EP1153146B1 - Durchlaufofen mit einer einrichtung zum abschrecken von werkstücken sowie abschreckverfahren - Google Patents

Durchlaufofen mit einer einrichtung zum abschrecken von werkstücken sowie abschreckverfahren Download PDF

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EP1153146B1
EP1153146B1 EP00909114A EP00909114A EP1153146B1 EP 1153146 B1 EP1153146 B1 EP 1153146B1 EP 00909114 A EP00909114 A EP 00909114A EP 00909114 A EP00909114 A EP 00909114A EP 1153146 B1 EP1153146 B1 EP 1153146B1
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EP
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lock
quenching
workpieces
quenching chamber
continuous furnace
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Friedhelm Kuehn
Wolfgang Schalberger
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LOI Thermprocess GmbH
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LOI Thermprocess GmbH
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    • C21D1/74—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material
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    • C21D1/74—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material

Definitions

  • the invention relates to a continuous furnace with a device for quenching of workpieces, the device being connected to a lock Removal of the workpieces.
  • the invention further relates to a method for quenching workpieces.
  • the continuous furnace can be designed as a pusher furnace, roller hearth furnace or rotary hearth furnace his.
  • the workpieces are in transit through the Batch oven, on grates or the like. in the oven the workpieces are exposed to a reaction gas, here endogas.
  • FR-A-2617953 describes a continuous furnace with a device for quenching Workpieces, the device being connected to a lock for removing the workpieces connects, a quench chamber connects vertically to the lock and the lock is provided with a transport device that the workpieces between the lock and quenching chamber transported.
  • the workpieces can be quenched with a cooling gas.
  • the object of the invention is to provide a continuous furnace with a device for Quenching and developing a method of quenching such that an energy-saving and environmentally friendly quenching of workpieces is made possible.
  • the workpieces are quenched without the problems mentioned at the beginning have to put up with the use of liquid quenching agents. Above all, there is no need to clean the workpieces from adhering oil or salt or water additives, which causes environmental problems.
  • Quenching with cooling gas has the advantage that the delay of the quenched Workpieces are small and also uniform.
  • the quenching chamber has only one Has opening for loading and unloading.
  • the quenching chamber is preferably arranged above the lock. This enables an essential further development of the invention, which consists in that the transport device with at least one spindle or the like Device is moved vertically and that the transport device such is designed so that the opening between the lock and quenching chamber locked during quenching.
  • a transport floor for the horizontal transport of the workpieces the lock is provided with the quenching chamber closed. This training Allows an operator to quench the workpiece during quenching Unloading the continuous furnace is possible.
  • the transport floor is preferably at a fixed distance from the transport device arranged.
  • the quenching chamber is designed to be pressure-tight and with at least a circulation fan.
  • the solution to the problem is that Workpieces in the lock essentially vertically into a quenching chamber are transported in which the workpieces are under increased pressure from below 10 bar can be quenched by means of recirculated cooling gas and that after expiration during the quenching period, the workpieces are transported into and out of the lock this can be removed.
  • Hydrogen is preferably used as the cooling gas.
  • the cooling gas advantageously turns into Flushed gas storage.
  • the rotary hearth furnace system shown in FIGS. 1 and 2 is used for hardening Workpieces 1, here gear parts used.
  • the gear parts 1 are on Batch carriers 2 (see FIG. 2), here stacked on grates.
  • the furnace system points a rotary hearth furnace 3 in ring channel design, in which the workpieces 1 under a reaction gas, here endogas are heat treated.
  • an insulated oven door 4 is provided for loading and unloading.
  • a lock 5 adjoins the furnace door 4 in a gas-tight manner which, as shown in FIG. 2, has an exit door 6.
  • a quenching chamber 7 which as a pressure chamber a water-cooled outer jacket.
  • the lock is with one Transport device 8 provided.
  • the transport device 8 in the lock 5 can in elevator mode by means of several spindles 9 or similar devices be moved vertically under the quenching chamber 7.
  • the transport device is designed so that this pressure-tight an opening 12 between Lock 5 and quench chamber 7, for example via so-called finger pins, not shown.
  • the quenching chamber 7 is connected to a pump station 13 and a gas intermediate store 14 connected for a cooling gas.
  • a gas intermediate store 14 connected for a cooling gas.
  • a heat exchanger 15 shown in FIG. 2 cools the cooling gas, while it is being circulated.
  • the transport floor at a fixed distance from it 16 arranged, the one when the quenching chamber 7 is closed Transport of the workpieces on the batch carriers under the quenching chamber allows.
  • the spindles 9 or similar drives of the transport device 8 arranged in four places laterally in the lock space 5, so that the Lock can be passed by a batch carrier.
  • the spindles 9 are equipped with a radiation shield, not shown, as heat protection.
  • the furnace door 4 of the rotary hearth furnace 3 opened and a batch carrier 2, for. B. a rust of a known cross pusher on the transport device of the lock encountered.
  • the transport device 8 is at the same level as that Stove of the rotary hearth furnace. As soon as the cross bumper has passed through the oven door, except for a residual dimension that allows the cross bumper to return, be lowered. After the cross pusher has left the lock the transport device 8 moved vertically under the quenching chamber 7. The transport device 8 closes the quenching chamber 7 in a gas-tight manner.
  • the closed cold quenching chamber will by means of the pump station 13 with a cooling gas, preferably hydrogen or Nitrogen, flooded and the workpieces at a pressure of less than 10 bar, preferably 9.5 bar, quenched by recirculating cooling gas.
  • the hydrogen becomes exhausted the cooling time for pressure equalization at the furnace pressure in the gas buffer 14 flooded and cached.
  • the cooling gas can be stored to use it multiple times as a cooling gas to finally use it To use incineration.
  • the cooling gas could also be used for manufacturing be used by Endogas for the continuous furnace or from the gas buffer be removed for heating purposes.
  • the quenching chamber 7 flushed with the reaction gas, here endogas.
  • the transport device 8 lowered and the workpieces 1 from the quenching chamber 7 transported into the lock 5.
  • the transport floor is located itself in the position shown in dashed lines in FIG. 2.
  • the exit door 6 of the Lock 5 is in a known manner with a burning gas curtain Mistake. It can be opened so early that the Transport device 8 arrives in the extension level when the exit door 6 has reached its open position.
  • a Drive the known grate extractor (not shown) onto the transport device 8 and pull the grate 2 out of the lock.
  • the workpieces 1 are over an unloading storage path 17 fed to a tempering furnace, not shown which can be followed by a cooling section.
  • the exit door 6 becomes the Lock locked and the lock 5 flushed with endogas.
  • the gas can be flushed into the intermediate gas storage 14.
  • the purging process uses a Flush, not shown, rinsed out.
  • the workpieces quenched with cooling gas under pressure have only a small number Delays on, which are also uniform.
  • the workpieces are washed unnecessary.
  • the flushing volume is low due to the elevator principle.
  • the quenching chamber can also be located below the lock become.

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Description

Die Erfindung betrifft einen Durchlaufofen mit einer Einrichtung zum Abschrecken von Werkstücken, wobei sich die Einrichtung an eine Schleuse zur Entnahme der Werkstücke anschließt. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Abschrecken von Werkstücken.
Der Durchlaufofen kann als Stoßofen, Rollenherdofen oder Drehherdofen ausgebildet sein. Die Werkstücke befinden sich während des Transports durch den Ofen auf Chargenträgern, und zwar auf Rosten oder ähnlichem. in dem Ofen sind die Werkstücke einem Reaktionsgas, hier Endogas, ausgesetzt.
Aus der Praxis ist bekannt, die Werkstücke nach dem Aufkohlen oder Carbonitrieren im Durchlaufofen in Wasser-, Öl- oder Salzbädem, die sich an den Ofen anschließen, abzuschrecken. Die Verwendung von flüssigen Abschreckmitteln ist problematisch, weil nach dem Abschrecken Reste von Öl-, Salz- oder Wasserzusätzen von den Werkstücken entfernt und entsorgt werden müssen. Dies kann Umweltprobleme zur Folge haben. Außerdem ist die Verwendung von Öl und Salz als Abschreckmittel sicherheitstechnisch problematisch. Des weiteren ist die Bandbreite der Vorzüge der Werkstücke, je nach Werkstückgeometrie, beim Abschrecken in flüssigen Abschreckmitteln sehr hoch.
FR-A-2617953 beschreibt einen Durchlaufofen mit einer Einrichtung zum Abschrecken von Werkstücken, wobei sich die Einrichtung an eine Schleuse zur Entnahme der Werkstücke anschließt, sich vertikal an die Schleuse eine Abschreckkammer anschließt und die Schleuse mit einer Transportvorrichtung versehen ist, die die Werkstücke zwischen Schleuse und Abschreckkammer transportiert. Die Werkstücke können mit einem Kühlgas abgeschreckt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Durchlaufofen mit einer Einrichtung zum Abschrecken und ein Verfahren zum Abschrecken so weiterzuentwickeln, daß ein energiesparendes und umweltschonendes Abschrecken von Werkstücken ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den Ansprüchen 1 und 7 aufgeführten kennzeichnenden Merkmale gelöst.
Die Werkstücke werden abgeschreckt, ohne die eingangs genannten Probleme bei der Verwendung von flüssigen Abschreckmitteln in Kauf nehmen zu müssen. Vor allem entfällt das Reinigen der Werkstücke von anhaftendem Öl, Salz oder Wasserzusätzen, was Umweltprobleme zur Folge hat.
Das Abschrecken mit Kühlgas hat den Vorteil, daß die Verzüge der abgeschreckten Werkstücke gering und zudem einheitlich sind.
Es ist herstellungstechnisch vorteilhaft, daß die Abschreckkammer nur eine Öffnung zum Be- und Entladen aufweist.
Vorzugsweise ist die Abschreckkammer oberhalb der Schleuse angeordnet. Dies ermöglicht eine wesentliche Weiterbildung der Erfindung, die darin besteht, daß die Transportvorrichtung mit mindestens einer Spindel oder ähnlichen Einrichtung vertikal bewegt wird und daß die Transportvorrichtung derart ausgebildet ist, daß diese die Öffnung zwischen Schleuse und Abschreckkammer während des Abschreckens verschließt.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist unterhalb der Transportvorrichtung ein Transportboden zum horizontalen Transport der Werkstücke durch die Schleuse bei geschlossener Abschreckkammer vorgesehen. Diese Weiterbildung ermöglicht, daß während des Abschreckens der Werkstücke ein Beoder Entladen des Durchlaufofens möglich ist.
Vorzugsweise ist der Transportboden in einem festen Abstand zur Transportvorrichtung angeordnet.
Erfindungsgemäß ist die Abschreckkammer druckdicht ausgeführt und mit mindestens einem Umwälzventilator versehen.
Verfahrenstechnisch besteht die Lösung der gestellten Aufgabe darin, daß die Werkstücke in der Schleuse im wesentlichen vertikal in eine Abschreckkammer transportiert werden, in der die Werkstücke unter erhöhtem Druck von unter 10 bar mittels rezirkuliertem Kühlgas abgeschreckt werden und daß nach Ablauf der Abschreckzeit die Werkstücke in die Schleuse transportiert und aus dieser entnommen werden.
Vorzugsweise wird als Kühlgas Wasserstoff verwendet.
Vorteilhafterweise wird nach Beendigung der Abschreckzeit das Kühlgas in ein Gaszwischenspeicher geflutet.
Erfindungsgemäß besteht dann die Möglichkeit, das Kühlgas aus dem Gaszwischenspeicher zu Beheizungszwecken oder zur Herstellung von Reaktionsgas zu verwenden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt in:
Fig. 1:
eine Draufsicht auf eine Drehherdofen-Anlage in Ringkanalbauweise;
Fig. 2:
einen seitlichen Teil-Schnitt durch den Drehherdofen mit der Einrichtung zum Abschrecken.
Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Drehherdofen-Anlage wird zum Härten von Werkstücken 1, hier Getriebeteilen verwendet. Die Getriebeteile 1 sind auf Chargenträgern 2 (s. Fig. 2), hier auf Rosten gestapelt. Die Ofenanlage weist einen Drehherdofen 3 in Ringkanalbauweise auf, in dem die Werkstücke 1 unter einem Reaktionsgas, hier Endogas wärmebehandelt werden. An einer Stelle ist eine isolierte Ofentür 4 zum Be- und Entladen vorgesehen.
An den Drehherdofen 3 schließt sich an die Ofentür 4 gasdicht eine Schleuse 5 an, die wie in Fig. 2 dargestellt, eine Ausgangstür 6 aufweist. Oberhalb der Schleuse 5 befindet sich eine Abschreckkammer 7, die als Druckkammer mit einem wassergekühlten Außenmantel ausgeführt ist. Die Schleuse ist mit einer Transportvorrichtung 8 versehen. Die Transportvorrichtung 8 in der Schleuse 5 kann in Elevator-Fahrweise mittels mehrerer Spindeln 9 oder ähnlicher Einrichtungen vertikal unter die Abschreckkkammer 7 gefahren werden. Die Transportvorrichtung ist so ausgebildet, daß diese druckdicht eine Öffnung 12 zwischen Schleuse 5 und Abschreckkammer 7 verschließen kann, beispielsweise über sogenannte nicht dargestellte Fingerpins.
Die Abschreckkammer 7 ist an eine Pumpstation 13 und einen Gaszwischenspeicher 14 für ein Kühlgas angeschlossen. In der Abschreckkammer befinden sich mehrere Umwälzventilatoren 10, deren Achsen senkrecht oder parallel zur Achse der Abschreckkammer 7 angeordnet sind und die von Motoren 11 angetrieben werden. Ein in Fig. 2 dargestellter Wärmetauscher 15 kühlt das Kühlgas, während es umgewälzt wird.
Unterhalb der Transportvorrichtung 8 ist in festem Abstand zu dieser ein Transportboden 16 angeordnet, der bei geschlossener Abschreckkammer 7 einen Transport der Werkstücke auf den Chargenträgern unter der Abschreckkammer ermöglicht. Hierfür sind die Spindeln 9 oder ähnliche Antriebe der Transportvorrichtung 8 an vier Stellen seitlich im Schleusenraum 5 angeordnet, so daß die Schleuse von einem Chargenträger passiert werden kann. Die Spindeln 9 sind mit einem nicht dargestellten Strahlungsschutzschirm als Wärmeschutz ausgerüstet.
Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Abschrecken erläutert:
Nach Abschluß der Wärmebehandlung in dem Drehherdofen 3 wird die Ofentür 4 des Drehherdofens 3 geöffnet und ein Chargenträger 2, z. B. ein Rost von einem an sich bekannten Querstoßer auf die Transportvorrichtung der Schleuse gestoßen. Die Transportvorrichtung 8 befindet sich auf gleichem Niveau wie der Herd des Drehherdofens. Sobald der Querstoßer die Ofentür durchfahren hat, kann diese bis auf ein Restmaß, das die Rückfahrt des Querstoßers zuläßt, abgesenkt werden. Nachdem der Querstoßer die Schleuse verlassen hat, wird die Transportvorrichtung 8 vertikal unter die Abschreckkammer 7 gefahren. Dabei verschließt die Transportvorrichtung 8 die Abschreckkammer 7 gasdicht. Während des Transportes der Werkstücke befindet sich in der Abschreckkammer, ebenso wie in der Schleuse, das im Durchlaufofen eingesetzte Reaktionsgas. Die geschlossene kalte Abschreckkammer wird mittels der Pumpstation 13 mit einem Kühlgas, vorzugsweise Wasserstoff oder Stickstoff, geflutet und die Werkstücke bei einem Druck von unter 10 bar, vorzugsweise 9,5 bar, mittels rezirkulierendem Kühlgas abgeschreckt.
Wenn als Kühlgas Wasserstoff verwendet wird, wird der Wasserstoff nach Ablauf der Kühlzeit beim Druckausgleich auf Ofendruck in den Gaszwischenspeicher 14 geflutet und zwischengespeichert. Das Kühlgas kann gespeichert werden, um es mehrfach als Kühlgas zu verwenden, um es abschließend zu Verbrennungszwecken zu nutzen. Das Kühlgas könnte auch zur Herstellung von Endogas für den Durchlaufofen benutzt werden oder aus dem Gaszwischenspeicher zu Beheizungszwecken entnommen werden.
Nach dem Druckausgleich auf Ofendruck, und zwar um 3 mbar, wird die Abschreckkammer 7 mit dem Reaktionsgas, hier Endogas, gespült. Danach wird die Transportvorrichtung 8 abgesenkt und dabei die Werkstücke 1 aus der Abschreckkammer 7 in die Schleuse 5 transportiert. Der Transportboden befindet sich in der in Fig. 2 gestrichelt dargestellten Position. Die Ausgangstür 6 der Schleuse 5 ist in an sich bekannter Art und Weise mit einem brennenden Gasschleier versehen. Sie kann so frühzeitig geöffnet werden, daß zeitgleich die Transportvorrichtung 8 in der Ausfahrebene ankommt, wenn die Ausgangstür 6 ihre geöffnete Stellung erreicht hat. Zu diesem Zeitpunkt kann außerdem ein nicht dargestellter bekannter Rostauszieher auf die Transportvorrichtung 8 fahren und den Rost 2 aus der Schleuse ziehen. Die Werkstücke 1 werden über eine Entladespeicherbahn 17 einem nicht dargestellten Anlaßofen zugeführt, an den sich eine Kühlstrecke anschließen kann.
Nach Ausfahrt des Rostes 2 aus der Schleuse 5 wird die Ausgangstür 6 der Schleuse verschlossen und die Schleuse 5 mit Endogas gespült. Das Gas kann in den Gaszwischenspeicher 14 gespült werden.
Wird Stickstoff als Kühlmedium eingesetzt, wird beim Spülvorgang über eine nicht dargestellte Fackel ausgespült.
Die mit Kühlgas unter Druck abgeschreckten Werkstücke weisen nur geringe Verzüge auf, die zudem einheitlich sind. Ein Nachwaschen der Werkstücke ist nicht notwendig. Bedingt durch das Elevator-Prinzip ist das Spülvolumen gering. Bei geöffneter Schleusenausgangstür befindet sich nur das bisher im Ofen eingesetzte Reaktionsgas in der Schleuse.
Besonders vorteilhaft ist, daß ein Entladen und Belanden des Durchlaufofens bei geschlossener Abschreckkammer möglich ist.
Im Rahmen der Erfindung sind ohne weiteres Abwandlungsmöglichkeiten gegeben. So kann die Abschreckkammer auch unterhalb der Schleuse angeordnet werden.

Claims (10)

  1. Durchlaufofen mit einer Einrichtung zum Abschrecken von Werkstücken, wobei sich die Einrichtung an eine Schleuse zur Entnahme der Werkstücke anschließt und wobei sich vertikal an die Schleuse (5) eine Abschreckkammer (7) anschließt, die an eine Pumpstation (13) für ein Kühlgas angeschlossen ist, und daß die Schleuse mit einer Transportvorrichtung (8) versehen ist, die die Werkstücke (1) zwischen Schleuse (5) und Abschreckkammer (7) transportiert,
    dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen Schleuse (5) und Abschreckkammer (7) eine gasdicht verschließbare Öffnung (12) befindet und daß die Transportvorrichtung (8) derart ausgebildet ist, daß diese die Öffnung (12) zwischen Schleuse (5) und Abschreckkammer (7) während des Abschreckens verschließt.
  2. Durchlaufofen nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Abschreckkammer (7) oberhalb der Schleuse (5) angeordnet ist.
  3. Durchlaufofen nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Transportvorrichtung (8) mit mindestens einer Spindel (9) oder ähnlichen Einrichtung vertikal bewegt wird.
  4. Durchlaufofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Transportvorrichtung (8) ein Transportboden (16), zum horizontalen Transport der Werkstücke (1) durch die Schleuse (5) bei geschlossener Abschreckkammer (7), vorgesehen ist.
  5. Durchlaufofen nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Transportboden (16) in einem festen Abstand zur Transportvorrichtung (8) angeordnet ist.
  6. Durchlaufofen nach einen der Ansprüche 1 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Abschreckkammer (7) druckdicht ausgeführt und mit mindestens einem Umwälzventilator (10) versehen ist.
  7. Verfahren zum Abschrecken von Werkstücken, die in einem Durchlaufofen kontinuierlich unter einem Reaktionsgas wärmebehandelt und aus dem Durchlaufofen in eine Schleuse überführt werden, an die sich eine Abschreckkammer zur Abschreckung unter Gas anschließt, wobei die Werkstücke in der Schleuse (5) mittels einer Transportvorrichtung (8) im wesentlichen vertikal in eine kalte Abschreckkammer (7) transportiert werden,
    dadurch gekennzeichnet, daß während des Transportes der Werkstücke von der Schleuse (5) in die Abschreckkammer (7) mittels der Transportvorrichtung (8) die Abschreckkammer (7) verschlossen wird, daß die geschlossene Abschreckkammer mit Kühlgas geflutet wird und daß die Werkstücke unter erhöhtem Druck von unter 10 bar mittels rezirkuliertem Kühlgas abgeschreckt werden, wobei nach Ablauf der Abschreckzeit die Abschreckkammer (7) mit dem im Durchlaufofen eingesetzten Reaktionsgas gespült wird und daß die Werkstücke in die Schleuse (5) transportiert und aus dieser entnommen werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 7,
    dadurch gekenzeichnet, daß als Kühlgas Wasserstoff verwendet wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß nach Beendigung der Abschreckzeit das Kühlgas in einen Gaszwischenspeicher (14) geflutet wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlgas aus dem Gaszwischenspeicher (14) zu Beheizungszwecken oder zur Herstellung von Reaktionsgas verwendet wird.
EP00909114A 1999-01-29 2000-01-28 Durchlaufofen mit einer einrichtung zum abschrecken von werkstücken sowie abschreckverfahren Expired - Lifetime EP1153146B1 (de)

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