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Verfahren zum Abgrenzen von Schutzgaszonen in
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Durchlauföfen.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abgrenzen von mit Schutz
gas gefüllten Zonen in Durchlauföfen gegenüber Luft am Eingang und am Ausgang.
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Bei der industriellen Mengenfertigung erforderliche Behandlungen von
Metallteilen unter hohen Tempera -turen werden häufig in Durchlauföfen durchgeführt.
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Besonders fur Eisenteile werden die Behandlungsräume in den Öfen mit
einem reduzierenden Schutzgas gefüllt, um unzulässige Oxydation der Metallteile
bei hohen Behandlungstemperaturen zu vermeiden. Am Eingang und Ausgang des Ofens
müssen dabei oeffnungen zum Ein -und Ausführen der Metallteile bei Schubbetrieb,
z.B.
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mit Stoßförderöfen, Rollenherdöfen oder Hubbalken -öfen, zeitweise
und bei kontinuierlichem Betrieb z.B. mit Förderbandöfen, ständig offen sein. Zum
Herstellen einwandfreier Metallteile ohne Oxydation muß verhindert werden, daß Luft
in unzulässigem Maße in die Behandlungsräume des Ofens eindringt. Wie das bei bekannten
Durchlauföfen erreicht wird, wird am Beispiel eines in der Fig.1. skizzierten Förderbandofens
erläutert, der zum Sintern von Eisenpulver -Formteilen verwendet wird.
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Bei der Sinteranlage nach Fig.1 sind ein Sinterofen 1 und eine Vorkammer
2 in achsialer Richtung hintereinander in kleinem Abstand voneinander auf einem
Ständer3 angebracht. Durch den Sinterofen 1 und die Vorkammer 2 ist ein Muffel genanntes
geschlossenes Rohr 4 geführt, von dem am Eingang der Vorkammer ein kurzer Teil 5
und am Ausgang des Sinterofens ein langer Kühlteil 6 herausragt.
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Durch die Muff l 4 läuft ein endloses Kettengliederband 7 aus Met
ll, das am Ende der Sinteranlage über eine Lauftromm l 8 und am Anfang über eine
Lauftrommel 9 geführt ist. Auf diesem Förderband 7 liegende, nicht dargeste te Formteile
( Metallpulver-Preßkörper ) werden i Darstellung der Fig. 1 und 2 von links nach
rechts du hh die Vorkammer 2 und den Sinterofen 1 transportiert. Durch nicht dargestellte
Heizvorrichtungen außerhal der Muffel 4 wird deren Innenraum innerhalb der vorkammer
2 auf eine Temperatur über 5000C zum Entf engen der Schmiermittel und innerhalb
des Sinterofen 1 auf eine Temperatur über 100000 zum Sintern de Formteile aufgeheizt.
Zwischen der Vorkammer 2 un dem Sinterofen 1 wird ein erhitztes Schutzgas mit 1
tuerstoffmangel unter Uberdruck in die Muffel 4 geleitet, so daß dieses innerhalb
der Vorkammer entgegen der Transportrichtung der Formteile strömt und am Ende 16
des Muffelteils5 austritt, wo si eh brennbare heiße Gasreste beim Zusammentreffen
m t Luft entzünden und verbrennen. Innerhalb des Sin erofens 1 strömt das Schutzgas
in der TRansportrichtung der Formteile durch die Muffel 4, bis es nach Abkülung
im Kühlteil 6 an dessen Ende 17 austritt, wo brennbare Gasreste verbrannt werden.
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Das Kühlteil 6 ent zum Abkühlen der Formteile auf eine Temperatur
bei der keine Oxydationsgefahr durch den Luftsauerstoff mehr besteht.
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Zum Ableiten de Abgase, die beim Abbrennees austretenden Schut gases
entstehen, sind in der Nähe der Endöffnungen 18 19 als Gasabzüge senkrecht nach
oben von den Muffelt len 5 bzw.6 abragende Rohrstutzen 10 bzw. 11 ang racht. Luft
zum Verbrennen des Schutzgases gelangt du h die Endöffnungen 18,19 der Muffelteile
5 bzw. 6 l liter die Gasabzüge 10 bzw. 11.
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Die Luft dringt aber auch noch jenseits der Gasabzug 10 bzw. 11 in
die Muffelteile 5 bzw.6 ein. Dabei wird das heiße Schutz gas unten keilförmig durch
die kalte Luft verdrängt. Die Eindringtiefe der Luft ist umso größer, je kleiner
der Druck, die Strömungsge -schwindigkeit und damit auch die in der Zeiteinheit
austretende und verbrannte Menge des Schutzgases ist.
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Hoher Schutzgasverbrauch ist aber nicht nur wegen der Kosten nachteilig,
sondern auch wegen der großen Wärme entwicklung beim Verbrennen. Diese ist am Ausgang
besonders unerwünscht, weil die abgekühlten Formteile dadurch wieder beträchtlich
erhitzt werden, z.B. um 200 bis 3000C. Außerdem ist die Hitze lästig für das Bedienungspersonal.
Um den Schutzgasverbrauch zu verringern, kann man in bekannter Weise die Muffelteile
5 und 6 um so viel verlängern, wie die Luft bei der gewünschten geringeren Strömungsgeschwindigkeit
des Schutzgases weiter in die Muffelteile eindringt.
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Das hat aber die Nachteile, daß für die Sinteranlage mehr Platz erforderlich
ist und deren Kosten höher sind. Bei einem bekannten Verfahren, das in einem Aufsatz
in der Zeitschrift Gaswärme international 32 (1983) Heft 9 auf den Seiten 358 bis
363 beschrieben ist, werden zum Abgrenzen von mit Schutzgas gefüllten Zonen in Durchlauföfen
gegenüber Luft am Eingang 16 und am Ausgang 17 der Schutzgaszone aus zur Längs -achse
des Ofens senkrechten Schlitzen flache Gasströme geblasen, die offene Eingangs-
bzw. Ausgangsflächen möglichst ganz abdecken.
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Hauptziel ist es dabei, möglichst wenig Schutzgas aus dem Ofen austreten
zu lassen.
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Zu diesem Zweck sind Theoretische Bedingungen für den angestrebten
Zustand angegeben, bei dem die aus dem Ofen ausströmende Gasmenge gleich der ist,
die durch den Schlitz hineingeblasen wird. Dazu muß die Anfangsströmungsrichtung
des flachen Gasstroms schräg zur Längsachse des Ofens in dessen Innenraum gerichtet
sein. Dabei ist es unvermeidlich, daß beträchtliche Mengen des flachen Gas stromes
ziemlich tief in die Schutzgaszone des Durchlaufofens eindringen, so daß bei der
Verwendung von Luft für den flachen Gasstrom heiße zu behandelnde Metallteile oxydieren.
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Bei bekannten Öfen mit Schubbetrieb ist am Eingang und Ausgang jeweils
eine Schleuse angebracht. Türen oder Klappen an den Ofenwänden und an den Außenwänden
der Schleusen werden dabei zum Einführen und Entnehmen der zu behandelnden Metallteile
stets abwechselnd geöffnet. Die Schleusen sind mit Schutzgas gefüllt, das nur, so
lange die Außentüren geöffnet sind, eine ausreichende Strömungsgeschwindigkelt haben
muß, um unzulässiges Eindringen von Luft in die Schleusen zu verhindern.
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Durch die Erfindung ist die Aufgabe gelöst, in einfacher und kostengünstiger
Weise, bei niedriger Strömungsgeschwindigkeit des Schutzgases das Eindringen von
Luft in die Endteile des Behandlungskanals zu verhindern, so daß deren Verlängerungen
oder vorgee setzte Schleusen nicht erforderlich sind.
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Die Erfindung besteht bei einem Verfahren zum Abgrenzen von mit Schutzgas
gefüllten Zonen in Durchlauf -öfen gegenüber Luft, bei dem am Eingang und am Aus
-gang der Schutzgaszone aus zur Längsachse des Ofens
senkrechten
Schlitzen flache Gasströme geblasen werden, die offene Eingangs-und Ausgangsflächen
möglichst ganz abdecken, darin, dat Düsen zum Erzeugen eines flachen Luftstroms
an einer Muffel, an deren Ober -seite vor dem offenen Eingang bzw. hinter dem offenen
Ausgang der Schutzgaszone ein Gasabzug angebracht ist,vor bzw. hinter dem Gasabzug
derart angeordnet sind, daß der flache Luftstrom wenigstens zum größten Teil zum
Eingang bzw. Ausgang der Muffel gelenkt wird.
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Der flache Luftstrom reißt ähnlich wie eine Strahlpumpe Luft und Schutzgas
unter dem Gas abzug mit zum Eingang bzw. Ausgang der Muffel. Dadurch entsteht unter
dem Gasabzug vor dem Eingang bzw. hinter dem Ausgang der Schutzgaszone Unterdruck,
so daß nur Schutzgas aus dieser ausströmt, aber keine Luft darin eindringen kann.
Um diesen erwünschten Zustand auf -recht zu erhalten, brauchen nur geringe Mengen
Schutzgas und Verbrennungsluft in den Muffenteil unter dem Gasabzug zu gelangen.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist die durch den Gasabzug ausströmende Abgasmenge durch eine Drossel einstellbar.
Da -durch werden auch die Mengen der unter den Gasabzug einfließenden Mengen Schutzgas
und Luft verändert.
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Die in die Muffel eingeleitete Gesamtmenge Schutzgas ist selbsverständlich
durch ein Ventil an dessen Zuleitung einzustellen. Bei einer weiteren vorteil -haften
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Winkel einstellbar, der von
der Anfangsströmungsrichtung des flachen Luftstroms und der Längs -achse der Muffel
4 gebildet wird. Dieser soll vorteilhafterweise zwischen 0° und 600 liegen.
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Dabei soll der flache Luftstrom schräg nach außen zum Eingang 18 bzw.
Ausgang 19 der Muffel 4 gerichtet sein.
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Durch die Einstellung dieses Winkels werden die Saugwirkung des flachen
Luftstrahls und die Luftmenge verändert, die zum Verbrennen des Schutzgasas unter
den Gasabzug gelangt. Diese beiden Wirkungen sind aber auch von der aus der Düse
in einer Sekunde ausgeblasenen Luftmenge und deren Strömungsgeschwindigkeit abhängig
und damit grob einzustellen. Auch der Abstand der Düse vom Gasabzug hat darauf beträchtlichen
Einfluß.
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Un bei verhältnismäßig kleiner ausgeblasener Luftmenge eine hohe Strömungsgeschwindigkeit
und einen großen für die Saugwirkung maßgebenden Impuls zu erhalten, sind als Düsen
Reihen kleiner Bohrungen vorteilhafter als der bei eine der bekannten Verfahren
verwendete durchgehende SchlItz.
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In einer Muffel mit einem rechteckigen Querschnitt, dessen Breite
größer ist als die Höhe, ist zum Erzeu -gen des flachen Luftstroms ein drehbares
Rohr mit einer Reihe kleiner Bohrungen an der oberen Muffelwand günstig. In der
Fig. 1 sind Querschnittskreise 12 und 13 solcher Rohre eingezeichnet.
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Der Unterdruck am Muffelboden kann durch eine dort angebrachte zweite
Düsenreihe erhöht werden. Es ist auch möglich, daß eine Düsenreihe am Muffelboden
allein ausreicht, obwohl die Luftstrahlen am Förderband, an den darauf liegenden
Metallteilen oder an Kästen mit Metallteilen reflektiert werden. Das Eindringen
von Luft in den oberen Muffelteil wird ja durch das dort ausströmende heiße Schutzgas
ohnehin verhindert.
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Es kann auch vorteilhaft sein, Düsenreihen zusätzlich oder ausschließlich
an einer Seitenwand oder an beiden Seitenwfnden der Muffel anzubringen, z.B. wenn
die Höhe der Muffel größer ist als deren Breite. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen
können auch nur am Eingang oder am Ausgang der Schutzgaszone angewendet werden,
wenn dadurch bedingte Nachteile für tragbar gehalten werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird die am Eingang 18 in den Muffelteil 6 eingelassene Luftmenge zum Verbrennen
des Schutzgases In Abhängigkeit von der Abgas temperatur geregelt, die z.B. im Gasabzug
10 gemessen wird. Zu diesem Zweck kann z.B. der Winkel durch Drehen des Rohres 12
derart geändert werden, daß Schwankungen der kritischen Luftmenge, die am Eingang
18 in den Muffelteil 6 eingelassen wird, selbsttätig ausgeglichen werden. Solche
für einwandfreien Betrieb unzulässige Schwankungen werden in der Praxis z,B. durch
Zugluft im Betriebsraum und durch wechselnde Belegung des Ofens verursacht. Diese
kann entstehen, wenn ein Fenster oder eine Tür des Betriebsraums geöffnet wird.
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In Sinteranlagen nach dem deutschen Patent Nr. 3200 582 C1 , bei denen
in die Vorkammer ein Gas mit Sauerstoffüberschuß, z.B. Luft, eingeleitet wird, beeinflußt
die dort eingeleitete Luftmenge in erheblichem Maß die am Eingang 16 der Vorkammer
ausfließende Menge brennbarer Anteile des Schutzgases und damit die Abgastemperatur
im Gasabzug 10. Bei solchen Anlagen ist es zweckmäßig, die Abgastemperatur auch
zum Regeln der am Eingang 18 in den Muffelteil 5 einge -lassene Luftmenge am Ausgang
17 des Muffelteils 6 zu
messen, weii die erwähnten Änderungen der
Zusammen -set=ung des Schutzgases dort nicht auftreten.
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Fig.2 ist eine schematische Darstellung eines Ofen -eingangs, In den
Formteile von links nach rechts auf einem Förder eingeführt werden. Aus der Muffel
4 gelangt durch Pfeile angedeutetes Schutzgas unter einen Gasabzug 10, der an der
Oberseite der Muffel 4 mit rechteckIgem Querschnitt angebracht ist. Wenn vom Eingang
4 8 des Muffelteils 5 Luft ungehindert unter den Gasabzug 10 strömt, dringt sie
am Muffelboden auch in die Muffel 4 ein. Um das zu verhindern, werden aus einem
Rohr 12, das nahe bei dem Gasabzug 10 an der oberen Wand des Muffelteils 5 angebracht
ist, aus längs des Rohres in einer Reihe angebrachten kleinen Bohrungen ( Düsen
) Luftstrahlen geblasen, die einen den Muffelquersehnltt möglichst ganz ausfüllenden
flachen Luftstrom bilden und unter einem Winkel mit der Längsachse der Muffel 4
schräg zum Muffeleingang 18 hin gerichtet sind. Das Rohr 12 ist zum Ein -stellen
des optimalen WinkelsoG um seine Längsachse drehbar und in der eingestellten Drehlage
feststellbar.
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Am Muffelboden kann statt des Rohres 12 oder zusätzlich zu die ein
gleiches Rohr 14 senkrecht unter dem Rohr 10 angeordnet sein. Je nach der Form des
Querschnitts der Muffel 4 kann es vorteilhaft sein, ein gleichartiges Rohr 15 an
einer senkrechten Muffelwand oder je eines an den beiden senkrechten Muffel -wänden
anzubringen. Schließlich sind auch untereinander verbundene Rohrstücke an drei oder
allen vier Muffelwänden möglich.
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Der Verbrauch von Schutzgas kann unter anderem auch urch optimal und
möglichst niedrig eingestellt -9-
werden, daß der offene Teil des
Querschnitts des Gasabzugs i0,1 durch eine Drossel, z.B. durch eine drehba e Klappe
20 verkleinert wird. Statt der Klappe 20 kann auch ein bekannter Schieber verwendet
werden, der durch einen Querschlitz in der Wand des Gasabzugs 10 mehr oder weniger
weit in dessen Querschnittsfläche einschiebbar ist.