EP0714452A1 - Verfahren und vorrichtung zum wärmebehandeln von glühgut in einem haubenglühofen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum wärmebehandeln von glühgut in einem haubenglühofen

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EP0714452A1
EP0714452A1 EP94926826A EP94926826A EP0714452A1 EP 0714452 A1 EP0714452 A1 EP 0714452A1 EP 94926826 A EP94926826 A EP 94926826A EP 94926826 A EP94926826 A EP 94926826A EP 0714452 A1 EP0714452 A1 EP 0714452A1
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annealing
annealing material
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Walter Scheuermann
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method for exchanging the atmosphere in a bell annealer, the fresh gas being blown into the bottom of the furnace and the gas mixture being formed being removed from the bottom of the furnace.
  • the invention further relates to a bell annealer for carrying out this method, with a base, an annealing material plate arranged on the base for carrying the annealing material, a blower arranged below a central opening of the annealing material plate, a hood surrounding the annealing material and the annealing material plate at a distance, and at least in each case a gas inlet and gas outlet arranged on the base.
  • Hood annealing furnaces are used in particular for the heat treatment of sheets that are wound into coils.
  • the latter are stacked one above the other on the annealing material plate, with its central "eye" forming a channel in the continuation of the central opening of the annealing material plate.
  • the air in the furnace is exchanged for protective gas.
  • the annealing treatment then begins, the fan sucking the gas centrally from top to bottom and conveying it laterally into the annular space between the annealing material and the hood.
  • At least one exchange of the atmosphere of the bell annealing furnace is therefore required for each batch. If you work with hydrogen, these processes multiply. The air must be expelled from the oven before heating up. This is done by blowing in nitrogen. The filling with hydrogen then takes place, the nitrogen being expelled. After the annealing treatment has ended, the hydrogen must first be expelled by blowing in nitrogen before the hood can be removed.
  • the fresh gas is blown into the furnace below the blower and conveyed by the blower into the annular space between the annealing material and the hood.
  • the resulting gas mixture is discharged through the gas outlet.
  • the gas input during the exchange of the atmosphere is quite considerable.
  • the volume flow is 100 to 180 m-Vh, normally for a period of 20 to 40 minutes. However, this presupposes the full functionality of the fan. If the fan fails, the rinsing time is approx. 24 hours. This loss of operating time is' great weight. There is also a not inconsiderable gas consumption.
  • the object of the invention is to remedy this and to enable a more economical, above all faster, exchange of the atmosphere.
  • the method according to the invention is characterized in that the fresh gas is blown into a flow path leading upwards as a high-speed jet and that the following relationship applies to the speed of the jet:
  • Vf free furnace space volume in liters
  • M A molecular weight of the gas to be flushed out in g / mol
  • p s density of the fresh gas in g / m 3
  • the device according to the invention is characterized in that the gas inlet is designed as an upwardly directed nozzle which opens into an upwardly flowing flow path.
  • the invention is based on the knowledge that the speed of the incoming jet significantly influences the exchange process and for the optimization of the speed the density of the gas to be flushed out and the
  • the high-speed beam can be directed through the central opening of the glow plate into the central channel formed by the "eyes" of the coils. It makes sense to make the shaft of the blower hollow and, if necessary with a corresponding extension, to use it as a nozzle.
  • the ratio of the distance between the center of the nozzle and the hood to the nozzle outlet diameter is between 2.5 and 8. If, for example, it is a question of exchanging H 2 for N2, the ratio is preferably> 7.5.
  • the nozzle advantageously opens at the level of the annealing material plate, the nozzle mouth being preceded by a flow length with a constant diameter which corresponds approximately to 5 times the nozzle outlet diameter. It has been found that very favorable flow conditions can be achieved in this way.
  • the nozzle exit area is preferably approximately 10% of the area of the gas outlet. This measure is also suitable for promoting the rinsing process.
  • the gas outlet is preferably arranged in the annular space between the annealing material and the hood diametrically opposite the nozzle. If several gas outlets and nozzles are provided, these are each arranged on a common sector, the sectors being opposite one another. In any case, a flow is forced which essentially follows the hood contour over a large area.
  • the gas outlet is preferably shielded by a baffle assigned to the blower, so that it detects, above all, the flow close to the hood, with transverse, short-circuit-like flows being largely rejected.
  • the bell annealer has a base 1 with an annealing plate 2.
  • the latter carries coils 3 stacked one above the other, in the present case four in number. Their "eyes" form a central channel 4, which connects to a central opening 5 of the glow ember plate 2.
  • a fan 6 works below the central opening 5.
  • the coils 3 and the annealing material plate 2 are covered by a hood 8 to form an annular space 7.
  • the bell annealer has a gas inlet in the form of an upwardly directed nozzle 9 which opens into the annular space 7. It generates a pulsed, upward-directed high-speed jet, the speed of which is 75 m / s, specifically at a volume flow of 130 m * - / h. It is a smooth jet nozzle with a diameter of 25 mm, the nozzle opening at the level of the annealing material plate 2. The ratio of the distance between the center of the nozzle and the hood to the nozzle diameter is 5.
  • a gas outlet 10 is provided, the diameter of which is 80 mm.
  • the gas outlet is shielded by a baffle 11 assigned to the blower 6.

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Description

Verfahren und Vorrichtung zum Austauschen der Atmosphäre in einem Haubenglühofen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Austauschen der Atmosphäre in einem Haubenglühofen, wobei das frische Gas unten in den Ofen eingeblasen und das sich bildende Gasgemisch unten aus dem Ofen abgeführt wird. Ferner betrifft die Erfindung einen Haubenglühofen zur Durchführung dieses Verfahrens, mit einem Sockel, einer auf dem Sockel angeordneten Glühgutplatte zum Tragen des Glühgutes, einem unterhalb einer Zentralöffnung der Glühgutplatte angeordneten Gebläse, einer das Glühgut und die Glühgutplatte mit Abstand umgebenden Haube und je minde¬ stens einem am Sockel angeordneten Gaseinlaß und Gasauslaß.
Haubenglühöfen dienen insbesondere zur Wärmebehandlung von Blechen, die zu Coils gewickelt sind. Letztere werden überein¬ ander auf der Glühgutplatte gestapelt, wobei ihr zentrales "Auge" einen Kanal in Fortsetzung der Zentralöffnung der Glüh¬ gutplatte bildet. Nach dem Aufsetzen der Haube auf eine frische Charge wird die im Ofen befindliche Luft gegen Schutzgas ausge¬ tauscht. Sodann beginnt die Glühbehandlung, wobei das Gebläse das Gas zentral von oben nach unten ansaugt und seitlich in den Ringraum zwischen dem Glühgut und der Haube fördert.
Für jede Charge ist also mindestens ein Austausch der Atmo¬ sphäre des Haubenglühofens erforderlich. Wird mit Wasserstoff gearbeitet, so vervielfachen sich diese Vorgänge. Vor Beginn des Aufheizens muß die Luft aus dem Ofen ausgetrieben werden. Dies geschieht durch Einblasen von Stickstoff. Anschließend er¬ folgt die Füllung mit Wasserstoff, wobei der Stickstoff ausge¬ trieben wird. Nach Beendigung der Glühbehandlung muß erst der Wasserstoff durch Einblasen von Stickstoff ausgetrieben werden, bevor die Haube abgenommen werden kann.
Beim Austausch der Atmosphäre wird das frische Gas unter¬ halb des Gebläses in den Ofen eingeblasen und vom Gebläse in den Ringraum zwischen dem Glühgut und der Haube gefördert. Gleichzeitig wird das entstehende Gasgemisch durch den Gasaus¬ laß abgeführt. Der Gaseintrag beim Austausch der Atmosphäre ist ganz er¬ heblich. Der Volumenstrom beträgt 100 bis 180 m-Vh, und zwar im Normalfall für eine Dauer von 20 bis 40 Minuten. Dies setzt al¬ lerdings die volle Funktionsfähigkeit des Gebläses voraus. Fällt das Gebläse aus, so beträgt die Spühlzeit ca. 24 Stunden. Dieser Verlust an Betriebszeit fällt' schwer ins Gewicht. Hinzu kommt ein nicht unerheblicher Gasverbrauch.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen und einen wirtschaftlicheren, vor allem rascheren Aus¬ tausch der Atmosphäre zu ermöglichen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Verfahren nach der Erfin¬ dung dadurch gekennzeichnet, daß das frische Gas als nach oben gerichteter Hochgeschwindigkeitsstrahl in einen nach oben führenden Strömungsweg eingeblasen wird und daß für die Geschwindigkeit des Strahls folgende Beziehung gilt:
K-Vf-MA 22,4-ps-A wobei
Vf = freies Ofenraumvolumen in Liter
MA = Molgewicht des auszuspülenden Gases in g/mol ps = Dichte des frischen Gases in g/m3
(die Daten gelten für den Normzustand)
A = Eintrittsquerschnitt des frischen Gases in m2 K = Faktor mit dem Wert >. 1, vorzugsweise 6.
Dabei kann es u.U. vorteilhaft sein, den Hochgeschwindigkeitsstrahl pulsierend zu erzeugen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kennzeichnet sich dadurch, daß der Gaseinlaß als nach oben gerichtete Düse ausgebildet ist, die in einem nach oben führenden Strömungsweg mündet.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß die Geschwindigkeit des eintretenden Strahls den Austauschvorgang maßgeblich beeinflußt und für die Optimierung der Geschwindigkeit die Dichte des auszuspülenden Gases und die
Sehr gute Ergebnisse wurden mit einer Glattstrahldüse von konstantem Durchmesser erzielt. Denkbar sind allerdings auch Düsen mit Einschnührungen.
Der Hochgeschwindigkeitsstrahl kann durch die Zentralöff¬ nung der Glühplatte hindurch in den von den "Augen" der Coils gebildeten zentralen Kanal hineingerichtet werden. Dabei bietet es sich an, die Welle des Gebläses hohl auszubilden und, ggf. unter entsprechender Verlängerung, als Düse einzusetzen.
Vorteilhafter kann es sein, die Düse in dem Ringraum zwi¬ schen dem Glühgut und der Haube münden zu lassen, da hier be¬ sonders günstige Zuström- und Ansaugverhältnisse herrschen. Dies gilt insbesondere dann, wenn, wie es in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen wird, das Verhältnis von Abstand zwi¬ schen der Düsenmitte und der Haube zu Düsenaustrittsdurchmesser zwischen 2,5 und 8 liegt. Handelt es sich beispielsweise darum, H2 gegen N2 auszutauschen, so ist das Verhältnis vorzugsweise >7,5.
Vorteilhafterweise mündet die Düse in Höhe der Glühgutplat¬ te, wobei der Düsenmündung eine Anströmlänge mit konstantem Durchmesser vorgeschaltet ist, die etwa dem 5fachen des Düsen¬ austrittsdurchmessers entspricht. Es wurde gefunden, daß auf diese Weise sehr günstige Strömungsverhältnisse erzielt werden können.
Vorzugsweise beträgt die Düsenaustrittsfläche ca. 10 % der Fläche des Gasauslasses. Auch diese Maßnahme ist geeignet, den Spülvorgang zu fördern.
Dabei wird der Gasauslaß vorzugsweise in dem Ringraum zwi¬ schen dem Glühgut und der Haube diametral gegenüber der Düse angeordnet. Sind mehrere Gasauslässe und Düsen vorgesehen, so werden diese jeweils auf einem gemeinsamen Sektor angeordnet, wobei die Sektoren einander gegenüber liegen. In jedem Falle wird eine Strömung erzwungen, die im wesentlichen großflächig der Haubenkontur folgt. Vorzugsweise ist der Gasauslaß von einem dem Gebläse zuge¬ ordneten Leitblech abgeschirmt, so daß er vor allen Dingen die haubennahe Strömung erfaßt, wobei quergerichtete, kurzschlußar¬ tige Strömungen weitgehend abgewiesen werden.
Als erfindungswesentlich offenbart gelten auch solche Kom¬ binationen der erfindungsgemäßen Merkmale, die von den vorste¬ hend diskutierten Verknüpfungen abweichen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt einen schemati¬ schen Vertikalschnitt durch einen Haubenglühofen nach der Er¬ findung.
Der Haubenglühofen weist einen Sockel 1 mit einer Glühgut¬ platte 2 auf. Letztere trägt übereinander gestapelte Coils 3, im vorliegenden Falle vier an der Zahl. Deren "Augen" bildenden einen zentralen Kanal 4, der sich an eine Zentralöffnung 5 der Glühglutplatte 2 anschließt. Unterhalb der Zentralöffnung 5 ar¬ beitet ein Gebläse 6. Die Coils 3 und die Glühgutplatte 2 wer¬ den unter Bildung eines Ringraums 7 von einer Haube 8 abge¬ deckt.
Der Haubenglühofen weist einen Gaseinlaß in Form einer nach oben gerichteten Düse 9 auf, die in den Ringraum 7 mündet. Sie erzeugt einen gepulsten, nach oben gerichteten Hochgeschwindig¬ keitsstrahl, dessen Geschwindigkeit 75 m/s beträgt, und zwar bei einem Volumenstrom von 130 m*--/h. Es handelt sich um eine Glattstrahldüse mit einem Durchmesser von 25 mm, wobei die Düse auf der Höhe der Glühgutplatte 2 mündet. Das Verhältnis von Ab¬ stand zwischen der Düsenmitte und der Haube zu Düsendurchmesser beträgt 5.
Diametral gegenüber der Düse 9 und ebenfalls im Bereich des Ringraums 7 ist ein Gasauslaß 10 vorgesehen, dessen Durchmesser 80 mm beträgt. Der Gasauslaß wird von einem dem Gebläse 6 zuge¬ ordneten Leitblech 11 abgeschirmt. Mit dieser Anordnung ist es möglich, die ^-Atmosphäre des Ofens mit N2 bis auf einen Restgehalt von 4 % in 6 Minuten zu spülen, wobei es keine wesentliche Rolle spielt, ob das Gebläse mitläuft oder nicht.
Im Rahmen der Erfindung sind durchaus Abwandlungsmöglich¬ keiten gegeben. So können die Abmaß- und Verfahrensparameter in Grenzen variiert werden, so lange ein nach oben gerichteter Hochgeschwindigkeitsstrahl mit den gewünschten Ansaug-, Misch- und Spüleigenschaften erzeugt werden kann, dessen Geschwindig¬ keit der erfindungsgemäßen Beziehung entspricht. Dieser Strahl kann auch beispielsweise durch die Welle des Gebläses 6 hin¬ durch in den zentralen Kanal 4 gerichtet werden. Ferner besteht die Möglichkeit, mit mehreren Gaseinlässen und ggf. auch mehre¬ ren Gasauslässen zu arbeiten, wobei allerdings die diametrale Anordnung erhalten bleiben sollte.

Claims

A n s p r ü c h e
1. Verfahren zum Austauschen der Atmosphäre in einem Haubenglühofen, wobei das frische Gas unten in den Ofen eingeblasen und das sich bildende Gasgemisch unten aus dem Ofen abgeführt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das frische Gas als nach oben gerichteter Hochgeschwindigkeitsstrahl in einen nach oben führenden Strömungsweg eingeblasen wird und daß für die Geschwindigkeit des Strahls folgende Beziehung gilt:
K'Vf-MA
22,4-ps-A wobei
Vf = freies Ofenraumvolumen in Liter
MA = Molgewicht des auszuspülenden Gases in g/mol ps = Dichte des frischen Gases in g/m3
(die Daten gelten für den Normzustand)
A = Eintrittsquerschnitt des frischen Gases in m2 K = Faktor mit dem Wert >. 1, vorzugsweise 6.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochgeschwindigkeitsstrahl pulsierend erzeugt wird.
3. Haubenglühofen mit einem Sockel (1), einer auf dem Sockel angeordneten Glühgutplatte (2) zum Tragen des Glühgutes (3), einem unterhalb einer Zentralöffnung (5) der Glühgutplatte angeordneten Gebläse (6), einer das Glühgut und die Glühgutplatte mit Abstand umgebenden Haube(8) und je mindenstens einem am Sockel angeordneten Gaseinlaß und Gasauslaß ( 10) , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Gaseinlaß als nach oben gerichtete Düse (9) ausge¬ bildet ist, die in einem nach oben führenden Strömungsweg mün¬ det.
4. Haubenglühofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (9) in dem Ringraum (7) zwischen dem Glühgut (3) und der Haube (8) mündet.
5. Haubenglühofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Abstand zwischen der Düsenmitte und der Haube (8) zu Düsenaustrittsdurchmesser zwischen 2,5 und 8 liegt.
6. Haubenglühofen nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (9) in Höhe der Glühgutplatte (2) mündet, wobei der Düsenmündung eine Anströmlänge mit konstantem Durchmesser vorgeschaltet ist, die etwa dem Fünffachen des Düsenaustrittsdurchmessers entspricht.
7. Haubenglühofen nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenaustrittsfläche ca. 10% der Fläche des Gasauslasses (10) beträgt.
8. Haubenglühofen nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasauslaß (10) im Bereich des Ringraums (7) zwischen dem Glühgut (3) und der Haube (8) diametral gegenüber der Düse (9) angeordnet ist.
9. Haubenglühofen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasauslaß (10) von einem dem Gebläse (6) zugeordneten Leitblech (11) abgeschirmt ist.
EP94926826A 1993-08-19 1994-08-06 Verfahren und vorrichtung zum wärmebehandeln von glühgut in einem haubenglühofen Expired - Lifetime EP0714452B1 (de)

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