EP0344413B1 - Ofen zur Wärmebehandlung von Eisen- und Stahlteilen - Google Patents

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EP0344413B1
EP0344413B1 EP89104384A EP89104384A EP0344413B1 EP 0344413 B1 EP0344413 B1 EP 0344413B1 EP 89104384 A EP89104384 A EP 89104384A EP 89104384 A EP89104384 A EP 89104384A EP 0344413 B1 EP0344413 B1 EP 0344413B1
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EP
European Patent Office
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heating
heating elements
furnace
heating chamber
batch
Prior art date
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Revoked
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EP89104384A
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English (en)
French (fr)
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EP0344413A1 (de
Inventor
Albert Fleiter
Wolfgang Dipl.-Ing. Peter
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Ipsen International GmbH
Original Assignee
Ipsen International GmbH
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Publication date
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Application filed by Ipsen International GmbH filed Critical Ipsen International GmbH
Publication of EP0344413A1 publication Critical patent/EP0344413A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0344413B1 publication Critical patent/EP0344413B1/de
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Revoked legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D7/00—Forming, maintaining, or circulating atmospheres in heating chambers
    • F27D7/04—Circulating atmospheres by mechanical means
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/74—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material
    • C21D1/767—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material with forced gas circulation; Reheating thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/74—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material
    • C21D1/773—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material under reduced pressure or vacuum
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D11/00—Arrangement of elements for electric heating in or on furnaces
    • F27D11/02—Ohmic resistance heating

Definitions

  • the invention relates to a furnace for the heat treatment of batches of iron and steel parts with a furnace housing and a heating chamber arranged therein as well as electrically operated heating elements arranged in the heating chamber for heating the batch, the heating elements arranged vertically in the heating chamber being tubular and made of gas can be flowed through from top to bottom while heating.
  • Furnaces for the heat treatment of iron and steel parts which have heating elements arranged inside the heating chamber for heating the batch, which heating elements consist either of graphite or, for higher thermal stress, of molybdenum. These heating elements are usually attached to the inner wall of the heating chamber, the electrical connections of the heating elements being passed through the wall of the heating chamber.
  • the furnaces designed in this way are mainly operated as vacuum furnaces.
  • the furnace is evacuated for the duration of the batch heating.
  • the batch is therefore heated almost exclusively by the heat radiated by the heating elements.
  • the known furnace has a system for cooling gas flow, in which the batch can be flowed through in a targeted manner via several cooling gas openings in the heating chamber.
  • targeted cooling of certain areas of the batch can be carried out by only partially charging cooling gas openings.
  • the known furnace is charged in the vertical direction by moving the bottom loaded with the batch to the bottom of the furnace, the batch entering the heating chamber.
  • This known construction has the disadvantage of only a low heating rate in the lower temperature range, in which the heat transfer by radiation is still low. Convection can bring significant improvements in this temperature range, but the air circulating inside the heating chamber takes a long time to warm up on the heating elements and to transfer this heat convectively to the batch.
  • the small surface area of the heating elements made of solid material their radiation area is small.
  • the size of the radiation surface is proportional to the size of the amount of heat exchanged by radiation.
  • the heating elements continue to radiate heat even after the energy supply has ended, which delays the start of the subsequent cooling phase.
  • the invention has for its object to provide a furnace for the heat treatment of iron and steel parts, which allows rapid and uniform heating in any temperature range, which works with good efficiency and which allows a rapid temperature reduction in the cooling phase.
  • the heating elements are designed to be open towards the bottom.
  • An oven designed in this way has the advantage that rapid heating of the batch can be achieved both in the area of low temperature ( ⁇ 600 ° C) and in the area of pure radiant heat (> 600 ° C).
  • the gas under atmospheric or excess pressure is forced through the heating elements into the heating chamber in the lower temperature range, which results in very good convective heat transfer between the heating element and gas and thus a high outlet temperature of the gas.
  • the furnace is operated in the higher temperature range, the large specific surface area of the heating elements enables a strong emission of heat radiation.
  • the low wall thickness of the heating elements helps to lower the temperature at the start of the cooling phase. The invention therefore makes it possible to operate the furnace with greater efficiency both in the heating-up and in the cooling-down phase.
  • the heating element is arranged vertically in the heating chamber and flows through from top to bottom, the heating elements being open at least downwards.
  • the structural design of the furnace is particularly simple, the heating gas emerging from the heating elements reaching the lower region of the batch and leading there to a desired, preferred heating.
  • the heating elements may be advantageous to provide the heating elements with radial openings in order to also act on the charge in a targeted manner in the convective heating phase.
  • the heating elements are fastened at their upper end in the heating chamber, as a result of which they have only a small contact area with elements of the heating chamber, so that the heat generated by them is completely available for heating the heating gas or the batch.
  • a cylindrical heating chamber 2 constructed of heat-resistant materials is arranged in a container-shaped, primarily cylindrical furnace housing 1.
  • the heating chamber 2 like the furnace housing 1, is constructed in two parts, the lower part being formed by a heating chamber base 3 and a base 4 of the furnace housing 1.
  • a plurality of stove supports 5 are fastened, which, projecting through the heating chamber bottom 3, form a grate for receiving the batch 6 to be subjected to heat treatment.
  • the batch 6 stands on the hearth supports 5 within the heating chamber 2.
  • a plurality of axially extending, tubular heating elements 7 are arranged in the vicinity of the inner lateral surface of the heating chamber 2.
  • the heating elements 7 are cylindrical graphite tubes which are open both at the top and at the bottom. Depending on the area of application, heating elements made of molybdenum can also be used.
  • the heating elements 7 are attached at their upper end with the interposition of ceramic sleeves 8 on a cover 9 of the heating chamber 2.
  • the heating elements 7 can both be firmly seated in the ceramic sleeves 8 and can also be suspended in the ceramic sleeves by means of suitable collars, their vertical alignment then being effected by gravity.
  • a fan chamber 10 in which a wing of a fan 11 is arranged centrally, which is driven by a fan motor 12 fastened thereon.
  • a fan motor 12 Fastened thereon.
  • gas is sucked from the inside of the heating chamber 2 to the front side of the fan 11 and is conveyed radially outwards into the fan chamber 10, from where the gas flows through the ceramic sleeves 8 into the tubular heating elements 7 arrives.
  • the fan 11 is made of heat-resistant material and is shielded from the fan motor 12 by a suitable, heat-shielding wall 14.
  • a shield 15 is formed by the annular suction channel 13 of the cover 9.
  • the heating elements 7 are provided at their lower and upper ends with electrical connections 16, 17, via which an electrical current for heating the heating elements 7 is supplied.
  • the electrical connections 16, 17 are largely thermally decoupled from the components of the heating chamber 2 and the furnace housing 1, so that no undesired heat flows can occur here.
  • the heating elements 7 are open at the bottom and, as shown in the drawing, have additional lateral openings 18 aligned in the direction of the charge 6, the size, the position and the number of openings 18 being able to vary depending on the application. In any case, it is advantageous to bring the hot gas emerging from the heating elements 7 into the lower area of the batch, where experience has shown that the mass to be heated is greatest, which among other things. is caused by heat loss via the stove supports 5.
  • cooling gas openings 19 In the lateral surface and in the heating chamber base 3 there are a large number of cooling gas openings 19, through which cooling gas conveyed by a blower (not shown) reaches the interior of the heating chamber 2.
  • the cooling gas openings 19 in the form of nozzles are preferably oriented such that they blow on the batch 6 directly.
  • the cooling gas openings 19 can be combined in groups.
  • the drawing shows how a lower ring distributor 20 and an upper ring distributor 21 can be used to separately apply the cooling gas openings 19 located further down or higher.
  • the cooling gas is supplied to the lower ring distributor 20 and upper ring distributor 21 via respective connecting pieces 23, 24. Further cooling gas openings 19 are located at the bottom of the heating chamber 2.
  • the cooling gas supplied via a floor distributor 22 flows from them.
  • the oven described thus works with three cooling zones which can be acted upon independently of one another.
  • the heated cooling gas emerging from the interior of the cooling chamber 2 passes via the intake duct 13, the fan chamber 10 and in this case opened hatch openings 25 into the interior of the furnace housing 1 and from there via a suction nozzle 26 back to a heat exchanger.
  • the hatch openings 25 are located on the top of the fan chamber 10 and are only opened during the cooling phase, but remain closed during the heating phase of the furnace.
  • the oven works in the following way: When the bottom 4 is drained, the batch 6 is placed on the stove supports 5 and the bottom 4 is moved vertically from below against the furnace housing 1, as a result of which the batch 6 enters the interior of the heating chamber 2.
  • the bottom 4 is attached to the furnace housing 1 in a vacuum-tight manner by means of corresponding fastening elements.
  • the furnace is then evacuated and a protective gas, such as nitrogen or argon, is introduced.
  • the fan 11 is actuated via the fan motor 12 and the heating elements 7 are heated via the electrical connections 16, 17.
  • the pressure in the furnace housing 1 is between 500 and 2000 mbar.
  • the protective gas conveyed by the fan 11 passes through the fan chamber 10 into the heating elements 7, flows through them with convective heating and reaches the lower region of the heating chamber 2.
  • the hot gas rising within the heating chamber 2 flows through the batch, heats it up convectively and passes over the intake duct 13 back to the fan 11.
  • This convective heating phase is ended at a batch temperature of about 600 o C.
  • the fan 11 is stopped and the further heat transfer takes place almost exclusively via the radiant heat of the heating elements 7 transferred to the charge 6.
  • the interior of the furnace housing 1 is again evacuated so that the radiant heat of the heating elements 7 is not used for further heating of the protective gas must be used.
  • the heat transfer takes place exclusively by radiation, the size of this radiation being very dependent on the temperature of the heating elements 7, in addition to the size of the radiating surface.
  • the heat exchange during the heating phase taking place in a vacuum takes place with the same heating elements as the primarily convective heat transfer at the beginning of the heating.
  • the convective heat transfer in the low temperature range significantly accelerates the batch heating at the start of the heating phase.
  • the heating elements 7 are switched off.
  • the cooling circuit is then started, so that the cooling gas distributed via the ring distributors 20, 21 and the bottom distributor 22 flows into the interior of the heating chamber 2 via the cooling gas openings 19 and the batch 6 cools down.
  • this cooling can take place in a directed manner in order to achieve a specific material structure in the batch. Since the heating elements 7 are located in the region of the mouth of the cooling gas openings 19 let into the jacket of the heating chamber 2, the heating elements 7 are already strongly cooled immediately after the beginning of the cooling process, so that they can no longer emit any significant heat radiation.
  • the furnace housing 1 and base 4 are separated again, so that the base 4 can be lowered vertically to remove the batch 6.

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Description

  • Gegenstand der Erfindung ist ein Ofen zur Wärmebehandlung von Chargen aus Eisen- und Stahlteilen mit einem Ofengehäuse und einer darin angeordneten Heizkammer sowie in der Heizkammer angeordneten, elektrisch betätigten Heizelementen zur Aufheizung der Charge, wobei die vertikal in der Heizkammer angeordneten Heizelemente rohrförmig ausgebildet und von Gas unter Aufheizung von oben nach unten durchströmbar sind.
  • Es sind bereits Öfen zur Wärmebehandlung von Eisen- und Stahlteilen bekannt, die zur Aufheizung der Charge über innerhalb der Heizkammer angeordnete Heizelemente verfügen, die entweder aus Graphit oder, für höhere thermische Beanspruchung, aus Molybdän bestehen. Zumeist werden diese Heizelemente an der Innenwand der Heizkammer befestigt, wobei die elektrischen Anschlüsse der Heizelemente durch die Wand der Heizkammer hindurchgeführt sind.
  • Die in dieser Weise ausgeführten Öfen werden überwiegend als Vakuumöfen betrieben. Hierbei wird für die Dauer der Aufheizung der Charge der Ofen evakuiert. Die Aufheizung der Charge erfolgt also nahezu ausschließlich durch die von den Heizelementen abgestrahlte Wärme.
  • Zur gesteuerten Abkühlung der Charge verfügt der bekannte Ofen über ein System zur Kühlgasführung, bei dem die Charge über mehrere Kühlgasöffnungen in der Heizkammer gezielt anströmbar ist. Insbesondere kann durch eine nur abschnittsweise Beaufschlagung von Kühlgasöffnungen eine zielgerichtete Abkühlung bestimmter Bereiche der Charge vorgenommen werden. Die Beschickung des bekannten Ofens erfolgt in vertikaler Richtung, indem der mit der Charge beladene Boden von unten an den Ofen herangefahren wird, wobei die Charge in die Heizkammer gelangt.
  • Diese bekannte Konstruktion hat den Nachteil einer nur geringen Aufheizgeschwindigkeit im unteren Temperaturbereich, in dem die Wärmeübertragung durch Strahlung noch gering ausfällt. Konvektion kann in diesem Temperaturbereich deutliche Verbesserungen bringen, jedoch braucht die innerhalb der Heizkammer zirkulierende Luft eine lange Zeit, um sich an den Heizelementen zu erwärmen und diese Wärme konvektiv an die Charge zu übertragen. Hinzu kommt, daß durch die geringe überfläche der aus Vollmaterial hergestellten Heizelemente ihre Abstrahlfläche gering ausfällt. Die Größe der Abstrahlfläche bedingt jedoch proportional die Größe der durch Strahlung ausgetauschten Wärmemenge. Außerdem strahlen die Heizelemente aufgrund ihrer großen Materialstärke auch noch nach Beendigung der Energiezufuhr Wärme ab, wodurch sich der Beginn der darauffolgenden Abkühlungsphase verzögert.
  • In der europäischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 0 313 889, welche ein Dokument im Sinne von Art. 54(3) EPÜ darstellt, ist ein als Vakuumofen ausgebildeter Wärmebehandlungsofen mit einem Ofengehäuse und einer darin angeordneten Heizkammer beschrieben. Zur Aufheizung der Charge sind in der Kammer rohrförmig gestaltete Heizelemente angeordnet, die während einer konvektiven Aufheizphase von dem Gas unter Aufheizung durchströmt werden. Das solcherart innerhalb der Heizelemente aufgeheizte Gas strömt über radial angeordnete Bohrungen in den Heizelementen in die Heizkammer aus. Der Durchmesser der in erster Linie unmittelbar auf die Charge ausgerichteten Bohrungen ist so bemessen, daß die Summe der Flächen der Bohrungen eines Heizrohres der Fläche der lichten Weite des Heizrohres entspricht. In der Abkühlphase dienen die dann erkalteten Heizrohre mit den Bohrungen zur Führung des Kühlgases unmittelbar auf die Charge.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ofen zur Wärmebehandlung von Eisen- und Stahlteilen zu schaffen, der in jedem Temperaturbereich eine schnelle und gleichmäßige Aufheizung gestattet, der mit gutem Wirkungsgrad arbeitet und der in der Abkühlphase eine schnelle Temperaturabsenkung ermöglicht.
  • Zur technischen Lösung dieser Aufgabe wird zusammen mit den eingangs genannten Merkmalen vorgeschlagen, daß die Heizelemente nach unten hin offen ausgebildet sind.
  • Ein in dieser Weise ausgeführter Ofen hat den Vorteil, daß sowohl im Bereich tiefer Temperatur (< 600° C) als auch im Bereich reiner Strahlungswärme (> 600° C) eine schnelle Aufheizung der Charge erreicht werden kann. Hierzu wird im unteren Temperaturbereich das unter Atmosphären- oder Überdruck stehende Gas zwangsweise durch die Heizelemente hindurch in die Heizkammer geführt, wodurch sich eine sehr gute konvektive Wärmeübertragung zwischen Heizelement und Gas und damit eine hohe Austrittstemperatur des Gases ergibt. Wird der Ofen im Bereich höherer Temperatur betrieben, so ermöglicht die große spezifische Oberfläche der Heizelemente eine starke Abgabe von Wärmestrahlung. Außerdem unterstützt die geringe Wandstärke der Heizelemente deren Temperaturabsenkung beim Beginn der Abkühlphase. Die Erfindung ermöglicht es also, den Ofen sowohl in der Aufheiz- als auch in der Abkühlphase mit höherem Wirkungsgrad zu betreiben.
  • Die Heizelements sind vertikal in der Heizkammer angeordnet und werden von oben nach unten durchströmt, wobei die Heizelemente zumindest nach unten hin offen ausgebildet sind. Auf diese Weise wird die konstruktive Ausführung des Ofens besonders einfach, wobei das aus den Heizelementen austretende Heizgas in den unteren Bereich der Charge gelangt und dort zu einer gewünschten, bevorzugten Aufheizung führt.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann es vorteilhaft sein, die Heizelemente zusätzlich mit radialen Öffnungen zu versehen, um so in der konvektiven Aufheizphase die Charge auch gezielt thermisch zu beaufschlagen.
  • Bei einer weiteren Ausgestaltung sind die Heizelemente an ihrem oberen Ende in des Heizkammer befestigt, wodurch sie eine nur geringe Kontaktfläche mit Elementen der Heizkammer aufweisen, so daß die von ihnen erzeugte Wärme vollständig zur Aufheizung des Heizgases bzw. der Charge zur Verfügung steht.
  • Mit der Erfindung wird auch vorgeschlagen, die Heizelemente unter Zwischenlage von Keramikhülsen zu befestigen. Hierdurch wird ein Wärmeübergang von den Heizelementen an die Heizkammer weitgehend vermieden, um insbesondere die wärmeempfindlichen Bauteile des Ventilators zu schützen.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ofens zur Wärmebehandlung von Eisen- und Stahlteilen im Schnitt dargestellt ist.
  • In einem behälterförmigen, in erster Linie zylindrischen Ofengehäuse 1 ist eine aus hitzebeständigen Materialien aufgebaute, zylindrische Heizkammer 2 angeordnet. Die Heizkammer 2 ist, ebenso wie das Ofengehäuse 1, zweiteilig ausgebildet, wobei der untere Teil durch einen Heizkammerboden 3 sowie einen Boden 4 des Ofengehäuses 1 gebildet wird. Am Boden 4 des senkrecht stehenden Ofengehäuses 1 sind mehrere Herdstützen 5 befestigt, die, den Heizkammerboden 3 durchragend, einen Rost zur Aufnahme der einer Wärmebehandlung zu unterziehenden Charge 6 bilden. Während der Wärmebehandlung steht die Charge 6 auf den Herdstützen 5 innerhalb der Heizkammer 2.
  • In der Nähe der inneren Mantelfläche der Heizkammer 2 sind mehrere axial verlaufende, rohrförmige Heizelemente 7 angeordnet.
  • Sie erstrecken sich über eine Länge, die zumindest der maximalen Chargenhöhe entspricht, so daß die Charge 6 von den einzelnen Heizelementen 7 umgeben ist. Die Heizelemente 7 sind sowohl oben als auch unten offene, zylindrische Graphitrohre. Je nach Einsatzgebiet können auch Heizelemente aus Molybdän zur Anwendung gelangen. Die Heizelemente 7 sind an ihrem oberen Ende unter Zwischenlage von Keramikhülsen 8 an einem Deckel 9 der Heizkammer 2 befestigt. Dabei können die Heizelemente 7 sowohl in den Keramikhülsen 8 fest sitzen als auch mittels geeigneter Bünde in die Keramikhülsen eingehängt sein, wobei ihre senkrechte Ausrichtung dann durch die Schwerkraft erfolgt.
  • Oberhalb des Deckels 9 der Heizkammer 2 befindet sich eine Ventilatorkammer 10, in der zentral ein Flügel eines Ventilators 11 angeordnet ist, der von einem darauf befestigten Ventilatormotor 12 angetrieben wird. Über einen an der Oberseite der Heizkammer 2 mündenden, ringförmigen Ansaugkanal 13 wird Gas aus dem Inneren der Heizkammer 2 zur Stirnseite des Ventilators 11 gesaugt und von diesem radial nach außen in die Ventilatorkammer 10 gefördert, von wo das Gas nach Durchströmung der Keramikhülsen 8 in die rohrförmigen Heizelemente 7 gelangt. Der Ventilator 11 besteht aus hitzebeständigem Material und ist durch eine geeignete, wärmeabschirmende Wand 14 zum Ventilatormotor 12 hin abgeschirmt. Zum Schutz des Ventilators 11 vor der Wärmestrahlung der Charge 6 wird durch den ringförmigen Ansaugkanal 13 des Deckels 9 eine Abschirmung 15 gebildet.
  • Die Heizelemente 7 sind an ihren unteren und oberen Enden mit elektrischen Anschlüssen 16,17 versehen, über die ein elektrischer Strom zur Aufheizung der Heizelemente 7 zugeführt wird. Durch geeignete bauliche Maßnahmen sind die elektrischen Anschlüsse 16,17 weitgehend thermisch entkoppelt von den Bauteilen der Heizkammer 2 und des Ofengehäuses 1, so daß hier keine unerwünschten Wärmeabflüsse auftreten können.
  • Die Heizelemente 7 sind, unten offen und weisen, wie in der Zeichnung dargestellt, in Richtung auf die Charge 6 ausgerichtete, zusätzliche seitliche Öffnungen 18 auf, wobei die Größe, die Lage und die Anzahl der Öffnungen 18 je nach Anwendungsfall variieren kann. Auf jeden Fall ist es vorteihaft, das aus den Heizelementen 7 austretende heiße Gas in den unteren Bereich der Charge zu bringen, wo erfahrungsgemäß die aufzuheizende Masse am größten ist, was u.a. durch Wärmeabgänge über die Herdstützen 5 bedingt ist.
  • In der Mantelfläche sowie im Heizkammerboden 3 befinden sich eine Vielzahl von Kühlgasöffnungen 19, über die von einem nicht dargestellten Gebläse gefördertes Kühlgas in das Innere der Heizkammer 2 gelangt. Die in Form von Düsen ausgebildeten Kühlgasöffnungen 19 sind dabei vorzugsweise so ausgerichtet, daß sie die Charge 6 direkt anblasen. Um eine gerichtete Abkühlung einzelner Bereiche der Charge zu erreichen, können die Kühlgasöffnungen 19 gruppenweise zusammengefaßt sein. In der Zeichnung ist dargestellt, wie über einen unteren Ringverteiler 20 sowie einen oberen Ringverteiler 21 die weiter unten bzw. weiter oben liegenden Kühlgasöffnungen 19 getrennt beaufschlagt werden können. Die Zuführung des Kühlgases zum unteren Ringverteiler 20 und oberen Ringverteiler 21 erfolgt dabei über jeweilige Anschlußstutzen 23,24. Weitere Kühlgasöffnungen 19 befinden sich am Boden der Heizkammer 2. Aus ihnen strömt das über einen Bodenverteiler 22 zugeführte Kühlgas. Der beschriebene Ofen arbeitet also mit drei, unabhängig voneinander beaufschlagbaren Kühlzonen. Das aus dem Inneren der Kühlkammer 2 austretende, erwärmte Kühlgas gelangt über den Ansaugkanal 13, die Ventilatorkammer 10 und in diesem Fall geöffnete Lukenöffnungen 25 in das Innere des Ofengehäuses 1 und von dort über einen Absaugstutzen 26 zurück zu einem Wärmetauscher. Die Lukenöffnungen 25 befinden sich an der Oberseite der Ventilatorkammer 10 und werden nur während der Kühlphase geöffnet, bleiben jedoch während der Aufheizphase des Ofens geschlossen.
  • Der Ofen arbeitet in der folgenden Weise:
    Bei abgelassenem Boden 4 wird die Charge 6 auf die Herdstützen 5 gelegt und der Boden 4 von unten senkrecht gegen das Ofengehäuse 1 gefahren, wodurch die Charge 6 in das Innere der Heizkammer 2 gelangt. Der Boden 4 wird über entsprechende Befestigungselemente vakuumdicht am Ofengehäuse 1 befestigt. Danach wird der Ofen evakuiert und ein Schutzgas, z.B. Stickstoff oder Argon, eingefüllt. Nach Beendigung der Flutung mit Schutzgas wird über den Ventilatormotor 12 der Ventilator 11 betätigt und es werden über die elektrischen Anschlüsse 16,17 die Heizelemente 7 aufgeheizt. Der Druck im Ofengehäuse 1 beträgt dabei zwischen 500 und 2000 mbar. Das vom Ventilator 11 geförderte Schutzgas gelangt über die Ventilatorkammer 10 in die Heizelemente 7, durchströmt diese unter konvektiver Aufheizung und gelangt in den unteren Bereich der Heizkammer 2. Das innerhalb der Heizkammer 2 aufsteigende heiße Gas durchströmt die Charge, heizt diese konvektiv auf und gelangt über den Ansaugkanal 13 zurück zum Ventilator 11. Diese konvektive Aufheizungsphase wird bei einer Chargentemperatur von etwa 600o C beendet. Der Ventilator 11 wird gestoppt und die weitere Wärmeübertragung erfolgt fast ausschließlich nur noch über die auf die Charge 6 übertragene Strahlungswärme der Heizelemente 7. Zu Beginn dieser zweiten Aufheizphase wird das Innere des Ofengehäuses 1 wiederum evakuiert, damit die Strahlungswärme der Heizelemente 7 nicht zur weiteren Aufheizung des Schutzgases verwendet werden muß. Im Vakuum erfolgt die Wärmeübertragung ausschließlich noch durch Strahlung, wobei die Größe dieser Strahlung außer von der Größe der abstrahlenden Fläche der Heizelemente 7 sehr stark von deren Temperatur abhängt. Der Wärmeaustausch während der im Vakuum stattfindenden Aufheizphase findet mit denselben Heizelementen statt wie die in erster Linie konvektive Wärmeübertragung am Beginn der Aufheizung. Durch die konvektive Wärmeübertragung im Niedertemperatur-Bereich wird zu Beginn der Aufheizphase die Chargenerwärmung deutlich beschleunigt.
  • Nachdem die gewünschte Endtemperatur erreicht ist, werden die Heizelemente 7 abgeschaltet. Anschließend wird der Kühlkreislauf in Gang gesetzt, so daß das über die Ringverteiler 20,21 und den Bodenverteiler 22 verteilte Kühlgas über die Kühlgasöffnungen 19 in das Innere der Heizkammer 2 einströmt und die Charge 6 abkühlt. Durch Steuerung der Kühlgasmenge kann dieses Abkühlen in gerichteter Weise erfolgen, um in der Charge ein bestimmtes Werkstoffgefüge zu erreichen. Da sich die Heizelemente 7 im Bereich der Mündung der in den Mantel der Heizkammer 2 eingelassenen Kühlgasöffnungen 19 befinden, werden die Heizelemente 7 bereits unmittelbar nach Beginn des Kühlvorganges stark abgekühlt, so daß sie eine nennenswerte Wärmestrahlung nicht mehr abgeben können. Nachdem die Charge 6 bis auf Entnahmetemperatur heruntergekühlt ist, werden Ofengehäuse 1 und Boden 4 wieder voneinander getrennt, so daß der Boden 4 vertikal zur Entnahme der Charge 6 herabgesenkt werden kann.
    • Bezugsziffernliste
    • 1
    Ofengehäuse
    2
    Heizkammer
    3
    Heizkammerboden
    4
    Boden
    5
    Herdstützen
    6
    Charge
    7
    Heizelemente
    8
    Keramikhülsen
    9
    Deckel
    10
    Ventilatorkammer
    11
    Ventilator
    12
    Ventilatormotor
    13
    Ansaugkanal
    14
    Wand
    15
    Abschirmung
    16
    elektr. Anschlüsse
    17
    elektr. Anschlüsse
    18
    Öffnungen
    19
    Kühlgasöffnungen
    20
    unterer Ringverteiler
    21
    oberer Ringverteiler
    22
    Bodenverteiler
    23
    Anschlußstutzen
    24
    Anschlußstutzen
    25
    Lukenöffnungen
    26
    Absaugstutzen

Claims (7)

  1. Ofen zur Wärmebehandlung von Chargen aus Eisen- und Stahlteilen mit einem Ofengehäuse und einer darin angeordneten Heizkammer sowie in der Heizkammer angeordneten, elektrisch betätigten Heizelementen zur Aufheizung der Charge, wobei die vertikal in der Heizkammer angeordneten Heizelemente rohrförmig ausgebildet und von Gas unter Aufheizung von oben nach unten durchströmbar sind,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Heizelemente nach unten hin offen ausgebildet sind.
  2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (7) mit radialen Öffnungen (18) versehen sind.
  3. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (7) an ihrem oberen Ende in der Heizkammer (2) befestigt sind.
  4. Ofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (7) unter Zwischenlage von Keramikhülsen (8) befestigt sind.
  5. Ofen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Ventilator (11) zur Umwälzung des Gases.
  6. Ofen nach Anspruch 5 gekennzeichnet durch einen an der Oberseite der Heizkammer (2) mündenden, ringförmigen Ansaugkanal (13), der andererseits zum Ventilator (11) führt und durch eine zwischen der Heizkammer (2) und den Ventilator (11) angeordnete Abschirmung (15) begrenzt ist.
  7. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Heizelemente (7) in Bereich der Mündung von in den Mantel der Heizkammer (2) eingslassenen Kühlgasöffnungen (19) befinden.
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