DE69804185T3

DE69804185T3 - Sicherheitssystem für einen Ofen mit Gaskühlung für Metallband

Info

Publication number: DE69804185T3
Application number: DE1998604185
Authority: DE
Inventors: Gerard Jodet; Jean-Jacques Nozières
Original assignee: Stein Heurtey SA
Current assignee: Fives Stein SA
Priority date: 1997-10-15
Filing date: 1998-10-07
Publication date: 2005-09-29
Anticipated expiration: 2018-10-08
Also published as: KR19990037036A; ES2131494T1; CN1216348A; DE69804185T2; DE913658T1; JPH11193421A; FR2769696A1; US6126891A; ES2131494T5; JP3274840B2; CN1105286C; DE69804185D1; FR2769696B1; ATE214474T1; EP0913658B1; EP0913658A1; EP0913658B2; KR100519183B1; ES2131494T3

Description

Die Erfindung betrifft Perfektionierungen für Schnellkühlöfen für bandförmige Materialien und speziell für Metallbänder. Diese Öfen können insbesondere Teil von Behandlungsanlagen wie Wärmebehandlungsanlagen für bandförmige Metallerzeugnisse, speziell beispielsweise bei der Galvanisierung, dem Glühen und der Produktion von Blankstahl, sein.
Die Erfindung ist insbesondere auf ein Sicherheitssystem für solche Schnellkühlöfen gerichtet.
Es sind (EP-A-0 795 616) Vorrichtungen bekannt, die für die Wärmebehandlung endloser Metallbänder vorgesehen sind, in welchen das zu behandelnde Band durch einen Ofen durchläuft, der aus einer Vielzahl von Wärmebehandlungsabschnitten, insbesondere beispielsweise zum Erwärmen, Halten, Glühen und Abkühlen, besteht. In jener Patentveröffentlichung ist von der Anmelderin die Verwendung von Erwärmungs- und/oder Kühlbehältern oder -kammern vorgeschlagen worden, in denen eine Atmosphäre herrscht, die aus einem Gasgemisch auf der Basis von Wasserstoff besteht, dessen Wasserstoffgehalt größer als die üblicherweise eingehaltenen Werte ist, um die Abkühlungsgeschwindigkeit zu erhöhen. So kann gemäß diesem Verfahren des Standes der Technik als Atmosphäre in dem Kühlbehälter ein Gasgemisch, insbesondere aus Stickstoff und Wasserstoff, eingesetzt werden, das einen Wasserstoffgehalt von über 15% aufweist, der 50% erreichen kann, d. h. höher als die Explosionsgrenze dieses Gases ist.
Im Kühlbehälter der oben genannten Anlagen wird das rezirkulierte Atmosphärengas nach Abkühlung insbesondere mittels Gas/Wasser-Wärmeaustauscher auf das sich kontinuierlich vorwärts bewegende Metallband geblasen, wobei die Zusammensetzung des Atmosphärengases und insbesondere dessen hoher Wasserstoffgehalt sehr hohe Abkühlungsgeschwindigkeiten von etwa 100°C pro Sekunde zu erhalten erlaubt. Die Anlagen enthalten somit einen Kreislauf aus Rohren für die Re zirkulation des Atmosphärengases N₂, H₂, ein oder mehrere Gebläse, um die kontinuierliche Bewegung dieses Kühlgases in den Rezirkulationsrohrleitungen sicherzustellen, und Gas/Wasser-Wärmeaustauscher.
Unter Berücksichtigung des sehr großen Wasserstoffgehaltes des Atmosphärengases, das bei der Schnellkühlung eingesetzt wird, ist man gezwungen, für die Anlagensicherheit umfangreiche Vorsichtsmaßnahmen zu treffen, da weder ein Austritt, so klein er auch sein sollte, des Atmosphärengases in die Umgebung noch ein Luftzutritt in das Innere der Rezirkulationsrohrleitungen toleriert werden kann.
Deshalb schlägt die vorliegende Erfindung eine Lösung für dieses Sicherheitsproblem vor, insbesondere für den Fall, in welchem folgendes Phänomen auftritt: Die Einheit aus Transportleitungen für das Kühlgas umfasst Ausgleichsrohrverbindungen, welche die Ausdehnung dieser Rohrleitungen erlauben. Im Fall eines Risses in der Welle einer Ausgleichsrohrverbindung oder eines Gasaustritts aus dieser ist es absolut notwendig, den Eintritt von Luft, d. h. von Sauerstoff, in die Rezirkulationsleitung des Kühlgases oder jeden Austritt aus dieser in die Umgebung zu verhindern.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Es wird um jede Ausgleichsrohrverbindung der Rezirkulationsleitung eine nachgiebige und für das Kühlgas dichte Membran angeordnet und ein Mittel für die Detektion eines Risses in einer Welle der Ausgleichsrohrverbindung außerdem vorgesehen, wobei dieses Mittel sofort die Unterbrechung der Strömung des Kühlgases in dessen Kreislauf auslöst.
Entsprechend einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird diese nachgiebige und für das Kühlgas dichte Membran in Form einer textilen Membran, beispielsweise einer glasfaserverstärkten Siliconmembran, ausgeführt.
Erfindungsgemäß ist das System zur Detektion eines Risses in einer Welle der Ausgleichsrohrverbindung oder eines Gasaustritts aus dieser in Form eines Kreis laufs eines neutralen Druckgases, vorzugsweise von Stickstoff, in dem Zwischenraum ausgeführt, der sich zwischen der Ausgleichsrohrverbindung und der nachgiebigen dichten Membran befindet, die jene umgibt, wobei außerdem Mittel für den Nachweis einer Druckschwankung dieses neutralen Gases, die sich nach einem Austritt von Kühlgas durch die Ausgleichsrohrverbindung einstellt, vorgesehen sind, um die Unterbrechung der Strömung dieses Gases in den Rezirkulationsleitungen auszulösen.
Entsprechend einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist jede Ausgleichsrohrverbindung mit einem Metallgehäuse in Form einer kreisrunden Krone versehen, welche die Wellen der Ausgleichsrohrverbindung umgibt, wobei dieses Gehäuse mit einer kreisförmigen Öffnung versehen ist, die von der nachgiebigen, dichten Membran verschlossen wird, und enthält Eintritts- und Austrittsöffnungen für das neutrale Gas, das unter Druck zwischen die Wände des Gehäuses und der Ausgleichsrohrverbindung geleitet wird, wobei die Mittel für die Detektion einer Druckschwankung des neutralen Gases auf dem Gehäuse angeordnet sind.
Erfindungsgemäß können die Mittel, welche die sofortige Unterbrechung der Strömung des Kühlgases in den Rezirkulationsleitungen für dieses Gas ermöglichen, von dem Typ sein, der in der Patentanmeldung beschrieben ist, die am selben Tag wie die vorliegende Patentanmeldung von derselben Anmelderin angemeldet worden ist und den Titel "Perfectionnements apportés aux fours à refroidissement rapide pour bande métallique" trägt, d. h. ein System aus Registern, das in Strömungsrichtung hinter den Wärmeaustauschern auf dem Abschnitt des Durchgangs des Schnellkühlgases angeordnet ist, und von Stellgliedern mit sehr kurzer Reaktionszeit, d. h. von weniger als fünf Sekunden, die dieses Registersystem steuern, um den Durchgangsquerschnitt unter der Steuerung der Detektionsmittel zu schließen.
Weitere erfindungsgemäße Merkmale und Vorteile werden anhand der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die im Anhang befindlichen Zeichnungen, die ein Ausführungsbeispiel veranschaulichen, erläutert, wobei
1 eine perspektivische Ansicht, die ein Ausführungsbeispiel eines Schnellkühlofens mit dessen Blas- und Rezirkulationsleitungen für das Atmosphärengas, auf welchen die Erfindung angewendet werden kann,
2 einen schematischen Längsschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
3 eine Seitenansicht einer Ausgleichsrohrverbindung, die mit der erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung versehen ist, und
4 einen Schnitt durch die Einzelheit A von 3 zeigt.
In 1 ist ein |Schnellkühlofen, auf welchen sich die Erfindung richtet, in seiner Gesamtheit dargestellt. Dieser Kühlofen oder diese Kühlkammer ist im Allgemeinen ein Teil einer Anlage, die eine Vielzahl von Behandlungsstationen für das bandförmige Material umfasst, wobei diese Anlage beispielsweise von dem in der oben genannten EP 0 795 616 beschriebenen Typ sein kann. Durch diesen mit 10 nummerierten Ofen läuft kontinuierlich das Metallband 12, das im Allgemeinen von anderen Behandlungsbehältern, beispielsweise für das Wärmebehandeln, Halten und Glühen, kommt.
Die Schnellkühlung wird erhalten, indem auf das sich kontinuierlich vorwärts bewegende Band 12 ein Strahl aus einem Atmosphärengas N₂, H₂ geblasen wird, das wie weiter oben erläutert, einen großen Wasserstoffanteil enthält, der größer als 15% ist und bis zu 50% erreichen kann. Dieses Atmosphärengas wird auf die Seitenflächen des Bandes durch Düsen 14 geblasen, die von Rohrleitungen 16 versorgt werden, und wird mittels Rohrleitungen 18 wieder aufgenommen, die parallel zur Ebene des Bandes 12 in der Schnellkühlkammer 10 münden. Dabei wird die Strömung des Atmosphärengases mittels eines Gebläses 20 erhalten, das von einem Elektromotor 22 angetrieben wird, wobei das Einblasen des Atmosphärengases über eine Sammelleitung 24 erfolgt, die die Rohrleitungen 14 versorgt, während die Aufnahme dieses Atmosphärengases über Sammelleitungen 26, 26' realisiert wird, die von den Rohrleitungen 18 versorgt werden.
Die Vorrichtung enthält außerdem auf bekannte Weise Wärmeaustauscher 28, 28', vorzugsweise vom Typ Gas/Wasser-Wärmeaustauscher, die sich in den Behältern befinden, die insgesamt mit der Bezugszahl 32 bzw. 32' nummeriert sind und in denen die Leitungen 26, 26' für die Aufnahme des Atmosphärengases münden, um dieses nach dem Durchströmen der Schnellkühlkammer 10 und vor dem Wiedereintritt in das Gebläse 20 und dem Blasvorgang durch die Rohrleitungen 24 und 16 wieder abzukühlen. Gemäß einer ebenfalls bekannten Konstruktion enthalten die verschiedenen Rohrleitungen 16, 18, 24, 26, 26' Ausgleichsrohrverbindungen 30, die in Form einer Wellenreihe ausgeführt sind, welche der Gesamtheit der Rohrleitungen erlaubt, sich auszudehnen.
So besteht, wie weiter oben erläutert, die erfindungsgemäße Aufgabe darin, die Sicherheit des Rezirkulationskreislaufs des Schnellkühlgases und jeder Anlage, in welche der Schnellkühlofen 10 eingebaut werden kann, im Fall eines Risses in einer Welle einer Ausgleichsrohrverbindung 30 zu erhöhen, indem ein Zutritt von Luft, d. h. von Sauerstoff, in den Unterdruckkreislauf, in welchem das Atmosphärengas (Schnellkühlgas) strömt, das aus einem Gemisch aus Stickstoff und Wasserstoff besteht, in welchen der Wasserstoff einen Gehalt hat, der 50% erreichen kann, oder ein Austritt dieses Atmosphärengases in die Umgebung detektiert und verhindert wird.
In den 2 bis 4 sind die Mittel veranschaulicht, durch welche erfindungsgemäß oben genannte Probleme gelöst werden.
Erfindungsgemäß ist eine für das Kühlgas dichte und nachgiebige Membran 34 vorgesehen, die um jede Ausgleichsrohrverbindung 30 derart angeordnet ist, dass ein Behälter 36 gebildet wird, der die Wellen einer jeden Ausgleichsrohrverbindung 30 umgibt, die, wie weiter oben erläutert, in den verschiedenen Rohrleitungen für das Kühlgas angeordnet ist. Dabei ist in den 2 bis 4 mit dem Pfeil F die Strömungsrichtung dieses Gases gekennzeichnet.
Entsprechend einem Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird in diesem Behälter 36 eine Strömung eines neutralen Druckgases, insbesondere von Stickstoff, wie schematisch in 2 dargestellt, aufrechterhalten. Im Falle eines Gasaustritts aus der Ausgleichsrohrverbindung 30, beispielsweise bei einem Riss in einer Welle von dieser, tritt eine Schwankung des Drucks dieses neutralen Gases im Behälter 36 auf, und erfindungsgemäß ist ein Detektor 38 vorgesehen, der auf dem Behälter 36 angeordnet ist, der auf diese Druckschwankung reagiert, wobei er die Unterbrechung der Rezirkulation des Kühlgases in den Rohrleitungen 16, 18, 26, 26', 24 der Rezirkulationsleitung für dieses Gas, wie sie in 1 veranschaulicht sind, auslöst.
Erfindungsgemäß sind die Mittel, welche die sofortige Auslösung der Unterbrechung der Rezirkulation des Kühlgases erlauben, vorzugsweise von dem Typ, der in der Patentanmeldung beschrieben ist, die gemeinsam mit vorliegender Patentanmeldung von der Anmelderin angemeldet worden ist und den Titel "Perfectionnements apportés aux fours à refroidissement rapide pour bande métallique" trägt. Wie in dieser gleichzeitigen Patentanmeldung beschrieben, bestehen diese Mittel darin, ein Registersystem vorzusehen, das in Strömungsrichtung hinter den Wärmeaustauschern auf dem Durchgangsquerschnitt für das Kühlgas angeordnet ist, und Stellglieder mit sehr kurzer Reaktionszeit von weniger als fünf Sekunden, die das Registersystem steuern, um den Durchgangsquerschnitt unter der Steuerung des Detektors 38 zu schließen, vorzusehen.
In den 3 und 4 ist eine praktische Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt. Den 3 und 4 ist zu entnehmen, dass die Wellen der Ausgleichsrohrverbindung von einem Metallgehäuse 40 in Form einer kreisrunden Krone, vorzugsweise aus Stahl, umgeben sind, die ein System aus Flanschen 42 für die Befestigung der Membran 34 umfasst. Letztere ist vorzugsweise eine textile Membran, die beispielsweise aus glasfaserverstärktem Silikon ausgeführt sein kann, wobei von dem Silicon die Dichtigkeit gegenüber Gas sichergestellt wird und von den die Membran zusammenhaltenden Glasfasern die erforderliche mechanische Wiederstandsfähigkeit sichergestellt wird. Dieses Gehäuse enthält Zutrittsöffnungen 44 und Austrittsöffnungen 46 für das neutrale Druckgas, insbesondere Stickstoff, das im Behälter 36 strömt. Das weiter oben erwähnte Detektionssystem 38 ist ebenfalls an dem Gehäuse angebracht.
Das Gehäuse 40 kann derart ausgeführt sein, dass es leicht abzubauen ist. So ist es im Fall eines Kühlgasaustritts möglich, an die defekte Ausgleichsrohrverbindung zu gelangen, um sie zu reparieren oder zu ersetzen.
Der bisherigen Beschreibung ist zu entnehmen, dass es die Erfindung wirksam und effizient erlaubt, die Sicherheit eines Schnellkühlofens zu erhöhen, in welchem ein Kühlgas mit hohem Wasserstoffgehalt eingesetzt wird, indem ein Zutritt von Luft (d. h. von Sauerstoff) zum Inneren des Unterdruckkreislaufs für das Kühlgas oder dessen Austritt in die Umgebung verhindert wird.

Claims

Schnellkühlofen, der Teil einer Anlage sein kann, die verschiedene Behandlungsstationen, insbesondere zur Wärmebehandlung von Banderzeugnissen, umfaßt und durch welchen ein Metallband (12) kontinuierlich durchläuft, wobei die schnelle Abkühlung durch Blasen eines Gasstrahls aus einer Atmosphäre, die aus einem Stickstoff-Wasserstoff-Gemisch besteht, das einen Wasserstoffgehalt von über 15% und vorzugsweise von etwa 50% aufweist, auf das Band erhalten wird und die Rückführung des Atmosphärengases mittels eines Kreislaufs aus Rezirkulationsleitungen (16, 18, 26, 26', 24) sichergestellt wird, der Ausgleichsrohrverbindungen (30), die in Form eines Wellrohrs ausgeführt sind, das die Ausdehung des Rohrsystems ermöglicht, mindestens ein Gebläse (20) sowie mindestens einen Gas/Wasser-Austauscher (28, 28') enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen (10) eine Sicherheitseinrichtung umfaßt, welche es erlaubt, im Falle eines Risses in einer Welle einer Ausgleichsrohrverbindung (30) bzw. im Falle eines Austritts aus dieser einen Luftzutritt in den Rezirkulationskreislauf des Kühlgases oder dessen Austritt in die Umgebung zu verhindern, wobei diese Einrichtung in Form einer nachgiebigen, für das Kühlgas undurchlässigen, um die jeweilige Ausgleichsrohrverbindung (30) der Rezirkulationsleitung angeordneten Membran (34) ausgeführt ist und außerdem ein Mittel (38) zum sofortigen Auslösen der Unterbrechung des Strömens des Kühlgases in seinem Rezirkulationskreislauf vorgesehen ist, und daß das System für die Detektion eines Risses in einer Welle der Ausgleichsrohrverbindung (30) oder eines Austritts aus dieser in Form eines Kreislaufs eines neutralen Druckgases, vorzugsweise Stickstoff, im Zwischenraum (36) ausgeführt ist, der zwischen der Ausgleichsrohrverbindung und der nachgiebigen, undurchlässigen Membran (34) eingeschlossen ist, die sie umgibt, wobei außerdem an diesem Zwischenraum Mittel (38) zur Detektion einer Vergrößerung des Durchsatzes des neutralen Gases, welche auf einen Austritt von Kühlgas aus der Ausgleichsrohrverbindung folgt, vorgesehen sind, um eine Unterbrechung der Strömung dieses Gases in den Rezirkulationsleitungen auszulösen.
Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Ausgleichsrohrverbindung (30) mit einem Metallgehäuse (40), vorzugsweise aus Stahl mit der Form einer kreisrunden Krone, ausgestattet ist, welches die Wellen der Ausgleichsrohrverbindung umgibt, mit einer kreisförmigen Öffnung versehen ist, die von der nachgiebigen, undurchlässigen Membran (34) verschlossen wird, und Öffnungen für die Zuleitung (44) und die Ableitung (46) des neutralen Gases enthält, das unter Druck zwischen die Wände von Gehäuse und Ausgleichsrohrverbindung geleitet wird, wobei die Mittel (38) für die Detektion einer Vergrößerung des Durchsatzes an neutralem Gas an diesem Gehäuse angebracht sind.
Ofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, welche die sofortige Unterbrechung des Strömens des Kühlgases in den Rezirkulationsleitungen (16, 18, 24, 26, 26') dieses für eine schnelle Abkühlung sorgenden Gases ermöglichen, in Form eines Registersystems, das in Strömungsrichtung hinter den Austauschern (28, 28') auf dem Durchgangsquerschnitt des Kühlgases angeordnet ist, und eines Aktors mit einer sehr kurzen Reaktionszeit – von weniger als fünf Sekunden – ausgeführt sind, welche das Registersystem steuern, um den Durchgangsquerschnitt auf Befehl des Detektors (38) zu schließen.
Ofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (34) eine textile Membran ist.
Ofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die textile Membran (34) aus glasfaserverstärktem Silicon hergestellt ist.