DE2822329A1 - Brennstoffbetriebener industrieofen zum aufheizen von waermgut, wie walzbarren, pressbolzen oder baendern aus leichtmetall oder leichtmetallegierungen - Google Patents

Description

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GAUTSCHI ELECTRCf-FOURS SA, Tägerwilen (Schweiz)

22. Mai 1978

"Brennstoffbetriebener Industrieofen zum Aufheizen von Wärmgut, wie Walzbarren, Pressbolzen oder Bändern aus ' Leichtmetall oder Leichtmetallegierungen"

Die Erfindung bezieht sich auf einen mit flüssigem oder gasförmigem Brennstoff betriebenen Industrieofen zum Aufheizen von Wärmgut, wie Walzbarren, Pressbolzen oder Bändern aus Leichtmetall oder aus Leichtmetallegierungen, mit einem Ofenraum zur Aufnahme des Wärmeguts, in welchen ein oder mehrere Brenner münden, die im Betrieb ihre Flamme und die entstehenden Rauchgase direkt auf das Wärmgut richten und mit Rauchgasführungen, die die von dem oder den Brennern erzeugten Rauchgase dem Wärmgut entlang zu einem Rauchgasaustrittskanal führen.

Bei den bekannten Industrieöfen dieser Art, wie sie in vielen Ausführungen in der Literatur beschrieben sind, wird nur ein geringer Teil der durch die Verbrennungsreaktion entbundenen Wärmemenge durch die über das Wärmegut geleiteten Rauchgase an das Wärmgut abgegeben. Die Rauchgase verlassen den Ofen noch mit verhältnis-

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massig hoher Temperatur. Durch diese Energieverluste wird die Umwelt belastet und das Wert-Aufwandverhältnis negativ beeinflusst.

Diese Nachteile werden durch einen weiteren bekannten Vorschlag, zur Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades eines solchen Ofens die Verbrennungsluft durch Abgase vorzuwärmen, nur wenig gemindert.

Gemäss einem weiteren bekannten Vorschlag wird von einem Ventilator kalte Frischluft auf Druck gebracht, durch ein aus den Abgasen gespiesenes Wärmerad erwärmt und einem Düsensystem zugeführt, welches gleichzeitig aus der Heizzone abströmende Rauchgase beschleunigt und damit eine Rekuperation der Abwärme erwirkt.

Diesenbekannten Ausführungen ist der Nachteil einer unbefriedigenden Wärmeausnützung gemeinsam. Ausserdem ist die Aufheizgeschwindigkeit des öftern zu gross, was sich auf das Wärmgut nachteilig auswirken kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Industrieofen der eingangs genannten Gattung zu schaffen, mit welchem ohne zusätzlichen .Energiebedarf in erster Linie durch bessere Nutzung der Rauchgaswärme die Anwärmzeit verkürzt und eine gleichmässigere Erwärmung des Wärmeguts erreicht werden kann. In der Tat lassen sich die immer grosser werdenden Abmessungen des in solchen Industrieöfen aufzuheizenden Wärmegutes einerseits und die immer höher werdenden Anforderungen an höhere Durchsatzleistungen solcher Oefen, an Energieeinsparungen und an Umweltschutz anderseits, nur durch wesentliche Erhöhung der pro Zeiteinheit an das Wärmegut übertragenen Wärmemengen erfüllen, wenn der Raumbedarf und der Preis solcher Anlagen

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in einem tragbaren Mass bleiben sollen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist der brennstoffbetriebene Industrieofen nach der Erfindung gekennzeichnet durch auf die dem Wärmegut entlangstreichenden Rauchgase gerichtete Strahlöffnungen, welche mit der Druckseite mindestens eines Gebläses verbunden sind, dessen Ansaugöffnung im Bereich des Austrittskanals in den Ofenraum mündet, derart, dass ein Gemisch aus neuankommenden heissen, und bereits zurückgeführten Rauchgasen aus dem Ofenraum abgesogen und unter Druck durch die Strahlöffnungen auf das Wärmgut gerichtet wird, um durch den Aufprall auf die dem Wärmgut entlangstreichenden Gase den Wärmeübergang zwischen den Rauchgasen und dem Wärmgut zu erhöhen und zugleich den Wärmeinhalt der Rauchgase optimal zu nutzen.

In einem Industrieofen nach der Erfindung wird ein im Vergleich zu bisher bekannten Anlagen erheblich höherer Anteil der in den Rauchgasen enthaltenen Wärmemenge an das Wärmgut abgegeben_; was sich nicht nur günstig auf Energieverbrauch und Betriebskosten sondern auch auf die Durchsatzleistung und die Umweltbelastung günstig auswirkt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Figur 1 im Längsschnitt eine erste Ausfuhrungsform eines erfindungsgemässen Industrieofens zur Aufheizung eines Leichtmetallbandes mittels einseitiger Beheizung.

Figur 2 eine zweite Ausführungsform eines Industrieofens nach der Erfindung zur Aufhellung von Wärmegut mittels einseitiger Beheizung.

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Figur 3 im Querschnitt eine dritte Ausführungsform eines Industrieofens nach der Erfindung, zur Aufheizung von flachen Walzbarren mittels zweiseitiger Beheizung, und

Figur 4 einen Längsschnitt durch den Ofen der Fig. 3-

Figur 5 eine vierte Ausführungsform eines Industrieofens nach der Erfindung, ebenfalls wie derjenige nach der Figur 4 zur Aufheizung von Walzbarren mittels zweiseitiger Beheizung.

Figur 6 im Längsschnitt eine fünfte Ausführungsform eines Industrieofens nach der Erfindung, zur Aufheizung von runden Pressbolzen.

Fiqur 7 im Querschnitt eine sechste Ausführungsform eines Ofens nach der Erfindung zur Aufheizung von Walzbarren mittels zweiseitiger Beheizung, und

Figur 8 einen Längsschnitt durch den Ofen der Figur 7.

Das durch den Ofen nach der Figur 1 aufzuheizende Wärmgut ist in Form eines Bandes 3 dargestellt, z.B. eines Aluminiumbandes mit einem rechteckigen Querschnitt von 1700 χ 22 mm. Das Band 3 wird durch eine Eintrittsöffnung 23 in den Ofenraum 22 des Ofens eingeführt und verlässt aufgeheizt den Ofen durch eine Austrittsöffnung Im Bereich der Eintrittsöffnung 23 ist in den Ofen ein OeI- oder Gasbrenner 4 so eingesetzt, dass er im Betrieb seine Flamme 5 direkt auf das Band 3 richtet. Bei dieser ersten Beaufschlagung des Wärmgutes, die mit hoher Temperatur und Geschwindigkeit erfolgt, ergibt sich bereits, vorwiegend durch Konvektion aber auch durch Wärmestrahlung der Flamme ein intensiver Wärmeübergang an das Band 3. Die durch den Verbrennungsvorgang entstehenden Rauchgase, im folgenden als neuankommende Rauchgase 6 bezeichnet, strömen durch die Ofenraumbegrenzung

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entlang dem Band 3 in Richtung gegen einen im Bereich der Austrittsöffnung 21 des Ofens angeordneten Austrittskanal 14.

Im Bereich des Austrittskanals 14 wird ein Teil 8 der zu diesem strömenden Gase durch einen Heissgaeventilator umgelenkt, der mit seiner Ansaugöffnung gegen das Wärmgut gerichtet in den Ofenraum 22 eingesetzt ist. Die vom Ventilator 11 angesogenen Gase 8 werden durch den Ventilator 11 in eine Druckkammer 9 geleitet, dort verdichtet und durch mehrere Düsenlocher 10a mit hoher Geschwindigkeit in Form von Rauchgasstrahlen 12 senkrecht oder wie dargestellt etwas geneigt auf das Band 3 gerichtet. Dabei treffen sie auf die dem Wärmgut entlangstreichenden Gase und erhöhen durch ihren Aufprall den Wärmeübergang von den Rauchgasen auf das Wärmgut, vornehmlich durch Zerstörung der Grenzschicht an der Oberfläche des Wärmguts. Ein Teil dieser zurückzirkulierten Rauchgase 8 vermischt sich mit den neuankommenden Rauchgasen 6 und wird erneut durch das Gebläse 11 angesogen und in der beschriebenen Weise unter erhöhtem Druck durch die Düsenlöcher 10a auf das Wärmgut gerichtet. Gleichzeitig verlässt eine der Menge der vom Brenner 4 erzeugten Rauchgase entsprechende Menge verbrauchter Rauchgase 7 den Ofen durch den Austrittskanal 14, der Wärmeinhalt dieser verbrauchten Rauchgase 7 wurde aber ' im Vergleich zu den bekannten Oefen erheblich besser genutzt um das Wärmgut aufzuheizen.

Ein im Ansaugbereich des Gebläses 11 angeordneter Temperaturfühler 13a wird in an sich bekannter Weise zur Steuerung der Brennerleistung in der Weise herangezogen, dass eine Ueberhitzung im Heissgasventilator 11 vermieden wird. Ueber eine weitere Messvorrichtung 13b, deren Fühler von der der Wärmebeaufschlagung entgegengesetzten Seite am Wärmgut anliegt, wird die Temperatur des letzteren gemessen und gegebenenfalls zur automatischen Regelung der Ofenleistung verwendet.

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Im Ausführungsbeispiel nach der Figur 2 und in den folgenden Beispielen sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen wie im ersten Beispiel.

Vom Ofen nach Figur 1 unterscheidet sich derjenige der Figur 2 dadurch, dass hier der Heissgasventilator 11 im Mittelbereich der Ofenkammer 22 angeordnet ist und sowohl im Bereich der Eintrittsöffnung 23 für das Wärmgut, hier wiederum ein Band 3, als auch im Bereich der Austrittsöffnung 21 Brenner 4 angeordnet sind, deren Flamme 5 im Betrieb direkt auf das Wärmgut gerichtet sind. Die von den Brennern 4 erzeugten Rauchgase 6 strömen entlang dem Wärmgut aufeinander zu.

Die von beiden Seiten gegen die Ofenmitte zu strömenden Rauchgase werden dort durch den Ventilator 11 angesogen, wobei eine der jeweils durch die Brenner 4 erzeugten Rauchgasmenge entsprechende Menge Rauchgase in die beidseits des Ventilators 11 angeordneten Austrittskanäle 14 gelangt und den Ofen verlässt. Die in den Ventilator 11 gelangenden Rauchgase werden durch diesen in beidseitig angeordnete Druckkammern 9 geleitet, die sie unter erhöhtem Druck durch schräg gegen die Ofenmitte gerichtete Düsenöffnungen 10a in Form von Rauchgasstrahlen wie beim Beispiel der Figur 1 und mit der gleichen Wirkung wie dort verlassen. Führungsbleche 19 in den Druckkammern 9 sorgen für eine intensive Strömung der Rauchgase im Bereich der Brenner 4 um dort, wo eine höhere Temperatur herrscht, einen Ausgleich zu schaffen. Durch die Zuordnung einer doppelten Anzahl von Brennern 4 und der grösseren Anzahl Düsenöffnungen gegenüber dem Ofen nach Figur 1, zu einem zentralen Heissgasventilator 11 ist eine in vielen Fällen günstigere Bauart geschaffen.

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In den Figuren 3 und 4 ist ein auf dem erfindungsgemässen Prinzip beruhender Ofen dargestellt, der zur Aufheizung von flachen Walzbarren 1 mittels zweiseitiger Beheizung vorgesehen ist.

Zwei Reihen von Brennern sind so angeordnet, dass ihre Flammen 5 bzw. die Rauchgase 6 parallel zu den beheizten Flächen verlaufend aus den Brennern austreten. Mehrere auf der entgegengesetzten Seite angeordnete Heissgasventilatoren 11 saugen die Rauchgase an und bringen sie mit erhöhtem Druck in beidseitig des Wärmguts angeordnete Druckkammern 9 aus denen sie durch Düsenlöcher 10a in Form von auf die Barrenoberfläche gerichtete Rauchgasstrahlen 12 austreten. Ein Teil der Rauchgase wird zudem aus den Druckkammern 9 durch Düsenlöcher 10b gegen die Flamme 5 der Brenner 4 gerichtet. Dadurch kann die Flammentemperatur gesenkt und eine gleichmässigere Wärmebeaufschlagung erzielt werden.

Temperaturmesseinrichtungen 13a im Bereich des Ventilators und 13b am Wärmgut steuern die Leistung an den Brennern. Die durch die Austrittskanäle 14 den Ofenraum 22 verlassenden Rauchgase 7 haben zwar einen Grossteil ihrer Wärme an das Wärmgut 1 abgegeben. Um ihren noch vorhandenen Wärmeinhalt weiter zu nutzen werden sie durch den Austrittskanal 14 in einen weiteren Teil des Ofens in Form einer Vorwärmkammer 24 geleitet, die mit Ausnahme der Brenner auf dem gleichen Prinzip aufgebaut ist wie der Ofenraum 22 dieses Beispiels. Den Ventilatoren 11 der Aufheizkammer entsprechende Ventilatoren 15 in der Vorwärmkammer 24 saugen die durch die Austrittskanäle 14 der Aufheizkammer zugeführten Rauchgase an und lassen sie durch Düsenlöcher 16 als Rauchgasstrahlen 17 gegen die flachen Walzbarren 1 gerichtet austreten und weitere Wärme abgeben, um die Walzbarren 1 vorzuwärmen. Die Rauchgase entweichen entsprechend der anfallenden Menge über den Kamin 18.

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Demgegenüber zeigt der Ofen nach der Figur 5, ebenfalls zur Aufheizung von flachen Walzbarren 1 bestimmt, eine zweiseitige Beheizung dieses Wärmguts in der Weise, dass die Brenner 4 in der Mitte und die Heissgasventilatoren an den Stirnseiten des in den Ofenraum verbrachten Wärmeguts angeordnet sind. Die verbrauchten Rauchgase 7 entweichen wiederum über Kanäle 14. Die Brenner 4 sind senkrecht auf die zu beheizenden Flächen gerichtet.

In Figur 6 ist das Erfindungsprinzip an einem Industrieofen zur Beheizung von Wärmegut in Form von Pressbolzen durch einseitige Beheizung in einem Ofenraum 22 nach vorangegangener Vorwärmung in einer Vorwärmkammer 24 veranschaulicht. Die Rauchgase der aus Brennern 4 im Ofenraum auf das Wärmgut gerichteten Flammen werden teilweise in einer dem Beispiel der Figur 1 analogen Art über einen Heissgasventilator, Druckkammern 9 und Düsenöffnungen 10a zurückzirkuliert, während ein anderer Teil durch den Kanal 14 in den Ausgangbereich eines weiteren Ventilators in die Vorwärmkammer 24 gelangt und durch diesen als Gasstrahlen durch Düsenlöcher 16 auf das in der Vorwärmkammer angeordnete Wärmgut gerichtet werden, um dieses vorzuwärmen.

Die Figuren 7 und 8 schliesslich veranschaulichen die Realisierung des Erfindungsprinzipes am Beispiel einer weiteren Ausführung eines Ofens zur Aufheizung flacher Walzbarren mittels zweiseitiger Beheizung. Bei diesem Beispiel sind die Brenner 4 gegenüber der einen Stirnseite und die Heissgasventilatoren 11 gegenüber der entgegengesetzten Seite der aufzuheizenden Walzbarren 1 des Ofenraumes 22 angeordnet. Dazwischen sind zusätzlich von beiden Seiten des Ofenraumes 22 senkrecht auf die Flächen der Walzbarren 1 gerichtete Zusatzbrenner 4a vorgesehen. Durch diese Zusatzbrenner 4a wird das Rauch-

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gasgemisch aus neuankonunenden Rauchgasen aus den Brennern 4 und durch die Ventilatoren 11 über die Druckkammer 9 und einen Teil der Düsenöffnungen 1Oa bereits zurückzirkulierten Rauchgase, die bereits einen Teil ihrer Wärme an das Wärmgut abgegeben haben nochmals aufgeheizt und mit frischen heissen Rauchgasen aus den Zusatzbrennern 4a vermischt.

Wie aus den vorstehenden Beispielen ersichtlich, bestehen für die Realisierung des Erfindungsprinzips in einem Industrieofen zum Aufheizen von Wärmgut aus Leichtmetall oder Legierungen davon je nach Art und Abmessungen des Wärmgutes verschiedene Ausbildungsmöglichkeiten denen jedoch allen gemeinsam ist, dass durch den Aufprall rückgeführter Abgase auf die am Wärmegut entlangströmenden heissen Gase der Wärmeübergang zwischen den Rauchgasen und dem Wärmegut erhöht und zugleich der Wärmeinhalt der Rauchgase optimal genutzt wird wodurch neben einer wünschenswerten erhöhten Aufheizgeschwindigkeit auch ein geringerer Energiebedarf und damit verbunden eine geringere Umweltbelastung erreicht wird.

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Claims (11)

PATENTANSPRUECHE

1. Brennstoffbetriebener Industrieofen zum Aufheizen von Wärmgut, wie Walzbarren, Pressbolzen oder Bändern aus Leichtmetall oder Leichtmetallegierungen, mit einem Ofenraum zur Aufnahme des Wärmguts, in welchen ein oder mehrere Brenner münden, die im Betrieb ihre Flamme und die entstehenden Rauchgase direkt auf das Wärmgut richten und mit Rauchgasführungen, die die von dem oder den Brennern erzeugten Rauchgase dem Wärmgut entlang zu einem Rauchgasaustrittskanal führen, gekennzeichnet durch auf die dem Wärmgut (1,2,3) entlangstreichenden Rauchgase gerichtete Strahlöffnungen (10a), welche mit der Druckseite mindestens eines Gebläses (11) verbunden sind, dessen Ansaugöffnung im Bereich des Austrittskanals (14) in den Ofenraum (22) mündet, derart, dass ein Gemisch aus neuankommenden heissen, und bereits zurückgeführten Rauchgasen aus dem Ofenraum (22) abgesogen und unter Druck durch die Strahlöffnungen auf das Wärmgut gerichtet wird, um durch den Aufprall auf die dem Wärmgut entlangstreichenden Gase den Wärmeübergang zwischen den Rauchgasen und dem Wärmgut zu erhöhen und zugleich den Wärmeinhalt der Rauchgase optimal zu nutzen.

2. Industrieofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Brenner (4) am einen Ende, der Austrittskanal (14) und ein Heissgasventilator (11) am anderen Ende des Ofenraumes (22) angeordnet sind und die Strahlöffnungen (10a) dazwischen auf das Wärmgut gerichtet sind (Fig. 1).

3. Industrieofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an beiden Enden des Ofenraumes (22) Brenner (4) auf das Wärmgut gerichtet sind, dass ein Heissgasventilator (11) im mittleren Bereich des Ofenraumes (22) angeordnet ist, und dass beidseits des letzteren zwischen

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ORIGINAL INSPECTED

diesem und den Brennern (4) Strahlöffnungen (10a) gegen das Wärmgut gerichtet sind (Fig. 2).

4. Industrieofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Brenner (4) so angeordnet sind, dass die Brennflamme (5) angenähert senkrecht auf eine Wärmgutfläche gerichtet ist.

5. Industrieofen nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Brenner (4)
so angeordnet sind, dass die Brennerflamme (5) parallel zu einer Wärmgutfläche gerichtet ist.

6. Industrieofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
dass Zusatzbrenner (4a) vorhanden sind, die zwischen
dem oder den Brennern und dem oder den Heissluftventilatoren (11) mit ihrer Achse angenähert senkrecht
auf das Wärmgut verlaufend angeordnet sind.

7. Industrieofen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der zurückzirkulierten Rauchgase durch Rauchgasführungen (19) zwecks Kühlung an den oder die Brenner (4) herangeführt ist.

8. Industrieofen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Strahlöffnungen (10b) vorhanden sind, welche einen Teil der zurückzirkulierten
Rauchgase in den Brennerstrahl (5) leiten, bevor dieser auf das Wärmgut auftrifft.

9. Industrieofen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig auf mehrere Flächen
des Wärmguts gerichtete Brenner und Strahlöffnungen für zurückzirkulierte Rauchgase vorgesehen sind.

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10. Industrieofen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Vorwärmkammer (24) aufweist mit Strahlöffnungen (16), welche aus dem Ofenraum (22) austretendes Rauchgas strahlförmig auf das Wärmgut leiten.

11. Industrieofen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärmkammer einen oder mehrere weitere Ventilatoren (15) aufweist um den Druck der in sie gelangenden Rauchgase erneut zu erhöhen bevor sie durch die Strahlöffnungen treten.

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