DE2104188A1

DE2104188A1 - Furnace temp - by directional swirls imposed by programmed extractors to control and change flow patterns

Info

Publication number: DE2104188A1
Application number: DE19712104188
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Koppers Wistra Ofenbau GmbH
Current assignee: Koppers Wistra Ofenbau GmbH
Priority date: 1971-01-29
Filing date: 1971-01-29
Publication date: 1972-08-24
Also published as: DE2104188B2

Abstract

Designed for furnaces to anneal large metal workpieces, the extractor ports are operated such that in a given time scale the air in the furnace is induced into a left-hand swirl, followed by a matching time interval when other ports come into play to reverse the direction of air flow. With the air recirculation system and air input, the directional flow can be synchronised with the hot air feeds. An even and consistent temp. around all zones of large workpieces being annealed is given.

Description

Verfahren zum Erwärmen metallischen Gutes mit Umwälzung der Ofenatmosphäre und Kammerofen zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erwärmen metallischen Gutes mit Uriwälzung der Ofenatmosphäre zur Erzielung einer bestmöglichen Temperaturgleichmäßigkeit sowie einen Kammerofen zur Durchführung des Verfahrens. Process for heating metallic material with circulation of the furnace atmosphere and chamber furnace for carrying out the method. The invention relates to a method for heating metallic goods with primary rolling of the furnace atmosphere to achieve the best possible temperature uniformity as well as a chamber furnace for implementation of the procedure.

Bei Wärmprozessen von metallischem Gut kommt es in vielen Bällen darauf an, daß die Temperaturen der verschiedenen Werkstückpartien möglichst wenig voneinander abweichen, d.h. daß eine möglichst gute Temperaturgleichmäßigkeit ersielt wird. Die Erfüllung dieser Forderung ist insbesondere dann schwierig, wenn die Abmessungen und Pormen der Werkstücke, die in einem bestimmten Ofen geglüht werden sollen, sehr unterachiedlich sind und wenn der Ofen mit stark unterschiedlichem PUllungsgrad betrieben wird.This is what happens in many balls during the heating process of metallic goods that the temperatures of the different parts of the workpiece as little as possible from one another deviate, i.e. that the best possible temperature uniformity is achieved. Meeting this requirement is particularly difficult when the dimensions and porms of the work pieces to be annealed in a particular furnace are different and if the oven has very different degrees of PUllungsgrad is operated.

Es ist bekannt, daß die Gleichmäßigkeit der Wärmtemperaturen erhöht werden kann, wenn die Ofenatmosphäre umgewälzt wird.It is known that the uniformity of heating temperatures increases can be when the furnace atmosphere is circulated.

dieses kann bei brennstoffbeheizten Öfen dadurch geschehen, daß man sogenannte lIochgeschwirldigleitsbrenner verwendet, bei denen die Rauchgase den Brenner in einem Strahl mit hoher Geschwindigkeit verlassen und dadurch eine Umwälzung oder Verwirbelung der Ofenatlllosphare bewirken. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß die Umwälzleistung mit der Wärmeleistung gekoppelt ist.this can be done in fuel-heated stoves by the fact that so-called lochgeschwirldigleitsbrenner used, in which the flue gases the Exiting burner in a jet at high speed and thereby causing a circulation or cause turbulence in the furnace atlllosphere. However, this method has the Disadvantage that the circulation power is coupled with the heat output.

Es ist bekannt, die Ofenatmosphäre mittels Ventilatoren umzuwälzen. Dieses Verfahren kann bei den heute zur Verfügung stehenden Materialien bis zu einer Temperatur von über 800°C durchgeführt werden. Bei Öfen rnit kleinerem Querschnitt, insbesondere bei kontinuierlich arbeitenden Öfen, genügt en, wenn das Ventilatorflügelrad unmittelbar im Arbeitsraum des Ofens angeordnet ist. Bei Öfen mit größerem Querschnitt, d.h. bei Kammeröfen zum Glühen größerer eile, genügt dies Verfahren nicht mehr. Bei den dem Stand der Technik entsprechenden Kammeröfen wird die Ofenatmosphäre von einem oder mehreren Ventilatoren aus dem Ofen abgesaugt und an bestimmten Stellen als Strahl wieder in den Ofen eingeblasen. Die Strahlen ermöglichen es, auch größere Querschnitte des Ofens wirksam zu durchdringen und die Atmosphäre entsprechend umzuwälzen oder zu verwirbeln. Dabei können der oder die Ventilatoren unmittelbar in das Mauerwerk der Ofenwend eingebaut sein und die Kanäle vom Ofenraum zum Ansaugstutzen des Ventilators bzw. vom Austrittsstutzen des Ventilators in den Ofenraum zurück ebenfalls durch entsprechende Aussparungen im mauerwerk der Ofenwand gebildet werden. Ebenso können aber beandere Rohrleitungen zum und vom außenliegenden Ventilator vorgesehen sein.It is known to circulate the furnace atmosphere by means of fans. With the materials available today, this process can take up to one Temperature of over 800 ° C can be carried out. For furnaces with a smaller cross-section, in particular in the case of continuously operating furnaces, it is sufficient if the fan impeller is arranged directly in the working space of the furnace. For furnaces with a larger cross section, i.e. in the case of chamber furnaces for annealing larger haste, this procedure is no longer sufficient. In the chamber furnaces corresponding to the state of the art, the furnace atmosphere sucked out of the furnace by one or more fans and at certain points blown back into the furnace as a jet. The rays also allow larger ones To penetrate cross-sections of the furnace effectively and to circulate the atmosphere accordingly or to swirl. The fan or fans can be installed directly in the masonry the furnace turn must be installed and the ducts from the furnace chamber to the suction nozzle of Fan or from the outlet nozzle of the fan back into the furnace chamber as well be formed by appropriate recesses in the masonry of the furnace wall. as well but different pipelines can be provided to and from the external fan be.

Die dem Stand der Technik entsprechenden Xammeröfen mit verfahrbarem .Herd und stirnseitiger Tür sehen bezüglich Ansaug- und Ausblasöffnungen eine symmetrische Anordnung vor.The state-of-the-art Xammer furnaces with a movable The stove and the front door are symmetrical with regard to the intake and exhaust openings Arrangement before.

Die Symmetrieebene liegt dabei vertikal und teilt den Ofen, auf die Tür gesehen, in eine rechte und linke Hälfte. Leine bevorzugte Ausführungsform sieht dabei vo, das sich die Austrittsdffnungen für die Gas strahlen in beiden Seitenwänden wenig oberhalb des Herdes befinden, wobei die Gasstrahlen etwas horizontal zur Ofenmitte hin gerichtet sind. Die Öffnungen erstrecken sich mit geringem Abstand hintereinander in der Ofenlängsrichtung, so dafl sich die Gasstrahlen infolge der Strahlaufweitung in einigem Abstand von der Ofenwand vereinigen. Die Ansaugö£'fnungen für die Ofenatmosphäre können in der Ofendecke oder oberhalb der Austrittsöffnungen in der Seitenwand liegen. Diese Bauweise bewirkt einen Austausch der Ofenatmosphäre durch die hoch angeordneten Absaug- und unten liegenden Ausblasöffnungen. Wie bei allen Bauarten dieser Kategorie muß das Wärmgut auf ausreichend hohen Stützen auf dem Herd aufgelagert werden, so daß ein genügend großer freier Raum zwischen Wärmgut und Herd verbleibt.The plane of symmetry is vertical and divides the furnace onto which Door seen in a right and left half. Leash preferred embodiment vo, that the outlet openings for the gas radiate in both side walls slightly above the stove, with the gas jets a little horizontal to the center of the oven are directed towards. The openings extend one behind the other at a small distance in the longitudinal direction of the furnace, so that the gas jets expand as a result of the jet expansion unite at some distance from the oven wall. The suction openings for the furnace atmosphere can be in the furnace roof or above the outlet openings in the side wall. This design causes the furnace atmosphere to be replaced by the high-level ones Extraction and exhaust openings below. As with all types of this category the heat must be placed on sufficiently high supports on the stove, so that there remains a sufficiently large free space between the material to be heated and the stove.

Der Stand der Technik geht davon aus, daß bei Kammeröfen mit stirnseitiger Tür eine intensive Verwirbelung der Gase das beste Mittel zur Temperaturvergleichmäßigung ist. Die Verwirbelung kann auch durch weitere an anderen Stellen des Ofens angeordnete Ausblasöffnungen intensiviert werde. Diese Ansicht wurde auch dadurch verstärkt, daß Versuche mit einer mehr gerichteten Strömung keine Verbesserungen in der Temperaturgleichmäßigkeit brachten. Diese Versuche bestanden in erster Linie darin, daß die Einblasöffnungen nur an einer Ofenseite angeordnet wurden. Es wurden auch Ofen gebaut, die mehrere Reihen von Austrittsöffnungen besitzen, deren Strahlen entlang derOfenbegrenzung gerichtet sind und eine gleichsinnige Retationsetrömung im Ofen bewikren. Während sich das Prinzip der letzteren Bauweise in den sogenannten Schachtöfen gut bewährt hat, versagen derartige Lösungen bei den betrachteten Herdöfen mit stirnseitiger Tür Des weiteren ist es bekannt, die Austrittsöffnungen in den gegenüberliegenden Seitenwänden versetzt zueinander, d.h. in verschiedenen Ofenquerschnitten anzuordnen. Die Vorstellung ging dabei davon aus, daß in eines Ofenquerschnitt eine rechtsherumdrehende, im folgenden Querschnitt eine linksherunde Rotationsströmung um das Wärmgut herum erzeugt würde und so fort in den folgenden Querachnitten. Die Versuchsergebnisse zeigten jedoch keine Besserung der Temperaturgleichmäßigkeit.The prior art assumes that in chamber furnaces with an end face An intensive swirling of the gases is the best means of equalizing the temperature is. The turbulence can also be achieved by other locations on the furnace Blow out openings will be intensified. This view was also reinforced by that attempts with a more directional flow did not produce improvements in temperature uniformity brought. These attempts consisted primarily in the fact that the injection openings were only arranged on one side of the furnace. Furnaces were also built, which were several Have rows of exit openings, the rays of which along the furnace boundary are directed and cause a retation flow in the same direction in the furnace. While the principle of the latter construction method has proven itself well in the so-called shaft furnaces has, such solutions fail in the hearth furnaces considered with frontal Door It is also known that the outlet openings in the opposite Side walls offset to one another, i.e. to be arranged in different furnace cross-sections. The idea was based on the assumption that a clockwise rotating, in the following cross-section a left-hand rotational flow around the heat material would be generated and so on in the following cross sections. The test results however, showed no improvement in temperature uniformity.

Um die Temperaturgleichmäßigkeit auch bei unterschliedlichem Besatz su verbessern, wird ein Verfahren zum Erwärmen metallischen Gutes in einem Kammerofen mit stirnseitiger Tür vorgeschlagen, bei dem die Ofenatmosphäre an einer oder mehreren Stellen aus dem Ofen mittels eines oder mehrerer Ventilatoren abgesaugt und an mehreren Stellen wieder in den Ofen eingeblasen wird, wobei die Öffnungen zum Einblasen der den Ofen fUllenden Gase so angeordnet Bind, daß die aus den Öffnungen austretenden Strahlen Jeweils entlang einer Ofenbegrenzung, also entlang des Herdes, einer Seitenwand oder der Decke gerichtet sind. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die aus den Öffnungen austretenden Gasstrahlen so gesteuert werden, daß während eines Zeitintervalls T1 die Gase nur aus einem Teil der Öffnungen austreten, eo daß die Gase eine linksherumdrehende, das Wäringut umspülende Rotationsbewegung ausführen und daß wthrend eines anschließenden Zeitintervalls T2 die Gase nur aus dem anderen Teil der Öffnungen austreten, so daß die GUe eine rechtsherumdrehende, das Wärmgut umspülende Rotationsbewegung ausführen, wonach sich das Spiel wiederholt.About the temperature uniformity even with different stocking su will improve a process for heating metallic material in a chamber furnace proposed with a front door, in which the furnace atmosphere at one or more Places sucked out of the furnace by means of one or more fans and on several Place is blown back into the furnace, using the openings for blowing the The gases filling the furnace are arranged so that they escape from the openings Blasting each along a furnace boundary, i.e. along the stove, a side wall or the ceiling. The method according to the invention is characterized in that that the gas jets emerging from the openings are controlled so that during a time interval T1, the gases emerge only from a part of the openings, eo that the gases have a counter-clockwise rotation that flows around the heat execute and that during a subsequent time interval T2 the gases only off the other part of the openings, so that the GUe turns clockwise, Execute a rotational movement that flows around the heat, after which the game repeats itself.

Bin derartiget Ofen kann durch Brenner oder elektrisch geheizt werden. Die Brenner bzw. die Heizelemente können in dem Kanal bzw. in den kanälen oder aber auch an bzw. in der Ofenwand angeordnet ein. Die Kanäle zur Umwälzung der Gase können sich innerhalb der Wandungen des Ofengehäuses befinden oder aber auch außerhalb des letzteren gesondert angeordnet sein. In weiterer Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Umsteuerung für alle Regel zonen des Ofens gleichzeitig oder gemeinsam so erfolgt, daB in allen Regelzonen eine gleicheinnig gerichtete Rotationsströmung erzeugt wird.Such an oven can be heated by a burner or electrically. The burner or the heating elements can or else in the channel or in the channels also arranged on or in the furnace wall. The channels for circulating the gases can are located within the walls of the furnace housing or else even be arranged separately outside the latter. In a further development of the invention it is proposed that the reversal for all rule zones of the furnace at the same time or is carried out jointly in such a way that in all control areas there is an unanimously directed Rotational flow is generated.

Es entspricht dem Stand der Technik, daß die Brenner eines. Kammerofens mit stirnseitiger Ddr zum Glühen metallischen Gutes so angeordnet sind, daß die Rauchgasstrahlen etwa entlang einer Begrenzung des Ofengehäuaes verlaufen. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die Rauchgasstrahlen der Brener nicht direkt auf das Wärmgut auftreffen und dieses an diesen Stellen überhitzen. Bs wird nun erfindungsgemäß weiter vorgeschlagen, die Brenner so zu steuern, daß sie Jeweils gleichseitig mit den von den Umwälzventilatoren erzeugten Gasetrahlen eine rechtsherum- bzw. linksherumdrehende Rotationsströmung erzeugen.It is state of the art that the burners have one. Chamber furnace with frontal Ddr for annealing metallic goods are arranged so that the Flue gas jets run roughly along a boundary of the furnace housing. To this Way it is ensured that the flue gas jets of the burner are not directly on hit the material to be heated and overheat it at these points. Bs is now according to the invention further proposed to control the burner so that they are on the same side with each other the gas jets generated by the circulation fans turn to the right or to the left Generate rotational flow.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, daß der Wärmgutbesatz als Ganzes von einer den Ofenraum ausfüllenden Rotationsströmung umspült wird. Damit wird erreicht, daß die Atmosphäre zwischen den einzelnen Partien des Ofens, also zwischen oben und unten, rechts und linke, fortlaufend ausgetauscht wird. Damit sind die Voraussetzungen für einen guten Temperaturausgleich zwischen den einzelnen Partion des Wärmgutes und des Ofens geschaffen.The inventive method makes it possible that the Wärmgutbesatz is washed around as a whole by a rotational flow filling the furnace space. In order to is achieved that the atmosphere between the individual parts of the furnace, so between top and bottom, right and left, is continuously exchanged. In order to are the prerequisites for a good temperature balance between the individual Partion of the material to be heated and the furnace created.

Dagegen geht, wie gesagt, der 8tand der Technik davon aus, daß bei größeren Glühöfen mit stirnseitiger Tür eine intensive Verwirbelung der Ofenatmosphäre mit Hilfe der eingeblasenen Gase strahlen den besten Temperaturausgleich im Ofen bewirkt. Dabei ist von wesentlichem Einfluß, daß der zwischen Glthgut und Ofenwandung verbleibende freie Raum bei einem Kammerglühofen für metallisches Gut üblicherweise in weitesten Grenzen schwankt.On the other hand, as I said, the state of the art assumes that with larger annealing furnaces with a front door create an intense turbulence in the furnace atmosphere with the help of the gases blown in, the best temperature balance in the oven is achieved causes. It is essential that the temperature between the hot material and the furnace wall remaining free space in a chamber annealing furnace for metallic material usually fluctuates within the broadest limits.

So kann der Füllungsgrad 75 ç betragen, wenn der Ofen beispielsweise mit aufeinandergestapelten Walzen belegt wird, er kann aber auch unter 10 ffi bleiben, wenn der Ofen nur mit einer flachen Blechplatte beschickt wird.The degree of filling can be 75 ç, for example if the oven is is covered with stacked rollers, but it can also remain below 10 ffi, if the oven is only loaded with a flat sheet metal plate.

Die Ursache für die dem Stand der Technik entsprechenden Anschauungen ist darin zu suchen, daß man nicht erkante, warum die Bauarten, die eine das Wärmgut umeptilende Rotationsströmung vorsahen, beim Kammerofen mit stirnseitiger Tür versagten: Bei den Öfen, bei denen die Austrittsöffnungen in den gegenüberliegenden Seitenwänden versetzt zueinander, d.h. in verschiedenen Querschnitten, angeordnet sind, muß nämlich beachtet werden, daß sich infolge der Strahlaufweitung in Wirklichkeit nicht gegenläufig rotierende Strömungen in relativ dicht sufeinanderfolgenden Ofenquerschnitten ausbilden können Auch die Ausführungen, die mit einer oder mehreren Reihen von Ausblasöffnungen eine im ganzen Ofen gleichsinnige, das Wärmgut umspülende Rotationsströmung vorsehen, konnten in Wirklichkeit die erwünschten Vergleichmäßigungswirkung nicht erbringen, weil die Achae der Rotationsströmung beim Herdwagen mit stirnsei titer Tür horizontal liegt und dadurch die Gase bei ihrer Rotationsströmung zwei in thermischer Hinsicht gegensätzliche Zonen durchlaufen: Einmal die Ofenwände und die ecke, die in leichter Bauweise ausgeführt sind und an denen sich die elektrische oder die Brenner-Beheizung befinden, zum anderen die Partie des schwer ausgeführten Herdes, der beim Aufheizen viel Wärme schluckt und überdies keine Beheizung besitzt. Dadurch werden die umgewälzten Gase bei ihrem Weg entlang der Wände und der Decke immer wärmer und geben ihre Wärme auf dem Weg entlang dem Herd wieder ab.The cause of the state-of-the-art views is to be sought in the fact that one does not understand why the types of construction, one the heat material provided for an umeptile rotational flow, failed in the case of the chamber furnace with a front door: In the case of the ovens, where the outlet openings are in the opposite side walls staggered to one another, i.e. in different cross-sections, must namely must be taken into account that as a result of the widening of the beam, they do not actually run in opposite directions develop rotating currents in relatively close succession of furnace cross-sections There are also designs that have one or more rows of discharge openings one that is in the same direction throughout the furnace, the heating material rotating flow around it could not in reality achieve the desired equalization effect because the achae of the rotational flow in the shuttle with the frontal titer Door lies horizontally and thereby the gases in their rotational flow two in thermal Go through opposing zones: once the oven walls and the corner, the are designed in a lightweight design and on which the electrical or the Burner heating, on the other hand the part of the heavily executed stove, which absorbs a lot of heat when it is heated and, moreover, has no heating. Through this The circulated gases on their way along walls and a ceiling always become warmer and give off their heat on the way along the stove.

Die für strengste Ansprüche nicht mehr ausreichende Temperaturgleichmäßigkeit dieser Bauart darf also in Wirklichkeit nicht dem Prinzip der Umpsülung des Wärmgutes durch eine den Ofenquerschnitt ausfüllende Rotationsströmung zur Last gelegt werden, sondern beruht auf den zur Strömungsachse unsymmetrischen thermodynamischen Eigenschaften der Kammeröfen mit stirnseitiger Tür.The temperature uniformity that is no longer sufficient for the most stringent demands In reality, this type of construction must not follow the principle of purging the material to be heated are charged by a rotational flow filling the furnace cross-section, but is based on the thermodynamic properties which are asymmetrical to the flow axis the chamber furnace with a front door.

In weiterer Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Gase durch mehrere Ventilatoren durch die Leitungen transportiert werden und die steuerung dadurch erfolgt, daß während des Zeitintervalls T1 die eine Gruppe der Ventilatoren, während des Zeitintervalls T2 die andere Gruppe der Ventilatoren abgeschaltet wird. Die Steuerung kann aber auch durch Stellglieder in den Leitungen erfolgen.In a further embodiment of the invention it is proposed that the gases transported through the lines by several fans will and the control takes place in that during the time interval T1 one group of the fans, the other group of fans during the time interval T2 is switched off. The control can also be done by actuators in the lines take place.

Die von den Ventilatoren umgewälzte Gasmenge und die Brenner können gemeinsame Öffnungen zum Eintritt der Gase in den Ofenraum besitzen. Die Öffnungen für die, von den Ventilatoren umgewalzten Gase können aber auch von den Brennern getrennt vorgesehen werden.The amount of gas circulated by the fans and the burners can have common openings for the entry of the gases into the furnace chamber. The openings for the gases circulated by the fans, however, can also come from the burners be provided separately.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Process for heating metallic goods with the best possible temperature uniformity in a chamber furnace with a front door, in which the furnace atmosphere at one or several places extracted from the furnace by means of one or more fans and is blown back into the furnace at several points., the openings for blowing in the gases filling the furnace are arranged so that the from the openings emerging rays along a furnace boundary, i.e. along the earth, a side wall or the ceiling are directed, characterized in that the from the openings exiting gas jets eo controlled that during a Time interval T1, the gases exit only from part of the openings, 80 that the Gases perform a counterclockwise rotation that flows around the material to be heated, and that during a subsequent time interval T2 the gases only from the other Part of the openings emerge, so that the gases turn to the right, the heat material Carry out a flushing rotational movement, after which the game repeats.

2. The method according to claim 1, characterized in that the price change for all control zones of the furnace at the same time or together in such a way that in a rotational flow directed in the same direction is generated in all control zones.

3. The method according to the preceding claims, characterized in, that the burners are controlled in such a way that they each operate simultaneously with the Circulation fans generated gas jets rotating to the right or left Generate rotational flow.

4. Chamber furnace for carrying out the procedure according to the previous ones Claims, characterized in that the gases through several fans the lines are transported and the control takes place in that during of the time interval T1 the one group of fans, during the time interval T2 2 the other group of fans is switched off.

5. Chamber furnace according to the preceding claims, characterized in that that the control is carried out by actuators in the lines.