DE3233815A1

DE3233815A1 - Schutzmantel fuer einrichtungen zur waermebehandlung von werkstuecken

Info

Publication number: DE3233815A1
Application number: DE19823233815
Authority: DE
Inventors: Hans 5920 Bad Berleburg Bätzel
Original assignee: BTF EDELSTAHLVERARBEITUNG GmbH
Current assignee: BTF EDELSTAHLVERARBEITUNG GmbH
Priority date: 1982-09-11
Filing date: 1982-09-11
Publication date: 1984-03-15
Also published as: DE3233815C2

Description

Schutzmantel für Einrichtungen zur
Wärmebehandlung von Werkstücken Die Erfindung betrifft von außen aufheizbare Schutzmäntel für Einrichtungen zur Wärmebehandlung von Werkstücken, insbesondere zum Glühen derselben, wobei innerhalb des das Glühgut aufnehmenden Schutzmantels ein mit aufgeheiztes Schutzgas zirkuliert.
Bei einem durch das DE-GM 80 23 715 bekannten Glühofen wird das Schutzgas durch einen im Boden des Ofens angeordneten Radiallüfter aus dem das Glühgut, z.B. Blechbunde, umgebenden zentralen Raum des Schutzmantels angesaugt und über einen Diffusor in den äußeren Mantelraum gefördert, in dem das Gas nach oben steigt und durch die zwischen den Blechbunden angeordneten Gasleituntersätze oder Konvektionsplatten in den zentralen Mantelraum zurückströmt.
Der Heizenergieverbrauch dieser Ufen ist verhältnismäßig hoch. Die ungenügende Energieausnutzung bei diesen Ofen ist darauf zurückzuführen, daß die Geschwindigkeit des in dem äußeren Mantelraum aufsteigenden Gasstroms relativ gering ist und im allgemeinen nicht zur Erzeugung einer Turbulenz der Strömung ausreicht, so daß im ganzen äußeren Mantelraum oder in Teilbereichen desselben laminare Strömungen auftreten, die nur einen schlechten Wärmeübergang gewährleisten.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Schutzmäntel besteht darin, daß si:h im unteren Bereich der Innenwand des Schutzmantels durch iochtemperaturkorrosion und Aufkohlung dicke, mehrlagige Zunderschichten und Ausbeulungen bilden.
Der vermutliche Grund für die Entstehung der Ausbeulungen wird in Veränderungen des Mantelwerkstoffes durch Aufkohlung gesehen. Zur Steigerung der Stabilität des Mantels hat man bereits in dem unteren Bereich desselben, der durch die heißen Brenngase der Brenner unmittelbar beaufschlagt wird, horizontale, nach außen gerichtete Versteifungssicken eingewalzt. Diese Maßnahme hat jedoch nicht den gewünschten Erfolg erbracht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schutzmantel der eingangs genannten Gattung mit einer verbesserten Schutzgasführung im Hinblick auf eine gesteigerte Energieausnutzung und mit einer erhöhten Stabilität zu entwickeln.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst.
Der erfindungsgemäße Schutzmantel zeichnet sich durch folgende Vorteile aus: Durch die in den Schutzmantel eingeformten, schraubenförmigen Gasführungssicken, die sich vorzugsweise mit einer Steigung von 450 über die ganze Mantelhöhe erstrecken, wird die Mantelfläche vergrößert und eine erhöhte statische Festigkeit derselben erzielt, die wiederum eine Reduzierung der Wanddicke gegenüber den auf dem Markt befindlichen Ausführungsformen ermöglicht. Die vergrößerte Wärmeübertragungsfläche und die verringerte Wanddicke des Schutzmantels gewährleisten einen wesentlich besseren Wärmeübergang zwischen dem von außen durch die Brenner erhitzten Schutzmantel und dem Schutzgas im Mantelinneren. Ferner wird der Wärmeübergang durch die innerhalb des Schutzgases und in der Grenzschicht zwischen der Innenwand des Mantels und dem Gas auftretende Konvektion zusätzlich verbessert, die durch die Turbulenz der Schutzqasströmung durch die Gasleitkanäle und durch den äußeren Schutzmantelraum erzielt wird. Zur Ausbildung der Turbulenzströmung tragen die durch die Sicken verengten freien Strömungsquerschnitte für das Schutzgas und die Kaminwirkung im Schutzmantel bei, die durch den von unten nach oben über die Mantelhöhe abnehmenden Sickenabstand erzielt wird. Die entscheidend verbesserte Wärmeübertragung gegenüber den bekannten Ausführungsformen erbringt eine optimale Energieausnutzung und damit eine Energieeinsparung sowie eine Verkürzung des Glühvorganaes. Durch die durch die Sicken vergrößerte Wärmeaustauschfläche des Schutzmantels und durch die turbulente Strömung wird nachher auch der Abkühleffekt intensiviert und dadurch die Abkühlzeit verkürzt. Ferner kann durch die vereinten Strömungsquerschnitte innerhalb des Mantels die Schutzgasmenge verringert werden. Schließlich werden durch die mögliche Verringerung der Wanddicke des Schutzmantels Materialkosten gespart. Der Schutzmantel kann nicht nur bei Haubenöfen, sondern auch bei Glühtöpfen o.dgl. Anwendung finden.
Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im einzelnen erläutert. Es zeigen jeweils in schematischer Darstellung Fig. 1 einen Längsschnitt eines Glühofens mit dem erfindungsgemäßen Schutzmantel und Fig. 2 eine ausschnittsweise, vergrößerte Darstellung des Schutzmantels teilweise im Längsschnitt und teilweise in der Seitenansicht.
In dem Haubenofen 1 nach Fig. 1 , beispielsweise zum Glühen von Blechbunden 2 bei einer Glühtemperatur von 900 bis 95O0C, wiri das Schutzgas, das ein Oxidieren des Glühgutes verhinde t, durch einen im Boden 3 des Ofens 1 angeordneten Radiallüfter 4 laufend aus dem zentralen Raum 5a des Schutzmantels 5 angesaugt und über einen Diffusor 6, auf dem der Bunduntersatz 7 aufliegt, in den äußeren Mantelraum 5b zurückgefördert. Zwischen den übereinanderstehenden Blechbunden 2 sind Konvektoren 8 angeordnet. Der Ofen 1 wird beispielsweise durch Gas-oder Ulbrenner 9, 10 beheizt, die in zwei Brennerebenen über dem Boden 3 auf dem Umfang verteilt in die zylindrische Ofenwand 11 eingebaut sind. Das Schutzgas wird durch eine Zuleitung 12 in eine Sammelkammer 13 im Ofenboden 3 eingeleitet, die über einen Verbindungskanal 14 an das Lüftergehäuse 15 angeschlossen ist, in welchem ein Lüfterrad 16 rotiert und das Schutzgas in den Diffusor 6 fördert. Zur Entnahme des Schutzgases ist eine in den äußeren Mantelraum 5b durch den Ofenboden 3 führende Ableitung 17 vorgesehen. In manchen Fällen erfolgt die Beheizung des Ofens auch elektrisch.
Der Schutzmantel 5 ist aus einzelnen zylindrischen Schüssen 19 aus Stahl zusammengesetzt, die direkt oder, wie dargestellt über Flachringe 20 miteinander verschweißt sind. In den Schutzmantel 5 sind schraubenförmig verlaufende Gasführungs- und Stabilisierungssicken 21 eingeformt, die sich beim dargestellten Ausführungsbeispiel über die ganze Höhe 22 des Schutzmantels 5 erstrecken und auf der Innenseite desselben Gasleitkanäle 21a bilden. Die Steigung cx der Gasführungssicken 21 beträgt über die Haubenhöhe konstant vorzugsweise 450. Der Abstand 23 der in die Schüsse 19 eingewalzten Führungssicken 21 nimmt über die Mantelhöhe 22 von unten nach oben ab. Innerhalb der einzelnen Schüsse 19 des Mantels 5 ist der Sickenabstand 23 konstant, und die Sicken 21 zweier angrenzender Schüsse 19 sind gleichmäßig gegeneinander versetzt. Die Führungssikken 21 können jede beliebige,beispielsweise eine halbkreis-oder trapezförmige, Querschnittsausbildung aufweisen.
Das Schutzgas wird durch das Lüfterrad 16 in einer Zirkulationsströmung aus dem zentralen Mantelraum 5a abgesaugt und über den Diffusor 6 in einer turbulenten, aufwärts gerichteten Strömung durch den äußeren Mantelraum 5b und die schraubenförmigen Gasleitkanäle 21a über die Konvektoren 8 zwischen den Blechbunden 2 und die obere oeffnung 24 in den zentralen Mantelraum 5a zurückgefördert. Die durch den Lüfter 4 und den Diffusor 6 erzeugte Turbulenzströmung wird durch die Kaminwirkung, die durch den nach oben abnehmenden Abstand der Gasführungssicken 21 im Schutzmantel 5 und durch die Erhöhung der Gasgeschwindigkeit in den verengten Strömungsquerschnitten zwischen den nach innen gerichteten Sicken 21 und den Blechbunden 2 erzeugt wird, über die ganze Manteil höhe 22 aufrechterhalten. Durch diese turbulente Zwangszirkulation des Schutzgases wird beim Glühprozeß eine intensive und gleichmäßige Erhitzung der Blechbunde 2 und nach Beendigung des Glühens und Abschalten der Brenner 9, 10 eine schnelle und gleichmäßige Abkühlung der Blechbunde 2 erreicht, die nicht unbedingt unter Schutzgas durchgeführt werden muß.
In Abänderung der beschriebenen Ausführungsform kann die Steigung « der Gasführungssicken 21 in den einzelnen Schüssen 19 des Schutzmantels 5 unterschiedlich sein. Außerdem besteht die Möglichkeit, den Sickenabstand 23 über die Mantelhöhe 22 konstant zu halten. Schließlich kann zur Unterstützung der Kaminwirkung des Schutzmantels 5 der Durchmesser vom untersten zum obersten Schuß 19 verringert werden.
Der Schutzmantel 5 des vorbeschriebenen Haubenofens 1 eignet sich, wie bereits anfangs erwähnt, auch als Einsatz für Glühtöpfe.

Claims

Patentansprüche 1. Von außen aufheizbarer Schutzmantel für Einrichtungen zur Wärmebehandlung von Werkstücken, insbesondere zum Glühen derselben, wobei innerhalb des das Glühgut aufnehmenden Schutzmantels ein mit aufgeheiztes Schutzgas zirkuliert, aekennzeichnet durch in den Schutzmantel (5) eingeformte, schraubenförmig verlaufende Gasführungs-und Stabilisierungssicken (21), die nach innen gerichtet sind und auf der Innenseite des Schutzmantels (5) Gasleitkanäle (21a) bilden.
2. Schutzmantel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicken (21) über die ganze Höhe (22) des Schutzmantels (5) verlaufen.
3. Schutzmantel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicken (21) über einen Teil, insbesondere unteren Teil, der Höhe (22) des Schutzmantels (5) verlaufen.
4. Schutzmantel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dieser aus einzelnen zylindrischen Schüssen (19) zusammengesetzt ist.
5. Schutzmantel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schüsse (19) über Flachrinoe (20) miteinander verschweißt sind.
6. Schutzmantel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung (a) der Sicken (21) im Bereich zwischen 35 und 700 liegt und vorzugsweise 450 beträgt.
7. Schutzmantel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung (a) der Sicken (21) konstant ist.
8. Schutzmantel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung (a) der Sicken (21) in den einzelnen Schüssen (19) unterschiedlich ist.
9. Schutzmantel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen konstanten Sickenabstand (23) über die Mantelhöhe (22).
10. Schutzmantel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (23) der Sicken (21) über die Mantelhöhe (22) von unten nach oben abnimmt.
11. Schutzmantel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Durchmesser vom untersten zum obersten Schuß (19) des Schutzmantels (5) verringert.