DE68907289T2

DE68907289T2 - Haubenöfen, insbesondere zum Glühen von metallischen Coils in kontrollierter Atmosphäre.

Info

Publication number: DE68907289T2
Application number: DE89402210T
Authority: DE
Inventors: Philippe Buchet; Yves Riollet
Original assignee: Stein Heurtey SA
Current assignee: Fives Stein SA
Priority date: 1988-08-04
Filing date: 1989-08-03
Publication date: 1993-12-09
Anticipated expiration: 2009-08-04
Also published as: FR2635175A1; ES2012442A4; ATE91012T1; EP0354127B1; MX171674B; GR900300065T1; MY104137A; JP2810428B2; DD287570A5; FR2635175B1; ES2012442T3; DE68907289D1; CA1335534C; AR247763A1; DE354127T1; JPH02138422A; EP0354127A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Haubenöfen, die insbesondere für Glühvorgänge von metallischen Coils in kontrollierter Atmosphäre Verwendung finden.
Es ist bekannt, daß es bei der Produktion von Stahlblechen nach dem Warm- oder Kaltwalzen nötig ist, die Bleche Warmbehandlungen zu unterziehen, damit ganz bestimmte physikalische Eigenschaften, wie insbesondere Härte, Dehnbarkeit, Elastizitätsgrenze etc., erreicht werden können. Diese Warmbehandlungen beinhalten namentlich einen Glühprozeß, während dessen das Blech fortschreitend erwärmt wird, bis es eine Temperatur erreicht, die über dem Umwandlungspunkt von Stahl liegt, um eine Rekristallisation und ein Endgefüge sicherzustellen, die von der erreichten Temperatur, von der Dauer des Haltens auf dieser Temperatur und der Abkühlgeschwindigkeit abhängen.
Die Glühbehandlungen von Blechen werden sowohl bei Produktionsbändern für Stahlblech kontinuierlich vorgenommen, als auch bei der schrittweisen Produktionsweise, bei der Haubenöfen Verwendung finden, in denen die Coils in einem oder mehreren Stapeln auf dem Ofensockel aufgeschlichtet sind.
Im allgemeinen enthält ein Haubenofen bekannter Bauart für solche Glühvorgänge einen Sockel, der eine Lagerplatte aufweist, auf welcher der oder die Coilstapel aufliegen und unter der sich eine Umwälzpumpe für die Glühatmosphäre befindet, um jegliche Oxidation der Stahlbleche zu vermeiden. Eine Innenhaube isoliert die Beschickung von der Umgebungs- und Ofenatmosphäre, wobei diese Innenhaube unter Zwischenlage einer ringförmigen Dichtung auf dem Sockelrand ruht. Über diese Innenhaube selbst stülpt sich ein Haubenofen, der mit Heizmitteln ausgestattet ist, die die Erwärmung der aus dem oder den Coilstapeln bestehenden Beschickung sicherstellen. Für gewöhnlich bestehen die Heizmittel dieses Haubenofens entweder in elektrischen Widerständen, oder in Brennern, die so beschaffen sein müssen, daß sie die Innenhaube auf die hohe Temperatur, die für den Glühvorgang nötig ist, aufheizen können. Die Wärmeübertragung zwischen der Innenhaube und den zu glühenden Coils findet durch Strahlung und durch Konvektion statt, die dank der durch die Pumpe erzwungenen Zirkulation der Schutzatmosphäre eintritt. Nach dem Glühen wird die Abkühlung der Beschickung durch Abziehen des Haubenofens erreicht, was der Innenhaube erlaubt, die kalorische Energie der Beschickung über den gleichen Strahlungs- und konvektiven Austauschprozeß zwischen der Beschickung und der Innenhaube an die Umgebungsatmosphäre abzugeben. Selbstverständlich ist es immer möglich, diese Abkühlung durch den Gebrauch jeglichen bekannten äußerlichen Mittels zu beschleunigen.
In den Haubenöfen findet der Glühvorgang in einer Stickstoff- Schutzatmosphäre statt, die einen schwachen Sauerstoffanteil, im allgemeinen unter 10 %, enthält, und der Druck in der Innenhaube wird konstant auf einem Wert gehalten, der leicht über dem des Atmosphärendrucks liegt, um jegliche Oxidation der Beschickung während dieses Vorgangs zu verhindern. Es ist außerdem bekannte Technik, zwischen dem Sockel und der Innenhaube einen Dichtungsring vorzusehen, wie bereits oben ausgeführt, um einen beträchtlichen Verbrauch von Schutzgas zu vermeiden, wie auch, um das Eindringen von Sauerstoff während des Glühvorgangs zu vermeiden. Im allgemeinen handelt es sich bei dieser Dichtung entweder um eine fluiddurchströmte Dichtung, auf der die Unterseite der Innenhaube zum Ruhen kommt, wobei sich diese fluiddurchströfflte Dichtung beim Aussetzen der Durchströmung in eine klassische Sanddichtung verwandelt, oder um ein, evtl. wassergekühltes, Gummiprofil, wobei dieses Profil zwischen einem wassergekühlten, am Sockelrand befindlichen Flansch und einem ebenfalls wassergekühlten, an der Unterseite der Innenhaube befindlichen Gegenflansch liegen muß. Diese Systeme der Wasserkühlung sind nötig, um eine thermische Zerstörung der Dichtung durch die hohen Temperaturen des Gases, das unter der Schutzhaube und somit in Kontakt mit dem Sockel zirkuliert, zu vermeiden, ebenso, um eine thermische Beschädigung der Innenhaube selbst zu verhindern, die von dem Ofen, der sie umschließt, auf eine hohe Temperatur aufgeheizt wird.
Es ist ebenso bekannt, daß, um die metallurgische Qualität der behandelten Coils und die Leistungsfähigkeit der Grundstoffe zu verbessern, die Schutzatmosphäre aus N&sub2; plus schwacher Anteil H&sub2; zweckmäßigerweise durch eine wasserstoffreiche Atmosphäre (zwischen 35 und 100 % H&sub2;) ersetzt werden kann. Mit einer solchen Atmosphäre wird aufgrund der wesentlich höheren Diffusionsfähigkeit des Wasserstoffs die Abdichtung zwischen Haube, Sockel und Atmosphäre sowohl im Hinblick auf den Gasverbrauch, wie auch im Hinblick auf die Sicherheit wesentlich kritischer. Die Entwicklung von Glühtechniken unter Wasserstoff in einem Haubenofen mit nur einem Coilstapel hat eine gewisse Zahl von Konstrukteuren dazu veranlaßt, zu versuchen, die Dichtungstechniken zwischen oben erwähnter Haube und Sokkel zu verbessern.
Wenn die Schutzatmosphäre wasserstoffreich ist, führt die Verwendung einer fluiddurchströmten Dichtung zu völlig unzureichender Abdichtung und die gegenwärtigen Bedingungen, die nach gekühlten Flansch-Gegenflansch-Systemen verlangen, zeigen auf der einen Seite den Nachteil, daß sie die Zahl der während eines Glühvorgangs zu verrichtenden Arbeitsschritte vermehren, da zu Beginn und am Ende jedes Glühvorgangs einer Beschickung der Kühlkreis der Innenhaube angeschlossen und unterbrochen werden muß und auf der anderen Seite den Nachteil, daß sich die thermischen Spannungen aufgrund des Temperaturgefälles, dem die Unterseite der Innenhaube ausgesetzt ist, vermehren, was über kurz oder lang zu einer Verformung der Unterseite der Innenhaube und folglich zu einem Verlust an Dichtigkeit führt, der die Zerstörung der somit schlecht gekühlten Dichtung begünstigt.
Aus der FR-A-2 268 869 ist ein Haubenofen, insbesondere zum Glühen von metallischen Coils in kontrollierter Atmosphäre, bekannt, der aus folgenden Komponenten besteht: einem mit einer Grundplatte verbundenen Sockel, der an seiner Oberseite eine Lagerplatte aufweist, auf welcher der oder die zu behandelnden Coilstapel aufliegen, einer Innenhaube zur Isolierung der Beschickung von der Umgebungs- und Ofenatmosphäre mit einem Ringmantel an ihrer Unterseite, wobei die Innenhaube unter Zwischenlage einer mechanischen Dichtgruppe mit einer ringförmigen Dichtung auf dem Rand der Grundplatte ruht, und einem Ofen, der mit Heizmitteln ausgestattet ist und besagte Innenhaube einschließt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es also, eine Lösung zu finden, die es nicht nur erlaubt, die Gestaltung des unteren Abschnitts der Innenhaube zu vereinfachen, sondern auch, die Dauerhaftigkeit der Abdichtung an der Schnittstelle Sockel - Innenhaube sicherzustellen. Über dies erlaubt es die erfindungsgemäße Gestaltung des unteren Abschnitts der Innenhaube, dessen Temperaturniveau merklich zu senken, indem die Wärmeübertragung zwischen dem Ofen und dem unteren Abschnitt der Innenhaube und zwischen der Schutzatmosphäre und dem unteren Abschnitt der Innenhaube vermindert wird, wobei außerdem noch die Abführung der Wärme sichergestellt wird, die durch die Wärmeleitung des Metalls der Innenhaube auf den Flansch übertragen wird, der auf der Dichtung ruht. So kann ein niedriges Temperaturniveau im gesamten Flansch garantiert werden, was erlaubt, sich von der Notwendigkeit zu befreien, dessen Kühlung durch einen wasserkreislauf sicherzustellen. Überdies ist die Temperaturverteilung im Flansch genügend gleichmäßig, um keine der üblichen thermischen Spannungen hervorzurufen, die in den bekannten Anlagen den Flansch verformen und das Durchdringen der Hochtemperatur-Schutzatmosphäre begünstigen, wodurch die Dichtung zerstört wird und der Leckverlust dramatisch anwächst.
Bei der nachstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Anlage kann aufgrund der auf diese Weise sichergestellten Temperaturen am Dichtkontakt die Oberfläche dieses Kontaktes ohne Risiko der überhitzung und vorzeitigen Alterns bedeutend vergroßert werden, indem an Stelle der traditionellen Dichtungen mit kreisförmigem oder ovalem Querschnitt Dichtungen mit spatförmigem Querschnitt und Einfach- oder Mehrfachkontakt verwendet werden.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist also ein Haubenofen obenerwähnter Bauart, der dadurch gekennzeichnet ist, daß:
- die thermische Isolation und die Dichtheit des Innenraums besagter Innenhaube durch eine haibdurchlässige Sperre zwischen dem Innenraum und dem ringförmigen Raum erreicht werden, der die kreisförmig umlaufende äußere Seitenwand des Sockels vom Ringmantel trennt, wobei die halbdurchlässige Sperre durch einen Ring gebildet wird, der von einer kreisförmig umlaufenden Platte getragen wird, die an den Ringmantel angeschweißt ist, und auf einem Polster aus einem in einer peripher umlaufenden Vertiefung auf der Seitenwand angeordneten Fasermaterial zur Anlage kommt, und
- der untere Abschnitt des Ringmantels mit einer Kühlvorrichtung versehen ist, die eine Platte aufweist, die an den untersten Bereich des unteren Abschnitts angeschweißt ist, wobei diese Platte an der ringförmigen Dichtung zur Anlage kommt, die in einer Nut liegt und durch einen ringförmigen Wasserkasten gekühlt wird, der am Außenrand der Grundplatte befestigt ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachstehenden Beschreibung hervor, die auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug nimmt, die eine Ausführungsform veranschaulichen, die keinerlei Beschränkung darstellen soll. Die Zeichnungen zeigen folgendes:
Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, die einen Haubenhofen für Glühvorgänge, wie ihn die vorliegende Erfindung vorsieht, in seiner Gesamtheit darstellt und
Fig. 2 ist eine Teilansicht in vergrößertem Maßstab und vertikalem Schnitt, die den unteren Abschnitt der Innenhaube des erfindungsgemäßen Haubenofens darstellt, wobei diese Figur insbesondere die erfindungsgemäßen Mittel zum Absenken des Temperaturniveaus veranschaulicht.
In Fig. 1 und 2 ist ersichtlich, daß der erfindungsgemäße Raubenofen, wie bereits bekannt, einen Sockel 11 mit einer Grundplatte 13 und einer Lagerplatte 12 aufweist, unter der sich die Pumpe 8 befindet und auf der die Beschickung zum Liegen kommt, die beispielsweise aus einem oder mehreren Coils aus kalt- oder warmgewalzten Stahlblech 9 besteht. Diese Beschikkung ist von der Umgebungsatmosphäre mit Hilfe einer Innenhaube 10 isoliert, die unter Zwischenlage einer Dichtvorrichtung, die nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben wird, auf dem Sockel 11 ruht.
Die Innenhaube 10 wird von einer Heizhaube 14 überdeckt die die (nicht dargestellten) Heizmittel klassischer Bauart trägt, die, wie bereits oben erläutert, zur Aufgabe haben, eine Wärmeübertragung durch Strahlung und Konvektion mittels der erzwungenen Uniwälzung der Schutzatmosphäre im Innenraum der Innenhaube 10 auf die Beschickung zu veranlassen. (Da die Mittel, über die diese erzwungene Umwälzung erreicht wird, wohlbekannt sind, werden sie hier nicht beschrieben).
Erfindungsgemäß wird eine halbdurchlässige Sperre zwischen dem Innenraum C der Innenhaube 10 und dem ringförmigen Raum A geschaffen, der die kreisförmig umlaufende äußere Seitenwand 28 des Sockels 11 und die Innenhaube 10 trennt, die in ihrem unteren Abschnitt einen Ringmantel 19, 36 aufweist, der auf dem Rand der Grundplatte 13 ruht (siehe Fig. 2). Bei dieser Ausführungsform wird diese halbdurchlässige Sperre mit Hilfe eines Rings 22 gebildet, der vorzugsweise aus einem Winkelstahlprofil oder einer Röhre geformt wird, die an die Unterseite eines inneren zylindrischen Ringmantels 20 geschweißt ist, der selbst auf den unteren Abschnitt der Innenhaube 10 geschweißt ist. Wie aus der Figur ersichtlich, besteht diese Innenhaube 10 aus einem zylindrischen Ringmantel 16, der in seinem oberen Abschnitt von einem Deckel 18, der flach oder gewölbt sein kann, und in seinem unteren Abschnitt von einem kegelstumpfförmigen Ringmantel 19 begrenzt wird. Vorzugsweise auf diesen kegelstumpfförmigen Ringmantel 19 wird der innere zylindrische Ringmantel 20 geschweißt, der den Ring 22 trägt. Eine peripher umlaufende Rinne 26, die an die Innenseite der Seitenwand 28 des Sockels geschweißt ist, ist mit einem Polster 24 aus Fasermaterial versehen, auf dem der Ring 22 zur Abstützung kommt. Dabei bildet das System Ring 22 - Faserpolster 24 eine halbdurchlässige Dichtung zwischen dem Innenraum C und dem ringförmigen Raum A. Auf die große Unterseite des kegelstumpfförmigen Ringmantels 19 der Innenhaube ist der zylindrische Ringmantel 36 geschweißt, dessen oberer Abschnitt mit einem Winkelstahl 38 versehen ist, der nach außen gedreht ist und an dessen Außenseite eine ringförmige Rinne 40 geschweißt ist, die eine Dichtung 42, zum Beispiel aus verstärkter oder unverstärkter Keramikfaser, enthält. Der untere Teil 44 des Bodens des Ofen 14 kommt teilweise auf dieser Dichtung 42 derart zum Ruhen, daß eine Abdichtung zwischen der Hochtemperatur-Atmosphäre des Ofens und der Außenatmosphäre geschaffen wird.
Der untere Ringmantel der Innenhaube ist mit isolierenden Materialien 34 und 56 ausgestattet. Außerdem ist der ringförmige Raum A, der die Innenhaube 10 von der Seitenwand 28 des Sokkels trennt, zumindest teilweise mit einem Isoliermaterial 30 ausgestattet, das durch ein Metallblech 32 geschützt wird, das nach außen hin angebracht ist. Dank dieser Anordnung wird jegliche Wärmeübertragung durch Konvektion zwischen den von der Pumpe 8 umgewälzten Gasen und den unteren Zonen des Sockels und der Innenhaube vermieden. Überdies erlauben es die isolierenden Faserpolster 34, 56, die am unteren Abschnitt der Innenhaube 10 angebracht sind, einerseits, den Wärmeaustausch durch Strahlung zwischen dem Ofen 14 und dem unteren Abschnitt der Innenhaube 10 zu vermindern, und andererseits, die Konvektion der heißen Gase, die aus dem Ofen zwischen der unteren Zone dieses letzteren und dem unteren Abschnitt der Innenhaube 10 austreten, zu beschränken. Auf diese Weise trägt die Gesamtheit der oben beschrieben Vorrichtungen dazu bei, den Wärmefluß, den der untere Abschnitt der Innenhaube empfängt, praktisch allein auf den thermischen Fluß zu reduzieren, der in der Wärmeleitung des Metalls begründet liegt, das die Innenhaube bildet. Der Hauptanteil dieses Wärmeflusses wird dank der Rippen 54, die, wie nachstehend beschrieben, an der Unterseite des kegelstumpfförmigen Ringmantels 19 der Innenhaube 10 angebracht sind, an die Atmosphäre abgegeben.
Auf den unteren Abschnitt des zylindrischen Ringmantels 36, der auf die Unterseite des kegelstumpfförmigen Ringmantels 19 der Innenhaube 10 geschweißt ist, wird ein glatter Flansch 46 geschweißt. Dieser Flansch 46 kommt auf einer Dichtung 48 zur Anlage, die in einer Nut 50 liegt, die mit Hilfe eines Wasserkastens 52 gekühlt wird, der auf den Sockelrand montiert ist. Die Dichtung 48 kann ein zylindrischer O-Ring sein, es ist jedoch vorzuziehen, eine Dichtung mit spatförmigem Querschnitt und großer Kontaktfläche zu wählen, was erlaubt, die Benutzungstoleranzen des Flansches 46 und der Dichtungstragenden Nut 50 ohne Risiko eines Verlustes an mechanischen oder elastischen Eigenschaften der Dichtung aufgrund von überhitzung auszuweiten. Überdies kann die Dichtung 48 auf ihrer Oberfläche, die in Kontakt mit dem Flansch 46 liegt Prägungen mehr oder weniger komplexerer Form tragen, so daß durch die Verformung dieser Prägungen eine perfekte Verteilung des Drucks, der durch das Gewicht der Innenhaube 10 ausgeübt wird, sichergestellt wird, wobei diese Anordnung auf diese Weise die Abdichtung sicherstellt. Es ist bekannt, daß der Druck, der durch das Gewicht der Innenhaube entsteht, mittels Schließzylinder erhöht werden kann, die um den Sockel herum angeordnet sind und einen Schließdruck auf den Flansch 46 ausüben können.
Wie oben erwähnt, sind Rippen 54 vorgesehen, um den thermischen Fluß abzugeben, der durch Wärmeleitung des kegelstumpfförmigen Ringmantels 19 der Innenhaube hervorgerufen wird. In der nicht eingeschränkten Ausführungsform, die auf Fig. 2 wiedergegeben ist, sind die Rippen 54 radial angeordnet und einerseits an den unteren zylindrischen Ringmantel 36 und andererseits auf den glatten Flansch 46 und auf den ringförmigen Winkelstahl 38 geschweißt.
Die oben beschriebene Vorrichtung erlaubt es einerseits, den thermischen Fluß zu vermindern, der auf Höhe des glatten Flansches 46 ankommt, und andererseits, diesen thermischen Fluß an die Umgebungsatmosphäre abzugeben. Auf diese Weise wird in allen Betriebszuständen eine Temperatur dieses glatten Flansches sichergestellt, die erheblich unter der Grenztemperatur für die Anwendung von Materialien liegt, aus denen die Dichtung 48 hergestellt wird. Diese Vorrichtung erlaubt es also, in Kontakt mit dem Flansch 46 eine Dichtung 48 zu verwenden, die aus elastomeren Materialien (Gummi oder Plastik) hergestellt ist, ohne daß es nötig wäre, diese Dichtung zwischen zwei Flansche oder zwei wassergekühlte Kästen einzufügen. Außerdem erlaubt es diese bedeutende Senkung des thermischen Flusses, der zum Flansch 46 gelangt, jegliches bedeutenderes Temperaturgefälle zwischen dem kleinen und dem großen Radius dieses glatten Flansches 46 zu vermeiden, was die thermischen Spannungen und folglich die Risiken der Verformung des Flansches 46 über kurz oder lang signifikant einschränkt.
Es bleibt wohlverstanden, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die oben aufgeführten Ausführungsformen beschränkt ist.

Claims

1. Haubenofen, insbesondere zum Glühen von metallischen Coils in kontrollierter Atmosphäre mit

- einem Sockel (11) mit einer Grundplatte (13), der an seinem Oberteil eine Lagerplatte aufweist, auf welcher der oder die zu behandelnden Coilstapel aufliegen,

- einer Innenhaube (10) zur Isolierung der Beschickung von der Umgebungs- und Ofenatmosphäre mit einem Ringmantel (19,36) an ihrer Unterseite, wobei die Innenhaube unter Zwischenlage einer mechanischen Dichtgruppe mit einer ringförmigen Dichtung auf dem Rand der Grundplatte ruht, und

- mit einer Heizvorrichtungen aufweisenden Heizhaube, die die Innenhaube überdeckt,

dadurch gekennzeichnet,

- daß die thermische Isolation und die Dichtheit des Innenraums (C) der Innenhaube (10) durch eine halbdurchlässige Sperre zwischen dem Innenraum (C) und dem ringförmigen Raum (A), der die kreisförmig umlaufende äußere Seitenwand (28) des Sockels vom Ringmantel (19,36) trennt, erzielt werden, wobei die halbdurchlässige Sperre durch einen Ring (22) gebildet wird, der von einer kreisförmig umlaufenden Platte (20) getragen wird, die an den Ringmantel angeschweißt ist, und auf einem Polster aus einem in einer peripher umlaufenden Vertiefung (26) auf der Seitenwand (28) angeordneten Fasermaterial (24) zur Anlage kommt, und

- daß der Unterteil des Ringmantels (19,36) mit einer Kühlvorrichtung versehen ist, die eine Platte (46) aufweist, die an den untersten Bereich des Unterteils angeschweißt ist, wobei diese Platte an der ringförmigen Dichtung (48) zur Anlage kommt, die in einer Nut (50) angeordnet ist und durch einen ringförmigen Wasserkasten (52) gekühlt wird, der am Außenrand der Grundplatte (13) befestigt ist.

2. Haubenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Raum (A), der die Haube (10) von der Seitenwand (28) des Sockels trennt, zumindest teilweise mit einem Isoliermaterial (30), das durch ein äußeres Blech (32) geschützt wird, gefüllt ist.

3. Haubenofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Dichtung (48) im Querschnitt rechteckig ist, eine große Kontaktfläche aufweist und gegebenenfalls auf der Kontaktfläche mit der Platte (46) Einprägungen aufweist, um durch Verformung eine vollständige Verteilung der durch das Gewicht der Innenhaube (10) aufgebrachten Last sicherzustellen.

4. Haubenofen nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Rippen (54), die an den unteren ringförmigen Mantel der Haube angeschweißt sind.

5. Haubenofen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fasermaterial (34,56) im unteren Bereich der Haube vorgesehen ist.