DE4236785A1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Stahlheiz- oder -wärme­ ofen, insbesondere einen solchen, bei dem ein Innenofen- Temperaturprofil frei gesteuert bzw. eingestellt werden kann.

Ein gewöhnlicher Durchlauf-Stahlwärmeofen nach dem Stand der Technik ist gemäß Fig. 6 so aufgebaut, daß das Innere des Ofens in mehrere Zonen, d. h. vier Zonen 101, 102, 103 und 104 oder nach Bedarf in sechs Zonen, unter­ teilt ist, von denen jede einen eingebauten Heizbrenner 105 aufweist. In jeder Zone ist ein Paar oberer und unte­ rer Brenner 105, 105 relativ zu einem zu erwärmenden Werk­ stück oder Stahl W lotrecht angeordnet und so orientiert, daß die Brenner Flammen sich längs des Werkstücks W aus­ breiten lassen, ohne daß die Flammen das erwärmte Werk­ stück berühren, wobei ein Verbrennungs-Abgas zu einem Rauchrohr 107 abströmt, das an einer Eintrittsöffnung 106 angeordnet ist, an welcher das Werkstück in den Ofen hineintransportiert wird. In stromaufseitigen Zonen nahe einer Austrittsöffnung 108, über welche das Werkstück aus dem Ofen herausgeführt wird, wird das Verbrennungsabgas fortlaufend zu den stromabseitigen oder nachgeschalteten Zonen geführt, um die Zonen in der Reihenfolge der Zonen 101, 102, 103, 104 zu durchströmen und dann im Bereich der letzten Zone 104 abgeführt oder abgesaugt zu werden. Diese Anordnung ermöglicht bis zu einem gewissen Grad die Konstanthaltung einer gegebenen Temperaturverteilung im Ofen in der Längsrichtung desselben.

Es hat sich jedoch erwiesen, daß im Betrieb bezüg­ lich der Strömung der Verbrennungsgase im Ofen ein Gas­ anteil fortlaufend zu einem anderen Gasanteil von den stromabseitigen Zonen zu den stromaufseitigen Zonen in Richtung auf das Rauchrohr 107 hinzugefügt wird, woraus sich Schwierigkeiten bezüglich der Einstellung und Auf­ rechterhaltung einer gewünschten oder Soll-Temperatur in jeder Zone 101, 102, . . . ergeben. Dabei besteht nämlich eine Schwierigkeit bezüglich der Bewertung eines Einflus­ ses der Verbrennung in der stromaufseitigen Zone auf die in der stromabseitigen Zone. Der Einfluß der Verbrennungs­ gase in bzw. von den stromaufseitigen Zonen, die zu den Verbrennungsgasen in bzw. von den stromabseitigen Zonen hinzugefügt werden, ist nämlich schwierig zu bestimmen. Außerdem hat dies unvermeidlich zur Folge, daß die strom­ aufzonenseitigen Verbrennungen ein(en) im Ofen eingestell­ tes (eingestellten) Temperaturprofil (pattern) oder -gradienten beeinflussen und daher die Einstellung eines solchen Innenofen-Temperaturprofils oder -gradienten auf eine gewünschte Bedingung in jeder Zone in Strömungsrich­ tung der Verbrennungsabgase schwierig vorzunehmen ist, so daß die freie Einstellung des Innenofen-Temperatur­ profils oder -gradienten unmöglich wird. Infolgedessen ist eine Bedienungsperson gezwungen, bei dieser Art eines Durchlaufwärmeofensystems eine begrenzte Kurve der Tempe­ raturerhöhung einzustellen oder vorzugeben.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines Stahlwärmeofens, der eine freie Einstellung eines Innen­ ofen-Temperaturprofils (in-furnace temperature pattern) zuläßt.

Gegenstand der Erfindung ist ein Stahlwärmeofen, um­ fassend: eine Anzahl von Zonen, die innerhalb des Ofens festgelegt sind und dabei das Innere des Ofens untertei­ len, mindestens ein Brennersystem des Wärmespeichertyps an bzw. in jeder der mehreren Zonen, wobei das Brenner­ system ein Speicherbett und eine Brennereinheit aufweist, eine Verbrennungsluftspeiseeinrichtung zum Zuspeisen von Verbrennungsluft über das Speicherbett zur Brennerein­ heit und eine Verbrennungs(ab)gasabführeinrichtung zum Abführen oder Absaugen von Verbrennungsabgas von der Brennereinheit über das Speicherbett wobei eine Tempe­ ratur in jeder der mehreren Zonen beliebig oder bedarfs­ weise regelbar ist. Demzufolge wird der größte Teil des in jeder Zone erzeugten bzw. anfallenden Verbrennungsab­ gases über das Speicherbett nach außen abgeführt, so daß es praktisch nicht in andere, angrenzende Zonen einströmt.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Stahlwärmeofen, umfassend: einen Ofenkörper, eine im Ofenkörper festge­ legte Eintrittsöffnung, über welche ein Werkstück oder Stahl in den Ofen einführbar ist, eine im Ofenkörper fest­ gelegte Austrittsöffnung, über welche das Werkstück oder der Stahl aus dem Ofen austragbar ist, wobei der Ofenkör­ per eine Anzahl von Ofeneinheiten, mindestens ein in je­ der der mehreren Ofeneinheiten vorgesehenes Brennersystem eines Wärmespeichertyps mit einem Speicherbett und einer Brennereinheit, eine Verbrennungsluftspeiseeinrichtung zum Zuspeisen von Verbrennungsluft über das Speicherbett zu der Brennereinheit und eine Verbrennungs(ab)gasabführ­ einrichtung zum Abführen oder Absaugen von Verbrennungsab­ gas von der Brennereinheit über das Speicherbett aufweist, wobei die mehreren Ofeneinheiten zur Bildung des einen Ofenkörpers miteinander verbunden oder zusammengeschaltet sind.

Obgleich sich strenggenommen das in einer Zone oder Ofeneinheit anfallende Verbrennungsabgas und das in den anderen, angrenzenden Zonen oder Ofeneinheiten anfallen­ de Verbrennungsgas an ihren Grenzflächen in einem bestimm­ ten Ausmaß miteinander vermischen, wird dennoch ein großer Teil des Verbrennungsabgases unmittelbar aus jeder Zone oder Ofeneinheit abgeführt oder abgesaugt, so daß dieser Teil die Temperaturverteilung in den anderen angrenzenden Zonen oder Ofeneinheiten nicht (nachteilig) beeinflußt. Demzufolge wird durch Einstellung einer Verbrennungsgröße in jeder Zone oder Ofeneinheit die jeweilige Innenofen- Temperatur (Ofeninnentemperatur) unabhängig geändert. Da diese Innenofen-Temperaturänderung nur innerhalb jeder einzelnen Zone oder Ofeneinheit stattfindet, hat sie kei­ nen Einfluß auf die entsprechende Anderung in anderen, angrenzenden Zonen oder Ofeneinheiten. Eine Steuerung oder Regelung der Verbrennungsgröße jeder Zone oder Ofen­ einheit führt daher nicht nur zu einer Temperatureinstel­ lung derselben unabhängig von anderen Zonen oder Ofen­ einheiten, sondern ermöglicht auch die Einstellung eines Innenofen-Temperaturprofils im gesamten Stahlwärmeofen in der Weise, daß z. B. ein Innenofen-Temperaturprofil, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, erreicht werden kann. Es ist damit möglich, ein freies oder beliebiges Wärme­ flußprofil einzustellen oder vorzugeben, eine einwand­ freie Erwärmung von sowohl warmen als auch kalten Werk­ stücken im gleichen Ofen zu erreichen und weiterhin bei einer höheren Ladetemperatur warmer Werkstücke die Ab­ wärme mit hohem Wirkungsgrad rückzugewinnen. Indem ferner die Brenner abwechselnd jeweils für eine kurze Zeitspanne in Betrieb gesetzt werden, kann eine Temperaturverteilung in jeder Zone oder Ofeneinheit vergleichmäßig werden, wo­ durch die Güte des erwärmten Werkstücks oder Stahls ver­ bessert wird. Aufgrund des Speicherbetts wird darüber hinaus Luft einer hohen Temperatur nahe an der Temperatur des Verbrennungsabgases erhalten, so daß die (nötige) Brennstoffmenge beträchtlich verringert und die Verbren­ nungstemperatur weiter erhöht werden kann.

Die Brennersysteme des Wärmespeichertyps umfassen vorzugsweise jeweils zwei Einheiten von regenerativen Betten bzw. Speicherbetten und Brennern als (jeweiliges) Paar, die einheitlich für jede Einheit zusammengesetzt sind; die Brenner in den beiden Einheiten werden jeweils abwechselnd für eine kurze Zeitspanne in Verbrennungs- Betrieb gesetzt. Bevorzugt können diese Brennersysteme (jeweils) mindestens ein Paar erster Brenner und min­ destens ein Paar zweiter Brenner aufweisen, wobei diese beiden ersten und zweiten Brenner jeweils in beabstande­ ter und einander gegenüberstehender Beziehung angeordnet sind.

Vorzugsweise ist jede der Zonen oder Ofeneinheiten mit einer Ofendruckregelvorrichtung zur Einstellung des Innenofen-Drucks (Ofeninnendrucks) auf erforderliche Weise versehen.

Der erfindungsgemäße Stahlwärmeofen kennzeichnet sich auch dadurch, daß die Temperatur in der näher an der Werkstückeinführseite gelegenen Zone oder Ofenein­ heit höher eingestellt ist oder wird als die Temperatur in der Zone oder Ofeneinheit, die näher an der Werkstück­ austragseite liegt. Dies ermöglicht eine Erhöhung der Temperaturanstiegs- oder -erhöhungsgeschwindigkeit des erwärmten Werkstücks, so daß die Gesamtlänge des Ofens verkürzt sein kann. Die verkürzte Ofenlänge trägt nicht nur zu einer Senkung der Ausrüstungskosten, sondern auch zu einer Verringerung des Raumbedarfs bei.

Wenn zudem ein einziger Ofen durch gegenseitige Ver­ bindung bzw. Zusammenschaltung der genannten mehreren Ofeneinheiten gebildet wird, kann der Stahlwärmeofen mit einer erforderlichen Länge ausgebildet werden, während er ein erforderliches Innenofen-Temperaturprofil aufweist.

Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung kann die Anordnung so getroffen sein, daß im Brennersystem min­ destens ein Brenner vorgesehen und darin eine Einrich­ tung enthalten ist, welche eine Verschiebung des Spei­ cherbetts gegenüber einem Verbrennungsluft- und -gas­ strom in Richtung auf den Brenner zuläßt.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Prinzipdarstellung einer Aus­ führungsform eines Stahlwärmeofens gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine graphische Darstellung eines Beispiels eines Innenofen-Temperaturprofils beim erfin­ dungsgemäßen Stahlwärmeofen,

Fig. 3 eine schematische Schnittansicht einer Ofen­ einheit,

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Brenner­ systems des Wärmespeichertyps (regenerative heating type) in der Ofeneinheit,

Fig. 5 eine schematische Schnittdarstellung einer anderen Ausführungsform des Brennersystems des Wärmespeichertyps,

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Stahlwärme­ ofens nach dem Stand der Technik und

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform der Ofeneinheit.

Fig. 1 veranschaulicht eine Ausführungsform eines er­ findungsgemäßen Stahlwärmeofens 1 mit einer Anzahl von kastenförmigen Ofeneinheiten 2, die so miteinander ver­ bunden bzw. zusammengeschaltet sind, daß sie insgesamt einen Stahlwärmeofen bilden. Jede Ofeneinheit 2 weist an ihrer einen Seite eine Eintrittsöffnung 3, über welche ein zu erwärmendes Werkstück oder Stahl W in die Ofenein­ heit einführbar ist, und an ihrer anderen Seite eine Aus­ trittsöffnung 4 auf, über welche das Werkstück W aus der Ofeneinheit austragbar ist (vgl. Fig. 3). Alle Ofenein­ heiten 2 sind dabei an diesen beiden Öffnungen 3 und 4 einheitlich miteinander verbunden, so daß sie die darge­ stellte Ofenanordnung bilden.

Im Decken- oder Oberseitenbereich jeder Ofeneinheit 2 ist eine Ofendruckregelvorrichtung 5 angeordnet, die aus einer am Oberseitenbereich der Ofeneinheit 2 befestig­ ten bzw. angebauten Leitung 7 und einer in der Leitung 7 angeordneten Klappe 6 besteht. Die Klappe 6 ist inner­ halb der Leitung 7 für Öffnungs- und Schließbewegung derselben drehbar gelagert, so daß sie verdrehbar ist, um den Öffnungsgrad der Leitung 7 für die Einstellung einer aus der Ofeneinheit 2 abzuführenden Verbrennungs­ gasmenge zu regeln oder eine Menge an anzusaugender Ver­ brennungsluft einzustellen. Alle Regelvorrichtungen 5 sind mit einem gemeinsamen Rauchrohr 8 verbunden. Ab­ hängig von Umständen und Bedingungen kann somit der Innenofen-Druck durch Betätigung der jeweiligen Regel­ vorrichtung 5 auf eine gewünschte Größe eingestellt wer­ den. Erforderlichenfalls kann die Leitung 7 ein nicht dargestelltes Gebläse für Zwangsabsaugung enthalten, oder sie kann mit einem Rauchrohr oder einer Esse zur Erzeugung eines Tunneleffekts für die Absaugung von Ver­ brennungsgas und -luft gekoppelt sein. Abgesehen vom Oberseitenbereich der Ofeneinheit 2 kann die Regelvor­ richtung 5 auch an einer anderen geeigneten Stelle an­ geordnet sein.

Erfindungsgemäß ist der Ofen 1 mit einer Art eines Brennersystems mit einem regenerativen Bett bzw. Speicher­ bett, allgemein mit 9 bezeichnet, versehen. Gemäß Fig. 3 weist nämlich jede Ofeneinheit 2 ein Paar oberer, vorderer und hinterer Brenner 8a, 8a-1 auf, die an der Oberseite 2u der Ofeneinheit einander mit Abstand gegen­ überstehend angeordnet sind; ferner umfaßt sie ein Paar unterer, vorderer und hinterer Brenner 9a′, 9a′-1, die an der Unterseite 2d der Ofeneinheit angeordnet sind und ebenfalls einander mit Abstand gegenüberstehen. Wie weiterhin aus Fig. 4 in Verbindung mit Fig. 3 hervor­ geht bestehen die jeweiligen beiden oberen Brenner 8a, 9a-1 und die beiden unteren Brenner 8a′, 9a′-1 jeweils aus zwei Einheiten, die paarweise als zwei obere Brenner, bei 8a, 8b angedeutet, und zwei unteren Brenner, bei 8a′, 8b′ angedeutet, in der Ofeneinheit 2 so angeordnet sind, daß die erstgenannten Brenner (8a, 8b) und die letztgenannten Brenner (9a′, 9b′) jeweils über bzw. unter dem durch sie zu erwärmenden Werkstück angeordnet sind. Obgleich nicht dargestellt, ist das Werkstück W auf ein Förderband für den Transport durch den Ofen 1 aufgelegt.

Die oberen und unteren Brenner 8a, 8a-1, 8a,, 8a,-1 umfassen jeweils einen Brennerkörper 10 und eine Leitung 18, die miteinander verbunden sind. Der hohle Brenner­ körper 10 weist eine Brennerverengung 10a auf, an bzw. in welcher mehrere Verbrennungsdüsen 22 befestigt sind. Gemäß Fig. 3 fluchtet die Brennerverengung 10a mit einer in der Ofeneinheit 2 ausgebildeten Bohrung 2p. In die Leitung 18 ist ein Speicherbett 11 eingebaut. Aufgrund des dem Brennerkörper 10 zugeordneten Speicherbetts 11 ist somit jeder Brenner 9a, 9a-1, . . . von einem Wärme­ speichertyp.

Wie noch näher zu erläutern sein wird, wird einer dieser beiden, einander gegenüberstehenden oberen Bren­ ner 9a und 9a-1 abwechselnd in Betrieb gesetzt, um eine im wesentlichen waagerechte Flamme längs des Werk­ stücks W, jedoch mit einem Abstand davon, zu emittieren. Das gleiche gilt für die beiden unteren Brenner 9a′ und 9a,-1. In anderen Worten: bei den beiden oberen Brennern 9a und 9a-1 wird jeweils der eine in Verbrennungsbetrieb gesetzt, während der andere außer Betrieb gehalten wird, so daß diese Brenner abwechselnd für Verbrennung in Be­ trieb gesetzt werden, wobei der jeweils unwirksame Bren­ ner zum Abführen oder Absaugen eines Verbrennungsgases durch den Brennerkörper 10 und das Speicherbett 11 arbei­ tet. Das gleiche trifft auch auf die beiden unteren Bren­ ner 9a′, 9a′-1 zu. Aus diesem Grund sind gemäß den Fig. 3 und 4 ein Verbrennungsluftspeisesystem 12 und ein Ver­ brennungsgasabführsystem 13 vorgesehen. Das erstere System 12 vermag Verbrennungsluft in den Brennerkörper 10 über das Speicherbett 11 einzuspeisen, während das letztere System 13 zum Abführen oder Absaugen von Ver­ brennungsgas über den Brennerkörper dient.

Wie aus den Fig. 4 und 3 - obgleich nicht im einzel­ nen veranschaulicht - hervorgeht, sind mehrere Sätze die­ ser Systeme 12, 13 an den gegenüberliegenden Seiten der Ofeneinheit 2 angeordnet, so daß gemäß Fig. 4 ein Satz der Systeme 12, 13 selektiv mit den oberen vorderen Brennern 9a, 9b und ein anderer Satz davon selektiv mit den unteren vorderen Brennern 9a′, 9b′ verbindbar ist.

Ebenso ist aus Fig. 3 ersichtlich, daß an der anderen Seite der Ofeneinheit 2 ein Satz der Systeme 12 und 13 selektiv mit den beiden oberen hinteren Brennern (bei 9a-1) verbindbar ist, während ein anderer Satz dieser Systeme selektiv mit den unteren hinteren Brennern (bei 8′-1) verbindbar ist. In jedem Satz der Systeme 12, 13 ist, wie in Fig. 4 angedeutet, eine zweckmäßige Rohrlei­ tung vorgesehen, um die angegebene selektive Verbindungs­ beziehung zwischen den beiden angrenzenden oberen vorde­ ren Brennern 9a, 9b und ihrem jeweils entsprechenden Satz der Systeme 12, 13 sowie zwischen den beiden unte­ ren angrenzenden vorderen Brennern 9a′, 9b′ und ihrem entsprechenden (zugeordneten) Satz der Systeme 12, 13 herzustellen. Diese Anordnung gilt auch für die andere Seite der Ofeneinheit 2, in Fig. 4 gesehen, die an der Austrittsöffnung 4 liegt und an welcher die beiden obe­ ren angrenzenden bzw. benachbarten hinteren Brenner (bei 9a-1) und die beiden unteren benachbarten hinteren Bren­ ner (bei 9a′-1) angeordnet sind, wie sich dies ohne weiteres aus Fig. 3 ergibt. Ersichtlicherweise ist die Rohrleitung selbst nur mit den beiden angrenzenden oder benachbarten Brennern an jeder (jeweils einer) Seite der Ofeneinheit 2 verbunden, was darauf hinweist, daß keine Notwendigkeit besteht, die Rohrleitung die Ofeneinheit 2 in deren Längsrichtung überbrücken zu lassen, um die beiden vorderen und hinteren Brenner (z. B. 9a und 9a-1, 9a′ und 9a′-1, . . .) für die erwähnten abwechselnden Bren­ nerbetätigungen miteinander zu verbinden. Demzufolge kann ein kurzes Rohrleitungsstück verwendet werden, wo­ durch die Fertigungskosten gesenkt werden und außerdem eine übermäßige Belegung des umgebenden Raums durch die Rohrleitung vermieden wird.

Da alle paarweise angeordneten Brenner 9a, 9b, 9a′, . . . aufbaumäßig einander identisch sind, werden aus Verein­ fachungsgründen im folgenden nur die beiden oberen vorde­ ren und hinteren Brenner 9a, 9a-1 an der Oberseite 2u der Ofeneinheit 2 speziell erläutert werden.

Das Verbrennungsluftspeisesystem 12 und das Verbren­ nungsgasabführsystem 13 stehen mit den jeweiligen Bren­ nerkörpern 10 der beiden oberen Brenner 9a, 9a-1 über ein Vierwegeventil 14 in Strömungsverbindung, wobei das Vierwegeventil 14 weiterhin mit einem Druckgebläse 15 und einem Sauggebläse 16 verbunden ist. Durch Betäti­ gung des Vierwegeventils 14 wird im Zusammenwirken mit diesen beiden Gebläsen 15 und 16 die Strömung von Ver­ brennungsluft und -gas bezüglich der Brenner 9 umge­ schaltet. Mittels dieser Systeme kann gemäß Fig. 4 über das Druckgebläse 15 Verbrennungsluft vom Verbren­ nungsluftzuführsystem 12 in den an der rechten Seite befindlichen Brenner 9a eingespeist werden, während gleichzeitig Verbrennungsgas durch das Sauggebläse 16 von dem bzw. über den an der linken Seite befindlichen Brenner 9b und über das Verbrennungsgasabführsystem 13 zur Außenatmosphäre abgesaugt wird, oder umgekehrt. Zwischen den rechten und linken Brennern 9a, 9b ist ein an diese angeschlossenes Dreiwegeventil 17 ange­ ordnet. Mittels des Dreiwegeventils 17 ist ein Brenn­ stoffspeisesystem 18 selektiv mit einem der beiden Brenner 9a, 9b verbindbar, um den betreffenden Brenner­ düsen 22 Brennstoff zuzuspeisen und damit eine Ver­ brennung an dem betreffenden der beiden Brenner 9a, 9b herbeizuführen. Im vorliegenden Fall wird das Dreiwege­ ventil 17 für die Verbindung des Brennstoffspeisesystems 18 mit dem rechten Brenner 9a für Verbrennung (von Brennstoff) mit der über das Verbrennungsluftspeise­ system 12 zugespeisten Luft gesteuert, um den rechts­ seitigen (d. h. nach rechts ausstoßenden) Brenner 9a eine Flamme emittieren zu lassen (vgl. Fig. 3).

Das Speicherbett 11 kann vorzugsweise aus einem zylindrischen Körper mit einer Vielzahl von darin vorgesehenen wabenartigen, zellenförmigen Bohrungen be­ stehen, wobei dieser Körper aus einem Werkstoff mit einem vergleichsweise geringen Druckverlust, jedoch einer großen Wärmekapazität und einer hohen Haltbar­ keit, wie Feinkeramik, besteht. Diese Ausgestaltung ist jedoch nicht einschränkend, vielmehr können auch andere Werkstoffe und Ausgestaltungen angewandt werden.

Obgleich nicht dargestellt, ist das vorliegende Brennersystem mit Hilfsgeräten, z. B. einem Zündbrenner und einem Zündtransformator ausgestattet, wie dies bei derartigen Brennersystemen üblich ist. Weiterhin kann es so ausgelegt sein, daß erforderlichenfalls Wasser- Dampf oder Wasser in eine entsprechende Leitung des Ver­ brennungsluftspeisesystems 12 eingespritzt wird, um die NO_x-Emission zu verringern, die beim Vorwärmen der Ver­ brennungsluft über das Speicherbett 11 auftritt.

Bei dieser speziellen Ausführungsform sind die oberen, vorderen und hinteren Brenner 9a, 9a-1 auf der gleichen Ebene an der Oberseite 2u der Ofeneinheit 2 aufeinander ausgerichtet; ebenso sind die unteren vorde­ ren und hinteren Brenner 9a′, 9a′-1 auf der gleichen Ebene an der Unterseite 2d der Ofeneinheit 2 aufeinander ausgerichtet. Dabei werden Brennstoff und Verbrennungs­ luft selektiv einem der beiden oberen, beabstandeten Brenner 9a, 9a-1 zugespeist, und die gleiche selektive Zuspeisung erfolgt für jeweils einen der beiden unteren Brenner 9a′, 9a′-1. Wenn beispielsweise gemäß Fig. 3 Verbrennungsluft durch das Druckgebläse 15 aus dem Spei­ sesystem 12 in den oberen vorderen Brenner 9a eingeführt wird, zünden die Düsen 22 dieses Brenners 9a die Luft (mit dem Brennstoff) zur Erzeugung einer im wesentlichen waagerechten Flamme in einer Richtung zur gegenüberlie­ genden Bohrung 2b hin, während andererseits dabei das entstehende Verbrennungsabgas durch das Sauggebläse 16 in den gegenüberliegenden, nicht in Betrieb befindli­ chen bzw. unwirksamen oberen hinteren Brenner 9a-1 ein­ gesaugt und abgeführt wird. Dabei durchströmt das Ver­ brennungsabgas das Speicherbett 11, wobei durch letzte­ res die Wärme des Abgases rückgewonnen wird. Die rück­ gewonnene Wärme wird zum Vorwärmen von Verbrennungsluft in einer nachfolgenden Stufe genutzt, in welcher der bisher unwirksame Brenner 9a-1 durch das oben erwähnte abwechselnde Umschalten der Vierwege- und Dreiwegeventile 14 bzw. 17 in einen Betriebszustand versetzt wird. Das über den oberen hinteren Brenner 9a-1 ausgetriebene bzw. abgesaugte Verbrennungsabgas wird dabei für die Absorption seiner Wärme durch das Speicherbett 11 ge­ nutzt; wenn die zugeordneten Vierwege- und Dreiwege­ ventile 14 bzw. 17 (die an beiden gegenüberliegenden Seiten der Ofeneinheit 2 angeordnet sind, wie dies - ob­ gleich nicht im einzelnen veranschaulicht - aus den Fig. 3 und 4 sowie aus der vorstehenden Beschreibung der Anordnungen der mehreren Sätze von Verbrennungsluft­ speise- und Verbrennungsgasabführsystemen 12 bzw. 13 hervorgeht) umgeschaltet werden, um den Strom von Ver­ brennungsluft und Brennstoff zum oberen hinteren Bren­ ner 9a-1 zu leiten, so wird ersichtlicherweise die in den Brenner 9a-1 eingeführte Verbrennungsluft durch das Speicherbett 1 vorgewärmt, welches die Wärme des vorher beim ersten Verbrennungsvorgang anfallenden Verbrennungs­ abgases absorbiert und gespeichert hat.

Bei der oben beschriebenen Anordnung werden die paarigen oberen Brenner 9a, 9a-1 abwechselnd zur Durch­ führung der Verbrennung in Betrieb gesetzt bzw. zum Absaugen des Verbrennungsgases in einen unwirksamen Zustand versetzt, so daß die Flamme und das Verbrennungs­ abgas von dem in Betrieb befindlichen Brennerkörper 10 emittiert werden und im wesentlichen parallel zu dem zu erwärmenden Werkstück W strömen, wobei dann das Ver­ brennungsabgas in den anderen, gegenüberliegenden, nicht in Betrieb befindlichen bzw. unwirksamen Brennerkörper 10 eingesaugt wird, um aus der Ofeneinheit 2 abgeführt zu werden. Hierdurch wird sichergestellt, daß ein großer Teil des in jeder Ofeneinheit 2 anfallenden Verbren­ nungsabgases zur Außenseite des Ofens abgeführt wird, wodurch ein Überströmen des Gases zu anderen, angrenzen­ den Ofeneinheiten 2 vermieden wird. Das Speicherbett 11 bewirkt die Rückgewinnung der Abwärme des über den nicht betätigten Brenner abgesaugten Verbrennungsabgases zwecks Nutzung der rückgewonnenen Wärme für das Vor­ wärmen der dem gleichen Brenner zuzuspeisenden Ver­ brennungsluft, wenn dieser Brenner durch das erwähnte Umschalten des Brennerbetriebs für die Durchführung der Verbrennung in Betrieb gesetzt wird oder ist. Der jeweils in Betrieb befindliche Brenner bewirkt daher aufgrund der vorgewärmten Verbrennungsluft eine schnel­ le Verbrennung des Brennstoffs, weil der Brennstoff mit der vorgewärmten Luft bei einer hohen Temperatur nahe derjenigen des Abgases verbrannt wird. Die erfin­ dungsgemäßen Brennersysteme verbrauchen damit für die Verbrennung eine wesentlich geringere Brennstoffmenge. Ein anderer Vorteil dieses Vorwärmsystems besteht darin, daß es eine einfache, stabile Regelung der Verbrennungs­ temperatur auf beliebige verschiedene Größen auch mit einer derart geringen Brennstoffmenge ermöglicht, weil im normalen Verbrennungsbetrieb bei einer hohen Tempera­ tur von beispielsweise 1000°C das Speicherbett 11 die Verbrennungsluft auf eine Temperatur nahe diesem Wert von 1000°C vorwärmt, so daß eine schnelle Zündung und Verbrennung der Luft auch mit einer kleinen Brennstoff­ menge gewährleistet wird; auch wenn die Temperatur auf etwa 800°C abnimmt, wird die Verbrennungsluft durch das Speicherbett 11 auf einen Temperaturwert nahe 800°C vor­ gewärmt, so daß die Luft schneller gezündet und mit einer kleinen Brennstoffmenge verbrannt werden kann. In Abhängigkeit von einer Erhöhung oder Senkung der Erwärmungstemperatur erfolgt demzufolge die Verbrennung augenblicklich beim entsprechenden Temperaturwert, während die verbrauchte Brennstoffmenge niedrig gehal­ ten wird.

Aufgrund der angegebenen Vorteile ist es ohne wei­ teres möglich, die Verbrennungsmenge oder -größe der Brenner 9a, 9a-1, 9b, . . . für jede der Ofeneinheiten 2 unabhängig voneinander zu regeln, um damit einstell­ bar eine gewünschte Innenofen-Temperatur in jeder Ofen­ einheit 2 vorzugeben; infolgedessen kann ein gewünsch­ tes Innenofen-Temperaturprofil oder -gefälle eindeutig innerhalb des gesamten Stahlwärmeofens 1 festgelegt wer­ den. Bei einer solchen Temperatureinstellung wird ein in jeder Ofeneinheit 2 herrschender Druck gleichzeitig durch Betätigung der Ofendruckregelvorrichtung 5 ge­ regelt, um damit den Druck durch den gesamten Ofen 1 hindurch zu stabilisieren und ein Überströmen von Ver­ brennungsabgas zu den angrenzenden Ofeneinheiten 2 zu verhindern. Der Druck jeder Ofeneinheit 2 sollte nämlich durch Offnen oder Schließen der Leitung 7 zum Senken bzw. Erhöhen des Innenofen-Drucks bzw. Ofeninnendrucks innerhalb eines gegebenen Bezugsdruck­ bereichs geregelt werden.

Es ist darauf hinzuweisen, daß der Wechsel des Brennerbetriebs zwischen den betrieblichen und unwirk­ samen Zuständen, wie angegeben, in einem Abstand von nicht mehr als 2 min oder nicht weniger als 20 s, vor­ zugsweise in einem Abstand von etwa 1 min oder wahlwei­ se dann erfolgen soll, wenn die Temperatur des Verbren­ nungsabgases etwa 200°C erreicht.

Fig. 5 veranschaulicht eine andere Ausführungsform des Brennersystems 9′, das ein rotierendes, scheibenarti­ ges Speicherbett 20 bei der gleichen Ofeneinheit 2 wie bei der ersten Ausführungsform verwendet. Bei dieser zweiten Ausführungsform umfaßt das Brennersystem 9′ nur einen oberen vorderen Brenner 9a′ und einen unteren hinteren Brenner 9b′, wie in Fig. 5 dargestellt. In der dem Brenner gegenüberliegenden Wand der Ofeneinheit 2 ist dabei eine Bohrung 2p vorgesehen, die als Absaugboh­ rung dient, über welche das Verbrennungsabgas für die Abfuhr aus dem Ofen abgesaugt wird. Das scheibenförmige Speicherbett 20 ist neben jedem der beiden Brenner 9a′, 9b′ in der Weise drehbar angeordnet, daß die eine Hälfte des Speicherbetts 20 die Seite des Brenners 9a′ und 9b′, in welcher eine Bohrung 9a′-1 ausgebildet ist, übergreift, während die jeweilige andere Hälfte des Speicherbetts 20 vom Brenner 9a′ bzw. 9b′ nach außen ragt. Wie durch die strichpunktierte Linie in Fig. 5 angedeutet, sind eine zweckmäßige Rohrleitung und ein Sauggebläse (nicht dar­ gestellt) zum Absaugen und Leiten des Verbrennungsab­ gases zur oben erwähnten anderen Hälfte des Speicher­ betts 20 für Vorwärmzwecke vorgesehen. Nach einem Takt des Verbrennungsbetriebs der Brenner 9a′, 9b′ hat die nach außen vorstehende Hälfte des Speicherbetts 20 die Abwärme des Verbrennungsabgases aufgenommen und ge­ speichert, worauf diese Hälfte durch Drehung des Speicher­ betts 20 in die den Brenner übergreifende Stellung ge­ dreht wird, so daß in der nächsten Verbrennungsstufe oder -phase die Verbrennungsluft durch das Speicher­ bett 20 vorgewärmt wird, bevor sie in den Brennerkör­ per eingespeist wird. Auf diese Weise ist es möglich, die relative Strömung von Verbrennungsluft und Verbren­ nungsabgas gegenüber dem Speicherbett 20 umzuschalten.

Fig. 7 veranschaulicht eine andere Ausführungsform einer mit 2′ bezeichneten Ofeneinheit. Die Ofeneinheiten 2′ sind jeweils mit zwei oberen Trennwänden 2a, 2b und zwei unteren Trennwänden 2a′ und 2b′ ausgebildet. Alle Trennwände 2a, 2b, 2a′ und 2b′ dienen zur eindeutigen Trennung der Ofeneinheitenvoneinander, um damit die Ver­ hinderung einer ungewollten Überströmung von Verbrennungs­ abgas aus einer Ofeneinheit 2′ in die angrenzende Ofen­ einheit 2′ zu gewährleisten.

Die vorstehend im einzelnen beschriebene Erfindung soll keinesfalls auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt sein, da ersichtlicherweise verschiedene Abwandlungen möglich sind, ohne vom Rahmen der beigefügten Ansprüche abzuweichen. Beispielsweise kann das beschriebene Brennersystem des Wärmespeicher­ typs (regenerative heating type) frei bzw. beliebig in gewünschten Positionen angeordnet werden, und die Zahl der Brenner kann von den jeweils gegebenen Bedingungen abhängen. Die Erfindung ist insofern realisierbar, als mindestens zwei Brenner 9a, 9a-1 in jeweils eine Ofen­ einheit 2 eingebaut sind. Obgleich nicht dargestellt, können ferner Hilfsbrenner in der Ofenwand vorgesehen sein, oder es können Wärmespeichertyp-Brenner in der Quer- oder Seitenwand des Ofens angeordnet sein, um damit einen seitlich befeuerten Ofen zu bilden. Die Ofendruckregelvorrichtungen 5 brauchen nicht an das gemeinsame Rauchrohr 8 angeschlossen zu sein, sondern können jeweils ein eigenes Rauchrohr aufweisen, und sie können zur Einstellung des Ofeninnendrucks unabhän­ gig voneinander betätigt werden.

Obgleich nicht dargestellt, kann die Erfindung fer­ ner einen einzigen Ofen einer ausreichenden Länge für die Durchführung des erforderlichen Erwärmungsvorgangs umfassen, wobei mehrere Trennwände im Ofen in einer von dessen "Deckenbereich" nach unten ragenden Weise ausgebildet sind, um das Innere des Ofens in mehrere Zonen zu unterteilen. In jeder Zone eines solchen einzigen oder integrierten Ofens können mindestens ein oder mehrere, vorzugsweise zwei oder mehr Brennersysteme des Wärme­ speichertyps für abwechselnde Brennerbetätigung vorge­ sehen sein. Ferner ist dabei eine zweckmäßige Ofendruck­ regelvorrichtung, wie die mit 5 bezeichnete Vorrichtung in jeder Zone vorgesehen, um eine unmittelbare Führung oder Absaugung von Verbrennungsabgas für die wirksame Einstellung des Ofeninnendrucks zu erlauben.

Obgleich die dargestellte Ausführungsform das Vierwegeventil 14 als Strömungsweg-Ümschalteinrichtung für die selektive Verbindung des Verbrennungsluftspei­ sesystems 12 und des Abgassystems 13 mit dem Speicher­ bett 11 verwendet, ist die Erfindung nicht speziell auf diese Ausgestaltung beschränkt, vielmehr können auch andere geeignete Strömungsweg-Ümschalteinrichtungen, z. B. ein Strömungsweg-Ümschaltventil des Schiebertyps, verwendet werden.

Claims (12)

1. Stahlwärmeofen, umfassend:
eine Anzahl von Zonen, die innerhalb des Ofens fest­ gelegt sind und dabei das Innere des Ofens unterteilen,
mindestens ein Brennersystem des Wärmespeichertyps an bzw. in jeder der mehreren Zonen, wobei das Brennersystem ein Speicherbett und eine Brennereinheit aufweist,
eine Verbrennungsluftspeiseeinrichtung zum Zuspeisen von Verbrennungsluft über das Speicherbett zur Brennerein­ heit und
eine Verbrennungs(ab)gasabführeinrichtung zum Abfüh­ ren oder Absaugen von Verbrennungsabgas von der Brenner­ einheit über das Speicherbett,
wobei eine Temperatur in jeder der mehreren Zonen be­ liebig oder bedarfsweise regelbar ist.

2. Stahlwärmeofen, umfassend:
einen Ofenkörper,
eine im Ofenkörper festgelegte Eintrittsöffnung, über welche ein Werkstück oder Stahl in den Ofen einführbar ist,
eine im Ofenkörper festgelegte Austrittsöffnung, über welche das Werkstück oder der Stahl aus dem Ofen austrag­ bar ist,
wobei der Ofenkörper eine Anzahl von Ofeneinheiten, mindestens ein in jeder der mehreren Ofeneinheiten vorgesehenes Brennersystem eines Wärmespeichertyps mit einem Speicherbett und einer Brennereinheit,
eine Verbrennungsluftspeiseeinrichtung zum Zuspeisen von Verbrennungsluft über das Speicherbett zu der Brenner­ einheit und
eine Verbrennungs(ab)gasabführeinrichtung zum Abfüh­ ren oder Absaugen von Verbrennungsabgas von der Brenner­ einheit über das Speicherbett aufweist,
wobei die mehreren Ofeneinheiten zur Bildung des einen Ofenkörpers miteinander verbunden oder zusammengeschaltet sind.

3. Stahlwärmeofen nach Anspruch 1, wobei die Bren­ nereinheit mindestens zwei Brenner aufweist, von denen jeder mit dem Speicherbett in Verbindung steht, und eine Ümschalteinrichtung zum Ümschalten einer Strömung der Verbrennungsluft und des Verbrennungsabgases in das Spei­ cherbett vorgesehen ist, so daß die beiden Brenner je­ weils abwechselnd in einen betrieblichen Zustand zur Durchführung einer Verbrennung oder in einen unwirksamen Zustand zur Ermöglichung der Abführung oder Absaugung des Verbrennungsabgases bringbar sind.

4. Stahlwärmeofen nach Anspruch 2, wobei die Brenner­ einheit mindestens zwei Brenner aufweist, von denen jeder mit dem Speicherbett in Verbindung steht, und eine Ümschalt­ einrichtung zum Umschalten einer Strömung der Verbrennungs­ luft und des Verbrennungsabgases in das Speicherbett vor­ gesehen ist, so daß die beiden Brenner jeweils abwechselnd in einen betrieblichen Zustand zur Durchführung einer Ver­ brennung oder in einen unwirksamen Zustand zur Ermögli­ chung der Abführung oder Absaugung des Verbrennungsab­ gases bringbar sind.

5. Stahlwärmeofen nach Anspruch 1, wobei die Bren­ nereinheit mindestens einen Brenner aufweist und eine Ein­ richtung zum Verschieben des Speicherbetts in bezug auf eine Strömung von Verbrennungsluft oder -abgas in Rich­ tung auf den Brenner vorgesehen ist.

6. Stahlwärmeofen nach Anspruch 2, wobei die Bren­ nereinheit mindestens einen Brenner aufweist und eine Ein­ richtung zum Verschieben des Speicherbetts in bezug auf eine Strömung von Verbrennungsluft oder -abgas in Rich­ tung auf den Brenner vorgesehen ist.

7. Stahlwärmeofen nach Anspruch 1, wobei das Bren­ nersystem zwei Einheiten von Speicherbetten und Brenner­ einheiten, die einheitlich als Paar zusammengesetzt sind, für jede Einheit aufweist und die Brennereinheiten in den beiden Einheiten abwechselnd für jeweils eine kurze Zeitspanne in Verbrennungsbetrieb bringbar sind.

8. Stahlwärmeofen nach Anspruch 2, wobei das Bren­ nersystem zwei Einheiten von Speicherbetten und Brenner­ einheiten, die einheitlich als Paar zusammengesetzt sind, für jede Einheit aufweist und die Brennereinheiten in den beiden Einheiten abwechselnd für jeweils eine kurze Zeit­ spanne in Verbrennungsbetrieb bringbar sind.

9. Stahlwärmeofen nach Anspruch 1, wobei jede Bren­ nereinheit mindestens zwei erste Brenner und mindestens zwei zweite Brenner aufweist, wobei die beiden ersten und zweiten Brenner beabstandet in Gegenüberstellung zueinan­ der angeordnet sind.

10. Stahlwärmeofen nach Anspruch 2, wobei jede Bren­ nereinheit mindestens zwei erste Brenner und mindestens zwei zweite Brenner aufweist, wobei die beiden ersten und zweiten Brenner beabstandet in Gegenüberstellung zu­ einander angeordnet sind.

11. Stahlwärmeofen nach Anspruch 1, wobei jede der Zonen mit einer Ofendruckregeleinrichtung zur Einstellung eines Innenofen-Drucks oder Ofeninnendrucks versehen ist.

12. Stahlwärmeofen nach Anspruch 2, wobei jede der Zonen mit einer Ofendruckregeleinrichtung zur Einstellung eines Innenofen-Drucks oder Ofeninnendrucks versehen ist.