DE3640324A1 - Verfahren und vorrichtung zur gestaltung einer flammenfront an einer beschickungsoeffnung eines waermebehandlungsofens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gestaltung einer Flammenfront an einer Ladeöffnung eines Wär­ mebehandlungsofens, durch die Werkstücke in seinen mit einer brennbaren Schutzgasatmosphäre versehenen Ofenraum ein- und/oder ausgebracht werden. Die Erfindung betrifft ferner die Anwendung des Verfahrens an einem bestimmten Ofentyp. Der Begriff "Lade­ öffnung" umfaßt sowohl eine Öffnung zum Beladen als auch zum Entladen des Ofens, wobei der Ladevorgang entweder durch eine einzige Türöffnung oder durch verschiedene Türöffnungen erfolgen kann.

Wärmebehandlungsöfen, die mit brennbarem Schutzgas betrieben werden, weisen einen nahezu waagerechten Beschickungskanal mit einer Öffnung auf, durch die Werkstücke in den Ofenraum ein- bzw. ausgebracht werden. Hierzu ist es erforderlich, die Ofentür zu öffnen, so daß im Moment der Öffnung das brennbare Schutzgas Gelegenheit hat, mit der Außenatmosphäre in Kontakt zu gelangen und sich zu entzünden. Vielfach ist bewußt an der Beschickungs­ öffnung aus Sicherheitsgründen eine Zündquelle vorgesehen, um eine stabile Flammenfront zu schaffen, die sichtbar die im Ofenraum vorhandene Schutzgasatmosphäre von der Umgebungsluft trennt. Dabei versucht man den aus dem Ofenraum in den Be­ schickungskanal eintretenden Gasmengenstrom so groß zu halten, daß die Flammenfront nicht am inneren Ende des Beschickungska­ nals in den Ofenraum des Wärmebehandlungsofens einbricht.

Die brennende Flammenfront im Beschickungskanal führte zu einer Temperatursteigerung des austretenden Gasgemisches. Hierdurch wird dieses leichter, verlagert sich in den oberen Bereich des Kanalquerschnittes und saugt im unteren Bereich des Kanalquer­ schnittes kalte Umgebungsluft an. Hierdurch wird die Flammen­ front im unteren Bereich der Beschickungsöffnung weit in den Be­ schickungskanal in Richtung auf den Ofenraum in unerwünschter Weise hineingezogen. Die Flammenfront, die aufgrund der Ziel­ setzung möglichst senkrecht vor der Öffnung verlaufen sollte, erhält einen ungünstigen flachen Verlauf durch ihre weite Er­ streckung in den Beschickungskanal hinein. Um ein Einbrechen in den Ofenraum selbst zu verhindern, ist es erforderlich, einen relativ großen Gasmengenstrom im Beschickungskanal aufrechtzuer­ halten.

Es ist bekannt, zur Herabsetzung des im Beschickungskanal not­ wendigen Gasmengenstroms Flammenschleier einzusetzen. Hierzu er­ zeugt man an der Beschickungsöffnung über eine mit einer Mehr­ zahl von Düsen versehene Rohrleitung für ein Brenngas eine Viel­ zahl von Flammen durch Verbrennung des Brenngases am unteren, luftseitigen Ende des Beschickungskanals. Die so erzeugten Flam­ men bzw. die heißen Gase strömen quer in senkrechter Richtung über das Ende des Beschickungskanals. Nachteiligerweise können sie aber aufgrund ihrer hohen Temperatur und der dadurch ausge­ lösten Turbulenzen jedoch das Eindringen der kalten Umgebungs­ luft in den Beschickungskanal durch die Öffnung hindurch nicht wesentlich verhindern. Die flache Flammenfront im Beschickungs­ kanal bleibt aufrechterhalten und damit die Gefahr, daß bei zu langem Öffnen der Tür des Ofenraums oder einem ungünstigen geo­ metrischen Verhältnis des Türöffnungsquerschnitts zur Schacht­ tiefe Luft in den mit Schutzgasatmosphäre gefüllten Ofenraum einbricht. Über den unerwünschten zusätzlichen Verbrauch an At­ mosphäre hinaus ist nachteilig, daß die im Ofenraum zur Behand­ lung angeordneten Werkstücke Schaden erleiden können. Die Werk­ stücke kommen mit Abgasen in Berührung, die aus der beschriebe­ nen Situation heraus durch die im Ofenraum vorhandene Umwälzung an die Werkstücke herangeführt werden. Sie verursachen dort Oxi­ dationen, Verfärbungen der Werkstückoberfläche oder sonstige Oberflächenfehler an der Charge.

Der Erfindung liegt angesichts dieses Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, den bislang eingesetzten Flammenschleier entbehrlich zu machen und eine steil, im wesentlichen senkrecht verlaufende Flammenfront zu schaffen, die die im Ofenraum vor­ handene Schutzgasatmosphäre von der Umgebungsluft trennt und mit der das Eindringen von Umgebungsluft oder Verbrennungsgasen in den Beschickungskanal und/oder Ofenraum mit einem wesentlich verringerten Gasmengenstrom vermieden werden kann. Die Aufgabe ist nach dem Verfahren der Erfindung dadurch gelöst, daß der Flammenfront ein vergleichsweise kaltes, an einer Verbrennung nicht teilnehmendes Gas oder Gasgemisch zugeführt wird. Hier­ durch wird erreicht, daß anstelle der Umgebungsluft dann dieses nicht brennbare Gas zunächst in den Beschickungskanal strömt und die Flammenfront dort zum Erlöschen bringt. Sie entzündet sich wieder im unteren Bereich der Beschickungsöffnung außerhalb des Beschickungskanals, wo die Umgebungsluft frei zutreten kann. Durch das Erlöschen der Flammenfront innerhalb des Beschickungs­ kanals isoliert diese den ungünstigen flachen Verlauf. Die sich nun bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens außerhalb des Beschickungskanals bildende Flammenfront verläuft wesentlich steiler. Durch die Formgebung einer solchen steilen Flammenfront ist es möglich, das Eindringen von Luft oder von Verbrennungs­ gasen in den Ofenraum mit einem wesentlich geringeren Gasmengen­ strom im Beschickungskanal zu vermeiden.

Vorzugsweise wird die Zuführung des Gases oder Gasgemisches an einer senkrecht verlaufenden Beschickungsöffnung von unten nach oben gerichtet vorgenommen. Zweckmäßigerweise besitzt dabei das Gas oder Gasgemisch Raumtemperatur.

Als Gase oder Gasgemische, die nicht an einer Verbrennung teil­ nehmen, werden vorzugsweise Stickstoff und/oder gekühlte Ver­ brennungsgase, vorzugsweise der Heizeinrichtung des Ofenraums, oder sämtliche Gemische davon untereinander sowie mit anderen nicht brennbaren Gasen verwendet.

Die Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Ver­ fahrens der Erfindung ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine an der Beschickungsöffnung oder im Bereich des unteren luftseitigen Endes des Beschickungskanals angeordnete Rohrlei­ tung mit Düsen zur Zuführung eines kalten, unbrennbaren Gases oder Gasgemisches. Vorzugsweise ist die Rohrleitung über eine Kühleinrichtung an die Verbrennungsgas-Abführung der Ofenraum­ heizung angeschlossen. Es ist vorteilhaft, das Rohr im Bereich der Breite der Beschickungsöffnung dicht mit Düsen zu beschicken, um einen Schleier unbrennbarer Gase am angegebenen Ort zu erzeugen.

Die Erfindung kann vorrichtungs- und verfahrensmäßig an allen Öfen ausgeführt werden, die einen ständig oder kurzzeitig offe­ nen Querschnitt aufweisen und bei denen die brennende Ofenatmosphäre das Eindringen von Luft in den Ofenraum verhin­ dern muß. Es sind dies beispielsweise Kammeröfen, Durchstoßöfen und Drehherdöfen. Von besonderer Bedeutung ist die Erfindung an Preßhärteöfen. In diese Öfen werden mehrere Werkstücke chargen­ weise zur Erwärmung eingebracht, anschließend einzeln entnommen und in einer Härtepresse abgeschreckt. Dieser Vorgang geschieht teils manuell, teils mit Robotern durch die Flammenwand hin­ durch. Aus praktischen Gründen kann der Beschickungskanal dabei nur sehr kurz ausgeführt werden, so daß es sehr schwierig ist zu vermeiden, daß Luft oder Verbrennungsgase in den Ofenraum eindringen, damit die Ofenatmosphäre auf die später abzuhärtenden Werkstücke nicht abkohlend wirkt. Bei solchen Öfen hängt die Möglichkeit des Aufrechterhaltens einer nicht abkoh­ lenden Ofenatmosphäre bei außerordentlich häufigen Tür-Öff­ nungsvorgängen entscheidend von der optimalen Gestaltung der Flammenfront in dem kurzen Beschickungskanal ab.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung. In der Zeichung zeigt:

Fig. 1 einen Ofen, schematisch im Schnitt mit Beschickungskanal und darin eingezeichne­ ter Flammenfront gemäß Stand der Technik;

Fig. 2 einen Ofen in gleicher Darstellung wie in Fig. 1 mit der Flammenfront erfindungsge­ mäßer Gestaltung.

Der in der Zeichnung dargestellte Ofen 1 weist einen Ofenraum 2 mit nicht dargestellter Heizeinrichtung auf. In ihm wird eine Schutzgasatmosphäre aus brennbaren Gasen aufrechterhalten, die während der Wärmebehandlung umgewälzt werden. Der Zugang zum Ofenraum zur Beschickung und/oder zur Entnahme erfolgt durch einen Beschickungskanal 3, der waagerecht verlaufend an einer Ofenseite angeordnet ist. Der Beschickungskanal 3 ist durch eine nicht dargestellte Tür verschließbar, die gegebenenfalls eine Beschickungsöffnung 4 freigibt oder verschließt.

An der Beschickungsöffnung 4 ist am unteren außenseitigen Ende des Beschickungskanals 3 eine Rohrleitung 5 angeordnet, in der im Bereich der Breite der Beschickungsöffnung eine Vielzahl von Düsen vorgesehen sind. Die Rohrleitung 5 in Fig. 1 der Zeichnung ist zur Erzeugung eines Flammenschleiers gemäß Stand der Technik vorgesehen. Hierzu wird ein Brenngas am unteren, luftseitigen Ende des Beschickungskanals verbrannt und die dabei entstehenden Flammen bzw. ihre heißen Gase strömen quer in senkrechter Rich­ tung über die Beschickungsöffnung 4. Durch Thermik bildet sich ein Flammenschleier gemäß zeichnerischer Darstellung aus, der eine flache Innenfront aufweist, die weit in den Be­ schickungskanal 3 im unteren Bereich hineinreicht. Die Nachteile einer solchen Flammenfront sind eingangs beschrieben worden.

Gemäß Fig. 2 der Zeichnung findet eine Rohrleitung 6 anstelle der Rohrleitung 5 Verwendung, die ebenfalls mit einer Vielzahl von Düsen im Bereich der Breite der Beschickungsöffnung versehen ist. Diese Rohrleitung 6 ist aber nicht ausgebildet und vorge­ sehen zur Erzeugung eines Flammenschleiers, sondern zur Zufüh­ rung eines kalten, an einer Verbrennung nicht teilnehmenden Gases bzw. Gasgemisches zur Flammenfront im Bereich des unteren luftseitigen Endes des Beschickungskanals 3 an der Beschickungs­ öffnung. Die Rohrleitung 6 ist an die Abführungsleitung für die Verbrennungsgase der Heizeinrichtung des Ofenraums 2 unter Zwischenschaltung einer Kühleinrichtung angeschlossen. Die Kühl­ einrichtung kann als Vorrichtung zur Nutzung der Abwärme, bei­ spielsweise in Form eines Rekuperators, bereits am Ofen vor­ handen sein.

Die Zeichnung zeigt, daß durch die Zuführung eines kalten, an der Verbrennung nicht teilnehmenden Gases die Beschickungsöff­ nung 4 vorhangartig überstrichen wird, wodurch sich eine Flam­ menfront nur mit außerordentlich steilem Verlauf im außenseiti­ gen Bereich des Beschickungskanals 3 ausbilden kann. Die Flam­ menfront weist keinen flachen Verlauf mehr auf, sondern er­ streckt sich im wesentlichen in senkrechter Richtung. Das Ein­ dringen von Luft oder von Verbrennungsgasen in den Ofenraum 2 wird selbst dann vermieden, wenn ein wesentlich geringerer Gas­ mengenstrom als bislang im Beschickungskanal bereits zur Anwen­ dung kommt.

• Bezugszeichenliste 1 Ofen
  2 Ofenraum
  3 Beschickungskanal
  4 Beschickungsöffnung
  5 Rohrleitung für brennbare Gase
  6 Rohrleitung für kalte unbrennbare Gase

Claims (8)

1. Verfahren zur Gestaltung einer Flammenfront an einer Lade­ öffnung eines Wärmebehandlungsofens, vorzugsweise Preßhärte­ öfen, durch die Werkstücke in seinen mit einer brennbaren Schutzgasatmosphäre versehenen Ofenraum ein- und/oder ausge­ bracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Flammenfront ein vergleichsweise kaltes, an einer Verbrennung nicht teilnehmendes Gas oder Gasgemisch zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung des Gases oder Gasgemisches an einer senkrecht ver­ laufenden Beschickungsöffnung von unten nach oben gerichtet vorgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas oder Gasgemisch Raumtemperatur aufweist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Gase oder Gasgemische Stickstoff und/oder Kohlendioxid und/oder gekühlte Verbrennungsgase, vorzugsweise der Heizeinrichtung des Ofenraumes, oder sämtliche Gemische davon untereinander sowie mit anderen nicht brennbaren Gasen verwendet werden.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine an der Be­ schickungsöffnung (4) oder im Bereich des unteren luftseiti­ gen Endes des Beschickungskanals (3) angeordnete Rohrleitung (6) mit Düsen zur Zuführung eines kalten, unbrennbaren Gases oder Gasgemisches.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung über eine Kühleinrichtung an die Verbrennungs­ gas-Abführung der Ofenraumheizung angeschlossen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr im Bereich der Breite der Beschickungsöffnung dicht mit Düsen beschickt ist.

8. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 bei Öfen, die einen offenen Querschnitt aufweisen und bei denen die brennende Ofenatmosphäre das Eindringen von Luft in den Ofenraum verhindert, nämlich Kammeröfen, Durchstoßöfen, Dreh­ herdöfen und insbesondere Preßhärteöfen.