmt wird. Die Brenneranordnung ist dabei so ausgebildet und ausgelegt, bzw. wird derart betrieben, dass im ganzen Ofenraum insbesondere durch eine hohe Turbulenz der Verbrennungsgase eine möglichst gleichförmige Temperaturverteilung erzielt wird. Das Brennstoff-Verbrennungsluft-VerhSltnis weist dabei einen bestimmten, gttnstigen, den jeweiligen Erfordernissen angepassten Wert auf. In der anschliessenden Durchwärmungsperiode wird die Leistung der Brenneranordnung durch Drosselung der Gesamtzufuhrmenge an Brennstoff und Verbrennungsluft bei Beibehaltung des selben Brennstoff- -Verbrennungsluft-Verhältnisses herabgesetzt. Dadurch wird einerseits die Wärmezufuhr durch die Brenneranordnung und andererseits das Volumen der erzeugten Verbrennungsgase entsprechend herabgesetzt. Infolgedessen geben nun die während der Aufheizperiode auf eine höhere Temperatur als die höchst zulässige Oberflächentemperatur des Ofeneinsatzee überhitzten Ofenraumwandungen ihre aufgespeicherte Wärme an den Ofeneinsatz ab und gewährleisten dadurch auch bei der jetzt gedrosselten Leistung der Brenneranordnung die zur Durchwärmung dos Ofeneinsatzes noch erforderliche Wärmezufuhr. Gleichzeitig wird die Einlaufgeschwindigkeit dee

109822/1212

Brennstoffs und der Verbrennungsluft in den Ofenraum so weit erhöht, dass die Turbulenz der heissen Verbrennungegase im Ofenraum auch bei dem jetzt herabgesetzten Volumen der Verbrennungsgase praktisch unverändert wie in der Aufheizperiode aufrechterhalten bzw. eventuell sogar noch verstärkt wird. Dadurch wird einerseits im gesamten Ofenraum trotz der verminderten Leistung der Brenneranordnung die selbe, möglichst gleichförmige Temperaturverteilung beibehalten. Andererseits wird dadurch auch die übertragung der in den Ofenraumwandungen gespeicherten Wärme auf den Ofeneinsatz gefördert, beschleunigt und vergleichmSssigt, da der Wärmeübergang auch bzw. vorwiegend durch Konvektion und nicht nur durch reine Strahlung erfolgt. Ale Endergebnis wird ein sehr schnelles und gleiehmässiges Erhitzen des Ofeneinsatzes in Verbindung mit einem besonders wirtschaftlichen Betrieb der Brenneranordnung bzw. der Ofenanlage erzielt·

Als Brennstoff zur Durchführung des erfindungegemässen Verfahrens kann ein beliebiger gasförmiger Brennstoff, z.B. Generatorgas, Hochofengas, Koksofengas und dgl., oder ein beliebiger, flüssiger bzw. fester, jedoch in einen gasförmigen oder gasähnlichen Zustand Oberführbarer Brennstoff, z.B. ein zerstäubter bzw. vergaster flüssiger Brennstoff oder ein Kohlenpulver-Luft-Gemisch und dgl. benutzt werden.

Die Einlauf geschwindigkeit des Brennstoffs und der Verbrennungsluft In den Ofenraum kann sowohl in der Aufheizperiode

109822/1212

als auch in der Durchwännungsperiode einen beliebigen absoluten Wert aufweisen. Wichtig ist es nur, dass die genannte Einlaufgeschwindigkeit in Verbindung mit der Ausbildung bzw. Auslegung der Brenneranordnung in der Aufheizperiode bei voller Leistung der Brenneranordnung eine möglichst starke Turbulenz und eine möglichst gleichförmige Verteilung der Verbrennungsgase im Ofenraum gewährleistet, und dass sie in der anschliessenden Durchwärmungsperiode bei herabgesetzter Leistung der Brenneranordnung so weit erhöht wird, dass infolge der entsprechend grösseren Turbulenz der Verbrennungsgase praktisch zumindest die selbe gleichmässige Verteilung der Verbrennungsgase aufrechterhalten wird.

Zur Durchführung der Verfahrens sieht die Erfindung eine Brenneranordnung vor, die gekennzeichnet ist durch mindestens zwei Brenner mit je einer Brennstoffzuleitung und einer Luftzuleitung, sowie durch automatisch in Abhängigkeit der Temperatur im Ofenraum gesteuerte Mittel zur Drosselung der Brennstoff- und LuftZuleitungen des einen Brenners und zur gleichzeitigen entsprechenden Druckerhöhung in den Brennstoff- und Luftzuleitungen des anderen Brenners zumindest in dem Anfangsabschnitt der Durchwärmungsperiode bei gleichbleibendem Brennstoff-Verbrennungsluft-Verhältnis für beide Brenner. In der Aufheizperiode arbeiten beide Brenner mit praktisch voller Leistung, wobei die den beiden Brennern zugeftthrte Gesamtmenge an Brennotoff und Verbrennungsluft dem Wärmebedarf entspricht, der

109822/1212

zur Aufheizung der Ofenraumwandungen auf eine vorbestimmte, höher als die höchst zulässige Oberflächentemperatur des Ofeneinsatzes liegende Höchsttemperatur erforderlich ist. Der Druok in den Brennstoff- und luftzuleitungen beider Brenner und infolgedessen auch die davon abhängige Einlaufgeschwindigkeit des Brennstoffs und der Verbrennungsluft in den Ofenraum sind dabei so gross, dass .die Turbulenz der Verbrennungsgase im Ofenraum die gewünschte gleichmässige Temperaturverteilung gewährleistet. Nach dem Erreichen der Höchsttemperatur der. Ofenraumwandungen werden die Brennstoff und Luftzuleitungen des einen Brenners automatisch durch die auf die Ofenraumtemperatur ansprechenden Steuermittel fortschreitend bis zur vollständigen Ausschaltung bzw. Stillsetzung dieses Brenners gedrosselt» Dadurch wird die gesamte, in den Ofenraum eingeführte Menge an Brennstoff und Verbrennungsluft und infolgedessen sowohl die Wärmezufuhr als auch das Volumen der erzeugten Verbrennungsgase herabgesetzt. Gleichzeitig wird aber der Druck in den Brennstoff- und Luftzuleitungen des anderen Brenners ebenfalls automatisch in einem solchen Mass erhöht, dass die daraus resultierende, grössere Einlaufgeschwindigkeit des Brennstoffs und der Verbrennungsluft die selbe bzw. eine grössere Turbulenz der Verbrennungsgase im Ofenraum bewirkt und die selbe bzw. eine grössere Verteilungsgleichmässigkeit dieser Verbrennungsgase und infolgedessen auch der Temperatur aufrechterhält.

Nach einem weiteren, vorteilhaften Merkmal der Erfindung sind die beiden Brenner in einem gemeinsamen Brennerkopf

109822/1212

vereinigt und koaxial zu- und ineinander mit konzentrischen ringförmigen Austrittsmöndungen bzw. Dilsenkränzen für Brennstoff und Verbrennungsluft angeordnet. Durch diese Anordnung werden in Verbindung mit einer einfachen und gedrungenen Konstruktion die selben räumlichen bzw. geometrischen Verhältnisse for die Ausbildung der Turbulenz der Verbrennungsgase im Ofenraum sowohl in der Aufheizperiode bei gleichzeitigem Betrieb beider Brenner, als auch in der anschliessenden Durchwärmungsperiode beim Betrieb eines einzigen Brenners beibehalten.

Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung kann die Druckerhöhung in den Brennstoff- und Luftzuleitungen des einen Brenners in· Abhängigkeit von der Drosselung der Brennstoff- und Luftzuleitungen des anderen Brenners besonders einfach dadurch erhalten werden, dass einerseits die BrennstoffZuleitungen und andererseits die Luftzuleitungen beider Brenner Über je eine Brennstoff- bzw. LuftSammelleitung mit einem gemeinsamen zugeordneten Brennstoff- bzw. Luftgebläse verbunden, und die Brennstoff- und Luftzuleitungen des einen Brenners mit gleichzeitig betätig-, baren Drosselorganen versehen sind. Bei dieser Ausbildung brauchen am Ende der Aufheizperiode nur die Drosselorgane in den Brennstoff- und Luftzuleitungen des einen Brenners gleichzeitig geschlossen zu werden, wodurch sich der Druck in den Brennstoff- und LuftZuleitungen des anderen Brenners bei unverändert weiterlaufenden Brennstoff- und LuftgeblSsen automatisch erhöht.

109822/1212

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachstehender Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausftihrungsbeispiels. Es zeigt:

Fig. 1 eine Brenneranordnung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, in schematischer Darstellung«

Fig. 2 den Brennerkopf mit zwei koaxialen Brennern im Längsschnitt.

Fig. 3 einen Aufriss des Brennerkopfa, gesehen von der rechten Seite der.Fig. 2.

Fig. 4 einige Kennkurven des erfindungsgemässen Verfahrens während der Auf heiz- und Durchwärmungsperioden.

In Fig. 1 ist ein Tiefofen 1 mit der Beckplatte 101 und dem in der Esse 2 ausmündenden Bauchgasabzug 3 schematisch dargestellt· Der Tiefofen 1 wird mit Hilfe einer Brenneranordnung beheizt, die in Fig. 1 schematisch und in den Fig. 2 und 3 in einer bevorzugten konstruktiven Ausbildung dargestellt ist. Diese Brenneranordnung besteht aus mindestens einem in der Seitenwand des Tiefofens 1 vorgesehenen Brennerkopf 4* dem zwei koaxial zu- und ineinander angeordnete, mit einem Gemisch aus gasförmigem Brennstoff ζ·Β. SJoksofengas und Verbrennungsluft betriebene Brenner zugeordnet sind.

109822/1212

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel bestehen die zwei Brenner aus einer Luftkammer 5 und drei in dieser Luftkammer koaxial zu- und ineinander mit gegenseitigem radialem Abstand angeordneten Rohren 6, 7 und 8. Die Luftkammer 5 ist einerseits mit einer luftzuleitung 9 verbunden und steht andererseits mit einem im Brennerkopf 4 vorgesehenen Kranz von luftaustrittsdösen 10 in Verbindung. Die Luftaustrittsdüsen 10 sind konvergent gegen die Längsachse des Brenners geneigt, und gleichzeitig auch schief zu dieser Längsachse d.h. gleichsinnig in Umfangsrichtung schräg zu den betreffenden Radialebenen gerichtet, wie insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich ist. Das aussere Rohr 6 ist mit einer Brennstoffzuleitung 11 verbunden und mündet in einer zentralen Austrittsöffnung 12 des Brennerkopfs 4 aus. Die beiden anderen, koaxialen Rohre 7 und 8 münden ebenfalls in der zentralen Austrittsöffnung 12 des Brennerkopfs 4 aus, wobei das zwischenliegende Rohr 7 über einen Krümmer 13 mit einer Luftzuleitung 14 und das innerste Rohr 8 mit einer Brennstoffzuleitung 15 verbunden sind. Die Luftkammer 5 mit den Luftaustrittsdüsen 10 und das aussere Brennstoffrohr bilden einen ersten, Susseren Brenner, dem die Luft- und BrennstoffZuleitungen 9 und 11 zugeordnet sind. Das zwischenliegende Luftrohr 7 und das innerste Brennstoff- · rohr 8 bilden einen zweiten, inneren Brenner mit den zu- i geordneten Luft- und BrennstoffZuleitungen 14 und 15.

Di· Luftzuleitungen 9» 14 sowohl des Sueseren als auch des inneren Brenners 5» 6 bzw. 7,ß sind über eine Luft- I

103822/1212

Sammelleitung 16 mit einem gemeinsamen Luftgebläse 17 verbunden, wie insbesondere in Fig. 1 dargestellt ist. Die Brennstoff Zuleitungen 11 und 15 beider Brenner 5, 6 bzw« 7» 8 stehen ebenfalls Über eine Brennstoff-Sammelleitung mii einem gemeinsamen Brennst off gebläse 19 in Verbindung. In der Luftzuleitung 9 und in der Brennstoff zuleitung 11 des Susseren Brenners 5,6 ist je ein Drosselorgan 20 bzw. 21 vorgesehen. Die Luft- bzw. Brennstoff-Sammelleitungen 16 bzw. 18 weisen ebenfalls je ein Drosselorgan 22 bzw. 23 auf. Die Drosselorgane 20, 21, 22, 23 werden durch zugeordnete, elektrische Stellmotoren 120 bzw. 121,122,123 betätigt. Die Stellmotoren 120 und 122 der Drosselorgane 20 und 22 in der Luftzuleitung 9 des Susseren Brenners 5,6 bzw. in der den beiden Brennern 5,6 und 7,8 zugeordneten Luftsammelleitung 16 werden von einem auf die Temperatur der Innenwandung des Tiefofens 1 ansprechenden Temperaturfühler 24 Ober einen thermo elektrischen Wandler 25 und eine an sich bekannte Steuervorrichtung 26 gesteuert.

In den Saugleitungen 117 und 119 der Luft- und Brennstoffgebläse: 17 bzw. 19 ist je ein an sich bekanntes Durchflussmessgerät 27 bzw. 29 vorgesehen. Diese Hessgeräte 27» 29 sind über je einen zugeordneten Wandler 127 bzw. 129 mit einem ebenfalls an sich bekannten Begier 28 verbunden, der den Stellmotor 121 des Drosselorgane ZL in der Brennst off zuleitung 11 des äusseren Brenners 5»6 und den Stellmotor 123 des Drosselorgans 23 in der den beiden Brennern 5,6 und 7»8 zugeordneten Brennstoff-Sammelleitung 18 steuert.

109822/1212

2G54608

Der Eegler 28 ist dabei in an sich bekannter Weise so ausgebildet, dass er bei Schwankungen der Durchflussmengen in den Saugleitungen 117| 119 der Luft- und Brennstoffgebläse 17»19 und insbesondere bei Änderungen der Luftdurchflussmenge in der Saugleitung 117 des Luftgebläses 17 durch Betätigung der Drosselorgane 21,23 ein vorbestimmtes, ein- und nachstellbares Brennstoffs-Verbrennungsluft-Verhältnis in beiden koaxialen Brennern aufrechterhält.

Das mit der Brenneranordnung nach Pig. I bis 3 durchführbare Verfahren zum Erhitzen von Metallteilen, insbesondere Stahlblö'cken im Tiefofen 1 soll nun anhand der Pig. 4 beschrieben werden« In Fig. 4 sind in Abhängigkeit der Zeit T folgende Kennkurven dargestellt:

Kurve H - Druck des Brennstoffs und der Verbrennungsluft im äusseren Brenner 5,6, in mm Wassersäule.

Kurve K - Druck des Brennstoffs und der Verbrennungsluft im inneren Brenner 7,δ, in mm Wassersäule.

Kurve L - gesamte Zuflussmenge an Brennstoff und Verbrennungsluft in beiden Brennern 5,6 bzw. 7,8, in Prozent der gesamten Brennstoff- und Verbrennungsluft-Zuflussmenge bei voller Leistung beider Brenner.

Kurve M - Temperatur der Verbrennungsgase im Tiefofenraum, in ⁰C.

109822/1212

Kurve IST - Temperatur der Innenwandung des Tiefofenraums, in ⁰C.

Die Aufheizperiode A erstreckt sich bis zum Zeitpunkt Tl und anschliessend beginnt die Durehwärmungsperiode D. Mit S ist die höchst zulässige Oberflächentemperatur der Stahlblöcke angegeben, d.h. die Temperatur, bei der die Oberflächen der Blöcke zu schmelzen beginnen.

Am Anfang der Aufhoizperäode A sind die DrooDolor^ftno 20, 21 in den Luft- und BrennstoffZuleitungen 9,11 des Susseren Brenners 5,6 geöffnet. Beide Brenner 5,6 bzw. 7,8 arbeiten mit voller Leistung. Die Drosselorgan 22 und 23 in den Luft- und Brennstoff-Sammelleitungen 16, 18 sind dermassen geöffnet, dass einerseits das eingestellte Brennstoff- -Verbrennungsluft-Verhältnis und andererseits die zum Höchstleistungsbetrieb beider Brenner 5,6 und 7,8 erforderliche Gesamtzttflussmenge an Brennstoff und Verbrennungsluft erzielt werden. Der Druck in den Luft- und Brennstoff- φ -Sammelleitungen 16, 18 und in den davon abgezweigten Luft- und BrennstoffZuleitungen 9, 11 bzw. 14,15 beider Brenner 5,6 bzw. 7,8 ist dabei so gross, dass die druckabhängige, entsprechend grosse Einlaufgeschwindigkeit des Brennstoffs und der Verbrennungsluft in den Tiefofen 1 eine starke Turbulenz der Verbrennungsgase und infolgedessen eine gleichmässige Verteilung der Verbrennungegase und der Temperatur im Ofenraum bewirkt·

109822/ 121 1

In der Aufheizperiode A nehmen die noch verhältnismässig kalten Stahlblöcke Y/ärme von den heissen Verbrennungsgasen auf, wahrend gleichzeitig die Wandungen des Tiefofens 1 aufgeheizt werden. Die Aufheizperiode A dauert so lange, bis die Wandungen des Tiefofens eine Temperatur N1 erreichen, die höher liegt, als die höchst zulSsaige Oberflächentemperatur S der Stahlblöcke. Auf diese Höchsttemperatur N1 der Ofenraumwandungen spricht der Temperaturfühler 24 an und bewirkt über die Steuervorrichtung 26 und den Stellmotor 120 den allmählichen, Abschluss des !Drosselorgane 20 in der Luftzuleitung 16 des äusseren Brenners 5,6. Das in der Saugleitung 117 des Luftgebläses 17 angeordnete Messgerät 27 spricht auf die durch den Abschluss des Drosselorgans 20 hervorgerufene Herabsetzung des Luftdurchflussmenge an. Der Regler 28 schliesst infolgedessen über den Stellmotor 121 auch das in der Brennstoffzuleitung 11 des äusseren Brenners 5,6 angeordnete Drosselorgan 21,und zwar gleichzeitig mit dem Luftdrosselorgan 20 und entsprechend dem eingestellten, einzuhaltenden Brennstoff- -Verbrennungsluft-Verhältnis. Der Abschluss der Drosselorgane 20 und 21 in den Luft- und BrennstoffZuleitungen 9 bzw. 11 des äusseren Brenners 5,6 setzt in dem Zeitpunkt T1 am Ende der Aufheizperiode A an und wird in dem Zeitpunkt T2 der anschliessenden Durchwärmperiode D-beendet. Der Druck der Verbrennungsluft und des Brennstoffs im äusseren Brenner 5,6 fällt infolgedessen im Zeitabschnitt T1-T2 allmählich auf Null ab, wie der Abschnitt H1-H2 der Kurve H angibt. Infolgedessen sinkt in dem genannten Zeitabschnitt T1-T2 auch die Gesamtzufluosmenge an Brennstoff

109822/ 1212

und Verbrennungsluft fortschreitend vom 100^-igen, der vollen Leistung beider Brenner 5,6 und 7,8 entsprechenden Wert L1 auf einen nur der vollen Leistung des weiterlaufenden inneren Brenners 7,6 zugeordneten Wert L2 ab. Gleichzeitig eteigt der Druck des Brennstoffs und der Verbrennungsluft im inneren Brenner 7,8 allmählich an, wie der Abschnitt K1-K2. der Kurve K zeigt, da mit der fortschreitenden Abdrosselung der Luft- und BrennstoffZuleitungen 9,11 des äusseren Brenners 5,6 die entsprechende Druckverluste wegfallen und der innere Brenner 7,8 nun vom gesamten Förderdruck der Luft- und BrennstoffgeblSse 17,19 beaufschlagt wird* Dem Druckanstieg im inneren Brenner 7,8 entspricht eine Erhöhung der Einlaufgeschwindigkeit der Verbrennungsluft und des Brennstoffs in den Tiefofen 1. Diese dem inneren Brenner 7,8 zugeordnete Geschwindigkeitserhöhung der Verbrennungsluft und des Brennstoffs ist so gross, dass sie auch bei dem jetzt herabgesetzten Gesamtvolumen der erzeugten Verbrennungsgase etwa die selbe starke Turbulenz der Verbrennungsgase im Tiefofen 1 wie in der Aufheizperiode A, ja sogar eine noch stärkere Turbulenz bewirkt und infolgedessen trotz der herabgesetzten Leistung der Brenner eine gleichförmige Verteilung der Verbrennungsgase und der Temperatur im Ofenraum gewährleistet.

In dem Zeitpunkt T1_t d.h. am Ende der Aufheizperiode liegt die Temperatur N1 der Ofenraumwandungen höher und die Temperatur M1 der Verbrennungsgase niedriger als die höchst

109822/1212

zulässige Oberflächentemperatur. S der Stahlblöcke. Infolge der Abdrosselung des äusseren Brenners 5,6 und der entsprechenden Herabsetzung der Wärmezufuhr geben nun die überhitzten Ofenraumwandungen ihre aufgespeicherte Wärme an die Stahlblöcke ab. Die aufrechterhaltene hohe Turbulenz der Verbrennungsgase im Tiefofenraum unterstützt wesentlich den Wärmeübergang von den Ofenraumwandungen auf die Stahlblock, da sie eine Wärmeübertragung auch bzw. vorwiegend

durch Konvektion und nicht nur durch reine Strahlung bewirkt. Die Temperatur der Verbrennungsgase steigt infolgedessen noch etwas an und stabilisiert sich auf dem Temperaturwert M2, der immer noch tiefer liegt als die höchst zulässige Oberflächentemperatur S der Stahlblöcke. Die Temperatur der Ofenraumwandung behält dagegen für verhältnismässig kurze Zeit ihren Höchstwert H1 bei und fällt dann allmählich ab.

In der Durchwärmungsperiode D wird den StahTblöeken zum Teil von den überhitzten Ofenraumwandungen und zum Teil von dem im Betrieb gehaltenen inneren Brenner 7,8 so viel Wärme zugeführt, dass sie alle die gewünschte einheitliche Endtemperatur, z.B. die vorgeschriebene Walztemperatur erreichen und dabei gleichförmig durchwärmt werden. Wenn sich die Temperatur der Stahlblöcke der gewünschten Endtemperatur nähert, d.h. etwa in dem Zeitpunkt T2, wird das Drosselorgan 22 in der LuftSammelleitung 16 allmählich geschlossen, und zwar auf Grund des Steuerimpulses eines Temperaturfühlörs, z.B. durch den auf die Temperatur der

109822/1 212

Ofenraumwandungen ansprechenden !Temperaturfühler 24· über die Steuervorrichtung 26 und den Stellmotor 122. Der Begier 26, der das eingestellte Verbrennungsluft-Brennstoff- -VerhSltnis unverändert aufrechterhält, sohliesst £Leioh~ zeitig über den Stellmotor 123 das Drosselorgan 23 in der Brennetoff-Sammelleitung 18. Die 2ufluesmenge an Brennstoff und Verbrennungsluft sinkt von dem der vollen Leistung dee inneren Brenners 7,3 entsprechenden Wert 12 weiter ab, wahrend gleichzeitig auch der Druck des Brennstoffe und φ der Verbrennungsluft im inneren Brenner 7,6 von dem erreichten Höchstwert L2 abfallen.

Der Hauptvorteil des erfindungsgem&ssen Verfahrens besteht darin, dass der Ofeneineatz, z.B. die im Tiefofen 1 angeordneten Stahlblöcke in wesentlich kürzerer Zeit als mit den bekannten Verfahren auf 'die gewünschte Temperatur durchgehend gleiohmässig erhitzt werden, wobei die vor* zugsweise zur Durchführung dieses Verfahrens erfindungsgemSss vorgeschlagene Brenneranordnung eine besonders einfache, gedrungene, betriebssichere und kosteneparende ^ Auebildung aufweist.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern es Sind im Rahmen des allgemeinen Erfindungegedankens mehrere Varianten möglich. Insbesondere kennen zur Durchführung des erfindungBgemSssen Verfahrene beliebige andere Brenneranordnungen benutzt werden. Auch

.109122/1212

die erfindungsgemäss vorgeschlagene Brenneranordnung kann in baulicher bzw. betrieblicher Hinsicht abgeändert werden. So z.B. kann am Ende der Aufheizperiode A der innere Brenner 7_t8 abgedrosselt bzw. abgeschaltet und der äussere Brenner 5,6 im Betrieb gehalten werden. Dazu ist es nur erforderlich, die Drosselorgane 20, 21 in den Luft- und Brennstoffzuleitungen 14 bzw. 15 des inneren Brenners 7,8 anstatt in den Zuleitungen 9t11 des Susseren Brenners anzuordnen. Andererseits können sämtliche, der Zeichnung und der Beschreibung entnehmbare Merkmale einschliesslich der konstruktiven Einzelheiten in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

109822/1212

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Erhitzen von Metallteilen, insbesondere Stahlblöcken od.dgl. in Wärmöfen, insbesondere Tieföfen, wobei der Ofenraum mit Hilfe einer Brenneranordnung durch Zuführung von Brennstoff und" Verbrennungsluft in geeignet geregeltem Verhältnis bei möglichst gleichmässiger, insbesondere durch starke Turbulenz der Verbrennungsgase erzielter Temperaturverteilung im Ofenraum beheizt wird und der Heizvorgang aus einer Anheizperiode, in der die Brenneranordnung praktisch mit voller leistung arbeitet, und einer anschliessenden Durchwärmungsperiode, in der die .brenneranordnung durch Herabsetzung der Gesamtzufuhrmenge an Brennstoff und Verbrennungsluft bei Beibehaltung des selben Verhältnisses mit verringerter Leistung arbeitet, besteht, dadurch gekennzeichnet, dass in der Aufheizperiode (A) die Ofenraumwandungen auf eine Temperatur (N1) erwärmt werden, die höher liegt als die höchst zulässige Oberflächentemperatur (S) des Ofeneinsatzes, und dass zumindest im Anfangsabschnitt (T1-T2) der anschliessenden Durehwärmungsperiode (D) die Einlaufgeschwindigkeit des Brennstoffs und der Verbrennungsluft in den Ofenraum so weit erhöht wird, dass die Turbulenz und die Verteilungsgleichmäsaigkeit der Verbrennungsgase im Ofenraum zumindest unverändert bleiben bzw. erhöht werden.

2. Brenneranordnung zur Durchführung des Verfahrene nach Anspruch 1, gekennzeichnet duroh mindestens zwei Brenner (5t6 und 7,8) mit je einer Brennstoffzuleitung (11 bzw. 15)

109822/1212

und einer Luftzuleitung (9 bzw* 14)ι sowie durch automatisch in Abhängigkeit der Temperatur im Ofenraum gesteuerte Mittel zur Drosselung der Luft- und Brennstoff Zuleitungen (9,11) des einen Brenners (5_f6) und zur gleichzeitigen entsprechenden Druckerhöhung in den Luft- und BrennstoffZuleitungen (14,15) des anderen Brenners (7»8) zumindest in dem Anfangsabschnitt (T1-T2) der Durohwärmungsperiode (D) bei gleichbleibendem Brennstoff-Verbrennungsluft-Verhältnis für beide Brenner·

3. Brenneranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Brenner (5»6 und 7,8) in einem gemeinsamen Brennerkopf (4) vereinigt und koaxial zu- und ineinander mit konzentrischen ringförmigen Austrittsmttndungen bzw· DttsenkrSnzen (10) für Brennstoff und Verbrennungsluft angeordnet sind.

4· Brenneranordnung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass einerseits die Luftzuleitungen (9_t14) und andererseits die Brennstoff Zuleitungen (H₉ 15). beider Brenner (5,6 und 7,8) über je eine Luft- bzw. Brennstoff- -Sammelleitung (16 bzw. 18) mit einem gemeinsamen Luftbzw. Brennstoffgebläse (17 bzw. 19) verbunden sind, und dass die Luft- und BrennstoffZuleitungen (9,11) des einen Brenners (5,6) mit gleichzeitig betätigbaren Drosselorganen (20, 21) versehen sind.

5· Brenneranordnung nach Anspruch 2 bis 4» dadurch

109822/1212

gekennzeichnet, dass das Drosselorgan (20) in der Luftzuleitung (9) des einen Brenners (5,6) von einer auf die
Temperatur im Ofenraum ansprechenden Steuervorrichtung
(26) und das Drosselorgan (21) in der Brennstoffzuleitung (11) des selben Brenners (5,6) von einem ein eingestelltes Brermstoff-Verbrennungsluft-Verhältnie aufrechterhaltenden Regler (28) steuerbar sind.

6. Brenneranordnung nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die den beiden Brennern (5,6 und 7,8)
gemeinsamen Luft- und Brennstoff-Sammelleitungen (16,18)
je ein dem betreffenden luft- bTzw. Brennstoffgebläse (17
bzw. 19) nachgeschaltetes Drosselorgan (22 bzw. 23) aufweisen und diese Drosselorgane gleichzeitig unter Beibehaltung des selben Brennstoff-Verbrennungsluft-Verhältnisses betätigbar sind.

7. Brenneranordnung nach Anspruch 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselorgan (22) in der luftSammelleitung (16) von einer auf die Temperatur im Ofenraum oder auf die Temperatur des Ofeneinsatzes ansprechenden Steuervorrichtung (26) und das Drosselorgan (23) in der Brennstoff-Sammelleitung (18) von einem ein eingestelltes
Brennstoff-Verbrennungsluft-Verhältnis aufrechterhaltenden Regler (28) steuerbar sind.

8. Brenneranordnung nach Anspruch 2 bis 7, dadurch gekenn-

109822/ 1212

zeichnet, dass die Steuervorrichtung (26) einen auf die Temperatur der Ofenraumwandungen ansprechenden Temperaturfahler (24) aufweist.

9. Brenneranordnung nach Anspruch 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (28) zur Aufrechterhaltung des e inge st eilt en Brennst off-Ve rb rennungsiuft-Verhältni s se s zwei in den Saugleitungen (117_f119) der Luft- bzw. Brennstoff gebläse (17, 19) vorgesehene, auf die Durchflussmenge ansprechende Messgeräte (27_f29) aufweist.

10 9 8 2 2/1212