DE69733820T2

DE69733820T2 - Heizverfahren und heizeinrichtung

Info

Publication number: DE69733820T2
Application number: DE69733820T
Authority: DE
Inventors: Tsuguhiko Mizushima NAKAGAWA
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1997-02-28
Filing date: 1997-12-15
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2017-12-16
Also published as: AU5412198A; KR19990036108A; EP0905262B1; DE69733820D1; BR9706919A; JPH10237540A; ATE300719T1; KR100411403B1; EP0905262A4; US5957684A; AU729919B2; JP3959773B2; CA2224496A1; WO1998038344A1; CA2224496C; EP0905262A1

Description

GEBIET DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Heizverfahren für atmosphärisches Gas und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Aufheizen und Zuführen eines atmosphärischen Gases, das zum Beheizen eines zu erhitzenden Gegenstands notwendig ist. Die vorliegende Erfindung ist besonders geeignet, wenn ein zu erhitzender Gegenstand (ein Gießtiegelkörper im Fall eines Gießtiegels) in einer nichtoxidierenden oder reduzierenden Atmosphäre erhitzt werden muss, wie es für Gießwannen bzw. Gießtiegel erforderlich ist, die in Heizöfen, Glühöfen, Wärmebehandlungsöfen und beim Stranggießen, beispielsweise für Eisenblöcke bzw. Vorblöcke und Gießbänder eingesetzt werden.
STAND DER TECHNIK
Bisher sind die folgenden Verfahren zum Erhitzen von Stahlmaterialien in verschiedenen Öfen wie Heizöfen, Glühöfen und Wärmebehandlungsöfen, beispielsweise unter einem nichtoxidierenden Zustand, bekannt.

(1) Strahlrohr-Heizverfahren ("Recent Practical Combustion Technology", herausgegeben von The Iron and Steel Institute of Japan, (1983), S. 31). Gemäß diesem Verfahren wird ein wärmeabstrahlendes Rohr in einem Heizofen etc. angeordnet, ein Hochtemperatur-Verbrennungsabgas von einer Brenneinheit oder ein Gas mit hohen Temperaturen, die von dem Abgas angehoben wurden, wird dem wärmeabstrahlenden Rohr zugeführt, und ein Stahlmaterial wird mit von einer Außenwand des wärmeabstrahlenden Rohrs ins Innere des Ofens abgestrahlter Wärme erhitzt. Da eine Ofenatmosphäre in Kontakt mit dem Stahlmaterial frei eingestellt werden kann, ist es leicht, die Ofenatmosphäre in einen nicht-oxidierenden Zustand zu versetzen.
(2) Direktflammen-Reduktionsheizverfahren (The 88-th Nishiyama Kinen Gijutsu Koza (Nishiyama Memorial Technology Lecture), (1983), S. 75). Gemäß diesem Verfahren wird eine reduzierende Flamme, die in einem Außenabschnitt einer von einer Brennereinheit erzeugten Flamme gebildet wird, direkt in Kontakt mit einem Stahlmaterial gebracht, um es in einer reduzierenden Atmosphäre zu erhitzen.
(3) Zweischichtatmosphären-Verbrennungsverfahren (Nippon Kokan Technical Report, Nr. 120 (1988), S. 24). Gemäß diesem Verfahren wird ein Stahlmaterial mit einer derartigen Einstellung der Zweischichtatmosphäre erhitzt, dass ein Stahlmaterial von einer durch unvollständige Verbrennung erzeugten, nicht-oxidierenden Atmosphäre umgeben ist, und gleichzeitig wird eine Sekundärverbrennung in einem noch nicht verbrannten Gasbereich außerhalb der nichtoxidierenden Atmosphäre durchgeführt.

Obwohl die obigen Heizverfahren zum Einsatz bei Heizöfen etc. für Stahlmaterialien geeignet sind, werden ähnliche Verfahren auch beim Erhitzen von Nichteisenmetallen wie Aluminium und Kupfer angewandt.
Die oben genannten herkömmlichen Heizverfahren weisen jedoch die folgenden Probleme auf.
(1) Heizverfahren mit wärmeabstrahlendem Rohr
Dieses Verfahren ist insofern weit überlegen, als ein oxidierendes Gas, das durch die Verbrennung erzeugtes H₂O, zusätzliches O₂ während der Verbrennung etc. enthält, vollständig von der Ofenatmosphäre isoliert werden kann.
Es werden jedoch die folgenden Probleme bei diesem Verfahren angetroffen.

a) Wenn die Temperatur eines Heizofens bis zu 1200°C hoch ist, gibt es beispielsweise kein wirksames Rohr, das einer so hohen Temperatur widersteht. Mit anderen Worten wird das wärmeabstrahlende Rohr selbst infolge der Wärmebelastung und eines Hochtemperatur-Kriechvorgangs zerbrochen; folglich ist die Lebensdauer des wärmeabstrahlenden Rohrs bei der hohen Temperatur kurz.
b) Da die Brennereinheit eine Verbrennung in einem engen Raum des wärmeabstrahlenden Rohrs durchführt, gibt es ein Limit bei der Verbrennungskapazität eines Brenners selbst.

(2) Direktflammen-Reduktionsheizverfahren
Dieses Verfahren erfordert, dass die reduzierende Atmosphäre nahe dem Stahlmaterial gebildet wird. Die folgenden Probleme werden daher bei diesem Verfahren angetroffen.

a) Vom Gesichtspunkt des Betriebs her gibt es Einschränkungen beispielsweise in der Oberflächentemperatur (900°C oder darunter) des Stahlmaterials und den Verbrennungsbedingungen (Last, Luft-/Brennstoffverhältnis, Brennerkapazität) etc.
b) Vom Gesichtspunkt der Einrichtung her gibt es Einschränkungen beispielsweise im Abstand von der Oberfläche des Stahlmaterials zum Brenner.
c) Der Wärmewirkungsgrad ist gering, da nur ein Teil der von dem Brennstoff verfügbaren Verbrennungswärme eingesetzt wird. Aus den obigen Gründen kann dieses Verfahren beispielsweise nicht auf Heizöfen zum Walzen von Stahlmaterialien angewandt werden.

(3) Zweischichtatmosphären-Verbrennungsverfahren
Bei diesem Verfahren trifft man auf die folgenden Probleme.

a) Wegen der Ausbildung einer Zweischichtatmosphäre leidet die Brennergestaltung in dem Ofen unter Einschränkungen insofern, als beispielsweise ein Ober- bzw. Dachbrenner (roof burner) und ein Seitenbrenner nicht in kombinierter Weise eingesetzt werden können. Dies ergibt ein Problem in der Gleichmäßigkeit der Heiztemperatur, wenn groß dimensionierte Stahlmaterialien zu erhitzen sind.
b) Eine Heizkapazität pro Volumeneinheit des Ofens ist geringer als bei herkömmlichen Brennern. Das Ofenvolumen muss daher erhöht werden, was in einer größeren Dimensionierung des Ofens resultiert.
c) Wenn eine Verbrennungslast fluktuiert, tendiert die nicht-oxidierende Atmosphäre leicht dazu, zu zerfallen. Somit ist es schwierig, dieses Verfahren auf Öfen anzuwenden, die starken Lastfluktuationen unterworfen sind, da die nichtoxidierende Atmosphäre sich leicht unter einem solchen Zustand zu einer oxidierenden Atmosphäre verändert. Ferner ist das Verfahren zur Erzeugung einer nicht-oxidierenden Atmosphäre nahe einem Verbrennungsbereich beim Verbrennen von Gas ebenso wie das Direktflammen-Reduktionsheizverfahren und das Zweischichtatmosphären-Verbrennungsverfahren erheblichen Einschränkungen in der Ofentemperatur und den Verbrennungsbedingungen unterworfen. Genauer gesagt, um eine nicht-oxidierende Atmosphäre unter der Bedingung zu erhalten, dass die Stahlmaterialtemperatur höher als 1200°C ist, muss die Zusammensetzung eines Verbrennungsgases die Beziehungen CO/CO₂ > 3,1 und H₂/H₂O > 1,2 erfüllen. Wenn beispielsweise ein Koksofengas als Verbrennungsgas verwendet wird, muss das Gas unter einem Zustand eines Luftverhältnisses < 0,5 verbrannt werden. Aber auch wenn die Verbrennung durchgeführt wird, während diese Betriebseinschränkungen erfüllt sind, wäre es schwierig, eine vollständig nicht oxidierende Atmosphäre nahe einer Oberfläche des Stahlmaterials stabil beizubehalten und in der Praxis eine Oxidierung der Oberfläche des Stahlmaterials hinreichend zu verhindern.

Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der oben genannten Probleme entwickelt und sieht vor, die Temperatur eines Verbrennungsabgases schnell steigen zu lassen, um dadurch den Wärmewirkungsgrad zu verbessern. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine nicht-oxidierende Atmosphäre durch Verwendung von Stickstoff oder Argon als atmosphärisches Gas aufrechtzuerhalten, eine reduzierende Atmosphäre durch Vermischen eines reduzierenden Gases mit dem atmosphärisches Gas zu schaffen und die Kosten durch Rückgewinnung eines solchen atmosphärisches Gases zur Wiederverwendung zu senden.
EP-A-0 750 170 offenbart ein regeneratives Heizsystem mit mehreren regenerativen Heizeinheiten, die zu einem Ofen zusammengefasst sind. Um ein nicht oxidierendes Heizverfahren und eine Vorrichtung hierfür zu erhalten, bei der ein nicht- oxidierendes Gas hoher Temperatur kontinuierlich erzeugt und einem Ofen zugeführt wird, werden Arbeitsgänge so wiederholt, dass die mehreren regenerativen Heizelemente alternierend gewechselt werden, um eine Heizreserve durch erste regenerative Heizelemente und die Erwärmung eines nicht-oxidierendes Gases durch zweite regenerative Heizelemente zu erzielen.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein regeneratives Heizverfahren für atmosphärisches Gas und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Zuführen eines erhitzten atmosphärischen Gases bereitzustellen, wobei das Verfahren und die Vorrichtung in bezug auf die Steuerung des Drucks innerhalb einer Vorrichtung, wobei der nichtoxidierende Zustand beizubehalten ist, und auch hinsichtlich der Verhinderung des Vorhandenseins von Verbrennungsabgas oder oxidierendem Gas in einer solchen Vorrichtung verbessert sind.
Die vorliegende Erfindung stellt ein regeneratives Heizverfahren für atmosphärisches Gas gemäß Anspruch 1 bereit, sowie eine regenerative Heizvorrichtung für atmosphärisches Gas gemäß Anspruch 6. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Die vorliegende Erfindung ist in Anbetracht der Grenzen herkömmlicher Verfahren, z.B. das eine Wärmestrahlung von einem wärmeabstrahlenden Rohr oder dgl. einsetzenden Verfahrens, getätigt worden. Bei dem bekannten Wärmestrahlungs-Heizverfahren kommt, wenn der Temperaturunterschied zwischen einem aufzuheizenden Gegenstand und der Atmosphäre in einem Hochtemperaturbereich gering wird, eine Temperaturerhöhung eines aufzuheizenden Gegenstandes in den sogenannten gesättigten Zustand, und der aufzuheizende Gegenstand kann auch bei einer verlängerten Heizzeit nicht mehr weiter erhitzt werden. Es ist anzumerken, dass eine Gasabstrahlung, die für eine solche wärmeabstrahlende Heizmethode notwendig ist, beispielsweise CO₂ und H₂O, eine Gasabstrahlung erzeugen, während N₂ und Ar, die zur Erzielung einer nicht-oxidierenden oder reduzierenden Atmosphäre in dem oben erwähnten kontinuierlichen Gießband-Glühofen etc. erforderlich sind, keine Gasabstrahlung erzeugen. Es wurde daher daran gedacht, dass der zu erhitzende Gegenstand, z.B. ein Gießband, nur durch Strahlungswärme erhitzt werden kann, die durch Zufuhr eines CO₂, H₂O etc. enthaltenden Verbrennungsabgases zu dem wärmeabstrahlenden Rohr nach obiger Erläuterung entsteht, erhitzt werden kann. Falls jedoch N₂ oder Ar, das zur Erzielung der nicht-oxidierenden oder reduzierenden Atmosphäre erforderlich ist, bis auf eine vergleichsweise hohe Temperatur erhitzt werden kann, kann der zu erhitzende Gegenstand schnell durch die sogenannte Konvektionswärmeübertragung durch direktes Aufblasen eines Gases auf den zu erhitzenden Gegenstand oder durch Befüllen des zu erhitzenden Gegenstands mit einem solchen Gas schnell aufgeheizt werden.
Um dies zu erreichen, ist bisher eine aus dem folgenden hervorgehende Technik vorgeschlagen worden. Beispielsweise wird ein Paar regenerativer Heizelemente verwendet und eine Brennereinheit eines der Heizelemente wird zur Durchführung der Verbrennung betrieben. Das eine Heizelement saugt gleichzeitig ein von der Brennereinheit erzeugtes Verbrennungsabgas sowie ein atmosphärisches Gas (z.B. innerhalb des Ofens) zusammen an und lässt diese Gase durch eine regenerative Kammer passieren, um die entwickelte Wärme des Verbrennungsabgases (und des atmosphärischen Gases) in der regenerativen Kammer zu akkumulieren. Das andere regenerative Heizelement lässt das atmosphärische Gas, wie z.B. ein Inertgas, durch seine regenerative Kammer passieren, die bereits ausreichend aufgeheizt wurde, um die angesammelte Wärme als entwickelte Wärme des atmosphärischen Gases zurückzugewinnen und das aufgeheizte atmosphärische Gas direkt dem Innern eines Ofens zuzuführen. Durch Umschalten des Paars regenerativer Kammern, um alternierend einen dieser beiden Zustände der Reihe nach anzunehmen, kann das aufgeheizte atmosphärische Gas kontinuierlich zugeführt werden. Da ferner ein dünnes Bandelement wie z.B. ein Rohr, das hohen Temperaturen unterworfen ist, bei dem regenerativen Heizelement nicht erforderlich ist, ist es möglich, das atmosphärische Gas beispielsweise auf 1500°C oder darüber aufzuheizen. Ein speziell bei der obigen Technik angetroffenes Problem besteht darin, dass, wenn das atmosphärische Gas z.B. ein oxidierendes atmosphärisches Gas oder ein reduzierendes atmosphärisches Gas ist, das H₂ etc. enthält, das angesaugte atmosphärische Gas eine O-Komponente des in dieses eingemischten Verbrennungsabgases enthält und zumindest so, wie es ist, nicht verwendet werden kann.
Bei diesem Merkmal der vorliegenden Erfindung werden daher drei oder mehr Einheiten regenerativer Heizelemente angewandt, eine oder mehrere Einheiten der regenerativen Heizelemente werden jeweils in einen Verbrennungszustand versetzt, bei dem eine Brennereinheit betrieben wird, um die Verbrennung durchzuführen, und mindestens nur ein mit der Verbrennung erzeugtes Verbrennungsabgas durch seine regenerative Kammer wird ausgestoßen oder eine oder mehrere Einheiten der regenerativen Heizelemente jeweils in einen Aufheizzustand atmosphärischen Gases werden versetzt, wobei ein atmosphärisches Gas durch seine regenerative Kammer geschickt wird, in der Wärme angesammelt worden ist, um das atmosphärische Gas aufzuheizen und zuzuführen, und eine oder mehrere weitere Einheit(en) der regenerativen Heizelemente werden jeweils in einen Ansaugzustand atmosphärischen Gases versetzt, bei dem ein zusätzliches atmosphärisches Gas angesaugt und zurückgewonnen wird. Durch Umschalten des Verbrennungszustandes, des Aufheizzustandes atmosphärischen Gases und des Ansaugzustandes atmosphärischen Gases sukzessive in dieser Reihenfolge für jedes der regenerativen Heizelemente kann das aufgeheizte atmosphärische Gas kontinuierlich zugeführt werden und das zusätzliche atmosphärische Gas kann kontinuierlich zurückgewonnen werden, um zum Aufheizen und Zuführen eines anschließenden atmosphärischen Gases wiederverwendet zu werden.
Gemäß Anspruch 2 der vorliegenden Erfindung werden drei oder mehr Einheiten regenerativer Heizelemente bei dem regenerativen Heizverfahren von Anspruch 1 eingesetzt. Außerdem ist es auch möglich, nicht nur das zusätzliche atmosphärische Gas kontinuierlich zurückzugewinnen, um es zum Aufheizen und Zuführen eines nachfolgenden atmosphärischen Gases wieder zu verwenden, sondern auch die entwickelte Wärme des angesaugten und zurückgewonnenen atmosphärischen Gases in der zweiten regenerativen Kammer anzusammeln. Demgemäss kann durch Passierenlassen eines Verbrennungsgases, z.B. von Verbrennungsluft oder eines Teils hiervon durch diese zweite regenerative Kammer in dem nachfolgenden Verbrennungsstadium für die Umwandlung der angesammelten Wärme in entwickelte Wärme der Verbrennungsluft die Temperatur des Verbrennungsabgases in diesem Verbrennungsstadium unmittelbar nach dem Start der Verbrennung rasch angehoben werden. Mit anderen Worten kann der Heizvorgang von einer relativ hohen Temperatur aus gestartet werden, und folglich kann der gesamte Wärmewirkungsgrad erhöht werden, wie z.B. der Prozess angesammelter Wärme in der ersten regenerativen Kammer unter dem Verbrennungszustand.
Bei dem regenerativen Heizverfahren für atmosphärisches Gas gemäß Anspruch 3 der vorliegenden Erfindung wird Verbrennungsluft oder ein Teil hiervon, die der Brennereinheit zugeführt wird, dem regenerativen Heizelement in dem Verbrennungsstadium nach Durchlaufen der zweiten regenerativen Kammer, in der Wärme im Ansaugzustand atmosphärischen Gases angesammelt worden ist, zugeführt.
Bei diesem Merkmal der vorliegenden Erfindung kann durch Passierenlassen eines Verbrennungsgases, z.B. von Verbrennungsluft oder eines Teils hiervon, durch die zweite regenerative Kammer, in der die entwickelte Hitze des atmosphärischen Gases zur Umwandlung in entwickelte Hitze der Verbrennungsluft angesammelt worden ist, die Temperatur des Verbrennungsabgases in dem Verbrennungsstadium unmittelbar nach dem Start der Verbrennung rasch angehoben werden. Mit anderen Worten kann der Heizvorgang von einer relativ hohen Temperatur aus gestartet werden, und folglich kann der gesamte Wärmewirkungsgrad erhöht werden, wie z.B. bei dem Vorgang des Ansammelns von Wärme in der ersten regenerativen Kammer unter dem Verbrennungszustand. Da auch die Temperatur des Verbrennungsabgases rasch ansteigt, wird ein Umschalten von dem Ansaugzustand atmosphärischen Gases zu dem Verbrennungszustand besonders beschleunigt, und der Betrieb kann auf reibungslosere Weise fortgesetzt werden.
Bei dem regenerativen Heizverfahren für atmosphärisches Gas nach Anspruch 4 der vorliegenden Erfindung wird entweder Stickstoff- oder Argongas oder ein Gemisch beider Gase als das atmosphärische Gas verwendet.
Bei diesem Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es durch Verwendung von Stickstoff, Argon oder einem anderen ähnlichen Gas als atmosphärisches Gas möglich, das atmosphärische Gas als nicht-oxidierendes atmosphärisches Gas beizubehalten. Dementsprechend kann das aufgeheizte atmosphärische Gas beispielsweise an einem zu erhitzenden Gegenstand angewandt werden wie z.B. einem Gießtiegel oder einem Gießband, welches einen nicht-oxidierenden Zustand erfordert.
Bei dem regenerativen Heizverfahren für atmosphärisches Gas gemäß Anspruch 5 der vorliegenden Erfindung wird das atmosphärische Gas als reduzierendes Hochtemperaturgas durch Vermischen eines reduzierenden Gases, das H₂ oder dgl. enthält, mit dem atmosphärischen Gas verwendet.
Bei diesem Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es durch Vermischen eines H₂ oder dgl. enthaltenden reduzierenden Gases mit dem atmosphärischen Gas möglich, das atmosphärische Gas als reduzierendes atmosphärisches Gas beizubehalten. Demgemäss kann das aufgeheizte atmosphärische Gas beispielsweise an einem zu erhitzenden Gegenstand wie z.B. einem Gießtiegel oder einem Gießband angewandt werden, das einen nicht-oxidierenden und reduzierenden Zustand erfordert.
Gemäß Anspruch 6 der vorliegenden Erfindung wird eine regenerative Heizvorrichtung für atmosphärisches Gas zum kontinuierlichen Zuführen eines atmosphärischen Hochtemperaturgases bereitgestellt, das über mindestens drei oder mehr Einheiten der regenerativen Heizelemente aufgeheizt wird, wobei jedes der regenerativen Heizelemente einen Brenner und eine erste regenerative Kammer umfasst, die in einer Linie zum Ausstoßen eines Verbrennungsabgases aus der Brennereinheit vorgesehen ist.
Bei dieser Vorrichtung der vorliegenden Erfindung werden drei oder mehr Einheiten regenerativer Heizelemente angewandt, welche die gleiche Funktion wie bei dem regenerativen Heizverfahren von Anspruch 1 haben. Hierbei werden eine oder mehrere Einheiten der regenerativen Heizelemente jeweils in einen Verbrennungszustand gebracht, bei dem eine Brennereinheit zur Ausführung der Verbrennung betrieben wird und mindestens nur bei der Verbrennung erzeugtes Verbrennungsabgas durch seine erste regenerative Kammer ausgestoßen wird, wobei eine andere oder mehrere Einheiten der regenerativen Heizelemente jeweils in einen Heizzustand atmosphärischen Gases gebracht werden, bei dem ein atmosphärisches Gas durch seine erste regenerative Kammer, in der sich Wärme angesammelt hat, geschickt wird, um das atmosphärische Gas aufzuheizen und zuzuführen, und eine oder mehrere weitere Einheit(en) der regenerativen Heizelemente in einen Ansaugzustand atmosphärischen Gases gebracht werden, bei dem ein zusätzliches atmosphärisches Gas angesaugt und zurückgewonnen wird. Durch Umschalten des Verbrennungszustandes, des Aufheizzustandes atmosphärischen Gases sowie des Ansaugzustandes atmosphärischen Gases sukzessive in dieser Reihenfolge für jedes der regenerativen Heizelemente kann das aufgeheizte atmosphärische Gas kontinuierlich zugeführt werden. Außerdem ist es bei der Vorrichtung nach Anspruch 7 auch möglich, nicht nur das zusätzliche atmosphärische Gas kontinuierlich zurückzugewinnen, um es wieder zum Aufheizen und Zuführen eines nachfolgenden atmosphärischen Gases zu verwenden, sondern es kann auch die entwickelte Hitze des angesaugten und zurückgewonnenen atmosphärischen Gases in der zweiten regenerativen Kammer angesammelt werden. Demgemäss kann durch Passierenlassen eines Verbrennungsgases, z.B. von Verbrennungsluft oder eines Teils hiervon durch diese zweite regenerative Kammer in dem nachfolgenden Verbrennungszustand zur Umwandlung der angesammelten Wärme in entwickelte Wärme der Verbrennungsluft die Temperatur des Verbrennungsabgases in diesem Verbrennungszustand unmittelbar nach dem Start der Verbrennung rasch angehoben werden. Mit anderen Worten kann der Heizvorgang von einer relativ hohen Temperatur aus gestartet werden, und folglich kann der Gesamt-Wärmewirkungsgrad erhöht werden, wie z.B. bei dem Prozess der Ansammlung von Wärme in der ersten regenerativen Kammer im Verbrennungsstadium.
Bei der regenerativen Heizvorrichtung atmosphärischen Gases nach Anspruch 7 der vorliegenden Erfindung ist die zweite regenerative Kammer jedes der regenerativen Heizelemente auch ein Vorheizelement für der Brennereinheit zugeführte Verbrennungsluft.
Bei diesem Merkmal der vorliegenden Erfindung wird die zweite regenerative Kammer jedes der regenerativen Heizelemente als Vorheizelement für Verbrennungsluft verwendet. Durch Passierenlassen der Verbrennungsluft durch die zweite regenerative Kammer, in der die entwickelte Wärme des atmosphärischen Gases angesammelt worden ist, kann zur Umwandlung in entwickelte Wärme der Verbrennungsluft die Temperatur des Verbrennungsabgases im Verbrennungsstadium unmittelbar nach dem Start der Verbrennung rasch angehoben werden. Mit anderen Worten kann der Heizvorgang von einer relativ hohen Temperatur aus gestartet werden, und folglich kann der Gesamt-Wärmewirkungsgrad erhöht werden, wie z.B. bei dem Prozess der Wärmeansammlung in der ersten regenerativen Kammer im Verbrennungsstadium. Da die Temperatur des Verbrennungsabgases schnell ansteigt, wird auch ein Umschalten von dem Ansaugzustand atmosphärischen Gases zu dem Verbrennungszustand besonders beschleunigt, und der Betrieb kann auf reibungslosere Weise fortgesetzt werden.
Bei der regenerativen Heizvorrichtung für atmosphärisches Gas nach Anspruch 8 der vorliegenden Erfindung sind eine Zuführleitung des atmosphärischen Gases und eine Rückführleitung des atmosphärischen Gases mit einer Einspeisequelle atmosphärischen Gases, die einen der Zuführ- und Rückführleitung gemeinsamen Behälter für atmosphärisches Gas aufweist, verbunden.
Bei diesem Merkmal der vorliegenden Erfindung kann durch Verbinden einer Zuführleitung und einer Rückführleitung für das atmosphärische Gas zu der gleichen Einspeisequelle atmosphärischen Gases das in dem Ansaugzustand atmosphärischen Gases zurückgewonnene atmosphärische Gas sicher in dem nachfolgenden Heizstadium atmosphärischen Gases wiederverwendet werden. Infolgedessen können die Kosten von Rohmaterialien entsprechend reduziert werden.
Bei der regenerativen Heizvorrichtung für atmosphärisches Gas nach Anspruch 9 der vorliegenden Erfindung wird entweder Stickstoff oder Argongas oder ein Gemisch beider Gase als das atmosphärische Gas verwendet.
Bei diesem Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es durch Verwendung von Stickstoff, Argon oder einem anderen ähnlichen Gas als atmosphärisches Gas möglich, das atmosphärische Gas als nicht-oxidierendes atmosphärisches Gas beizubehalten. Demgemäss kann das aufgeheizte atmosphärische Gas beispielsweise auf einen zu erhitzenden Gegenstand wie z.B. einen Gießtiegel oder ein Gießband angewandt werden, welche einen nicht-oxidierenden Zustand erfordern.
Bei der regenerativen Heizvorrichtung für atmosphärisches Gas nach Anspruch 10 der vorliegenden Erfindung wird das atmosphärische Gas als reduzierendes Hochtemperaturgas durch Vermischen eines H₂ oder dgl. enthaltenden reduzierendes Gases mit dem atmosphärischen Gas verwendet.
Bei diesem Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es durch Vermischen eines H₂ oder dgl. enthaltenden reduzierenden Gases mit dem atmosphärischen Gas möglich, das atmosphärische Gas als reduzierendes atmosphärisches Gas beizubehalten. Demgemäss kann das aufgeheizte atmosphärische Gas beispielsweise auf einen zu erhitzenden Gegenstand wie z.B. einen Gießtiegel oder ein Gießband angewandt werden, die einen nicht-oxidierenden und reduzierenden Zustand erfordern.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 ein schematisches Diagramm einer ersten Ausführungsform, bei der ein regeneratives Heizverfahren für atmosphärisches Gas und eine Vorrichtung der vorliegenden Erfindung als Batch-Heizofen implementiert sind,
2 ein Diagramm zur Erläuterung des Umschaltens eines Betriebszustandes des regenerativen Heizverfahrens für atmosphärisches Gas und der Vorrichtung gemäß 1,
3 ein Ablaufdiagramm des Schaltvorgangs von Steuerventilen bei dem regenerativen Heizverfahren für atmosphärisches Gas und der Vorrichtung gemäß 1,
4 ein schematisches Diagramm einer zweiten Ausführungsform, bei der das regenerative Heizverfahren für atmosphärisches Gas und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung als Gießtiegel-Heizofen implementiert sind,
5 ein schematisches Diagramm einer zweiten Ausführungsform, bei der das regenerative Heizverfahren für atmosphärisches Gas und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung als Gießband-Heizofen implementiert sind,
6 ein schematisches Diagramm einer zweiten Ausführungsform, bei der das regenerative Heizverfahren für atmosphärisches Gas und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung als Brammen-Heizofen implementiert sind.
BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Erste Ausführungsform
1 zeigt eine erste Ausführungsform, bei der ein regeneratives Heizverfahren für atmosphärisches Gas und eine Vorrichtung der vorliegenden Erfindung als Batch-Heizofen implementiert sind. Das Heizverfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung sind besonders wirksam in dem Fall, in dem ein Heizbereich unter einer nicht-oxidierenden Atmosphäre oder einer nicht-oxidierenden Atmosphäre mit reduzierender Eigenschaft gehalten werden muss (diese Atmosphäre wird bei dieser Ausführungsform als reduzierende Atmosphäre bezeichnet), wie später beschrieben wird. In der Ausführungsform der 1 wird N₂ als atmosphärisches Gas benutzt.
Wie aus 1 hervorgeht, sind drei Einheiten regenerativer Heizelemente 1A – 1C als ein Satz in einem Heizofen 20 dieser Ausführungsform installiert. Diese regenerativen Heizelemente 1A – 1C sind mit zweiten regenerativen Kammern 4A – 4C versehen, die in jeweils in zu Brennereinheiten führenden Gaszuführleitungen 2A – 2C separat von den ersten regenerativen Kammern 3A – 3C angeordnet sind, die wie herkömmlich angrenzend an die Verbrennungsseite der Brennereinheiten 2A – 2C angeordnet sind. Zusätzlich sind Regeneratoren, die sphärisch oder zylindrisch sind und z.B. aus Keramikstoff gefertigt sind, in jede der regenerativen Kammern 3A – 3C, 4A – 4C wie herkömmlich eingeführt.
Die Brennereinheiten 2A – 2C der regenerativen Heizelemente 1A – 1C sind mit den zweiten regenerativen Kammern 4A – 4C verbunden, wie oben erwähnt wurde, und auch mit einer M-Gaszuführquelle (nicht dargestellt) durch jeweilige M-Gasventile 6A – 6C, welche die Zufuhr eines M-Gases steuern. Die Verbrennungskammern 5A – 5C der Brennereinheiten 2A – 2C stehen in Verbindung mit dem Innern des Heizofens 20. Man beachte, dass das M-Gas ein Brennstoffgas bedeutet, das in der Brennkammer jeder Brennereinheit verbrannt wird.
Des weiteren sind die ersten regenerativen Kammern 3A – 3C mit einer Abgasleitung durch Abgasventile 7A – 7C und ein Abgasgebläse 11 verbunden, und auch mit einer später beschriebenen N₂-Zuführquelle 15 über N₂-Einblasventile 8A – 8C und ein N₂-Gebläse 12. Die zweiten regenerativen Kammern 4A – 4C sind mit einer später beschriebenen N₂-Zuführquelle 15 über N₂-Rückführventile 9A – 9C und ein N₂-Rückführgebläse 13 verbunden, und mit einer Luftzuführleitung über Luftventile 10A – 10C und ein Luftgebläse 14.
Die N₂-Zuführquelle 15 ist als gemeinsame Quelle aus einem N₂-Behälter (beispielsweise mit einer Kapazität von 1000 m³) 16 aufgebaut. Direkt mit dem N₂-Behälter 16 verbunden sind die zweiten regenerativen Kammern 4A – 4C der regenerativen Heizelemente 1A – 1C über Verbindungsleitungen, in denen die N₂-Rückführventile 9A – 9C und das N₂-Rückführgebläse 13 angeordnet sind. Ebenfalls mit dem N₂-Behälter 16 über eine O₂-Entfernungsvorrichtung 17 verbunden sind die ersten regenerativen Kammern 3A – 3C der regenerativen Heizelemente 1A – 1C über Verbindungsleitungen, in denen die N₂-Einblasventile 8A – 8C und das N₂-Gebläse 12 angeordnet sind. Bei der N₂-Zuführquelle 15 ist ein Gebläse 18 am N₂-Behälter 16 angebracht, und durch das Gebläse 18 angesaugtes N₂ wird einer zu der obigen O2-Entfernungsvorrichtung 19 separaten O₂-Entfernungsvorrichtung 19 zugeführt, so dass N₂, aus dem eine O-Komponente durch die O₂-Entfernungsvorrichtung 19 entfernt worden ist, wieder zu den N₂-Behälter 16 zurückgeführt wird. Zusätzlich ist eine N₂-Wiederzuführleitung zum nochmaligen Zuführen von N₂ in einer von dem später beschriebenen Heizofen 20 ausgestoßenen Menge mit dem N₂-Behälter 16 verbunden.
2 zeigt das Umschalten eines Verbrennungszustandes, eines Heizzustandes und eines N₂-Ansaugzustandes jedes der regenerativen Heizelemente 1A – 1C.
Der in 1 gezeigte Zustand stellt dar, dass ein System des linken regenerativen Heizelements (auch als erstes regeneratives Heizelement bezeichnet) 1A sich im Verbrennungszustand befindet, ein System des mittleren regenerativen Heizelements (auch als zweites regeneratives Heizelement bezeichnet) 1B sich im N₂-Heizzustand befindet, und ein System des rechten regenerativen Heizelements (auch als drittes regeneratives Heizelement bezeichnet) 1C sich im N₂-Ansaugzustand befindet. Zu diesen Zuständen bzw. Stadien gehört das Verbrennungsstadium, bei dem die Brennereinheiten 2A bis 2C zur Durchführung einer Verbrennung betrieben werden. Das N₂-Heizstadium ist ein Stadium, bei dem N₂ erhitzt und dem Heizofen zugeführt wird. Das N₂-Ansaugstadium ist ein Stadium, bei dem N₂ von dem Heizofen angesaugt wird. Entsprechend befindet sich, wie am linken Ende der 2 gezeigt ist, bei dem System des ersten regenerativen Heizelements 1A, das sich im Verbrennungszustand befindet, der Brenner 2A im Verbrennungszustand (wobei die erste regenerative Kammer 3A in einem Regenerierungszustand gehalten wird), und gleichzeitig befindet sich die zweite regenerative Kammer 4A in einem Vorheizstadium von Verbrennungsluft. Ferner wird bei dem System des zweiten regenerativen Heizelements 1B, das sich im N₂-Heizstadium befindet, N₂ von der N₂-Zuführquelle 15 zur Beheizung der ersten regenerativen Kammer 3B eingeleitet, die sich bisher im Verbrennungszustand und somit im Regenerierungszustand befunden hat (wobei die zweite regenerative Kammer 4B in einem Standby-Zustand gehalten wird). In dem System des dritten regenerativen Heizelements 1C, das sich im N₂-Ansaugstadium befindet, wird N₂ in dem Heizofen der zweiten regenerativen Kammer 4C zugeführt, von der bisher in dem N₂-Heizzustand anschließend an den Verbrennungszustand Wärme abgeführt worden ist, wodurch die entwickelte Wärme von N₂ in der zweiten regenerativen Kammer 4C angesammelt wird (wobei die erste regenerative Kammer 3D im Standby-Zustand gehalten wird).
Wenn sich der obige Zustand fortsetzt, sinkt die Temperatur von dem Heizofen aus dem zweiten regenerativen Heizelement 1B im N₂-Heizzustand zugeführtem N₂ allmählich. Gleichzeitig steigt die Temperatur in der ersten regenerativen Kammer 3A des ersten regenerativen Heizelement im Verbrennungszustand allmählich. Natürlich gibt es einen unteren Grenzwert beim ersteren Sinken der Temperatur und einen oberen Grenzwert beim letzteren Ansteigen der Temperatur. Wenn daher einer oder beide Grenzwerte erreicht werden, wird der Betriebszustand in dieser Ausführungsform beispielsweise wie folgt umgeschaltet. Das System des ersten regenerativen Heizelements 1A, das sich bisher im Verbrennungszustand befunden hat, wird in den N₂-Heizzustand zum Zuführen von auf eine Maximaltemperatur erhitztem N₂ zu dem Heizofen umgeschaltet. Außerdem wird das System des zweiten regenerativen Heizelements 1B, das sich bisher im N₂-Heizstadium befunden hat, in den N₂-Ansaugzustand zum Ansammeln der entwickelten Hitze von N₂ im Heizofen in der zweiten regenerativen Kammer 4B umgeschaltet, und das System des dritten regenerativen Heizelements 1C, das sich bisher im N₂-Ansaugstadium befunden hat, wird in den Verbrennungszustand umgeschaltet, um die erste regenerative Kammer 3A in das Regenerationsstadium zu bringen. Dann wird bei weiterer Fortsetzung des obigen Zustandes, wenn die Temperatur von dem Heizofen aus dem ersten regenerativen Heizelement 1A im N₂-Heizstadium zugeführtem N₂ bis zum unteren Grenzwert sinkt, oder wenn die Temperatur in der ersten regenerativen Kammer 3C des dritten regenerativen Heizelements 1C im Verbrennungszustand bis zum oberen Grenzwert steigt, das erste regenerative Heizelement 1A, das sich bisher im N₂-Heizstadium befunden hat, in den N₂-Ansaugzustand zum Ansammeln der entwickelten Wärme von N₂ im Heizofen in der zweiten regenerativen Kammer 4A umgeschaltet, das System des zweiten regenerativen Heizelements 1B, das sich bisher im N₂-Ansaugstadium befunden hat, wird in den Verbrennungszustand umgeschaltet, um die erste regenerative Kammer 3B in das Regenerationsstadium zu bringen, und das System des dritten regenerativen Heizelements 1C, das sich bisher im Verbrennungszustand befunden hat, wird in das N₂-Heizstadium zum Zuführen von auf eine Maximaltemperatur erhitztem N₂ zu dem Heizofen umgeschaltet. Durch Wiederholen des obigen Umschaltprozesses in der vorbestimmten Zeitbeziehung nacheinander wird das erhitzte N₂- mit der hohen Temperatur dem Heizofen kontinuierlich zugeführt, während zusätzliches N₂ in dem Heizofen kontinuierlich zurückgewonnen wird.
Ferner werden bei dieser Ausführungsform die oben genannten Steuerventile zum Öffnen und Schließen durch einen nicht dargestellten Prozesscomputer gemäß der in einem Ablaufdiagramm von 3 dargestellten Zeitbeziehung gesteuert, um sicherzustellen, dass das erwärmte N₂- mit hoher Temperatur kontinuierlich dem Heizofen zugeführt wird, dass zusätzliches N₂ im Heizofen kontinuierlich zurückgewonnen wird, und dass Verbrennungsabgase von den Brennereinheiten, insbesondere O-Komponenten in den Verbrennungsabgasen, daran gehindert werden, in den Heizofen einzuströmen und eine nicht-oxidierende Atmosphäre oder eine reduzierende Atmosphäre im Heizofen zu stören. In dem Ablaufdiagramm stellt ein linker Bereich dar, dass das System des ersten regenerativen Heizelements sich im Verbrennungszustand befindet, das System des zweiten regenerativen Heizelements sich im N₂-Heizzustand befindet, und das System des dritten regenerativen Heizelements 1C sich im N₂-Ansaugzustand befindet. Hierbei sind in dem System des ersten regenerativen Heizelements 1A im Verbrennungszustand das Abgasventil 7A, das Luftventil 10A und das M-Gasventil 6A geöffnet, während das N₂-Einblasventil 8A und das N₂-Rückführventil 9A geschlossen sind. Ferner sind bei dem System des zweiten regenerativen Heizelements 1B im N₂-Heizstadium das Abgasventil 7B, das Luftventil 10B, das M-Gasventil 6B und das N₂-Rückführventil 9B geschlossen, während nur das N₂-Einblasventil 8B geöffnet ist. Ferner sind in dem System des dritten regenerativen Heizelements 1C im N₂-Ansaugstadium das Abgasventil 7C, das Luftventil 10C, das M-Gasventil 6C und das N₂-Einblasventil 8C geschlossen, während das N₂-Rückführventil 9C geschlossen ist. Es ist anzumerken, dass einschließlich der obigen Öffnungszustände die Öffnungsgrade von oder Strömungsraten durch die verschiedenen Steuerventile bei später beschriebenen Öffnungszuständen vorher eingestellt werden. Dieser Punkt wird später im Detail beschrieben.
Zum Umschalten des Systems des ersten regenerativen Heizelements 1A, des Systems des zweiten regenerativen Heizelements 1B und des Systems des dritten regenerativen Heizelements 1C aus den obigen Stadien in das N₂-Heizstadium, das N₂-Ansaugstadium bzw. das Verbrennungsstadium wird das M-Gasventil 6A des Systems des ersten regenerativen Heizelements 1A, das sich bisher im Verbrennungszustand befand, geschlossen, und nachdem das M-Gasventil 6A vollständig geschlossen worden ist, wird das ebenfalls dem System des ersten regenerativen Heizelements 1A zugehörige Luftventil 10A geschlossen. Dementsprechend wird die Verbrennung zunächst beendet, und anschließend wird nur das Verbrennungsgas fortgesetzt aus der Brennereinheit 2A ausgestoßen, um das M-Gas, das bisher nicht verbrannt worden ist, aus dem ersten regenerativen Heizelement 1A auszutreiben, so dass kein noch nicht verbranntes M-Gas darin verbleibt. Hierbei bleibt, obwohl die Verbrennungsluft weiter aus der Brennereinheit 2A ausgestoßen wird, das Abgasventil 7A des Systems des ersten regenerativen Heizelements 1A offen. Daher wird die Verbrennungsluft direkt über die Abgasleitung ausgestoßen, ohne für die Verbrennung verwendet zu werden, und wird daran gehindert, in den Heizofen einzuströmen. Die nicht-oxidierende Atmosphäre oder die reduzierende Atmosphäre im Heizofen kann so aufrechterhalten werden.
Dann wird, nachdem das Luftventil 10A des Systems des ersten regenerativen Heizelements 1A vollständig geschlossen worden ist, das N₂-Einblasventil 8A des Systems des ersten regenerativen Heizelements 1A geöffnet, und gleichzeitig wird das N₂-Einblasventil 8B des Systems des zweiten regenerativen Heizelements 1B, das sich bisher im N₂-Heizstadium befunden hat, geschlossen. Hierbei nimmt eine Rate, mit der die Menge an von dem sich öffnenden N₂-Einlabsventil 8A des Systems des ersten regenerativen Heizelements 1A ausgestoßenem Gas pro Zeiteinheit zunimmt, d.h. eine zunehmende N₂-Einblasgeschwindigkeit, sowie eine Rate, mit der die Menge von aus dem sich schließenden N₂-Einblasventil 8B des Systems des zweiten regenerativen Heizelements 1B ausgestoßenem Gas pro Zeiteinheit abnimmt, d.h. eine abnehmende N₂-Einblasgeschwindigkeit, so eingestellt, dass beide Raten oder Geschwindigkeiten im Absolutbetrag einander gleich sind, sich aber in der Richtung voneinander unterscheiden. Dementsprechend kann durch Starten der Öffnung des N₂-Einblasventils 8A des Systems des ersten regenerativen Heizelements 1A und des Schließens des N₂-Einblasventils 8B des Systems des zweiten regenerativen Heizelements 1B zur gleichen Zeit die Strömungsrate des erhitzten, in den Heizofen eingeleiteten N₂ immer konstant gehalten werden, auch bei dem obigen Umschaltprozess.
Nachdem das N₂-Einblasventil 8A des Systems des ersten regenerativen Heizelements 1A vollständig geöffnet worden ist und gleichzeitig das N₂-Einblasventil 8B des Systems des zweiten regenerativen Heizelements 1B vollständig geschlossen worden ist, wird das Abgasventil 7A des Systems des ersten regenerativen Heizelements 1A geschlossen. Gleichzeitig wird das Abgasventil 7C des Systems des dritten regenerativen Heizelements 1C, das sich bisher im N₂-Ansaugstadium befand, geöffnet, und entsprechend wird das N₂-Rückführventil 9B des Systems des zweiten regenerativen Heizelements 1B geöffnet. Ferner wird gleichzeitig das N₂-Rückführventil 9C des Systems des dritten regenerativen Heizelements 1C, das sich bisher in dem N₂-Ansaugstadium befand, geschlossen. Bei dem obigen Schaltvorgang wird eine Rate, mit der die Menge an durch das sich schließende Abgasventil 7A des Systems des ersten regenerativen Heizelements 1A ausgestoßenem Gas pro Zeiteinheit abnimmt, d.h. eine abnehmende Abgasgeschwindigkeit, und eine Rate, mit der die Menge an durch das sich öffnende Abgasventil 7C des Systems des dritten regenerativen Heizelements 1C ausgestoßenem Gas pro Zeiteinheit zunimmt, d.h. eine zunehmende Abgasgeschwindigkeit, derart eingestellt, dass beide Geschwindigkeitsraten einander im Absolutbetrag gleich sind, sich aber in der Richtung voneinander unterscheiden. Demgemäss kann durch Starten des Schließvorgangs des Abgasventils 7A des Systems des ersten regenerativen Heizelements 1A und des Öffnens des Abgasventils 7C des Systems des dritten regenerativen Heizelements 1C zur gleichen Zeit die Gesamtströmungsrate des Abgases immer konstant gehalten werden, auch bei dem obigen Umschaltprozess. Ferner werden eine Rate, mit der die Menge an durch das sich öffnende N₂-Rückführventil 9B des Systems des zweiten regenerativen Heizelements 1B zurückgeführten N₂ pro Zeiteinheit zunimmt, d.h. eine zunehmende N₂-Rückführgeschwindigkeit, sowie eine Rate, mit der die Menge an durch das sich schließende N₂-Rückführventil 9C des Systems des dritten regenerativen Heizelements 1C zurückgewonnenen N₂ pro Zeiteinheit abnimmt, d.h. eine abnehmende N₂-Rückführgeschwindigkeit, derart eingestellt, dass beide Geschwindigkeitsraten einander im Absolutbetrag gleich sind, sich aber in der Richtung voneinander unterscheiden. Demgemäss kann durch Starten des Öffnungsvorgangs des N₂-Rückführventils 9B des Systems des zweiten regenerativen Heizelements 1B und durch Schließen des N₂-Rückführventils 9C des Systems des dritten regenerativen Heizelements 1C zur gleichen Zeit die Strömungsrate des zurückgeführten N₂ immer konstant gehalten werden, auch bei dem obigen Umschaltprozess.
Nachdem das Abgasventil 7A des Systems des ersten regenerativen Heizelements 1A vollständig geschlossen worden ist, das Abgasventil 7C des Systems des dritten regenerativen Heizelements 1C vollständig geöffnet worden ist, das N₂-Rückführventil 9B des Systems des zweiten regenerativen Heizelements 1B vollständig geöffnet worden ist und das N₂-Rückführventil 9C des dritten regenerativen Heizelements 1C vollständig geschlossen worden ist, wird das Luftventil 10C des Systems des dritten regenerativen Heizelements 1C geöffnet. Nachdem das Luftventil 10C vollständig geöffnet worden ist, wird auch das zu dem System des dritten regenerativen Heizelements 1C gehörige M-Gasventil 6C geöffnet, und gleichzeitig wird die Brennereinheit 2C des Systems des dritten regenerativen Heizelements 1C mittels eines Pilotbrenners oder dgl. (nicht dargestellt) gezündet.
Da sich hierbei das Abgasventil 7C des Systems des dritten regenerativen Heizelements 1C bereits in dem offenen Zustand befindet, wird von der Brennereinheit 2C bei Öffnen des Luftventils 10C des Systems des dritten regenerativen Heizelements 1C ausgestoßene Luft direkt ausgestoßen, ohne in den Heizofen zu strömen. Da ferner auch die Brennereinheit 2C gleichzeitig mit dem Öffnen des M-Gasventils 6C des Systems des dritten regenerativen Heizelements 1C gezündet wird, besteht keine Möglichkeit, dass das noch nicht verbrannte M-Gas verbleibt, sondern es wird nach außen abgeführt.
Bei dem obigen Prozess beginnt zu dem Zeitpunkt, zu dem das N₂-Einblasventil 8A des Systems des ersten regenerativen Heizelements 1A in den vollständig geöffneten Zustand gebracht wird, erhitztes N₂ stetig in den Heizofen von dem System des ersten regenerativen Heizelements 1A geblasen zu werden. Ferner beginnt zu der Zeit, zu der das N₂-Rückführventil 9B des Systems des zweiten regenerativen Heizelements 1B in einen vollständig geöffneten Zustand gebracht wird, zusätzliches N₂ stetig angesaugt und durch den Heizofen über das System des zweiten regenerativen Heizelements 1B zurückgeführt zu werden. Anschließend wird das Abgasventil 7A des Systems des ersten regenerativen Heizelements 1A geschlossen, und das Abgasventil 7C, das Luftventil 10C und das M-Gasventil 6C des Systems des dritten regenerativen Heizelements 1C werden geöffnet und geschlossen. Somit wird bei dem System des dritten regenerativen Heizelements 1C die Brennereinheit 2C erst dann in einen dauerhaften Verbrennungszustand gebracht, nachdem das M-Gasventil 6C vollständig geöffnet worden ist. Der Zeitraum von dem Zeitpunkt, zu dem das M-Gasventil 6A des Systems des ersten regenerativen Heizelements 1A seinen Schließvorgang startet, zu dem Zeitpunkt, zu dem das M-Gasventil 6C des Systems des dritten regenerativen Heizelements 6C seinen Öffnungsvorgang abschließt, wird daher als Schaltzeit bezeichnet.
In diesem Zustand führt das System des ersten regenerativen Heizelements 1A den Heizvorgang und die Zufuhr von N₂ aus, das System des zweiten regenerativen Heizelements 1B sammelt Wärme in der zweiten regenerativen Kammer 4B an, während es N₂ ansaugt und zurückführt, und das System des dritten regenerativen Heizelements 1C führt die Verbrennung der Brennereinheit 2C durch und sammelt Wärme in der ersten regenerativen Kammer 3C an. Dann wird auf ähnliche Weise wie bei der obigen Beschreibung, wenn die Temperatur von von dem Heizofen aus dem ersten regenerativen Heizelement 1A zugeführtem N₂ auf den unteren Grenzwert sinkt, oder wenn die Temperatur in der ersten regenerativen Kammer 3C des dritten regenerativen Heizelements 1C im Verbrennungszustand bis zum oberen Grenzwert ansteigt, das M-Gasventil 6C des dritten regenerativen Heizelements 1C, das sich bisher im Verbrennungszustand befand, geschlossen, und nachdem es vollständig geschlossen worden ist, wird das ebenfalls dem System des dritten regenerativen Heizelements 1C zugehörige Luftventil 10C geschlossen, so dass vermieden wird, dass das noch nicht verbrannte M-Gas dort verbleibt. Hierbei wird die Verbrennungsluft direkt zu der Abgasleitung abgeführt, um die nicht oxidierende Atmosphäre oder eine reduzierende Atmosphäre im Heizofen zu halten.
Anschließend wird, nachdem das Luftventil 10c des Systems des dritten regenerativen Heizelements 1C vollständig geschlossen worden ist, das ebenfalls dem System des dritten regenerativen Heizelements 1C zugehörige N₂-Einblasventil 8C geöffnet, und gleichzeitig wird das N₂-Einblasventil 8A des Systems des ersten regenerativen Heizelements 1A, das sich bisher in dem N₂-Heizzustand befand, geschlossen. Auch in diesem Fall wird eine Geschwindigkeit, mit der die Menge an von dem sich öffnenden N₂-Einblasventil 8C des Systems des dritten regenerativen Heizelements 1C eingeblasenem N₂ zunimmt, und eine Geschwindigkeit, mit der die Menge an von dem sich schließenden N₂-Einblasventil 8A des Systems des ersten regenerativen Heizelements 1A eingeblasenem N₂ abnimmt, derart eingestellt, dass beide Geschwindigkeiten im Absolutbetrag einander gleich sind, sich in der Richtung aber voneinander unterscheiden. Demgemäss kann durch Starten des Öffnungsvorgangs des N₂-Einblasventils 8C des Systems des dritten regenerativen Heizelements 1C und Schließen des N₂-Einblasventils 8A des Systems des ersten regenerativen Heizelements 1A zur gleichen Zeit die Strömungsrate des in den Heizofen eingeblasenen erhitzten N₂ während des obigen Schaltprozesses immer konstant gehalten werden.
Nachdem das N₂-Einblasventil 8C des Systems des dritten regenerativen Heizelements 1C vollständig geöffnet worden ist und gleichzeitig das N₂-Einblasventil 8A des Systems des ersten regenerativen Heizelements 1A vollständig geschlossen worden ist, wird das Abgasventil 7C des Systems des dritten regenerativen Heizelements 1C geschlossen und gleichzeitig das Abgasventil 7B des Systems des zweiten regenerativen Heizelements 1B, das sich bisher im N₂-Ansaugzustand befand, geöffnet. Dementsprechend wird das N₂-Rückführventil 9A des Systems des ersten regenerativen Heizelements 1A geöffnet und gleichzeitig das N₂-Rückführventil 9B des Systems des zweiten regenerativen Heizelements 1B geschlossen. Ferner werden hierbei eine Geschwindigkeit, mit der die Menge an durch das sich schließende Abgasventil 7C des Systems des dritten regenerativen Heizelements 1C ausgestoßenem Gas abnimmt, und eine Geschwindigkeit, mit der die Menge an durch das sich öffnende Abgasventil 7B des Systems des zweiten regenerativen Heizelements 1B ausgestoßenem Gas zunimmt, so eingestellt, dass beide Geschwindigkeiten im Absolutbetrag einander gleich sind. Dann wird der Schließvorgang des Abgasventils 7C des Systems des dritten regenerativen Heizelements 1C und der Öffnungsvorgang des Abgasventils 7B des Systems des zweiten regenerativen Heizelements 1B gleichzeitig gestartet. Infolgedessen kann die Gesamtströmungsrate des Abgases während des obigen Schaltprozesses immer konstant gehalten werden. Ferner werden eine Geschwindigkeit, mit der die Menge an durch das sich öffnende N₂-Rückführventil 9A des Systems des ersten regenerativen Heizelements 1A zurückgewonnenem N₂ zunimmt, und eine Geschwindigkeit, mit der die Menge an durch das sich schließende N₂-Rückführventil 9B des Systems des regenerativen Heizelements 1B zurückgewonnenem N₂ zunimmt, so eingestellt, dass beide Geschwindigkeiten einander im Absolutbetrag gleich sind. Dann wird gleichzeitig der Öffnungsvorgang des N₂-Rückführventils 9A des Systems des ersten regenerativen Heizelements 1A und der Schließvorgang des N₂-Rückführventils 9B des Systems des zweiten regenerativen Heizelements 1B gestartet. Infolgedessen kann die Strömungsrate von während des obigen Schaltprozesses zurückgewonnenem N₂ immer konstant gehalten werden.
Als nächstes wird nun, nachdem das Abgasventil 7C des Systems des dritten regenerativen Heizelements 1C vollständig geschlossen worden ist, das Abgasventil 7B des Systems des zweiten regenerativen Heizelements 1B vollständig geöffnet worden ist, das N₂-Rückführventil 9A des Systems des ersten regenerativen Heizelements 1A vollständig geöffnet worden ist und das N₂-Rückführventil 9B des Systems des zweiten regenerativen Heizelements 1B vollständig geschlossen worden ist, das Luftventil 10B des Systems des zweiten regenerativen Heizelements 1B geöffnet. Nachdem das Luftventil 10B vollständig geöffnet worden ist, wird auch das zu dem System des zweiten regenerativen Heizelements 1B gehörige M-Gasventil 6B geöffnet und gleichzeitig die Brennereinheit 2B des Systems des dritten regenerativen Heizelements 1B mittels eines Pilotbrenners oder dgl. (nicht dargestellt) gezündet, wie im obigen Fall. Da hierbei das Abgasventil 7B des Systems des zweiten regenerativen Heizelements 1B sich bereits im offenen Zustand befindet, wird von der Brennereinheit 2B über das Luftventil 10B des Systems des zweiten regenerativen Heizelements 1B ausgestoßene Luft direkt ausgestoßen. Da die Brennereinheit 2B gleichzeitig mit der Öffnung des M-Gasventils 6B des Systems des dritten regenerativen Heizelements 1B gezündet wird, besteht keine Möglichkeit, dass das noch nicht verbrannte M-Gas verbleibt, sondern es wird nach außen abgegeben.
In diesem Zustand sammelt das System des ersten regenerativen Heizelements 1A Wärme in der zweiten regenerativen Kammer 4A an, während es N₂- ansaugt und zurückführt, das System des zweiten regenerativen Heizelements 1B führt die Verbrennung der Brennereinheit 2B durch und sammelt Wärme in der ersten regenerativen Kammer 3B an, und das System der dritten regenerativen Heizelements 1C führt eine Erwärmung und Zufuhr von N₂ durch. Dann wird auf ähnliche Weise wie bei der obigen Beschreibung, wenn die Temperatur von von dem Heizofen aus dem dritten regenerativen Heizelement 1C zugeführtem N₂ auf den unteren Grenzwert sinkt oder wenn die Temperatur in der ersten regenerativen Kammer 3B des zweiten regenerativen Heizelements 1B im Verbrennungszustand bis zum oberen Grenzwert ansteigt, das M-Gasventil 6B des zweiten regenerativen Heizelements 1B, das sich bisher im Verbrennungszustand befand, geschlossen, und nachdem es vollständig geschlossen worden ist, wird das ebenfalls zu dem System des zweiten regenerativen Heizelements 1B gehörige Luftventil 10B geschlossen, so dass verhindert wird, dass das noch nicht verbrannte M-Gas dort verbleibt, und die Verbrennungsluft wird direkt in die Abgasleitung ausgestoßen, um die nicht oxidierende Atmosphäre oder eine reduzierende Atmosphäre in dem Heizofen zu halten, wie beim obigen Fall.
Nachdem das Luftventil 10B des Systems des zweiten regenerativen Heizelements 1B vollständig geschlossen worden ist, wird daraufhin das ebenfalls zu dem System des zweiten regenerativen Heizelements 1B gehörige N₂-Einblasventil 8B geöffnet, und gleichzeitig wird das N₂-Einblasventil 8C des Systems des dritten regenerativen Heizelements 1C, das sich bisher in dem N₂-Heizzustand befand, geschlossen. Auch in diesem Fall werden eine Geschwindigkeit, mit der die Menge an von dem sich öffnenden N₂-Einblasventil 8B des Systems des zweiten regenerativen Heizelements 1B ausgestoßenem N₂ zunimmt, und eine Geschwindigkeit, mit der die Menge an von dem sich schließenden N₂-Einblasventil 8C des Systems des dritten regenerativen Heizelements 1C ausgestoßenem N₂ abnimmt, derart eingestellt, dass beide Geschwindigkeiten einander im Absolutwert gleich sind, sich aber in der Richtung voneinander unterscheiden. Demgemäss kann durch Starten des Öffnungsvorgangs des N₂-Einblasventils 8B des Systems des zweiten regenerativen Heizelements 1B und Schließen des N₂-Einblasventils 8C des Systems des dritten regenerativen Heizelements 1C zur gleichen Zeit die Strömungsrate des erhitzten, während des obigen Schaltprozesses in den Heizofen eingeblasenen N₂ immer konstant gehalten werden.
Nachdem das N₂-Einblasventil 8B des Systems des zweiten regenerativen Heizelements 1B vollständig geschlossen worden ist und gleichzeitig das N₂-Einblasventil 8C des Systems des dritten regenerativen Heizelements 1C vollständig geschlossen worden ist, wird das Abgasventil 7B des Systems des zweiten regenerativen Heizelements 1B geschlossen. Gleichzeitig wird das Abgasventil 7A des Systems des ersten regenerativen Heizelements 1A, das sich bisher im N₂-Ansaugstadium befand, geöffnet. Dementsprechend wird das N₂-Rückführventil 9C des Systems des dritten regenerativen Heizelements 1C geöffnet und gleichzeitig das N₂-Rückführventil 9A des Systems des ersten regenerativen Heizelements 1A geschlossen. Ebenfalls zu diesem Zeitpunkt werden eine Geschwindigkeit, mit der die durch das sich schließende Abgasventil 7B des Systems des zweiten regenerativen Heizelements 1B ausgestoßene Gasmenge abnimmt, und eine Geschwindigkeit, mit der die durch das geöffnete Abgasventil 7A des Systems des ersten regenerativen Heizelements 1A pro Zeiteinheit ausgestoßene Gasmenge zunimmt, derart eingestellt, dass sich beide Geschwindigkeiten im Absolutbetrag gleich sind. Dann wird der Vorgang des Schließens des Abgasventils 7B des Systems des zweiten regenerativen Heizelements 1B und der Vorgang des Öffnens des Abgasventils 7A des Systems des ersten regenerativen Heizelements 1A gleichzeitig gestartet. Infolgedessen kann die Gesamtströmungsrate des Abgases während des obigen Umschaltprozesses immer konstant gehalten werden. Ferner wird eine Geschwindigkeit, mit der die Menge an durch das sich öffnende N₂-Rückführventil 9B des Systems des zweiten regenerativen Heizelements 1B zurückgewonnenem N₂ zunimmt, und eine Geschwindigkeit, mit der die Menge an durch das sich schließende N₂-Rückführventil 9A des Systems des ersten regenerativen Heizelements 1A zurückgewonnenem N₂ zunimmt, so eingestellt, dass sich beide Geschwindigkeiten im Absolutbetrag gleich sind. Dann wird der Vorgang des Öffnens des N₂-Rückführventils 9B des Systems des zweiten regenerativen Heizelements 1B und der Vorgang des Schließens des N₂-Rückführventils 9A des Systems des ersten regenerativen Heizelements 1A gleichzeitig gestartet. Infolgedessen kann die Strömungsrate von während des obigen Umschaltprozesses zurückgewonnenem N₂ immer konstant gehalten werden.
Als nächstes wird nun, nachdem das Abgasventil 7B des Systems des zweiten regenerativen Heizelements 1B vollständig geschlossen worden ist, das Abgasventil 7A des Systems des ersten regenerativen Heizelements 1A vollständig geöffnet worden ist, das N₂-Rückführventil 9C des Systems des dritten regenerativen Heizelements 1C vollständig geöffnet worden ist, und das N₂-Rückführventil 9A des ersten regenerativen Heizelements 1A vollständig geschlossen worden ist, das Luftventil 10A des Systems des ersten regenerativen Heizelements 1A geöffnet. Nachdem das Luftventil 10A vollständig geöffnet worden ist, wird auch das dem System des ersten regenerativen Heizelements 1A zugehörige M-Gasventil 6A geöffnet und gleichzeitig die Brennereinheit 2A des Systems des ersten regenerativen Heizelements 1A mittels eines nicht dargestellten Pilotbrenners oder dgl. gezündet, wie im obigen Fall. Da hierbei das Abgasventil 7A des Systems des ersten regenerativen Heizelements 1A sich bereits im Öffnungszustand befindet, wird von der Brennereinheit 2A über das Luftventil 10A des Systems des ersten regenerativen Heizelements 1A ausgestoßene Luft direkt ausgestoßen. Da ferner die Brennereinheit 2A gleichzeitig mit dem Öffnen des M-Gasventils 6A des Systems des zweiten regenerativen Heizelements 1A gezündet wird, besteht keine Möglichkeit, dass das noch nicht verbrannte M-Gas verbleibt, sondern es wird nach außen abgegeben.
In diesem Zustand führt das System des ersten regenerativen Heizelements 1A die Verbrennung der Brennereinheit 2A durch und sammelt Wärme in der ersten regenerativen Kammer 3A an, das System des zweiten regenerativen Heizelements 1B führt eine Erwärmung und Zufuhr von N₂ durch, und das System des vierten regenerativen Heizelements 1C sammelt Wärme in der zweiten regenerativen Kammer 4C an, während es N₂ ansaugt und zurückgewinnt. Somit koinzidiert dieser Zustand im wesentlichen mit dem im linken Bereich von 3 gezeigten Zustand. Falls die gleichen Schaltbedingungen wie die oben erwähnten herrschen, werden demgemäss die vorangehenden Schaltprozeduren sukzessive wiederholt. Bei jedem der drei Systeme regenerativer Heizelemente 1A – 1C werden daher das Verbrennungsstadium, das N₂-Heiz- und -Zuführstadium und das N₂-Ansaug- und -Rückgewinnungsstadium der Reihe nach wiederholt.
Es ist anzumerken, dass bei dieser Vorrichtung ein Inertgas wie z.B. Ar, H₂, etc. statt N₂ enthaltendes reduzierendes Gas als das atmosphärische Gas verwendet werden kann.
Die Arbeitsweise des regenerativen Heizverfahrens für atmosphärisches Gas und der Vorrichtung dieser Ausführungsform wird nachstehend beschrieben.
Wie vorher erwähnt wurde, wurde bisher eine Technik vorgeschlagen, bei der zwei Einheiten regenerativer Heizelemente im Paar angewandt werden und jeweils alternierend zwischen einem Verbrennungszustand und einem Zustand des Aufheizens und Zuführens eines atmosphärischen Gases (N₂ in diesem Fall) umgeschaltet werden, um das atmosphärische Gas kontinuierlich zu erwärmen, so dass ein zu beheizender Gegenstand mittels Wärmeübertragung durch Konvektion des atmosphärischen Gases erwärmt wird. Bei dieser Technik muss jedoch das atmosphärische Gas direkt beispielsweise von einem Heizofen oder dgl., der sich in einem mit dem atmosphärischen Gas gefüllten Zustand befindet, nach außen abgegeben werden, oder es muss durch das regenerative Heizelement, das sich im Verbrennungszustand befindet, ausgestoßen werden. Wenn insbesondere der Wärmewirkungsgrad berücksichtigt wird, ist leicht zu ersehen, dass es vorteilhafter ist, dass das zusätzliche atmosphärische Gas von dem regenerativen Heizelement im Verbrennungszustand zu dessen regenerativer Kammer geleitet wird, wodurch die entwickelte Wärme des atmosphärischen Gases in der regenerativen Kammer angesammelt wird, und das eingeleitete atmosphärische Gas verwendet wird, wenn ein nachfolgendes atmosphärisches Gas erwärmt wird. Das Ansaugen des atmosphärischen Gases in die regenerative Kammer über das regenerative Heizelemente im Verbrennungszustand bedeutet aber, dass das Verbrennungsabgas gleichzeitig ebenfalls mit eingesaugt wird. Daher kann, wenn es erforderlich ist, einen nicht oxidierenden atmosphärischen Zustand oder einen reduzierenden atmosphärischen Zustand wie beim Heizofen dieser Ausführungsform zu halten, das durch die regenerative Kammer 4B angesaugte und eine O-Komponente enthaltende atmosphärische Gas nicht wieder direkt so, wie es ist, verwendet werden. Es wäre theoretisch vorstellbar, das atmosphärische Gas, welches das Verbrennungsabgas enthält, nochmals in eine Verbrennungs-Abgaskomponente und eine Komponente atmosphärischen Gases aufzuteilen, oder nur die Komponente atmosphärischen Gases hieraus zu extrahieren. Ein solcher Vorgang erfordert jedoch wesentlich höhere Kosten, beinhaltet verschwenderische Prozeduren und ist schwierig zu realisieren.
Andererseits werden bei dieser Ausführungsform drei Einheiten regenerativer Heizelemente angewandt und der N₂-Ansaugzustand (Rückführzustand atmosphärischen Gases) wird zusätzlich zum Verbrennungszustand und dem N₂-Heizzustand (Zuführzustand atmosphärischen Gases) eingestellt, die nach obiger Beschreibung üblich sind. Durch Ablassen nur des Verbrennungsabgases aus dem regenerativen Heizelement zumindest im Verbrennungszustand kann daher das dem Heizofen zugeführte atmosphärische Gas von einem regenerativen Heizelement im Heizzustand zu 100% oder etwa 100% theoretisch von einem anderen regenerativen Heizelement im Ansaugzustand zurückgewonnen werden. Wegen der Schwierigkeit, die Menge an atmosphärischem Gas, die aus dem Heizofen ausgetragen wird, in der Praxis auf "0" zu bringen, wird daran gedacht, dass zumindest das atmosphärische Gas außer der ausgetragenen Menge zurückgewonnen werden kann. Das bemerkenswerteste Merkmal dieser Ausführungsform besteht darin, dass beide Funktionen der Wärmerückgewinnung und der Rückgewinnung atmosphärischen Gases gleichzeitig durch Bereitstellen des Ansaugzustandes (des Rückgewinnungsschutz atmosphärischen Gases) addiert werden können. Die erstere Funktion erhöht den Wärmewirkungsgrad und die letztere Funktion ermöglicht die Wiederverwendung des atmosphärischen Gases, wodurch eine bemerkenswerte Kostensenkung hinsichtlich des atmosphärischen Gases ermöglicht wird.
Genauer gesagt ist bezüglich der obigen ersteren Funktion diese Ausführungsform so arrangiert, dass separate regenerative Kammern, d.h. die zweiten regenerativen Kammern 4A – 4C in jeweiligen Leitungen zum Ansaugen (Zurückführen des atmosphärischen Gases (N₂) angeordnet sind, und die Verbrennungsluft in die zweiten regenerativen Kammern 4A – 4C eingeleitet wird, in denen Wärme angesammelt worden ist. Mit anderen Worten wirken die zweiten regenerativen Kammern 4A – 4C jeweils als Vorheizer für die Verbrennungsluft. Demgemäss wird die Verbrennungsluft auf eine Temperatur nahe der atmosphärischen Temperatur im voraus vorgewärmt, und das regenerative Heizelement kann schnell in den Verbrennungszustand umschalten. Damit kann die nach dem Umschalten in den Verbrennungszustand erzielte Heiztemperatur von einer relativ hohen Temperatur aus gestartet werden, was es ermöglicht, dass die Verbrennungstemperatur schneller ansteigt. Infolgedessen kann der Wärmewirkungsgrad erheblich verbessert werden und das Umschalten von dem Ansaugstadium (Rückgewinnungsstadium) atmosphärischen Gases zum Verbrennungszustand kann in einer reibungsloseren kontinuierlichen Weise stattfinden.
Bezüglich der obigen letzteren Funktion ist es auch in dem Fall erforderlich, bei dem das Innere des Heizofens in einem nicht oxidierenden atmosphärischen Zustand gehalten werden muss, wie beispielsweise in dieser Ausführungsform, da das zusätzliche atmosphärische Gas insgesamt zurückgewonnen werden kann, das atmosphärische Gas gerade in einer derjenigen Menge entsprechenden Menge zurückzuführen, die aus dem Heizofen entnommen wird oder die in die freie Atmosphäre entweicht, wie oben erwähnt wurde. Infolgedessen können nicht nur die Kosten reduziert werden, sondern es können auch Restriktionen hinsichtlich der Ausrüstung vom Gesichtspunkt einer Fähigkeit der Zufuhr des atmosphärischen Gases eliminiert werden, was es ermöglicht, dass die vorliegende Erfindung auf groß dimensionierte Heizöfen angewandt werden kann, wie sie insbesondere in der Stahlindustrie eingesetzt werden. Ferner kann durch Zurückgewinnen des angesaugten atmosphärischen Gases (N₂) in den gemeinsamen N₂-Behälter 16 und durch Wiederverwenden des zurückgewonnenen N₂-Gases aus dem Tank 16, wie bei dieser Ausführungsform, die vorliegende Erfindung wirksam in die Praxis umgesetzt werden, insbesondere an einem Ort, an dem es schwierig ist, das atmosphärische Gas zu erzeugen oder zu erhalten. Außerdem können bei dieser Ausführungsform auch dann, wenn das Verbrennungsabgas und eine O-Komponente in der freien Atmosphäre unter das zurückgewonnene atmosphärische Gas N₂ gemischt werden, diese wirksam durch die O₂-Entfernungsvorrichtung 19 entfernt werden, die in der Zirkulationsleitung angeordnet ist, welche mit dem in der N₂-Zuführleitung angeordneten Gebläse 18 und der O₂-Entfernungsvorrichtung 17 versehen ist. Infolgedessen können 100% oder etwa 100% des zurückgewonnenen atmosphärischen Gases N₂ wiederverwendet werden.
Im folgenden wird eine Auswertung des Wärmewirkungsgrads dieser Ausführungsform mittels praktischer numerischer Werte erläutert. Es wird wieder auf 1 eingegangen, in der die Zeichnung die Situation darstellt, bei der das erste regenerative Heizelement 1A sich im Verbrennungszustand befindet, das zweite regenerative Heizelement 1B sich im N₂-Heizustand befindet und das dritte regenerative Heizelement 1C sich im N₂-Ansaugzustand befindet.
In 1 ist ein Satz von drei regenerativen Heizelementen zum leichteren Verständnis eines Beispiels, bei dem ein solcher Satz dreier regenerativer Heizelemente mehrfach angewandt wird, schematisch dargestellt.
Zunächst wird die Strömungsrate von aus dem ersten regenerativen Heizelemente 1A im Verbrennungszustand ausgestoßenem Gas gleich oder geringfügig größer eingestellt als die Strömungsrate des Verbrennungsabgases von dem M-Gas und die Verbrennungsluft, die beide dem ersten regenerativen Heizelement 1A zugeführt werden, so dass das Verbrennungsabgas sicher ausgestoßen wird und an einem Einströmen in den Heizofen gehindert wird. Dann wird die Strömungsrate von aus dem Heizofen ausgestoßenem N₂ zum Austreiben des Verbrennungsgases aus dem ersten regenerativen Heizelement 1A auf 1200 Nm³/Hr oder einen Minimalwert eingestellt, der vom Betriebsstandpunkt aus so klein wie möglich ist. Ferner beträgt die Wärmemenge des dem ersten regenerativen Heizelement 1A pro Zeiteinheit zugeführten M-Gases 31240 Mcal/Hr, und die Temperatur des ausgestoßenen Verbrennungsabgases, wenn die Verbrennungsluft von 30°C dem ersten regenerativen Heizelement 1A zugeführt wird, beträgt etwa 140°C.
Andererseits beträgt, ausgehend davon, dass der gesamte Oberflächenbereich eines Ofenkörpers 1000 m² beträgt, die Temperaturdifferenz 50°C, und die spezifische Wärme des Ofenkörpers pro Flächeneinheit beträgt 25 Kcal/m²Hr°C, wobei die von dem Körper des Heizofens selbst pro Zeiteinheit abgestrahlte Wärme durch die Ofen-Strahlungswärme = 1000 × 50 × 25 = 1250 Mcal/Hr gegeben ist. Ferner beträgt die Strömungsrate von aus dem Ofenkörper selbst pro Zeiteinheit ausgestoßenem N₂ 1500 Nm³/Hr, und die Wärmemenge des ausgestoßenen N₂ pro Zeiteinheit beträgt 430 Mcal/Hr.
Bei dem zweiten regenerativen Heizelement 1B unter dem N₂-Heizzustand, wenn N₂ von 30°C mit einer Strömungsrate von 74500 Nm²/Hr pro Zeiteinheit geliefert wird, kann das N₂ auf 1600°C erhitzt werden. Die Wärmemenge des erhitzten N₂ beträgt 41790 Mcal/Hr.
Basierend auf den obigen praktischen Werten kann das dritte regenerative Heizelement 1C in dem N₂-Ansaugzustand 71800 Nm³/Hr von N₂ ansaugen und zurückgewinnen, außer der N₂-Strömungsrate von 1500 Nm³/Hr, die vom Ofen selbst ausgestoßen wird, und der N₂-Strömungsrate von 1200 Nm³/Hr, die von dem regenerativen Heizelement 1A ausgestoßen wird, d.h. ein Gesamtbetrag von 2700 Nm³/Hr. Da die entwickelte Hitze des angesaugten N₂ eine Temperatur von 900°C liefert, beträgt die Wärmemenge des angesaugten N₂ 21390 Mcal/Hr. die entwickelte Hitze des angesaugten N₂ wird in der zweiten regenerativen Kammer 4C angesammelt, und folglich liefert die entwickelte Hitze des zurückgewonnenen N₂ eine Temperatur von 140°C.
Dann führt die N₂-Zuführquelle eine N₂-Menge zu dem N₂-Behälter 16 zurück, die derjenigen Menge entspricht, die von dem Heizofen selbst und dem regenerativen Heizelement 1A ausgestoßen wird, d.h. die N₂-Strömungsrate von 2700 Nm³/Hr.
Wie aus dem obigen hervorgeht, ist der Wärmewirkungsgrad des Heizofens dieser Ausführungsform durch den Wärmewirkungsgrad = (41790 – 21390 – 1250 – 430)/31240 × 100 = 60% gegeben, was eine bemerkenswerte Verbesserung im Vergleich mit dem Wärmewirkungsgrad von herkömmlichen atmosphärischen Heizöfen darstellt, die maximal etwa 50% beträgt. Außerdem wird N₂ mit der N₂-Strömungsrate von 2700 Nm³/Hr entsprechend wieder zugeführt, die sowohl vom Heizvorgang selbst als auch vom regenerativen Heizelement 1A ausgestoßen wird. Obwohl die N₂-Strömungsrate von 2700 Nm³/Hr an sich kein kleiner Wert ist, ist erkennbar, dass die Strömungsrate von wieder zurückzuführendem N₂ ausreichend klein in Anbetracht dessen ist, dass die dem Heizofen zugeführte Strömungsrate von N₂ 74500 Nm³/Hr beträgt, und die vom Heizofen zurückgewonnene Strömungsrate von N₂ 71800 Nm³/Hr beträgt. Dementsprechend kann die vorliegende Erfindung relativ einfach auch bei der Situation realisiert werden, die erfordert, dass N₂ mit hoher Strömungsrate wie bei Heizöfen für Stahlmaterialien zugeführt wird, und ist insbesondere auch an einem Ort gut einsetzbar, an dem es schwierig ist, das atmosphärische Gas zu erzeugen oder zu erhalten. Es versteht sich von selbst, dass die Kosten durch Verbesserung des Wirkungsgrads der Wiederverwendung des atmosphärischen Gases weiter reduziert werden können.
Außerdem kann durch Praktizieren der oben erläuterten Prozeduren in kombinierter Art und Weise das Einströmen des Verbrennungsabgases und das Ansaugen der atmosphärischen Luft in den Heizofen gemindert oder verhindert werden, so dass der nicht-oxidierende atmosphärische Zustand im Heizofen beibehalten werden kann. Es ist aber auch möglich, die Oxidation noch stärker zu mindern oder sogar ein Oxid zu reduzieren, indem beispielsweise die einen solchen zu erwärmenden Gegenstand umgebende Atmosphäre, wie sie bei dem oben erläuterten Heizofen verwendet wird, in eine reduzierende Atmosphäre verwandelt wird.
Wenn beispielsweise H₂ als reduzierendes Gas verwendet wird, um eine reduzierende Atmosphäre in dem Heizofen zu schaffen, ergibt sich eine bekannte Oxidations-/Reduktions-Gleichgewichtskurve auf der Basis, dass je nach dem Gehalt von H₂, dem Gehalt von H₂O und der Temperatur sich H₂ mit O-Komponenten von Eisenoxiden, Fe₃O₄ und FeO koppelt, um Eisen zu reduzieren, oder eine O-Komponente von H₂O Eisen oxidiert, um Eisenoxide Fe₃O₄ und FeO zu erzeugen. Daraus erhält man durch Darstellung einer solchen Oxidations-/Reduktions-Gleichgewichtskurve hinsichtlich eines H₂/H₂O-Gehaltverhältnisses eine Oxidations-/Reduktions-Gleichgewichtskurve für Eisen, die von der Temperatur abhängt. Aus dieser Oxidations-/Reduktions-Gleichgewichtskurve kann das H₂/H₂O-Gehaltverhältnis ermittelt werden, das in der Lage ist, Eisen bei einer gewünschten atmosphärischen Temperatur (etwa 1000°C oder darüber in dieser Ausführungsform) zu reduzieren. Gemäß der Oxidations-/Reduktions-Gleichgewichtskurve ist, je höher die atmosphärische Temperatur ist, um so kleiner die Menge an einzuleitendem H₂ bei Verwendung von H₂ als reduzierendes Gas. Es wird somit davon ausgegangen, dass die Verwendung von H₂ vorteilhafter beim Senken des Gehalts des reduzierenden Gases unter den Explosionslimit-Gehalt (Entflammbarkeitslimit) ist, wie später beschrieben wird.
Hierbei beträgt, wie bekannt ist, das Entflammbarkeitslimit von H₂ etwa 4% oder weniger, wenn es in die umgebende Luft leckt. Außer dem Entflammbarkeitslimit wird eine untere H₂-Entflammbarkeitslimitkurve innerhalb dem Entflammbarkeits-Limitbereich einer Strömungsrate VH von zusätzlichem H₂ bei einer Strömungsrate VN von dem Heizofen zugeführtem N₂ bestimmt. Angenommen, die Vertikalachse gibt die Strömungsrate von zugefügtem H₂ an, so stellt daher ein Bereich über der unteren H₂-Entflammbarkeitslimitkurve einen Entflammbarkeitsbereich von H₂-Gas unter der N₂-Atmosphäre dar und führt folglich zu einem Problem vom Sicherheitsstandpunkt her. Andererseits hat sich herausgestellt, dass die Strömungsrate von erforderlichem hinzuzufügendem H₂ extrem klein ist, falls weder das Einströmen des Verbrennungsabgases noch das Ansaugen der Umgebungsluft in den Heizofen mit der Strömungsrate des zugeführten N₂ nach der oben beschriebenen Einstellung erfolgt und eine Reduktion von Eisenoxid wirksam beschleunigt wird. Dementsprechend ist es durch Hinzufügen einer extrem kleinen Menge an H₂ in der Zuführleitung des atmosphärischen Gases, z.B. N₂, möglich, eine reduzierende Atmosphäre in dem Heizofen zu schaffen und eine Reduktion des Eisenoxids je nach Bedarf wirksam zu beschleunigen.
Es ist natürlich auch machbar, Ar als Inertgas und irgendeines der verschiedenen Kohlensäuregase, wie CO oder einen schweren Kohlenwasserstoff, als reduzierendes Gas anzuwenden. Die obige Ausführungsform wurde zwar im Detail nur in Verbindung mit dem Fall der Verwendung von N₂ als Inertgas und H₂ als reduzierendes Gas erläutert, wobei sich eine Überlegenheit aus der Verwendung solcher Gase ergab. Wenn jedoch ein solches auf Kohlenstoff C basierendes reduzierendes Gas verwendet wird, sollte den nachstehenden Punkten hohe Aufmerksamkeit geschenkt werden. Sicherheitsmaßnahmen müssen wegen der Möglichkeit, dass sich der Entflammbarkeitsbereich erweitert, separat in Betracht gezogen werden. Außerdem muss das Lostrennen von festem C, d.h. das Auftreten von Ruß, unterdrückt oder verhindert werden, und eine Strömungsrate des auf Kohlenstoff C basierendem reduzierenden Gases, das hinzufügen ist, muss nach gründlicher Durchführung von Untersuchungen etc. vom thermodynamischen Gesichtspunkt her eingestellt werden, um zu bestimmen, ob die Lostrennung von festem C auftritt oder nicht.
Ferner ist die obige Ausführungsform im Detail nur in Verbindung mit dem Fall des Zuführens von H₂ als reduzierendes Gas zur Zuführleitung von N₂ als atmosphärisches Gas erläutert worden. Da aber die Strömungsrate von H₂, die zur Einleitung erforderlich ist, extrem klein ist, wenn der Sauerstoffgehalt sehr gering ist, wie oben erwähnt wurde, kann H₂ direkt ins Innere des Heizofens eingeleitet werden, ohne bemerkenswert erwärmt zu werden. Es hat sich herausgestellt, dass die direkte Zufuhr von H₂ die Temperatur des Heizofens nicht wesentlich beeinflusst oder zum Sinken bringt.
Außerdem kann, wenn H₂ oder dgl. als reduzierendes Gas hinzugefügt wird, ein höheres Niveau an reduzierendem Zustand einfacher durch Auslöschen des Pilotbrenners des Heizelements, über das das atmosphärische Gas wie N₂ in den Heizofen eingeleitet wird, erhalten werden. Genauer gesagt kommt es in dem Fall des Beheizen eines Gießtiegels gemäß der Ausführungsform, da die Strömungsrate von durch den Pilotbrenner erzeugtem Verbrennungsabgas nicht größer ist als 1% des eingeleiteten N₂ + H₂ (atmosphärisches Gas + reduzierendes Gas) und die Komponente von oxidierendem Gas die z.B. CO₂, H₂O etc. etwa 0,2% beträgt, zu keinem praktischen Problem, auch wenn der Pilotbrenner nicht ausgelöscht wird. Wenn jedoch die Strömungsrate des eingeleiteten N₂ + H₂ (Inertgas + reduzierendes Gas) klein ist, ist das Auslöschen des Pilotbrenners des Vorheizers auf der Seite, auf der N₂ + H₂ eingeleitet werden, wirksam bei der Erzielung eines höheren Niveaus des nicht oxidierenden oder reduzierenden atmosphärischen Zustands.
Zweite Ausführungsform
Eine zweite Ausführungsform, bei der das regenerative Heizverfahren und die Vorrichtung für atmosphärisches Gas der vorliegenden Erfindung als Vorrichtung zum Beibehalten der Temperatur eines Gießtiegels implementiert sind, wird nachstehend mit Bezug auf 4 beschrieben. Wenn sie auf einen Gießtiegel 21 angewandt wird, ist die vorliegende Erfindung auch besonders wirksam im Fall der Schaffung eines nicht-oxidierenden atmosphärischen Zustands, um eine Oxidation von verbleibendem Stahl zu unterdrücken oder zu verhindern, und im Fall der Schaffung einer reduzierenden Atmosphäre ähnlich der oben erwähnten, um die Oxidation des verbleibenden Stahls zu reduzieren.
Die regenerative Heizvorrichtung für atmosphärisches Gas, die bei dieser Ausführungsform zur Beibehaltung der Temperatur des Gießtiegels verwendet wird, ist ähnlich derjenigen, die in der obigen ersten Ausführungsform eingesetzt wurde, und ist durch Umkehrung des Layouts der in 1 gezeigten regenerativen Vorrichtung für atmosphärisches Gas und durch deren Anbringung an einem Deckelabschnitt des Gießtiegels 21 aufgebaut. Daher werden äquivalente Komponenten durch die gleichen Bezugsziffern bezeichnet, und eine detaillierte Erläuterung derselben fällt hier weg. In der Vorrichtung von 4 entspricht ein regeneratives Heizelement am rechten Ende dem ersten regenerativen Heizelement 1A bei der obigen ersten Ausführungsform. Ebenso entspricht ein regeneratives Heizelement in einem zentralen Abschnitt dem zweiten regenerativen Heizelement 1B, und ein regeneratives Heizelement am linken Ende entspricht dem dritten regenerativen Heizelement 1C. Ferner wird der Verbrennungszustand, der N₂-Heizzustand und der N₂-Ansaugzustand jedes Systems der regenerativen Heizelemente 1A – 1C auf die gleiche Weise umgeschaltet, wie in 2 dargestellt ist, und verschiedene zugeordnete Steuerventile werden auf die gleiche Weise umgeschaltet, wie in dem Ablaufdiagramm von 3 dargestellt ist. Obwohl dies nicht gezeigt ist, ist das N₂-Rückführgebläse 12 direkt mit dem N₂-Behälter 16 der N₂-Zuführquelle 15 verbunden, und das N₂-Gebläse 13 ist mit dem N₂-Behälter 16 gleich dem obigen Behälter der N₂-Zuführquelle 15 über die O₂-Entfernungsvorrichtung 17 verbunden.
Die Aufgabe und der Betrieb der Vorrichtung zum Beibehalten der Temperatur des Gießtiegels gemäß dieser Ausführungsform werden nachstehend beschrieben. wie bekannt ist, ist es erforderlich, einen nicht im Einsatz befindlichen Gießtiegel auf einer vorbestimmten Temperatur oder darüber zu halten oder zu erwärmen, um ein Aushärten des verbleibenden Stahls zu verhindern und ein Erhärten von Stahlschmelze, wenn sie wiederverwendet wird, zu verhindern. Gemäß Untersuchungen, die von den Erfindern der vorliegenden Erfindung vorgenommen wurde, ist es erforderlich, die Innenflächentemperatur des Gießtiegels auf nicht weniger als 850°C zu halten, was ein unteres Limit der Gießfähigkeitstemperatur ist. In der Vergangenheit war es daher üblich, dem Gießtiegel ein Brennstoffgas zuzuführen und das Brennstoffgas im Gießtiegel zu verbrennen, um den Gießtiegel vorzuheizen. Dieses herkömmliche Verfahren ist insofern nicht vorzuziehen, als die Oxidation des verbleibenden Stahls infolge einer bei der Verbrennung erzeugten O-Komponente beschleunigt wird und die Stahlqualität verschlechtert wird. Außerdem ist es in der Praxis unmöglich, die Menge an von außen in den Gießtiegel eintretender Luft auf "0" zu bringen, wobei sich der Stahl kontinuierlich bei einem Temperaturabfall kontrahiert. Angesichts eines solchen Problems haben die Erfinder diese Ausführungsform erarbeitet, indem sie herausfanden, dass, wenn ein außerhalb des Gießtiegels erhitztes inertes atmosphärisches Gas (auch bei dieser Ausführungsform N₂) in den Gießtiegel eingeleitet wird, um kontinuierlich Gas aus diesem auszutreiben, während die Innenflächentemperatur des Gießtiegels nicht niedriger als auf 850°C gehalten wird, was ein unteres Limit der Gießfähigkeitstemperatur ist, kann auf ein herkömmliches Vorheizen mit der Verbrennung eines Brennstoffgases im Gießtiegel verzichtet werden, und der Gießtiegel kann ohne Notwendigkeit eines Vorheizens wiederverwendet werden, während eine Oxidation des verbleibenden Stahls verhindert wird.
Bei dieser Ausführungsform ist es daher ebenso wie bei der obigen ersten Ausführungsform erforderlich, dass das System des regenerativen Heizelements im Verbrennungszustand (das erste regenerative Heizelement 1A in 4) Gas mit einer Strömungsrate ausstößt, die genau gleich oder geringfügig größer ist als die des dort erzeugten Verbrennungsabgases, so dass das Verbrennungsabgas an einem Einströmen in den Gießtiegel gehindert wird. Ferner wird die Korrelation zwischen der Strömungsrate von aus dem System des regenerativen Heizelements in dem N₂-Heizzustand zugeführten N₂ (dem zweiten regenerativen Heizelement 1B in 4), welches dem Gießtiegel das erhitzte N₂ liefert, und der Strömungsrate von von dem System des regenerativen Heizelements im N₂-Ansaugzustand angesaugtem N₂ (das dritte regenerative Heizelement 1C in 4), welches zusätzliches N₂ in den Gießtiegel saugt, derart eingestellt, dass die erstere geringfügig größer ist als die letztere. Wenn ferner die Strömungsrate von von dem System des regenerativen Heizelements 1A im Verbrennungszustand ausgestoßenem Gas geringfügig größer ist als die des Verbrennungsabgases, ist es erforderlich, die erste N₂-Strömungsrate größer einzustellen als die letztere N₂-Strömungsrate, und zwar um einen Betrag, der die obige Differenz berücksichtigt, so dass das Innere des Gießtiegels immer in einem positiven Druckzustand gehalten wird, um ein Einsaugen von Luft in den Gießtiegel von außen zu unterdrücken oder zu verhindern.
Weitere Details sind die gleichen wie bei der obigen ersten Ausführungsform.
Dritte Ausführungsform
Eine dritte Ausführungsform, bei der das regenerative Heizverfahren für atmosphärisches Gas und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung als Vorrichtung zum Beheizen eines Stahlbandes implementiert sind, wird nachstehend mit Bezug auf 5 beschrieben.
Wenn sie auf eine Stahlband-Heizvorrichtung angewandt wird, ist die vorliegende Erfindung auch besonders in dem Fall der Schaffung eines nicht-oxidierenden atmosphärischen Zustands in der Heizvorrichtung wirksam, um die Oxidation eines Bandes zu unterdrücken oder zu verhindern und im Fall der Schaffung einer reduzierenden Atmosphäre ähnlich der oben erwähnten in der Heizvorrichtung, um die Oxidation des Bandes zu reduzieren.
Die bei einer solchen Bandheizvorrichtung verwendete regenerative Heizvorrichtung für atmosphärisches Gas ist durch Erstellen der regenativen Heizvorrichtung für atmosphärisches Gas der obigen ersten Ausführungsform gemäß 1, so wie sie ist, als ein Satz, Erstellen eines weiteren Satzes einer regenerativen Heizvorrichtung für atmosphärisches Gas gemäß 1, die im Layout umgekehrt zu dem einen Satz ist, und Installieren der beiden Sätze in gegenüberliegender Beziehung auf beiden Seiten einer Plenumkammer, durch die ein Band 22 läuft, aufgebaut. Daher sind äquivalente Komponenten durch die gleichen Bezugsziffern bezeichnet und eine detaillierte Erläuterung hiervon entfällt. In 5 ist jedes der regenerativen Heizelemente an der Oberseite der beiden Sätze regenerativer Heizvorrichtungen für atmosphärisches Gas in einem Paar auf der linken und rechten Seite angeordnet und entspricht dem ersten regenerativen Heizelement 1A in der obigen ersten Ausführungsform. Desgleichen entspricht jedes der regenerativen Heizelemente im Zentrum dem zweiten regenerativen Heizelement 1B, und jedes der regenerativen Heizelemente an der Unterseite entspricht dem dritten regenerativen Heizelement 1C. Ferner werden der Verbrennungszustand, der N₂-Heizzustand und der N₂- Ansaugzustand jedes Systems der regenerativen Heizelemente 1A bis 1C auf die gleiche Weise wie in 2 umgeschaltet, und verschiedene zugeordnete Steuerventile werden auf die gleiche Weise umgeschaltet, wie es im Ablaufdiagramm von 3 gezeigt ist. Obwohl dies nicht gezeigt ist, ist das N₂-Rückgewinnungsgebläse 12 direkt mit dem N₂-Behälter 16 der N₂-Zuführquelle 15 verbunden, und das N₂-Gebläse 13 ist mit dem dem obigen Behälter gemeinsamen N₂-Behälter 16 der N₂-Zuführquelle 15 über die O₂-Entfernungsvorrichtung 17 verbunden.
Nachstehend wird die Aufgabe und die Arbeitsweise der Gießband-Heizvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform beschrieben. Bei einem kontinuierlichen Band-Glühofen oder dgl. wird beispielsweise das atmosphärische Gas allgemein mit von dem oben erwähnten Strahlrohr abstrahlender Wärme erhitzt. Wie vorher erläutert wurde, weisen jedoch das Heizverfahren und die Vorrichtung, welche das Strahlrohr einsetzen, Probleme insofern auf, als die Lebensdauer des Rohrs kurz ist und eine Feineinstellung der Temperatur schwer zu erreichen ist, insbesondere in kurzer Zeit. Dies ist auf ein Merkmal der Strahlungswärme-Heizmethode zurückzuführen, nämlich dass das Verfahren, wenn der Temperaturunterschied zwischen einem zu erhitzenden Gegenstand und der Atmosphäre gering wird, bei dem Erhitzen des zu erwärmenden Objekts nicht mehr wirksam ist und die Temperatur des zu erhitzenden Gegenstands gesättigt ist.
Andererseits beträgt die Temperatur eines atmosphärischen Gases (auch in dieser Ausführungsform N₂) das von den regenerativen Heizelementen erhitzt wird, etwa 1500°C, wie oben erwähnt wurde, und ist weit höher als die Bandeinstelltemperatur (etwa 800°C), die für allgemeine kontinuierliche Glühöfen notwendig ist. Durch Aufblasen eines solchen atmosphärischen Gases direkt auf beide Bahnflächen des Gießbandes kann daher das Band schnell erhitzt werden, auch wenn die Passlänge des Bandes kurz ist. Dies rührt daher, dass eine Konvektionswärmeübertragung, die durch Einblasen von Gas mit genügend hoher Temperatur ausgeführt wird, um den zu erwärmenden Gegenstand aufzuheizen, unter der Bedingung durchgeführt wird, dass ein Wärmeübertragungsbereich des zu erhitzenden Gegenstands, d.h. die Bahnfläche des Bandes, genügend breit ist und das Band genügend dünn ist.
Bei einem kontinuierlichen Glühofen, bei dem es erforderlich ist, dass ein Band für eine vorbestimmte Zeit verbleibt, d.h. bei dem eine Band-Durchlaufgeschwindigkeit auf einen konstanten Wert eingestellt ist, und eine wesentliche Passlänge notwendig ist, ist es jedoch in der Praxis schwierig, mehrere aus regenerativen Heizelementen aufgebaute Bandheizvorrichtungen zu installieren, die große Installationsräume entlang der gesamten Durchlauflänge einnehmen, wie aus 5 hervorgeht. Bei dieser Ausführungsform sind daher die regenerativen Heizelemente in dem sogenannten "chance free section" auf der Förderseite eines gewöhnlichen Heizabschnitts oder dgl. vorgesehen. Der Begriff "chance free section" ist bisher in der Bedeutung eines Wärmebehandlungsabschnitts verwendet worden, wenn ein Band , das durch Zusammenfügen mehrerer Stahlbänder gebildet wird, welche in der Dimension, z.B. in der Dicke, unterschiedlich sind, wärmebehandelt wird kann die Bahntemperatur in kurzer Zeit in Abhängigkeit von dem aktuellen Zustand jeder Stahlbahn feingesteuert werden. Es hat jedoch noch keine praktischen Maßnahmen zum tatsächlichen Realisieren einer solchen Feinsteuerung gegeben. Die Bandheizvorrichtung dieser Ausführungsform wird unter Vorsehen des "chance free section" bereitgestellt, da sie die Bahntemperatur in kurzer Zeit fein einstellen kann.
Bei der Bandheizvorrichtung dieser Ausführungsform wird auf ähnliche Weise wie bei herkömmlichen kontinuierlichen Glühöfen eine bestimmte Menge atmosphärischen Gases unweigerlich nach außen abgeführt. Demgemäss ist es wie bei den obigen Ausführungsformen erforderlich, dass das System des regenerativen Heizelements im Verbrennungszustand (wie das erste regenerative Heizelement 1A in 5) Gas mit einer Strömungsrate ausstößt, die genau gleich oder geringfügig größer ist als die des dort erzeugten Verbrennungsgases, so dass das Verbrennungsabgas an einem Einströmen in die Plenumkammer gehindert wird. Ferner ist es erforderlich, dass die Systeme regenerativer Heizelemente im N₂-Heizzustand (die zweiten regenerativen Heizelemente 1B in 5), N₂ mit höherer Strömungsrate liefern als der Strömungsrate von durch die Systeme regenerativer Heizelemente im N₂-Ansaugzustand angesaugtem und zurückgewonnenem N₂ (die dritten regenerativen Heizelemente 1C in 5), und zwar um eine Menge, die der Strömungsrate von N₂ entspricht, die nach außen abgeführt wird, wodurch verhindert wird, dass die Luft von außen in die Plenumkammer eingesaugt wird.
Das Bandheizverfahren ist auch auf verschiedene Heizöfen und Durchtränkungsöfen (soaking furnaces) anwendbar, die keine kontinuierlichen Glühöfen sind. In diesen Fällen ist es erforderlich, dass das atmosphärische Gas auf 900°C oder darüber erhitzt wird. In einzelnen Heizöfen und Durchtränkungsöfen kann die Temperatur anders eingestellt werden, je nach den jeweiligen Wärmebehandlungsabschnitten wie z.B. einem Vorheizabschnitt, einem Heizabschnitt und einem Durchtränkungsabschnitt.
Weitere Details sind die gleichen wie bei der obigen ersten Ausführungsform.
Übrigens ist durch Installieren der Bandheizvorrichtung dieser Ausführungsform ein Austausch des Strahlrohrs nicht mehr nötig, und es wurde eine bemerkenswerte Verringerung der Reparaturkosten erzielt.
Vierte Ausführungsform
Eine vierte Ausführungsform, bei der das regenerative Heizverfahren für atmosphärisches Gas und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung als Vorrichtung zum Beheizen einer Bramme implementiert sind, wird nachstehend mit Bezug auf 6 beschrieben. Wenn die vorliegende Erfindung auf eine Brammenheizvorrichtung angewandt wird, ist sie auch im Fall der Schaffung eines nicht oxidierenden atmosphärischen Zustands in der Heizvorrichtung, um die Oxidation einer Bramme zu unterdrücken oder zu verhindern, besonders wirksam, sowie im Fall der Erzeugung einer reduzierenden Atmosphäre ähnlich der oben erwähnten bei der Heizvorrichtung zur Reduzierung der Oxidation der Bramme.
Die bei einer solchen Brammenheizvorrichtung verwendete regenerative Heizvorrichtung für atmosphärisches Gas ist durch Erstellen der regenerativen Heizvorrichtung für atmosphärisches Gas der obigen ersten Ausführungsform gemäß 1, so wie sie ist, als ein Satz durch Anordnen eines weiteren Satzes einer regenerativen Heizvorrichtung für atmosphärisches Gas gemäß 1, die im Layout umgekehrt zu dem einen Satz ist, in einer Zickzack-Beziehung zu dem einen Satz, um ein Paar regenerativer Heizvorrichtungen für atmosphärisches Gas zu erstellen, und Installieren des Paars in jedem der oberen und unteren Abschnitte eines Ofens, durch den eine Bramme 24 hindurchgeht, aufgebaut. Daher sind äquivalente Komponenten durch die gleichen Bezugsziffern bezeichnet und eine detaillierte Erläuterung derselben entfällt. In dieser Ausführungsform erstrecken sich die Kammern 23 jedoch von jeweiligen Öffnungen der regenerativen Heizelemente 1A – 1C, um obere und untere Bereiche des Brammendurchlaufofens einzunehmen, und mehrere Einblaslöcher sind an geeigneten Stellen jeder Kammer 23 gegenüber einer erhitzten Bramme ausgebildet. Dann wird ein erhitztes atmosphärisches Gas (auch in dieser Ausführungsform N₂) durch die Blaslöcher direkt auf die Brammenoberflächen ausgeblasen, und das atmosphärische Gas um die Brammenoberflächen wird durch die Blaslöcher gesaugt. In 6A entspricht jedes der regenerativen Heizelemente an der Oberseite der beiden Sätze von regenerativen Heizvorrichtungen für atmosphärisches Gas, die paarig auf der linken und rechten Seite angeordnet sind, dem ersten regenerativen Heizelemente 1A in der obigen ersten Ausführungsform. Desgleichen entspricht jedes der regenerativen Heizelemente im Zentrum dem zweiten regenerativen Heizelement 1B, und jedes der regenerativen Heizelemente an der Unterseite entspricht dem dritten regenerativen Heizelement 1C. Ferner werden der Verbrennungszustand, der N₂-Heizzustand und der N₂-Ansaugzustand jedes Systems der regenerativen Heizelemente 1A bis 1C auf die gleiche Weise wie in 2 umgeschaltet, und verschiedene zugeordnete Steuerventile werden auf die gleiche Weise umgeschaltet, wie im Ablaufdiagramm der 3 gezeigt ist. Obwohl dies nicht dargestellt ist, ist das N₂-Rückführgebläse 12 direkt mit dem N₂-Behälter 16 der N₂-Zuführquelle 15 verbunden, und das N₂-Gebläse 13 ist mit dem obigen Behälter gemeinsamen N₂-Behälter 16 der N₂-Zuführquelle 15 über die O₂-Entfernungsvorrichtung 17 verbunden.
Die Aufgabe und der Betrieb der Brammenheizvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform wird nachstehend beschrieben. Bei der Bandheizvorrichtung der obigen dritten Ausführungsform ist beispielsweise, da der Bahnoberflächenbereich des Bandes groß ist, die Bahndicke ausreichend dünn, und die Bahnoberflächen sind relativ stabil während des Durchlaufs durch die Vorrichtung, wodurch es möglich ist, das Band während einer relativ kurzen Zeit gleichmäßig zu erwärmen oder eine Feineinstellung der Bahntemperatur durch Anordnung der Öffnungen der regenerativen Heizelemente nahe den Bahnoberflächen des Bandes und Aufblasen eines erhitzten atmosphärischen Gases wie N₂ direkt auf die Bahnoberflächen des Bandes von den Heizelementöffnungen oder durch Anwenden des erhitzten N₂ als atmsphärisches Gas vorzunehmen. Für eine Bramme in der Form einer dicken Platte jedoch ist es erforderlich, dass das erhitzte atmosphärische Gas N₂ direkt auf die Bramme 24 geblasen wird. In dieser Ausführungsform ist daher eine Gruppe regenerativer Heizelemente mit vier Sätzen insgesamt vorgesehen, um gleichzeitig das erhitzte atmosphärische Gas N₂ direkt auf die Brammenoberflächen von den vier Sätzen regenerativer Heizelemente aufzublasen, so dass die Bramme schnell erhitzt werden kann. Ferner können bei dieser Ausführungsform durch gleichmäßiges Aufblasen des erhitzten atmosphärischen Gases N₂ auf beide Seiten der Bramme Temperaturabweichungen in der Dickenrichtung der Plattendicke unterdrückt werden.
Bei der Brammenheizvorrichtung dieser Ausführungsform wird ähnlich wie bei herkömmlichen kontinuierlichen Glühöfen eine bestimmte Menge an atmosphärischem Gas unweigerlich nach außen abgegeben. Demgemäss ist es erforderlich, dass das System des regenerativen Heizelements im Verbrennungszustand (jedes erste regenerative Heizelement 1A in 6) Gas mit einer Strömungsrate ausstößt, die genau gleich oder geringfügig größer ist als die des erzeugten Verbrennungsabgases, so dass das Verbrennungsabgas an einem Einströmen in die Kammer 23 gehindert wird. Ferner ist es erforderlich, dass die Systeme der regenerativen Heizelemente in den N₂-Heizzustand (die zweiten regenerativen Heizelemente 1B in 6) N₂ mit größerer Strömungsrate zuführen als die Strömungsrate von durch die Systeme regenerativer Heizelemente im N₂-Ansaugzustand angesaugtem N₂ (die dritten regenerativen Heizelemente 1c in 6), und zwar um eine Menge, die der Strömungsrate von N₂ entspricht, welche nach außen abgegeben wird, wodurch verhindert wird, dass Luft von außen in die Kammern eingesaugt wird.
Weitere Details sind die gleichen wie bei der obigen ersten Ausführungsform.
Jede der obigen Ausführungsformen ist im Detail nur im Zusammenhang mit dem Fall beschrieben worden, bei dem die zweite regenerative Kammer in jeder Leitung zum Ansaugen und Zurückgewinnen von N₂ angeordnet ist. Natürlich kann mit der Bereitstellung der zweiten regenerativen Kammer die entwickelte Hitze des angesaugten atmosphärischen N₂-Gases zur Umwandlung in entwickelte Hitze der in dem nachfolgenden Verbrennungszustand verwendeten Verbrennungsluft angesammelt werden, und der Wärmewirkungsgrad kann beispielsweise entsprechend verbessert werden. Da jedoch eine weitere Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung darin besteht, das atmosphärische Gas zurückzugewinnen und wiederzuverwenden, ist es nicht unbedingt erforderlich, die entwickelte Hitze des zurückgewonnenen atmosphärischen Gases anzusammeln und die angesammelte Hitze wiederzuverwenden. Von diesem Gesichtspunkt aus, obwohl sich ein erheblicher Verlust des Wärmewirkungsgrads ergibt, ist es nicht unbedingt erforderlich, dass eine regenerative Kammer in der Leitung das atmosphärische Gas ansaugt und zurückgeführt. Dies entspricht dem regenerativen Heizverfahren, das in Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung definiert ist.
Ferner sind zwar drei Einheiten regenerativer Heizelemente als ein Satz in jeder der obigen Ausführungsformen eingesetzt, das regenerative Heizverfahren für atmosphärisches Gas und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung können aber auch Einheiten regenerativer Heizelemente in jeder Anzahl verwenden, die nicht unter drei liegt. Genauer gesagt, wenn beispielsweise vier Einheiten regenerativer Heizelemente verwendet werden, können immer zwei der vier Einheiten beispielsweise im Verbrennungszustand gehalten werden, während von den restlichen zwei Einheiten eine im Heizzustand für atmosphärisches Gas und die andere im Ansaugzustand für atmosphärisches Gas gehalten werden kann. Als Alternative kann irgendeine der vier Einheiten regenerativer Heizelemente turnusmäßig in den Ruhezustand versetzt werden, und die restlichen drei Einheiten regenerativer Heizelemente können in den Verbrennungszustand, den Heizzustand für atmosphärisches Gas und den Ansaugzustand für atmosphärisches Gas in dieser Reihenfolge gebracht werden (der Wärmewirkungsgrad sinkt aber in diesem Fall). Mit anderen Worten ist es kein wesentliches Problem, wie viel Einheiten regenerativer Heizelemente jeweils im Verbrennungszustand, im Heizzustand und im Ansaugzustand für atmosphärisches Gas betrieben werden, sondern es ist wesentlich, dass der Vorrichtungszustand in der Reihenfolge von Verbrennungszustand, Heizzustand und Ansaugzustand für atmosphärisches Gas umgeschaltet wird. Dieses Merkmal ermöglicht eine Zurückgewinnung und Wiederverwendung des atmosphärischen Gases. Dabei ermöglicht das Vorsehen der regenerativen Kammer in der Ansaugleitung für atmosphärisches Gas eine weitere Verbesserung des Wärmewirkungsgrads.
Wie oben erwähnt wurde, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf das Heizverfahren und die Vorrichtung für atmosphärisches Gas zum kontinuierlichen Beheizen und Zuführen eines atmosphärischen Gases, das für die Beheizung eines zu erhitzenden Gegenstandes notwendig ist. Daher ist das verwendete atmosphärische Gas nicht besonders eingeschränkt, und die vorliegende Erfindung ist auch auf fast alle Arten atmosphärischer Gase anwendbar, die für gewöhnlich bei herkömmlichen Heizverfahren und -vorrichtungen verwendet werden. Vor allem ist die vorliegende Erfindung speziell dann geeignet, wenn der zu beheizende Gegenstand in einer nichtoxidierenden oder reduzierenden Atmosphäre erhitzt werden muss.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Gemäß der vorliegenden Erfindung nach obiger Beschreibung kann, während kontinuierlich ein erhitztes atmosphärisches Gas zugeführt wird, zusätzliches atmosphärisches Gas kontinuierlich zurückgewonnen und zum Erhitzen und Zuführen eines nachfolgenden atmosphärischen Gases wiederverwendet werden. Dies ermöglicht es, dass die Temperatur eines Verbrennungsabgases im Verbrennungszustand schnell unmittelbar nach dem Start der Verbrennung ansteigt. Mit anderen Worten kann die Erwärmung von einer relativ hohen Temperatur aus gestartet werden, und folglich kann der Gesamt-Wärmewirkungsgrad erhöht werden, beispielsweise einschließlich dem Vorgang der Ansammlung von Wärme in der ersten regenerativen Kammer unter dem Verbrennungszustand. Da ferner die Temperatur des Verbrennungsabgases schnell ansteigen kann, wird eine Umschaltung von dem Ansaugzustand für atmosphärisches Gas zum Verbrennungszustand besonders beschleunigt, und der Betrieb kann auf reibungslosere Art und Weise fortgesetzt werden. Ferner ist es durch Verwendung von Stickstoff, Argon oder einem anderen, ähnlichen Gas als atmosphärisches Gas möglich, das atmosphärische Gas als nicht oxidierendes atmosphärisches Gas beizubehalten. Demgemäss kann das erhitzte atmosphärische Gas beispielsweise auf einen zu erhitzenden Gegenstand wie einen Gießtiegel oder ein Stahlband angewandt werden, welche einen nicht-oxidierenden Zustand erfordern. Ferner ist es durch Vermischen eines reduzierenden Gases mit dem atmosphärischen Gas möglich, das atmosphärische Gas als reduzierendes atmosphärisches Gas beizubehalten. Dementsprechend kann das erhitzte atmosphärische Gas beispielsweise auf einen zu erhitzenden Gegenstand wie z.B. einen Gießtiegel oder ein Band, die einen nicht-oxidierenden und reduzierenden Zustand erfordern, angewandt werden. Dabei kann durch Verbinden einer Zuführleitung und einer Rückführleitung für das atmosphärische Gas zu der gleichen Zuführquelle für atmosphärisches Gas das in dem Ansaugzustand für atmosphärisches Gas zurückgewonnene atmosphärische Gas sicher in dem nachfolgenden Aufheizzustand für atmosphärisches Gas wiederverwendet werden. Infolgedessen können die Kosten für Rohmaterialien entsprechend reduziert werden.
Damit kann gemäß der vorliegenden Erfindung die Temperatur des Verbrennungsabgases schnell ansteigen, um den Wärmewirkungsgrad zu verbessern. Ferner ist es möglich, ein nicht oxidierendes atmosphärisches Gas durch Verwendung von Stickstoff oder Argon als atmosphärisches Gas beizubehalten, um eine reduzierende Atmosphäre durch Vermischen eines reduzierenden Gases mit dem atmosphärischen Gas zu schaffen und die Kosten durch Zurückgewinnung des atmosphärischen Gases zur Wiederverwendung zu senken.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Heizverfahren und die Vorrichtung für atmosphärisches Gas zum kontinuierlichen Erhitzen und Zuführen eines atmosphärischen Gases, das zum Beheizen eines zu erhitzenden Gegenstandes notwendig ist. Daher ist das verwendete atmosphärische Gas nicht besonders eingeschränkt, und die vorliegende Erfindung ist auch auf fast alle Arten atmosphärischer Gase anwendbar, die für gewöhnlich bei herkömmlichen Heizverfahren und Vorrichtungen verwendet werden. Vor allem ist die vorliegende Erfindung speziell dann geeignet, wenn der zu erhitzende Gegenstand in einer nicht-oxidierenden oder reduzierenden Atmosphäre erwärmt werden muss.
Zusätzlich ergeben sich die folgenden Vorteile durch Anwenden der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung in einer nicht oxidierenden oder reduzierenden Atmosphäre:

(1) Da zum Erhitzen ein atmosphärisches Hochtemperaturgas direkt eingeblasen wird, kann die Heizwirkung im Vergleich zu dem herkömmlichen Strahlrohr-Heizprozess um 10% oder mehr verbessert werden.
(2) Wegen der direkten Beheizung mit dem Ausstoß von Hochtemperaturgas wird die Temperatursteuerung beim Anheben der Temperatur eines zu erhitzenden Gegenstands verbessert. Dieses Merkmal bietet auch eine bessere Wärmeübertragung, eine höhere Temperaturanstiegsgeschwindigkeit, eine kleinere Ofengröße und kostengünstigere Konstruktionskosten als sie bei dem Strahlrohr-Heizprozess erzielbar sind, der lediglich auf der Übertragung von Strahlungswärme beruht.
(3) Das herkömmliche Verfahren, das einen reduzierenden Brenner zum Verbrennen von Brennstoff in einem nicht perfekten Verbrennungszustand verwendet und eine nicht oxidierende oder reduzierende Atmosphäre bildet, verursacht eine große Gasmenge, welche menschliche Körper und die Umwelt nachteilig beeinflusst, wie z.B. CO-Gas. Demgegenüber kann gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung eine reduzierende Atmosphäre nur durch reines Gas gebildet werden, das menschliche Körper und die Umwelt nicht belastet, wie z.B. H₂. Ferner kann je nach den Bedingungen die Menge an verwendetem entflammbarem Gas, wie z.B. H₂, unter das Entflammbarkeitslimit in der freien Atmosphäre gesenkt werden und auf einem notwendigen Minimalwert gehalten werden. Somit kann eine reduzierte Beheizung mit geringeren Unterhaltungskosten, umweltfreundlicher und mit höherer Sicherheit als bei den herkömmlichen Verfahren erzielt werden.
(4) Da die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung kein Strahlrohr anwendet, sind keine Austauschkosten für das Strahlrohr mehr fällig und es kann eine bemerkenswerte Verringerung der Reparaturkosten im Vergleich zu dem Strahlrohr-Heizprozess erreicht werden.

Claims

Regeneratives Heizverfahren für atmosphärisches Gas zum Aufheizen eines atmosphärischen Gases mittels Brennereinheiten (2A–2C) und mindestens drei Einheiten regenerativer Heizelemente (1A–1C), die jeweils eine erste regenerative Kammer (3A–3C) aufweisen und die in einer Reihe zum Ausstoßen von Verbrennungsabgasen aus den Brennereinheiten (2A–2C) vorgesehen sind, wobei mindestens eine erste der mindestens drei Einheiten regenerativer Heizelemente (1A–1C) in einen Verbrennungszustand gebracht wird, bei dem Hitze in der entsprechenden ersten regenerativen Kammer (3A–3C) angesammelt wird, indem die entsprechende Brennereinheit (2A–2C) zur Durchführung einer Verbrennung betrieben wird und nur das Verbrennungsabgas oder im wesentlichen nur das bei der Verbrennung erzeugte Verbrennungsabgas durch die erste regenerative Kammer (3A–3C) ausgestoßen wird, wobei mindestens eine zweite der mindestens drei Einheiten regenerativer Heizelemente (1A–1C) in einen Zustand zum Aufheizen atmosphärischen Gases gebracht wird, in dem das atmosphärische Gas durch die entsprechende erste regenerative Kammer (3A–3C) geleitet wird, um das atmosphärische Gas aufzuheizen und zu liefern, wobei mindestens eine dritte der mindestens drei Einheiten regenerativer Heizelemente (1A–1C) in einen Zustand zum Ansaugen atmosphärischen Gases gebracht wird, in dem das atmosphärische Gas angesaugt und wiedergewonnen wird, und wobei das mindestens eine erste, zweite und dritte regenerative Heizelement (1A–1C) jeweils umgeschaltet wird, um den Verbrennungszustand, den Heizzustand für atmosphärisches Gas und den Ansaugzustand für atmosphärisches Gas nacheinander in dieser Reihenfolge anzunehmen, so dass das aufgeheizte atmosphärische Gas kontinuierlich geliefert wird.
Regeneratives Heizverfahren für atmosphärisches Gas nach Anspruch 1, wobei die mindestens drei Einheiten regenerativer Heizelemente (1A–1C) jeweils eine zweite regenerative Kammer (4A–4C) aufweisen, die in einer Reihe zum Ansaugen des atmosphärischen Gases vorgesehen ist, und wobei die mindestens eine dritte der mindestens drei Einheiten regenerativer Heizelemente (1A–1C) in den Ansaugzustand für atmosphärisches Gas gebracht wird, in dem das atmosphärische Gas angesaugt und wiedergewonnen wird, nachdem es durch die entsprechende zweite regenerative Kammer (4A–4C) geschickt wurde, um dadurch Wärme in der zweiten regenerativen Kammer (4A–4C) anzusammeln.
Regeneratives Heizverfahren für atmosphärisches Gas nach Anspruch 2, wobei die der Brennereinheit zugeführte Verbrennungsluft oder ein Teil hiervon dem mindestens einen ersten regenerativen Heizelement (1A–1C) im Verbrennungszustand zugeführt wird, nachdem es die entsprechende zweite regenerative Kammer (4A–4C) durchlaufen hat, in der in dem Ansaugzustand für atmosphärisches Gas Wärme angesammelt worden ist.
Regeneratives Heizverfahren für atmosphärisches Gas nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei entweder Stickstoffgas oder Argongas oder ein Gemisch aus beiden Gasen als atmosphärisches Gas verwendet wird.
Regeneratives Heizverfahren für atmosphärisches Gas nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das atmosphärische Gas als reduzierendes Hochtemperaturgas durch Vermischen eines reduzierenden Gases mit dem atmosphärischen Gas verwendet wird.
Regenerative Heizvorrichtung für atmosphärisches Gas zum kontinuierlichen Liefern eines atmosphärischen Gases hoher Temperatur, mit: mindestens drei Einheiten regenerativer Heizelemente (1A–1C) zum Aufheizen des atmosphärischen Gases, wobei die regenerativen Heizelemente (1A–1C) jeweils einen Brenner (2A–2C) und eine erste regenerative Kammer (3A–3C) aufweisen, die in einer Reihe vorgesehen sind, um Verbrennungsabgase aus der Brennereinheit (2A–2C) auszustoßen, wobei mindestens eine erste der mindestens drei Einheiten regenerativer Heizelemente (1A–1C) in einen Verbrennungszustand gebracht werden kann, in dem Wärme in der entsprechenden ersten regenerativen Kammer (3A–3C) angesammelt wird, durch Betreiben der entsprechenden Brennereinheit (2A–2C), um eine Verbrennung auszuführen, und durch Ausstoßen nur des Verbrennungsabgases oder im wesentlichen nur des Verbrennungsabgases, das bei der Verbrennung erzeugt wurde, durch die erste regenerative Kammer (3A–3C), wobei mindestens eine zweite der mindestens drei Einheiten regenerativer Heizelemente (1A–1C) in einen Heizzustand für atmosphärisches Gas gebracht werden kann, in dem das atmosphärische Gas durch die entsprechende erste regenerative Kammer (3A–3C) geschickt wird, um das atmosphärische Gas zu erhitzen und zu liefern, wobei mindestens eine dritte der mindestens drei Einheiten regenerativer Heizelemente (1A–1C) in einen Ansaugzustand für atmosphärisches Gas gebracht werden kann, in dem das atmosphärische Gas angesaugt und zurückgewonnen wird, und wobei die mindestens einen ersten, zweiten und dritten regenerativen Heizelemente (1A–1C) jeweils umgeschaltet werden können, um den Verbrennungszustand, den Heizzustand für atmosphärisches Gas und den Ansaugzustand für atmosphärisches Gas nacheinander in dieser Reihenfolge anzunehmen.
Regenerative Heizvorrichtung für atmosphärisches Gas nach Anspruch 6, wobei die regenerativen Heizelemente (1A–1C) jeweils eine zweite regenerative Kammer (4A–4C) umfassen, die in einer Reihe zum Ansaugen des atmosphärischen Gases vorgesehen ist, wobei die mindestens eine dritte der mindestens drei Einheiten regenerativer Heizelemente (1A–1C) in den Ansaugzustand für atmosphärisches Gas gebracht werden kann, in dem das atmosphärische Gas angesaugt und zurückgewonnen wird, nachdem dieses die entsprechende zweite regenerative Kammer (4A–4C) passiert hat, um dadurch Wärme in der zweiten regenerativen Kammer (4A–4C) anzusammeln, und wobei die zweite regenerative Kammer (4A–4C) jedes der regenerativen Heizelemente (1A–1C) als Vorheizelement für der jeweiligen Brennereinheit (2A–2C) zugeführte Verbrennungsluft fungieren kann.
Regenerative Heizvorrichtung für atmosphärisches Gas nach Anspruch 6 oder 7, wobei eine Zuführ- bzw. Lieferleitung des atmosphärischen Gases und eine Rückführleitung des atmosphärischen Gases mit einer Zuführquelle (15) für atmosphärisches Gas, die einen den Zuführ- und Rückführleitungen gemeinsamen Tank (16) für atmosphärisches Gas aufweist, verbunden sind.
Regenerative Heizvorrichtung für atmosphärisches Gas nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei entweder Stickstoffgase oder Argongase oder ein Gemisch beider Gase als atmosphärisches Gas verwendet werden kann.
Regenerative Heizvorrichtung für atmosphärisches Gas nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei das atmosphärische Gas als reduzierendes Hochtemperaturgas durch Vermischen eines reduzierenden Gases mit dem atmosphärischen Gas verwendet werden kann.
Anwendung der regenerativen Heizvorrichtung für atmosphärisches Gas nach einem der Ansprüche 6 bis 10 zum kontinuierlichen Zuführen bzw. Liefern eines atmosphärischen Hochtemperaturgases zu einem zu erhitzenden Gegenstand in einer nicht-oxidierenden oder reduzierenden Atmosphäre in einer Gießwanne bzw. -tiegel in einem Hochofen, in einem Glühofen bzw. Temperofen, in einem Wärmebehandlungsofen oder in einer Stranggießvorrichtung.