EP0389889B1 - Vorrichtung zur Steuerung von Gasströmen in Vakuumöfen - Google Patents

Vorrichtung zur Steuerung von Gasströmen in Vakuumöfen Download PDF

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EP0389889B1
EP0389889B1 EP90104992A EP90104992A EP0389889B1 EP 0389889 B1 EP0389889 B1 EP 0389889B1 EP 90104992 A EP90104992 A EP 90104992A EP 90104992 A EP90104992 A EP 90104992A EP 0389889 B1 EP0389889 B1 EP 0389889B1
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Cordt Rohde
Gerhard Welzig
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    • C21D1/767—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material with forced gas circulation; Reheating thereof
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    • F27B2005/167—Means to circulate the atmosphere the atmosphere being recirculated through the treatment chamber by a turbine

Definitions

  • the invention relates to a device for controlling gas flows in vacuum furnaces, in which the batches are both heated and quenched up to temperatures of approximately 750 ° C. in a batch space with gas circulation by means of a fan.
  • Such furnaces usually consist of a cylindrical pressure housing in which there is a heated batch space surrounded by thermal insulation, a heat exchanger and a fan for circulating the heating and cooling gas. It is advantageous both during the operating phase in which the batch is convectively heated and during the quenching phase, the gas through heating conductors in the form of tubes which are arranged axially on the lateral surface of the cylindrical batch space and are provided with nozzles directed towards the batch, to lead into the batch room. It is also advantageous to circulate the gas in both operating phases with the same fan.
  • Such an oven is described in DE-PS 37 36 502.
  • a control device In order to ensure that the batch can be both heated and quenched with the same gas, a control device must be present in the furnace be, which allows the gas flow circulated by the fan to be reversed between two circuits, so that in one case the gas only circulates within the heated furnace area provided with thermal insulation, and in the other case via the heat exchanger tubes arranged between the thermal insulation and the recipient wall.
  • This construction has the disadvantage that only openings with a small cross-section can be sealed by the slide, so that when they flow through, high pressure losses occur in the gas flow. Furthermore, the inflow to the fan is asymmetrical, which results in an uneven distribution of the gas flow on the heating pipes. Another disadvantage is that the travel of the slide between the two end positions is very large. For actuation a very long cylinder is required, which protrudes far from the furnace housing and limits the installation options of such a furnace.
  • the inflow of the gas must be completely radially symmetrical, only slight flow losses may occur and the actuation paths must be small.
  • This object is achieved in that two concentric, mutually displaceable cylinders are arranged between the batch space and fan in the furnace center axis, of which the outer cylinder is firmly connected to the batch space and the inner cylinder via a linkage axially between a baffle plate attached in the batch space and the Fan suction opening can be moved.
  • Figures 1 to 4 schematically show an exemplary embodiment of the control device according to the invention, with Figures 1 and 2 showing the control device in the two end positions in a vacuum oven according to DE-PS 37 36 502 and Figures 3 and 4 showing these end positions in enlargements.
  • the furnace consists of a recipient (11) in which a batch space (13) is arranged within a thermal insulation (12), which is heated via heating pipes (14) and simultaneously supplied with gas.
  • the heat exchanger (15) is located between the recipient (11) and the thermal insulation (12).
  • the control device consists of two concentric cylinders, of which the outer (1) is firmly connected to the wall (2) of the batch space (13) facing the fan. This serves as a guide for the inner cylinder (3), which is fitted into the outer cylinder (1) with little play.
  • the inner cylinder (3) can be moved by means of a linkage between a baffle plate (5) fastened to the batch chamber wall (2) with stud bolts (4) in the batch space (13) and the wall of a gas distribution device (7) surrounding the fan (6).
  • the actuation is preferably carried out in such a way that an axis (8) is introduced into the recipient transversely to the center axis of the furnace.
  • a shift fork (9) is attached to it, which engages a rod (10) which is inserted across the inner cylinder (3) and is firmly connected to it.
  • a rod (10) which is inserted across the inner cylinder (3) and is firmly connected to it.
  • longitudinal slots are left in the outer stationary cylinder (1).
  • the inner cylinder (3) lies with its second end face on the baffle plate (5) and seals the batch space (13).
  • An annular inflow cross-section to the furnace space outside of the thermal insulation is released at the fan suction opening.
  • the two cylinders (1 and 3) are preferably made of graphite felt, which is coated on all outer surfaces with graphite foil. This material is resistant to the temperatures that occur. Due to the low weight and the low coefficient of friction of the graphite / graphite pairing, the actuation forces are small.
  • the inflow to the fan (6) takes place completely radially symmetrically in both operating phases.
  • the flow losses can be minimized by suitable adjustment of the annular gap height to the intake cross section of the fan (6).
  • the rotation of the axis (8) required for actuation can take place, for example, by means of a compact swivel cylinder which in no way restricts the installation of the furnace.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung von Gasströmen in Vakuumöfen, in denen mittels Ventilator die Chargen in einem Chargenraum unter Gasumwälzung sowohl bis zu Temperaturen von ca. 750° C sowohl erwärmt als auch abgeschreckt werden.
  • Solche Öfen bestehen in der Regel aus einem zylindrischen Druckgehäuse, in dem sich ein von einer thermischen Isolation umgebener beheizter Chargenraum, ein Wärmetauscher und ein Ventilator zur Umwälzung des Heiz- und Abkühlgases befindet. Es ist vorteilhaft, sowohl während der Betriebsphase, in der die Charge konvektiv erwärmt wird, als auch während der Abschreckphase, das Gas durch als Rohre ausgebildete Heizleiter, die an der Mantelfläche des zylindrischen Chargenraumes axial angeordnet und mit auf die Charge gerichteten Düsen versehen sind, in den Chargenraum zu leiten. Weiterhin ist es vorteilhaft, das Gas in beiden Betriebsphasen mit dem gleichen Ventilator umzuwälzen. Ein solcher Ofen ist in der DE-PS 37 36 502 beschrieben.
  • Um zu gewährleisten, daß mit dem gleichen Gas die Charge sowohl aufgeheizt als auch abgeschreckt werden kann, muß im Ofen eine Steuervorrichtung vorhanden sein, die erlaubt, den vom Ventilator umgewälzten Gasstrom zwischen zwei Kreisläufen umzusteuern, sodaß im einen Fall das Gas nur innerhalb des mit einer thermischen Isolierung versehenen beheizten Ofenbereiches zirkuliert, und im anderen Fall über die zwischen thermischer Isolation und Rezipientenwand angeordneten Wärmetauscherrohre geleitet wird.
  • In dem in der DE-PS 37 36 502 beschriebenen Ofen wird dies dadurch gelöst, daß zwischen Chargenraum und der Saugseite des in einer Gasverteilervorrichtung angeordneten Ventilators ein Kasten eingebaut ist, der mit Öffnungen sowohl zum Chargenraum als auch zu dem Ringraum zwischen thermischer Isolation und Rezipientenwand, in dem die Wärmetauscherrohre angeordnet sind, versehen ist. In dem Kasten befindet sich ein Schieber, der über eine Kolbenstange quer zur Ofenachse verschoben werden kann. Je nach Stellung des Schiebers werden die Öffnungen zum Chargenraum oder zum Ringraum zwischen thermischer Isolation und Rezipientenwand freigegeben und die jeweils anderen Öffnungen gleichzeitig verschlossen.
  • Diese Konstruktion hat den Nachteil, daß von dem Schieber nur Öffnungen mit kleinem Querschnitt abgedichtet werden können, so daß bei deren Durchströmung hohe Druckverluste in der Gasströmung entstehen. Weiterhin erfolgt die Zuströmung zum Ventilator unsymetrisch, was sich in einer ungleichmäßigen Verteilung des Gasstroms auf die Heizrohre auswirkt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß der Verfahrweg des Schiebers zwischen den beiden Endpositionen sehr groß ist. Zur Betätigung ist ein sehr langer Zylinder notwendig, der weit aus dem Ofengehäuse herausragt und die Aufstellungsmöglichkeiten eines solchen Ofens einschränkt.
  • Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Steuerung von Gasströmen in Vakuumöfen zu schaffen, in denen die Chargen in einem Chargenraum unter Gasumwälzung mittels Ventilator sowohl erwärmt als auch abgekühlt werden, die es erlaubt, den Ansaugquerschnitt des Ventilators wechselweise mit dem Chargenraum oder dem Ringraum zwischen thermischer Isolation und Rezipientenwand, in dem sich die Wärmetauscherrohre befinden, zu verbinden. Dabei muß die Zuströmung des Gases vollkommen radialsymetrisch erfolgen, es dürfen nur geringe Strömungsverluste auftreten und die Betätigungswege müssen klein sein.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen Chargenraum und Ventilator in der Ofenmittelachse zwei konzentrische, gegeneinander verschiebbare Zylinder angeordnet sind, von denen der äußere fest mit dem Chargenraum verbunden ist und der innere Zylinder über ein Gestänge axial zwischen einer im Chargenraum angebrachten Prallplatte und der Ventilatoransaugöffnung verschoben werden kann.
  • Die Abbildungen 1 bis 4 zeigen schematisch eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung, wobei die Abbildungen 1 und 2 die Steuervorrichtung in den beiden Endpositionen in einem Vakuumofen gemäß DE-PS 37 36 502 und die Abbildungen 3 und 4 diese Endpositionen in Vergrößerungen wiedergeben.
  • Der Ofen besteht aus einem Rezipienten (11), in dem innerhalb einer thermischen Isolierung (12) ein Chargenraum (13) angeordnet ist, der über Heizrohre (14) beheizt und gleichzeitig mit Gas versorgt wird. Zwischen dem Rezipienten (11) und der thermischen Isolierung (12) befindet sich der Wärmetauscher (15).
  • Die Steuervorrichtung besteht aus zwei konzentrischen Zylindern, von denen der äußere (1) fest mit der dem Ventilator zugewandten Wand (2) des Chargenraums (13) verbunden ist. Dieser dient als Führung für den inneren Zylinder (3) , der mit geringem Spiel in den äußeren Zylinder (1) eingepaßt ist. Mittels eines Gestänges kann der innere Zylinder (3) zwischen einer im Chargenraum (13) mit Stehbolzen (4) an der Chargenraumwand (2) befestigten Prallplatte (5) und der Wand einer den Ventilator (6) umgebenden Gasverteilungsvorrichtung (7) verschoben werden. Die Betätigung erfolgt vorzugsweise so, daß eine Achse (8) quer zur Ofenmittelachse in den Rezipienten eingeführt wird. Daran wird eine Schaltgabel (9) befestigt, die an einer Stange (10) angreift, die quer durch den inneren Zylinder (3) gesteckt und fest mit diesem verbunden ist. Um ein Verschieben des inneren Zylinders (3) mittels dieser Stange (10) zu ermöglichen, sind in dem äußeren feststehenden Zylinder (1) Längsschlitze ausgespart. Durch Verdrehen der Achse (8) um wenige Winkelgrade kann der bewegliche Zylinder so zwischen den in Abb. 3 und 4 dargestellten Endpositionen verschoben werden.
  • In der Position nach Abb. 3 liegt der innere Zylinder (3) mit seiner Stirnseite an der Wand der Gasverteilervorrichtung (7) an und dichtet somit den Ofenraum außerhalb der thermischen Isolation gegen die Ventilatoransaugöffnung ab. Gleichzeitig wird ein ringförmiger Zuströmquerschnitt zwischen der Prallplatte (5) und der Chargenraumwand (2) freigegeben. Der Ventilator (6) saugt somit das Gas aus dem Chargenraum (12) durch den freien Querschnitt des inneren Zylinders (3) an.
  • In der Position nach Abb. 4 liegt der innere Zylinder (3) mit seiner zweiten Stirnseite an der Prallplatte (5) an und dichtet den Chargenraum (13) ab. An der Ventilatoransaugöffnung wird ein ringförmiger Zuströmquerschnitt zum Ofenraum außerhalb der thermischen Isolation freigegeben.
  • Die beiden Zylinder (1 und 3) werden vorzugsweise aus Grafithartilz ausgeführt, der auf allen Außenflächen mit Grafitfolie beschichtet ist. Dieses Material ist beständig gegen die auftretenden Temperaturen. Aufgrund des geringen Gewichts und des geringen Reibwertes der Paarung Grafit/Grafit sind die Betätigungskräfte klein.
  • Aufgrund der ringförmigen Einströmquerschnitte erfolgt die Zuströmung zum Ventilator (6) in beiden Betriebsphasen vollkommen radialsymetrisch. Durch geeignete Abstimmung der Ringspalthöhe auf den Ansaugquerschnitt des Ventilators (6) können die Strömungsverluste minimiert werden. Die zur Betätigung notwendige Verdrehung der Achse (8) kann beispielsweise durch einen kompakten Schwenkzylinder erfolgen, der die Aufstellung des Ofens in keiner Weise einschränkt.

Claims (1)

  1. Vorrichtung zur Steuerung von Gasströmen in Vakuumöfen, in denen die Chargen in einem Chargenraum unter Gasumwälzung mittels Ventilator sowohl erwärmt als auch abgekühlt werden,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zwischen Chargenraum (13) und Ventilator (6) in der Ofenmittelachse zwei konzentrische gegeneinander verschiebbare Zylinder (1,3) angeordnet sind, von denen der äußere (1) fest mit dem Chargenraum (13) verbunden ist, und der innere Zylinder (3) über ein Gestänge axial zwischen einer im Chargenraum (13) befestigten Prallplatte (5) und der Ventilatoransaugöffnung verschoben werden kann.
EP90104992A 1989-03-30 1990-03-16 Vorrichtung zur Steuerung von Gasströmen in Vakuumöfen Expired - Lifetime EP0389889B1 (de)

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