DE2500636C3

DE2500636C3 - Heißgasbeheizter Zwei- oder Mehrzonendurchlaufofen

Info

Publication number: DE2500636C3
Application number: DE19752500636
Authority: DE
Inventors: Hans Joachim Dipl.-Ing. 5023 Loevenich Gerhardt; Carl Prof. Dr.-Ing. Kramer; Heinrich Prof. Dr.-Ing. Stein
Original assignee: STAHLWERKE BOCHUM AG 4630 BOCHUM
Current assignee: STAHLWERKE BOCHUM AG 4630 BOCHUM
Priority date: 1975-01-09
Filing date: 1975-01-09
Publication date: 1978-09-28
Also published as: DE2500636B2; DE2500636A1

Description

Die Erfindung betrifft einen heißgasbeheizten Zwei oder Mehrzonendurchlaufofen, in dem das Heißgas durch Ventilatoren im Kreislauf umgewälzt wird, wobei die Heißgaserzeuger auf der Druckseite der Ventilatoren liegen.

Bei einem bekannten Durchlaufofen (DE-AS 14 841) verlaufen längs dem Ofen ein Abgasabsaugkanal und ein Heißgaszufuhrkanal. Das Abgas wird an mehreren Stellen längs des Ofens entnommen und dem Abgasabsaugkanal zugeführt und über den Abgasabsaugekanal zu einem Gebläse geleitet, das die Abgase in den Zufuhrkanal einspeist, dem Zusatzbrenner zum Aufheizen des Abgases zugeordnet sind. Ferner sind im Ofen mehrere Hauptbrenner vorgesehen, die das über Abzweigleitungen aus der Zufuhrleitung dem Ofen wieder zugeführte Abgas aufheizen. Bei diesem Ofen ist also ein einziger Kreislauf vorgesehen. Diestr Kreislauf ist wegen der mit Brenngas betriebenen Brenner nicht geschlossen sondern offen, so daß der Ofen nicht unter einer inerten Atmosphäre steht Wegen des offenen Kreislaufes ist außerdem die Wärmebilanz des Ofens nicht optimal.

Bei einem anderen bekannten Durchlaufofen (DE-AS 12 47 556) für keramische Körper erfolgt die Wärmezufuhr in der Weise, daß die Heißgase des Ofens einer mit Brennern betriebenen Brennkammer der Brennzone des Ofens unmittelbar zugeführt werden. Aus dieser

ίο Brennzone werden die Rauchgase abgeführt und mit den Heißgasen aus anderen Zonen, gegebenenfalls unter Beimischung von Luft aus der Atmosphäre, gemischt und über Gebläse den anderen Ofenzonen zugeführt. Im Unterschied zu dem anderen bekannten

is Durchlaufofen sind also den Gebläsen an der Druckseite keine Brenner oder sonstigen Heizeinrichtungen zugeordnet Auch ist kein Kreislauf der heißen Gase sondern nur ein Mischsystem vorgesehen.

Bei einem anderen bekannten Durchlaufofen (DE-AS 19 58 003) ist ebenfalls kein Kreislauf für die Ofenatmosphäre vorgesehen. Die Ofenatmosphäre wird durch Brenner aufgeheizt, die auf der Druckseite von Ventilatoren angeordnet sind, die Heißluft und Kaltluft zuführen.

Ferner ist es bekannt, in einem Durchlaufofen das zu erwärmende Gut schwebend zu führen, indem über Düsen im Boden Heißgas zugeführt wird (US-PS 19 48 173). Ferner ist der Effekt bekannt daß bei Temperaturen über 1000⁰C die Wärmeübertragung durch Konvektion im Vergleich zu der Wärmeübertragung durch Gasstrahlung klein ist (J. Henri Brunklaus »Industrieofenbau«, 1. Auflage, Vulkan-Verlag Dr. W. Classen Essen Seite 43).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

J^r) Durchlaufofen der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem es möglich ist, unter optimalen Bedingungen in den einzelnen Zonen das Behandlungsgut auf mehr als 1200⁰C zu erwärmen, ohne daß dadurch die Ventilatoren einer zu hohen Wärmebelastung ausgesetzt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Durchlaufofen zwei Ofenstrecken aufweist wobei die Heißgaserzeuger der Erzeugung von Heißgas mit Temperaturen von insbesondere 1200⁰C oberhalb der für Ventilatoren kritischen Grenze von 750 bis 900° C, in der zweiten Ofenstrecke angeordnet sind und die aus den Ofenstrecken abströmenden Gasmengen zur Kühlung bzw. zum Aufheizen miteinander mischbar und umwälzbar sind.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß ein optimaler Betrieb eines Durchlaufofens ohne übermäßige Wärmebelastung der Ventilatoren dadurch erzielt werden kann, daß in jeder Ofenstrecke das Gas im Kreislauf umgewälzt wird, wobei die Aufheizung des Gases der ersten Ofenstrecke durch das Umwälzgas der zweiten Ofenstrecke, das eine höhere Temperatur als das Umwälzgas der ersten Ofenstrecke hat, erfolgt und wobei das Umwälzgas der zweiten Ofenstrecke ganz oder teilweise, bevor es der zweiten Ofenstrecke wieder zugeführt wird, in der ersten Ofenstrecke an dem

M) einlaufenden, zu erwärmenden Gut abgekühlt wird. Da dieses aus der zweiten Ofenstrecke ganz oder teilweise entnommene Umwälzgas das Gasvolumen in der ersten Ofenstrecke vergrößert, wird aus der ersten Ofenstrekke der entsprechende Anteil wieder abgeführt. Dieser

*■> Anteil, dessen Temperatur geringer als die Temperatur des zugeführten Umwälzgases aus der zweiten Ofenstrecke ist, dient nun wiederum dazu, das den Ventilatoren der zweiten Ofenstrecke zuzuführende

Umwälzgas auf einer für die Ventilatoren unkritische Temperatur zu halten. Es wäre nämlich nicht möglich, das Umwälzgas der zweiten Ofenstrecke den Ventilatoren der zweiten Ofensirecke unmittelbar und unvermischt mit kälterem Umwälzgas zuzuführen. Obgleich beim erfindungsgemäßen Ofen für die Erwärmung des Uinwälzgases nur in der zweiten Ofenstrecke Heizvorrichtungen vorgesehen zu sein brauchen, so daß das Gas in der zweiten Ofenstrecke eine höhere Temperatur als in der ersten Ofenstrecke hat, kann in der ersten Ofenstrecke eine hohe Heizleistung erreicht werden. Diese hohe Heizleistung in der ersten Ofenstrecke und der damit verbundene Wärmeentzug des der ersten Ofenstrecke aus der zweiten Ofenstrecke zugeführten Umwälzgases wird dann ausgenutzt, um bei den beiden miteinander verketteten Kreisläufen das Umwälzgas der zweiten Ofenstrecke ganz oder teilweise an dem einlaufenden, zu erwärmenden Gut in der ersten Ofenstrecke derart abzukühlen, daß das den Ventilatoren der zweiten Ofenstrecke wieder zuzuführende Umwälzgas bzw. Gasgemisch eine unkritische Temperatur hat

Die beiden miteinander derart verketteten Kreisläufe bieten die Möglichkeit, die Gasumwälzung in den beiden Ofenstrecken der Menge nach unterschiedlich einzustellen. So kann nach einer Ausgestaltung der Erfindung die erste Ofenstrecke als Gasstrahlheizzone und die zweite Ofenstrecke aus einer mit der Gasstrahlheizzone im Verbund arbeitenden Gaspolsterheizzone und Gaspolsterhaltezone bestehen. Bei dieser Ausgestaltung zur schwebenden Führung des bahnförmigen Gutes findet in der Gasstrahlheizzone eine größere Gasumwälzung je Längeneinheit des Ofens als in der Gaspolsterheizzone und Gaspolsterhaltezone statt. Bei günstiger Auslegung der im Verbund mit der nachgeordneten Gaspolsterheizzone und Gaspolsterhaltezone arbeitenden Gasstrahlheizzone ist es möglich, die gesamte Wärmemenge zur Banderwärmung zu verwenden, die auf der Druckseite der Ventilatoren der zweiten Ofenstrecke zugeführt wird. In der ersten Ofenstrecke findet demnach die Aufheizung des zu erwärmenden Gutes primär durch Konvektion statt, während sie in der zweiten Ofenstrecke überwiegend durch Strahlung stattfindet.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können der ersten Ofenstrecke zusätzliche Heizvorrichtungen zugeordnet sein. Ferner können die im Verbund arbeitenden Kreisläufe der beiden Ofenstrecken für hohe bzw. niedrige Temperaturen durch im Umwälzgasstrom angeordnete Klappen gesteuert werden. In der zweiten Ofenstrecke kann eine Vorrichtung für zusätzliche Wärmezufuhr zu dem zu erwärmenden Gut vorgesehen sein. Diese Vorrichtung kann als Wärmestrahler ausgebildet sein.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert.

Im oberen Teil der Zeichnung ist schematisch ein Durchlaufofen mit Gasumwälzung dargestellt, während in dem Diagramm darunter der Temperaturverlauf des zu erwärmenden Gutes beim Durchlauf durch den Ofen dargestellt ist.

Der Durchlaufofen besteht aus mehreren Zonen, und zwar einer Gasstrahlheizzone 1, einer Gaspolsterheizzone 2, einer Gaspolsterhaltezone 3, deren Länge sich nach der jeweiligen Aufgabenstellung richtet, und einer Kühlzone 4. Die Gasstrahlheizzone 1 ist der ersten Ofenstrecke zugeordnet, während die Gaspolsterheizzone 2 und die Gaspolsterhaltezone 3 der zweiten Ofenstrecke zugeordnet sind.

Die Gasumwälzung in der Gasstrahlheizzone 1 erfolgt im geschlossenen Kreislauf über einen Ventilator 5. Dieser Ventilator 5 ist ebenso wie Zuleitungs- und Ableitungskanäle 12 im allgemeinen konstruktiv in den Strömungskreislauf der Gasstrahlheizzone 1 integriert. Wie aus dem Diagramm im unteren Teil der Zeichnung zu erkennen ist, ist in der Gasstrahlheizzone 1 die mittlere Gastemperatur gleich der Ventilatortemperatur. Ie nach Auslegung der Anlage können in der Gasstrahlheizzone 1 noch zusätzliche Heizvorrichtungen (nicht dargestellt) vorgesehen sein.

Die Gaspolsterheizzone 2 und die Gaspolsterhaltezone 3 werden von Ventilatoren 6 mit dem erforderlichen Heißgas versorgt. Die Gastemperatur in einer zu den Ventilatoren 6 führenden Ansaugleitung 15 ist, wie aus dem Diagramm ersichtlich, erheblich niedriger als die Gastemperatur in der Gaspolsterheizzone 2 und der Gaspolsterhaltezone 3. Zweckmäßigerweise wird in der Gaspolsterheizzone 2 die Gastemperatur etwas höher gewählt als die Temperatur im zu erwärmenden Gut, die in der Gaspolsterhaltezone 3 aufrechterhalten werden soll. In der Gaspolsterhaltezone 3 stimmt die Temperatür im zu erwärmenden Gut mit der Gastemperatur überein. Damit kann die Gastemperatur in der Gaspolsterheizzone 2 noch geringfügig höher sein als die in der Gaspolsterhaltezone 3.

Zur Erwärmung des Heißgases auf die Gastemperatür in den Zonen 2 und 3 dienen Heizeinrichtungen 8. Diese Heizeinrichtungen 8 können beispielsweise mit Hochleistungsstrahlrohren bestückt oder für höhere Temperaturen mit elektrischen Spezialheizelementen, beispielsweise aus Molybdän, versehen sein.

Da für die Ventilatoren 6 im Vergleich zu dem Ventilator 5 eine kleinere Pressung und auch eine kleinere Förderhöhe erforderlich ist, kann die Umfangsgeschwindigkeit für die Ventilatoren 6 niedriger gewählt werden als für den Ventilator 5. Die geringere Umfangsgeschwindigkeit der Ventilatoren 6 irr. Vergleich zu dem oder den Ventilatoren 5 gestattet die Verwendung der Ventilatoren 6 bei einer höheren Gastemperatur als dies für den Ventilator 5 in der Gasstrahlheizzone 1 der Fall ist. Dies ist schematisch im unteren Teil der F i g. 1 angedeutet.

Das mit hoher Temperatur aus den Zonen 2 und 3 über die Kanäle 10 und 11 abströmende Umwälzgas wird zum Teil dem Kreislauf 12 mit dem Ventilator 5 der Gasstrahlheizzone 1 zugeführt. Der andere Teil strömt

so über einen Kanal 13 unmittelbar in die Ansaugleitung 15 und vermischt sich dort mit dem aus der Gasstrahlheizzone 1 über eine Leitung 14 abströmenden Umwälzgas. Über die Leitung 14 muß mit der mittleren Gastemperatur der Gasstrahlheizzone 1 das gleiche Gasvolumen abströmen, das über die Leitung 11 der Gasstrahlheizzone 1 aus der Gaspolsterheizzone 2 und der Gaspolsterhaltezone 3 zugeführt wird. Mit dem Umwälzgas über die Leitung 11 wird der Gasstrahlheizzone 1 Wärmeenergie zugeführt, die der Temperaturverringerung des

w) Umwälzgases von der hohen Temperatur auf die niedrigere Temperatur in der Zone 1 entspricht.

Wenn, wie im Diagramm dargestellt, die Ventilatortemperatur der Ventilatoren 6 für die Gaspolsterheizzone 2 und die Gaspolsterhaltezone 3 höher ist als die

hi Ven'ilatortemperatur des Ventilators 5 der Gasstrahlheizzone 1, muß gegebenenfalls der Gasstrahlheizzone 1 noch zusätzliche Wärme zugeführt werden, um die nötige Energie zur Aufheizung des zu erwärmenden

Gutes bereitzustellen, in diesem Fall fließt ein Teil des in den Kanälen 10 aus den Zonen 2 und 3 abströmenden Hochtemperatur-Umwälzgases unmittelbar über die Leitung 13 zur Ansaugleitung 15 zurück. Die höhere Gastemperatur der Ventilatoren 6 gegenüber dem Ventilator 5 stellt sich durch Mischung dieses Hochtemperatur-Umwälzgases aus der Leitung 13 mit dem Umwälzgas in der Leitung 14 ein, dessen Temperatur der Gastemperatur in der Zone 1 entspricht.

Das Umwälzgas der Kühizone 4 wird in üblicher Weise von einem Ventilator 7 erzeugt. In dem dabei verwendeten Kreislauf ist noch eine Kühlvorrichtung 9 eingeschaltet.

In Abhängigkeit von der Aufgabenstellung und der Leistungsanforderungen an den erfindungsgemäßen Durchlaufofen können in den Zonen J, 2, 3 und 4 mehrere, einander parallelgeschaltetc Ventilatoren 6, 7 verwendet werden.

Zur Regelung der Gasströme können in den Knotenpunkten der Leitungen 13, 14, 15 Klappen vorgesehen sein.

Zur Beschleunigung der Aufheizung des zu erwärmenden Gutes in der Gaspolsterheizstrecke 2 können noch zusätzliche Heizvorrichtungen, beispielsweise Strahler (nicht dargestellt), eingesetzt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Heißgasbeheizter Zwei- oder Mehrzonendurchlaufofen, in dem das Heißgas durch Ventilatoren im Kreislauf umgewälzt wird, wobei die Heißgaserzeuger auf der Druckseite der Ventilatoren liegen, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaufofen zwei Ofenstrecken (1,2—3) aufweist, wobei die Heißgaserzeuger (8) zur Erzeugung von Heißgas mit Temperaturen von insbesondere 1200⁰C oberhalb der für Ventilatoren (6) kritischen Grenze von 750—900⁰C, in der zweiten Ofenstrecke (2—3) angeordnet sind und die aus den Ofenstrecken (1, 2—3) abströmenden Gasmengen zur Kühlung bzw. zum Aufheizen miteinander mischbar sind.

2. Zwei- oder Mehrzonendurchlaufofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ofenstrecke eine Gasstrahlheizzone (1) ist und die zweite Ofenstrecke aus einer mit der Gasstrahlheizzone (1) im Verbund arbeitende Gaspolsterheizzone (2) und Gaspolsterhaltezone (3) besteht.

3. Zwei- oder Mehrzonendurchlaufofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der erste Ofenstrecke (1) zusätzliche Heizvorrichtungen v< rgesehen sind.

4. Zwei- oder Mehrzonendurchlaufofen nach einem d_:2r Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet daß die Gasstrahlheizzone (1) und die Gaspolsierheizzone (2) so ausgelegt sind, daß die Wärmebehandlung von schwebend geführten Warenbahnen möglich ist.

5. Zwei- oder Mehrzonendurchlaufofen nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die im Verbund arbeitenden Kreisläufe der Ofenstrecken (1, 2—3) für hohe bzw. niedrige Temperaturen durch im Umwälzgasstrom angeordnete Klappen gesteuert werden.

6. Zwei- oder Mehrzonendurchlaufofen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Ofenstrecke (2—3) eine Vorrichtung für zusätzliche Wärmezufuhr zu dem zu erwärmenden Gut vorgesehen ist.

7. Zwei- oder Mehrzonendurchlaufofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung für die zusätzliche Wärmezufuhr als Wärmestrahler ausgebildet ist.