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Elektrisch geheizter Durchlaufofen für kontinuierliche Blechwalzwerke
Gegenstand der Erfindung sind elektrisch beheizte Ofen, welche auf beiden Seiten
von Blechwalzgerüsten angeordnet werden, in denen ununterbrochen durchlaufendes
Blech zwischen den einzelnen Stichen so stark nachgeheizt wird, daß es in einer
Hitze bis zu geringer Stärke fertiggewalzt werden kann. Man hat hierzu bereits gasbeheizte
Ofen verwandt. Diese stellen jedoch mit ihren großen Abmessungen und bei der durch
ihre Schwere bedingten Unbeweglichkeit lästige Hindernisse zwischen den einzelnen
Gerüsten dar. Sie haben in ihrem Mauerwerk außerdem eine solche Wärmemenge aufgespeichert,
daß es mit ihnen kaum möglich ist, die auf das durchlaufende Blech zu übertragende
Wärmemenge entsprechend der von Stich zu Stich abnehmenden Dicke zu regulieren.
Da diese Ofen mit Rücksicht auf eine gute Verbrennung der Heizgase eine gewisse
Höhe bekommen müssen, muß das Blech durch die Ofen auf Rollen geführt werden. Des
weiteren läßt sich bei diesen Ofen eine starke Verzunderung der Bleche in den. verbrennenden
Gasen nicht vermeiden.
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Um all diese Nachteile zu vermeiden, hat man die laufenden Bleche
zwischen den Gerüsten dadurch nachgeheizt, daß man sie durch magnetische Hochfrequenzfelder
laufen ließ, die durch Spulen auf der Ober- und Unterseite der Bleche erzeugt wurden.
Da diese Felder fast ausschließlich in Luft verlaufen, steht die hierfür aufzuwendende
Magnetisierung in einem krassen Mißverhältnis zu der die Heizung bewirkenden nutzbaren
'Komponente des bereitzustellenden Hochfrequenzstromes, so daß
die
Anlagen mit großen und daher teueren Kondensatorbatterien ausgerüstet werden müssen.
Hierzu kommt außerdem die unvermeidbare Wartung der ganzen Hochfrequenzanlage.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Durchlaufofen, dessen innere Wandungen
aus Eisen bestehen, in dem durch Wechselströme der üblichen Frequenz von 5o Hz die
zum Heizen der Bleche erforderliche Wärmemenge erzeugt wird. Diese Ströme werden
durch Induktion erzeugt, indem entweder die Innen-Wandungen des Ofens so gestaltet
werden, daß sie einen wesentlichen Teil der aus nur einer kurzgeschlossenenWindung
bestehenden Sekundärwicklung eines Transformators bilden, oder indem eine Erregerwicklung
gleichachsig den Ofenkanal umschlingt, wodurch in diesem als kurzgeschlossene Sekundärwicklung
Ströme fließen, -während in dem den Kanal durchlaufenden Walzgut gleichzeitig Wirbelströme
hervorgerufen werden: Die Abb. i und 2 sowie 3 stellen als Beispiele zwei verschiedene
Ofenausführungen nach der Erfindung dar: Bei beiden wird das einen Heizkanal von
nur 2o bis 30 mm Höhe bildende Eisen durch Wechselstrom mit 5o Hz unmittelbar
erhitzt.
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Die geringe Höhe des Heizkanals ist schon mit Rücksicht- auf eine
sichere Führung des schnell laufenden Bleches unvermeidlich, aber nur bei Öfen nach
der Erfindung ausführbar. Das Eisenblech des Kanals erhält nur die Dicke, die zur
Erzeugung der erforderlichen Kalorien durch den Stromdurchgang erforderlich ist.
Sie wechselt je nach Heizleistung der Öfen zwischen $ und 15 mm. Trotz dieser geringen
Wandstärke, die mit Rücksicht auf eine möglichst kleine Wärmekapazität verwendet
wird, beträgt die Heizleistung der neuen Öfen ein Mehrfaches der bisher bekannten
elektrischen Öfen mit Widerstandsheizung, weil der ganze Umfang der Wandung lückenlos
in seiner ganzen Stärke für die Erzeugung der Wärme -ausgenutzt wird. Sie ist daher
auch um ein Vielfaches größer als bei den gasbeheizten Öfen. Nur durch die mit dem
neuen Ofen ausführbare Konzentration der wärmeerzeugenden Massen ist es möglich,
auf dem bewußt bis zum Äußersten eingeschränkten Durchgangsquerschnitt solche Wärmemengen
zu vereinigen, daß ein genügend starkes Aufheizen selbst des mit io m/s laufenden
Bleches möglich ist.
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Die Wärme wird bei den neuen Öfen durch Stromdurchgang durch unlegiertes
Eisen erzeugt, das zwar den Vorzug hat, daß es ungewöhnlich billig gegenüber den
für solche Zwecke bisher verwendeten Widerstandsmetallen ist, das aber bei den hohen
Temperaturen stark zur Verzunderung neigt. Eisen wird hier aber erfindungsgemäß
trotzdem verwendet, weil sein elektrischer Widerstand mit steigender Temperatur
stärker wächst als bei irgendeinem anderen Metall. Denn hierdurch wird erreicht,
daß die Temperatur der Heizwandungen des Ofens selbsttätig immer wieder auf den
Sollwert ansteigt, wenn sie durch Wärmeentzug durch das durchlaufende Blech zum
Sinken gebracht wird. Sinkt hierdurch beispielsweise die Temperatur von iooo auf
god°, so fällt der elektrische Widerstand um etwa ioo/o, womit der Strom im Heizeisen
um etwa ioa/o ansteigt. Hierdurch steigt gegenüber dem ursprünglichen Zustand die
Wärmeentwicklung ebenfalls selbsttätig um io°/o, so daß die Temperaturdes Eisens
zu steigen beginnt und bei der verhältnismäßigkleinenWärmekapazität schnell wieder
die ursprüngliche Höhe erreicht. Auf die gleiche Art wird selbsttätig verhütet,
daß die Temperatur des Heizeisens über den eingestellten Sollwert steigt, weil durch
die mit steigender Erwärmung fallende Wärmeentwicklung die aus irgendeinem Grunde
gestiegene Temperatur selbsttätig wieder auf ihren Ausgangswert sinken läßt. Dieses
an sich bekannte Verhalten des Eisens bei veränderlicher Temperatur ist in seiner
Ausnutzung für Öfen für die besonderen Zwecke der Erfindung neu.
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Der heizende Strom wird als Wechselstrom durch Induktion erzeugt mit
der üblichen Frequenz von 5o, und zwar entweder als gerichteter Strom, wofür die
Abb. i und 2 eine Ausführungsform darstellen, oder als Wirbelstrom, nach welchem
Grundsatz der Ofen nach der Abb. 3 aufgebaut ist.
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Bei dem Ofen nach den Abb. i und 2 werden als Heizquellen eiserne
Heizelemente nebeneinander angeordnet, von denen eine Anzahl die Sekundärwindungen
eines Transformators in Parallelschaltung bilden, dessen Kern und Primärwicklung
außerhalb des Ofens angeordnet sind. Das aufzuheizende Blech 26 läuft durch einen
Kanal von nur 2o bis 30 mm Höhe; dessen Wandungen durch die Sekundärwindungen,
bestehend aus Eisenblech 27 bis zu 15 mm Dicke und Zoo bis 300 mm Breite,
gebildet werden. Die einseitig verschweißten Blechstreifen sind auf der anderen
Seite durch damit verschweißte, hufeisenförmige Eisenbleche 28 verbunden und bilden
so einen geschlossenen Stromkreis, der den Transformatorkern 29 aus geschichteten
Blechen umschlingt. Auf diesen Kern sind zwischen den einzelnen sekundären Heizwindungen
die Primärspulen 3o aufgesetzt, die an das Wechselstromnetz der üblichen Netzfrequenz
von 5o Hz angeschlossen werden.
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Es ist eine Reihe von derartigen eisernen Heizwindungen in gewissen
Abständen nebeneinander angeordnet, wobei der Zwischenraum durch Eisenstreifen von
der gleichen Dicke ausgefüllt ist, so daß sowohl der Boden als auch die Decke des
so gebildeten Heizkanals vollkommen eben sind. Die Zwischenstreifen sind von den
Heizstreifen isoliert, so daß sie selbst keinen Strom führen. Der so aufgebaute
Heizkanal ist unter Zwischenlage von wärmeisolierendem Stoff 3, von einer
versteiften eisernen Umhüllung 32 eingeschlossen, welche die äußere Ofenwand bildet,
aus der auf der einen Seite die Enden der Heizwindungen mit dem Transformatorkern
und den Primärspulen herausragen. Die Höhe eines solchen Ofens beträgt nur 25o bis
300 mm.
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Bei dem Ofen nach Abb: 3 werden in dem wieder aus Eisenblech von bis
zu io mm Dicke bestehenden Heizkanal 33 von 2o bis 30 mm Höhe dadurch heizende
Wirbelströme erzeugt, daß durch die den
Kanal umschlingende Erregerwicklung
34 Wechselstrom mit 5o Hz geschickt wird. Die heizenden Wirbelströme entstehen dabei
gleichzeitig in dem den Kanal durchlaufenden Blech 26 und heizen dies auch zum Teil
unmittelbar auf. Die aus asbestisoliertem Kupfer bestehende Erregerwicklung 34 ist
zwischen den Außenwandungen 36 des Ofens und einer inneren Begrenzungswand 35 in
einen Wärmeisolierstoff 37 nahe der äußeren Ofenwand eingebettet und so dem Angriff
des Sauerstoffes der Luft entzogen. Die Höhe eines solchen Ofens beträgt nur Zoo
bis 250 mm.
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Das heizende Ofeneisen kann bis auf Temperaturen von iooo bis iloö°'
erhitzt werden. Da die Masse des erhitzten Eisens nur die doppelte bis zehnfache
des zu heizenden Walzgutes ist, so ist auch die darin aufgespeicherte Wärmemenge
relativ so klein, daß seine Temperatur beabsichtigten Änderungen schnell folgen
kann.
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Der Verzunderung des Eisens sowie der Bleche kann in an sich bekannter
Art durch Schutzgas vorgebeugt werden, das man in die Heizkanäle der Ofen einströmen
läßt. Um ein allzu schnelles Entweichen derselben aus den Ofen zu vermeiden, werden
diese auf beiden Seiten mit leichten, selbstschließenden Verschlußklappen versehen,
wie eine solche, 38, auf der Eintrittsseite des Ofens der Abb. 3 gezeichnet ist.