EP0714452B1 - Verfahren und vorrichtung zum wärmebehandeln von glühgut in einem haubenglühofen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum wärmebehandeln von glühgut in einem haubenglühofen Download PDF

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EP0714452B1
EP0714452B1 EP94926826A EP94926826A EP0714452B1 EP 0714452 B1 EP0714452 B1 EP 0714452B1 EP 94926826 A EP94926826 A EP 94926826A EP 94926826 A EP94926826 A EP 94926826A EP 0714452 B1 EP0714452 B1 EP 0714452B1
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annealing
furnace
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Friedhelm Kühn
Walter Scheuermann
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LOI Thermprocess GmbH
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LOI Thermprocess GmbH
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    • C21D9/663—Bell-type furnaces
    • C21D9/673—Details, accessories, or equipment peculiar to bell-type furnaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
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    • C21D9/52—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length
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    • C21D9/67—Multi-station furnaces adapted for treating the charge in vacuum or special atmosphere
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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 the heat treatment of annealing material in a bell annealer, in which there is a blower, with fresh gas in the bottom of the oven blown in and the gas mixture that forms with the gas present in the furnace, is discharged from the bottom of the oven.
  • the invention further relates to a bell annealer to carry out this procedure, with a base, one on the base! arranged Annealing material plate for carrying the annealing material, one below a central opening the glow ember plate arranged blower, one the annealing material and the annealing material plate with a surrounding hood and at least one each arranged on the base Gas inlet and gas outlet, the gas inlet leading in an upward direction Flow path opens.
  • US-A-4,596,526 describes a generic hood furnace and a method for process rinsing during the heat treatment.
  • heat exchange gas with a volume flow of approx. 21.2 m 3 / h is continuously supplied and removed.
  • the gas input during the cooling phase is approx. 14 m 3 / h.
  • the gas is discharged before and after the heat treatment.
  • the gas inlet is designed as a tube which opens into an upward flow path. The speed of the heat exchange gas does not matter. An exchange of the atmosphere before and after the heat treatment is not disclosed.
  • Bell annealers are used in particular for the heat treatment of sheet metal Coils are wrapped.
  • the latter are stacked on top of each other on the annealing plate, with its central "eye" a channel in continuation of the central opening of the annealing plate forms.
  • the fan After putting the hood on a fresh batch, put it in the oven exchanged air for protective gas. Then the annealing treatment begins, the fan sucks the gas centrally from top to bottom and laterally into the Promotes annulus between the annealing material and the hood.
  • the gas input during the exchange of the atmosphere during pre-, emergency and post-rinsing is very considerable.
  • the volume flow is 100 to 180 m 3 / h, and normally for a period of 20 to 40 minutes.
  • this requires the full functionality of the blower. If the blower fails, the rinsing time is approx. 24 hours. This loss of operating time is of great importance. There is also a not inconsiderable gas consumption.
  • the invention has for its object to remedy this situation and a more economical, above all to enable faster exchange of the atmosphere.
  • the number 22.4 is known to be the volume (in l) that a mole of a gas occupies and therefore has the unit l / mol.
  • the inventive device according to claim 3 is characterized in that the gas inlet as upward directed nozzle in the form of a smooth jet nozzle of constant diameter or is designed as a nozzle with constrictions, the nozzle exit surface being approx. Is 10% of the area of the gas outlet.
  • the invention is based on the knowledge that the speed of the entering Beam significantly influences the exchange process and for the optimization of the speed the density of the gas to be flushed out and the Density of the fresh gas must be taken into account, namely according to the relationship above.
  • the success of the invention should be attributed to this be that in the upward flow path blown high speed beam at appropriate mutual coordination of speed and channel dimensions for an extremely quick and even mixture formation leads.
  • the jet enters the gas to be exchanged and at the same time causes a suction effect.
  • the The beam is effective far into the dome of the hood. This Effects may increased by the pulsation of the beam become.
  • the beam guidance prevents it from starting is located at the level of the annealing plate, effectively Short circuit flow to the gas outlet.
  • the high-speed jet can pass through the central opening through the glow plate in the "eyes" of the coils formed central channel can be set up. It offers it is appropriate to make the shaft of the blower hollow and, if necessary with the appropriate extension, to be used 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 N 2 , the ratio is preferably> 7.5.
  • the nozzle advantageously opens at the level of the annealing material plate, where the nozzle mouth is a flow length with constant Diameter is upstream, which is about 5 times the nozzle outlet diameter corresponds. It was found that on very favorable flow conditions can be achieved in this way can.
  • the gas outlet is preferably in the annular space between the annealing material and the hood diametrically opposite the nozzle arranged. If several gas outlets and nozzles are provided, then so these are each arranged on a common sector, with the sectors facing each other. In any case a flow is forced, which is essentially large the hood contour follows.
  • the gas outlet is from one associated with the blower Baffle shielded so that he above all the flow close to the hood, with transverse, short-circuit-like Currents are largely rejected.
  • the invention is based on a preferred Embodiment in connection with the accompanying Drawing explained in more detail.
  • the drawing shows a schematic Vertical section through a bell annealer according to the invention.
  • the bell annealer has a base 1 with an annealing plate 2 on.
  • the latter carries coils 3 stacked one above the other, in the present case four in number. Their "eyes" forming a central channel 4, which is connected to a central opening 5 of the Glow ember plate 2 connects.
  • a blower 6 operates below the central opening 5 a blower 6.
  • the coils 3 and the annealing 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, at a volume flow of 130 m 3 / 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 Is 80 mm.
  • the gas outlet is assigned to the blower 6 Baffle 11 shielded.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wärmebehandeln von Glühgut in einem Haubenglühofen, in dem sich ein Gebläse befindet, wobei frisches Gas unten in den Ofen eingeblasen und das Gasgemisch, das sich mit dem im Ofen vorhandenen Gas bildet, unten aus dem Ofen abgeführt wird. Ferner betrifft die Erfindung einen Haubenglühofen zur Durchführung dieses Verfahrens, mit einem Sockel, einer auf dem Socke! angeordneten Glühgutplatte zum Tragen des Glühgutes, einem unterhalb einer Zentralöffnung der Glühglutplatte angeordneten Gebläse, einer das Glühgut und die Glühgutplatte mit Abstand umgebenden Haube und je mindestens einem am Sockel angeordneten Gaseinlaß und Gasauslaß, wobei der Gaseinlaß in einem nach oben führenden Strömungsweg mündet.
In der US-A-4.596 526 ist ein gattungsgemäßer Haubenofen und ein Verfahren zum Prozeßspülen während der Wärmebehandlung beschrieben. In der Heizphase wird Wärmetauschgas mit einem Volumenstrom von ca. 21,2 m3/h kontinuierlich zu- und abgeführt. Während der Kühlphase beträgt der Gaseintrag ca. 14 m3/h. Der Gasaustrag erfolgt druckabhängig vor und nach der Wärmebehandlung. Der Gaseinlaß ist als Rohr ausgebildet, das in einem nach oben führenden Strömungsweg mündet. Die Geschwindigkeit des Wärmetauschgases spielt keine Rolle. Ein Austauschen der Atmosphäre vor und nach der Wärmebehandlung ist nicht offenbart.
Haubenglühöfen dienen insbesondere zur Wärmebehandlung von Blechen, die zu Coils gewickelt sind. Letztere werden übereinander auf der Glühgutplatte gestapelt, wobei ihr zentrales "Auge" einen Kanal in Fortsetzung der Zentralöffnung der Glühgutplatte bildet. Nach dem Aufsetzen der Haube auf eine frische Charge wird die im Ofen befindliche Luft gegen Schutzgas ausgetauscht. 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 Atmosphäre 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 erfolgt die Füllung mit Wasserstoff, wobei der Stickstoff ausgetrieben 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 in der Praxis das frische Gas unterhalb 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 Gasauslaß abgeführt.
Der Gaseintrag beim Austausch der Atmosphäre beim Vor-, Not- und Nachspülen ist ganz erheblich. Der Volumenstrom beträgt 100 bis 180 m3/h, und zwar im Normalfall für eine Dauer von 20 bis 40 Minuten. Dies setzt allerdings die volle Funktionsfähigkeit des Gebläses voraus. Fällt das Gebläse aus, so beträgt die Spülzeit 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 Austausch der Atmosphäre zu ermöglichen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Verfahren nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß beim Vor-, Not- und Nachspülen, d.h. zum Austauschen der Atmosphäre durch Spülen von und nach dem Aufheizen bzw. der Wärmebehandlung sowie bei Ausfall des Gebläses, das frische Gas als nach oben gerichteter Hochgeschwindigkeitsstrahl in einen nach oben führenden Strömungsweg eingeblasen wird und daß für die Geschwindigkeit (m/min) des Strahls folgende Beziehung gilt: v = K·Vf·MA 22,4 (l/mol)·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 in 1/min.
    • Die Zahl 22,4 ist bekanntlich der Rauminhalt (in l), den ein Mol eines Gases einnimmt und hat somit die Einheit l/mol.
    Es kann u. U. vorteilhaft sein, den Hochgeschwindigkeitsstrahl pulsierend zu erzeugen.
    Die erfindungsgemäße Vorrichtung nach Anspruch 3 kennzeichnet sich dadurch, daß der Gaseinlaß als nach oben gerichtete Düse in Form einer Glattstrahldüse von konstantem Durchmesser oder als Düse mit Einschnürungen ausgebildet ist, wobei die Düsenaustrittsfläche ca. 10 % der Fläche des Gasauslasses beträgt.
    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 Dichte des frischen Gases zu berücksichtigen sind, und zwar entsprechend der obigen Beziehung.
    Überraschenderweise ist es mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen möglich, den Atmosphärenwechsel in nicht vorhersehbarem Maße zu beschleunigen. Bereits nach ca. 3 bis 10 Minuten ist der angestrebte Restgehalt des zu ersetzenden Gases von ca. 4 % erreicht. Ein ganz besonderer Überraschungseffekt liegt darin, daß das erzielte Ergebnis praktisch unabhängig davon ist, ob das Gebläse mitläuft oder nicht. Dies bedeutet, daß beim Ausfall des Gebläses eine Verkürzung der Zeit von 24 Stunden auf ca. 5 Minuten zu verzeichnen ist.
    Neben dieser wahrhaft immensen Zeitersparnis ergibt sich auch eine entsprechende Einsparung an Spülgas, da der Volumenstrom nicht erhöht werden muß. Nach wie vor kann im Mittel mit ca. 140 m3/h gearbeitet werden.
    Hervorzuheben ist ferner eine nicht unerhebliche Steigerung der Arbeitssicherheit. Beim Ausfall des Gebläses während des Betriebes war es häufig nicht möglich (oder erschien zumindest als nicht möglich), den Spülvorgang für das Austreiben des Wasserstoffs 24 Stunden lang laufen zu lassen. Die Folge war, daß die Haube vorzeitig abgehoben wurde mit dem Risiko einer Zündung des Restgemisches.
    Der Erfolg der Erfindung dürfte vor allen Dingen darauf zurückzuführen sein, daß der in den nach oben führenden Strömungsweg eingeblasene Hochgeschwindigkeitsstrahl bei entsprechender gegenseitiger Abstimmung von Geschwindigkeit und Kanalabmaßen zu einer äußerst raschen und gleichmäßigen Gemischbildung führt. Der Strahl tritt in das auszutauschende Gas ein und bewirkt gleichzeitig einen Ansaugeffekt. Außerdem wird der Strahl weit bis in die Kuppel der Haube hinein wirksam. Diese Effekte können u.U. durch das Pulsieren des Strahls gesteigert werden. Schließlich verhindert die Strahlführung, deren Beginn auf der Höhe der Glühgutplatte liegt, in wirksamer Weise eine Kurzschlußströmung zum Gasauslaß.
    Sehr gute Ergebnisse wurden mit einer Glattstrahldüse von konstantem Durchmesser erzielt.
    Der Hochgeschwindigkeitsstrahl kann durch die Zentralöffnung 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 zwischen dem Glühgut und der Haube münden zu lassen, da hier besonders günstige Zuström- und Ansaugverhältnisse herrschen. Dies gilt insbesondere dann, wenn, wie es in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen wird, das Verhältnis von Abstand zwischen 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 Glühgutplatte, wobei der Düsenmündung eine Anströmlänge mit konstantem Durchmesser vorgeschaltet ist, die etwa dem 5fachen des Düsenaustrittsdurchmessers entspricht. Es wurde gefunden, daß auf diese Weise sehr günstige Strömungsverhältnisse erzielt werden können.
    Dabei wird der Gasauslaß vorzugsweise in dem Ringraum zwischen 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 zugeordneten Leitblech abgeschirmt, so daß er vor allen Dingen die haubennahe Strömung erfaßt, wobei quergerichtete, kurzschlußartige Strömungen weitgehend abgewiesen werden.
    Als erfindungswesentlich offenbart gelten auch solche Kombinationen der erfindungsgemäßen Merkmale, die von den vorstehend diskutierten Verknüpfungen abweichen.
    Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt einen schematischen Vertikalschnitt durch einen Haubenglühofen nach der Erfindung.
    Der Haubenglühofen weist einen Sockel 1 mit einer Glühgutplatte 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 arbeitet ein Gebläse 6. Die Coils 3 und die Glühgutplatte 2 werden unter Bildung eines Ringraums 7 von einer Haube 8 abgedeckt.
    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 Hochgeschwindigkeitsstrahl, dessen Geschwindigkeit 75 m/s beträgt, und zwar bei einem Volumenstrom von 130 m3/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 Abstand 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 zugeordneten Leitblech 11 abgeschirmt.
    Mit dieser Anordnung ist es möglich, die H2-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 Abwandlungsmöglichkeiten 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 Geschwindigkeit der erfindungsgemäßen Beziehung entspricht. Dieser Strahl kann auch beispielsweise durch die Welle des Gebläses 6 hindurch in den zentralen Kanal 4 gerichtet werden. Ferner besteht die Möglichkeit, mit mehreren Gaseinlässen und ggf. auch mehreren Gasauslässen zu arbeiten, wobei allerdings die diametrale Anordnung erhalten bleiben sollte.

    Claims (7)

    1. Verfahren zum Wärmebehandeln von Glühgut in einem Haubenglühofen, in dem sich ein Gebläse (6) befindet, wobei frisches Gas unten in den Ofen eingeblasen und das Gasgemisch, das sich mit dem im Ofen vorhandenen Gas bildet, unten aus dem Ofen abgeführt wird,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß das frische Gas zum Austauschen der Atmosphäre durch Spülen vor und nach dem Aufheizen bzw. der Wärmebehandlung sowie bei Ausfall des Gebläses (6) als nach oben gerichteter Hochgeschwindigkeitsstrahl in einen nach oben führenden Strömungsweg eingeblasen wird und daß für die Geschwindigkeit (m/min) des Strahls folgende Beziehung gilt: v = K·Vf·MA 22,4 (l/mol)·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 in 1/min.
    2. Verfahren nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß der Hochgeschwindigkeitsstrahl pulsierend erzeugt wird.
    3. Haubenglühofen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, 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 mindestens einem am Sockel angeordneten Gaseinlaß und Gasauslaß (10), wobei der Gaseinlaß in einem nach oben führenden Strömungsweg mündet, wobei der Gaseinlaß als nach oben gerichtete Düse (9) in Form einer Glattstrahldüse von konstantem Durchmesser oder als Düse mit Einschnürungen ausgebildet ist und die Düsenaustrittsfläche ca. 10 % der Fläche des Gasauslasses beträgt.
    4. Haubenglühofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (9) in dem Ringraum (7) zwischen dem Glühgut (3) und der Haube (8) mündet und daß das Verhältnis von Abstand zwischen der Düsenmitte und der Haube (8) zu Düsenaustrittsdurchmesser zwischen 2,5 und 8 liegt.
    5. Haubenglühofen nach einem der Ansprüche 3 bis 4, 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.
    6. Haubenglühofen nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasauslaß (10) im Bereich des Ringraumes (7) zwischen dem Glühgut (3) und der Haube (8) diametral gegenüber der Düse (9) angeordnet ist.
    7. Haubenglühofen nach Anspruch 6, 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)

    Applications Claiming Priority (3)

    Application Number Priority Date Filing Date Title
    DE4327975A DE4327975A1 (de) 1993-08-19 1993-08-19 Verfahren und Vorrichtung zum Austauschen der Atmosphäre in einem Haubenglühofen
    DE4327975 1993-08-19
    PCT/EP1994/002619 WO1995005487A1 (de) 1993-08-19 1994-08-06 Verfahren und vorrichtung zum austauschen der atmosphäre in einem haubenglühofen

    Publications (2)

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    EP0714452A1 EP0714452A1 (de) 1996-06-05
    EP0714452B1 true EP0714452B1 (de) 1999-01-13

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    EP (1) EP0714452B1 (de)
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