DE2420758A1

DE2420758A1 - Direkt beheizter ofen

Info

Publication number: DE2420758A1
Application number: DE2420758A
Authority: DE
Inventors: Klaus Heinrich Hemsath; Harry Dean Schmidt; Arvind Chhotalal Thekdi
Original assignee: Midland Ross Corp
Current assignee: Midland Ross Corp
Priority date: 1973-05-02
Filing date: 1974-04-29
Publication date: 1974-11-21
Also published as: JPS5014533A; US3860221A; JPS5220166B2; CA1021529A; FR2228205A1

Description

PafentanwSUe Dr. O. Los erbeck

Dipi.-ing. L.„üidnbeck
48 Bielefeld, Heriorder Strdfje 17

MIDLAND-ROSS CORPORATION, 55, Public Square, Cleveland,

Ohio 44113, USA

Direkt beheizter Ofen

Die Erfindung betrifft einen direkt beheizten Ofen und insbesondere einen Ofen, bei dem gegeneinander offene Kammern vorhanden sind, die eine Trennung der Ofenluft erfordern. Als Beispiel für einen solchen Ofen ist auf einen Ofen zum Entwachsen und Aushärten von Gußformen für den Metallguß zu verweisen. Bei bestimmten Ofenbetriebsweisen ist es erwünscht, die Ofenluft bei benachbarten und zueinander offe- ' nen Ofenzonen jeweils zu steuern. Als Beispiel für einen solchen Ofen ist in der US-PS 3 189 336 ein Ofen gezeigt, bei dem eine Doppelbogenkonstruktion eine Pufferzone schafft, die zu einer Trennung benachbarter, zueinander offener Ofenzonen führt. Ferner ist in dem US-Re-issue Patent 26 935 eiⁿ Ofen gezeigt, bei dem eine Ofenzonensteuerung und -kontrolle dadurch wiederum erreicht wird, daß mit Doppelbogenkonstruktionen und mit ausgewählten Strömungsausgestaltungen gearbeitet wird. Diese Öfen sind jedoch keine direkt beheizten öfen. Beide werden mit WärmeStrahlrohren beheizt. Darüber hinaus erfordern diese öfen die Verwendung von Gebläsen, um die Ofenluft in jeder der Behandlungszonen zirkulieren zu lassen. Ein direkt beheizter Ofen mit einer erfolgreichen sicheren und einfachen Trennung der Ofenzonen ist bislang nicht bekanntgeworden. Als besonderes Anwendungsgebiet für einen solchen direkt beheizten Ofen mit gesteuerten und kontrollierten Ofenzonen ist das Entwachsen und Härten von

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Metallgußformen zu nennen. Vorbekannte öfen dieser Art verbrennen das Wachs in einer ersten Ofenzone. Das Werkstück gelangt dann in eine zweite Ofenzone, in der das Aushärten erfolgt, wobei ein Austausch der Ofenluft zwischen den beiden Zonen erfolgt. Nachteilig war bei dieser Verfahrensweise, daß das verbrannte Wachs das Werkstück in die zweite Kammer begleitet und ,dort sich störend in der- zweiten Behandlungsphase auswirkt und daß ferner die Abgase extrem rauchig waren, was unter den heutigen Umweltschutz-Bestimmungen bezüglich der Luftverschmutzung nicht mehr erlaubt ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen direkt beheizten Ofen der gattungsgemäßen Art zu schaffen, der ein einwandfreies Steuern der Ofenluft in den verschiedenen Behandlungszonen auf einfache Weise und funktionssicher gewährleistet.

Ausgehend von einem länglichen Ofen mit einem Gehäuse, das ein Dach, einen Boden, Seiten- und Stirnwände sowie eine Einlaßöffnung für die Werkstücke und eine Auslaßöffnung für die Werkstücke am anderen Ende aufweist, wobei eine !Fördereinrichtung zum Fördern der Werkstücke vom Einlaßende zum Auslaßende vorgesehen ist, besteht die erfindungsgemäße Lösung darin, daß ein mit dem Ofendach verbundener Wandungsabschnitt zwischen den beiden Enden des Ofens vorgesehen ist, mit dem der Ofen in zwei Behandlungskammern geteilt ist, wobei ein oder mehrere direkt betriebene Brenner in den oberen Bereichen einer jeden Kammer angeordnet sind und ein oder mehrere Abgaskanäle, die in leitender Verbindung jeweils zu der Behandlungskammer stehen und die benachbart dem Ofenboden liegen, wobei die Abgaskanäle mit einem Auslaßschacht verbindbar sind.

Die Erfindung wird demonstriert durch die Anwendung bei einem Ofen zum Entwachsen, es versteht sich jedoch, daß der Erfin-

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dungsgedanke auch auf andere Ofentypen angewendet werden kann. Ein übliches Verfahren zur Herstellung von Metallgußfofmen besteht darin, daß ein Wachsmodell des zu gießenden Teiles angefertigt wird und dann das Wachsmodell in einem Brei eines Keramikmateriales getaucht wird. Wenn der Brei fest geworden ist, wird das Wachsmodell in einem Ofen zum Entwachsen entfernt. Der nachfolgend illustrierte Entwachsungsofen hat zwei Kammern, eine Kammer mit niedriger Temperatur und eine zweite Kammer mit hoher Temperatur. Es geschieht dabei eine Trennung der Ofenzonen ohne Türen im Ofeninneren durch einen Bogensturz sowie ferner die Anordnung von Brennern und eines Abzugsystemes. Eine ordnungsgemäße Arbeit des Ofens wird durch eine Ofenluftsteuerung erreicht, um ein unkontrolliertes Verbrennen des Wachses im Ofen zu vermeiden. Anstatt das Wachs zu schmelzen und zu verbrennen, wird das Wachs geschmolzen und verdampft und das Wachs wird aus dem Ofen entfernt, ohne in die zweite Zone hoher Temperatur zu gelangen. Nachdem das Wachs entfernt ist, werden die Formen in die zweite Kammer mit höherer Temperatur gefördert, in der die Wärmebehandlung und das Aushärten stattfindet. Die Zirkulation der Ofenluft innerhalb der einzelnen Kammern oder Ofenzonen geschieht durch Brenner, die ein starkes Maß an Mtnahmewirkung ausüben. Die Brenner sind oberhalb des Werkstückes angeordnet, und ein Abzugsystem ist unterhalb des Werkstückes angeordnet, wodurch eine Ofenluftzirkulation innerhalb jeder Ofenzone bzw. Kammer geschaffen wird, die gleichförmige Gastemperaturen gewährleistet. Das so geschaffene Zirkulationsmuster gewährleistet eine gleichförmige Wärmebehandlung des Werkstückes. Ein weiterer Vorteil der auf diese Weise klar voneinander abgetrennten Ofenzonen ist, daß eine größere Temperatursteuerung erreichbar ist, da verhindert wird, daß Gas aus der ersten Zone in die zweite Zone eintritt.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.

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Es zeigen

!Pig. 1 einen Längsschnitt durch einen Ofen gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt gemäß Schnittlinie 2-2 der

Der in den Zeichnungen dargestellte direkt beheizte Ofen 10 hat ein Gehäuse mit einem feuerfest verkleideten Dach 12, feuerfest verkleideten Seitenwänden 14, vorderen und hinteren Stirnwänden 16 und 18 und einem Boden 20. Die vordere Stirnwand 16 weist eine Einlaßöffnung 22 auf, und benachbart dieser Öffnung ist eine Schiebetür 24 angeordnet. Am oberen Ende der Schiebetür 24 ist eine Befestigungseinrichtung 26 vorgesehen, die die Verbindung zwischen der Tür und ihrer Betätigungseinrichtung 28 darstellt, die einen Kolben 30, eine Rolle 32 sowie eine Zugkette 34 beinhaltet, wobei die Betätigungseinrichtung 28 zum Heben und Absenken der Tür über die Einlaßöffnung 22 dient.

Verteilt über den Boden 20 des Ofens 10 sind eine Vielzahl von Ziegelsteinen 38 angeordnet, die Platten 40 tragen, die seitlich abständige Reihen von in Längsrichtung abständigen Rollen 42 aufnehmen, die einen Rollenförderer definieren. Die Platten 40 haben an jedem ihrer Enden Öffnungen 37. Die Kombination der Öffnungen 37, des Ziegelsteinmusters 38 und der Platten 40 schafft jeweils einen Gasabzugkanal 41, der unter dem Förderer des Ofens liegt und der Teil eines Gesamtabzugsystemes ist. Die Werkstücke 43 werden auf die Rollen 42 ge- ■ stellt und mit ihnen vom einen Ende zum anderen Ende des Ofens 10 gefördert. Als Teil des Daches 12 ist ein herabhängendes Bogenstück 46 vorgesehen, das eine Unterwand 48 und

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Seitenwände 50 hat. In Jeder der Seitenwände 50 des Bogenstückes 46 ist mindestens eine Öffnung 52 vorgesehen. Das Bogenstück 46 trennt den Ofen in eine erste Kammer 54, eine Pufferzone 56 unmittelbar unterhalb des herabhängenden Bogenstückes 46 und eine zweite Kammer 58. In den Kammern 54 und

58 sind jeweils Thermoelemente ^ und 57 angeordnet. In jeder der Öffnungen der Seitenwände 50 des Bogenstückes 46 ist ein direkt betriebener Brenner 59 angeordnet. Jeder Brenner 59 hat ein ringförmiges Brennergehäuse 60 mit einer zentralen Öffnung 62 darin, die eine Verbrennungskammer bildet. An der Außenseite einer jeden Seitenwand 50 und in leitender Verbindung mit der Brennkammer 62 ist ein Gasmischkasten 64 befestigt, wobei an dem Kasten eine Gasleitung 66 und eine Luftleitung 68 befestigt sind. Eine Zündeinrichtung 70 ist ebenfalls vorgesehen, um das Gas-Luftgemisch in dem Brenner

59 zu entzünden.

Unmittelbar angrenzend an den Ofen 10 ist ein Abgas-Verbrennungsofen 72 vorgesehen, der ringförmige Seitenwände 73 so-. wie einen Abzugsschacht 75 hat, der sich von seinem oberen Ende aus erstreckt. Im Boden 76 des Verbrennungsofens 72 ist eine öffnung 78 vorgesehen, in der ein Brenner 80 angeordnet ist. Eine Wandung 82 definiert einen Abzugkanal 84, der in leitender Verbindung mit dem Teil des Kanales 41 steht, der unmittelbar unterhalb des Bogenstückes 46 liegt und bildet somit mit dem Kanal 41 ein Gesamtabzugsystem.

Wie insbesondere aus Fig. 1 ersichtlich, brennen die direkt betriebenen Brenner 59 direkt in ihre jeweiligen Kammern 54 und 58 hinein. Bei ihrem Hineinbrennen in die Kammern 54 und 58 wirken ihre Abgase auf die Ofengase ein, so daß ein. Teil der Ofengase dadurch mitgenommen wird und eine Zirkulation der Ofenluft gebildet wird. Das Ausmaß der Mitnahme bestimmt sich nach dem Verhältnis zwischen der Länge der Ofenkammer 54 oder .58 und dem Durchmesser des Brenners 59· Jede

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Ofenkammer hat eine Länge L und jeder Brenner hat einen Durchmesser D (s. Fig. 1). Torzugsweise variiert das Verhältnis von L zu D zwischen 20 : 1 und 80 : 1. Es ist hervorzuheben, daß die Brenner oberhalb des Werkstückes liegen und über die Oberseite des Werkstückes hinweg brennen in Richtung auf die Stirnwände 16 und 18 zu. Hieraus resultiert eine hohe Wärmewirkung, die eine bestmögliche Gleichförmigkeit der Temperatur in.jeder'der Kammern 54und 58 gewährleistet.

Es hat sich ferner herausgestellt, daß eine ziveckgerichtete Wahl der Dimensionsverhältnisse des Ofens 10 selbst mit zum Erreichen der gewünschten Ergebnisse, d.h. einer gleichförmigen Ofengastemperatur, einer starken Zirkulation der Ofenluft, einem Wachsdampfabtransport und dgl., beitragen kann. Der Ofen wird zweckmäßigerweise so ausgelegt, daß das Verhältnis zwischen der Höhe H der Kammern ^M- und 58 zu der Entfernung zwischen dem Bogenstück 46 und der Mittellinie h des Brenners zwischen 3 J 1 und 10 : 1 liegt. Ein anderes Dimensionspaar, dessen Relation im Hinblick auf gute Ergebnisse variiert werden kann, ist das Verhältnis zwischen der Entfernung h einerseits zu der Entfernung a zwischen der Kammerdecke und der Unterkante des Bogenstückes 46. Ein Verhältnis von h zu a zwischen 3 · 1 und 8 : 1 hat sich als zweckmäßig erwiesen.

Unterhalb des Werkstückes befinden sich die Kanäle 41, die in leitender Verbindung mit dem Abzugkanal 84 stehen, der zu dem Verbrennungsofen 72 führt. Diese Kombination bewirkt eine zirkulierende Luftbewegung in den Kammern 5^ und 58, wie durch die Pfeile in Fig. 1 angedeutet. Wenn sich die Gase in ihren jeweiligen Kammern 54 und 58 bewegen und die Zirkulation sich aufbaut, wird der Raum 56 unmittelbar unterhalb des herabhängenden Bogenstückes 46 eine Stagnationszone, die die * Kammern 54 und 58, obwohl sie zueinander offen sind, voneinander trennt. Zusätzlich wird ein Teil der Ofenluft, injder

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Größe entsprechend den Verbrennungsprodukten der Brenner 59 zuzüglich der Wachsdämpfe kontiunierlich durch das Abzugsystem ausgetrieben, das die Gaskanäle 41, den Abzugkanal 84 und den Verbrennungsofen 72 beinhaltet.

Die Temperaturen innerhalb der Kammern 5^ u¹¹^ 58 sind auf verschiedenen Größen gehalten, wobei die Thermoelemente 55 und 57 in den Kammern diese Temperaturen steuern. Wird ein Ofen der beschriebenen Art zum Entwachsen und Härten von Metallgußformen eingesetzt, wird die Temperatur in der ersten Kammer 54 lediglich auf etwa 538 G gesteigert, wobei der normale Arbeitsbereich zwischen 4-4-7⁰C und 871°C liegt. Die Temperatur in der ersten Kammer 54 wird so weit gesteigert, daß ein Verdampfen des Wachses möglich ist. Darüber hinaus wird der die erste Kammer 54- bedienende Brenner 59 niit einem stochiometrischen Verhältnis von Luft zu Gas betrieben, so daß kein Luftüberschuß in der Kammer 54 vorhanden ist, der dazu tendieren könnte, die Wachsdämpfe zu entzünden oder zu verbrennen.

Da sich die Wachsdämpfe auf einer relativ hohen Temperatur befinden, werden sie durch die Abzugkanäle 41 und 84 abgeführt und werden durch die abgeglichene'Gegenstrombewegung der Gase daran gehindert, in die zweite Kammer 58 einzutreten. In der zweiten Kammer 58 ist die Temperatur auf etwa 982⁰O gesteigert, so daß das Aushärten der Formen hier stattfindet. Durch die Trennung der beiden Kammersysteme hat die Temperatur in der Kammer 58 einen äußerst kleinen Einfluß auf die Temperatur in der Kammer 54-·

Zur Vermeidung von Verschmutzungen werden die aus den Abzugkanälen 41 und 84 kommenden Abgase in dem Verbrennungsofen 72 verbrannt. Der Verbrennungsofen 72 ist mit einem an·Luft reichen Brenner 80 versehen, in dem die Wachsdämpfe und andere Abgasstoffe vollständig zum Reagieren gebracht werden können, bevor ein Ablassen in die Umgebungsluft erfolgt.

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Claims

Patentansprüche

1. Direkt "beheizter Ofen mit einem Gehäuse, das ein Dach, einen Boden, Seiten- und Stirnwände sowie eine Einlaßöffnung für die Werkstücke an einem Ende und eine Auslaßöffnung für die Werkstücke am anderen Ende sowie einen Förderer für die Werkstücke vom Einlaß- zum Auslaßende aufweist, g e k e η η zeichnet durch einen Wandabschnitt (4-6), der mit dem Ofendach (12) verbunden ist und zwischen den Enden des Ofens (10) liegt und mit dem die zueinander offenen zwei Behandlungskammern (54- und 58) voneinander getrennt gehalten sind, ein oder mehrere direkt betriebene Brenner (59) in den oberen Bereichen einer jeden Kammer (54- und 58)? sowie ein oder mehrere Gasabzugkanälen (4-1,84-), die in leitender "Verbindung mit den Ofenkammern (54- und 58) stehen und benachbart dem Ofenboden (20) angeordnet sind, wobei der Gasabzugskanal (84-) mit einer AbI aß einrichtung (72,75) verbindbar ist.

2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Kammer (54- und 58) gegenüberliegend den Stirnwänden (16 bzw. 18) ein direkt betriebener Brenner (59) angeordnet ist.

3- Ofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandabschnitt (4-6) in Form eines herabhängenden Bogenstückes ausgebildet ist.

4-. Ofen nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Brenner (59) in dem Bogenstück (4-6) angeordnet sind und in Längsrichtung in den Ofen hineinbrennen.

5. Ofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der Länge einer Ofenkammer (54- oder 58) und dem Durchmesser des zugeordneten Brenners (59) zwischen 20 : und 80 : 1 liegt.

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6. Ofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der Höhe (H) der Ofehkammer (54 oder 58) und der Entfernung (h) zwischen der Brennermittellinie und dem Ende des Bogenstückes (46) zwischen 3 : 1 und 10 : 1 liegt.

7- Ofen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gas abzugskanal (84) unterhalb des Bogenstückes (46) angeordnet ist.

8. Ofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ver- hältnis zwischen der Höhe (H) einer der Kammern (54 oder 58) und der Entfernung zwischen der Kamm erdecke und dem Ende des Bogenstückes (46) zwischen 3 * 1 und 8 : 1 liegt.

9. Ofen nach Anspruch 2 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der direkt betriebene Brenner (59) ein ringförmiges Gehäuse hat, das eine Verbrennungskammer definiert, wobei jeweils ein Brenner (59) in jeder Kammer (54 und 58), und zwar an dem von dem Bogenstück begrenzten Ende liegt, wobei die Brenner (59) derart gerichtet sind, daß sie auf -die Stirnwände (16 und 18) hinweisen.

10. Ofen nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der Länge (L) einer Ofenkammer (54 oder 58) und dem Durchmesser eines Brenners (59) zwischen 20 : 1 und 80 : 1 liegt.

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