DE3307071A1 - Verfahren zur waermerueckgewinnung bei der waermebehandlung von metallischem nutzgut und durchlaufofen dazu - Google Patents
Verfahren zur waermerueckgewinnung bei der waermebehandlung von metallischem nutzgut und durchlaufofen dazuInfo
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- C21D1/767—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material with forced gas circulation; Reheating thereof
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- F27B9/30—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types
- F27B9/3005—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types arrangements for circulating gases
Description
Dr.-Ing, Joachim Wünning, Bergstraße 20, 7251 Warmbronn
Verfahren zur Wärmerückgewinnung bei der Wärmebehandlung von metallischem Nutzgut und Durchlauf-
:
ofen dazu
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmerückgewinnung bei der Wärmebehandlung von metallischem
Nutzgut, das durch eine Vorheizzone, eine Behandlunqszone und eine Kühlzone hindurchbewegt wird, wobei
mittels eines gasförmigen Wärmeträgerstromes Wärme aus der Kühlzone in die Vorheizzone entgegen dem
Nutzgutstrom übertragen wird.
Außerdem bezieht sich die Erfindung auf einen zur Durchführung dieses Verfahrens eingerichteten Durchlaufofen
für die Wärmebehandlung von metallischem Nutzgut, mit einer Vorheizzone , einer Behandlungszone
einer Kühlzone, durch dessen Ofenkammer sich eine das Nutzgut fördernde Transporteinrichtung erstreckt
sowie mit einer Einrichtung, um einen Wärme aus der Kühlzone in die Vorheizzone übertragenden gasförmigen
Wärmeträgerstrom entgegen dem Nutzgutstrom von der Kühlzone in die Vorheizzone zu leiten.
Der Energiebedarf für die Wärmebehandlung von Stahl-
und NE-Metallteilen in Durchlaufofen ergibt sich im
wesentlichen aus zwei Wärmebilanzposten, wenn von den
copy [
λ.
-8 -
nur bei brennstoffbeheizten often auftretenden Abgasverlusten
abgesehen wird:
Energiebedarf E = Nutzwärmestrom Q + Wandwärmestrom Q
Der Wandwärmestrom Qw (Wandverlust) kann durch geeignete
Ofenkonstruktion und -isolierung gesenkt werden. Der Nutzwärmestrom Qn hängt vom Durchsatz,der
Behandlungstemperatur und der Wärmekapazität des behandelten
Nutzgutes ab. Beim Eintritt in die Kühlzone hat das Nutzgut die in der Haltezone herrschende
Temperatur, die durch Wärmeabfuhr in der Kühlzone auf Umgebungstemperatur abgesenkt wird. Die dabei abgeführte
Wärme geht in der Regel verloren, weil der mit einer Wärmerückgewinnung bei der Wärmebehandlung
von metallischem Schutt- oder Stapelgut verbundene apparative Aufwand bisher wesentlich zu groß erschien.
Es ist in der Praxis bekannt, dem eigentlichen Ofen abgetrennte Vorheiz- und Kühlkammern zuzuordnen und
mit einem Gastrom Wärme von der Kühl- zu der Vorheizkammer entgegen dem Nutzgutstrom zu übertragen. Bei
Durchlaufofen sind dafür aber gasdichte Zwischentüren erforderlich, durch die der Transport des Nutzgutes unterbrochen und damit der gesamte Ofenbetrieb
erschwert wird. Abgesehen von dem Aufwand ist bei bestimmten Ofentypen (z.B. Bandöfen) eine solche
Abteilung in einzelne getrennte Kammern gar nicht möglich. Auch gibt es Öfen zur Behandlunq von metallischem
Gut, die eine kombinierte Vorheiz- und Kühlzone aufweisen, in der durch eine strömungsmäßig unkontrollierte
Umwälzung der Atmosphäre eine Wärmeübertragung von dem zu kühlenden auf das vorzuheizende Nutzgut
erreicht werden soll. Diese unkontrollierte Gasumwälzung erlaubt aber nur eine sehr unvollkommene
Wärmerückgewinnung.
JJU / U / I
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen wesentlichen Teil der sonst in der Kühlzone abzuführenden
Nutzwärme Qn zum Aufheizen des Nutzgutes unter einfacher
Anpassung an unterschiedliche Betriebsbedingungen (Anfahren, Leerfahren, Änderung des Durchsatzes
usw.) rückzugewinnen, und zwar ohne daß dazu ein übermäßiger apparativer Aufwand erforderlich
wäre.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß derart vorgegangen,
daß der Wärmeträger in der Kühl- und der Vorheizzone jeweils im Gegenstrom oder im Kreuzgegenstrom
zu dem Nutzgutstrom zwangsweise durch das in Gestalt von Schutt- oder Stapelgut vorliegende
Nutzgut geführt und von der Kühlzone in die Vorheizzone geleitet wird, daß die Wärmekapazitätsströme
des Schutt- oder Stapelgutes und des Wärmeträgers in der Kühl- und/oder der Vorheizzone etwa gleich
groß gemacht sind, und daß die Kühl- und die Vorheizzone derart bemessen werden, daß der thermische
Austauschgrad C zwischen dem Schutt- oder Stapelgut und dem Wärmeträger jeweils größer £ = 0,5 ist.
Dadurch, daß das Schutt- oder Stapelgut in der Kühl-
und in der Vorheizzone jeweils zwangsweise im Gegenbzw,
im Kreuzgegenstrom von dem Wärmeträger durchströmt wird, gelingt es, einen hohen Anteil der
Nutzwärme aus der Kühlzone in die Vorheizzone zu transportieren. Dem Wärmeträgerstrom wird beim
Durchströmen der Behandlungszone zusätzlich Wärme zugeführt. Der Rückgewinnungsnutzen ist umso
größer, je größer der Austauschgrad £ ist. In der Praxis werden deshalb für den Austauschgrad
Werte in der Größenordnung von £ = 0,7 und größer angestrebt.
-JIt3-
Der Wärmeträger kann von der Kühlzone unmittelbar durch die Behandlungszone in die Vorheizzone geleitet werden.
Es ist aber auch möglich, ihn zumindest teilweise in einer Rohrleitung von der Kühl- zur Vorheizzone
zu leiten, was es erlaubt, mit einem niedrigeren Austauschgrad das Auslangen zu finden oder den Energierückgewinn
noch etwas zu steigern.
Insbesondere beim Anfahren, d».h. .während der Zeitspanne,
in der aus der Kühlzone noch'keine Wärme rückgewonnen
werden kann, steht für das Vorheizen des Schutt- oder Stapelgutes in der Vorheizzone auch
noch keine rückgewonnene Wärme zur Verfügung. Es kann deshalb zweckmäßig sein, daß das Schutt- oder
Stapelgut in der Vorheizzone zumindest zeitweise zusätzlich beheizt wird.
Der Wärmeträger kann in einem die Kühl- und/oder die Vorheizzone enthaltenden Kreislauf geführt werden,
was insbesondere dann von Bedeutung ist, wenn es sich bei dem Wärmeträger um ein wertvolles Gas,
beispielsweise ein Schutzgas, handelt. Dabei wird der Wärmeträger an wenigstens einer Stelle des
Kreislaufes vor dem Eintritt in die Kühlzone gekühlt. Auch kann der Wärmeträgerstrom am Austritt
aus der Kühlzone verzweigt werden, wobei ein Teil des Wärmeträgers im Kreislauf wieder in die Kühlzone
zurückgeleitet wird.
Die Tenraeratur des Wärmeträgers kann in der Nähe
des Überganges zwischen der Kühlzone und der Haltezone gemessen werden, wobei dann der Durchsatz des
Wärmeträqers durch die Kühlzone in Abhängigkeit von dieser Temperatur geregelt wird. Es kann auch, gegebenenfalls
zusätzlich, die Temperatur des Wärme-
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I U / I
trägers in der Nähe des Einganges der Vorheizzone ge messen und der Durchsatz des Wärmeträgers durch die
Vorheizzone in Abhängigkeit von dieser Temperatur ge regelt werden.
Das Verfahren gestattet es, einen großen Teil des sonst in der Kühlzone nutzlos abgeführten Nutzwärmestromes
ohne großen apparativen Aufwand zurückzugewinnen, wobei die-praktische Erfahrung gezeigt
hat, daß der rückgewinnbare Anteil in der Regel mehr als 50% des Nutzwärmestromes beträgt. Gleichzeitig
ist eine automatische Anpassung an unterschiedliche Betriebsbedingungen der Wärmebehandlung
möglich.
Der eingangs genannte, für die Durchführung dieses Verfahrens eingerichtete Durchlaufofen ist erfindungsgemäß
dadurch gekennzeichnet, daß die Vorheizzone, die Behandlungszone und die Kühlzone in
der Ofenkammer aneinander anschließend angeordnet sind, daß die Kühl- und die Vorheizzone den Wärmeträgerstrom
zwangsweise im Gegenstrom oder im Kreuzgegenstrom in im wesentlichen vertikaler Richtung
zu dem Nutzgutstrom durch das in Gestalt von Schüttoder Stapelgut vorliegende Nutzgut leitende Kanäle
enthalten, die unter der gasdurchlässig ausgebildeten Transporteinrichtung angeordnet sind und die
oben durch gasdurchlässige Chargenträger für das Schutt- oder Stapelgut abgeschlossen sind.
Zwischen der Vorheizzone, der Behandlungszone und der Kühlzone brauchen in der Ofenkammer keine Türen
vorhanden zu sein, womit der Schutt- oder Stapelguttransport durch die Ofenkammer völlig unbehindert
ist. Die in der Kühl- und in der Vorheizzone vorhan-
COPY J
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denen Kanäle für den Wärmeträgerstrom erzwingen die zwangsweise Durchströmung des Schutt- oder Staoelgutes
im Gegen- oder im Kreuzgegenstrom, ohne daß dazu außer Gebläsen ein großer apparativer Aufwand
erforderlich wäre.
In einer Ausführungsform ist die Anordnung derart getroffen, daß die Kanäle oben durch eine Chargenauflage
der Transporteinrichtung,begrenzt sind/ auf der die Chargenträger nebeneinandefliegend abgedichtet
aufliegen.
Um den Wärmeträger im Kreuzgegenstrom zu führen, ist es vorteilhaft, wenn wenigstens einer der Kanäle in
Kammern unterteilt ist, in denen durch wenigstens ein den Wärmeträger förderndes Gebläse eine entgegengesetzt
gerichtete Durchströmung des Schutt- oder Stapelgutes mit dem Wärmeträger erzeugt wird. Das
Gebläse kann im Bereiche einer in dem zugeordneten Kanal zwischen zwei Kammern liegenden Trennwand
angeordnet sein. Auf diese Weise ist es möglich, mittels eines einzigen Gebläses in den beiden zugeordneten
Kammern einen Saug- und einen Druckbereich unterhalb der Transporteinrichtung zu erzeugen,
so daß das Schutt- oder Stapelgut in diesen Bereichen auch in entgegengesetzter Richtung durchströmt
ist. Das Gebläse kann eine Meßeinrichtung für den Wärmeträgerdurchsatz aufweisen, der eine
mit ihr zusammenwirkende, gegebenenfalls selbsttätige Stelleinrichtung für den Wärmeträgerstrom
zugeordnet ist, die es erlaubt, den Wärmeträgerstrom auf den jeweils zweckmäßigen Wert einzustellen.
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Um eine direkte Überleitung des Wärmeträgers aus der Kühlzone über die Behandlungszone in die Vorheizzone
zu ermöglichen, können zwischen der Behandlungszone und der Kühlzone sowie zwischen der
Vorheizzone und der Behandlungszone Durchlässe für den Wärmeträger angeordnet sein. Die Kühlzone
und die Vorheizzone können aber auch über eine, vorzugsweise durch die Behandlungszone verlaufende,
gegebenenfalls Regelraittel .enthaltende Rohrleitungen
miteinander verbunden sein.
Wird der Wärmeträger im Kreislauf geführt, so sind der Eingang der Vorheizzone und der Ausgang der
Kühlzone durch eine ventilgesteuerte Rückströmleitung für den Wärmeträger miteinander verbunden, die
ein Gebläse und einen Kühler enthält. Von dieser Rückströmleitung kann ventilgesteuert eine Stichleitung
zum Eingang der Kühlzone abzweigen, um damit den Wärmeträgerdurchsatz bedarfsgemäß einstellen
zu können. Außerdem kann der Durchlaufofen im Bereiche der Vorheizzone eine zumindest während
des Anfahrbetriebes wirksame Zusatzheizeinrichtung aufweisen.
Schließlich kann der Durchlaufofen am Eingang der Kühl- und/oder der Heizzone jeweils eine Temperaturmeßstelle
enthalten, deren Meßsignale wenigstens einem Reqler zugeführt werden, der durch Eingriff
auf zumindest ein von dem Wärmeträger durchströmetes Stellqlicd den Wärmeträgerstrom durch die Kühlzone
und/oder die Vorheizzone auf einen vorbestimmten Sollwert einregelt.
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COPY \
\ In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegen
I Standes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
I Fig. 1 einen Durchlaufofen gemäß der Erfindung
I in einer Seitenansicht in schematischer
I Darstellung und im Längsschnitt,
§ Fig. 2 den Durchlaufofen nach Fig. 1, geschnitten
I längs der Linie II-II der Fig. 1 in einer
p Seitenansicht und in schematischer Darstel-
I lung,
I Fig. 3 den Durchlaufofen nach Fig. 2, geschnitten
I längs der Linie III-III der Fig. 2 in einer
μ Draufsicht und im Ausschnitt und
j
y
I Fig. 4 einen Durchlaufofen gemäß der Erfindung im
y
I Fig. 4 einen Durchlaufofen gemäß der Erfindung im
I Längsschnitt und in schematischer Darstel-
S lung sowie in einer Seitenansicht.
copy ;
Der in der Zeichnung in zwei verschiedenen Ausführungsformen jeweils schematisch dargestellte Durchlaufofen
dient zur Wärmebehandlung, beispielsweise zum Glühen von in Gestalt von Schutt- oder Stapelgut vorliegendem
metallischem Nutzgut aus Stahl oder NE-Metallen. Er weist eine aus wärmeisolierendem Material bestehende
langgestreckte Ofenkammer 1 auf, deren Beschickungsöffnung 2 und deren Ausgabeöffnung 3 jeweils durch
eine Tür 4 bzw. 5 verschlossen sind- In der Ofenkammer 1 sind eine Vorheizzone 6, daran anschließend
eine Heiz- oder Behandlungszone 7 und wiederum daran anschließend eine Kühlzone 8 enthalten. Zwischen
diesen Zonen 6, 7, 8 sind bei der dargestellten Ausführungsforni
keine Türen vorgesehen, so daß eine direkte Verbindung der entsprechenden Ofenkairanerteile
untereinander besteht. Durch die Vorheizzone 6, die Behandlungszone 7 und die Kühlzone 8 erstreckt
sich eine durchgehende, gasdurchlässige Transporteinrichtung 9, beispielsweise in Gestalt eines gasdurchlässigen
Transportbandes,· Rollen- oder Stoßherdes. Auf diese Transporteinrichtung 9 v/erden durch die
Beschickungsöffnung 2 aufeinanderfolgend, einen gasdurchlässigen Boden aufweisende Chargenkörbe
10 aufgegeben-, während durch die Ausgabeöffnung 3 Chargenkörbe in dem gleichen Takt entnommen werden,
so daß das in den Chargenkörben 10 enthaltene Schüttgut aufeinanderfolgend durch die Vorheizzone 6, die
Behandlungszone 7 und die Kühlzone 8 hindurchtransportiert wird. Die Seitenwände der Chargenkörbe 10
sind gasundurchlässig.
Die Transporteinrichtung 9 weist eine im Bereiche der beiden einander gegenüberliegenden Innenwände
der Ofenkammer 1 angeordnete Chargenkorbauflage
11 auf, die im wesentlichen aus zwei Führungsbahnen besteht, auf denen die Chargenkörbe 10
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aneinander anstoßend transportiert werden. Jeder Chargenkorb 10 ist mit einem gasdurchlässigen Boden
12 versehen, während die Chargenkorbauflaae 11
mit den darauf stehenden Chargenkörben 10 einen darunter angeordneten Kanal 13 abdichtet/ der sich
über die Länge des Innenraumes der Ofenkammer 1 erstreckt und durch Querwände 14 gegen die Behandlungszone
7 abgesperrt sowie in Kammern 15, 16 unterteilt ist. Die Standplätze der taktweise vorbewegten
Chargenkörbe 10 sind jeweils über den ihren Abmessungen angepaßten Kammern 15, 16 (vgl. Fig. 3).
In der Nähe des Ausganges der Kühlzone 8 mündet
in die dort befindliche Kammer 15 eine Zufuhrleitung 17 für ein gasförmiges Wärmeträgermedium.
Die Zufuhrleitung 17 enthält ein Regelventil 18, ein Gebläse 19 und einen Kühler 20; sie ist
an ein Dreiwege-Regelventil 21 angeschlossen und bildet gemeinsam mit einer in der Nähe des
Einganges der Vorheizzone 6 von der Ofenkammer 1 abgehenden Leitung 22 eine Rückströmleitung
für den Wärmeträger. Von dem Dreiwege-Regelventil 21 geht eine Stichleitung 23 ab, die in der
Ofenkammer 1 in der Nähe des Einganges der Kühlzone
8 mündet. Als gasförmiger Wärmeträger können Luft, Abgas oder Schutzgas etc. Verwendung finden.
Die Ofenkammer 1 ist im Bereiche der Behandlungszone 7
durch eine bei 24 schematisch angedeutete Heizung beheizt. Außerdem ist im Bereiche der Vorheizzone
6 eine Zusatzheizung 25 vorgesehen, deren Aufgabe im einzelnen noch erläutert wird.
Der über die Zufuhrleitung 17 in die Kühlzone 8
einströmende Wärmeträger wird in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise gezwungen, das in den Chargenkörben
10 enthaltene Schüttgut, bezogen auf den durch
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einen Pfeil bei 26 angedeuteten Nutzgutstrom, im Kreuzgeqenstrom zu durchströmen, wie dies bei 27
veranschaulicht ist. Dazu ist zwischen zwei benachbarten Kammern 15, 16 jeweils ein Gebläse 28 angeordnet,
das einer seitlichen Trennwand 29 derart zugeordnet ist, daß es, wie aus Fig. 3 zu ersehen,
eine - 15 - der Kammern 15, 16 mit Druck und die andere - 16 - mit Unterdruck beaufschlagt, so daß
das Schüttgut in den Chargenkörben 10 im entgegengesetzten Sinne durchströmt ist.
Bei dieser Durchströmung des Schüttgutes nimmt der Wärmeträger.einen wesentlichen Teil der in dem
in der Kühlzone 8 befindlichen Schüttgut enthaltenen Nutzwärme auf; er wird sodann unmittelbar in die
Vorheizzone 6 geleitet, wo er in entsprechender Weise gezwunoen wird, das in den Charqenkörben 10 enthaltene
Schüttgut wiederum im Kreuzgegenstrom 27 zu durchströmen, bis er, abgekühlt, über die Leitung 22
aus der Vorheizzone 6 austritt und im Kreislauf wieder in die Zufuhrleitung 17 zurückgeführt wird.
Die Vorheizzone 6 und die Kühlzone 8 sind derart
bemessen, daß das Verhältnis der Wärmekapazitätsströme von Nutzgut und Wärraeträgergas im kontinuierlichen
Betrieb ungefähr 1 beträgt.
Der sogenannte thermische Austauschgrad £ in der Vorheiz- und in der Kühlzone hängt ab von der
Chargenfläche F, dem Wärmeübergangskoeffizienten (A, t dem Wärmekapazitätsstrom C und der Zahl der
Strömungsdurchgänge (vgl. z.B. VDI-Wärmeatlas,
VDI-Verlag, Düsseldorf). Die Vorheizzone Sr
die Kühlzone 8 und der Wärmeträgerdurchsatz durch diese Zonen sind derart ausgelegt, daß sich ein
möglichst großer Wärmetauschgrad ξ_ ergibt, der
auf jeden Fall größer 0,5, vorzugsweise aber größer 0,7 ist.
copy j
-β'
Unter diesen Umständen kann der in der Kühlzone 8 in der beschriebenen Weise aufgehe.iz.te Wärmeträger
über Durchlässe 31, 32 durch die Behandlungszone 7 hindurch
von der Kühlzone 8 unmittelbar in die Vorheizzone 6 überströmen lassen werden, was besonders
einfache konstruktive Verhältnisse ergibt.
Unterhalb der Transporteinrichtung 9 ist in dem Kanal 13 noch eine Leitung 33 vorgesehen, die ein
Stellventil 340 enthält und eine unmittelbare/ durch die Ofenkammer verlaufende Verbindung zwischen der
Kühlzone 8 und der Vorheizzone 6 herstellt. Diese Rohrleitung 3 3 gestattet es, den Wärmeträger auch
teilweise oder vollständig von der Kühlzone 8 in die Vorheizzone 6 zu leiten, wenn der thermische
Austauschgrad £ niedria ist. Auch kann durch die Rohrleitung 33 der Energierückqewinn etwas gesteigert
werden.
Wird als Wärmeträger Schutzgas verwendet, so wird der Wärmeträger in der beschriebenen Weise über die
Leitungen 22, 17 durch das Gebläse 19 im geschlossenen Kreislauf umgewälzt, wobei es der Kühler
gestattet, den Wärmeträger auf die gewünschte Temperatur zu kühlen. Die im Schutzgasbetrieb erforderlichen
Schleusen im Bereiche der Beschickungsund der Ausgabeöffnun.g 2 bzw. 3 sind im einzelnen
nicht dargestellt.
Erfolgt die Wärmebehandlung des Schüttgutes ohne Schutzgas, beispielsweise mit Luft als Wärmeträger,
so wird der Kreislauf an der Stelle des Kühlers 20 bei 200 geöffnet, wobei der Kühler 20 entfällt.
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- 19 -
■.}■;■ Ό ■:■ 33Ο7Ο71
-μ -
Die Kühlzone 8 enthält in der Nähe ihres Einganges einen Temperaturfühler 34, dessen Meßsignale einem
Regler 35 zugeleitet werdender das Regelventil 18 beeinflußt und damit den Wärmeträgerstrom in der
Kühlzone 8, abhängig von der am übergang zwischen der Kühlzone 8 und der Behandlungszone 7 herrschenden
Temperatur regelt.
Wenn das Verhältnis der Wärmekapazitätsströme von Nutzgut und Wärmeträgergas in der Kühlzone 8 * 1 *
ist, ist die Differenz zwischen der bei 34 gemessenen Temperatur und der bei 35 gemessenen Temeratur
in der Behandlungszone 7 qleich der Differenz zwischen der Wärmeträgergaseintrittstemperatur an der
Mündungsstelle der Zufuhrleitung 17 in den Kanal und der Temperatur des Nutz- oder Schüttgutes beim
Austritt aus der Ausgabeöffnung 3. Bei hinreichender Konstanz dieser drei Temperaturen kann die bei
34 gemessene Temperatur direkt als Regelgröße benutzt werden.
Eine weitere Temperaturmeßstelle ist bei 36 am Eingang der Vorheizzone 6 vorgesehen. Der an dieser
Stelle angeordnet Temperaturfühler steuert über einen Regler 3.7 und das Dreiwege-Regelventil 21
den Wärmeträgergasstrom durch die Vorheizzone 6. Bei kontinuierlichem Betrieb strömt der Wärmeträger
ganz oder zum größten Teil durch die Vorheizzone 6, während bei . abnehmendem Durchsatz oder beim
Leerfahren der Wärmeträger ganz oder teilweise über die Stichleituna 23 über den Kühler 20 geleitet wird,
in dem er auf die gewünschte Tenroeratur abgesenkt wird.
Beim Anfahren des Durchlaufofens wird der Wärmeträgerstrom
von dem Regler 35 über das Regelventil 18 abgesperrt,
da in der Kühlzone 8 noch kein aufge-
UUS- ι/ _ 20 -
heiztes Nutzgut enthalten ist. Da die Heizung 24 der Behandlunqszone
7 in diesem Falle für den Nenndurchsatz nicht ausreicht, ist in der Vorheizzone 6 die
Zusatzheizung 25 vorgesehen, die dann in Aktion tritt.
Der Kreuzgegenstrom 27 in der Kühlzone 8 und in der Vorheizzone 6 weist in jeder Zone mindestens zwei
Durchgänge durch das in den Chargenkörben 10 enthaltene Schüttgut auf. Wie bereits erläutert, wird
jeweils ein Durchgang durch das zuströmende und der andere Durchgang durch das abgesaugte Gas verwirklicht,
wobei jedes Gebläse 28 zwei solche Durchgänge erzeugt.
Wie aus den Fig. 1, 3 zu entnehmen, ist jedem Gebläse
28 eine saugseitige Venturi-Meßdüse 40 zugeordnet, mit der der Wärmeträgergasstrom überwacht
und Meßsignale erzeugt werden können, die es gestatten, mit Hilfe von Schiebern 400 das Wärmekapazitätsstromverhältnis
von 1 zwischen Nutzgutstrom und Wärmeträgerstrom einzustellen. Die Schieber sind durch Stellmotoren 401 gesteuert.
Während bei der anhand der Fig. 1, 2, 3 im Vorstehenden erläuterten Ausführungsform des Durchlaüfofens das
Wärmeträgergas in der Vorheizzone 6 und in der Kühlzone 8 jeweils im-Kreuzgegenstrom 27 zu dem Nutzgutstrom
geführt ist, gibt es auch Bauarten von Durchlauföfen, bei denen das Schüttgut in der Vorheizzone
6 und in der Kühlzone 8 jeweils im reinen Gegenstrom von dem Wärmeträgergas durchströmt ist.
Eine solche Ausführungsform ist in Fig. 4 dargestellt.
Dabei sind mit der Ausführungsform nach Fig. 1 gleiche
Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, so daß sich eine nochmalige Erläuterung insoweit erübrigt.
- 21 -
Die Chargenkörbe 10 werden bei dieser Ausführungsform in der Vorheizzone 6 und in der Kühlzone 8
durch die Transporteinrichtung 9 jeweils in senkrechter Richtung abwärts bzw. aufwärts übereinander
stehend transportiert. Dabei können die Gebläse 28 der Fig. 1-3 sogar entfallen. Allerdings muß dafür
der erhöhte Aufwand für die von der Transporteinrichtung 9 zu bewirkende
in Kauf genommen werden.
in Kauf genommen werden.
richtung 9 zu bewirkende 90 -Transportumlenkung
Bei direkter Gasbeheizung der Behandlungszone 7 werden die Abgase mit in die Vorheizzone 6 eingeführt und dort ;
abgekühlt.
Glühen kaltverformter Stahlteile als Schüttgut bei 700 C, Haltezeit 1 h, mittlere Teileabmessung 40 mm,
Schüttdichte 3000 kg/m , spezifische Oberfläche der
2
Teile 0.02 m /kg.
Teile 0.02 m /kg.
Taktdurchstoßofen ähnlich Fig. 1, Leistung 1000 kg/h
brutto, Wärmekapazitätsstrom des Gutes 170W/ K,
Taktzeit 30 Minuten, Chargenkörbe LxBxH= .5x1 x.3 nw
2 Bruttochargen 500 kg, Oberfläche je Charge 10 m .
Stickstoff als Wärmeträger 615 kg/h entsprechend 170/ K, Massenstromdichte durch das Schüttgut 0.35
kg/m s.
Vorheizzone 6: 3 Chargenkörbe mit 30 m , £= 0.75
Kreuzgegenstrom mit drei Durchgängen Guterwärmung von 20->530° C
Wärmeträgerabkühlung von 700 -*· 190° C
- 22 -·
- Leerseite -
Behandlunqszone 7
4 Chargenkörbe (2 zum Restaufheizen)
ο ο Guterwärmung von 530 ->
700 C
Wärmetragererwarmung von 535 ->
700 C (Wärmeträger direkt durch die Behandlungszone
Kühlzone 8
3 Chargenkörbe mit 30 m , =0.75 Kreuzgegenstrom mit drei Durchgängen
Gutabkühlung von 700°-^ 200° C
Wärmeträgererwärmung von 35°-»-535 C
Energieverbrauch Nutzwärme Wandverluste insgesamt
kW kW kW
ohne Wärmerück | 115 | .6 | 15 | 130 | .6 |
gewinnung | |||||
mit Wärmerück | 57 | .0 | 15 | 72 | .0 |
gewinnung | |||||
Das bedeutet:
Heizenergieersparnis von 45% mit Wärmerückgewinnung Kühlwasserersparnis von 75% mit Wärmerückgewinnung
vergleichbare Investitionskosten, weil die Kosten für den Wärmeträgerkreislauf und die Gebläse durch
die größere Heizung beim Ofen ohne Wärmerückgewinnung kompensiert werden.
Claims (20)
1. Verfahren zur Wärmerückgewinnung bei der Wärmebehandlung
von metallischem Nutzgut, das durch eine Vorheizzone, eine Behandlungszone und eine
Kühlzone hindurchbewegt wird, wobei mittels eines gasförmigen Wärmeträgerstromes Wärme aus der Kühl-,-zon'e
in die Vorheizzone entgegen dem Nutzgutstrom
..... übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der
Wärmeträger in der Kühl- und der Vorheizzone jeweils im Gegenstrom oder im Kreuzgegenstrom zu dem
Nutzgutström zwangsweise durch das in Gestalt von Schutt- oder Stapelgut vorliegende Nutzgut geführt
und von der Kühlzone in die Vorheizzone geleitet wird, daß die Wärmekapazitätsströme des
Schutt- oder Stapelcmtes und des Wärmeträaers in
der Kühl- und/oder der Vorheizzone etwa gleich groß gemacht sind, und daß die Kühl- und die
Vorheizzone derart bemessen werden, daß der thermische Austauschgrad £ zwischen dem Schüttoder
Stapelgut und dem Wärmeträger jeweils größer £ = 0,5 ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Wärmeträger von der Kühlzone unmittelbar durch die Behandlungszone in die Vorheizzone
geleitet wird.
- 2 COPY ';
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträger zumindest teilweise in einer Rohrleitung von der Kühl- zur Vorheizzone
geleitet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Schüttoder Stapelgut in der Vorheizzone zumindest zeitweise
zusätzlich beheizt wird. ·'
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträger in
einem die Kühl- und/oder die Vorheizzone enthaltenden Kreislauf geführt wird und daß der
Wärmeträger an wenigstens einer Stelle des Kreislaufs vor dem Eintritt in die Kühlzone
gekühlt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträgerstrom am Austritt aus
der Kühlzone verzweigt und zumindest ein Teil des Wärmeträgers im Kreislauf wieder in die
Kühlzone zurückgeleitet wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des
Wärmeträgers in der Nähe des Überganges zwischen der Kühlzone und der Behandlungszone gemessen
und der Durchsatz des Wärmeträgers durch die Kühlzone in Abhängigkeit von dieser Temperatur
geregelt wird.
— 3 —
COPV \
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Temperatur des Wärmeträgers in der Nähe des Einganges der Vorheizzone gemessen und der
Durchsatz des Wärmeträgers· durch die Vorheizzone in Abhängigkeit von dieser Temperatur
geregelt wird.
9. Durchlaufofen für die Wärmebehandlung von metallischem Nutzgut gemäß dem Verfahren nach
einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Vorheizzone, einer Behandlungszone und einer
Kühlzone, durch dessen Ofenkammer sich eine das Nutzgut fördernde Transporteinrichtung erstreckt,
sowie mit einer Einrichtung, um einen Wärme aus der Kühlzone in die Vorheizzone übertragenden
gasförmigen Wärmeträgerstrom entgegen dem Nutzaitstrom von der Kühlzone in die Vorheizzone
zu leiten, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorheizzone (6), die Behandlungszone (7) und die
Kühlzone (8) in der Ofenkammer (1) aneinander anschließend angeordnet sind, daß die Kühl- und die
Vorheizzone (8, 6) den Wärmeträgerstrom zwangsweise im Gegenstrom oder im Kreuzgegenstrom in im
wesentlichen vertikaler Richtung zu dem Nutzgutstrom durch das in Gestalt von Schutt- oder Stapelau'·
vorliegende Nutzqut leitende Kanäle (13) enthalten, die unter der gasdurchlässia ausgebildeten
Transportern.t:chLung (9) angeordnet sind und die oben
durch gasdurchlässige Chargenträger für das Schüttoder
Stapelgut abgeschlossen sind.
10. Durchlaufofen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kanäle (13) oben durch eine
copy
Chargenauflage (11) der Transporteinrichtung (9) begrenzt sind, auf der die Chargenträger nebeneinanderliegend
abgedichtet aufliegen.
11. Durchlaufofen nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Kanäle
(13) in Kammern unterteilt ist, in denen durch wenigstens ein den Wärmeträger förderndes Gebläse
(28) eine entgegengesetzt gerichtete Durchströmung des Schutt- oder Stapelgutes mit
dem Wärmeträger erzeugt wird.
12. Durchlaufofen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse (28) im Bereiche einer
in dem zugeordneten Kanal (13) zwischen zwei Kammern liegenden Trennwand (29) angeordnet ist.
13. Durchlaufofen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß das Gebläse (28) eine Meßeinrichtung (40) für den Wärmeträgerdurchsatz aufweist, der eine mit ihr zusammenwirkende,
gegebenenfalls selbsttätige Stelleinrichtung für den Wärmeträgerstrom zugeordnet ist.
14. Durchlaufofen nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der
Behandlungszone (7) und der Kühlzone (8) sowie zwischen der Vorheizzone Λ6) und der Behandlungszone
(7) Durchlässe (31, 34) für den Wärmeträger angeordnet sind.
15. Durchlaufofen nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlzone
(8) und die Vorheizzone (6) über eine vorzugsweise durch die Behandlungszone (7) verlaufende,
gegebenenfalls Regelmittel (340) enthaltende Rohrleitung (33) miteinander verbunden sind.
16. Durchlaufofen nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang
der Vorheizzone (6) und der Ausgang der Kühlzone (8) durch eine ventilgesteuerte Rückströmleitung
(22,17) für den Wärmeträger miteinander verbunden sind, die ein Gebläse
(19) und einen Kühler (20) enthält.
17. Durchlaufofen nach Anspruch 16, -dadurch gekennzeichnet,
daß von der Rückstromleitung ventilgesteuert eine Stichleitung (23) zum Eingang der Kühlzone (8) abzweigt.
18. Durchlaufofen nach einem der Ansprüche 9 bis
17, dadurch gekennzeichnet, daß er im Bereiche der Vorheizzone (6) eine zumindest während des
Anfahrbetriebes wirksame Zusatzheizeinrichtung
(25) aufweist.
19. Durchlaufofen nach einem der Ansprüche 9 bis
18, dadurch gekennzeichnet, daß er am Eingang der Kühl- und/oder der Vorheizzone (8 bzw. 6)
jeweils eine Temperaturmeßstelle (34 bzw. 36) enthält, deren Meßsignale wenigstens einem
Regler (35 bzw. 37) zugeführt werden, der durch Eingriff auf zumindest ein von dem
Wärmeträger durchströmtes Stellglied (18 bzw. 21) den Wärmeträgerstrom durch die Kühlzone
und/oder die Vorheizzone auf einen vorbestimmten Sollwert einregelt.
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20. Durchlaufofen nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückströmleitung anstelle
des Kühlers eine Unterbrechung aufweist.
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