DE2740581C2

DE2740581C2 - Ofen zur Wärmebehandlung von metallischen Gegenständen in einem Wirbelbett

Info

Publication number: DE2740581C2
Application number: DE2740581A
Authority: DE
Inventors: Brian West Bromwich West Midlands Harding
Original assignee: Aalberts Industries NV
Current assignee: Aalberts NV
Priority date: 1976-09-16
Filing date: 1977-09-09
Publication date: 1986-01-16
Also published as: JPS5337581A; FR2364685A1; CA1197981B; AU511274B2; AU2850677A; SE7710319L; GB1591302A; CA1094802A; FR2364685B1; JPS5654546B2; DE2740581A1; US4340433A; SE429114B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ofen zur Wärmebehandlung von metallischen Gegenständen in einem Wirbelbett nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiger Ofen ist aus der US-PS 38 61 862 bekannt, die ein Fließbett für die Durchführung von Wärmebehandlungen lehrt, in dem sich eine Masse feuerfester Partikel zur Bildung eines Fließbetts befindet. Dabei wird von unten in das Wirbelbett ein Gemisch mit Gas- oder Luftüberschuß eingeblasen, das nicht die im Wirbelbett gewünschte Zusammensetzung hat. Die gewünschte Zusammensetzung wird vielmehr erst durch Einleiten von zusätzlichem Gas oder von zusätzlicher Luft durch die weitere Zuführung, die in einem Abstand oberhalb der Basis angeordnet ist, erzielt Hierdurch kann sich die im Wirbelbett ausgebildete Flamme nicht bis an die Oberfläche der porösen Basis erstrecken, so daß die poröse Basis geschützt ist Dieser Schutz ist jedoch nicht immer zufriedenstellend oder ausreichend. Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gestellt, den ίο Ofen der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß ein zusätzlicher Schutz für die poröse Basis erreicht wird.

Ausgehend von einem Ofen mit den Merkmalen der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß unmittelbar oberhalb der porösen Basis eine untere Schicht aus verhältnismäßig dichten und/oder großen Partikeln und darüberliegend eine obere Schicht aus leichteren und/oder kleineren Partikeln derart vorgesehen ist, daß die untere Schicht im Betrieb nicht fluidisiert wird, wenn die obere Schicht bereits im Wirbelbettzustand ist

Die untere Schicht aus den verhältnismäßig dichten und/oder großen Partikeln wirkt hierbei nicht als Fließbett, sondern als eine thermische Isolierung für die porose Basis. Hierdurch wird erreicht, daß die Oberfläche dieser Basis auf sjner relativ niedrigen Temperatur bleibt

Die Erfindung wird im nachfolgenden anhand einiger Ausführungsbeispiele in den Zeichnungen veranschaulicht

F i g. 1 ist ein schematisches Schnittbild eines Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen Fließbettes;

F i g. 2 ist eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung;

F i g. 3 ist ein schematisches Schnittbild einer weiteren alternativen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fließbettes;

F i g. 4 ist eine schematische Ansicht weiche in größerem Maßstab ein in der F i g. 1 dargestelltes Konstruktionsteil veranschaulicht

Bei der in F i g. 1 veranschaulichten Ausführungsform des Ofens mit Fließbett ist ein Gehäuse 10 vorgesehen, das einen inneren Behälter aufweist, der mit einer gewellten Seitenwandung 12 und einer porösen Basis oder Platte 11 aus keramischem Material versehen ist, die üblicherweise mittels Mörtel oder Zement in ihrer Stellung gehalten wird. Die gewellte Wandung 12 wird von einer oder mehreren Lagen eines wärmeisolierenden Material 13 umgeben. Innerhalb des Behälters befindet so sich eine Masse aus feuerfesten Partikeln 14, welche im Betrieb durch ein gasförmiges Medium fluidisiert weruen, wobei Gegenstände, die einer Wärmebehandlung zu unterziehen sind, in die fluidisierte Masse der feuerfesten Partikel 14 eingebracht werden können. In diesem Falle bildet das gasförmige Medium, welches zur Fluidisierung der Partikel verwendet wird, auch gleichzeitig die Atmosphäre für die Wärmebehandlung.

Zum Schutz der porösen Basis 11 und des zur Befestigung dienenden Zements direkt auf der Oberseite dieser Basis ist eine zusätzliche Lage 8 von feuerfesten Partl· kein 14 vorgesehen, die aus gröberen und/oder schwereren Partikeln besteht als die Fließbettpartikel, die für den anderen Teil der Fließbettanordnung dienen. So kann beispielsweise die Lage 8 in unmittelbarer Nähe der porösen Basis 11 aus AI₂O₃-Partikeln von Ι480μ(14 mesh) Korngröße bestehen, während der übrige Teil der Partikel aus AljO₃-Partikeln von etwa 250 μ (60 mesh) Größe bestehen, wobei das spezifische Gewicht von

AI2O3 bei 3,96 liegt Vorzugsweise ist auch ein Gitter 9 vorgesehen, das zwischen der Lage 8 und der Zuführung 17 liegt, um zu verhindern, daß die wärmebehandelten Werkstücke in den unteren Teil des Fließbettes eintreten können. Die Geschwindigkeit des durch das Bett hindurchströmenden Gases kann dann so eingestellt werden, daß die Partikel der unteren Lage, die aus gröberen oder schwereren Kölnern bestehen, nicht fluidisiert werden, während die kleineren und/oder leichteren Partikel in einen fluidisierten Zustand überführt werden. Die Bodenschicht, die in einem solchen Falle nicht als Fließbett wirkt, ergibt dann eine thermische Isolierung für die poröse Platte 11, welche dann dazu beiträgt, daß die obere Fläche der Platte auf einer relativ niedrigen Temperatur bleibt

Unterhalb des Behälters ist eine erste Zuführung in Form einer oder mehrerer Rohre oder Leitungen 16 vorgesehen, die an Luft bzw. an ein brennbares Gas angeschlossen ist. Gas und Luft werden vorgemischt, bevor sie gegen die Unterseite der porösen Basis 11 Stroms¹.:. I" jedem Falle sind die Anveüe von Gas und Luft so gewählt, daß die resultierende Misc'- ung nicht der in der fluidisierten Partikelmasse gewünschte Zusammensetzung entspricht Vorzugsweise überwiegt der GasanteiL Es kann aber auch alternativ der Luftanteil überwiegen.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich, ist eine weitere Zuführung vorgesehen, die aus einem oder mehreren mit Öffnungen versehenen Rohren 17 besteht, welche so angebracht sind, daß sie sich quer durch das Partikelbett hindurch erstrecken. Hierbei sind die Rohre 17 so angeordnet, daß sie näher an der Oberseite der Basis 11 als an einer Fließbettoberfläche 15 der feuerfesten Partikelmasse liegen. Ansteile der Rohre 17 können bei einer alternativen Ausführungsform, die in F i g. 2 veranschaulicht ist zu einem Gitter 18 zusammengefaßte, mit öffnungen versehene Rohre verwendet werden, die in das Fließbett versenkt und herausgenommen werden können. So kann beispielsweise ein Rohrgitter vorgesehen werdeu das im Grundriß eine im wesentlichen rechteckige Form aus den Teilen 18a bildet Parallel zu den Rohrteilen 18a verläuft ein weiteres geradliniges Rohrstück 186, welches die beiden kürzeren Seiten des rechteckigen Gitters miteinander verbindet. Dieses Rohrgitter wird dann in der Mitte an das Einlaßrohr 18c angeschlossen, welches sich senkrecht zur Ebene des Gitters erstreckt und als Hängevorrichtung dient, wobei das obere Ende des Einlaßrohres mit einem flexiblen nicht veranschaulichten Schlauch verbunden werden kann, durch das Gas oder Luft zugeführt werden. Außerdem kann auch ein gelochtes Blech oder ein Drahtmaschennttz 19 vorgesehen sein, welches an dem Einlaßrohr 18c parallel zur Ebene des Rohrgitters 18 oberhalb desselben befestigt ist Dieses Drahtnetz oder Lochblech wird oberhalb des Gitters in einer solchen Stellung angeordnet, daß es während des Betriebes gleichfalls in die Partikel 14 des Fließbettes eingetaucht wird. Hierbei dient es dazu, die Bildung größerer Gasblasen auf der Oberfläche des Fließbettes zu vermeiden. Das Rohrgitter selber weist eine Vielzahl von öffnungen auf, wobei es in der Masse der feuerfesten Partikel innerhalb des Fließbettes in geeigneter Entfernung von der porösen Platte 11 aufgehängt ist. Dabei kann Gas oder Luft aus dem Einlaßrohr 18c in das Gitter und von dort aus durch die öffnung im Gitter in das Fließbett der feuerfesten Partikel 14 einströmen, wo es sich mit der nichtstöchiometrisvi.en Mischung vermengt, die durch die poröse Basisplatte 11 nach oben fließt. Durch die Vermengung dieser beiden Strömungskomponenten bildet sich dann die gewünschte Mischung. Wenn im bevorzugten Falle die Mischung, weiche durch die po* ose Platte 11 von der Zuführung 16 aus nach oben strömt, einen Gasüberschuß aufweist, so wird die Luft durch das Rohrgitter 18 oder die Rohrzuführung 17 eingeblasen, um den stöchiometrischen Charakter der Mischung herzustellen. Ist jedoch die von unten durch die poröse Platte 11 hindurchgeblasene Luft mit einem Luftüberschuß versehen, dann wird durch die weiteren Zuführungen, also beispielsweise durch das Rohrgitter 18 oder die mit öffnungen versehenen Rohre 17 brennbares Gas in das Fließbett eingeblasen.

Wenn auf die oben beschriebene Weise die gewünschte Mischung erzielt ist, strömt diese nach oben durch das Fließbett, das seinerseits seinen fluidisierten Zustand durch die Strömung erreicht. Die Zündung der Mischung kann dann unmittelbar über das Fließbett erfolgen, zum Beispiel direkt über der Oberfläche 15. Im Zuge der Erhöhung der Temperatur '--'ändert die Flamme von dort aus nach unten durch das Fließbett der feuerfesten Partikel 14, erreicht aber nicht die obere Seite der porösen Platte 11, so daß diese und der Zement Mörtel oder dergleichen, mit dem sie befestigt wird, nicht untragbar hohen Temperaturen unterworfen wird. Die anfängliche Beheizung des Bettes kann, wie oben beschrieben, durchgeführt werden und — sobald die gewünschte Temperatur erreicht wird — kann im Falle der Verwendung des Rohrgitiers 18 dieses aus dem Fließbett herausgezogen werden, wonach dann die Mischung, die durch die poröse Platte nach oben steigt, die erforderliche Behandlungsatmosphäre einerseits und auch das fluidisierende Medium bildet Natürlich kann auch das Gitter in Arbeitsstellung gebracht werden, bevor der Betrieb einsetzt, wobei es in das Fließbett eingesetzt wird, während das Letztere sich noch in fluidisiertem Zustande befindet, zum Beispiel kurz vor dem Ende eines vorhergehenden Arbeitsvorganges.

Alternativ kann das Fließbett auch durch die Mischung fluidisiert werden, die durch die poröse Platte hinourchgeblasen wird, bevor das Rohrgitter eingesetzt wird. Es ist jedoch notwendig, die nötige Betriebstemperatur aufrechtzuerhalten und dies kann dadurch bewirkt werden, daß die Verbrennung des Gasluftgemisches entweder direkt über oder innerhalb de* oberen Bereiches des Fließbettes durchgeführt wird. Eine solche Verbrennungszone versorgt dann das Fließbett mit Wirme. In der F i g. 1 ist auch eine dritte Zuführung in Form einer oder mehrerer mit öffnungen versehenen Rohre 20 dargestellt, die direkt unterhalb der Oberfläche 15 angeordnet sind. Diese Anordnung ist in ihren Einzelheiten in F i g.4 dargestellt. Wie ersichtlich, besteht die gesamte Rohranordnung 20 aus einem oberen Teil 20a, das in Verbindung mit einem unteren Teil 20b steht. Konzentrisch im unteren Teil 20Λ ist ein inneres Rohr 20c vorgesehen, welches das nicht brennbare Gasluftgemisch entuält Das innere Rohr 20c hat öffnungen 20c/ an seiner Bodenfläche, durch welche die Mischung hindurchtreten kann. Das obere Teii 20a kann dazu benutzt werden, Luft zuzuführen, wenn dies erwünscht ist, so daß, wenn eine Temperatursteigerung nach Beendigung der anfänglichen Aufheizung erforderlich ^;st, Luft in das Teil 20a mittels eines nicht veranschaulichten Anschlusses zugeführt wird, die dann in das Teil 20b und um das Rohr 20c herum wdJerstremt, wobei sie sich mit dem Gasluftgemisch vermengt, welches durch die öffnungen 20c/ austritt Dort wird eine neue brennbare Mischung gebildet, welche durch die öffnungen 20c in der Boden-

fläche der Rohrteiles 20b ausströmt und nach Zündung im oberen Teil des Fließbettes einen Verbrennungsvorgang bewirkt Eine solche Verbrennung kann natürlich dadurch gestoppt werden, daß der Luftzutritt zu dem Teil 2Oe oder der Zutritt des Gasluftgemisches zum Rohr 20c oder beide Zuführungen unterbrochen werden.

Gemäß einer alternativen Anordnung, die in F i g. 3 veranschaulicht ist, besteht die dritte Zuführung in einer oder mehreren mit öffnungen versehenen Rohren 21, die unmittelbar über der oberen Oberfläche 15 der fluidisieren Partikel vorgesehen sind. In diesem Falle kann, wenn es erwünscht ist, um die Temperatur des Fließbettes anzuheben, Luft oder gasförmige Brennstoffe durch die mit öffnungen versehenen Rohre 21 hindurchgeblasen werden, um mit dem nach oben strömenden durch das Fließbett gerichteten Gas, das gleichzeitig die Behandlungsatmosphäre bildet, eine Mischung zu erhalten, die dann gezündet wird, um eine Art Feuerball direkt über der Fläche 15 zu erzeugen und dabei das Fließbett zu erhitzen. Bei der Ausführung gemäß F i g. 3 kann die Hitze von Zeit zu Zeit von einem Feuerball geliefert werden, der sich oberhalb des Fließbettes bildet, während im Falle der F i g. 1 die zusätzliche Beheizung durch einen Verbrennungsvorgang erfolgen muß, der im oberen Teil des Fließbettes stattfindet. In beiden Fällen kann jedoch die Temperatursteuerung des Fließbettes dadurch verbessert werden, daß Luft nach oben über das Äußere der gewellten Wandung 12 im Raum zwischen den Wellungen und der Isolation 13 nach oben geblasen wird. Wenn es also erforderlich ist, das Fließbett nach der anfänglichen Aufheizung bei einer ganz bestimmten Temperatur zu halten, so kann ein Abfallen der Temperatur unter einem vorgegebenen Wert dadurch korrigiert werden, daß entweder Luft oder Gas durch die Rohre 20 und 21 geblasen wird, um einen Verbrennungsvorgang innerhalb oder direkt oberhalb des oberen Teiles des Bettes auszulösen. Auf der anderen Seite kann eine Steigerung der Temperatur über das gewünschte Niveau heraus dadurch korrigiert werden, daß Kühlluft über das Äußere der gewellten Wand 12 zwischen den Wellungen und der Isolation geblasen wird, wie dies im Vorstehenden erwähnt wurde. Der Beginn der Verbrennung und die Einführung der Kühlluft kann automatisch durch einen Thermostat gesteuert werden, der auf die gewünschte Temperatur eingestellt ist. Die Kühlluft kann auch durch Leitungen 22 unterhalb des Behälters 10 eingeführt werden, um die Fluidisierung des Fließbettes aufrecht zu erhalten, so daß die Unterseite der porösen Platte 11 sowie das ankommende Gasluftgemisch in einem relativ kühlen Zustand bleibt

Das erfindungsgemäße Fließbett kann als Wärmebehandlungsvorrichtung — wie oben beschrieben — betrieben werden, oder kann dazu dienen. Wärme auf ein angrenzendes Fließbett zu übertragen, in welchem die Wärmebehandlung durchgeführt wird. So können beispielsweise drei Kammern in Sandwichform nebeneinander angeordnet werden, wobei die Wärmebehandlung selber im mittleren Fließbett stattfindet während die beiden seitlichen Fließbettanordnungen lediglich zur Wärmeerzeugung im zur Behandlung dienenden Fließbett vorgesehen sind

Gemäß einer weiteren Ausführung kann das erfindungsgemäße Fließbett auch ais Veraschungsvorrichtung dienen, um erwünschte Produkte oder Materialien zu beseitigen.

Wie in den F i g. 1 und 3 veranschaulicht kann das fluidisierte Bett mit einer abnehmbaren Haube 23 versehen sein, die dann entfernt wird, wenn Werkstücke in das Fließbett eingeführt oder herausgenommen werden sollen. Diese Kappe weist außerdem ein Prallblech 24 und das Drahtnetz 25 auf, das im Betrieb verhindert, daß die feuerfesten Partikel aus dem Fließbett herausgeschleudert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ofen zur Wärmebehandlung von metallischen Gegenständen in einem Wirbelbett mit einem Gehäuse, das eine poröse Easis aufweist und im Betrieb wenigstens teilweise mit feuerfesten Partikeln gefüllt ist, wobei eine Zuführung vorgesehen ist, um Gas und/oder Luft durch die poröse Basis in die Masse der feuerfesten Partikel einströmen zu lassen in einer von der im Wirbelbett gewünschten Zusammensetzung abweichenden Zusammensetzung und wobei eine weitere Zuführung vorgesehen ist zum Einleiten von zusätzlichem Gas und/oder zusätzlicher Luft im Abstand oberhalb der Basis, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar oberhalb der porösen Basis (11) eine untere Schicht aus verhältnismäßig dichten und/oder großen Partikeln und darüberliegend eine obere Schicht aus leichteren und/oder kleineren Partikeln derart vorgesehen ist, daß die untere Schicht im Betrieb nicht fluidisiert wird, wenn die obere Schicht bereits im Wirbelbettzustand ist

2. Ofen nach Anspruch 1, bei dem die weitere Zuführung (17,18) in der Masse der feuerfesten Partikel im Abstand oberhalb der porösen Basis (11) angeordnet oder in diese einsetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Zuführung (17,18) mit einer Mehrzahl von Auslaßöffnungen und einem Einlaß versehen ist, der einen Anschluß für Luft oder Gas aufweLt, das sich im Betrieb mit der Mischung, die durch die erstgervyinte Zuführung (16) einströmt, vermengt, um eine Zusammensetzung im Fließbett zu erzielen.

3. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Zuführung aus einer oder mehreren mit öffnungen versehenen Rohren (17) besteht, die fest in den Behälter einmontiert sind, so daß sie näher an der oberen Oberfläche der porösen Basis (11) als an der oberen Abschlußfläche (15) der feuerfesten Partikel liegen, wenn sich die letzteren im fluidisierten Zustand befinden.

4. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Zuführung aus einem Rohrgitter (18) ebener Konfiguration besteht, in welches ein Einlaßrohr (l&c) mündet, das sich senkrecht zur Ebene des Rohrgitters- (18) erstreckt und das so ausgebildet ist, daß es als Hänger dient, der das Rohrgitter (18) innerhalb der Masse der feuerfesten Partikel hält.

5. Ofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich nahe der Oberseite des Wirbelbettes weitere Mittel (20) zur Zufuhr von Gas oder Luft befinden.