DE3147993A1

DE3147993A1 - Metall-gluehofen

Info

Publication number: DE3147993A1
Application number: DE19813147993
Authority: DE
Inventors: Akira Musashino Aizawa; Osamu Mitaka Takeuchi
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1981-05-21
Filing date: 1981-12-04
Publication date: 1982-12-09
Also published as: FR2506442A1; JPS639002B2; DE3147993C2; GB2099120A; FR2506442B1; GB2099120B; JPS57192215A; US4469314A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Metall-Glüh- oder Warmhalteofen der im Patentanspruch 1 angegebenen Gattung.

Metall-Glühöfen nach dem Stand der Technik sind im allgemeinen von der direkt-befeuerten Bauart, wobei Brenner dazu dienen, einen Brennstoff unmittelbar zu verbrennen. Für die Direkt-Befeuerung sind zwei Arten zu unterscheiden, nämlich zum einen die Deckenbrennerbauart und zum anderen die Seitenbrenner bauart , wobei in den Ofenseitenwänden die Brenner angeordnet sind. Beide Bauarten haben die folgenden Nachteile;

a) Bei der Direkt-Befeuerung wird die Wärme von dem gasförmigen Wärmestrahlungskörper übertragen, d.h. von Flammen, die

heiße Gase sind und in bezug auf die Fähigkeit, Wärme zu übertragen, den festen oder massiven Wärmestrahlungskörpern unterlegen sind. Das hat zur Folge, daß es äußerst schwierig ist, die geforderte Gleichförmigkeit in der Ofentemperatur tatsächlich sicherzustellen.

b) In jüngerer Zeit wurde die Größe solcher Glüh- oder Warmhalteöfen, gesteigert. Bei einem Ofen von mehr als 30m Länge und mehr als 10m Breite können die Flammen selbst bei höheren Fortpflanzungsgeschwindigkeiten den mittigen Bereich des Ofens nicht erreichen, so daß der Temperaturunterschied zwischen dem mittigen Bereich und der Decke sowie den Seitenwänden des Ofens mehr als 100⁰C betragt, wobei der mittige Bereich die niedrigere Temperatur hat. Wenn die Feuerungsleistung oder die Wärme- bzw. Verbrennungsmenge gedrosselt werden, so wird dementsprechend auch die Energie, mit der das Brenngemisch durch die Düsen ausgastoßen wird, herabgesetzt. Das hat zur Folge, daß die Flammenausbreitung oder -fortpflanzung durch die Turbulenzströmungen der Verbrennungsprodukte im Ofen weitgehend gestört wird, so daß der Temperaturunterschied noch weiter erhöht wird und daraus folgend die Temperaturverteilung in weitem Maße und aufs Geratewohl verändert wird4

c) Wegen der Störung in der Flammenausbreitung werden die zu behandelnden Gegenstände einer örtlichen Erhitzung und/oder Überhitzung ausgesetzt, so daß deren Qualität vermindert wird oder eine größere Menge an Brennstoff verbrannt werden muß, als eigentlich erforderlich ist, was zu Energieverlusten führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend erläuterten Schwierigkeiten und andere Probleme, die bei Glühofen nach dem Stand der Technik auftreten, zu überwinden bzw. zu beseitigen.

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Das wird gemäß der Erfindung bei einem Glühofen der angegebenen Gattung durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale erreicht.

Erfindungsgemäß wird ein Glühofen geschaffen, bei dem feste Wärmestrahlungskörper zur Anwendung kommen, so daß die geforderte Gleichförmigkeit der Temperaturverteilung im Ofen aufrechterhalten wird und Einsparungen an Energie erreicht werden können, wobei eine gleichmäßige Erwärmung der zu behandelnden Materialien gewährleistet ist, damit deren Qualität verbessert werden kann und zugleich eine völlige Ausnutzung der Verbrennungsprodukte sichergestellt wird.

Der Erfindungsgegenstand wird anhand von in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt eines Warmhalte- oder Glühofens gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 den Querschnitt nach der Linie II-II in der Fig. 1;

Fig.'5 einen Längsschnitt einer Verbrennungsvorrichtung für den in Fig. i und 2 dargestellten Ofen;

Fig_e 4 einen Teil-Längsschnitt eines Ofens gemäß einer zweiten Ausführungsform nach der Erfindung;

Fig. 5- den Querschnitt nach der Linie V-V in der Fig. 4j

Fig. 6 einen Längsschnitt einer Verbrennungsvorrichtung für den in Fig. 4 und 5 dargestellten Ofen.

Gleiche Bezugszeichen gelten für gleiche Teile in allen Figuren.

Bei der in den Figuren i und 2 gezeigten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes werden Metallgegenstände 1 in einem Glüh- oder Warmhalteofen 2 mittels einer Tragvorrichtung 3 in der Richtung des Pfeils k bewegt. Eine Mehrzahl

von in axialer Richtung des Ofens mit Abstand zueinander angeordneten Verbrennungsvorrichtungen weisen jeweils einen oberen Brenner (Deckenbrenner) 5 und ein sich durch die Decke 9 des Ofens 2 erstreckendes Strahlungsrohr 6 auf. Untere Brenner (Unterbrenner) 7 sind durch die Seitenwände des Ofens 2 in diesen hinein gerichtet und liegen an Stellen unterhalb der Bewegungsbahn der Gegenstände 1. Insofern werden die heißen metallischen Gegenstände 1 fortlaufend und stetig durch den Ofen 2 bewegt, wobei sie von den Verbrennungsvorrichtungen (Decken- und Unterbrenner) beheizt werden.

Die von oben einwirkenden Verbrennungsvorrichtungen bestehen, wie Fig. 3 zeigt, aus dem Branner 5 und dem Strahlungsrohr 6, das derart gebogen ist, daß sein austrittsseitiger Endabschnitt im wesentlichen in der Ofenlängsrichtung ausgerichtet ist, wie Fig. 2 am besten erkennen läßt. Das etwa V-förmig gebogene Strahlungsrohr 6 wird von einem von der Decke 9 herabhängenden Aufhänger 8 abgefangen.

Wie Fig. 1 und 3 zeigen, ist der Winkel, den die Achse des unteren oder austrittsseitigen, abgebogenen Endabschnitts des Strahlungsrohres 6 mit der Lotrechten 1 bildet, 90° oder kleiner als 90°. Falls es erforderlich oder vorteilhaft ist, kann ein gerades Strahlungsrohr, unter einem passenden Winkel gegenüber der Lotrechten 1 geneigt, die Decke 9 durchsetzen.

Wie oben erläutert wurde, besteht die von oben wirkende Verbrennungsvorrichtung gemäß der Erfindung aus einer Kombination von Brenner 5 und Strahlungsrohr 6. Das Verbrennungsoder Luft-Brennstoff-Gemisch wird durch den Brenner 5 ausgestoßen und in dem Strahlungsrohr 6 verbrannt; die Flammen sowie Verbrennungsprodukte werden an der Austrittsöffnung 10 des Strahlungsrohres 6 in den Ofen 2 eingeblasen. Wenn die Flammen und Verbrennungsprodukte durch das Strahlungsrohr

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6 strömen, so heizen sie dieses also auf, und sie treten an vorbestimmten Stellen oder Bereichen in den Ofen 2 ein. Die Folge davon ist, daß die erhitzten Gegenstände 1 bei ihrer Bewegung in Richtung des Pfeils 4 mit Hilfe der Tragvorrichtung 3 durch den Ofen 2 an ihren oberen Flächen durch die von oben wirkenden Verbrennungsvorrichtungen, deren jede aus dem Brenner 5 sowie dem Strahlungsrohr 6 besteht, und an ihren unteren Flächen von den Unterbrennern 7 beheizt werden.

Für Heiztemperaturen unterhalb 1000⁰C werden die Strahlungsrohre 6 vorzugsweise aus einem hitzebeständigen Stahl gefertigt, für 1000⁰C übersteigende Heiztemperaturen werden jedoch Strahlungsrohre aus keramischen Werkstoffen, z.B. Siliziumkarbid, vorgezogen. Die Länge der Strahlungsrohre 6 wird in geeigneter Weise gewählt, und zwar in Abhängigkeit von der Größe des Glühofens 2 und von den Beheizungsbe dringungen.

Wie die Fig. 1 und 2 am besten zeigen, können die von oben wirkenden Verbrennungsvorrichtungen, die jeweils aus dem Brenner 5 und dem Strahlungsrohr 6 bestehen, in einer Matrixanordnung eingebaut werden, d.h., wie Fig. 2 erkennen läßt, es können mehr als eine obere Verbrennungsvorrichtung angeordnet oder in der Richtung der Ofenbreite nebeneinandergesetzt sowie mit geeignetem Abstand zueinander vorgesehen werden. Das bedeutet, daß eine große Anzahl von Brennern geringer Größe eingebaut werden kann, die demzufolge auch mit relativ geringen Heiztemperaturen dennoch die gewünschte Gleichförmigkeit in der Temperaturverteilung im Ofen sicherstellen können. Mit anderen Worten heißt das, daß es leicht ist, die geforderte gleichmäßige Temperaturverteilung auch bei relativ niedrigen Heiztemperaturen aufrechtzuerhalten.

Bei der zweiten, in den Fig. k bis 6 gezeigten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ersrecken sich von unten wirkende Verbrennungsvorrichtungen, die jeweils aus einem Unterbrenner 11 sowie einem Strahlungsrohr 6' zusammenge-

- 8 setzt sind, durch den Boden 12 des Ofens.

Wie Fig. 6 zeigt, ist das Strahlungsrohr 6¹ annähernd V-förmig gebogen, so daß seine Austrittsöffnung bzw. der diese enthaltende Endabschnitt in Längsrichtung des Ofens ausgerichtet ist. Deshalb können wie im Fall der ersten Ausführungsforra die Flammen und Verbrennungsprodukte zu gewünschten Bereichen im Ofen 2 hin unter die erhitzten Gegenstände 1 gerichtet werden. Der abgebogene Abschnitt eines V-förmigen Strahlungsrohres 6· wird von einem Stützglied oder -block 13 auf einem gegenüber dem Ofenboden 12 höheren Niveau gehalten, so daß eine Beschädigung des Strahlungsrohres durch auf dem Ofenboden abgelagerte verschiedenartige Substanzen vermieden werden kann.

Durch die Decke des Ofens 2 erstrecken sich Deckenbrenner 14,

Bei der Bewegung der erhitzten Gegenstände 1 mit Hilfe der diese abstütz-enden Tragvorrichtung 3 in Richtung des Pfeils 4 durch den Ofen werden die oberen Teile der Gegenstände von den Deckenbrennern Ik und die unteren Teile der Gegen« stände durch die von unten wirkenden Verbrennungsvorrichtungen erhitzt.

Wie die Fig. 6 am besten zeigt, wird das Verbrennungs- oder Luft-Brennstoff-Gemisch vom Brenner 11 ausgestoßen und in dem Strahlungsrohr 6' verbrannt, so daß die Flammen und Verbrennungsprodukte an der Austrittsöffnung 10 austreten und zu vorbestimmten Bereichen im Ofen 2 strömen.

Die Austrittsöffnung 10 des Strahlungsrohres 6· kann in bezug zu dessen Achse unter einem geeigneten Winkel derart abgeschrägt sein, daß der obere Teil - gesehen in der vom Brenner 11 ausgehenden Strömung - länger ist als der in der unteren Hälfte befindliche Teil. Dadurch kann das Eindringen von Zunderteilchen od.dgl., die von den erhitzten Gegenstän-

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den 1 abfallen, in das Stishlungsrohr 6» und weiter zum Brenner 11 unterbunden werden.

Die Vorteile und Wirkungen des Erfindungsgegenstandes können, wie folgt, zusammengefaßt werden:

1. Die von oben und von unten wirkenden Verbrennungsvorrichtungen bestehen jeweils aus einem Brenner sowie aus einem Strahlungsrohr, das so ausgerichtet ist, daß die Flammen und Verbrennungsprodukte in der Längsrichtung des Ofens strömen. Das Strahlungsrohr dient dabei als eine die Hitze wieder zurückstrahlende Quelle. Das hat zur Folge, daß die Gleichförmigkeit der Temperaturverteilung - insbesondere in der Ofenlängsrichtung - sichergestellt werden kann, so daß ein wirkungsvolles Erhitzen der Gegenstände erreicht wird. Da das Strahlungs- oder Heizrohr als eine rückstrahlende Quelle, wie erläutert wurde, dient, kann die Teilung zwischen den von oben wirkenden Verbrennungsvorrichtungen vergrößert werden, so daß man mit einer geringeren Anzahl von von oben her wirkenden Verbrennungsvorrichtungen auskommt, wodurch die Gestehungskosten für die Anlage vermindert werden können.

2. Die Hitze wird von den Strahlungsrohren, die massive Rückstrahlquellen darstellen, zurückgestrahlt, so daß der Wirkungsgrad in der Wärmeübertragung gesteigert werden kann. Das hat zum Ergebnis, daß es nicht notwendig ist, mehr oder zusätzlichen Brennstoff zu verbrennen, so daß eine Energieersparnis erzielt wird. Da ferner die Gegenstände gleichmäßig erhitzt werden, wird ihre Qualität gesteigert·

3· Die Strahlungsrohre haben offene Austritte, so daß die Flammen und Verbrennungsprodukte zu gewünschten Bereichen des Ofens hin gerichtet werden können, wodurch folglich die Wärmeübertragung durch Berührung verbessert werden kann. Damit wird zugleich eine wirksame Ausnutzung der Verbrennungspro dukte erreicht.

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4. Die Anzahl und die Abmessungen hinsichtlich Durchmesser und Länge der Strahlungsrohre können frei gewählt werden, so daß die beste oder optimale Anordnung der Brenner bzw. Verbrennungsvorrichtungen in Abhängigkeit von der Größe des Ofens und von den erforderlichen Heizbedingungen erhalten werden kann.

5. Mit den oben angeordneten Strahlungsrohren wird erreicht:

a) Kopf- oder Nasenteile, die zu einer wirkungsvollen Erhitzung nichts beitragen, können ausgeschlossen werden;

b) Die Ofendecke kann eben ausgebildet werden, so daß die obere Konstruktion des Glühofens vereinfacht werden kann und demzufolge eine einfache Wartung gesichert"ist, was insgesamt eine erhöhte Sicherheit zur Folge hat;

c) Die von oben wirkenden Verbrennungsvorrichtungen sind gegen Schaden durch Zunderteilchen od.dgl., die von den erhitzten Gegenständen abfallen, geschützt, so daß der Glüh- oder Heizbetrieb nicht nachteilig beeinflußt wird, vielmehr sehr wirksam durchgeführt werden kann·

6. Mit den unten angeordneten Strahlungsrohren wird erreicht:

a) Der Ofenboden kann eben ausgebildet werden und von einfacher Konstruktion sein, so daß eine einfache Wartung gesichert ist; darüber hinaus kann eine erhöhte Sicherheit gewährleistet werden, da Hitzestau oder Hitzespeicherung vermindert werden;

b) Im Gegensatz zu Metall-Glüh- oder Warmhalteöfen nach dem Stand der Technik ist es nicht erforderlich, am Ofenboden Sättel und Täler auszubilden, so daß der Temperaturabfall des erhitzten Materials an solchen Sätteln vermieden werden kann;

c) Durch die Strahlungsrohre können die Flammen so gerichtet werden, daß ein Auftreffen auf die Tragvorrichtung für die Gegenstände verhindert werden kann, wodurch das Ausbrennen oder überhitzen der Träger auf ein Minimum herabgesetzt werden kann.

Claims

Patentansprüche

1. Metall-Glühofen mit einer Mehrzahl von jeweils an einer vorbestimmten Stelle angeordneten Verbrennungsvorrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß jede Verbrennungsvorrichtung aus einem Brenner (5; 11) sowie einem Strahlungsrohr (6; 6·) gebildet ist, daß das Strah· lungsrohr in Längsrichtung des Ofens (2) ausgerichtet, an seinem einen Ende mit dem Brenner verbunden sowie an seinem anderen Ende (10) offen ist und daß das Strahlungsrohr derart eingestellt ist, daß die dieses verlassenden Flammen sowie Verbrennungsprodukte gegen einen vorbestimmten Bereich des Ofens hin strömen.

2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsvorrichtungen an einer Decke (9) des Ofens angebracht sind.

3. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsvorrichtungen an einem Boden (12) des Ofens angebracht sind.

k. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Strahlungsrohr (6) im Verlauf seiner Erstreckung eine Abwinkelung von höchstens 90 gegenüber der Lotrechten (1) aufweist.

5. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis ^, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Strahlungsrohr (6; 6·) als ein die Wärme rückstrahlender Körper ausgebildet ist.

6. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Ofenboden angeb'rachte Strahlungsrohre (6^f) einen horizontal verlaufenden Abschnitt nahe ihrem offenen Ende (10)haben und daß die Rohrwand im oberen Bereich des offenen Endes gegenüber der Rohrwand im unteren Bereich dieses offenen Endes eine längere Erstreckung aufweist.

7. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ' gekennzeichnet, daß das Strahlungerohr aus einem hitzebeständigen Stahl besteht.

8. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlungsrohr aus einem Keramikmaterial besteht.