EP1485207A1 - Vorrichtung zur gleichmässigen beaufschlagung einer planenfläche eines werkstücks mit einem erhitzten gas - Google Patents

Vorrichtung zur gleichmässigen beaufschlagung einer planenfläche eines werkstücks mit einem erhitzten gas

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EP1485207A1
EP1485207A1 EP03709615A EP03709615A EP1485207A1 EP 1485207 A1 EP1485207 A1 EP 1485207A1 EP 03709615 A EP03709615 A EP 03709615A EP 03709615 A EP03709615 A EP 03709615A EP 1485207 A1 EP1485207 A1 EP 1485207A1
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gas
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deflection
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    • F27D7/04—Circulating atmospheres by mechanical means
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    • C21—METALLURGY OF IRON
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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
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    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
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    • F26B21/50—Ducting arrangements from the source of air or other gases to the materials or objects being dried
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    • C21—METALLURGY OF IRON
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    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0006—Details, accessories not peculiar to any of the following furnaces

Definitions

  • the invention relates to a device for uniformly acting on a flat surface of a workpiece with a heated gas, wherein an occupied with nozzles, parallel to the flat surface extending and provided with openings for the nozzle nozzle bottom is provided.
  • Such devices are used, for example, to heat coils of coils wound into coils.
  • the highest possible heat transfer is desired, so that the treatment time is as short as possible.
  • excessive heating of individual areas, in particular the strip edges of coils should be avoided. It follows that the most favorable arrangement is to be found, which allows a uniform and high heat transfer possible.
  • a device of the type mentioned is described for example in DE 196 50 965.
  • This has a flat nozzle bottom with nozzle openings, which directs the respective emerging gas jet inclined to the surface of the workpiece on this.
  • the nozzles are grouped together and aligned in their direction of deflection so that the projection of the jets of two adjacent nozzles of a group forms an angle resulting from the division of 360 ° by the number of nozzles associated with a group.
  • a disadvantage of this arrangement is in particular in the long beam path, which results from the inclination of the jet axis of a single nozzle relative to the normal to the nozzle bottom of a group and has a large decrease in the heat transfer with increasing distance from the nozzle bottom result.
  • the object of the invention is to provide a device of the type mentioned, which significantly reduces the heat transfer loss occurring over known devices of the relevant type and increases the uniformity of the heat distribution.
  • nozzles are each tubular, that in them a gas helically leading deflector is arranged and that the nozzles are normal to the surface to be acted upon.
  • the device according to the invention can be embodied such that the deflection devices are formed from one or more metal strips which are each formed from one or more evenly distributed over the circumference of the nozzle, extending helically through the nozzle metal strip whose width adapted to the radius of the nozzle and that the winding at n metal strips extends at least over 360 ° / n, so that the projection of the deflection completely covers the cross section of the respective nozzle.
  • the radiation influence of a heating device arranged on the inflow side of the nozzle base can thus be excluded.
  • the jet of a nozzle can be advantageously influenced if the deflection device has at least two coiled flow channels.
  • An advantageous distribution of the nozzles on the nozzle bottom is obtained if the nozzles are arranged equidistantly on normal straight lines and the turns of the juxtaposed on a common line adjacent nozzles are opposite.
  • the thus adjacent gas jets are given a direction which promotes the uniformity of the gas jet distribution and thus the heating of the surface to be flowed significantly.
  • the deflection devices can advantageously extend over the entire length of a nozzle, so that the rotation over the greatest possible length is thus impressed on the respectively passing gas jet.
  • the nozzles are preferably arranged on the outflow side of the nozzle base, but can sit on the inflow side in specific applications.
  • FIG. 1 shows a horizontal section through an oven, in which the areas of the material to be acted upon by the hot gas are blown from two opposite sides,
  • FIG. 2 shows a perspective view of a tubular nozzle in which a deflection device is arranged from two metal strips
  • Fig. 3 the flow of the gas between the nozzles and the surface to be acted upon the goods.
  • Fig. 1 shows a furnace 1, in which the surfaces to be acted upon 2 of the goods are blown over the tubular nozzle 3 formed.
  • hot gas is taken from a fan 4 from the furnace chamber and fed to the attached to the downstream side of the nozzle bottom 5 nozzles 3 on the inflow side 7 of the nozzle bottom 5.
  • the heating required for the heating of the gas is not shown.
  • Fig. 2 shows an example of a nozzle 3 according to the invention with a circular cross-section.
  • a deflection device 6 is mounted over the entire length, which in this case consists of two radially penetrating strips of material, so that the interior of the nozzle is divided into four separate flow channels.
  • the deflection device 6 is formed helically to the axis of the nozzle, extending over the entire length of the nozzle and is rotated by 90 °. The gas flowing through it is given a twist. A substantially rectilinear flow is thus excluded.
  • the nozzles 3 show the flow path of the gas between the nozzle bottom 5 and the surface 2 to be acted upon.
  • the nozzles 3 are arranged on the downstream side of the nozzle bottom 5 and normal to the surface 2 to be acted upon.
  • the direction of flow of the gas is indicated by the arrows.
  • the gas is aligned by the deflection device 6. This causes the cross-sectional area of the gas jet in the propagation direction to increase.
  • the increase in the cross-sectional area depends on the swirl applied to the gas in the deflection device, so that the impact area of a jet can be determined via it. After the impact of the jet on the surface 2, the gas flows back between the nozzles 3.

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Abstract

Die Vorrichtung zur gleichmässigen Beaufschlagung einer planen Fläche (2) eines Werkstücks mit einem erhitzten Gas zeigt einen mit Düsen (3) besetzten, parallel zu der planen Fläche verlaufenden und mit Öffnungen für die Düsen (3) versehenen Düsenboden (5). Die Düsen (3) stehen dabei normal zu der zu beaufschlagenden Fläche (2), sind rohrförmig ausgebildet, und in ihnen ist eine wendelartige Ablenkvorrichtung (6) angeordnet. Da die Gasstrahlen normal auf die zu beaufschlagende Fläche (2) treffen, ergibt sich der kürzest mögliche Strahlweg und eine Reduzierung der Wärmeübergangsabnahme. Durch die wendelartige Führung der Strahlen nimmt deren Querschnittsfläche beim Austritt zu, so dass die zu beaufschlagende Fläche (2) bei geeigneter Anordnung der Düsen (3) gleichmässig abgedeckt wird.

Description

Vorrichtung zur gleichmäßigen Beaufschlagung einer planen Fläche eines
Werkstücks mit einem erhitzten Gas
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur gleichmäßigen Beaufschlagung einer planen Fläche eines Werkstücks mit einem erhitzten Gas, wobei ein mit Düsen besetzter, parallel zu der planen Fläche verlaufender und mit Öffnungen für die Düsen versehener Düsenboden vorgesehen ist.
Derartige Vorrichtungen werden beispielsweise zur Erwärmung von zu Coils aufgewickelten Blechbändern verwendet. Bei dem Beblasen der Stirnflächen eines solchen Coils ist zum einen ein möglichst hoher Wärmeübergang gewünscht, so dass die Behandlungsdauer möglichst kurz ist. Andererseits ist eine übermäßige Erwärmung ein- zelner Bereiche, insbesondere der Bandkanten von Coils zu vermeiden. Daraus folgt, dass eine möglichst günstige Anordnung zu finden ist, die einen möglichst gleichmäßigen und hohen Wärmeübergang ermöglicht.
Eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Gattung wird beispielsweise in der DE 196 50 965 beschrieben. Diese weist einen ebenen Düsenboden mit Düsenöffnungen auf, die den jeweils austretenden Gasstrahl geneigt zur Fläche des Werkstücks auf diese richtet. Weiterhin sind die Düsen zu Gruppen zusammengefasst und in ihrer Ablenkrichtung so zueinander ausgerichtet, dass die Projektion der Düsenstrahlen zweier benachbarter Düsen einer Gruppe einen Winkel bildet, der sich durch die Division von 360° durch die Anzahl der einer Gruppe zugehörigen Düsen ergibt.
Ein Nachteil dieser Anordnung liegt insbesondere in dem langen Strahlweg, der aus der Neigung der Strahlachse einer einzelnen Düse gegenüber der Normalen auf den Düsenboden einer Gruppe resultiert und einer großen Abnahme des Wärmeübergangs mit zunehmendem Abstand vom Düsenboden zur Folge hat. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welche die auftretende Wärmeübergangsabnahme gegenüber bekannten Vorrichtungen der einschlägigen Art wesentlich reduziert und die Gleichmäßigkeit der Wärmeverteilung steigert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, dass die Düsen jeweils rohrförmig ausgebildet sind, dass in ihnen eine das Gas wendelartig führende Ablenkvorrichtung angeordnet ist und dass die Düsen normal zu der zu beaufschlagenden Fläche stehen.
Durch diese Gestaltung der Düsen werden Strahlen erzielt, die durch ihre Führung genau definiert sind. Da die Gasstrahlen normal auf die zu beaufschlagende Fläche treffen, ergibt sich der kürzest mögliche Strahlweg und eine Reduzierung der Wärmeübergangsabnahme. Durch die wendelartige Führung der Strahlen nimmt deren Durchmesser in Strahlrichtung zu, so dass die zu beaufschlagende Fläche bei geeigneter Anordnung der Düsen gleichmäßig abgedeckt werden kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann so ausgeführt sein, dass die Ablenkvorrichtungen aus einem oder mehreren Metallstreifen gebildet ist, die jeweils aus einer oder aus mehreren gleichmäßig über den Umfang der Düse verteilten, wendelartig durch die Düse verlaufenden Metallstreifen gebildet sind, deren Breite dem Radius der Düse angepasst ist und dass die Wendelung bei n Metallstreifen mindestens über 360°/n verläuft, so dass die Projektion der Ablenkvorrichtungen den Querschnitt der jeweiligen Düse voll überdeckt. Dadurch wird verhindert, dass Gasstrahlen im Wesentlichen geradlinig die Ablenkvorrichtung durchströmen und sich nach dem Austritt aus der Düse nicht in gewünschter Weise umlenken und erweitern. Weiterhin lässt sich damit der Strahlungseinfluss einer auf der Zuströmseite des Düsenbodens angeordneten Beheizungseinrichtung ausschließen.
Der Strahl einer Düse lässt sich vorteilhaft beeinflussen, falls die Ablenkvorrichtung mindestens zwei gewendelt verlaufende Strömungskanäle aufweist. Eine vorteilhafte Verteilung der Düsen auf dem Düsenboden ergibt sich, falls die Düsen auf normal zueinander stehenden Geraden äquidistant angeordnet sind und die Wendelungen der jeweils auf einer gemeinsamen Geraden nebeneinanderliegenden Düsen entgegengesetzt gerichtet sind. Hierdurch wird den so benachbarten Gasstrahlen eine Richtung gegeben, welche die Gleichmäßigkeit der Gasstrahlverteilung und damit auch die Erwärmung der anzuströmenden Fläche deutlich fördert.
Die Ablenkvorrichtungen können sich in vorteilhafter Weise über die gesamte Länge einer Düse erstrecken, so dass damit dem jeweils durchtretenden Gasstrahl die Dre- hung über die größtmögliche Länge aufgeprägt wird.
Die Düsen sind erfindungsgemäß bevorzugt auf der Abströmseite des Düsenbodens angeordnet, können in spezifischen Anwendungen aber auf der Zuströmseite sitzen.
Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Vorrichtung an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 : einen horizontalen Schnitt durch einen Ofen, bei dem die mit dem Heißgas zu beaufschlagenden Flächen des Gutes von zwei einander gegenüberliegenden Sei- ten beblasen werden,
Fig.2: eine perspektivische Ansicht einer rohrförmigen Düse, in der eine Ablenkvorrichtung aus zwei Metallstreifen angeordnet ist, und
Fig. 3: den Strömungsverlauf des Gases zwischen den Düsen und der zu beaufschlagenden Fläche des Gutes.
Fig. 1 zeigt einen Ofen 1 , in dem die zu beaufschlagenden Flächen 2 des Gutes über die rohrförmigen ausgebildete Düsen 3 beblasen werden. Dabei wird heißes Gas von einem Ventilator 4 aus dem Ofenraum entnommen und den auf der Abströmseite des Düsenbodens 5 angebrachten Düsen 3 auf der Zuströmseite 7 des Düsenbodens 5 zugeführt. Die für die Erwärmung des Gases notwendige Heizung ist nicht eingezeichnet. Fig. 2 zeigt ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Düse 3 mit kreisrundem Querschnitt. In der Düse 3 ist über die gesamte Länge eine Ablenkvorrichtung 6 angebracht, die in diesem Falle aus zwei sich radial durchdringenden Materialstreifen besteht, so dass der Innenraum der Düse in vier voneinander getrennte Strömungskanäle geteilt wird. Die Ablenkvorrichtung 6 ist dabei wendelartig zur Achse der Düse ausgebildet, erstreckt sich über die gesamte Länge der Düse und ist um 90° gedreht. Dem durchströmenden Gas wird dadurch ein Drall gegeben. Ein im Wesentlichen geradliniges Durchströmen ist damit ausgeschlossen.
Fig. 3 zeigt den Strömungsverlauf des Gases zwischen dem Düsenboden 5 und der zu beaufschlagenden Fläche 2. In dem hier gezeigten Beispiel sind die Düsen 3 auf der Abströmseite des Düsenbodens 5 und normal zu der zu beaufschlagenden Fläche 2 angeordnet. Die Strömungsrichtung des Gases ist durch die Pfeile angegeben. Das Gas erhält beim Durchströmen der Düsen 3 durch die Ablenkvorrichtung 6 eine Aus- richtung. Diese führt dazu, dass die Querschnittsfläche des Gasstrahls in Ausbreitungsrichtung zunimmt. Dabei hängt die Zunahme der Querschnittsfläche von dem dem Gas in der Ablenkvorrichtung aufgeprägten Drall ab, so dass die Prallfläche eines Strahls darüber bestimmt werden kann. Nach dem Auftreffen des Strahls auf der Fläche 2 strömt das Gas zwischen den Düsen 3 zurück.
Bezugszeichenliste
1 Ofen
2 zu beaufschlagende Fläche des Gutes
3 Düsen
4 Ventilator
5 Düsenboden
6 Ablenkvorrichtung
7 Zuströmseite

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur gleichmäßigen Beaufschlagung einer planen Fläche eines Werkstücks mit einem erhitzten Gas, wobei ein mit Düsen (3) besetzter, parallel zu der planen Fläche verlaufender und mit Öffnungen für die Düsen versehener Düsenboden (5) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (3) jeweils rohrförmig ausgebildet sind, dass in ihnen eine das Gas wendelartig führende Ablenkvorrichtung (6) angeordnet ist und dass die Düsen (3) normal zu der zu beaufschlagenden Fläche (2) stehen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass jede Ablenkvorrichtung (6) aus einem oder mehreren Metallstreifen gebildet ist, die jeweils aus einer oder aus mehreren gleichmäßig über den Umfang der Düse (3) verteilten, wendelartig durch die Düse (3) verlaufenden Metallstreifen gebildet sind, deren Breite dem Radius der Düse (3) angepasst ist, und dass die Wendelung bei n Metallstreifen mindestens über 360/n° verläuft.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkvorrichtung (6) mindestens zwei gewendelt verlaufende Strömungskanäle aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (3) auf normal zueinander stehenden Geraden äquidistant angeordnet sind und die Wendelungen der jeweils auf einer gemeinsamen Geraden nebeneinander liegenden Düsen (3) entgegengesetzt gerichtet sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkvorrichtung (6) jeweils mindestens ein um die Achse der Düse (3) wendeiförmig verlaufender Metallstreifen ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Ablenkvorrichtung (6) über die gesamte Länge einer Düse (3) erstreckt.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (3) auf der Abströmseite des Düsenbodens (5) angeordnet sind.
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