DE3014383A1

DE3014383A1 - Tiefofen

Info

Publication number: DE3014383A1
Application number: DE19803014383
Authority: DE
Inventors: Carlo Pere
Original assignee: Bloom Engineering Europa GmbH
Current assignee: Bloom Engineering Europa GmbH
Priority date: 1979-04-17
Filing date: 1980-04-15
Publication date: 1980-11-06
Also published as: FR2454468A1; BE882761A; JPS55145126A; NL8002186A; IT7912550A0; IT1124041B; LU82366A1

Description

Π4383

15/3

BLOOM ENGINEERING (EUROPA) GmbH, Burgplatz 21 - 22,

4000 Düsseldorf

Tiefofen

Die Erfindung betrifft einen Tiefofen, insbesondere einen solchen Tiefofen, wie er in der Stahl- und Eisenindustrie zum Erhitzen von Barren, Luppen u.dgl. benutzt wird, die gewalzt werden sollen.

In einem Tiefofen dieser Art sollen mit der vorliegenden Erfindung eine Reihe von Verbesserungen erreicht werden, mit deren Hilfe Vorteile bei der Reduzierung der Erhitzungszeit und des spezifischen Wärmeverbrauches erreicht werden, ferner ein Maximum an Gleichförmigkeit in der Temperaturverteilung in der Ofenkammer und den zu erhitzenden Brammen erreicht wird, die spezifische Wärmeeffizienz in der Ofenkammer gesteigert wird, Verbrennungen an der Oberfläche der Charge vermieden werden, insbesondere an den Enden der Brammen, Verzunderungen infolge von Oxidation herabgesetzt werden, die Lebensdauer des Ofens gesteigert wird und eine korrekte Bestimmung des Augenblicks, in dem die Charge aus dem Ofen entnommen werden kann, d. h. die Bestimmung des Augenblicks, zu dem die erhitzten Brammen fertig für das Walzen sind, erleichtert wird.

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Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß der Tiefofen in mindestens einer der Wände der Ofenkammer mindestens einen Brenner aufweist, der wahlweise entweder mit einem Wärmeabstrahleffekt, d.h. mit einer flammenlosen Verbrennung an der Oberfläche des Auslaßkonus des Feuerfestblockes des Brenners arbeiten kann, oder mit einer ausströmenden, mehr oder weniger langen, abbrennenden Flamme, wobei Regel- und Steuereinrichtungen vorgesehen sind, die auf die Ternperatur der Ofenwand, die mit dem Brenner versehen ist, und die Temperatur der dem Brenner gegenüberliegenden Ofenwand ansprechen und die automatisch und kontinuierlich den Typ und/oder die Länge der Brennerflamme als Funktion der Temperaturdifferenz zwischen diesen beiden gegenüberliegenden Ofenwänden regeln. Diese Regeleinrichtungen bewirken, daß der Brenner mit ausströmender Flamme arbeitet, und sie bewirken auch ein Anwachsen der Länge der Flamme, wenn die Temperatur der Wand auf der Brennerseite niedriger ist als auf der gegenüberliegenden Wand, und sie bewirken ferner, daß der Brenner mit einem Wärmeabstrahleffekt arbeitet oder die Länge der Flamme reduziert wird, wenn die Temperatur der Wand auf der Brennerseite höher ist als die der gegenüberliegenden Wand.

Dieses Merkmal der Erfindung basiert darauf, daß ein Brenner, der mit Wärmeabstrahlung arbeitet, einen Wärmegradienten erzeugt, der positiv ist, d.h. der von der Wand auf der Brennerseite zur gegenüberliegenden Wand der Ofenkammer hin ansteigt derart, daß der Brenner dann stärker die gegenüberliegende Ofenwand erwärmt. Demgegenüber erzeugt eine ausströmende Flamme einen negativen Wärmegradienten, der beträchtlich von der Wand der Brennerseite aus zur gegenüberliegenden Ofenwand hin abfällt.

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Entweder in Kombination mit den genannten Merkmalen oder gesondert zu ihnen wird mit der Erfindung ferner ein Ofenheizsystem geschaffen, das intermittierend mit Impulsen arbeitet, also ein System, das mit Verbrennungsperioden maximaler Brennleistung und, intermittierend dazwischen, Verbrennungsperio«den mit reduzierter oder minimaler Brennleistung oder ohne Brennleistung arbeitet. Dieser intermittierende oder Impulsbetrieb des Heizsystems, d.h. des oder der Brenner, kann sich entweder über den ganzen Arbeitszyklus des Ofens oder nur einen Teil davon, üblicherweise die Endphase des Arbeitszyklus, erstrecken. Mit anderen Worten, der Impulsbetrieb kann entweder die Anfahrheizphase, die dann folgende Temperaturhaltephase und die am Ende folgende Ausgleichsphase betreffen, oder nur die Temperaturhaltephase und die Ausgleichsphase, oder aber nur die Ausgleichsphase.

Die Zeitperioden mit maximaler Brennleistung und die Zeitperioden mit reduzierter oder minimaler Brennleistung können jede gewünschte Länge haben und können entweder periodisch oder während des Arbeitszyklus des Ofens eingestellt werden. Gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung jedoch haben während der Ausgleichsphase alle Perioden maximaler Brennleistung die gleiche Dauer, während ihre Frequenz reduziert wird, d.h. die Zeitdauer der Brennperioden mit reduzierter oder minimaler Brennleistung automatisch und graduell anwächst. Dies wird mit Hilfe von Regeleinrichtungen erreicht, die insbesondere auf die Oberflächentemperatur der Charge im Ofen oder auf eine äquivalente Temperatur ansprechen. Diese Regeleinrichtungen bewirken eine Brennperiode maximaler Brennleistung jedesmal dann, wenn sie eine vorbestimmte Abweichung der tat-

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sächlichen Temperatur von einem vorgegebenen Maximalwert feststellen.

Die Erfindung betrifft ferner eine besondere Brenneinrichtung, die darauf ausgelegt ist, wahlweise alternierend mit Wärmeabstrahleffekt und mit ausströmender, in der Länge einstellbarer Flamme zu arbeiten. Sie betrifft ferner eine spezielle Steuereinrichtung oder einen Regler, um den genannten intermittierenden Impulsbetrieb des Ofenheizsystems zu erreichen. Die bevorzugten Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Sie ergeben sich mit ihren jeweiligen Vorteilen auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels.

Die beigefügte Zeichnung zeigt in

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Brenner zur

Erzeugung einer Flamme jeweils einstellbarer Charakteristika für Tieföfen gemäß der Erfindung,

Fig. 2 das Schema eines Teiles des Regelkreises für einen Tiefofen gemäß der Erfindung,

Fig. 3 ein Kurvendiagramm des Wärmegradienten zwischen der den Brenner beinhaltenden Ofenseitenwand und der gegenüberliegenden Ofenseitenwand für den Brennerbetrieb entweder mit Wärmeabstrahleffekt oder mit ausströmender Flamme,

Fig. 4 das Kurvendiagramm der Betriebsweise des

Ofenheizsystems in Abhängigkeit von der Zeit,

Fig. 5 ein Kurvendiagramm des Temperaturverlaufes in der Ofenkammer und der Oberflächentemperatur der Charge im Ofen, in Abhängigkeit von der

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Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist ein Brenner 1 zum Erhitzen eines Tiefofens vorgesehen, der insbesondere dazu bestimmt ist, Produkte aus Eisen und Stahl, wie beispielsweise Brammen, Luppen u.dgl., zu erhitzen. Der Brenner ist dabei darauf ausgelegt, entweder flammenlos durch Wärmeabstrahleffekt mit Hilfe eines abstrahlenden Feuerfest-Blockes zu arbeiten, oder wahlweise und alterniativ dazu mit einer ausströmenden, mehr oder weniger langen, abbrennenden Flamme.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel für einen derartigen Brenner hat der Brenner 1 einen Feuerfest-Block 2, der in die Wand 3 der Ofenkammer 4 eingesetzt ist und der einen sich zur Austrittsseite hin erweiternden Auslaßkonus 5 hat. Koaxial zum Brenner und zum Auslaßkonus 5 liegt die Düse 6 für den gasförmigen Brennstoff, an die seitlich die Zuführlietung 106 für den gasförmigen Brennstoff angeschlossen ist. Auf der Außenseite des Brenners ist, um die Düsenleitung herum, eine Kammer 7 für die Ver-Brennungsluft angeordnet, die für den Betrieb des Brenners mit Wärmeabstrahleffekt gedacht ist. Die Kammer 7 ist seitlich an die Zuführleitung 107 angeschlossen. Das Düsenteil 8 für die turbulenzerzeugende Verbrennungsluft, die den Brenner mit Wärmeabstrahleffekt arbeiten läßt, beinhaltet einen Ring von Luftdurchlässen 9 rund um den Auslaß der Gasdüsenleitung 6, wobei die Luftdurchlässe 9 geneigt bezüglich der Mittellängsachse des Brenners 1 liegen. Die Achsen der Luftdurchlässe 9 können dabei auf einer gedachten konischen Fläche liegen, deren Spitze in der Mittellängsachse des Brenners liegt, und sie können im Bedarfsfall in Spiralkonfiguration angeordnet sein. Sie können auch schräg versetzt bezüglich der

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Brennerachse liegen. Innerhalb der Gasdüsenleitung 6 ist eine Düsenleitung 10 angeordnet, deren Auslaßende koaxial zum Auslaßende der Gasdüsenleitung 6 liegt und durch die ein entsprechend dosiertes, die Flamme langmachendes Gas geblasen werden kann. Dieses Gas kann entweder Verbrennungsluft oder aber ein inertes Gas, wie beispielsweise Nitrogen, sein.

Als die Flamme verlängerndes Gas ist im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ein entsprechend proportionier- ter Betrag von Verbrennungsluft vorgesehen. Demzufolge sind die Leitungen 10 und 107 jeweils durch Luftsteuerventile 11, 12 mit der Abgabeleitung 13 eines für die Verbrennungsluft sorgenden Gebläses 14 verbunden. Die Luftsteuerventile 11, 12 können beispielsweise Drosselventile sein, die von Motoren 111, 112 betätigt werden. Die Abgabeleitung 13 von dem Gebläse 14 weist ein Steuerventil auf, beispielsweise ein Drosselventil 15, das von einem Elektromotor 115 betätigt wird, und ferner ein schnell öffnendes und Schnell schließendes Absperrventil 16, das ebenfalls als Drosselventil ausgebildet sein kann und das von einem pneumatischen oder hydraulischen Zylinder betätigt wird. In der Abgabeleitung 13, die von dem Gebläse 14 kommt, ist ferner eine Strömungsmeßeinrichtung 17, beispielsweise in Form eines Venturirohres vorgesehen, dem ein Wandler 117 zugeordnet ist, der den genesenen Wert in ein elektrisches Signal umwandelt.

Die Brenngaszuführungsleitung 106 ist mit einer Brenngasquelle durch ein schnell öffnendes und schnell schließendes Absperrventil 18 verbunden, das in Form eines Drosselventils ausgebildet sein kann, das von

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einem Hydraulikzylinder oder einem Pneumatikzylinder 118 betätigt wird. In der Verbindung zur Brenngasquelle ist ferner ein Steuerventil 19, beispielsweise in Form eines Drosselventils, vorgesehen, das von einem Elektromotor 119 betätigt wird. In der Verbindung ist ferner eine Strömungsmeßeinrichtung 20, beispielsweise in Form eines Venturirohres, vorgesehen, der ein Wandler 120 zugeordnet ist, der die gemessenen Werte in ein elektrisches Signal umsetzt. Der Motor 119 des den Brenngasstrom steuernden Ventils 19 wird seinerseits über einen das Brennstoff/Luftverhältnis regelnden Regler 21 betätigt. Der Regler kann über ein zugeordnetes Stellglied 121 auf jedes gewünschte Brennstoff/Luftverhältnis eingestellt werden. Der Regler 21 empfängt dabei die elektrischen Signale der Wandler 117, 120 von den Strömungsmeßeinrichtungen 20, 17 für die Brenngasströmung und die Verbrennungsluftströmung. Der Motor 115 des Steuerventils 15 für die Verbrennungsluftströmung in der Abgabeleitung 13 des Gebläses 14 wird dagegen von einem Temperaturregler gesteuert, der mit dem Wandler 123 eines Thermoelementes 23 oder eines vergleichbaren Temperaturfühlers verbunden ist. Das Thermoelement 23 spricht dabei auf die Temperatur in der Ofenkammer 4 oder auf die Durch-Schnittstemperatur der die Kammer umgebenden Wände an. Ist demzufolge die Durchströmungsmenge von Brennluft durch die Abgabeleitung 13 des Gebläses 14 mittels des Steuerventils 15 und des Temperaturreglers 22, abhängig vom Signal, das vom Thermoelement 23 kommt, eingestellt, stellt der Regler 21 für das Brennstoff/Luftverhältnis über das Steuerventil 19 für den gasförmigen Brennstoff und den Motor 119 die Strömungsmenge durch die Zuführleitung 106 für das Brenngas entsprechend ein, um so

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das vorgegebene Verhältnis von Brenngas und Brennluft auf einem konstanten Wert zu halten.

Der Temperaturregler 22 arbeitet, bis die Temperatur B der Oberfläche der Charge im Ofen einen Wert Bl erreicht (s. Fig. 5), der auf dem Stellglied 128 eines Reglers 28 vorgegeben wird. An diesem Punkt kommt der Regler 28 automatisch in Betrieb und übernimmt die Arbeit des Reglers 22. Der Regler 28 arbeitet dabei in Verbindung mit dem Wandler 129 eines Thermoelementes 29, das auf die Oberflächentemperatur der Charge im Ofen anspricht. Das Thermoelement ist dazu bestimmt, die Chargenoberflachentemperatur auf einem konstanten Wert bis zum Ende des Ofenarbeitszyklus zu halten. Auch der Regler 28 arbeitet im Sinne der Einstellung der Strömungsmenge an Verbrennungsluft durch die Abgabeleitung 13 des Gebläses 14, indem er entsprechend auf das Steuerventil 15 einwirkt. Durch das Steuerventil 19 und den Motor 119 steuert dabei wieder entsprechend der Regler 21 für das Brennstoff/Brennluftverhältnis entsprechend die Durchströmungsmenge von Brenngas durch die Zuführleitung 106, um das Verhältnis auf einem konstanten Wert zu halten.

Das vorstehend beschriebene Regelsystem ist für sich genommen bekannt und ist hier lediglich beispielsweise insoweit beschrieben worden, um die Arbeitsweise des Brenners klar verständlich erscheinen zu lassen. Es ist jedoch für den Erfindungsgegenstand von besonderer Bedeutung, daß die Verbrennungsluft, die durch die geneigt liegenden Durchlässe 9 in dem Düsenteil 8 zugeführt wird, eine stark wirbelnde Bewegung im Auslaßkonus 5 des Feuerfest-Blockes 2 des Brenners 1 hervorruft. Wird demzufolge die Verbrennungsluft ausschließ-

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lieh oder in überwiegendem Anteil durch die geneigt liegenden Durchlässe 9 im Düsenteil 8 zugeführt, erzeugt der Brenner 1 einen Wärmeabstrahleffekt, und zwar eben gerade dank der genannten großen Turbulenz.

Die verbrannten Gase, die aus dem Auslaßkonus 5 des Brenners strömen, haben kein sichtbares Leuchten. Wenn aber Verbrennungsluft auch oder zumindest in stärkerem Maße durch die mittige Düsenleitung 10 strömt, bewirkt diese Verbrennungsluft die Emission einer Flamme aus dem Auslaßkonus 5 des Feuerfest-Blockes des Brenners 1 und demzufolge die Bildung einer ausströmenden, generell abbrennenden Flamme, die in die Ofenkammer 4 vorsteht. Der Wechsel von der Arbeitsweise mit Wärmeabstrahleffekt zu der Arbeitsweise mit ausströmender Flamme und umgekehrt und ebenso das Einstellen der Länge der Flamme, kann durch Steigern oder Reduzierung der proportionierten Verbrennungsluftmenge, der sogenannten Axialluft, die durch die Düsenleitung 10 strömt, erreicht werden, beispielsweise indem man das Verhältnis zu der Verbren— nungsluft, der sogenannten turbulenzerzeugenden Luft, die durch die Kammer 7 und das Düsenteil 9 strömt, zu der genannten Axialluft ändert. Zu diesem Zweck werden die Steuerventile 11 und 12 in den Leitungen 10 und 107 betätigt. Diese beiden Steuerventile 11 und 12 können beispielsweise gleichzeitig in jeweils umgekehrte Richtungen gestellt werden, also das eine Ventil in die Schließrichtung und das andere Ventil in die Öffnungsrichtung und umgekehrt.

Die Erfindung basiert auf der Kenntnis der Tatsache, daß der Brennerbetrieb mit Wärmeabstrahlung über die Länge L zwischen den einander gegenüberliegenden Seiten-

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wänden 3, 103 der Kammer des Tiefofens einen Wärmegradienten GTR erzeugt, der von der Seitenwand 3 auf der Seite des Brenners 1 zur gegenüberliegenden Seitenwand 103 anwächst, wie es das Kurvendiagramm in Fig. zeigt. Demzufolge erzeugt der Brenner im Abstrahlbetrieb eine größere Hitze auf der dem Brenner gegenüberliegenden Wand 103. Auf der anderen Seite erzeugt eine vom Brenner ausströmende Flamme einen Wärmegradienten GTL, der von der Seitenwand 3 auf der Seite des Brenners 1 zur gegenüberliegenden Seitenwand 103 der Ofenkammer 4 hin abnimmt, so daß die Flamme in ein=em stärkeren Ausmaß die Seitenwand 3 auf der Seite des Brenners 1 erhitzt.

Um demzufolge eine gleichförmige Erwärmung des Tiefofens, d.h. eine gleichförmige Temperatur der Wände der Ofenkammer 4 zu erreichen, ist erfindungsgemäß ein Temperaturregler 24 vorgesehen, der auf die Temperaturdifferenz zwischen den zwei einander gegenüberliegenden Seitenwänden 3 und 103 der Kammer 4 des Ofens anspricht. Zu diesem Zweck ist dieser Temperaturregler 24 mit dem Wandler 126 eines Thermoelementes 26 verbunden, das auf die Temperatur der Seitenwand 3 der Kammer 4, die auf der Seite des Brenners 1 liegt, anspricht, und der Regler 24 ist ferner mit dem Wandler 125 eines Thermoelementes 25 verbunden, das auf die Temperatur der dem Brenner 1 gegenüberliegenden Seitenwand 103 anspricht. Der Temperaturregler 24 steuert die Motoren 111, 112 zur Betätigung der Steuerventile 11, 12 in den Leitungen 10 und 107, die die axiale Brennluft und die turbulenzerzeugende Brennluft zuführen, wobei die Steuerung in einem solchen Bezug zueinander erfolgt, daß einerseits der Betrag an axialer Luft reduziert und der Betrag an turbulenzerzeugender Luft ent-

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sprechend gesteigert wird, wann immer die Temperatur der Seitenwand 3 auf der Brennerseite über die Temperatur der gegenüberliegenden Seitenwand 103 ansteigt, und daß andererseits die Menge von Axialluft gesteigert und die Menge von turbulenzerzeugender Luft vermindert wird, wann immer die Temperatur der Seitenwand 3 auf der Brennerseite unter die Temperatur der gegenüberliegenden Seitenwand 103 gefallen ist. Die Temperaturdifferenz, bei welcher der Regler 24 anspricht, kann mittels des Stellgliedes 124 eingestellt werden. Die vorstehend beschriebene Einstellung der Axialluftmenge im Verhältnis zur turbulenzerzeugenden Luftmenge, basierend auf der Temperaturdifferenz zwischen den beiden gegenüberliegenden Seitenwänden 3, 103, geschieht automatisch und wird kontinuierlich während des gesamten Arbeitszyklus des Tiefofens durchgeführt, wodurch die größte Gleichförmigkeit der Temperaturverteilung in der Ofenkammer 4 erreicht wird.

Der Brenner 1 kann ferner auch mit flüssigem oder pulverisiertem Brennstoff betrieben werden. Hierzu sind die bekannten und üblichen Änderungen in der Konstruktion am Brenner durchzuführen.

In den Fig. 4 und 5 sind Kurvendiagramme des Arbeitszyklys des Tiefofens dargestellt. Im Diagramm nach Fig. 4 ist die Arbeitsweise des Brenners 1 in Funktion der Zeit t dargestellt. Die Strömungsmenge V von Verbrennungsluft durch die Abgabeleitung 13 des Gebläses 14, genommen als typische Werte für die Arbeit des Brenne.rs 1, sind in der Ordinate aufgetragen. In Fig.

5 sind die Kurven A und B gezeigt, die jeweils die Durchschnittstemperatur der Ofenkammer 4 oder deren

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Wandungen einerseits und die Oberflächentemperatür der Charge im Ofen andererseits zeigen. Die Temperatur der die Charge umgebenden Abgase ist beispielsweise als Indikatorwert für die Oberflächentemperatur der Charge im Ofen genommen, und diese Temperatur wird beispielsweise nahe der Austrittsöffnung einer Leitung 27 genommen, die die Abgase aus dem Tiefofen abführt.

Es ist bekannt, daß in der anfänglichen Anfahrphase Tl des Ofens die Temperatur A in der Ofenkammer 4 oder deren Wandungen zum Steigen bis auf einen vorbestimmten Maximalwert Al gebracht wird und daß sie dann für eine Zeit T2 auf einem konstanten Wert gehalten wird, während die Temperatur B der Charge im Ofen so gesteigert wird, daß am Ende der Temperaturhaltephase T2 sie einen vorbestimmten maximalen Wert Bl erreicht, wie in Fig. 5 gezeigt. Während der Anheizphase Tl des Ofens arbeitet der Brenner 1 mit stärkster Brennleistung (mit Ausnahme einer kurzen Startperiode) und die Temperaturregelung wird in der vorstehend beschriebenen Weise vom Temperaturregler 22 bewirkt, der mit dem Thermoelement 23 verbunden ist, sowie mittels des Reglers 21 für das Verhältnis von Brennstoff zu Brennluft.

Während der Temperaturhaltephase T2 wird die Temperatur A in der Kammer 4 des Ofens automatisch immer auf dem gleichen Wert Al gehalten, und zwar mittels des Temperaturreglers 22, während die Oberflächentemperatur B der Charge im Ofen weiterhin anwächst, bis sie den vorbestimmten Wert Bl erreicht. An diesem Punkt endet die Temperaturhaltephase T2 und die Ausgleichsphase T3 der Temperatur der Charge beginnt. Während der Ausgleichsphase T3 wird die Oberflächentemperatur der Charge auto-

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matisch immer auf dem Wert Bl gehalten, während die Temperatur in der Ofenkammer 4 vom Wert Al abfällt und sich asymptotisch dem Wert Bl nähert. Eine derartige Temperaturregelung wird von dem Regler 28 erzeugt, der mit dem Thermoelement 29 gekoppelt ist und der auf das Steuerventil 15 über den Motor 115 einwirkt. Der Regler 28 wird automatisch in Gang gesetzt, sobald die Temperatur Bl erreicht wird. In bekannten Tiefofen wurde während der Temperaturhaitephase T2 und der Temperaturausgleichsphase T3 die Arbeitsintensität des Heizsystems graduell erniedrigt, indem man graduell die Durchströmungsraenge von Verbrennungsluft und von Brennstoff, im vorbestimmten . Verhältnis zueinander, absenkte, wie in der gesbrichelten Kurve in Fig. 4 gezeigt.

Erfindungsgemäß wird dagegen während.der Temperaturhaltephase T2 und während der Temperaturausgleichsphase T3 das Ofenheizsystem, im vorliegenden Fall also der Brenner 1, im Impulsbetrieb gefahren, d.h. mit maximaler Leistung während Zeitperioden P von vorzugsweise gleicher Länge, die mit Zeitperioden P . alternieren, die graduell langer werden und in denen der Brenner mit minimaler Brennleistung gefahren wird. Zu diesem Zweck ist ein Regler 31 vorgesehen, der die Arbeitszeiten des Brenners steuert. Der Regler 31, der als Impulsregler zu bezeichnen ist, wirkt auf die Zeit der maximalen Brennleistung und auf die Zeit der minimalen Brennleistung. Der Regler wird in dem Augenblick eingeschaltet, in dem die Temperatur A den Wert Al erreicht, wie er zuvor auf dem Stellglied 122 des Reglers 22 eingestellt wurde, d.h. beispielsweise zu Beginn der Temperaturhaltephase T2.

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An diesem Punkt koppelt sich der Impulsregler 31 an den Regler 22 an und erzeugt den Impulsbetrieb derart, daß die Temperatur Al konstant bis zum Ende der Temperaturhaltephase T2 beibehalten wird.

Wenn die Temperatur B der Charge den Wert Bl erreicht, wie er am Stellglied 128 des Reglers 28 voreingestellt ist, d.h. zu Beginn der Ausgleichsphase T3, koppelt sich der Impulsregler an den Regler 28 an und erzeugt einen Impulsbetrieb derart, daß die Temperatur Bl der Charge bis zum Ende der Ausgleichsphase T3 konstant aufrechterhalten bleibt. Der Impulsregler 31 schaltet den Brenner 1 an und aus und betreibt den Brenner 1 alternierend mit maximaler Brennleistung während der

Zeitperioden P und mit minimaler Brennleistung während ^r max

der Zeitperioden P . , um die voreingestellten Temperaturen Al und Bl konstant zu halten. Die Dauer der Zeitperioden ^p _max5 während der der Brenner 1 mit maximaler Brennleistung arbeitet, wird am Beginn nach Wunsch eingestellt. Die Zeitperiode kann beispielsweise zwischen 5 und 60 Sekunden betragen. Wenn demzufolge die genannten Thermoelemente eine Abweichung der Temperatur Al oder Bl von den jeweils an den Reglern voreingestellten • Werten feststellen, bewirkt der Impulsregler 31 ein Arbeiten des Brenners 1 mit maximaler Brennleistung während der Zeitperiode P der vorgegebenen und kon-

max

stanten Dauer. Demzufolge wird automatisch und graduell die Dauer der Zeitperioden P_min des Betriebes des Brenners mit minimaler Brennleistung kleiner, da bei Fortschreiten der Temperaturausgleichsphase die Abweichung der tatsächlichen Oberflächentemperatur der Charge im Ofen bezüglich der am Regler 28 voreingestellten Temperatur, bei der die Charge dem Ofen entnommen werden soll,

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geringer wird. Die Charge im Ofen ist zur Entnahme und nachfolgendem Walzen fertig, wenn die Dauer der Periode P_min des Betriebes des Brenners 1 mit minimaler Brennleistung einen vorgegebenen maximalen Wert, beispielsweise 6 Minuten, erreicht.

Der Impulsregler 31, der sich alternativ an die Regler 22 und 28, gekoppelt mit den Thermoelementen 23 bzw. 29, ankoppelt, kann das Ofenheizsystem in jeder geeigneten Weise steuern, um es entweder mit maximaler Leistung oder mit minimaler Leistung alternierend arbeiten zu lassen. Vorzugsweise ist jedoch vorgesehen und im gezeigten Ausführungsbeispiel dargestellt, daß der Impulsregler 31 die pneumatischen oder hydraulischen Zylinder 116 und 118 der schnell schließenden und schnell öffnenden Drosselventile 16 und 18 steuert, die in der Abgabeleitung 13 des Gebläses 14 und in der Brenngaszuführungsleitung 106 vorgesehen sind. Diese schnell schließenden und schnell öffnenden Drosselventile 16, 18 sind so eingestellt, daß sie sich lediglich auf einen voreingestellten minimalen Öffnungsgrad schließen, der ein einwandfreies Arbeiten des Brenners 1 mit der gewünschten minimalen Leistung gewährleistet. Die maximale Brennleistung während der Zeitperioden P wird durch vollständiges Öffnen der Ventile 16, 18 unter Steuerung des Impulsreglers 31 über die pneumatischen oder hydraulischen Zylinder 116, 118 erreicht, sowie ferner durch Kalibrieren der Verbrennungsluft in maximaler Strömungsgröße durch eine entsprechende Positionierung des Öffnungsgrades der Steuerventile 15, 19. Die minimale Brennleistung wird demgegenüber durch Schließen der Ventile 16, auf den minimalen Öffnungsgrad, aber ohne eine Betätigung der Steuerventile 15, 19 erreicht, die in der Öff-

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nungsstellung,. wie sie für die maximale Brennleistung erforderlich ist, verbleiben. Demzufolge werden die Maximal- und Minimalwerte entsprechend den Zeitperioden P und P . nur durch Öffnen und Schließen der schnell wirkenden Drosselventile 16, 18 erreicht, während die Steuerventile 15, 19 in ihrer maximalen Öffnungslage verbleiben.

Der Druck im Tiefofen wird in ähnlicher Weise mittels eines schnell wirkenden Ventils 30, beispielsweise eines Drosselventils, eingeregelt. Das Ventil 30 befindet sich in der·Auslaßleitung 27 für die Abgase. Das Ventil 30 kann beispielsweise von einem pneumatischen oder hydraulischen Zylinder 130 betätigt werden, der von dem Impulsregler 31 gesteuert wird. Das . Ventil 30 kann in seine maximale Öffnungsstellung entsprechend dem Druck gebracht werden, der im Ofen bei maximaler Brennleistung existiert, und es kann in seine minimale Öffnungsstellung gebracht werden entsprechend dem Druck, der im Ofen bei minimaler Brennleistung herrscht.

Es versteht sich, daß sich die Erfindung nicht auf das vorstehend beschriebene und gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt und daß im Rahmen des Schutzbereiches zahlreiche Änderungen und Modifikationen, insbesondere im konstruktiven Bereich, durchgeführt werden können. Alle geschilderten Merkmale der Erfindung werden sowohl getrennt als auch in beliebiger Kombination miteinander als schutzfähig angesehen. Insbesondere kann der intermittierende Impulsbetrieb des Ofenheizsystems in einer Art, wie vorstehend beschrieben, angewandt werden, aber auch oder ausschließlich in der anfänglichen Aufheiz- oder Anfahrphase Tl, und zwar

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während ihrer gesamten Dauer oder während eines Teils davon. Darüber hinaus können anstelle der zwei nicht im Impulsbetrieb arbeitenden Regler 22, 28, die sich alternativ mit einem Impulsregler 31 verkoppeln, entsprechende Impulsregler 22, 28 unmittelbar eingesetzt werden, so daß dann ein gesonderter Impulsregler 31 nicht erforderlich ist. All diese Änderungen liegen innerhalb des Grundprinzips der Erfindung, wie es vorstehend beschrieben wurde und wie es in den Ansprüchen zum Schutz beansprucht wird.

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Claims

Pafenfanwäffe bloom Engineering Dl~ Ο· Loerenbeck (EUROPA) GmbH ^Λ Λ ,^n* Dipl.-Ing. Sffijcke Dipl.-Ing. Loesanbeck 48 Bielefeld, Herforder Sfrafje Patentansprüche

1. Tiefofen, insbesondere zum Erhitzen von Produkten aus Eisen und Stahl, dadurch gekennzeich net, daß der Ofen in mindestens einer Wand (3) der Ofenkammer (4) mindestens einen Brenner (1) aufweist, dessen Betriebsweise von einem Betrieb mit Wärmeabstrahleffekt in einen Betrieb mit ausströmender, mehr oder weniger langer und abbrennender Flamme geregelt und geändert werden kann, wobei Regeleinrichtungen vorgesehen sind, die auf die Temperaturdifferenz zwischen der Ofenwand auf der Seite des Brenners und der dem Brenner gegenüberliegenden Wand (103) ansprechen, welche Regeleinrichtungen automatisch und kontinuierlich die Art des Brennerbetriebes und/oder die Länge der Brennerflamme in Funktion der genannten Temperaturdifferenz zwischen den beiden Ofenwänden ändern derart, daß die Temperatur in der Ofenkammer (4) konstant gehalten wird.

2. Tiefofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (1) eine zentrale, axial liegende Düse (10) für ein inertes Gas oder einen vorbestimmten Anteil axial ausströmender Verbrennungsluft aufweist und daß um die Düse (10) herum ein weiteres Düsenrohr (6)_ und/oder zumindest ein Ring von Einzeldüsen für gasförmigen, flüssigen oder pulverförmigen Brennstoff angeordnet ist und daß ferner ein äußerer Ring von Düsendurchlässen (9) vorgesehen ist, die geneigt und vorzugsweise in spiraliger oder schräg versetzter Kon-

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ORIGINAL INSPIOTiD

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figuration zur Längsachse des Brenners liegen, wobei diese Düsendurchlässe (9) darauf ausgelegt sind, eine stark wirbelnde Bewegung der Flamme zu erzeugen und die Verbrennungsluft oder einen bestimmten Anteil der Verbrennungsluft in stark turbulenzerzeugender Form zuzuführen, wobei steuernde Ventile vorgesehen sind, um vorzugsweise in gegenläufigem Sinn zueinander die Strömungsmengen des inerten Gases oder der axialen Verbrennungsluft zum zentralen Düsenrohr (10) einerseits und der turbulenzerzeugenden Verbrennungsluft für den äußeren Ring von Düsendurchlässen (9) andererseits zu steuern.

3. Tiefofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die steuernden Ventile für das inerte Gas bzw. die Axialverbrennungsluft oder die turbulenzerzeugende Verbrennungsluft von einem Regler gesteuert werden, der mit einem Wärmefühler gekoppelt ist, der auf die Temperatur der Wand der Ofenkammer auf der Brennerseite anspricht, sowie ferner mit einem Wärmefühler, der auf die Temperatur der dem Brenner gegenüberliegenden Ofenkammerwand anspricht.

4. Tieofen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizsystem des Ofens intermittierend und im Impulsbetrieb arbeitet, und zwar zumindest in der mittleren Temperaturhaltephase (T2) und der Ausgleichsphase (T3) am Ende des Arbeitszyklus des Ofens, und/oder in der anfänglichen Aufheizphase (Tl), während deren gesamter Dauer oder eines Teiles davon, und daß zu diesem Zweck die Arbeit des Heizsystems auf Zeitperioden (P ) maximaler Brennleistung sowie alternierend dazu Perioden

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minimaler Brennleistung (P_mi ) oder Perioden ohne jede Brennleistung einstellbar ist.

5. Tiefofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Perioden (P ) maximaler Brennleistung immer die gleiche, voreingestellte Zeitdauer haben, während die Zeitdauer der Perioden (P . ) minimaler oder re-

min

duzierter Brennleistung automatisch mittels eines Reglers geändert wird, und zwar in Abhängigkeit der Abweichungen der Temperatur von einem vorbestimmten Wert, insbesondere in Abhängigkeit der Abweichung der Oberflächentemperatur der Charge im Ofen oder einer anderen äquivalenten Temperatur, von einem maximalen, konstant zu haltenden Wert, wie beispielsweise die Entnahmetemperatur der Charge.

6. Tiefofen nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Brennleistung durch Positionierung der die Strömung steuernden Ventile für den Brennstoff und die Verbrennungsluft in die Offenstellung durch vollständiges Öffnen von schnellwirkenden Drosselventilen in der Verbrennungsluftzuführungsleitung und der Brennstoffzuführungsleitung sowie in der Abgasabführungsleitung geschieht, während die minimale Brennleistung durch Schließen der schnellwirkenden Drosselventile auf einen voreingestellten minimalen Öffnungsgrad geschieht, während dabei die die Strömung steuernden Ventile in der Offenstellung verbleiben.

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