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Verfahren zum Abkühlen von' in- elektrisch beheizten Blankglühdurchlauföfen
erhitztem metallischem Gut Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Abkühlen
von Blechen, Bändern o. dgl. in elektrisch beheizten Blankglühdurchlauföfen, bevor
das erhitzte Gut mit der äußeren Luft in Berührung kommt, wie z. B. das Abkühlen
von Blechen oder Stahlbändern beim Glüh- oder Normalisierverfahren.
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Bei Durchlauföfen zum Glühen von Metallblechen, insbesondere zum Blankglühen
von Stahlblechen, muß das Erwärmen und das sich daran anschließende Abkühlen, wenn
die Oberfläche des Behandlungsgutes sauber , bleiben soll, in einem Schutzgas ausgeführt
werden. Bevor die Bleche ohne Schaden mit der äußeren Luft in Berührung kommen können,
muß ihre Temperatur, welche im Ofen z. B. 76o° C betragen mag, auf 16o bis 2oo°
C herabgemindert werden. Wenn die Abkühlung des Bleches nur durch Strahlungsverluste
im Kühlraum oder durch natürliche Konvektion bewirkt wird, so ist ein sehr langer
Abkühlraum erforderlich, der einem beträchtlichen Bedarf an Bodenfläche entspricht,
da das Blech durch den Kühlraum mit der gleichen Geschwindigkeit wie durch den Beizraum
geführt wird. Sofern die Wärmebehandlung beim Nor= malisieren bei noch höheren Temperaturen,
z. B. bei 95o° C, ausgeführt wird, ergibt 'sich ein noch größerer Abkühlweg. Bei
diesen Wärmebehandlungen ist aus metallurgischen Rücksichten die Abkühlgeschwindigkeit
der $leche von wesentlichem Einfluß; denn es ist bekannt, daß das Gefüge, insbesondere
bei Stahlblechen, stark von der an die Erwärmung auf die Normalisiertemperatur sich
anschließenden Abkühlung, vorzugsweise der, AbkühlgeschwIndigkeit, ,abhängig ist.
Eine sehr schnelle Abkühlung des Stahls von der Normalisiertemperatur von etwa 95o°
C ergibt ein sehr feinkörniges Gefüge. Ein derartiges Gefüge ist für gewisse Verwendungszwecke
der Bleche zwar zweckmäßig, für andere Zwecke -sind solche Bleche jedoch zii hart
und steif. Wenn das Blech mit geringerer Geschwindigkeit abgekühlt wird, erhält
man eine weniger feine Kornausbildung, so daß das Blech weniger steif ist und für
-die meisten Verwendungszwecke brauchbarere Eigenschaften besitzt. Bei noch geringerer
Abkühlungsgeschwindigkeit erhält man ein noch grobkörnigeres Gefüge, das; obwohl
es
für Tiefziehzwecke gut geeignet ist, derart grobkörnig ausfallen
kann, daß die Bleche nach starker Verformung eine rauh aussehende Oberfläche insbesondere
an scharfen Krümmungen besitzen. Die Abkühlungsgeschwindigkeit bestimmt daher zu
einem wesentlichen Teil -die metallurgischen und mechanischen Eigenschaften des
warenbehandelten Gutes.
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Es sind bereits elektrisch beheizte Durchlauföfen bekannt, in denen
Bleche, Bänder o. dgl. in einem Schutzgas erhitzt werden. Es ist auch bekannt, in
gasbeheizten Durchlauföfen hinter der Brennkammer eine Kühlkammer vorzusehen, in
welche das kalte Brenngas zum Kühlen des Gutes eingeleitet wird und aus der es entgegen
der Bewegungsrichtung des Gutes zur Brennkammer strömt. Dabei war es bekannt, das
Brenngas durch mehrere in der Förderrichtung des Gutes hintereinander angeordnete
Zuleitungen in verschiedenen Gasströmen einzuleiten.
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Es ist auch ein Verfahren zum Härten von Glasscheiben oder Glasplatten
durch Wärmebehandlung bekannt, bei dem das Gut während der Abkühlung unter mehreren
hintereinander angeordneten Blasdüsen durchgeschoben und hierbei von Gasströmen
(Luft) derart angeblasen wird, daß die Gasströme ausschließlich zur Erzielung eines
bestimmten Temperaturverlaufs und dadurch beding ter bestimmter Eigenschaften des
Gutes dienen und dementsprechend in ihren Gasmengen bzw. Gasgeschwindigkeiten unabhängig
voneinander gemäß dem jeweils notwendigen Temperaturabfall des Gutes regelbar und
einstellbar sind.
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Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zum Abkühlen von
in elektrisch beheizten Blankglühdurchlauföfen erhitztem metallischen Gut, wie von
Blechen, Bändern o. dgl., wobei während des Abkühlens in den an den Heizraum unmittelbar
anschließenden Abkühlraum Gasströme durch mehrere in der Förderrichtung hintereinander
angeordnete Zuleitungen eingeleitet werden, und besteht darin, daß die Gasströme
aus einer Sammelleitung dem Abkühlraum zugeführt und in Abhängigkeit von dem dem
Gut zu erteilenden Temperaturverlauf unabhängig voneinander hinsichtlich der geförderten
Gasmenge bzw. der Gasgeschwindigkeit geregelt und durch eine außerhalb des Abkühlraumes
angeordnete gemeinsame Absaugeleitung im Kreislauf umgewälzt werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Einzelheit der Erfindung wird das
kühlende Schutzgas unmittelbar gegen das Gut geblasen.
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Die Erfindung hat den Vorteil, daß eine weitgehende Regelung der Abkühlgeschwindigkeit
unter Einhaltung einer unbedingten Gleichmäßigkeit des Kühlvorganges erzielt wird,
so daß die Bildung des Gefüges dauernd bis zur feinsten Abstufung geregelt und innegehalten
werden kann. Es können auf diese Weise die mechanischen und metallurgischen Eigenschaften
des Gutes beliebig beeinflußt werden.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen an einigen Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es stellen dar Abb. r einen Längsschnitt durch eine Ofenanlage
gemäß der Erfindung, Abb. 2 einen Querschnitt gemäß Linie 2-2 nach Abb. i, Abb.
3 einen Querschnitt gemäß Linie 3-3 nach Abb. i, Abb. q. in vergrößertem Maßstab
einen Querschnitt durch die Kühleinrichtung und Abb. 5 ein anderes Ausführungsbeispiel
gemäß der Erfindung.
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In der Zeichnung stellt i einen Ofen zuin Glühen oder Normalisieren
von Metallgegenständen dar. Der Heizraum des Ofens wird von einem äußeren Gehäuse
2 begrenzt, das auf einem Rahmengestell, ruht. Innerhalb des Gehäuses 2 befindet
sich eine Ausmauerung q. aus wärmeisolierendem Werkstoff und innerhalb dieser eine
weitere Auskleidung durch das Ofenfutter 5 aus wärmebeständigem Werkstoff. Die notwendige
Wärme wird durch Heizkörper erzeugt, Fron denen die Heizkörper 8 an der Ofendecke,
die Heizkörper g am Ofenboden angeordnet sind.
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Das zu glühende oder zu normalisierende Bandeisen oder Stahlblech
io ruht im Heizraum auf mehreren Vorschubrollen z i, die, wie Abb. 2 deutlich zeigt,
von Lagern 12 getragen werden. Die Lager 12 befinden sich zum besseren Wärmeschutz
außerhalb des eigentlichen Glühraumes. Die Rollen oder Walzen ii sind mit einem
Kettenrand 13 versehen; sie erhalten ihren Antrieb über eine Kette durch eine in
der Zeichnung nicht dargestellte Antriebsvorrichtung. Die Bewegung des Gutes kann
auch durch eine beliebige andere Fördereinrichtung, z. B. durch endlose Bänder erfolgen.
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An dem Eintrittsende des Bandes io ist der Ofen mit einer Abdichtung
15 versehen, die nur einen Durchtrittsspalt für das Band 1o frei läßt. An der Austrittsseite
des Bandes 10 besitzt der Glühofen einen Spalt in der Ofenwand; eine besondere Abdichtung
ist hier nicht unbedingt notwendig. Mittels des Einlaßstutzens 16 kann ein Schutzgas,
wie Wasserstoff, in den Ofen geleitet werden. Die Bewegung des Bandes io erfolgt
mit gleichförmiger Geschwindigkeit, wobei die Fördergeschwindigkeit und die Heizleistung
des Ofens so gegeneinander abgestimmt sind, daß das Band beim Durchgang durch den
Glühraum
auf die nötige Behandlungstemperatur erwärmt wird. An
den Auslaß des Glühofens schließt sich der Abkühlraum 2o an, in dem die Abkühlung
bis zu dem gewünschten Betrage und mit der gewünschten Geschwindigkeit erfolgt,
wonach das Band mit der äußeren Luft in Berührung kommt. Das Gehäuse des Abkühlraumes
ruht wiederum auf einem Fachwerk 21, ähnlich dem des Glühraumes. Das Band wird durch
den Kühlraum mittels der Rollen 22 gefördert, die den Rollen ii des Glühraumes entsprechen
und ebenfalls durch Kettenräder 2¢ und eine Kette angetrieben sein können. Am Auslaßende
des Kühlraumes befindet sich ein: Abdichtung 25, ähnlich der Abdichtung 15 an der
Eintrittswelle des Bandes in den Glühraum.
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Zur Abkühlung des Bandes sind im Kühlraum zwei Reihen quer verlaufender
Rohre oder Kanäle angeordnet, von denen die Rohre 26 oberhalb, die Rohre
27 unterhalb des Bleches liegen. Eine Reihe dieser Rohre kann ganz oder teilweise
fortgelassen werden. Jedes Rohr besitzt düsen- oder schlitzartige Öffnungen 28,
wie sich aus Abb. q. ergibt, an der dein Band io zugekehrten Seite, durch die Gasströme
zum Zwecke der Kühlung gegen das Band geblasen werden. Die Schlitze 28 können sich
über die ganze Länge der Rohre 26 oder 27 erstrecken, es kann jedoch auch eine Reihe
benachbarter einzelner Düsen vorhanden sein. Den Rohren 26 und 27 wird ein Schutzgas
ähnlich dein des Glühraumes durch Rohre 29 zugeführt, die mit einer Hauptleitung
30 über Ventile 31 in Verbindung stehen. Der Durchmesser der Hauptleitung
3o nimmt in Richtung der Gasbewegung ab. Im Ausführungsbeispiel werden auf diese
Weise drei Stufen oder Zonen gebildet. Das Gas wird aus dem Abkühlraum durch Rohrleitungen
32 abgesaugt und einer Kühleinrichtung 33 zugeführt, und von hier aus wird das Gas
durch eine Pumpe 34. über Rohrleitung 35 wieder in die Hauptleitung 8o gedrückt.
Die Abkühlung des Gases kann durch Wasser erfolgen, das durch die Leitungen 33'
einem in der Abkühleinrichtung angeordneten Bündel von Kühlrohren zugeführt wird.
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Die den einzelnen Rohren 26 und 27 zugeordneten Ventile 31 können
von Hand betätigt «erden und derart eingestellt sein, daß das Metallband vom Eintritt
in den Abkühlraum bis zu seinem Austritt aus demselben mit gleichförmiger Geschwindigkeit
bis auf so niedrige Temperatur abgekühlt wird, daß es ohne Oxydationsgefahr mit
der äußeren Luft in Berührung gebracht werden kann. Durch weitere Öffnung der Ventile,
die den nahe dein Eintrittsende des Abkühlraumes befindlichen Rohren 26, 27
zugeordnet sind, kann das Band beim Eintritt in den Abkühlraum sehr schnell abgekühlt
werden, so daß ein feinkörniges Gefüge des Werkstoffs erzielt wird, während die
weitere Abkühlung des Bandes allmählich immer langsamer vor sich gehen kann. Andererseits
können die Gasströme so eingestellt sein, daß zunächst eine verhältnismäßig langsame
Abkühlung des Bleches eintritt, an die sich eine schnellere oder plötzliche Abkühlung
anschließt. Gegebenenfalls kann das Eintrittsende des Abkühlraumes mit einem Ofenfutter
aus wärmebeständigem Werkstoff 2o versehen sein, und es können zur Erzielung einer
noch langsameren Abkühlung die in diesem Teil des Abkühlraumes gelegenen Rohre 26,
27 von der Gasförderung ganz ausgeschlossen sein. Hieraus ergibt sich, daß
bei Hindurchführung des Gutes mit gleichförmiger Geschwindigkeit durch den Ofen
mittels entsprechender Einstellung der einzelnen Ventile 31 der Abkühlungsverlauf
des Gutes im Abkühlraum und damit das erzielte Gefüge beliebig festgelegt werden
kann. Es lassen sich somit Bleche mit verschiedenen metallurgischen und mechanischen
Eigenschaften in dem Ofen herstellen, ohne daß die Durchlaufgeschwindigkeit oder
die Temperatur des Heizraumes geändert wird.
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Bei dem abgeänderten Ausführungsbeispiel nach Abb.5 wird die Ausfördermenge
der Rohre 26, 27 nicht nur durch Ventile 31 von Hand, sondern zusätzlich selbsttätig
geregelt mittels der Ventile 37, die mit den Ventilen 3 1 der Rohrleitungen 29 in
Reihe geschaltet sind. Die Einstellhebel 38 aller Ventile 37 der ersten Zone der
Hauptleitung 30 sind mit einer gemeinsamen Steuerstange 39 und über
den zweiarmigen Hebel d.o sowie Stange .l1 mit dem Schneckensegment 42 verbunden.
Dieses steht mit der Schnecke 43 in Eingriff, die auf der Welle eines umkehrbaren
Motors .4-1 sitzt. Der Motor dq. wird durch die nachstehend beschriebene Regeleinrichtung
in Abhängigkeit von der Temperatur des Behandlungsgutes oder von der in unmittelbarer
Nähe des Behandlungsgutes vorhandenen Temperatur j e nach den Bedürfnissen im Sinne
einer Vowärts- oder Rückwärtsdrehung beeinflußt.
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Der Motor 44 hat zwei in Reihe geschaltete Feldwicklungen 45 und 46,
die Felder von entgegengesetzter Polarität erzeugen. Die Einschaltung einer dieser
Feldwicklungen in den Ankerstromkreis wird durch ein temperaturabhängiges Galvanometer
geregelt, indem eine elektrische Verbindung zwischen einem der festen Kontakte q.7
oder .[8 und dem Kontakt 49 hergestellt wird. Das Pyrometer 5o befindet sich in
unmittelbarer Nähe des Gutes, dessen Temperatur geregelt werden soll. Es ist mit
dem Galvanometer 51 verbunden, dessen Nadel 52 infolge ihrer Ablenkung die elektrische
Verbindung zwischen
dem Kontakt 49 und einem der festen Kontakte
47 oder 48 herstellt, je nachdem ob die das Pyrometer 5o beeinflussende Temperatur
des Gutes über oder unter ihrem Sollwert liegt. Durch den Nocken 53, der auf der
Achse eines sich langsam drehenden Motors 54 sitzt, und die unter Federdruck stehende
Stange 55 des Kontaktes 49 wird die Nadel 52 durch den Kontakt 49 intermittierend
festgehalten. Da es zweckmäßig ist, den Ankerstromkreis des Motors 44 intermittierend
zu schließen, und zwar nur während verhältnismäßig kurzer Zeiten, ist der Schalter
57 im Ankerstromkreis vorgesehen, der durch eine Feder 58 in geöffneter Stellung
gehalten und durch den auf der Welle des Motors 54 sitzenden Nocken 59 geschlossen
wird. Die Nocken 53 und 59 sind auf der Motorwelle derart angeordnet, daß die Betätigung
des Kontakts 49 und Schalters 57 gleichzeitig eintritt, wobei der Nocken 53 zweckmäßig
längere Schaltdauer als der Nocken 59 besitzt-.
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Andere Zonen des Abkühlraumes, z. B. diejenigen gemäß Abb. i, in denen
die Hauptleitung 30 stufenweise größeren Durchmesser besitzt, können jede
für.sich mit einer selbsttätigen Regeleinrichtung ähnlich der an Hand der Abb. 5
beschriebenen ausgerüstet sein. Durch zonenweise selbsttätige zusätzliche Regelung
besteht vollkommene Gewähr dafür, daß der Abkühlungsverlauf in dem ganzen Abkühlraum
mit der jeweils gewünschten Geschwindigkeit eingehalten wird.