DE3543423A1 - Wirbelbettofen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wirbelbettofen mit einer Retorte die von einer Heizung und einer Isolierwandung umgeben ist und in ihrem Bodenbereich eine gasdurchlässige, poröse Platte aufweist, wobei die Retorte mit feinkörnigem Aluminiumoxyd gefüllt ist, dessen Partikel durch das Einblasen von Reaktions­ gas durch die Platte hindurch aufgewirbelt und in einem Schwebezustand gehalten werden und dadurch ein Fluid bilden, das die Charge allseitig umgibt.

Öfen dieser Art haben bereits bei der Wärmebehandlung von Metallen beachtlichen Eingang gefunden. Zum Ein­ satzhärten von Werkstücken aus FE-Metallen wird jedoch fast ausschließlich noch mit sogenannten Salzbadöfen gearbeitet. Die Aggressivität des Salzbades erfordert Tiegel aus Spezialmaterial, insbesondere Titan. Die Kosten derartiger Tiegel sind natürlich hoch. Die Salzbäder sind aber auch eine Gefahr für die Umwelt. Verbrauchte Salzfüllungen lassen sich nicht kosten­ günstig wieder aufarbeiten, sondern müssen über Depo­ nien gelagert werden.

Die bisher mit Wirbelbettöfen zum Einsatzhärten ge­ machten Erfahrungen sind positiv. Die Füllung aus Aluminiumoxydpartikeln ist umweltneutral und dauer­ standfest. Die für das Einsatzhärten erforderlichen Stoffe sind Teil des eingeblasenen Gases.

Die hohen Kosten von für den Sonderzweck "Einsatzhär­ tung" bisher entwickelten Wirbelbettöfen gestalteten sich doch sehr hoch, da bei Temperaturen bis 1200°C außerordentlich hohe Beanspruchungen für die Retorte und die poröse Platte beherrscht werden müssen.

Öfen dieser Art können auch mit einem Rekuperator zur Wärmerückgewinnung aus dem abströmenden Gas betrieben werden. Die zurückgewonnene Wärme dient dann der Aufheizung des frischen Gases. Dies be­ dingt eine hohe Temperatur im Bereich der porösen Platten. Die bekannten porösen Platten halten diesen hohen Temperaturen nicht stand.

Nachteilig ist auch, daß bisher zum Auswechseln der eingeklebten oder eingemörtelten porösen Platten die ganze Retorte ausgebaut werden muß.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem Wirbelbettofen an sich bekannter Art die bisher verwendeten Platten aus Metallguß oder Keramik durch ein wesentlich billigeres, leicht austauschbares und in der Funktion besseres Produkt zu ersetzen, dessen Größe, Form und Porösität bei gleichzeitiger Hitze­ beständigkeit und hoher Materialfestigkeit dem Ofen leicht angepaßt werden kann und vor allem die Bevorra­ tung von verschiedensten Plattensorten für die unterschiedlichen Anforderungen des Wirbelbettofens durch den niedrigen Preis ermöglicht. Gleichzeitig ist es Aufgabe der Erfindung, den Ofen so konstruk­ tiv zu gestalten, daß die Retorte aus hochwertigem Material billiger wird, weil sie nur noch aus tempera­ turfestem, nicht aber aus chemisch resistentem Material hergestellt sein muß und durch die Formgebung billiger herstellbar ist.

Alle diese Vorteile lassen sich mit den Merkmalen des Anspruch 1 und folgender erreichen.

Durch die Merkmale des Anspruch 1 wird der Ein- und Ausbau der Keramikplatte mit ihrem Einsatz erheblich vereinfacht, eine Gaszufuhr zur Unterseite der Kera­ mikplatte sichergestellt und der Ofen insgesamt ver­ billigt.

Die Ansprüche 2, 3 und 4 beziehen sich auf konstruk­ tive Ausgestaltungen des Anspruchs 1.

Der Anspruch 5 bezieht sich sowohl auf die Verwendung ansich bekannter Filterplatten, deren Herstellung und Eigenschaften besonders für Öfen nach der Erfindung geeignet sind und die bisher für ganz andere Zwecke Verwendung gefunden haben, als auch auf das Herstel­ lungsverfahren bzw. die Herstellungsweise der kera­ mischen, porösen Platten.

Die Ansprüche 6 und 7 befassen sich mit dem Aufbau des Ofens.

Insgesamt können mit den Merkmalen der Ansprüche nun­ mehr zum Einsatzhärten geeignete Wirbelbettöfen er­ stellt werden, die durch ihre Preisgünstigkeit für den breitesten Einsatz geeignet sind und damit eine Ablösung umweltschädigender Ofensysteme durch eine neue umweltschonende Technik beschleunigen.

Durch den Anspruch 8 wird eine vorteilhafte Kon­ struktion für den Einsatzkörper vorgeschlagen, durch die bei annähernd ungehindertem Gasdurch­ tritt eine für den ganzen Durchmesser der Platte verlaufende, kreuzförmige Auflage geschaffen wird.

Der Anspruch 9 gibt eine vorteilhafte, konstruk­ tive Variante zur Vermeidung des Einklebens der Platte 6 in Fassungen des Einsatzkörpers.

Die Ansprüche 10 bis 14 dienen der gleichen Aufgabe. Sie befassen sich mit der konstruktiven Ausgestal­ tung der Befestigung der porösen Platte.

Die Ansprüche 15 bis 17 haben, soweit die natürlich auch in anderen Ofenkonstruktionen verwendbaren, porösen Platten aus keramischem Filtermaterial betroffen sind, selbständige Bedeutung. Eine Ver­ siegelung der äußeren Stirnkanten und der Rand­ partien mit kalthärtenden Versiegelungsmassen kann auch nach dem Sinter- oder Backvorgang er­ folgen. Der Preis derartiger Platten erhöht sich nicht nennenswert. Diese Lösung läßt sich vorteilhaft auch dann anwenden, wenn die porösen Platten dicht in einem getrennten Einsatzkörper nach Anspruch 1 untergebracht sind.

Die Erfindung zeigt den Weg unter Verwendung der Technik ansich bekannter Salzbadöfen mit Tiegelretor­ te sowie der ansich bekannten Wirbelbetttechnik und der Verwendung von keramischen Filterplatten als poröse Platten die Kosten zu mindern und die Funktion zu verbessern.

Wenn auch Vergütungsprozesse bei Massenteilen heute in Großanlagen mit völlig anderer Ofentech­ nik üblich sind, so ist es doch fast in jedem Betrieb erforderlich, bei geringeren Stückzahlen für Sonderanfertigungen oder dergleichen zusätzlich Salzbadöfen zu betreiben. Diese durch eine um­ weltfreundliche und funktionell günstigere Lösung abzulösen, ist der Erfindung gelungen.

Die Zeichnung zeigt mit

Fig. 1 einen Wirbelbettofen mit einer Retorte 2 und der Heizung 3. Die Retorte 2 ist annä­ hernd dicht anliegend von den Isolierwan­ dungen 4 des Ofens umgeben. Im Bodenbereich 5 der Retorte 2 ist eine poröse Platte 6 angeordnet. Diese wird je nach Einstellung des Gasdruckes mit vorbestimmter Geschwin­ digkeit von dem Einsatzgas durchströmt und wirbelt die Partikel einer Füllung aus Aluminiumoxyd so auf, daß sie in einem Schwebezustand gehalten werden und dadurch ein Wärmeübergangsfluid bilden.

Die poröse Platte 6 ist in einen Einsatz­ körper 8 in den Fassungsflansch 15 einge­ klebt, der topfförmig ausgebildet ist, wobei sein Boden 9 eine dem Retortenboden 25 angepaßte Form aufweist. Zwischen den beiden Böden ist Isoliermaterial 10 (siehe Fig. 2) eingelegt. Der Einsatzkörper 8 bildet einen gasdichten Topf 11. An dem Boden 9 ist ein Gaszufuhrrohr 12 ange­ schweißt das, wie später beschrieben, auch der Befestigung des Einsatzkörpers 8 dient. Diese erfolgt über einen Schraub­ stutzen 14.

Der Chargierkorb 17 steht auf einem Auf­ stellrost 16, der lose und auswechselbar eingelegt ist und auf einem Ringflansch 36 aufsteht.

Anstelle der Elektroheizung 23 kann wahl­ weise und/oder zusätzlich eine Gasheizung 24 vorgesehen sein.

Die obere Öffnung 19 ist von einem schwenk­ baren Ofendeckel 18 verschlossen, der über einen am Ofengehäuse 20 angeordneten Deckelkran 26 gemeinsam mit dem Abgasrohr 27 anhebbar und schwenkbar ist. Am Ofen­ gehäuse 20 ist die Elektroinstallation unter dem Schutzgehäuse 21 untergebracht. Anschlußstutzen 22 durchdringen die Iso­ lierwandung 4.

Durch die so freigegebene obere Öffnung 19 kann ein auszuwechselnder Einsatzkörper 8 mit Hilfe eines weiteren, nicht dargestell­ ten Kranes herausgehoben und durch einen neuen ersetzt werden. Ebenso erfolgt die Chargierung, wobei zunächst der Chargier­ korb 17 eingefahren wird, bevor die Alumi­ niumoxydpartikel eingeblasen werden. Diese Aluminiumoxydpartikel sollen die zu härtende Charge allseitig wie eine Flüssigkeit umgeben.

Fig. 2 in vergrößerter und detaillierterer Dar­ stellung den unteren Bereich der Retorte 2 und insbesondere den Einsatzkörper 8.

Wie bei bekannten Tiegeln aus V 2A ist die Retorte aus drei Stücken zusammenge­ schweißt: einem mittleren, zylindrischen Teil, einem in Fig. 1 sichtbaren oberen gewölbten Rand 28 und dem Retortenboden 13, der eine flache Wanne bildet. Bei dem Retortenboden 13 ist Isoliermaterial 10 aufgelegt, auf der der Boden 9 des Ein­ satzkörpers 8 durch seine angepaßte Wölbung in gleichem Abstand aufliegt. An dem Boden 9 ist ein Schraubstutzen 14 angeschweißt, der ein Loch im Retortenboden 13 durchdringt und über Muttern 29 ein Verspannen von Einsatzkörper 8 und Retortenboden 13 mög­ lich macht.

Der Einsatzkörper 8 bildet einen oben offenen, aber sonst gasdichten Topf. Etwa auf halber Höhe ist ein Ringflansch 36 einge­ schweißt, der als Auflage für die als keramische Filterplatte ausgebildete, poröse Platte 6 dient, die über einen hitzebeständigen Kleber eingeklebt werden kann. Dieser sorgt für eine gasdichte Einpassung auch im Randbereich.

Der Ringflansch 36, der radial nach innen von der Retortenwandung ausgeht, wird von vertikalen Stützblechen 30 unterfaßt, die als Führung für den durchtauchenden Ein­ satzkörper 8 dienen. Auf den Ringflansch 36 können Aufstellroste 16 beliebiger Aus­ bildung aufgesetzt werden, auf denen dann wieder, wie in Fig. 1 gezeigt, Char­ gierkörbe 17 aufgesetzt werden können. Winkel- oder T-Bleche 31 sind strahlenför­ mig, ein Profilblechkreuz 37 bildend, an einem Mittelrohr 32 angeschweißt und so in den Einsatzkörper 8 eingeschweißt, daß ihre horizontalen Flansche als Auflager für die poröse Platte 6 dienen. Dabei sind im Bereich des Fassungsflansches 15 ent­ sprechende Ausklinkungen vorgesehen.

An einer Kopfplatte 34 ist eine Öse 35 angeordnet. Die Platte trägt auf der anderen Seite einen Schraubbolzen 25, der das Mittelrohr 32 durchdringt und so eine Verschraubung ermöglicht, mit deren Hilfe die poröse Platte 6 mit dem Einsatzkörper 8 fest verbunden werden kann.

Die teilweise Abdeckung der unteren Fläche der porösen Platte 6 durch die horizontalen Flansche 33 und den Fassungsflansch 15 wirkt sich nicht nachteilig aus, da die Vernetzung der durchgehenden Hohlräume in der als keramische Platte ausgebildeten, porösen Platte 6 für ausreichende Durchlässe, auch quer zur Platte 6, sorgt.

Die Herstellung erfolgt daher, wie bei keramischen Filterplatten ansich bekannt, dadurch, daß in eine Form eine Schicht Styroporpartikel, vorzugsweise Kugeln, eingefüllt werden und dann die Form mit einer dünnflüssigen, in einem späteren Backvorgang aushärtbaren, hochtemperatur­ festen, keramischen Flüssigkeit gefüllt wird. Die Flüssigkeit füllt natürlich nur die verbliebenen Hohlräume aus, so daß eine Vernetzung dieser Hohlräume unter einander entsteht. Das Material ist unge­ wöhnlich leicht und wenigstens bis 1200°C hitzebeständig. Die Eigenfestigkeit ist natürlich nicht sehr groß. Auch ist die Empfindlichkeit gegen herabfallende Teile oder dergleichen zu berücksichtigen. Ein­ satzkörper 8 sind jedoch stets vorrätig, so daß ein Auswechseln mit geringstem Zeitaufwand möglich ist.

Fig. 3 einen Teilquerschnitt durch den unteren Teil des Wirbelbettofens. Die poröse Platte 6 ist von Bewehrungen 53 durch­ zogen und an den äußeren Stirnkanten 50 sowie an den Randpartien 51 sind die Poren durch Verkleben, Vergießen oder dergleichen geschlossen. Es ist daher möglich, über den Umfang der Platte 6 einzelne, lose Halterungswinkel 47 unter Zwischenschaltung eines kompres­ siblen Polsters 40 zu verwenden, wobei die Winkel dann durch Spannbügel 46 auf die elastischen Polster 40 innerhalb eines Winkelrahmens 54 gepreßt werden. Der Winkelrahmen 54 kann so angeschweißt werden, daß von den hakenförmigen Teilen 55 der als Spannbügel 46 ausge­ bildeten Halterungen 39 hinterfaßt wird.

Durch diese beschriebenen Maßnahmen ist es möglich, die poröse Platte 6 ohne Schwierigkeiten aus dem Ein­ satzkörper 8 herauszulösen und auszuwech­ seln. Sind derartige Platten eingeklebt, so ist die Entfernung einer verbrauch­ ten Platte zeitaufwendig.

Fig. 4 u. 5 ebenfalls einen Teilschnitt. Jedoch sind die Halterungen 39 als ringförmiger Rahmen 41 ausgebildet, wobei an dem senkrechten Flansch 42 des Rahmens 41 Bajonettverschlüsse 43, die aus Bolzen 44 und Führungsausnehmungen 45 bestehen können, mit dem Einsatzkörper 8 ver­ spannbar sind.

Die Stirnkanten 50 der porösen Platte 6 sowie die Randpartien 51 an der Obersei­ te 38 und der Unterseite 52 sind, wie in Fig. 3 gezeigt, versiegelt. Auf der Oberseite des Rahmens 41 kön­ nen Nocken 56 angebracht sein, um den Rahmen 41 verdrehen zu können.

• Bezugszeichenliste  1 Wirbelbettofen
   2 Retorte
   3 Heizung
   4 Isolierwandung
   5 Bodenbereich
   6 poröse Platte
   7 Aluminiumoxyd
   8 Einsatzkörper
   9 Boden
  10 Isoliermaterial
  11 gasdichter Topf
  12 Gaszufuhrrohr
  13 Retortenboden
  14 Schraubstutzen
  15 Fassungsflansch
  16 Aufstellrost
  17 Chargierkorb
  18 schwenkbarer Ofendeckel
  19 obere Öffnung
  20 Ofengehäuse
  21 Schutzgehäuse
  22 Anschlußbolzen
  23 Elektroheizung
  24 Gasheizung
  25 Schraubbolzen
  26 Deckelkran
  27 Abgasrohr
  28 gewölbter Rand
  29 Muttern
  30 vertikale Stützbleche
  31 T-Bleche
  32 Mittelrohr
  33 horizontaler Flansch
  34 Kopfplatte
  35 Öse
  36 Ringflansch
  37 Profilblechkreuz
  38 Oberseite
  39 Halterungen
  40 Polster
  41 Rahmen
  42 senkrechter Flansch
  43 Bajonettverschluß
  44 Bolzen
  45 Führungsausnehmungen
  46 Spannbügel
  47 Halterungswinkel
  48 Widerlager
  49 Keile
  50 Stirnkanten
  51 Randpartien
  52 Unterseite
  53 Bewehrung
  54 Winkelrahmen
  55 hakenförmige Teile
  56 Nocken

Claims (17)

1. Wirbelbettofen (1) mit einer Retorte (2), die von einer Heizung (3) und einer Isolierwandung (4) umgeben ist und in ihrem Bodenbereich (5) eine gasdurchlässige, poröse Platte (6) aufweist, wobei die Retorte (2) mit Partikeln aus feinkör­ nigem Aluminiumoxyd (7) gefüllt ist und diese Partikel durch das Einblasen von Reaktionsgas durch die poröse Platte hindurch aufgewirbelt und in einem Schwebezustand gehalten werden, so daß sich ein Fluid bildet, das die Charge allseitig umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Platte (6) in einen Einsatzkörper (8) eingelegt ist, der gemeinsam mit ihr in die Retorte (2) bis zum Boden (9) absenkbar ist und dort unter Zwischenschaltung von Isolier­ material (10) fest, aber lösbar, verbunden ist.

2. Wirbelbettofen nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Einsatzkörper (8) einen gas­ dichten Topf (11) bildet, von dessen Boden (9) ein Gaszufuhrrohr (12), den Retortenboden (13) durchdringend, ausgeht und als Schraubstutzen (14) dient.

3. Wirbelbettofen insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Platte (6) eine Keramikfilterplatte aus hochtemperaturbeständigem Material ist.

4. Wirbelbettofen nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die poröse Platte (6) mit hochtem­ peraturfestem Kleber in einen Fassungsflansch (15) des Einsatzkörpers (8) gasdicht eingeklebt ist.

5. Wirbelbettofen nach Anspruch 1 oder 4, da­ durch gekennzeichnet, daß an sich bekannte, keramische Filterplatten als poröse Platten (6) verwendet werden, bei denen die Herstel­ lung durch das Vergießen einer Schicht von Styroporpartikeln innerhalb einer Form er­ folgt, wobei die dünnflüssige, hitzebeständi­ ge keramische Vergußmasse die Hohlräume zwischen den Styroporpartikeln ausfüllt und die Styroporpartikel während des erfor­ derlichen Backvorganges verbrennen, so daß sich allseitig durchgehende Hohlräume bilden.

6. Wirbelbettofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Einsatzkörper (8) führend umgebender Ringflansch (36) von dem zylindrischen Mittel teil, der nach Art bekannter, geschweißter Dünnwandtiegel ausgebildeter Retorte (2), radial nach innen ausgeht und als Aufstellflansch für auswechselbare Roste dient, auf die Chargier­ körbe (17) aufstellbar sind.

7. Wirbelbettofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatzkörper (8) einen oben offenen, sonst gasdichten Topf (11) bildet, an dessen der Form des Retortenbodens (13) angepaßten Boden (9) ein als Schraubstutzen (14) ausge­ bildetes Gaszuführungsrohr (12) angeschweißt ist und der Boden (9) durch die Muttern (29) auf das Isoliermaterial (10) preßbar ist.

8. Wirbelbettofen nach einem oder mehreren der An­ sprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Einsatzkörper (8) ein als Auflager für eine poröse Platte (6) dienendes Profilblech­ kreuz (37) ein Mittelrohr (32) aufweist, das ein Mittelloch der porösen Platte (6) durch­ dringt und von einem Schraubbolzen (25) mit Kopfplatte (34) durchdrungen ist.

9. Wirbelbettofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an der Oberseite (38) der porösen Platte (6) radial von außen nach innen übergreifende, am Einsatzkörper (8) festlegbare Halterungen (39) zur Aufnahme der Gasdruckkräfte vorge­ sehen sind.

10. Wirbelbettofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Haltungen (39) die poröse Platte (6) unter Zwischenschaltung dichtender, kompressibler Polster (40) über- oder unter­ greifen.

11. Wirbelbettofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die lösbare Halterung (39) als geschlossener Rahmen (Ring) (41) ausgebildet ist.

12. Wirbelbettofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeich­ net, daß der Rahmen (41) ringförmig ist und sein senkrechter Flansch (42) über Bajo­ nettverschlüsse (43) (Bolzen 44 und Führungs­ ausnehmungen 45) mit dem Einsatzkörper (8) verspannbar ist.

13. Wirbelbettofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeich­ net, daß Spannbügel (46) den Einsatzkörper (8) mit einer Mehrzahl von über den Umfang der porösen Platte (6) angeordnete Halterungs­ winkel (47) oder dergleichen verbinden.

14. Wirbelbettofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeich­ net, daß die Halterungswinkel (47) oder der Rahmen (41) mit Hilfe von zwischen äuße­ ren Widerlagern (48) eingeschlagenen Keilen (49) spannbar sind.

15. Wirbelbettofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14 mit einer porösen Platte (6) nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Poren der äußeren Stirn­ kanten (50) durch Verkleben, Vergießen oder dergleichen gasundurchlässig gemacht sind.

16. Wirbelbettofen nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß auch wenigstens die von den Halterungen (39) übergriffenen Rand­ partien (51) auf der Oberseite (38) oder der Unterseite (52) gasundurchlässig gemacht sind.

17. Wirbelbettofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeich­ net, daß die poröse Platte (6) durch Einlegen von Bewehrungen (53) wie Drahtnetzen, Stäben oder dergleichen bruchfester gemacht sind.