EP2322673A2 - Method and device for guiding the flow in industrial oven used in the thermoforming of metallic materials/workpieces - Google Patents
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- EP2322673A2 EP2322673A2 EP10014455A EP10014455A EP2322673A2 EP 2322673 A2 EP2322673 A2 EP 2322673A2 EP 10014455 A EP10014455 A EP 10014455A EP 10014455 A EP10014455 A EP 10014455A EP 2322673 A2 EP2322673 A2 EP 2322673A2
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- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
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- 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
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- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
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- F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
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- F27D7/00—Forming, maintaining, or circulating atmospheres in heating chambers
- F27D7/04—Circulating atmospheres by mechanical means
Definitions
- the invention relates to a method and a device for directing the flow of gases in the process of heat treatment of metallic materials / workpieces in industrial furnaces, in particular for treatment chambers of vacuum furnaces, preferably single-chamber vacuum furnaces for cooling the materials / workpieces.
- the in the DE 32 15 509 C2 described gas guide can not realize efficient cooling of the materials / workpieces because of the small holes and the dynamic pressure generated thereby without additional, ie consuming means.
- the JP 2005029872 A1 discloses for vacuum furnaces a system for gas redirection and homogenization, which is intended to divert the cooling gas at high speed through adjustable vanes at an angle ⁇ 90 ° to the incoming gas direction.
- the mechanics of adjustable wing requires a relatively complicated and complex control or steering.
- the view on the US H 777 shows a method for cooling in vacuum furnaces with a system for flow compensation by means of nozzle bores, in which the gas deflection but is structurally separated and is due to the special application in aircraft far from the problem to be solved here.
- the function of shutting off the cooling gas flow from a pressure chamber to a heating chamber or the function of shutting off the flow of cooling gas from a suction chamber to the heating chamber should be achieved by this means.
- the invention is based on the object to provide an efficient method and a structurally simple device, whereby a direction reversal of any flow, i. both a cooling medium and a heating medium, e.g. from horizontal to vertical or vice versa and the flow homogenized and directed so directed to the batches with the treated materials / workpieces in generic industrial furnaces largely without dynamic pressure, whereby the heat treatment together with cooling intensity improves and energy consumption and the power consumption of a cooling fan can be lowered ,
- this object is achieved with a method for conducting a flow of gases in the process of heat treatment of metallic materials / workpieces in industrial furnaces, especially for treatment chambers of vacuum furnaces, preferably single-chamber vacuum furnaces, in which a generated and in one direction extending original flow against spaced surfaces are guided, these surfaces are flown, divided the original flow between the surfaces by the effect of a stall at free edges of the surfaces in the original flow direction deflected flow directions and to a more uniform and intensified leading fumigation of a batch forming and treating materials / workpieces is passed into the treatment chamber.
- the process is expanded by, as seen in the original flow direction, the flow against the following surface, which overhangs the preceding surface by at least one surface dimension by means of the free edge, that is, cascade-like. is guided against the cascaded surfaces to each other over the free edges.
- the flow in a flow that reduces volume in the original flow direction should-according to a first variant-be guided along an imaginary straight oblique plane formed by the free edges, the flow being seen in an imaginary section an imaginary hypotenuse of an imaginary right triangle, formed by a straight line connecting the free edges of the surfaces, runs, and said volume reduced flow results from the divided by the effect of the stall and deflected partial streams.
- the stream decreasing in volume can also - according to a second variant - are guided along an imaginary, like a curved plane formed by the free edges, wherein seen in section the flow along an imaginary curve, formed by one of the free edges of the surfaces connecting curve, runs.
- the imaginary curve can be progressive or degressive.
- the beneficial effects can be practically implemented by the fact that the flow discharged from a fan follows the fan and then flows in the axial direction of the fan against the surfaces and then deflected to at least one area of at least one opening of the treatment chamber.
- the flow can be forced in at least one dimension range to the surfaces by means of at least one boundary surface, which are pivotable and / or rigid executable, so that e.g. the flow through the pivotable boundary surface can be shut off to the surfaces.
- a hinged boundary surface serves as a hatch or flap for thermal separation of the heating chamber from the pressure vessel and is required in installations with convective heating. In systems without convective heating, this separation can be carried out as a labyrinth.
- the flow in its velocity or its cross-section / volume is directed from a position to "open” or to "closed” with said pivotable boundary surface in the sense of a change in the volume flow.
- the method is primarily intended for use during quenching in the process of heat treatment of metallic materials / workpieces, in which case the gases discharged from the fan are cooling gases, the fan is a cooling fan and the treatment chamber is also used as a cooling chamber.
- This method is carried out by a device as a gas guide, which is used to direct the flow of gases in the process of heat treatment of metallic materials / workpieces, in particular for treatment chambers of vacuum ovens, preferably single-chamber vacuum ovens, in a frame spaced from one another, with free surfaces Edges, which can tear off the flow (5), and divides the original flow direction in deflected flow directions between the surfaces.
- a device as a gas guide, which is used to direct the flow of gases in the process of heat treatment of metallic materials / workpieces, in particular for treatment chambers of vacuum ovens, preferably single-chamber vacuum ovens, in a frame spaced from one another, with free surfaces Edges, which can tear off the flow (5), and divides the original flow direction in deflected flow directions between the surfaces.
- a following projects past the preceding surface in at least one surface dimension in a cascade-like manner by means of free edges.
- the surfaces may be at a parallel distance from each other.
- the free edges - as seen in section - can follow an imaginary curve that is progressive or degressive.
- the surfaces are bordered by a box-like frame and point. at least one web connecting the surfaces in a stabilizing manner.
- a pivotable boundary surface and / or a rigid boundary surface ensure the above-mentioned embodiment of the method with regard to the steering of the volume flow.
- radially arranged surfaces in the region of a blower are used to support the effects according to the invention, these surfaces being formed by a pipe system of a gas-water heat exchanger which reduces swirl, acts as a flow rectifier and is located in the region of a fan wheel.
- a rise angle of the cascade-like surfaces should suitably be between 5 ° and 60 °, the distance between the surfaces may be 10 to 1000 mm.
- This device designed as a gas-conducting device is assigned to a region of an opening of the treatment chamber.
- Several gas-conducting devices can be assigned to a respective region of a plurality of openings of the treatment chamber (1.1).
- the size and the areal dimension of the gas-conducting device correspond to the flow-through batch area, whereby the cross-section of the flow-through charge should be used for the dimensioning.
- the flow is homogenized and directed in quasi partial streams directed to the materials / workpieces in generic industrial furnaces in the sense of the task.
- the technological costs are low.
- the flow is homogenized and directed directed to the materials / workpieces in generic industrial furnaces largely without back pressure.
- the invention also affects an optimal design, i. reducible design of the performance of a cooling fan.
- FIG. 1 is a procedural course of flow in an industrial furnace 1 with a treatment chamber 1.1 and an opening 1.2 and an associated device 2 as a gas guide schematically shown.
- a fan 3 with a fan 3.1, a flow outlet 3.2 and 3.3 baffles is attached to the treatment chamber 1.1.
- Behind the blower is a gas-water heat exchanger 4 with a not designated pipe system formed, radially arranged surfaces 4.1.
- a running flow 5 is indicated by directional arrows, wherein an original flow direction 6 and a deflected according to the invention flow direction 7 are highlighted schematically with arrows.
- Fig. 2 shows the basic arrangement of devices 2 according to the invention as gas-conducting devices to the openings 1.2 and 1.2 of the treatment chamber 1.1 situated here above and below.
- the devices 2 each comprise a box-like frame 2.1 with surfaces 2.2.
- the surfaces 2.2 Depending on the position of the device 2 to the openings 1.2 have the surfaces 2.2 - in this case upper and lower - free edges 2.2.1, each in a straight line 2.2.2 in the direction of the original flow direction 6 rise (upper free edges 2.2. 1) and fall off (lower free edges 2.2.1).
- a respective pivotable boundary surface 2.4 is provided, which is articulated to the frame 2.1 and operated by means not shown.
- FIG. 3 are details of the device 1 after Fig. 2 with the cascading at a distance 2.7 each other superior surfaces 2.2 shown in section.
- the straight line 2.2.2 of a "hypotenuse" with a rise angle 2.9 in a right triangle when compared to the frame 2.1 is used with its unnamed lower part and its not designated back wall as a leg geometrically comparative.
- the pivotable boundary surface 2.4 is articulated on a rigid boundary surface 2.5.
- the flow can be shut off by the pivotable boundary surface 2.4 to the surfaces 2.2.
- the pivotable boundary surface 2.4 serves as a hatch or flap for thermal separation of the heating chamber from the pressure vessel, which is required for systems with convective heating. In systems without convective heating, this separation can act as a labyrinth.
- the method for directing the flow 5 of gases in the process of heat treatment of metallic materials / workpieces in industrial furnaces 1, in particular in treatment chambers 1.1 of vacuum furnaces, preferably single-chamber vacuum furnaces, according to the invention works such that for Strömungs adopted despressist and intensification of Fumigation the generated and flowing in the original flow direction 6 5 flow strikes the spaced at the distance 2.7 areas 2.2. Of these surfaces 2.2 projects beyond - seen in the flow direction 6 - a following the preceding surface 2.2 in at least one area dimension 2.6 cascade-like.
- the flow 5 is directed in a deflected to the original flow direction 6 direction 7 by the effect of a stall at the upper / lower free edges 2.2.1 of the surfaces 2.2. Accordingly, the parallel spaced 2.7 and flowing surfaces 2.2 steer the flow in the direct direction to the opening 1.2., The surfaces 2.2 are flowed perpendicular to the original flow direction 6.
- the generated flow 5 along an imaginary rising in the flow direction curve, also formed by the upper / lower edges 2.2.1 of the surfaces 2.1.2 connecting curve not shown, are performed, the curve can be progressive or degressive.
- the flow 5 of treatment gases radially emitted by the blower 3 follows the guide surfaces 3.3 associated with the blower 3. Flowing in the axial direction of the blower 3 against the surfaces 2.2 and then deflected to areas of the openings 1.2 of the treatment chamber 1.1 is the flow 5 in at least one dimension 2.8 to the surfaces 2.2 by means of at least one boundary surface 2.4, 2.5, which is both pivotable and rigid can be constrained.
- the method can be used according to these inventive functions for the application during quenching in the process of heat treatment of metallic materials / workpieces, in which case the treatment gases emitted by the blower 3 are cooling gases, the blower 3 is a cooling fan and the treatment chamber 1.1 also used as a cooling chamber becomes.
- the device 2 according to the invention for carrying out the method in industrial furnaces 1 is embodied as the device 1 described in detail above as a gas-conducting device with the surfaces 2.2 which are at a distance of 2.7, one of which projects beyond the preceding surface 2.2 in at least one area dimension 2.6.
- the surfaces 2.2 are bordered by the box-like frame 2.1.
- the surfaces 2.2 can be stabilized by at least one connecting, not shown web.
- the pivotable boundary surface 2.4 can be hinged to the rigid boundary surface 2.5.
- the flow 5 can be shut off by the pivotable boundary surface to the surfaces 2.2.
- the pivotable boundary surface 2.4 serves as a hatch or flap for thermal separation of the heating chamber from a pressure vessel, which is required in systems with convective heating. In systems without convective heating, this separation can also be performed as a labyrinth.
- the flow 5 is steered in its velocity or its cross-section / volume from a position in position "up” or “to” with said pivotable boundary surface 2.4 in the sense of a change in the volume flow.
- the arrangement of radially extending surfaces 4.1 in the region of the blower 3 support the effect according to the invention, in that they are formed by the gas-water heat exchanger 4, which reduces a swirl and thus also functions as a flow rectifier and is situated in front of the fan 3.1.
- the distance 2.7 between the surfaces 2.2.2 should be advantageously 10-1000 mm.
- the thus formed device 2 is assigned to a respective region of the opening 1.2 of the treatment chamber 1.1, in which case a plurality of devices 2 cover the respective regions of a plurality of openings 1.2 of the treatment chamber 1.1.
- the size should be dimensioned as the areal design of the device 2 so that it corresponds to the flowed through batch area, which is to be used for the design of the representative cross-section of the flow-through batch.
- the invention makes possible a more homogenous diversion of the flow of gases such as cooling gases in industrial furnaces, such as vacuum furnaces, which improves both the cooling intensity and the energy consumption Heat treatment of metallic materials / workpieces, so that their utility value is increased for the user industry.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Leitung der Strömung von Gasen im Prozess der Wärmebehandlung von metallischen Werkstoffen/Werkstücken in Industrieöfen, insbesondere für Behandlungskammern von Vakuumöfen, vorzugsweise Einkammer-Vakuumöfen zur Kühlung der Werkstoffe/Werkstücke.The invention relates to a method and a device for directing the flow of gases in the process of heat treatment of metallic materials / workpieces in industrial furnaces, in particular for treatment chambers of vacuum furnaces, preferably single-chamber vacuum furnaces for cooling the materials / workpieces.
Bekannt sind Industrieöfen wie Vakuumöfen, wie z.B. beschrieben in
Die in der
Zur Homogenisierung der Gasströmung ist gemäss der
Die
Der Ausblick auf die
In Vakuumöfen zur Wärmebehandlung von Chargen metallischer Werkstücke hatte sich bei der Leitung insbesondere einer Kühlgasströmung der Trend herausgebildet, im Bereich der in Heizkammerwänden ausgebildeten verschließbaren Öffnungen für die Zu- und Abfuhr von Kühlgas so genannte Gasleiteinrichtungen schwenkbar oder höhenverstellbar anzuordnen.In vacuum furnaces for heat treatment of batches of metallic workpieces, the trend in the direction of, in particular, a flow of cooling gas has been to arrange so-called gas guiding devices in the region of the closable openings formed in heating chamber walls for the supply and removal of cooling gas in a pivotable or height-adjustable manner.
Damit sollte einerseits die Funktion der Absperrung der Kühlgasströmung von einer Druckkammer zu einer Heizkammer oder die Funktion der Absperrung der Kühlgasströmung von einer Saugkammer zur Heizkammer durch diese Mittel gelöst werden.Thus, on the one hand, the function of shutting off the cooling gas flow from a pressure chamber to a heating chamber or the function of shutting off the flow of cooling gas from a suction chamber to the heating chamber should be achieved by this means.
Andererseits - und von Bedeutung für die Untersuchungen zum hiesigen Problem - bestand dabei auch das Ziel, eine verbesserte Intensität der Kühlleistung zu erreichen. So wurde zwar gemäss dem
Ohne die Ursachen, so u.a. das Entstehen eines nachteiligen Staudrucks, näher zu untersuchen, nämlich nicht primär eine Erhöhung der Leistung des Kühlgebläses anzustreben, sondern verbesserte Strömungsbedingungen zu schaffen, wurden schwenkbare, höhenverstellbare oder ähnlich funktionierende Gasleiteinrichtungen beibehalten.Without the causes, so u.a. the development of an adverse dynamic pressure to investigate more closely, namely not primarily to seek to increase the performance of the cooling fan, but to provide improved flow conditions have been maintained pivotable, height-adjustable or similar functioning Gasleiteinrichtungen.
Hinzu kommt, dass nach Untersuchung der Wärmebehandlungsabläufe in einem z.B. Vakuumofen, wie Chargieren, Evakuieren und Aufheizen des Ofens, Wärmebehandeln und Abschrecken der Charge bei Umwälzung des Kühlgases, Druckablass und Entchargieren, diese besagten Gasleiteinrichtungen in ihrer Kinematik und Funktion nur beim Abschrecken der Charge ihre Wirkung entfalten können.In addition, after examining the heat treatment operations in an eg vacuum furnace, such as charging, evacuating and heating the furnace, heat treating and quenching the charge upon circulation of the cooling gas, depressurizing and discharging, These said gas guiding devices can only have their effect in their kinematics and function when the batch is quenched.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein effizientes Verfahren und eine baulich einfache Einrichtung zu schaffen, womit eine Richtungsumlenkung einer jeglichen Strömung, d.h. sowohl die eines Kühlmediums als auch die eines Heizmediums, wie z.B. von horizontal nach vertikal oder umgekehrt erfolgt und die Strömung homogenisiert und so gerichtet zu den Chargen mit den zu behandelnden Werkstoffen/Werkstücken in gattungsgemäßen Industrieöfen weitgehend ohne Staudruck geleitet wird, wodurch die Wärmebehandlung nebst Kühlintensität verbessert und der Energieverbrauch wie auch der Leistungsverbrauch eines Kühlgebläses gesenkt werden.The invention is based on the object to provide an efficient method and a structurally simple device, whereby a direction reversal of any flow, i. both a cooling medium and a heating medium, e.g. from horizontal to vertical or vice versa and the flow homogenized and directed so directed to the batches with the treated materials / workpieces in generic industrial furnaces largely without dynamic pressure, whereby the heat treatment together with cooling intensity improves and energy consumption and the power consumption of a cooling fan can be lowered ,
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mit einem Verfahren zur Leitung einer Strömung von Gasen im Prozess der Wärmebehandlung von metallischen Werkstoffen/Werkstücken in Industrieöfen, insbesondere für Behandlungskammern von Vakuumöfen, vorzugsweise Einkammer-Vakuumöfen, gelöst, bei dem eine erzeugte und in eine Richtung verlaufende originäre Strömung gegen im Abstand zueinander stehende Flächen geführt wird, diese Flächen angeströmt werden, die originäre Strömung zwischen den Flächen durch die Wirkung eines Strömungsabrisses an freien Kanten der Flächen in zur originären Strömungsrichtung abgelenkte Strömungsrichtungen geteilt und zu einer vergleichmässigt sowie intensiviert führenden Begasung der eine Charge bildenden und zu behandelnden Werkstoffe/Werkstücke in die Behandlungskammer geleitet wird.According to the invention, this object is achieved with a method for conducting a flow of gases in the process of heat treatment of metallic materials / workpieces in industrial furnaces, especially for treatment chambers of vacuum furnaces, preferably single-chamber vacuum furnaces, in which a generated and in one direction extending original flow against spaced surfaces are guided, these surfaces are flown, divided the original flow between the surfaces by the effect of a stall at free edges of the surfaces in the original flow direction deflected flow directions and to a more uniform and intensified leading fumigation of a batch forming and treating materials / workpieces is passed into the treatment chamber.
Das Verfahren wird ausgebaut, indem - in der originären Strömungsrichtung gesehen - die Strömung gegen die die vorangehenden Fläche um mindestens eine Flächendimension mittels der freien Kante kaskadenartig überragende folgende Fläche, d.h. gegen die kaskadenartig zueinander stehenden Flächen über die freien Kanten geführt wird.The process is expanded by, as seen in the original flow direction, the flow against the following surface, which overhangs the preceding surface by at least one surface dimension by means of the free edge, that is, cascade-like. is guided against the cascaded surfaces to each other over the free edges.
Zweckmässig wird die Strömung gegen die im parallelen Abstand zueinander stehenden Flächen, die rechtwinklig zur originären Strömungsrichtung stehen können, geführt.Appropriately, the flow against the parallel spaced-apart surfaces, which may be perpendicular to the original flow direction out.
Im Hinblick auf konstruktive Realisierungsmöglichkeiten soll die Strömung in einem sich in originärer Strömungsrichtung im Volumen verringernden Strom - nach einer ersten Variante - entlang einer gedachten, gleich einer durch die freien Kanten gebildeten geraden schiefen Ebene geführt werden, wobei in einem gedachten Schnitt gesehen die Strömung entlang einer gedachten Hypotenuse eines gedachten rechtwinkligen Dreiecks, gebildet durch eine die freien Kanten der Flächen verbindende gerade Linie, verläuft, und besagter im Volumen verringerte Strom aus den durch die Wirkung des Strömungsabrisses abgeteilten und abgelenkten Teilströmen resultiert.With regard to constructive possibilities for realization, the flow in a flow that reduces volume in the original flow direction should-according to a first variant-be guided along an imaginary straight oblique plane formed by the free edges, the flow being seen in an imaginary section an imaginary hypotenuse of an imaginary right triangle, formed by a straight line connecting the free edges of the surfaces, runs, and said volume reduced flow results from the divided by the effect of the stall and deflected partial streams.
Der im Volumen sich verringernde Strom kann auch - nach einer zweiten Variante - entlang einer gedachten, gleich einer durch die freien Kanten gebildeten kurvenartigen schiefen Ebene geführt werden, wobei im Schnitt gesehen die Strömung entlang einer gedachten Kurve, gebildet durch eine die freien Kanten der Flächen verbindende Kurve, verläuft. Die gedachte Kurve kann progressiv oder degressiv verlaufen.The stream decreasing in volume can also - according to a second variant - are guided along an imaginary, like a curved plane formed by the free edges, wherein seen in section the flow along an imaginary curve, formed by one of the free edges of the surfaces connecting curve, runs. The imaginary curve can be progressive or degressive.
Mit dem Verfahren können die vorteilhaften Wirkungen praktisch dadurch umgesetzt werden, wenn die von einem Gebläse abgegebene Strömung dem Gebläse zugeordnete Leitflächen folgt und so in Axialrichtung des Gebläses gegen die Flächen strömend und dann umgelenkt zu mindestens einem Bereich mindestens einer Öffnung der Behandlungskammer geführt wird.With the method, the beneficial effects can be practically implemented by the fact that the flow discharged from a fan follows the fan and then flows in the axial direction of the fan against the surfaces and then deflected to at least one area of at least one opening of the treatment chamber.
Der Praxis gerecht werdend ist die Anwendung in mehreren Bereichen von Öffnungen der Behandlungskammer möglich.According to the practice, the application in several areas of openings of the treatment chamber is possible.
Die Strömung kann in mindestens einem Dimensionsbereich zu den Flächen mittels mindestens einer Begrenzungsfläche zwangsgeführt werden, die schwenkbar und/oder starr ausführbar sind, so dass z.B. die Strömung durch die schwenkbare Begrenzungsfläche zu den Flächen abgesperrt werden kann.The flow can be forced in at least one dimension range to the surfaces by means of at least one boundary surface, which are pivotable and / or rigid executable, so that e.g. the flow through the pivotable boundary surface can be shut off to the surfaces.
Da die Öffnung der Behandlungskammer wie z.B. einer Heizkammer in Industrieöfen während des Heizens geschlossen ist, beim Kühlen jedoch geöffnet wird, dient eine schwenkbare Begrenzungsfläche als Luke oder Klappe zur thermischen Trennung der Heizkammer vom Druckbehälter und ist bei Anlagen mit konvektiver Erwärmung erforderlich. Bei Anlagen ohne konvektive Erwärmung kann diese Trennung als Labyrinth ausgeführt werden.Since the opening of the treatment chamber such as a heating chamber in industrial furnaces is closed during heating, but opened during cooling, a hinged boundary surface serves as a hatch or flap for thermal separation of the heating chamber from the pressure vessel and is required in installations with convective heating. In systems without convective heating, this separation can be carried out as a labyrinth.
Andererseits kann es in besonderen Ausführungen auch sinnvoll sein, wenn die Strömung in ihrer Geschwindigkeit oder ihrem Querschnitt/Volumen von einer in Stellung bis "auf" oder bis "zu" mit besagter schwenkbarer Begrenzungsfläche im Sinne einer Veränderung des Volumenstromes gelenkt wird.On the other hand, in special embodiments, it may also be useful if the flow in its velocity or its cross-section / volume is directed from a position to "open" or to "closed" with said pivotable boundary surface in the sense of a change in the volume flow.
Das Verfahren ist vorrangig für die Anwendung während der Abschreckung im Prozess der Wärmebehandlung von metallischen Werkstoffen/Werkstücken gedacht, wobei dann die von dem Gebläse abgegebenen Gase Kühlgase sind, das Gebläse ein Kühlgebläse ist und die Behandlungskammer auch als Kühlkammer verwendet wird.The method is primarily intended for use during quenching in the process of heat treatment of metallic materials / workpieces, in which case the gases discharged from the fan are cooling gases, the fan is a cooling fan and the treatment chamber is also used as a cooling chamber.
Dieses Verfahren wird durch eine Einrichtung als Gasleiteinrichtung ausgeführt, die zur Leitung der Strömung von Gasen im Prozess der Wärmebehandlung von metallischen Werkstoffen/Werkstücken, insbesondere für Behandlungskammern von Vakuumöfen, vorzugsweise Einkammer-Vakuumöfen, in einem Rahmen im Abstand zueinander stehende, anströmbare Flächen mit freien Kanten, die die Strömung (5) abreissen lässt, umfasst und die originäre Strömungsrichtung in zwischen den Flächen abgelenkte Strömungsrichtungen teilt.This method is carried out by a device as a gas guide, which is used to direct the flow of gases in the process of heat treatment of metallic materials / workpieces, in particular for treatment chambers of vacuum ovens, preferably single-chamber vacuum ovens, in a frame spaced from one another, with free surfaces Edges, which can tear off the flow (5), and divides the original flow direction in deflected flow directions between the surfaces.
Dabei überragt eine folgende die vorangehende Fläche in mindestens einer Flächendimension kaskadenartig mittels freier Kanten. Zweckmässig können die Flächen im parallelen Abstand zueinander stehen.In this case, a following projects past the preceding surface in at least one surface dimension in a cascade-like manner by means of free edges. Conveniently, the surfaces may be at a parallel distance from each other.
Die freien Kanten bilden - im Schnitt gesehen - einer gedachten geraden Linie gleich einer schiefen Ebene folgend - eine gedachte Hypotenuse in einem gedachten rechtwinkligen Dreieck.The free edges, seen in section, follow an imaginary straight line following an inclined plane, an imaginary hypotenuse in an imaginary right-angled triangle.
Alternativ können die freien Kanten - im Schnitt gesehen - einer gedachten Kurve folgen, die progressiv oder degressiv verläuft.Alternatively, the free edges - as seen in section - can follow an imaginary curve that is progressive or degressive.
Baulich einfach sind die Flächen von einem kastenartigen Rahmen eingefasst und weisen. mindestens einen die Flächen stabilisierend verbindenden Steg auf.Structurally simple, the surfaces are bordered by a box-like frame and point. at least one web connecting the surfaces in a stabilizing manner.
Eine schwenkbare Begrenzungsfläche und/oder eine starre Begrenzungsfläche gewährleisten die oben angesprochene Ausführung des Verfahrens im Hinblick auf die Lenkung des Volumenstroms.A pivotable boundary surface and / or a rigid boundary surface ensure the above-mentioned embodiment of the method with regard to the steering of the volume flow.
Gemäss der Praxis eines Industrieofens werden zur Unterstützung der erfindungsgemässen Wirkungen radial angeordnete Flächen im Bereich eines Gebläses genutzt, wobei diese Flächen von einem, einen Drall reduzierenden, als Strömungsgleichrichter wirkenden und im Bereich eines Lüfterrades befindlichen Rohrsystems eines Gas-Wasser-Wärmetauschers gebildet sind.According to the practice of an industrial furnace, radially arranged surfaces in the region of a blower are used to support the effects according to the invention, these surfaces being formed by a pipe system of a gas-water heat exchanger which reduces swirl, acts as a flow rectifier and is located in the region of a fan wheel.
Ein Anstiegswinkel der kaskadenartig einander überragenden Flächen soll zweckmässig zwischen 5° und 60 °liegen, der Abstand zwischen den Flächen kann 10 bis 1000 mm betragen.A rise angle of the cascade-like surfaces should suitably be between 5 ° and 60 °, the distance between the surfaces may be 10 to 1000 mm.
Diese als Gasleiteinrichtung ausgebildete Einrichtung ist einem Bereich einer Öffnung der Behandlungskammer zugeordnet. Mehrere Gasleiteinrichtungen können einem jeweiligen Bereich mehrerer Öffnungen der Behandlungskammer (1.1) zugeordnet werden.This device designed as a gas-conducting device is assigned to a region of an opening of the treatment chamber. Several gas-conducting devices can be assigned to a respective region of a plurality of openings of the treatment chamber (1.1).
Für eine optimale Dimensionierung der Einrichtung gilt, dass die Größe wie die flächenmässige Auslegung der Gasleiteinrichtung der durchströmten Chargenfläche entspricht, wobei zur Bemessung der Querschnitt der durchströmten Charge herangezogen werden sollte.For optimum dimensioning of the device, the size and the areal dimension of the gas-conducting device correspond to the flow-through batch area, whereby the cross-section of the flow-through charge should be used for the dimensioning.
Entsprechend diesen Lösungsgedanken der Erfindung sind das Verfahren in den Ansprüchen 1 bis 14 und die Einrichtung in den Ansprüchen 15 bis 30 hinsichtlich ihrer unabhängigen und abhängigen Merkmale dargestellt.According to these principles of solution of the invention, the method in claims 1 to 14 and the device in claims 15 to 30 are shown in terms of their independent and dependent features.
Mit der Erfindung wird vorteilhaft gegenüber dem Stand der Technik erreicht, dass die Strömung homogenisiert und in quasi Teilströmen gerichtet zu den Werkstoffen/Werkstücken in gattungsgemäßen Industrieöfen im Sinne der Aufgabenstellung geleitet wird. Dabei sind die technologischen Kosten gering. Die Strömung wird homogenisiert und so gerichtet zu den Werkstoffen/Werkstücken in gattungsgemäßen Industrieöfen weitgehend ohne Staudruck geleitet.With the invention is advantageously achieved over the prior art, that the flow is homogenized and directed in quasi partial streams directed to the materials / workpieces in generic industrial furnaces in the sense of the task. The technological costs are low. The flow is homogenized and directed directed to the materials / workpieces in generic industrial furnaces largely without back pressure.
Somit hat die Erfindung auch Einfluss auf eine optimale Auslegung, d.h. verringerbare Auslegung der Leistung eines Kühlgebläses.Thus, the invention also affects an optimal design, i. reducible design of the performance of a cooling fan.
Letztlich verschmelzen durch die Erfindung die vorteilhaften strömungsseitigen Wirkungen mit den energetischen Effekten der Wärmebehandlung zusammen mit den energetischen Effekten der installierten Leistung eines Kühlgebläses zu einem einheitlich wirkenden Vorteil für den Betreiber gattungsgemässer Industrieöfen im Hinblick auf die Energie- und Umweltbilanz.Ultimately merge with the invention, the advantageous flow-side effects with the energetic effects of heat treatment along with the energetic effects of the installed capacity of a cooling fan to a single-acting advantage for the operator generic industrial furnaces in terms of energy and environmental performance.
In den zugehörigen Zeichnungen zeigen
- Fig. 1
- eine Prinzipdarstellung eines verfahrensgemässen Strömungsverlaufs in einem gattungsgemässen Industrieofen 1,
- Fig. 2
- die prinzipielle Anordnung einer
erfindungsgemässen Einrichtung 2 als Gasleiteinrichtung zu einer Öffnung 1.2 einer Behandlungskammer 1.1 in dem als Vakuumofen ausgebildeten Industrieofen 1, - Fig. 3
- die Einzelheit der
Einrichtung 2 nachFig. 2 mit kaskadenartig ansteigenden Flächen 2.2 gemäss dem Anstieg analog einer "Hypotenuse".
- Fig. 1
- 1 is a schematic representation of a flow path according to the method in a generic industrial furnace 1,
- Fig. 2
- the basic arrangement of a
device 2 according to the invention as a gas guiding device to an opening 1.2 of a treatment chamber 1.1 in the industrial furnace 1 designed as a vacuum furnace, - Fig. 3
- the detail of the
device 2 afterFig. 2 with cascading rising surfaces 2.2 according to the increase analogous to a "hypotenuse".
Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels mit Varianten näher beschrieben.The invention will be described in more detail with reference to an embodiment with variants.
In
Entsprechend
Wenn z.B. die Öffnung 1.2 der Behandlungskammer 1.1 wie einer Heizkammer während des Heizens geschlossen ist, beim Kühlen geöffnet werden muss, dient die schwenkbare Begrenzungsfläche 2.4 als Luke oder Klappe zur thermischen Trennung der Heizkammer vom Druckbehälter, was bei Anlagen mit konvektiver Erwärmung erforderlich ist. Bei Anlagen ohne konvektive Erwärmung kann diese Trennung als Labyrinth wirken.If e.g. the opening 1.2 of the treatment chamber 1.1 as a heating chamber is closed during heating, must be opened when cooling, the pivotable boundary surface 2.4 serves as a hatch or flap for thermal separation of the heating chamber from the pressure vessel, which is required for systems with convective heating. In systems without convective heating, this separation can act as a labyrinth.
Andererseits kann es in besonderen Ausführungen auch sinnvoll sein, wenn die Strömung 5 in ihrer Geschwindigkeit oder ihrem Querschnitt/Volumen von einer in Stellung bis "auf" oder bis "zu" mit besagter schwenkbarer Begrenzungsfläche im Sinne einer Veränderung des Volumenstromes variiert wird.On the other hand, it may also be useful in particular embodiments, if the
Entsprechend dieser konstruktiv-strukturellen Darstellung funktioniert das Verfahren zur Leitung der Strömung 5 von Gasen im Prozess der Wärmebehandlung von metallischen Werkstoffen/Werkstücken in Industrieöfen 1, insbesondere in Behandlungskammern 1.1 von Vakuumöfen, vorzugsweise Einkammer-Vakuumöfen, erfindungsgemäss derart, dass zur Strömungsvergleichmässigung und Intensivierung der Begasung die erzeugte und in originärer Strömungsrichtung 6 verlaufende Strömung 5 auf die im Abstand 2.7 zueinander stehenden Flächen 2.2 trifft. Von diesen Flächen 2.2 überragt - in Strömungsrichtung 6 gesehen - eine folgende die vorangehende Fläche 2.2 in mindestens einer Flächendimension 2.6 kaskadenartig.According to this constructive-structural representation, the method for directing the
Zwischen den Flächen 2.2 wird durch die Wirkung eines Strömungsabrisses an den oberen/unteren freien Kanten 2.2.1 der Flächen 2.2 die Strömung 5 in eine zur originären Strömungsrichtung 6 abgelenkt verlaufende Richtung 7 geleitet. Die im parallelen Abstand 2.7 zueinander stehenden und angeströmten Flächen 2.2 lenken demzufolge die Strömung in direkter Richtung zur Öffnung 1.2., wobei die Flächen 2.2 senkrecht zur originären Strömungsrichtung 6 angeströmt werden.Between the surfaces 2.2, the
Insgesamt wird dabei die erzeugte Strömung 5 entlang der gedachten, in Strömungsrichtung 6 ansteigenden gedachten Hypotenuse des gedachten rechtwinkligen Dreiecks, gebildet durch die die oberen/unteren Kanten 2.2.1 der Flächen 2.2 verbindende gerade Linie 2.2.2, geführt.Overall, the generated
Alternativ kann auch die erzeugte Strömung 5 entlang einer gedachten, in Strömungsrichtung ansteigenden Kurve, ebenfalls gebildet durch die oberen/unteren Kanten 2.2.1 der Flächen 2.1.2 verbindende nicht dargestellte Kurve, geführt werden, wobei die Kurve progressiv oder degressiv verlaufen kann.Alternatively, the generated
Entscheidend ist, dass die in originärer Strömungsrichtung 6 im Wesentlichen horizontal verlaufende Strömung 5 zu einer im Wesentlichen senkrecht abgelenkt dazu verlaufenden Richtung 7 geführt wird. Dabei verlaufen dann aus der originären Strömungsrichtung 6 mittels der kaskadenartig angeordneten Flächen 2.2 homogenisierte und vergleichmässigte Teilströme in die abgelenkte Strömungsrichtung 7 zu der Charge.What is decisive is that the
Denkbar bei entsprechender und hier nicht dargestellter senkrechter Anordnung des Industrieofens 1 ist auch, dass die in originärer und hier so nicht dargestellte Richtung einer Strömung, also im Wesentlichen senkrecht oder fallend oder steigend verlaufender Strömung, zu einer im Wesentlichen horizontal dazu abgelenkt verlaufenden Richtung geführt wird. Dementsprechend sind dann auch die kaskadenartig zueinander stehenden Flächen anzuordnen.It is also conceivable with a corresponding vertical arrangement of the industrial furnace 1, not shown here, that the direction of a flow, that is to say essentially vertical or falling or rising, is guided in a direction substantially horizontally distanced to it , Accordingly, then the cascade-like surfaces are to be arranged.
Im Allgemeinen ist in gattungsgemässen Industrieöfen 1 verfahrensgemäss vorgesehen, dass die von dem Gebläse 3 radial abgegebene Strömung 5 von Behandlungsgasen dem Gebläse 3 zugeordneten Leitflächen 3.3 folgt. In Axialrichtung des Gebläses 3 gegen die Flächen 2.2 und dann umgelenkt zu Bereichen der Öffnungen 1.2 der Behandlungskammer 1.1 strömend wird dabei die Strömung 5 in mindestens einer Dimension 2.8 zu den Flächen 2.2 mittels mindestens einer Begrenzungsfläche 2.4, 2.5, die sowohl schwenkbar als auch starr ausgeführt sein kann, zwangsgeführt.In general, it is provided in accordance with the method in generic industrial furnaces 1 that the
Das Verfahren ist nach diesen erfindungsgemässen Funktionen für die Anwendung während der Abschreckung im Prozess der Wärmebehandlung von metallischen Werkstoffen/Werkstücken nutzbar, wobei dann die von dem Gebläse 3 abgegebenen Behandlungsgase Kühlgase sind, das Gebläse 3 ein Kühlgebläse ist und die Behandlungskammer 1.1 auch als Kühlkammer verwendet wird.The method can be used according to these inventive functions for the application during quenching in the process of heat treatment of metallic materials / workpieces, in which case the treatment gases emitted by the
Die erfindungsgemässe Einrichtung 2 zur Durchführung des Verfahrens in Industrieöfen 1 ist ausgebildet als die zuvor ausführlich beschriebene Einrichtung 1 als Gasleiteinrichtung mit den im Abstand 2.7 zueinander stehenden Flächen 2.2, von denen eine folgende die vorangehende Fläche 2.2 in mindestens einer Flächendimension 2.6 kaskadenartig überragt.The
Bauseitig werden die Flächen 2.2 von dem kastenartigen Rahmen 2.1 eingefasst. Die Flächen 2.2 können durch mindestens einen verbindenden, nicht dargestellten Steg stabilisiert werden. Die schwenkbare Begrenzungsfläche 2.4 kann an der starren Begrenzungsfläche 2.5 angelenkt werden. Somit kann die Strömung 5 durch die schwenkbare Begrenzungsfläche zu den Flächen 2.2 abgesperrt werden.On-site, the surfaces 2.2 are bordered by the box-like frame 2.1. The surfaces 2.2 can be stabilized by at least one connecting, not shown web. The pivotable boundary surface 2.4 can be hinged to the rigid boundary surface 2.5. Thus, the
Da die Öffnung der Behandlungskammer 1.1 wie Heizkammer in Industrieöfen 1 während des Heizens geschlossen ist, beim Kühlen aber geöffnet sein muss, dient die schwenkbare Begrenzungsfläche 2.4 als Luke oder Klappe zur thermischen Trennung der Heizkammer von einem Druckbehälter, was bei Anlagen mit konvektiver Erwärmung erforderlich ist. Bei Anlagen ohne konvektive Erwärmung kann diese Trennung auch als Labyrinth ausgeführt werden.Since the opening of the treatment chamber 1.1 as heating chamber in industrial furnaces 1 is closed during heating, but must be open during cooling, the pivotable boundary surface 2.4 serves as a hatch or flap for thermal separation of the heating chamber from a pressure vessel, which is required in systems with convective heating. In systems without convective heating, this separation can also be performed as a labyrinth.
Andererseits kann es in besonderen Ausführungen auch sinnvoll sein, wenn die Strömung 5 in ihrer Geschwindigkeit oder ihrem Querschnitt/Volumen von einer in Stellung bis "auf" oder bis "zu" mit besagter schwenkbarer Begrenzungsfläche 2.4 im Sinne einer Veränderung des Volumenstromes gelenkt wird.On the other hand, it may also be useful in particular embodiments if the
Die Anordnung radial verlaufender Flächen 4.1 im Bereich des Gebläses 3 unterstützen die erfindungsgemässe Wirkung, indem diese von dem, einen Drall reduzierenden, somit auch als Strömungsgleichrichter funktionierenden und vor dem Lüfterrad 3.1 befindlichen Gas-Wasser-Wärmetauscher 4 gebildet werden.The arrangement of radially extending surfaces 4.1 in the region of the
Zweckmässig ist es, wenn der Anstiegswinkel 2.9 der die kaskadenartig gebildeten Flächen 2.2 verbindende gerade Linie 2.2.2 oder Kurve zwischen 5° und 60 ° liegt.It is expedient if the angle of rise 2.9 of the cascaded areas 2.2 connecting straight line 2.2.2 or curve between 5 ° and 60 °.
Der Abstand 2.7 zwischen den Flächen 2.2.2 sollte vorteilhaft 10-1000 mm betragen.The distance 2.7 between the surfaces 2.2.2 should be advantageously 10-1000 mm.
Die so ausgebildete Einrichtung 2 ist je einem Bereich der Öffnung 1.2 der Behandlungskammer 1.1 zugeordnet, wobei dann mehrere Einrichtungen 2 die jeweiligen Bereiche mehrerer Öffnungen 1.2 der Behandlungskammer 1.1 abdecken.The thus formed
Dabei soll die Größe wie die flächenmässige Auslegung der Einrichtung 2 so dimensioniert sein, dass sie der durchströmten Chargenfläche entspricht, wobei zur Bemessung der repräsentative Querschnitt der durchströmten Charge heranzuziehen ist.The size should be dimensioned as the areal design of the
Die Erfindung ermöglicht gegenüber dem Stand der Technik eine homogenisiertere und sowohl die Kühlintensität verbessernde als auch den Energieverbrauch senkende Umlenkung der Strömung von Gasen wie K¨hlgasen in Industrieöfen wie Vakuumöfen bei der Wärmebehandlung von metallischen Werkstoffen/Werkstücken, so dass deren Gebrauchswert für die anwendende Industrie erhöht wird.In contrast to the prior art, the invention makes possible a more homogenous diversion of the flow of gases such as cooling gases in industrial furnaces, such as vacuum furnaces, which improves both the cooling intensity and the energy consumption Heat treatment of metallic materials / workpieces, so that their utility value is increased for the user industry.
- 11
- = Industrieofen= Industrial furnace
- 1.11.1
- = Behandlungskammer= Treatment chamber
- 1.21.2
- = Öffnung= Opening
- 22
- = Einrichtung= Institution
- 2.12.1
- = Rahmen= Frame
- 2.22.2
- = Fläche= Area
- 2.2.12.2.1
- = freie Kante= free edge
- 2.2.22.2.2
- = gerade Linie= straight line
- 2.42.4
- = schwenkbare Begrenzungsfläche= swiveling boundary surface
- 2.52.5
- = starre Begrenzungsfläche= rigid boundary surface
- 2.62.6
- = Flächendimension= Area dimension
- 2.72.7
- = Abstand= Distance
- 2.82.8
- = Dimensionsbereich= Dimension area
- 2.92.9
- = Anstiegswinkel= Angle of rise
- 33
- = Gebläse= Blower
- 3.13.1
- = Lüfterrad= Fan wheel
- 3.23.2
- = Strömungsaustritt= Flow outlet
- 3.33.3
- = Leitflächen= Baffles
- 44
- = Gas-Wasser-Wärmetauscher= Gas-water heat exchanger
- 4.14.1
- = radial angeordnete Flächen= radially arranged surfaces
- 55
- = Strömung (Pfeil)= Flow (arrow)
- 66
- = originäre Strömungsrichtung (Pfeil)= original flow direction (arrow)
- 77
- = abgelenkte Strömungsrichtung (Pfeil)= deflected flow direction (arrow)
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