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1. Beschreibung
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Titel: Durchlauf-Anlaßofen für Baustahlmatten mit Wärmerückgewinnung
aus dem Einsatzgut und dem Abgas.
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Anwendungsgebiet: Die Erfindung betrifft einen Durchlauf-Anlaßofen
für die Wärmebehandlung von Baustahlmatten mit dem die teilweise Rückgewinnung der
im Einsatzgut und im Abgas gebundenen Wärme wieder ermöglicht wird.
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Zweck: Die Baustahlmatten werden aus kaltgezogenem, gerichtetem und
profiliertem Draht durch Punktschweißung hergestellt. Zur Sicherung der Mindestwertc
für die Bruchdehnung von 8 und die Streckgrenze von 50 Kp/mm2 besteht die Vorschrift,
alle Matten, deren Drähte diesen Wert nicht mit Sicherheit erreichen, thermisch
zu behandeln. Bei Temperaturen zwiscllen 350-4ZO°C tritt die Entspannung des Materials
ein und die geforderten technischen Werte werden mit Sicherheit erreicht.
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Stand der Technik: Zur Durchführung der Wärmebehandlung werden Öfen
eingesetzt, die alle nach dem Prinzip des Kainmerofens arbeiten. D.h., die Matten
(2,65m Breite, 1,30-1 ,60m Stapelhöhe und 6 bzw. 12m
Länge) werden
in einem eigens hierfür gebauten Kammerofen gebracht und auf die jeweilige Entspannungstemperatur
erhitzt.
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Nach vollzogener thermischer Behandlung werden die auf 350 -4200G
(je nach Ausgangsmaterial und Drahtstärke) erhitzten Mattenpakete aus dem Ofen geholt
und kühlen draußen an der frischen Luft ab. Das Chargieren der Öfen erfolgt über
angetriebene Rollgänge, weshalb derartige Öfen gelegentlich als Rollenherdöfen bezeichnet
werden. Die beigefügte Zeichnung Nr.
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105-05-068/71 zeigt die typische Ausführung dieser seit Jahren im
Einsatz befindlichen Öfen.
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Kritik des Standes der Technik: Für die Kritik am Stande der Technik
werden folgende wesentlichen Nachteile angeführt: 1. Die im Einsatzgut (Baustahlmatten)
gebundene Wärme mit dem Temperaturpotential von ca. 4000C wird ohne Nutzung 100
%tig an die freie Luft abgegeben.
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2. Die herkömmlichen Großkammeröfen sind in ihren Ausmaßen von der
Größe, insbesondere aber von der Länge der M«tten abhängig. Die Investitionen für
solche Anlagen sind sehr hoch und ein wirtschaftlicher Einsatz ist meist nicht gegeben,
wenn keine volle Auslastung der Kapazitäten vorhanden ist.
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3. Durch die satzweise Beschickung der Kammeröfen können keine konstanten
Abgastemperaturen eingehalten werden, weshalb die Installation von Rekuperatoren
zur Verbrennungsluftvorwärmung unrentabel und technisch aufwendig ist.
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4. Weitere Nachteile sind großer Platzbedarf auch in der Höhe (Behinderung
der Kranbahn durch Türportale), hohe Montage- und Wartungskosten. Die Emissionswerte
liegen zu hoch und könnten proportional mit der angestrebten Wärmerückgewinnung
verbessert werden.
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Aufgabe: Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst
optimale Wärme ausnutzung zu erzielen, insbesondere aber einen hohen Anteil der
im Gut gebundenen Wärme (nach Aufheizvorgang) für den thermischen Prozeß zurück
zu gewinnen. Die Aufgabenstellung besteht ferner darin, die Vorteile der Wärmerückgewinnung
mit technischen Verbesserungen zu verknüpfen.
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Lösung: Die Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß daß ein spezielles Umwälz- und Wärmerückführsystem (Sekundärsystem) gemäß Pfeilrichtung
Fig. 2 mit dem bekannten Primärsystem (Pfeilrichtung Fig. 1) kombiniert wird. Hinzu
kommt die rekuperative Luftvorwärmung innerhalb des Sekundärsystems und einer technisch
optimalen Gesamtkonzeption, die sich von den herkömmlichen Anlagen vollkommen abhebt.
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Weitere Ausgestaltung der Erfindung: Bedingt durch die Tatsache, daß
es sich den thermisch zu behandelnden Matten um ein Einsatzgut -handelt, dessen
Obertlächen-Gewichtsverhältnis besonders geeignet ist, Warmebut anzunehmen und auch
wieder abzugeben (vergleichsweise: Ljungström-Luvo), kann durch das entwickelte
Umwälz- und Wärmerückführsystem (Sekundärsystem Fig. 2) dem durchwärmten Mattenpaket
die Wärme (Bereich 1) entzogen und auf der einlaufenden kalten Seite (Bereich 2)
zugeführt werden. Der Wärmetausch erfolgt im Gegenstromverfahren, so daß ohne Berücksichtigung
der Rekuperatoren (11) bereits eine 40*teige Wärmerückgewinnung möglich wird. Der
Ofen kann auch taktweise so abgestuft werden, daß sich sowohl ein intermittierender
Ofenbetrieb wie auch ein quasi kontinuierlicher Arbeitsablauf einstellen läßt. Der
kontinuierliche
Ofenbetrieb ist insofern von Vorteil, daß sich
die Abgastemperaturen im oberen Sollwert praktisch konstant einstellen und hierdurch
eine Temperaturstabilisierung wie auch eine bessere Nutzung der Abgaswärme möglich
wird.
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Erzielbare Vorteile: Die durch die Erfindung erzielten Vorteile bestehen
im einzelnen darin: 1. Brennstoff-, und damit Energieeinsparung je nach Beheizungsart,
Energieträger und Leistung zwischen caO 30 -50%.
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2. Die Anlage ist nicht an bestimmte Mattengrößen, insbesondere der
Längen, gebunden.
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3. Entscheidend geringere Investitionskosten 3.1 Großer Ofen für
12 m lange Matten entfällt 3.2 Kleiner Ofen fürHi-m-rMatten ist um ca. 25 billiger.
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3.3 Um 40% geringere Montagekosten wie auch weniger Wartungs- und
Betriebshaltungskosten.
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4. Um ca. 30 - 50 X geringere Emissionswerte sowie kein unnötiges
Aufwärmen der Luft. Die Anlage bleibt mit einem A-Wert von ca. 600 000 kcal unter
der genehmigungspflichtigen Grenze gemäß § 16 Abs. 3 der GewO.
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5. Die Öfen können in der Ausführung kleiner gestaltet werden, so
daß ggfls. ein Ofen hinter einer Fertigungsstraße aufgestellt werden kann. Hieraus
ergeben sich werksinterne Vorteile wie geringer Transportanteil und Wegfall von
Querfahreinrichtungen.
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6. Die Art der Abgasnutzung (indirekter Wärmetausch) hat gegenüber
einer möglichen direkten Umspülung des kalten Mattenteiles verfahrenstechnische
Vorteile: Vermeidung
von Taupunktunterschreitung, keine Korrosion
des Gutes, keine Rußbildung und bessere Abgasführung im Kamin.
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7 Der Ofen hat keine Türportale und gestattet wesentlich geringere
Kranbahnhöhen als sonst üblich.
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8. Die Matten sind nach Verlassen des Ofens relativ kühl und können
unmittelbar weiter nanipuliert werden.
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9. An dieser Stelle sei noch auf die wirtschaftliche Bedeutung des
neuen Ofensystems hingewiesen: Bei den derzeitigen Öfen beträgt der Energieverbrauch
ca. 12 i/t.
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Jährlich werden in der Bundesrepublik ca. 1,5 Milz. Tonnen Baustahlmatten
angelassen. Die durch derartige neue Öfen mögliche Einsparung beläuft sich auf etwa
18 Mill.
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1 Leichtöl, bzw. ca. 5 Mill. DM/Jahr.
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Beschreibung der Ausführung: Ein prinzipielles Ausführungsbeispiel
zeigen die Abbildungen Fig. 1 und Fig. 2.
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Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch den Ofen und läßt das Beheizungs-
und Umwälzsystem (Primärsystem) in Pfeilrichtung erkennen. Die Brenner (3) brennen
in die Brenn- und Mischkammer (4). Die heißen Gase werden vom Umwälzgebläse (5)
mit den im Ofen befindlichen kühleren Gasen vermischt und in den Umwälzkreislauf
(Pfeilrichtung) gebracht. Zur besseren Führung erhält der Ofen innere Leitbleche
(6). Die Gase treten unter dem Rollgang (7) wieder in das Mattenpaket (8) ein. Entsprechend
den physikalischen Gesetzmäßigkeiten sind Umwälzmenge und Geschwindigkeit auf einen
optimalen Wärmeübergang ausgelegt.
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Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch den Ofen und läßt das zweite
Umwälzsystem in Pfeilridhtung (Sekundärsystem) erkennen.
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Das Mattenpaket wird in Pfeilrichtung (9) durch den Ofen geführt.
Dem ca. 4000C warmen Teilstück wird bei (1) die Wärme entzogen. Über den Saugkanal
(10) gelangt Umwälzluft zum Abgaswärmetauscher (11) und wird dort weiter erwärmt.
Das Saug-und Umwälzgebläse (12) drückt die heiße Luft über den Anblaskanal (13)
in das kühle Mattenstück (2), wodurch der Wärmetausch stattfindet. Durch Unterstützung
eines Luftstrahlsaugers (14) gelangt die kühlere Umwälzluft von den Bodenkanälen
(ins) wieder zur Wärmeaufnahme in das Teilstück (1) des warmen Mattenpaketes.
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Zur Abdichtung des Primärsystems gegenüber dem Sekundärsystem und
der Umgebung sind bewegliche Klappen (16) in den Übergangsbereichen angebracht.
Auch an den Seiten werden diese Maßnahmen zur vertikalen Abdichtung getroffen. Die
Einlaufzone (17) und die Auslaufzone (18) sind als Labyrinthschleuse ausgebildetAund
mit Strömungsunterbrechern (19) versehen. Hierdurch wird in Verbindung mit der automatischen
Ofendruckreglung (20) das Ausströmen der Ofengase und der tarmen Umwälzluft verhindert.
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Der Ofen ist entsprechend den jeweiligen Temperaturen allseitig isoliert
(21). Als Traggerüst dient eine Stahlrahmenkonstruktion.