EP0846930B1 - Vorrichtung zur gleichmässigen Beaufschlagung einer planen Oberfläche eines Werkstückes mit einem Wärmebehandlungsgas - Google Patents

Vorrichtung zur gleichmässigen Beaufschlagung einer planen Oberfläche eines Werkstückes mit einem Wärmebehandlungsgas Download PDF

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EP0846930B1
EP0846930B1 EP97121603A EP97121603A EP0846930B1 EP 0846930 B1 EP0846930 B1 EP 0846930B1 EP 97121603 A EP97121603 A EP 97121603A EP 97121603 A EP97121603 A EP 97121603A EP 0846930 B1 EP0846930 B1 EP 0846930B1
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Carl Prof. Dr.-Ing. Kramer
Eckehard Dr.-Ing. Fiedler
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Kramer Carl Profdr-Ing
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B1/00—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
    • B05B1/005—Nozzles or other outlets specially adapted for discharging one or more gases
    • 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
    • F27D15/00—Handling or treating discharged material; Supports or receiving chambers therefor
    • F27D15/02—Cooling
    • F27D15/0206—Cooling with means to convey the charge
    • F27D15/0213—Cooling with means to convey the charge comprising a cooling grate
    • F27D15/022—Cooling with means to convey the charge comprising a cooling grate grate plates

Definitions

  • the invention relates to a device for uniform Loading a flat surface of a workpiece, in particular the end face of a band bundle, with a heat treatment gas, which in the preamble of Claim 1 specified genus.
  • Such a device as for the high temperature zone a grate cooler, especially for cement clinker, is to be used, for example, from DE-OS 24 54 202 and has a flat nozzle bottom and several punctiform openings in the bottom of the nozzle on the single, discrete gas jets on the plane Straighten the surface of the workpiece; the openings are according to a given pattern on straight lines arranged in the nozzle base, so that each row of holes a forms slit-shaped nozzle opening.
  • a grate plate for a clinker cooler is known, in its surface Openings for the passage of cooling air open out.
  • the surface of the grate plate is between the openings with guiding surfaces for the Bulk clinker provided, which is thereby distributed on the grate plate so that their Surface is evenly tempered.
  • GB-A-12548 A.D 1911 also describes a spray device for a mixture Compressed air / paint with a spray head, which contains the features of the preamble of claim 1, and its strip-shaped outlet area through three superimposed and pressed plates is formed. In the big areas the plates have passage channels in different directions, so that from the outlet openings, which are located on the end face of the block thus formed, Exit beams in different directions.
  • the new blowing system is therefore particularly suitable for convective heat transfer on the end faces of coils, their arrangement to the blowing system not from is determined in advance and from batch to batch can change. So the new blowing system has it Advantages of from German patent specification 35 03 089 known device, but without the disadvantages, namely the need for some centering of the blowing system on the coil end faces to be heated in To have to buy.
  • Another extremely beneficial application for the device according to the invention is the production of a high heat transfer to small parts, such as B. ball bearing rings, that on one surface, essentially one flat layer with a fluid, e.g. B. a cooling gas, to be charged.
  • a fluid e.g. B. a cooling gas
  • Such a device has the Advantage of the special orientation of the ball bearing rings no requirements were placed on the nozzle system become. It is sufficient for. B., the rings on an appropriate Roll under the blowing device past move.
  • the four are designed as bores circular nozzle openings 1, 2, 3, 4 combined to form a nozzle opening group 5.
  • the adjacent nozzle openings 1-4 of a group 5 have one another smaller distance than from the nearest nozzle opening 1-4 one neighboring group.
  • the nozzle base 6 is a flat sheet. Several such groups 5 of nozzle openings 1 up to 4 form the entirety of the nozzle openings in the nozzle base.
  • the Deflection devices 7 consist of a cross section of the deflected jet considered, U-shaped sheets, i.e. channel-like guide elements, with the joining surface 10 created by the inclined section on which the nozzle openings containing planar nozzle bottom 6 are placed. Through the corresponding sloping section the desired deflection angle is between 15 ° and 45 °, as in the example illustrated case, as mentioned, 45 °.
  • the projection of the deflected nozzle jets forms an example and according to the invention in case shown for two adjacent nozzle openings divided by 360 ° the number four of the nozzle openings equal 90 °.
  • the devices 7 are for Jet deflection on the downstream side of the nozzle openings 1 to 4. As an alternative for this purpose, they can also be arranged on the inflow side.
  • the distance between the closest nozzle openings 1-4 adjacent Nozzle opening groups 5 is at least 1.5 times the smallest distance between the nearest nozzle openings 1-4 in a group 5.
  • the geometrically free nozzle surface in the projection makes it flat Nozzle plate 6 or the reference plane of the nozzle plate 6 between 2% and 10% of the associated total area of the nozzle base 6 or its reference plane.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur gleichmäßigen Beaufschlagung einer planen Oberfläche eines Werkstückes, insbesondere der Stirnfläche eines Bandbundes, mit einem Wärmebehandlungsgas, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
Eine solche Vorrichtung, wie sie für die Hochtemperaturzone eines Rostkühlers, insbesondere für Zementklinker, eingesetzt werden soll, geht beispielsweise aus der DE-OS 24 54 202 hervor und weist einen ebenen Düsenboden sowie mehrere punktförmige Öffnungen in dem Düsenboden auf, die einzelne, diskrete Gasstrahlen auf die plane Oberfläche des Werkstückes richten; die Öffnungen sind entsprechend einem vorgegebenen Muster auf geraden Linien in dem Düsenboden angeordnet, so daß jede Lochreihe eine schlitzförmige Düsenöffnung bildet.
Aus der DE-A-22 35 510 ist eine Rostplatte für einen Klinkerkühler bekannt, in deren Oberfläche Öffnungen für den Durchtritt von Kühlluft münden. Die Oberfläche der Rostplatte ist zwischen den Öffnungen mit quer zum Guttransport verlaufenden Leitflächen für den schüttgutartigen Klinker versehen, der dadurch auf der Rostplatte so verteilt wird, dass ihre Oberfläche gleichmäßig temperiert ist.
Weiterhin geht aus der GB-A-12548 A.D 1911 eine Sprühvorrichtung für ein Gemisch Pressluft/Farbe mit einem Sprühkopf hervor, die die Merkmale des Oberbegriffes des Anspruchs 1 enthält, und dessen leistenförmiger Auslassbereich durch drei aufeinanderliegende und zusammengepresste Platten gebildet wird. In die großen Flächen der Platten sind Durchlasskanäle in jeweils unterschiedlichen Richtungen eingearbeitet, so dass aus den Auslassöffnungen, die sich an der Stirnseite des so gebildeten Blocks befinden, Strahlen in unterschiedlichen Richtungen austreten.
Weiterhin geht aus der US-PS 41 55 701 eine für Brenner benutzte Mischeinrichtung hervor, die in einem Gasstrahl einen Drall erzeugt und dadurch die zur guten Verbrennung erforderliche Mischung von Gasströmen herbeiführt. Würde man eine solche Vorrichtung gegenüber einer Prallfläche anordnen, wie sie die zu behandelnde plane Oberfläche eines Werkstückes darstellt, so würde sich auf dieser Prallfläche eine Verteilung des Wärmeübergangskoeffizienten einstellen, wie sie sich für normale Schlitzdüsen ergibt. Der einzige Unterschied gegenüber üblichen geraden besteht darin, daß die Auftrefflinie und damit die Linien, welche die Maxima der örtlichen Wärmeübergangskoeffizienten miteinander verbinden, ebenfalls gekrümmt sind.
Weiterhin sind aus der US-PS 42 61 517 und US-PS 38 87 135 Vorrichtungen bekannt, bei denen der Strahl zur Achse, um welche die Drehung erfolgt, fokussiert wird; würde man mittels einer solchen Vorrichtung die Stirnfläche eines Bandbundes beblasen, so würde sich ein Stau im Zentrum ergeben, so daß keine ungehinderte Überströmung der Stirnfläche des Bandbundes und damit keine gleichmäßige Beaufschlagung mit dem Gas mehr möglich ist.
Die besonders gleichmäßige Beaufschlagung der planen Oberfläche eines Werkstückes mit einem Gas spielt überall da eine Rolle, wo mittels dieses strömenden Gases Wärme auf das Werkstück übertragen werden muß, da nur dann ein gleichmäßiger Wärmeübergang oder gegebenenfalls auch Stoffaustausch zwischen Gasstrom und Wärme gewährleistet ist, ohne daß größere Unterschiede im örtlichen Wärmeübergangskoeffizienten zu unterschiedlichen Temperaturen bzw. Unterschiedliche Aufheizung des Werkstückes führen. Dies stellt beispielsweise beim Anwärmen von Metallbandbunden ein großes Problem dar. Unter einem "Metallbandbund" versteht man zu einem Zylinder aufgewickelte Blechbänder, beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung.
Zur Abkürzung der Glühzeit solcher Metallbandbunde wird angestrebt, den Wärmeübergang in einem Kammerofen, wie er beispielsweise in der Aluminiumindustrie zum Glühen von Leichtmetallbandbunden eingesetzt wird, so hoch wie möglich zu treiben. Führt nun das verwendete Beblasungssystem zu großen örtlichen Unterschieden im Wärmeübergang, so können sich lokale Überhitzungen einstellen, die Verfärbungen der Metallbändern bewirken und außerdem die angestrebten metallurgischen Eigenschaften der Bänder beeinträchtigen können.
Die bisher üblichen Beblasungssysteme, mit denen ein höherer Wärmeübergang angestrebt wird, weisen Loch- oder Schlitzdüsen auf, die senkrechte auf die Oberfläche des Metallbundes auftreffende Prallstrahlen erzeugen; werden nun lokale Überhitzungen festgestellt, so bleibt vielfach keine andere Wahl als den Gesamt-Volumenstrom zu reduzieren und dadurch die hohen örtlichen Wärmeübergangskoeffizienten zu vermeiden.
Die Lösung dieser Aufgabe wird in der Deutschen Patentschrift 35 03 089 für den Sonderfall beschrieben, daß eine gleichmäßige Beaufschlagung mit einer rotationssymmetrischen, durch mehrere, schlitzartige Öffnungen in einem Düsenboden angeordnete Vorrichtung erzielt wird, wobei die Düsenstrahlen gleichsinnig gegen die Beaufschlagungfläche geneigt sind. Dieser Sonderfall trifft dann zu, wenn die rotationssymmetrische Vorrichtung genau oder zumindest hinreichend genau auf die ebenfalls rotationssymmetrische Stirnfläche eines Bandbundes zentriert werden kann. In der Praxis ist dies jedoch kaum der Fall, so daß dann, wenn eine nicht rotationssymmetrische Beaufschlagungssituation vorliegt, wesentliche Nachteile in Kauf zu nehmen sind, insbesondere durch starke Anströmung der Ränder der Bandbundstirnflächen, wo dann trotz des hohen Aufwandes mit der vorbeschriebenen Vorrichtung unzulässige Überhitzungen auftreten.
Diese Nachteile werden mit der Vorrichtung nach der Erfindung vermieden, weil nunmehr die Düsenöffnungen für sich in Gruppen angeordnet sind und innerhalb dieser Gruppen, deren Beaufschlagungsfläche gegenüber der üblichen Gesamtbeaufschlagungsfläche klein ist, bereits eine hinreichende Verwirbelung und sowie eine Drehbewegung in der Strömung auftritt, so daß punktweise Überhitzungen in der Nähe diskreter Stauzonen vermieden werden.
Das neue Beblasungssystem eignet sich also besonders für die konvektive Wärmeübertragung an Stirnflächen von Bandbunden, deren Anordnung zum Beblasungssystem nicht von vornherein festliegt und von Chargierung zu Chargierung wechseln kann. Das neue Beblasungssystem besitzt also die Vorteile der aus der Deutschen Patentschrift 35 03 089 bekannten Vorrichtung, ohne jedoch die Nachteile, nämlich die Notwendigkeit einer gewissen Zentrierung des Beblasungssystems auf die zu erwärmenden Coilstirnflächen in Kauf nehmen zu müssen.
Ein weiteres, äußerst vorteilhaftes Anwendungsgebiet für die Vorrichtung nach der Erfindung ist die Erzeugung eines hohen Wärmeübergangs an Kleinteilen, wie z. B. Kugellagerringen, die auf einer Fläche, also in einer im wesentlichen ebenen Lage mit einem Fluid, z. B. einem Abkühlgas, zu beaufschlagen sind. Bei den erwähnten Kugellagerringen ergibt sich durch die in ihrer Richtung ständig wechselnden Schrägstrahlen eine äußerst gleichmäßige Beaufschlagung sowohl der inneren als auch der äußeren Ringmantelflächen, so daß sich eine Beblasungseinrichtung nach der Erfindung durchaus auch zum Gasstrahlhärten von Kugellagerringen anbietet. Eine derartige Vorrichtung hat den Vorteil, daß an die besondere Orientierung der Kugellagerringe zum Düsensystem keinerlei Anforderungen gestellt werden. Es genügt z. B., die Ringe auf einen entsprechenden Rollengang unter der Beblasungseinrichtung vorbei zu bewegen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf schematische Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Figur 1
eine Draufsicht auf den Düsenboden mit Blickrichtung von der zu beaufschlagenden Fläche,
Figur 2
einen Schnitt durch den Düsenboden und die zugehörigen Strömungsleiteinrichtungen in einer Ebene senkrecht zum Düsenboden.
In der beispielhaft dargestellten Ausführung sind die als Bohrungen ausgeführten vier kreisrunden Düsenöffnungen 1, 2, 3, 4 zu einer Düsenöffnungsgruppe 5 zusammengefasst. Dabei haben die benachbarten Düsenöffnungen 1-4 einer Gruppe 5 voneinander einen geringeren Abstand als von der jeweils nächstliegenden Düsenöffnung 1-4 einer benachbarten Gruppe.
Der Düsenboden 6 ist ein planes Blech. Mehrere solcher Gruppen 5 von Düsenöffnungen 1 bis 4 bilden die Gesamtheit der Düsenöffnungen im Düsenboden. Auf der Abströmseite sind Einrichtungen 7 zur Ablenkung des Düsenstrahls 8 angeordnet, mit welchen der Düsenstrahl im beispielhaft dargestellten Fall um 45° aus der Vertikalen 9 abgelenkt wird. Die Ablenkeinrichtungen 7 bestehen aus, im Querschnitt des abgelenkten Düsenstrahls betrachtet, U-förmig gebogenen Blechen, d.h. kanalartig ausgeführten Führungselementen, die mit der durch Schrägabschnitt entstandenen Fügefläche 10 auf den die Düsenöffnungen enthaltenden planen Düsenboden 6 aufgesetzt sind. Durch entsprechenden Schrägabschnitt entsteht der gewünschte Ablenkwinkel zwischen 15° und 45°, wie im beispielhaft dargestellten Fall, wie erwähnt, 45°.
Die Projektion der abgelenkten Düsenstrahlen bildet beispielhaft und erfindungsgemäß im dargestellten Fall für zwei benachbarte Düsenöffnungen den Winkel 360°, dividiert durch die Anzahl vier der Düsenöffnungen gleich 90°.
Bei der dargestellten Ausführungsform befinden sich die Einrichtungen 7 zur Düsenstrahlablenkung auf der Abströmseite der Düsenöffnungen 1 bis 4. Als Alternative hierzu können sie auch auf der Zuströmseite angeordnet sein.
Der Abstand zwischen den einander nächstliegenden Düsenöffnungen 1-4 benachbarter Düsenöffnungsgruppen 5 beträgt mindestens das 1,5-fache des geringsten Abstandes zwischen den nächstliegenden Düsenöffnungen 1-4 in einer Gruppe 5.
Schließlich macht die geometrisch freie Düsenfläche in der Projektion auf den ebenen Düsenboden 6 oder die Bezugsebene des Düsenbodens 6 zwischen 2 % und 10 % der zugehörigen Gesamtfläche des Düsenbodens 6 oder dessen Bezugsebene aus.

Claims (9)

  1. Vorrichtung zur gleichmäßigen Beaufschlagung einer planen Fläche eines Werkstücks, insbesondere der Stirnfläche eines Bandbundes, mit einem Wärmebehandlungsgas mit einem ebenen, mit Düsenöffnungen versehenen Düsenboden, wobei:
    a) die Düsenöffnungen (1-4) in dem im wesentlichen planen Düsenboden (6) in Gruppen zusammengefasst sind,
    b) benachbarte Düsenöffnungen (1-4) einer Gruppe (5) voneinander einen geringeren Abstand als von der jeweils nächstliegenden Düsenöffnung (1-4) einer benachbarten Gruppe (5) haben,
    c) an jeder Düsenöffnung (1-4) einer Gruppe (5) eine Einrichtung (7) zur Ablenkung der Düsenstrahlen (8) in eine Richtung vorgesehen ist, welche mit der Senkrechten auf den ebenen Düsenboden (6) oder bei einem im wesentlichen planen Düsenboden (6) mit dessen ebener Bezugsfläche einen Winkel bildet, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Projektion des abgelenkten Düsenstrahls auf die Ebene des Düsenbodens (6) für jede Düsenöffnung (1-4) einer Gruppe (5) mit der benachbarten Düsenöffnung (1-4) in der gleichen Düsenöffnungsgruppe (5) einen Winkel (11) bildet, wobei sich diese Winkel (11) für alle Düsenöffnungen (1-4) einer Gruppe (5) zu insgesamt 360° addieren.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung der Düsenöffnungen (1-4) in den Gruppen (5) punktsymmetrisch in Bezug auf den Gruppenmittelpunkt ist.
  3. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkung der Düsenstrahlen (8) aus der Richtung senkrecht zum Düsenboden (6) durch entsprechende Schrägstellung kanalartig ausgeführter Führungselemente (Bleche 7) erfolgt.
  4. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen (7) zur Düsenstrahlablenkung auf der Abströmseite der in den planen Düsenboden (6) eingebrachten Düsenöffnungen (1-4) angeordnet sind.
  5. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zur Düsenstrahlablenkung auf der Zuströmseite der in den planen Düsenboden (6) eingebrachten Düsenöffnungen (1-4) angeordnet sind.
  6. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablenkwinkel der Düsenstrahlen (8) aus der Senkrechten auf den ebenen Düsenboden (6) zwischen 15° und 45° liegt.
  7. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenöffnungen (1-4) mit kreisrundem Querschnitt ausgeführt sind.
  8. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den einander nächstliegenden Düsenöffnungen (1-4) benachbarter Düsenöffnungsgruppen (5) mindestens das 1,5-fache des geringsten Abstandes zwischen den nächstliegenden Düsenöffnungen (1-4) in einer Gruppe (5) beträgt.
  9. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrisch freie Düsenfläche in der Projektion auf den ebenen Düsenboden (6) oder die Bezugsebene des Düsenbodens (6) zwischen 2 % und 10 % der zugehörigen Gesamtfläche des Düsenbodens (6) oder dessen Bezugsebene ausmacht.
EP97121603A 1996-12-07 1997-12-08 Vorrichtung zur gleichmässigen Beaufschlagung einer planen Oberfläche eines Werkstückes mit einem Wärmebehandlungsgas Expired - Lifetime EP0846930B1 (de)

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