EP2791605A1 - Haubenofen mit innerhalb einer schutzhaube positioniertem wärmeabgabegerät, insbesondere gespeist von einer ofenraumexternen energiequelle, zum abgeben von wärme an glühgas - Google Patents

Haubenofen mit innerhalb einer schutzhaube positioniertem wärmeabgabegerät, insbesondere gespeist von einer ofenraumexternen energiequelle, zum abgeben von wärme an glühgas

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Publication number
EP2791605A1
EP2791605A1 EP12801549.2A EP12801549A EP2791605A1 EP 2791605 A1 EP2791605 A1 EP 2791605A1 EP 12801549 A EP12801549 A EP 12801549A EP 2791605 A1 EP2791605 A1 EP 2791605A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
furnace
heat
transport fluid
gas
annealing gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12801549.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Robert Ebner
Heribert Lochner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ebner Industrieofenbau GmbH
Original Assignee
Ebner Industrieofenbau GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ebner Industrieofenbau GmbH filed Critical Ebner Industrieofenbau GmbH
Publication of EP2791605A1 publication Critical patent/EP2791605A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • 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
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • 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
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/52—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length
    • C21D9/54—Furnaces for treating strips or wire
    • C21D9/663—Bell-type furnaces
    • C21D9/677—Arrangements of heating devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B11/00—Bell-type furnaces
    • 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
    • F27D17/00—Arrangements for using waste heat; Arrangements for using, or disposing of, waste gases
    • F27D17/004—Systems for reclaiming waste heat
    • 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
    • F27D7/00—Forming, maintaining, or circulating atmospheres in heating chambers
    • F27D7/06—Forming or maintaining special atmospheres or vacuum within heating chambers

Definitions

  • Hood furnace with positioned within a protective hood heat dissipation device, in particular fed by an oven-external energy source, for releasing heat
  • the invention relates to a furnace for heat treating
  • Annealing material and a method for heat treating annealed material in a furnace are described.
  • AT 508776 discloses a method for preheating Glühgut in a Bebelglühstrom with the annealed under a protective hood in a transport fluid atmosphere receiving Glühsockeln.
  • the annealing material to be subjected to a heat treatment in a protective cover is preheated with the aid of a gaseous heat carrier, which circulates the protective hoods from the outside in a cycle and absorbs heat from a heat-treated annealed material in a protective hood and delivers it to a pre-heated annealing material in another protective hood.
  • a gaseous heat carrier which circulates the protective hoods from the outside in a cycle and absorbs heat from a heat-treated annealed material in a protective hood and delivers it to a pre-heated annealing material in another protective hood.
  • at least one additional incandescent base is used with a protective hood which can be heated from outside via burners. The hot exhaust gases from the heater
  • AT 507423 discloses a method for preheating Glühgut in a Bebelglühstrom with two the Glühgut under a protective hood receiving glow sockets. That in a protective hood of a
  • Heat treatment to be subjected to annealing is preheated by means of a gaseous heat carrier, between the two
  • Protective hoods is circulated and receives heat from a heat-treated in a protective annealing and to the
  • AT 411904 discloses a bell annealing furnace, in particular for steel strip or wire coils, with an annealing base which accommodates the annealed material and with a protective hood attached in a gas-tight manner. Furthermore, a radial fan mounted in the glow base is provided, which comprises an impeller and a rotor surrounding the impeller for circulating a transport fluid in the protective hood. A heat exchanger for cooling the transport fluid is the input side via a
  • Flow channel connected to the pressure side of the radial fan and ends on the output side in an annular gap between the nozzle and the guard.
  • An axially displaceable in the pressure-side flow path of the radial fan deflector is used for optional connection of the heat exchanger (water-cooled annular tube bundle) leading flow channel to the radial fan.
  • the protective cover is gas-tightly mounted on an annular flange, namely pressed against the base flange.
  • the heat exchanger (radiator) is located below the annular flange.
  • the flow channel consists of a from the
  • the deflection device is designed as a ring surrounding the outside, annular deflecting slide.
  • a furnace for heat treating annealing stock.
  • the oven has a closable glow space, which is designed for receiving and heat treating annealing material by means of thermal interaction of the annealing with heatable annealing gas in the annealing space.
  • the oven also has a removable one
  • heat exchange device is designed to exchange heat with the annealing gas within the protective hood.
  • Heat exchange apparatus is arranged relative to a first Glühgasventilator for driving the annealing gas such that in each
  • the invention provides a method of heat treating annealed material in a furnace.
  • the annealing material is received in a closable annealing space.
  • the glow chamber is closed with a removable protective cover.
  • the annealing material is in the closed furnace chamber by means of thermal interaction of the
  • the annealing gas is heated by means of exchanging heat with a heat dissipation device located at least partially inside the furnace chamber closed by means of the first protective hood inside the protective hood.
  • the heat exchange device is arranged relative to a first annealing gas fan for driving the annealing gas such that in each
  • an oven may be provided, one with a protective hood has sealed combustion chamber, in the interior of which a heatable and coolable annealing gas is arranged.
  • the annealing gas can turn in the
  • Glsweepingaums Glühgut for example, ribbon or wire coils or the like (for example, steel, brass, copper or aluminum and their alloys), heat.
  • a single protective hood is now sufficient in the furnace, since a heat exchange device (in particular a heat dissipation device, that is a technical device for discharging all heat for heating the annealing gas, or alternatively a heat receiving device, that is a technical device for receiving Heat of the annealing gas for cooling purposes), is positioned inside the protective hood.
  • a heat exchange device in particular a heat dissipation device, that is a technical device for discharging all heat for heating the annealing gas, or alternatively a heat receiving device, that is a technical device for receiving Heat of the annealing gas for cooling purposes.
  • Heat exchange device (in particular a heat exchanger, in particular a tube bundle heat exchanger) to the annealing gas or of the annealing gas to the heat exchange device allows without an indirect heat input from an exterior of the protective cover would be required by the protective hood.
  • Heat exchange device can thus heat dissipation or
  • the protective hood which can even be formed at least partially thermally insulating to
  • a significant advantage of embodiments of the invention is that in any operating condition (in particular for heating by means of a heater, for cooling by means of a cooling device and for heat exchange between annealing gas and
  • the annealing gas conveyed by the fan is directed directly to the heat dissipation device.
  • Mixture gas can be carried out in particular in full flow, ie. completely along a circumference (for example, an imaginary circle) around the fan.
  • a very efficient heat coupling between annealing gas and heat exchange device can be achieved.
  • the heat exchange device can in particular be mounted stationary or
  • the annealing gas driven by the first Glühgasventilator the annealing gas driven by the first Glühgasventilator
  • the heat exchange device should be stationary and immovable at a corresponding point of the furnace or permanently fixed there.
  • Heating unit Heating unit, a cooling mode for cooling by means of a
  • Cooling unit as well as a heat exchange operating state for
  • the protective hood-internal heat exchange device can be operated according to one embodiment selectively for supplying heat or cold and thus can also be operated as a cold discharge device (that is, for heat acceptance). Then it can also be designed as a heat and cold discharge device (or for heat dissipation and -äähme).
  • the protective hood may be the outermost, in particular the only, hood of the furnace chamber.
  • a single guard (with a plurality of coupled furnace chambers or sockets a single guard per furnace base) may be sufficient, resulting in a compact design.
  • the furnace may comprise a heating unit which is at least partially (preferably completely) arranged outside the furnace chamber and for supplying the
  • Heat exchange device is set up with heat.
  • the heating unit can thus be understood as the unit which actually generates the heat from another form of energy (electric current, gas, oil, pellets, etc.).
  • a protective hood external heat source can be provided, which supplies heat from outside the protective hood into the interior of the protective hood to the heat exchange device. This allows an easily controllable heating of the annealing gas. It may be an external of the oven space, i. outside the heated area,
  • heating unit the thermal energy over a
  • the heating unit may be, for example, an electric heating unit, a gas heating unit, an oil heating unit or a pelletizing unit.
  • the heating can be done, for example, with electrical energy. It is It is also possible to transfer electrical energy to hot-pressure gas via a chamber-external heat exchanger and to convey the thermal energy contained therein to the heat-exchange device. Alternatively or in addition to heating with electrical energy, heating with gas is possible. This can be over one
  • annealing chamber external heat exchanger for example using natural gas, take place, so that in turn hot gas to the
  • Heat exchange device can be transported. Such an oven is environmentally friendly operable, for example, because in an electric heating unit no carbon dioxide and no nitrogen oxides are generated. In a gas heating, a low methane consumption is possible, with small amounts of C0 2 and NO x may arise. An oil heating unit may burn oil to generate thermal energy.
  • Pelleticizing unit can burn wood pellets to generate thermal energy.
  • thermal energy there are other types of thermal
  • Energy generation units can be used according to the invention.
  • electrical heating energy can also be coupled via a transformer directly to the heat exchange device (for example, a tube bundle heat exchanger arranged inside the furnace).
  • a transformer directly to the heat exchange device (for example, a tube bundle heat exchanger arranged inside the furnace).
  • the stove can be an electric
  • Heat exchange device connects and thereby electrically coupled.
  • the coupling element is preferably through a furnace base (or a base foundation) of the furnace chamber into the furnace chamber
  • a coupling element for example, a low-resistance pipe wall of the transport fluid path can be used, to which the heat exchange device (in particular a tube bundle) connects.
  • this pipe wall is supplied with an electric current (preferably a high current at a low voltage) by an electric heating unit, this electric current becomes in Substantially loss-free or at least low-attenuation transferred to the high-resistance heat exchange device (in particular the tube walls of the tube bundle heat exchanger), so that on the
  • Heat exchange device ohmic losses occur with which the heat exchange device is heated in the furnace chamber. Passing through the coupling element through a bottom or a furnace base of the furnace chamber makes it possible to form the protective cover simply and without interruption, since passing through a supply line to the
  • Heat exchange device through the protective cover is dispensable.
  • the heat exchange device may (in particular completely) arranged in the furnace chamber
  • Heat exchanger which can be immovable (or immovable) and fixedly mounted at a predetermined location in the furnace chamber.
  • annealing gas can be removed from a central location in the
  • Furnace furnace arranged Glühgasventilator is circulated, for example, be directed by means of a nozzle directly to the fixed-mounted heat exchanger.
  • This heat exchanger can
  • Transport fluid to provide inside the protective hood and thereby to heat (or to cool) a thermally coupled with the heat exchanger annealing gas inside the hood. It can the
  • Heat exchanger to be configured to prevent direct contact between the annealing gas and the transport fluid, a thermal
  • transport fluid and annealing gas can be optimized separately for their respective function.
  • the heat exchanger for thermal energy exchange between the annealing gas and a
  • Transport fluid to be formed which transport fluid through the Heat exchanger can be conveyed through.
  • the transport fluid can be guided in a closed transport fluid path without contact with the annealing gas (ie without mixing of transport fluid and annealing gas, but with a thermal coupling between transport fluid and annealing gas).
  • the oven may further comprise
  • Heat exchange device may be designed for discharging or receiving heat to the further annealing gas within the further protective hood.
  • a possibly provided heating unit or cooling unit for supplying heat to the heat exchange device in the above-described first furnace chamber may be arranged, also for supplying the further heat exchange device with heat to them.
  • Heating unit or cooling unit can be used together for several furnace rooms or base of a hood furnace. In this way, the oven can be operated with several oven compartments or sockets.
  • the heating unit or cooling unit can be either for supplying one furnace space or for supplying the other furnace space or
  • Heat exchange device a further heat exchanger arranged in the further furnace chamber (in particular a shell-and-tube heat exchanger) be, which is designed for thermal exchange between the further annealing gas and the transport fluid.
  • the heat exchangers in the furnace chambers can also be thermally coupled together, for example by means of a transport fluid circulating between the heat exchangers.
  • the oven can be a closed
  • Heat exchange devices of the two furnace rooms communicate thermally with each other by means of the transport fluid.
  • the transport fluid path itself may be closed, i. E. allow only a thermal, not a direct fluid connection to the respective annealing gas in the respective furnace chamber. This way, in a multi-oven
  • Furnace spaces or sockets for example, thermal energy of a currently located in a cooling phase furnace chamber can be used to preheat another located just in a heating phase furnace chamber. This can be a separate and completed
  • Transport fluid to be provided with the arranged within the furnace chambers heat exchangers (thus each
  • heat exchanging partner base (for example, also 100%
  • transport fluid path is fluidically but not thermally decoupled from the annealing gas in the two furnace chambers, it is also possible to design the transport fluid used specifically to meet the requirements of efficient heat transfer, in particular a
  • Transport fluid to use a high thermal conductivity.
  • the transport fluid path as a
  • the heating unit for direct heating of the transport fluid or the first heat exchanger or the second heat exchanger can be configured such that the furnace chamber can be heated by means of thermal transfer of heating heat to the annealing gas or the further furnace chamber can be heated by thermal transfer of heating heat to the further annealing gas is.
  • the furnace chamber can be heated by means of thermal transfer of heating heat to the annealing gas or the further furnace chamber can be heated by thermal transfer of heating heat to the further annealing gas is.
  • the further furnace chamber can be closed with a removable further protective hood.
  • the two furnace chambers can structurally be configured in the same way.
  • the further protective hood may be the outermost, in particular the only, hood of the further furnace chamber.
  • a space-saving configuration can also be made possible on the side of the further furnace space in which thermal energy for heating the further furnace space can be supplied below the further protective hood.
  • the protective hood and / or the further protective hood can each have a heat-resistant
  • Inner housing in particular of a metal, and an insulating sheath of a heat-insulating material. Since the power supply according to this embodiment no longer takes place via the protective hood (for example, burner on the heating hood from the outside), which is
  • the guard can be designed significantly different than conventional guards with
  • the conventional protective hoods are to be formed of a higher heat-resistant material in order to achieve a thermal balance between the annealing gas under the respective protective hood and the flue gas between the heating hood and protective hood
  • the guard may be thermally insulated to suppress heat loss to the outside.
  • the / can
  • Tube bundle heat exchanger may be formed from bent into a bundle tubes, wherein the tube inner part of the transport fluid path and the transport fluid can be flowed through and the outer tube is brought directly into contact with the respective annealing gas.
  • a shell-and-tube heat exchanger can be formed from tubes arranged parallel to each other.
  • a shell-and-tube heat exchanger can be understood to mean a heat exchanger which is formed by a bundle of tubes which, for example, are wound in a circular manner.
  • the inside of the pipe can be part of the
  • the tube outer can be brought directly into contact with the respective annealing gas.
  • the pipe wall can be gas-tight and heat-resistant.
  • the arrangement may be configured such that the transport fluid is forced through the interior of the tubes and separated from the respective annealing gas through the tube wall.
  • a large effective thermal exchange surface can be provided so that the transport gas and the respective annealing gas can exchange a large amount of thermal energy.
  • embodiments of the invention can be used in a fully automatic mode.
  • a tube bundle can be used as a heat exchanger in the individual furnace chambers, which can be set in the full flow. This then serves to heat exchange between a cooling charge of Glühgut and an annealing batch of Glühgut. Furthermore, with the tube bundle heat exchangers on Annealing temperature to be further heated. Further cooling to a final temperature (for example, a discharge temperature of the Glühguts) can be carried out by means of the same shell and tube heat exchanger.
  • the furnace space can be a Glühgasventilator and / or the other furnace chamber another
  • the respective Glühgasventilator can be set, the respective annealing gas to the respective
  • a respective Glühgasventilator can be arranged in a lower region of the respective base or furnace space and can circulate the annealing gas to bring it into good thermal interaction with Glühgut in the respective furnace chamber.
  • the respective Glühgasventilator can steer for this purpose, the annealing gas by means of a nozzle in a particular direction.
  • the transport fluid may be a good heat-conductive transport gas, in particular hydrogen or helium.
  • the transport fluid may be a liquid or a gas.
  • hydrogen or helium use can be made of their good thermal conductivity.
  • these gases are well used even under high pressure.
  • the transport fluid in the transport fluid path may be under a pressure of about 2 bar to about 20 bar or higher, in particular under a pressure of about 5 bar to about 10 bar.
  • a significant overpressure of the transport fluid to atmospheric pressure can be generated, which can go beyond the only slight overpressure may be exposed to the annealing gas in the furnace.
  • the heat exchange can be made very efficient, without high pressure capability in the first and second
  • the transport fluid in the transport fluid path may be brought to a temperature in a range between about 400 ° C and about 1100 ° C, more preferably in a range between about 600 ° C and about 900 ° C.
  • the transport fluid in the transport fluid path may be brought to a temperature in a range between 700 ° C and 800 ° C.
  • Glühgut such as ribbons or wires or profiles of steel, aluminum, copper and / or their alloys.
  • the oven may be a
  • a control unit configured to control the transport fluid path such that by means of thermal exchange between the transport fluid and the annealing gas and the further annealing gas selectively one of the furnace space and the further furnace space in a preheat mode, a heating mode, a pre-cooling mode or a final cooling mode is operable.
  • a control unit may for example
  • Microprocessor which is the mode of operation of the different
  • control unit may, for example, control a heating unit, a cooling unit, fans or valves of the fluidic system in order to carry out an automated operation.
  • a preheat mode can be understood to mean an operating mode of a furnace space in which an annealing gas is increased to one
  • An annealing gas may be subjected to one or more consecutive preheating phases.
  • an oven-external heating unit gas, electric, etc.
  • a direct electrical heating of the heat exchange bundle can be switched on already in the above one or more stages preheated annealing gas to the annealing gas to a bring high final temperature.
  • an annealing gas may be subjected to precooling (quasi the inverse process to the above preheating) in which the annealing gas is brought to a lowered intermediate temperature by supplying the annealing gas with thermal energy to another annealing gas.
  • an oven-external cooling unit for example water cooling
  • the transport fluid path may include a transport fluid fan for conveying the transport fluid through the transport fluid path.
  • the transport fluid fan can thus promote the transport fluid along predetermined paths through
  • the transport fluid path may include a switchable radiator for cooling the transport fluid in the
  • Such a switchable cooler allows to apply cooling energy to the transport fluid, which can be coupled via the respective heat exchanger in the individual furnace chambers.
  • the transport fluid path may include a plurality of valves.
  • the valves may be, for example, pneumatic valves or solenoid valves, which can be switched by means of electrical signals.
  • the valves are suitably arranged in the fluidic path, different ones may be used
  • the valves may be switchable (for example, under control of a control unit) such that the furnace is selectively operable in one of the following modes of operation:
  • Transport fluid fan thermally coupled the transport fluid with the second annealing gas, so that the transport fluid to the second annealing gas Removes heat and supplies it to the first annealing gas to preheat the first furnace space and to pre-cool the second furnace space;
  • Transport fluid with the second annealing gas thermally coupled to further cool the second furnace chamber
  • Transport fluid with the first annealing gas thermally coupled to continue to cool the first furnace chamber.
  • the furnace may include means for pressure stabilizing the transport fluid path, in particular a
  • Transport fluid paths surrounds pressure-tight.
  • the entire transport fluid path which can be operated under high pressure of, for example, 10 bar, with pressure-resistant pipes, valves and
  • Transport fluid fans be executed or housed in a pressure vessel or other pressure protection device. But it is also possible, particularly pressure-loaded components, In particular, the transport fluid fan to coat with a pressure vessel.
  • FIG. 1 shows a hood furnace for heat treating annealing stock having a plurality of sockets according to an exemplary embodiment
  • Embodiment of the invention in which a hot gas can be heated or cooled by means of a heat exchanger.
  • the heating of the heat exchanger is initially by transport gas from another heat exchanger (a cooling base) and then with an electrical supply unit.
  • the cooling of the heat exchanger is initially by transport gas of another heat exchanger (a heating base) and then by a switchable
  • FIG. 2 to FIG. 5 are schematic representations of
  • FIG. 6 is a detail view of an inventive glow socket of the hood furnace according to FIG. 1.
  • FIG. 7 shows a hood furnace for heat treating annealing stock having a plurality of sockets according to another exemplary embodiment of the invention, in which a hot gas can be heated or cooled by means of a heat exchanger.
  • the heating of the heat exchanger is initially carried by transport gas from another heat exchanger (a cooling base) and then with an external gas heating unit.
  • the cooling of the heat exchanger is initially carried by transport gas of another heat exchanger (a Anterrorismenden base) and then by a switchable
  • FIG. 8 to FIG. 11 are schematic representations of
  • FIG. 12 shows temperature-time profiles of the embodiment shown in FIG. 1 or FIG. 7 hood furnace showing the respective temperature profiles of the individual sockets for the various operating conditions.
  • Fig. 13 shows temperature-time courses in a two-stage operation of a hood furnace according to the invention with two-stage
  • Preheating phase heating phase, two-stage pre-cooling phase and
  • FIG. 14 shows a schematic view of a multi-base furnace with two-stage heat exchange according to an exemplary
  • Fig. 15 shows a thermally insulated protective hood which can be used with a furnace according to an exemplary embodiment of the invention.
  • Fig. 16 shows a plan view of a hood furnace of the type shown in Fig. 6, in which a shell and tube heat exchanger
  • FIG. 1 a hood furnace 100 according to an exemplary embodiment of the invention will be described.
  • the hood furnace 100 is designed for heat treatment of annealing material 102.
  • This annealing material is arranged in part on a first base Sol of the hood furnace 100 and on another part on a second base So2 of the hood furnace 100.
  • annealing 102 which in Fig. 1 is merely schematically illustrated, may be, for example, steel strip or wire coils or the like (e.g., bulk on floors) to be heat treated.
  • the hood furnace 100 has a first closable furnace space 104 associated with the first base Sol.
  • the first furnace chamber 104 serves to receive and heat treat the Glühguts 102, which is supplied to the first base Sol set rate.
  • the first furnace chamber 104 is sealed gas-tight with a first protective hood 120.
  • the first protective hood 120 is bell-shaped and can be maneuvered by means of a crane (not shown).
  • the first annealing gas 112 for example hydrogen, can then be introduced as a protective gas into the first furnace chamber 104 hermetically sealed by the first protective hood 120 and heated, as will be described in more detail below.
  • a first annealing gas fan 130 (or
  • Base fan in the first furnace chamber 104 may be rotating
  • thermal active contact with the heat-treated annealing 102 are brought.
  • Tube bundle heat exchanger 108 arranged. This is formed from a plurality of windings of tubes, wherein transport gas 116 described in greater detail below is fed to a pipe inlet through which Pipe interior flows and is discharged through a pipe outlet. An outer surface of the tube bundle is in direct contact with the first annealing gas 112.
  • the first tube bundle heat exchanger 108 serves the thermal interaction between the first annealing gas 112 and the transport gas 116, which according to one embodiment, a highly thermally conductive gas such as hydrogen or helium under high pressure of for example 10 bar.
  • the first annealing gas 112 a highly thermally conductive gas such as hydrogen or helium under high pressure of for example 10 bar.
  • Tube bundle heat exchanger 108 can be clearly seen as a plurality of coiled tubes, wherein the transport gas can be passed through the interior of the tubes and over the thermally well-conductive, for example metallic, wall of the tubes in thermal
  • first annealing gas 112 Interaction with the circulating around the outer wall of the tubes first annealing gas 112 is brought.
  • first annealing gas 112 and the transport gas 116 are fluidically decoupled from each other or unmixable, but it can by means of the first shell and tube heat exchanger 108 in full flow, a thermal
  • the first shell and tube heat exchanger 108 is disposed relative to the first annealing gas fan 130 for driving the annealing gas such that in each operating state of the furnace 100, the annealing gas driven by the first annealing gas fan 130 becomes the first
  • Tube bundle heat exchanger 108 flows. The underlying
  • Transport gas paths 118 are provided in a small dimension, resulting in a compact design.
  • the pressure of the transport gas 116 may be substantially higher than the pressure of the annealing gas 112 and the
  • Annealing gas 114 can be selected in the respective furnace chamber 104, 106 (For example, a slight overpressure of between 20 mbar to 50 mbar above atmospheric pressure).
  • the second socket So2 has the same structure as the first socket Sol.
  • This contains a second Glühgasventilator 132 for circulating second annealing gas 114, for example, also hydrogen, in a second furnace chamber 106.
  • the second furnace chamber 106 is hermetically sealed by means of a second protective hood 122 from the environment.
  • a second shell-and-tube heat exchanger 110 permits a thermal, but not a contacting, interaction between the second annealing gas 114 and the transport gas 116.
  • two sockets Sol, So2 are shown, but in other embodiments, two or more sockets may be operatively coupled together.
  • the first furnace space 104 is bounded at the bottom by a first furnace base 170 (i.e., a heat-insulated pedestal base), whereas the second furnace space 106 is bounded at the bottom by a second furnace base 172.
  • a first furnace base 170 i.e., a heat-insulated pedestal base
  • a second furnace base 172 i.e., a heat-insulated pedestal base
  • Pipe interior of the first shell and tube heat exchanger 108 allows. Similarly, supply of the transport gas 116 through the second furnace base 172 to the interior of the pipe of the second
  • Shell and tube heat exchanger 110 allows. By doing that
  • Transport gas 116 is introduced through the respective furnace base 170, 172 through the bottom side into the respective furnace chamber 104, 106 or discharged therefrom, the energy is also supplied in the respective base
  • the transport gas 116 is closed by a
  • Transport gas path 118 which may also be referred to as a closed transport cycle, circulates. Closed means that the transport gas 116 is enclosed in a gastight manner in the heat-resistant and pressure-resistant transport gas path 118 and is protected from leakage from the system or from mixing with other gases and from pressure equalization with the environment. Therefore, the transport gas 116 circulates through the transport gas path 118 for many cycles before the transport gas 116 can be exchanged by, for example, pumping or the like.
  • the first shell-and-tube heat exchanger 108 functions functionally as a heat-dissipating device or heat-receiving device which, apart from inlet and outlet lines, is located completely inside the first furnace chamber 104 closed by the first protective hood 120.
  • the second tube bundle heat exchanger 110 also serves functionally as a heat dissipation device or heat receiving device, which - apart from supply and discharge lines - completely inside of the second
  • Protective hood 122 closed second furnace chamber 106 is located.
  • the heat output to the respective annealing gas 112, 114 by means disposed in the interior of the respective furnace chamber 104, 106 shell and tube heat exchangers 108, 110 (which are provided separately or independently of the protective hoods 120, 122 and covered by these) as a heat dissipation device or heat receiving device realized.
  • the provision of further hoods outside the protective hoods 120, 122 is dispensable according to the invention.
  • the closed transport gas path 118 with the first shell and tube heat exchanger 108 and the second shell and tube heat exchanger 110 is such
  • thermal energy between the first annealing gas 112 and the second annealing gas 114 is transferable. For example, if the first socket Sol in one
  • Cooling phase is located, can thermal energy of the still hot first annealing gas 112 by means of a heat exchange in the first
  • Tube bundle heat exchangers 108 are transferred to the transport gas 116.
  • the transport gas 116 heated thereby can be brought into thermal operative connection with the second annealing gas 114 via the second shell-and-tube heat exchanger 110 and thus serve for heating or preheating the second base So2.
  • thermal energy may alternatively be transferred from the second annealing gas 114 to the first annealing gas 112.
  • Transport gas 116 is strictly mechanically decoupled from the annealing gas 112 and the annealing gas 114, it is possible to keep the transport gas 116 in the transport gas path 118 under high pressure, for example, 10 bar. Due to this high pressure, a high heat energy between the first annealing gas 112 and the second annealing gas 114 can be exchanged very efficiently. Furthermore, it is possible, due to this decoupling of Glühgaspfad and Transportgaspfad the transport gas 116th
  • the electrical supply unit 124 includes a two-socket transformer 174 that is operatively coupled to an electrical supply unit 176 for providing a high voltage. Depending on the switching state of a switch 178 (secondary side), an electric current is transmitted via terminals 180 or 182 and via connection tubes 126 of the transport gas path 118 directly to the tube bundles 108 or 110. But it can also be provided per socket, a transformer to switch on the primary side at only about 1/10 of the current. The electrical supply unit 124 can also be completely deactivated. From the low impedance
  • Pipe wall 126 from the electric current is passed to the much higher-impedance shell and tube heat exchanger 108, where the
  • Tube bundle heat exchanger 110 transferred to the second annealing gas 114.
  • the supply unit 124 causes the tube bundle heat exchangers 108, 110 can be heated.
  • Isolation device 184 in the region of the first base Sol and a second electrical insulation device 186 in the region of the second base So2 provide for electrical decoupling of the pipe wall above or below these insulation elements 184, 186.
  • a transport gas fan 140 is provided, which is designed to convey the transport gas 116 through the transport gas path 118.
  • Transportgasventilator 140 can a
  • the transport gas path 118 further includes a connectable cooler 142 for cooling the
  • Transport gas 116 in the transport gas path 118 using a gas-water heat exchanger (alternatively, an electric cooling unit can be used at this point).
  • a gas-water heat exchanger (alternatively, an electric cooling unit can be used at this point).
  • one-way valves 144 Disposed at various locations of the transport gas path 118 are one-way valves 144, which can be electrically or pneumatically switched, for example, around one
  • multi-way valves 146 are mounted at other locations of the transport gas path 118, which are electrically or pneumatically switchable between a plurality of positions corresponding to a plurality of possible gas line paths.
  • the switching of the valves 144, 146 as well as the switching on or off of transport gas fan 140, supply unit 124 or cooler unit 142 can likewise be effected by means of electrical signals.
  • the system can either manually by an operator or by a
  • Control unit such as a microprocessor, which in Fig. 1 is not shown and may cause an automated cycle of operation of the hood furnace 100.
  • a pressure vessel 148 may also selectively enclose the transport gas fan 140.
  • the pressure vessel 148 advantageously serves as pressure protection if the transport gas path 118 can be operated at a pressure of, for example, 10 bar.
  • Other components of the transport gas path 118 may be pressure-resistant or may also be arranged inside a pressure vessel.
  • Fig. 1 also shows a control unit 166, which is set up for controlling and switching the individual components of the furnace 100, as indicated schematically by arrows in FIG.
  • FIG. 2 to FIG. 5 in which different operating states of the hood furnace 100 are shown, which are adjustable by appropriate control (with control unit 166) of the position of the fluidic valves 144, 146 and the electric switch 178. These components can be switched accordingly with a control unit 166.
  • the transport gas fan 140 is thermally coupled to the second annealing gas 114, so that the transport gas 116 removes heat from the second annealing gas 114 and supplies it to the first annealing gas 112.
  • thermal energy is transferred from the first annealing gas 112 to the second annealing gas 114.
  • the charge (the material to be annealed) of the base Sol is heated and the charge (the annealing material) of the second base So2 is cooled.
  • FIG. 3 shows a second operating state II of the hood furnace 100, which follows the first operating state I.
  • the second operating state II of the hood furnace 100
  • the first furnace chamber 104 electrically by a corresponding electrical path is closed.
  • the transport gas fan 140 supplies the transport gas 116 to the now connected cooler 142 for cooling the second annealing gas 114.
  • the now cooled transport gas 116 is thermally coupled to the second annealing gas 114 to the second
  • the charge (the annealing stock) of the first base Sol is thus further heated, whereas the charge (the annealing stock) of the second base So2 is further cooled.
  • the now heat-treated and now cooled charge of Glühgut 102 from the second Socket So2 removed.
  • a crane can remove the second protective hood 122, then remove the annealed material 102 arranged in the second base So2 and introduce a new batch of annealed material 102 into the second base So2.
  • Transport fluid fan 140 the transport fluid 116 thermally with the first annealing gas 112, so that the transport gas 116 takes the first annealing gas 112 heat and the second annealing gas 114 feeds.
  • the second furnace chamber 104 is preheated and the first furnace chamber 106 is pre-cooled.
  • a subsequent fourth operating state IV is activated, which is shown in FIG.
  • the tube bundle 110 with the electrical supply unit 124 electrically heats only the second oven chamber 106.
  • the electrical supply unit 124 electrically heats only the second oven chamber 106. In a separate fluidic path leads the
  • Transport fluid fan 140 the transport gas 116 now
  • the cooled transport gas 116 is thermally coupled to the first annealing gas 112 to further cool the first furnace space 104.
  • the charge (the material to be annealed) of the first base Sol is cooled further and the charge (the annealed material) of the second base So2 is further electrically heated.
  • a crane can remove the first protective hood 120, then remove the annealing stock 102 arranged in the first base Sol and introduce a new batch of annealed stock 102 into the first base Sol.
  • the cycle of operating states I to IV can start anew, that is to say. the hood furnace 100 is next again as shown in FIG. 2 operated.
  • Fig. 6 shows an enlarged view of a portion of the first base Sol of the hood furnace, from which the arrangement of the
  • Shell and tube heat exchanger 108 in full flow with inlet and outlet in detail shows.
  • the thermal insulation of the protective hood 120 is identified by the reference numeral 600.
  • the first annealing gas fan 130 is a radial fan whose impeller 602 is driven by a motor 604. Impeller 602 is enclosed by vanes 608 having vanes.
  • the annealing material 102 resting on the glow base which is indicated only schematically, is covered by the protective hood 120, which is supported via an annular flange 612, which ensures a gas-tight closure of the protective hood 120 via a circumferential seal 614.
  • Fig. 7 shows a bell annealing furnace 100 according to another exemplary embodiment of the invention.
  • an oven-external gas heating unit 700 is provided in the hood furnace 100 according to FIG. 7, instead of the electrically heated furnace-internal heat exchange bundles 108/110 with the electrical supply unit 124, an oven-external gas heating unit 700 is provided.
  • an oven-external heating unit alternatively also an electrical heating unit can be used.
  • the gas heating unit 700 is associated with a separate heating fan 704 which transports transport gas 116 heated by the gas heating unit 700 through a piping system. According to FIG. 7, transport gas 116 heated by the gas heating unit 700 is conveyed through the tube bundle heat exchangers 108, 110.
  • a control unit 702 is provided, which is formed via various control lines 720 for switching the various valves 144, 146 and for switching on or off the radiator 142, the gas heating unit 700 or the fans 140, 704.
  • the fan 140 can as Cold-pressure fan can be formed, whereas the fan 704 is a hot-pressure fan.
  • the gas heating unit 700 functions as a heater and is formed as a gas-heated heat exchanger for transferring thermal energy to the transport gas 116.
  • the area below the furnace bases 170, 172 in FIG. 7 may be wholly or partially mounted inside a high pressure container to provide protection against the high pressure in the transport gas system 118.
  • FIG. 8 to FIG. 11 show four operating states of the hood furnace 100 according to FIG. 7, which is functional to the operating states I to IV according to FIG. 2 to FIG. 5 correspond.
  • the radiator 142 is disconnected from the rest of the system.
  • the gas heating unit 700 is turned off. Heat is transferred from the second annealing gas 114 of the second pedestal So2 to the first annealing gas 112 in the first pedestal Sol.
  • the first base Sol is further heated by the gas heating unit 700 now switched on, while the cooler 142 is now activated in a separate other gas path and the second annealing gas 114 is actively further cooled in the second base So2.
  • the annealing material 102 can be removed from the second base So2 and replaced by a new,
  • FIG. 10 shows the third operating state III, in which thermal energy is now transferred from the first annealing gas 112 in the first base Sol to the second annealing gas 114 in the second base So2.
  • the radiator 142 and the gas heating unit 700 are turned off in this state.
  • Operating state III is then replaced by operating state IV, which is shown in FIG. 11.
  • operating state IV is the Radiator 142 activates and actively cools the first pedestal Sol further.
  • the second base So2 is actively heated further by means of the gas heating unit 700.
  • the annealing 102 can be removed from the first base sol and replaced by a new batch annealing 102.
  • Diagram 1200 and a second diagram 1250 are described.
  • the first graph 1200 has an abscissa 1202 along which the time is plotted while performing the operating conditions I to IV. Along an ordinate 1204, the temperature of the respective annealing gas or the Glühguts is plotted while performing the operating states I to IV.
  • the abscissa 1202 and the ordinate 1204 are also selected accordingly in the second diagram 1250.
  • the first diagram 1200 refers to a
  • Annealed the second base So2 during the operating states I to IV shown in FIG. 1 or FIG. 7 refers.
  • first operating state I thermal energy is transferred from the second annealing gas 114 in base So2 to the first annealing gas 112 in base Sol (first heat exchange WT1 with energy transfer E).
  • second operating state II the first base Sol is actively heated further with annealed material (H), whereas the second base So2 is actively cooled further actively with annealing material (K).
  • third operating state III is now thermal energy from the first annealing gas 112 and the Glühgut in the first base Sol to the second annealing gas 114 and the Glühgut in the second base So2 transferred (second heat exchange WT2 with energy transfer E).
  • second heat exchange WT2 with energy transfer E second heat exchange WT2 with energy transfer E.
  • the first base Sol is further actively cooled with annealed material, whereas the second base So2 is actively further heated with annealed material.
  • FIG. 12 the temperature profile in one
  • FIG. 13 shows a first diagram 1300, a second diagram 1320, a third diagram 1340 and a fourth diagram 1360 of a two-stage heat exchange system, in which, unlike in FIG. 1 and FIG. 7 two sockets, but three sockets are provided in a hood furnace.
  • a third base So3 is pre-cooled and transfers by means of the transport gas thermal energy from the third annealing gas to the first annealing gas to preheat a base sol.
  • a second pedestal So2 separated from the first and third pedestals in this operating state is heated to a final temperature by means of a heater.
  • the base So3 is actively cooled by means of a cooler, while the base now to be pre-cooled transfers thermal energy from its second annealing gas to the first annealing gas of the first base Sol.
  • the first base sol is further preheated.
  • the third base So3 is reheated by transferring thermal energy from the second base So2 to the third base So3 by means of the transport gas. This preheats the third base So3. Since the second base So2 transfers thermal energy of its second annealing gas to the third annealing gas of the third base So3, its energy decreases in the third operating state III.
  • the first base Sol is now isolated from the other bases So2 and So3 and is heated to a final temperature by means of a heater.
  • Base Sol pre-cooled by adding thermal energy from the first
  • Mixture gas is transferred to the third annealing gas of the base So3.
  • the third base So3 is further preheated.
  • the second base So2 is separated in a fourth operating state from the other two sockets Sol, So3 and is actively cooled further with a cooler, and then at the end of the fourth operating mode IV lower
  • the third pedestal So3 is activated and connected to the heating unit separately from the other pedestals Sol, So2, to be brought to the final temperature.
  • the further to be cooled base sol transfers thermal energy from its annealing gas to the second annealing gas of the second base So2.
  • the latter is thus subjected to a first preheating phase.
  • Fig. 13 thus refers to a two-stage heat exchange in a three-socket operation. Energy consumption can be reduced to 40%.
  • the construction of a corresponding furnace according to the invention is still simple, and yet it can be a high degree
  • FIG. 14 shows a schematic view of a furnace 1600 with generally n sockets according to another example
  • first socket Sol 1602 a first socket Sol 1602
  • second socket So2 1604 an n-th socket SoN 1606 are shown schematically.
  • the architecture according to FIG. 16 can be set to any number of
  • a plurality of one-way valves 144 are also shown in FIG. Further, a switchable cooling unit 142 and an external heating unit 700 (in this case, a gas heating unit, which is alternatively possible as an electric resistance heater) are shown. If the shell-and-tube heat exchanger is used directly, ie internally as electrical resistance heating, there is an electric socket per base
  • Supply unit 1241, 1242, ... 124n provided.
  • separate electrical supply units 1241, 1242, ... 124n per bundle can be provided.
  • a fan unit for WT1 or WT2 can be provided in each case.
  • Fig. 15 shows a bell-shaped protective hood 1700, as shown for example in Fig. 1 with reference numerals 120, 122.
  • the Protective hood 1700 has a continuous inner housing made of a heat-resistant material 1702 and, on the outside, a heat insulation 1704 in order to prevent the respective pedestal from losing heat through the protective hood 1700.
  • the configuration shown is advantageously used for a hood furnace.
  • FIG. 16 shows a top view of a hood furnace of the type shown in FIG. 6, in which a shell-and-tube heat exchanger 108 is directed (and preferably substantially fully) by means of a hot gas fan 130 with heated annealing gas.
  • a hot gas fan 130 with heated annealing gas for all operating conditions of the hood furnace, d .h. for heating a pedestal, for cooling a pedestal or heat exchange between pedestals, a good thermal coupling between the Glühgasventilator 130 and the tube bundle heat exchanger 108 can be ensured.
  • an impeller 1644 of the Glühgasventilators 130 is driven in rotation, see reference numeral 1642.
  • the annealing gas is circulated by the Glühgasventilator 130.
  • the annealing gas therefore moves outward under the influence of the stationary vanes 1640 of a nozzle.
  • the annealing gas reaches specifically in thermal interaction with the tube bundle heat exchanger 108 and on to the charge (Glühgut).
  • the tube bundle heat exchanger 108 is therefore in full flow.
  • “having” does not exclude other elements or steps and "a" or “an” does not exclude a multitude.
  • features or steps described with reference to one of the above embodiments also may be used in combination with other features or steps of other embodiments described above, and reference signs in the claims are not intended to be limiting.

Abstract

Ofen (100) zum Wärmebehandeln von Glühgut (102), wobei der Ofen (100) einen verschließbaren ersten Ofenraum (104), der zum Aufnehmen und zum Wärmebehandeln von Glühgut (102) mittels thermischen Wechselwirkens des Glühguts (102) mit heizbarem oder kühlbarem erstem Glühgas (112) in dem ersten Ofenraum (104) ausgebildet ist, und eine abnehmbare erste Schutzhaube (120) aufweist, mittels welcher der erste Ofenraum (104) verschließbar ist. Ferner ist ein zumindest teilweise im Inneren des mittels der ersten Schutzhaube (120) verschlossenen ersten Ofenraums (104) befindliches erstes Wärmeaustauschgerät (108) zum Austauschen von Wärme mit dem ersten Glühgas (112) innerhalb der ersten Schutzhaube (120) vorgesehen. Das Wärmeaustauschgerät (108) ist relativ zu einem ersten Glühgasventilator (130) zum Antreiben des Glühgases derart angeordnet, dass in jedem Betriebszustand des Ofens (100) das von dem ersten Glühgasventilator (130) angetriebene Glühgas das Wärmeaustauschgerät (100) beströmt.

Description

Haubenofen mit innerhalb einer Schutzhaube positioniertem Wärmeabgabegerät, insbesondere gespeist von einer ofenraumexternen Energiequelle, zum Abgeben von Wärme an
Glühgas
Die Erfindung betrifft einen Ofen zum Wärmebehandeln von
Glühgut und ein Verfahren zum Wärmebehandeln von Glühgut in einem Ofen.
AT 508776 offenbart ein Verfahren zum Vorwärmen von Glühgut in einer Haubenglühanlage mit das Glühgut unter einer Schutzhaube in einer Transportfluidatmosphäre aufnehmenden Glühsockeln. Das in einer Schutzhaube einer Wärmebehandlung zu unterziehende Glühgut wird mit Hilfe eines gasförmigen Wärmeträgers vorgewärmt, der in einem Kreislauf die Schutzhauben von außen umspült und Wärme von einem in einer Schutzhaube bereits wärmebehandelten Glühgut aufnimmt und an ein vorzuwärmendes Glühgut in einer anderen Schutzhaube abgibt. Zur Wärmebehandlung des Glühguts wird wenigstens ein weiterer Glühsockel mit einer von außen über Brenner beheizbaren Schutzhaube eingesetzt. Die heißen Abgase von der Heizung dieser Schutzhaube werden dem erwärmten Wärmeträger zur Vorwärmung des Glühguts zugemischt.
AT 507423 offenbart ein Verfahren zum Vorwärmen von Glühgut in einer Haubenglühanlage mit zwei das Glühgut unter einer Schutzhaube aufnehmenden Glühsockeln. Das in einer Schutzhaube einer
Wärmebehandlung zu unterziehende Glühgut wird mit Hilfe eines gasförmigen Wärmeträgers vorgewärmt, der zwischen den beiden
Schutzhauben im Kreislauf geführt wird und Wärme von einem in einer Schutzhaube wärmebehandelten Glühgut aufnimmt und an das
vorzuwärmende Glühgut in der anderen Schutzhaube abgibt. Der im Kreislauf geführte Wärmeträgerstrom umspült die beiden Schutzhauben von außen, während innerhalb der Schutzhauben ein Transportfluid umgewälzt wird . AT 411904 offenbart einen Haubenglühofen, insbesondere für Stahlband- oder Drahtbunde, mit einem das Glühgut aufnehmenden Glühsockel und mit einer gasdicht aufgesetzten Schutzhaube. Ferner ist ein im Glühsockel gelagertes Radialgebläse vorgesehen, das ein Laufrad und einen das Laufrad umschließenden Leitapparat zur Umwälzung eines Transportfluids in der Schutzhaube umfasst. Ein Wärmetauscher zum Kühlen des Transportfluids wird eingangsseitig über einen
Strömungskanal an die Druckseite des Radialgebläses angeschlossen und mündet ausgangsseitig in einen Ringspalt zwischen dem Leitapparat und der Schutzhaube. Eine axial in den druckseitigen Strömungsweg des Radialgebläses verschiebbare Umlenkeinrichtung dient zum wahlweisen Anschluss des zum Wärmetauscher (wassergekühltes ringförmiges Rohrbündel) führenden Strömungskanals an das Radialgebläse. Die Schutzhaube ist über einen Ringflansch gasdicht gelagert, nämlich am Sockelflansch angepresst. Der Wärmetauscher (Kühler) liegt unterhalb des Ringflansches. Der Strömungskanal besteht aus einem vom
Außenumfang des Leitapparates ausgehenden, zum Ringspalt
konzentrischen Ringkanal. Die Umlenkeinrichtung ist als den Leitapparat außen umschließender, ringförmiger Umlenkschieber ausgebildet.
Herkömmliche Öfen sind häufig schwer und haben einen relativ hohen Energieverbrauch.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen kompakt fertigbaren Ofen insbesondere Haubenofen bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Weitere
Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen gezeigt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Ofen (insbesondere ein Haubenofen) zum Wärmebehandeln von Glühgut geschaffen. Der Ofen weist einen verschließbaren Glühraum auf, der zum Aufnehmen und zum Wärmebehandeln von Glühgut mittels thermischen Wechselwirkens des Glühguts mit heizbarem Glühgas in dem Glühraum ausgebildet ist. Der Ofen weist ferner eine abnehmbare
Schutzhaube auf, mittels welcher der Glühraum verschließbar ist. Ein zumindest teilweise im Inneren des mittels der ersten Schutzhaube verschlossenen Glühraums befindliches (insbesondere im Strom, weiter insbesondere im Vollstrom, eines Glühgasventilators ortsfest
positioniertes) Wärmeaustauschgerät ist zum Austauschen von Wärme mit dem Glühgas innerhalb der Schutzhaube ausgebildet. Das
Wärmeaustauschgerät ist relativ zu einem ersten Glühgasventilator zum Antreiben des Glühgases derart angeordnet, dass in jedem
Betriebszustand des Ofens das von dem ersten Glühgasventilator angetriebene Glühgas das Wärmeaustauschgerät insbesondere voll beströmt.
Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der
Erfindung ist ein Verfahren zum Wärmebehandeln von Glühgut in einem Ofen bereitgestellt. Bei dem Verfahren wird das Glühgut in einem verschließbaren Glühraum aufgenommen. Der Glühraum wird mit einer abnehmbaren Schutzhaube verschlossen. Das Glühgut wird in dem verschlossenen Ofenraum mittels thermischen Wechselwirkens des
Glühguts mit Glühgas in dem Ofenraum wärmebehandelt. Das Glühgas wird mittels Austauschs von Wärme mit einem zumindest teilweise im Inneren des mittels der ersten Schutzhaube verschlossenen Ofenraums befindlichen Wärmeabgabegeräts innerhalb der Schutzhaube erwärmt. Das Wärmeaustauschgerät wird relativ zu einem ersten Glühgasventilator zum Antreiben des Glühgases derart angeordnet, dass in jedem
Betriebszustand des Ofens das von dem ersten Glühgasventilator angetriebene Glühgas das Wärmeaustauschgerät beströmt.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann ein Ofen bereitgestellt werden, der einen mit einer Schutzhaube verschlossenen Glühraum aufweist, in dessen Inneren ein heizbares und kühlbares Glühgas angeordnet ist. Das Glühgas kann wiederum im
Inneren des mittels der Schutzhaube hermetisch abgedichteten
Glühraums befindliches Glühgut, zum Beispiel Band- oder Drahtbunde oder dergleichen (zum Beispiel aus Stahl, Messing, Kupfer oder Alu und deren Legierungen), erhitzen. Erfindungsgemäß ist nun eine einzige Schutzhaube bei dem Ofen ausreichend, da ein Wärmeaustauschgerät (insbesondere ein Wärmeabgabegerät, d .h. eine technische Vorrichtung zum Abgeben sämtlicher Wärme zum Erwärmen des Glühgases, oder alternativ ein Wärmeaufnahmegerät, d .h . eine technische Vorrichtung zum Aufnehmen von Wärme des Glühgases zu Kühlzwecken), im Inneren der Schutzhaube positioniert ist. Dies erlaubt eine kompakte Bauweise des Ofens, da weitere Hauben (zum Beispiel Heiz- oder Kühlhauben) aufgrund des Vorsehens des Wärmeaustauschgeräts entbehrlich sind . Darüber hinaus sind bei Vorsehen nur einer Schutzhaube Kranspiele, die zum Manövrieren von zusätzlichen Heiz- bzw. Kühlhauben herkömmlich erforderlich sind, erfindungsgemäß wesentlich vereinfacht, da lediglich eine einzige Schutzhülle und das Glühgut manövriert werden müssen. Ferner ist dadurch eine direkte Wärmeabgabe von dem
Wärmeaustauschgerät (insbesondere einem Wärmetauscher, weiter insbesondere einem Rohrbündelwärmetauscher) an das Glühgas oder von dem Glühgas auf das Wärmeaustauschgerät ermöglicht, ohne dass eine indirekte Wärmeeinleitung von einem Äußeren der Schutzhaube aus durch die Schutzhaube hindurch erforderlich wäre. Das
Wärmeaustauschgerät kann somit zur Wärmeabgabe oder zur
Wärmeannahme dienen. Außerdem besteht erfindungsgemäß eine höhere Gestaltungsfreiheit hinsichtlich der Schutzhaube, die sogar zumindest teilweise thermisch isolierend ausgebildet werden kann, um
Wärmeverluste nach außen hin zu vermeiden. Ein signifikanter Vorteil von Ausführungsbeispielen der Erfindung besteht darin, dass in jedem Betriebszustand (insbesondere zum Heizen mittels einer Heizeinrichtung, zum Kühlen mittels einer Kühleinrichtung und zum Wärmeaustauschen zwischen Glühgas und
Wärmeaustauschgerät) das von dem Ventilator beförderte Glühgas direkt auf das Wärmeabgabegerät gerichtet wird . Eine solche direkte oder unmittelbare Beströmung mit von einem Ventilator angetriebenem
Glühgas kann insbesondere im Vollstrom erfolgen, d .h. vollumfänglich entlang eines Umfangs (zum Beispiel eines gedachten Kreises) um den Ventilator herum. Dadurch kann eine sehr effiziente Wärmekopplung zwischen Glühgas und Wärmeaustauschgerät erreicht werden. Das Wärmeaustauschgerät kann insbesondere ortsfest montiert bzw.
unbeweglich an dem Ofen vorgesehen sein, damit sichergestellt ist, dass von dem Ventilator gefördertes Glühgas über Schaufelbleche oder dergleichen auf einen etwa kreisförmig angeordneten
Rohrbündelwärmetauscher oder ein anderes Wärmeaustauschgerät gerichtet wird .
Im Weiteren werden zusätzliche exemplarische
Ausführungsbeispiele des Ofens beschrieben. Diese gelten auch für das Verfahren.
Um sicherzustellen, dass in jedem Betriebszustand des Ofens das von dem ersten Glühgasventilator angetriebene Glühgas das
Wärmeaustauschgerät beströmt, soll das Wärmeaustauschgerät ortsfest und unverschiebbar an einer entsprechenden Stelle des Ofens angeordnet bzw. dort dauerhaft fixiert sein. Als die möglichen Betriebszustände des Ofens können ein Heiz-Betriebszustand zum Heizen mittels einer
Heizeinheit, ein Kühl-Betriebszustand zum Kühlen mittels einer
Kühleinheit, sowie ein Wärmetausch-Betriebszustand zum
Wärmetauschen zwischen unterschiedlichen Ofenräumen unter Einsatz des Transportfluidpfads (zum Vorheizen oder Vorkühlen) angesehen werden.
Das schutzhaubeninterne Wärmeaustauschgerät kann gemäß einem Ausführungsbeispiel selektiv zum Zuführen von Wärme oder von Kälte betrieben werden und kann somit auch als Kälteabgabegerät (d .h. zur Wärmeannahme) betrieben werden. Dann kann es auch als Wärme- und Kälteabgabegerät (bzw. zur Wärmeabgabe und -annähme) ausgebildet sein.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Schutzhaube die äußerste, insbesondere die einzige, Haube des Ofenraums sein. Gemäß dieser Ausgestaltung kann eine einzige Schutzhaube (bei mehreren gekoppelten Ofenräumen oder Sockeln eine einzige Schutzhaube pro Ofensockel) ausreichend sein, was zu einer kompakten Bauweise führt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Ofen eine Heizeinheit aufweisen, die zumindest teilweise (vorzugsweise vollständig) außerhalb des Ofenraums angeordnet ist und zum Versorgen des
Wärmeaustauschgeräts mit Wärme eingerichtet ist. Als Heizeinheit kann somit die Einheit verstanden werden, welche die Wärme tatsächlich aus einer anderen Energieform (elektrischer Strom, Gas, Öl, Pellets, etc.) heraus generiert. Somit kann eine schutzhaubenexterne Wärmequelle vorgesehen werden, die von außerhalb der Schutzhaube ins Innere der Schutzhaube Wärme an das Wärmeaustauschgerät hinein liefert. Dies erlaubt ein einfach steuerbares Heizen des Glühgases. Es kann eine extern des Ofenraums, d.h. außerhalb des geheizten Bereichs,
angeordnete Heizeinheit die thermische Energie über einen
Transportfluidpfad an das Wärmeaustauschgerät, insbesondere einen Wärmetauscher, leiten.
Die Heizeinheit kann zum Beispiel eine elektrische Heizeinheit, eine Gasheizeinheit, eine Ölheizeinheit oder eine Pelletheizeinheit sein. Das Heizen kann zum Beispiel auch mit elektrischer Energie erfolgen. Es ist auch möglich, über einen glühkammerexternen Wärmetauscher elektrische Energie auf Heißdruckgas zu übertragen und die darin enthaltene thermische Energie an das Wärmeaustauschgerät zu befördern. Alternativ oder ergänzend zum Heizen mit elektrischer Energie ist ein Heizen mit Gas möglich . Dies kann über einen
glühkammerexternen Wärmetauscher, zum Beispiel unter Einsatz von Erdgas, erfolgen, so dass wiederum Heißdruckgas zu dem
Wärmeaustauschgerät transportiert werden kann. Ein solcher Ofen ist umweltfreundlich betreibbar, zum Beispiel weil bei einer elektrischen Heizeinheit kein Kohlendioxid und keine Stickoxide erzeugt werden. Bei einer Gasheizung ist ein geringer Methanverbrauch möglich, wobei geringe Mengen C02 und NOx entstehen können. Eine Ölheizeinheit kann Öl verbrennen, um thermische Energie zu erzeugen. Eine
Pelletheizeinheit kann Holzpellets verfeuern, um thermische Energie zu erzeugen. Natürlich sind noch andere Arten von thermischen
Energieerzeugungseinheiten erfindungsgemäß einsetzbar.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann elektrische Heizenergie über einen Transformator auch direkt an das Wärmeaustauschgerät (zum Beispiel ein ofenintern angeordneter Rohrbündelwärmetauscher) eingekoppelt werden. Dafür kann der Ofen ein elektrisches
Kopplungselement aufweisen, das die Heizeinheit mit dem
Wärmeaustauschgerät verbindet und dadurch elektrisch koppelt. Das Kopplungselement ist vorzugsweise durch eine Ofenbasis (bzw. ein Sockelfundament) des Ofenraums hindurch in den Ofenraum
hineingeführt. Als ein solches Kopplungselement kann zum Beispiel eine niederohmige Rohrwandung des Transportfluidpfads eingesetzt werden, an die sich das Wärmeaustauschgerät (insbesondere ein Rohrbündel) anschließt. Wenn diese Rohrwandung durch eine elektrische Heizeinheit mit einem elektrischen Strom (vorzugsweise ein hoher Strom bei einer niedrigen Spannung) beaufschlagt wird, wird dieser elektrische Strom im Wesentlichen dämpfungsfrei oder zumindest dämpfungsarm auf das hochohmigere Wärmeaustauschgerät (insbesondere die Rohrwandungen des Rohrbündelwärmetauschers) übertragen, so dass an dem
Wärmeaustauschgerät ohmsche Verluste auftreten, mit denen das Wärmeaustauschgerät in dem Ofenraum geheizt wird. Ein Durchführen des Kopplungselements durch einen Boden oder eine Ofenbasis des Ofenraums erlaubt es, die Schutzhaube einfach und unterbrechungsfrei auszubilden, da ein Hindurchführen einer Zuleitung zu dem
Wärmeaustauschgerät durch die Schutzhaube hindurch entbehrlich wird .
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Wärmeaustauschgerät ein (insbesondere vollständig) in dem Ofenraum angeordneter
Wärmetauscher sein, der unbeweglich (bzw. unverschiebbar) und ortsfest an einer vorgegebenen Stelle in dem Ofenraum montiert sein kann.
Dadurch kann Glühgas, das von einem an zentraler Stelle in dem
Ofenraum angeordneten Glühgasventilator umgewälzt wird, zum Beispiel mittels eines Leitapparats direkt auf den an einer festen Stelle montierten Wärmetauscher gerichtet werden. Dieser Wärmetauscher kann
ausgebildet sein, von dem Transportfluidpfad ins Innere des Ofenraums zugeführte Wärme (oder Kälte), insbesondere enthalten in dem
Transportfluid, im Inneren der Schutzhaube bereitzustellen und dadurch ein mit den Wärmetauscher thermisch gekoppeltes Glühgas im Inneren der Schutzhaube zu heizen (oder zu kühlen). Dabei kann der
Wärmetauscher ausgestaltet sein, einen direkten Kontakt zwischen dem Glühgas und dem Transportfluid zu unterbinden, eine thermische
Wechselwirkung zwischen diesen beiden Fluiden aber zu ermöglichen. Dadurch können Transportfluid und Glühgas separat für ihre jeweilige Funktion optimiert werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Wärmetauscher zum thermischen Energieaustausch zwischen dem Glühgas und einem
Transportfluid ausgebildet sein, welches Transportfluid durch den Wärmetauscher hindurch förderbar ist. Das Transportfluid kann in einem geschlossenen Transportfluidpfad kontaktfrei mit dem Glühgas (d.h. ohne Mischen von Transportfluid und Glühgas, aber mit einer thermischen Kopplung zwischen Transportfluid und Glühgas) geführt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Ofen ferner
mindestens einen weiteren verschließbaren Ofenraum aufweisen, der zum Aufnehmen und zum Wärmebehandeln von Glühgut mittels thermischen Wechselwirkens des Glühguts mit heizbarem weiterem Glühgas in dem weiteren Ofenraum ausgebildet ist. Ferner kann eine weitere abnehmbare Schutzhaube vorgesehen sein, mittels welcher der weitere Ofenraum verschließbar ist. Ein zumindest teilweise,
vorzugsweise ganz, im Inneren des mittels der weiteren Schutzhaube verschlossenen weiteren Ofenraums befindliches weiteres
Wärmeaustauschgerät kann zum Abgeben bzw. Aufnehmen von Wärme an das weitere Glühgas innerhalb der weiteren Schutzhaube ausgebildet sein. Eine ggf. vorgesehene Heizeinheit bzw. Kühleinheit zum Versorgen des Wärmeaustauschgeräts in dem oben beschriebenen ersten Ofenraum mit Wärme kann eingerichtet sein, auch zum Versorgen des weiteren Wärmeaustauschgeräts mit Wärme zu diesen. Somit kann eine
Heizeinheit bzw. Kühleinheit gemeinsam für mehrere Ofenräume oder Sockel eines Haubenofens eingesetzt werden. Auf diese Weise kann der Ofen mit mehreren Ofenräumen bzw. Sockeln betrieben werden. Die Heizeinheit bzw. Kühleinheit kann entweder zum Versorgen des einen Ofenraums oder zum Versorgen des anderen Ofenraums oder zum
Versorgen beider Ofenräume ausgebildet sein. Es ist auch möglich, separate Heizeinheiten bzw. Kühleinheiten für die Ofenräume
auszubilden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das weitere
Wärmeaustauschgerät ein in dem weiteren Ofenraum angeordneter weiterer Wärmetauscher (insbesondere ein Rohrbündelwärmetauscher) sein, der zum thermischen Austausch zwischen dem weiteren Glühgas und dem Transportfluid ausgebildet ist. Die Wärmetauscher in den Ofenräumen können auch miteinander thermisch gekoppelt werden, zum Beispiel mittels eines zwischen den Wärmetauschern zirkulierenden Transportfluids.
Insbesondere kann der Ofen einen geschlossenen
Transportfluidpfad aufweisen, der mit dem Wärmetauscher und mit dem weiteren Wärmetauscher derart wirkverbunden ist, dass mittels des Transportfluids thermische Energie zwischen dem Glühgas und dem weiteren Glühgas übertragbar ist. Gemäß dieser bevorzugten
Ausführungsform können die beiden Wärmetauscher als
Wärmeaustauschgeräte der beiden Ofenräume miteinander mittels des Transportfluids thermisch kommunizieren. Der Transportfluidpfad selbst kann geschlossen sein, d .h. nur eine thermische, nicht eine direkte Fluidverbindung zu dem jeweiligen Glühgas in dem jeweiligen Ofenraum zulassen. Auf diese Weise kann bei einem Ofen mit mehreren
Ofenräumen bzw. Sockeln zum Beispiel thermische Energie eines gerade in einer Abkühlphase befindlichen Ofenraums dazu verwendet werden, einen gerade in einer Aufheizphase befindlichen anderen Ofenraum vorzuheizen. Hierfür kann ein separater und abgeschlossener
Transportfluidpfad bereitgestellt werden, der mit den innerhalb der Ofenräume angeordneten Wärmetauschern (die somit jeweils
vollumfänglich von dem jeweiligen Glühgas umspült werden) in
Fluidverbindung gebracht wird . Dies führt zu einer effizienten Nutzung der aufgewendeten Energie. Dabei kommt das Glühgas eines Sockels (zum Beispiel 100 % Wasserstoff) mit dem Glühgas des
wärmetauschenden Partnersockels (zum Beispiel ebenfalls 100 %
Wasserstoff) nicht in Kontakt. Somit ist auch eine unerwünschte
Qualitätseinbuße wegen Verrußung (durch abdampfende Walzöle oder Ziehmittel) oder der unerwünschten Zufuhr von Spuren von Sauerstoff (02) und Wasser (H20) beim Anwärmen des Wärmetauschers zuverlässig vermieden. Ferner ist die Sicherheit des erfindungsgemäßen Ofens sehr hoch, da das Wechselwirken zwischen Glühgas unterschiedlicher
Ofenräume bzw. zwischen Glühgas einerseits und Transportfluid (zum Beispiel 100% Wasserstoff oder 100% Helium) andererseits trotz des Vorsehens der Wärmetauscher unterbunden ist.
Indem der Transportfluidpfad zwar fluidisch, nicht aber thermisch, von dem Glühgas in den beiden Ofenräumen entkoppelt ist, ist es auch möglich, das verwendete Transportfluid speziell auf die Bedürfnisse einer effizienten Wärmeübertragung hin auszulegen, insbesondere ein
Transportfluid einer hohen Wärmeleitfähigkeit zu verwenden. Darüber hinaus ist es bei einer derartigen fluidischen Entkopplung von Glühgas und Transportfluid möglich, den Transportfluidpfad als einen
Hochdruckpfad auszugestalten, so dass in dem unter Hockdruck stehenden Transportfluid die Wärmeübertragung erheblich gesteigert und gleichzeitig eine besonders hohe Wärmemenge transportiert werden kann, ohne dass die relativ niedrigen Druckgasverhältnisse in den einzelnen Ofenräumen dadurch unerwünscht beeinträchtigt würden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Heizeinheit zum direkten Heizen des Transportfluids oder des ersten Wärmetauschers oder des zweiten Wärmetauschers derart eingerichtet sein, dass mittels thermischer Übertragung von Heizwärme auf das Glühgas der Ofenraum heizbar ist oder mittels thermischer Übertragung von Heizwärme auf das weitere Glühgas der weitere Ofenraum heizbar ist. Somit kann nach Vollendung eines Glühzyklus, d .h. wenn eine Charge von Glühgut in einem Ofenraum fertig behandelt wird, Wärme in dem Ofen verwendet werden, um den jeweils anderen, gerade in einer Anheizphase
befindlichen Ofen zu heizen. Dadurch kühlt gleichzeitig der gerade energiespendende Ofenraum ab. Zu einem späteren Zeitpunkt kann der thermische Energiefluss in umgekehrter Richtung erfolgen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der weitere Ofenraum mit einer abnehmbaren weiteren Schutzhaube verschließbar sein. Die beiden Ofenräume können strukturell in gleicher Weise ausgestaltet werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die weitere Schutzhaube die äußerste, insbesondere die einzige, Haube des weiteren Ofenraums sein. Dadurch kann auch auf Seiten des weiteren Ofenraums eine platzsparende Konfiguration ermöglicht werden, bei der thermische Energie zum Heizen des weiteren Ofenraums unterhalb der weiteren Schutzhaube zugeführt werden kann.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann/können die Schutzhaube und/oder die weitere Schutzhaube jeweils ein hitzebeständiges
Innengehäuse, insbesondere aus einem Metall, und eine Isolationshülle aus einem wärmeisolierenden Material aufweisen. Da die Energiezufuhr gemäß diesem Ausführungsbeispiel nicht mehr über die Schutzhaube erfolgt (zum Beispiel Brenner an Heizhaube von außen), ist die
Wandtemperatur der Schutzhauben niedriger, das hitzebeständige Material wird weniger beansprucht und die Wandwärmeverluste sinken. Gemäß dieser Ausgestaltung kann die Schutzhaube signifikant anders ausgebildet werden als herkömmliche Schutzhauben mit
Heizhaubenbetrieb. Während die herkömmlichen Schutzhauben aus einem höher hitzebeständigen Material ausgebildet sein sollen, um einen thermischen Ausgleich zwischen dem Glühgas unter der jeweiligen Schutzhaube und dem Rauchgas zwischen Heizhaube und Schutzhaube zu bewerkstelligen, ist bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Tatsache Rechnung getragen, dass eine thermische Wechselwirkung durch die Schutzhaube hindurch nicht mehr erforderlich und auch nicht mehr gewünscht ist. Aus diesem Grund kann die Schutzhaube thermisch isoliert sein, um Wärmeverluste nach außen hin zu unterdrücken.
Dagegen kann/können die Schutzhaube und/oder die weitere Schutzhaube bei einer Ausgestaltung des Ofens als Kammerofen jeweils ein nicht hitzebeständiges Außengehäuse, insbesondere aus einem
Metall, und eine innere Isolationshülle aus einem wärmeisolierenden Material aufweisen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann/können der
Wärmetauscher und/oder der weitere Wärmetauscher jeweils als
Rohrbündelwärmetauscher aus zu einem Bündel gebogenen Rohren ausgebildet sein, wobei das Rohrinnere Teil des Transportfluidpfads und von dem Transportfluid durchströmbar ist und das Rohräußere mit dem jeweiligen Glühgas direkt in Verbindung gebracht ist. Insbesondere kann ein Rohrbündelwärmetauscher aus zueinander parallel verlaufend angeordneten Rohren ausgebildet sein. Unter einem
Rohrbündelwärmetauscher kann dabei ein Wärmetauscher verstanden werden, der durch ein Bündel von Rohren gebildet ist, die zum Beispiel kreisförmig gewickelt sind . Das Rohrinnere kann Teil des
Transportfluidpfads und von dem Transportfluid durchströmbar sein. Das Rohräußere kann mit dem jeweiligen Glühgas direkt in Verbindung gebracht sein. Die Rohrwandung kann gasdicht und hitzebeständig ausgebildet sein. Die Anordnung kann derart konfiguriert sein, dass das Transportfluid durch das Innere der Rohre gedrückt wird und durch die Rohrwandung von dem jeweiligen Glühgas getrennt ist. Durch das Bündel von Rohren kann eine große effektive thermische Austauschfläche bereitgestellt sein, so dass das Transportgas und das jeweilige Glühgas eine hohe Menge an thermischer Energie austauschen können. Ferner sind Ausführungsbeispiele der Erfindung in einem Vollautomatikbetrieb einsetzbar.
Erfindungsgemäß kann ein Rohrbündel als Wärmetauscher in den einzelnen Ofenräumen eingesetzt werden, der in den Vollstrom gesetzt werden kann. Dies dient dann zum Wärmeaustausch zwischen einer abkühlenden Charge von Glühgut und einer anheizenden Charge von Glühgut. Ferner kann mit den Rohrbündelwärmetauschern auf Glühtemperatur weitergeheizt werden. Auch ein weiter-Kühlen auf eine Endtemperatur (zum Beispiel eine Entnahmetemperatur des Glühguts) kann mittels desselben Rohrbündelwärmetauschers durchgeführt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Ofenraum einen Glühgasventilator und/oder der weitere Ofenraum einen weiteren
Glühgasventilator aufweisen. Der jeweilige Glühgasventilator kann eingerichtet sein, das jeweilige Glühgas auf das jeweilige
Wärmeaustauschgerät und auf das jeweilige Glühgut zu richten. Ein jeweiliger Glühgasventilator kann in einem unteren Bereich des jeweiligen Sockels oder Ofenraums angeordnet sein und kann das Glühgas umwälzen, um es in gute thermische Wechselwirkung mit Glühgut in dem jeweiligen Ofenraum zu bringen. Der jeweilige Glühgasventilator kann zu diesem Zweck das Glühgas mittels eines Leitapparats in eine bestimmte Richtung lenken.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Transportfluid ein gut wärmeleitfähiges Transportgas sein, insbesondere Wasserstoff oder Helium. Generell kann das Transportfluid eine Flüssigkeit oder ein Gas sein. Bei Verwendung von Wasserstoff oder Helium kann von deren guter Wärmeleitfähigkeit Gebrauch gemacht werden. Außerdem sind diese Gase auch unter Hochdruck gut einsetzbar.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Transportfluid in dem Transportfluidpfad unter einem Druck von ungefähr 2 bar bis ungefähr 20 bar oder höher stehen, insbesondere unter einem Druck von ungefähr 5 bar bis ungefähr 10 bar. Somit kann ein erheblicher Überdruck des Transportfluids gegenüber Atmosphärendruck erzeugt werden, der über den nur leichten Überdruck hinausgehen kann, dem Glühgas in dem Ofen ausgesetzt sein kann. Durch den Einsatz hohen Drucks im
Wärmetauscher kann der Wärmeaustausch besonders effizient gestaltet werden, ohne dass eine Hochdruckfähigkeit im ersten und zweiten
Ofenraum erforderlich wäre. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Transportfluid in dem Transportfluidpfad auf eine Temperatur in einem Bereich zwischen ungefähr 400°C und ungefähr 1100°C gebracht werden, insbesondere in einem Bereich zwischen ungefähr 600°C und ungefähr 900°C. Zum Beispiel kann das Transportfluid in dem Transportfluidpfad auf eine Temperatur in einem Bereich zwischen 700°C und 800°C gebracht werden. Somit können mittels des Transportfluids Temperaturen in den Ofenräumen erzeugt werden, die für die Behandlung von Glühgut, wie zum Beispiel Bänder oder Drähte oder Profile aus Stahl, Aluminium, Kupfer und/oder deren Legierungen erforderlich sind .
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Ofen eine
Steuereinheit aufweisen, die eingerichtet ist, den Transportfluidpfad derart zu steuern, dass mittels thermischen Austauschs zwischen dem Transportfluid und dem Glühgas und dem weiteren Glühgas selektiv einer des Ofenraums und des weiteren Ofenraums in einem Vorwärmmodus, einem Heizmodus, einem Vorkühlmodus oder einem Finalkühlmodus betreibbar ist. Eine solche Steuereinheit kann zum Beispiel ein
Mikroprozessor sein, der die Betriebsweise der unterschiedlichen
Ofenräume koordiniert. Dabei kann die Steuereinheit zum Beispiel eine Heizeinheit, eine Kühleinheit, Ventilatoren bzw. Ventile des fluidischen Systems steuern, um einen Betriebsablauf automatisiert durchzuführen. Unter einem Vorwärmmodus kann ein Betriebsmodus eines Ofenraums verstanden werden, bei dem ein Glühgas auf eine erhöhte
Zwischentemperatur gebracht, indem dem Glühgas thermische Energie eines anderen Glühgases zugeführt wird . Ein Glühgas kann einer oder mehreren aufeinanderfolgenden Vorwärmphasen unterzogen werden. In einem anschließenden Heizmodus kann einem bereits in obiger Weise ein- oder mehrstufig vorgewärmten Glühgas eine ofenraumexterne Heizeinheit (Gas, Elektro, etc.) bzw. eine direkte elektrische Beheizung des Wärmetauschbündels zugeschaltet werden, um das Glühgas auf eine hohe Endtemperatur zu bringen. Nach Beendigung des Heizmodus und vor Beginn eines Kühlmodus kann ein Glühgas einer Vorkühlung (quasi der inverse Prozess zu obiger Vorheizung) unterzogen werden, bei dem das Glühgas auf eine abgesenkte Zwischentemperatur gebracht wird, indem das Glühgas thermische Energie einem anderen Glühgas zuführt. In einem anschließenden Finalkühlmodus kann dem Glühgas eine ofenraumexterne Kühleinheit (zum Beispiel Wasserkühlung) zugeschaltet werden, um das Glühgas auf eine niedrigere Temperatur abzukühlen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Transportfluidpfad einen Transportfluidventilator zum Fördern des Transportfluids durch den Transportfluidpfad aufweisen. Der Transportfluidventilator kann somit das Transportfluid entlang vorgegebener Pfade fördern, die durch
entsprechende Ventilstellungen vorgebbar sind .
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Transportfluidpfad einen zuschaltbaren Kühler zum Kühlen des Transportfluids in dem
Transportfluidpfad aufweisen. Ein solcher zuschaltbarer Kühler (zum Beispiel basierend auf dem Prinzip der Wasserkühlung) erlaubt es, das Transportfluid mit Kühlenergie zu beaufschlagen, die über die jeweiligen Wärmetauscher in die einzelnen Ofenräume eingekoppelt werden können.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Transportfluidpfad eine Mehrzahl von Ventilen aufweisen. Die Ventile können zum Beispiel Pneumatikventile oder Magnetventile sein, die mittels elektrischer Signale geschaltet werden können. Wenn die Ventile auf geeignete Weise in dem fluidischen Pfad angeordnet werden, können unterschiedliche
Betriebsmodi eingestellt werden. Die Ventile können (zum Beispiel unter Kontrolle einer Steuereinheit) derart schaltbar sein, dass der Ofen selektiv in einem der folgenden Betriebsmodi betreibbar ist:
a) einem ersten Betriebsmodus, bei dem der
Transportfluidventilator das Transportfluid mit dem zweiten Glühgas thermisch koppelt, so dass das Transportfluid dem zweiten Glühgas Wärme entnimmt und dem ersten Glühgas zuführt, um den ersten Ofenraum vorzuheizen und den zweiten Ofenraum vorzukühlen;
b) einem nachfolgenden zweiten Betriebsmodus, bei dem eine Heizeinheit den ersten Ofenraum weiterheizt, und bei dem in einem davon getrennten Pfad der Transportfluidventilator das Transportfluid dem zugeschalteten Kühler zum Kühlen zuführt und das gekühlte
Transportfluid mit dem zweiten Glühgas thermisch koppelt, um den zweiten Ofenraum weiterzukühlen;
c) einem nachfolgenden dritten Betriebsmodus, bei dem der Transportfluidventilator das Transportfluid mit dem ersten Glühgas thermisch koppelt, so dass das Transportfluid dem ersten Glühgas Wärme entnimmt und dem zweiten Glühgas zuführt, um den zweiten Ofenraum vorzuheizen und den ersten Ofenraum vorzukühlen;
d) einem nachfolgenden vierten Betriebsmodus, bei dem die Heizeinheit den zweiten Ofenraum weiterheizt, und bei dem in einem davon getrennten Pfad der Transportfluidventilator das Transportfluid dem zugeschalteten Kühler zum Kühlen zuführt und das gekühlte
Transportfluid mit dem ersten Glühgas thermisch koppelt, um den ersten Ofenraum weiterzukühlen.
Diese vier Betriebsmodi können sukzessive wiederholt werden, so dass ein zyklischer Prozess durchgefahren werden kann.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Ofen ein Mittel zum Druckstabilisieren des Transportfluidpfads, insbesondere einen
Druckbehälter aufweisen, der zumindest einen Teil des
Transportfluidpfads druckdicht umschließt. Zum Beispiel kann der gesamte Transportfluidpfad, der unter hohem Druck von zum Beispiel 10 bar betrieben werden kann, mit druckfesten Rohren, Ventilen und
Transportfluidventilatoren ausgeführt sein oder in einem Druckbehälter oder einer anderen Druckschutzeinrichtung untergebracht werden. Es ist aber auch möglich, besonders druckbelastete Komponenten, insbesondere den Transportfluidventilator, mit einem Druckbehälter zu ummanteln.
Im Folgenden werden exemplarische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Verweis auf die folgenden Figuren detailliert beschrieben.
Fig. 1 zeigt einen Haubenofen zum Wärmebehandeln von Glühgut mit einer Mehrzahl von Sockeln gemäß einem exemplarischen
Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem ein Glühgas mittels eines Wärmetauschers erwärmt oder gekühlt werden kann. Die Beheizung des Wärmetauschers erfolgt anfangs durch Transportgas von einem anderen Wärmetauscher (eines abkühlenden Sockels) und anschließend mit einer elektrischen Versorgungseinheit. Die Kühlung des Wärmetauschers erfolgt anfangs durch Transportgas eines anderen Wärmetauschers (eines anheizenden Sockels) und anschließend durch eine zuschaltbare
Kühleinrichtung.
Fig. 2 bis Fig . 5 sind schematische Darstellungen von
unterschiedlichen Betriebszuständen während eines Kreisprozesses zum Betreiben des Haubenofens gemäß Fig . 1.
Fig. 6 ist eine Detailansicht eines erfindungsgemäßen Glühsockels des Haubenofens gemäß Fig . 1.
Fig. 7 zeigt einen Haubenofen zum Wärmebehandeln von Glühgut mit einer Mehrzahl von Sockeln gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem ein Glühgas mittels eines Wärmetauschers erwärmt oder gekühlt werden kann. Die Beheizung des Wärmetauschers erfolgt anfangs durch Transportgas von einem anderen Wärmetauscher (eines abkühlenden Sockels) und anschließend mit einer externen Gasheizeinheit. Die Kühlung des Wärmetauschers erfolgt anfangs durch Transportgas eines anderen Wärmetauschers (eines anheizenden Sockels) und anschließend durch eine zuschaltbare
Kühleinrichtung.
Fig. 8 bis Fig . 11 sind schematische Darstellungen von
unterschiedlichen Betriebszuständen während eines Kreisprozesses zum Betreiben des Haubenofens gemäß Fig . 7.
Fig. 12 zeigt Temperatur-Zeit-Verläufe des in Fig . 1 bzw. Fig . 7 gezeigten Haubenofens, der für die verschiedenen Betriebszustände die jeweiligen Temperaturverläufe der einzelnen Sockel zeigt.
Fig. 13 zeigt Temperatur-Zeit-Verläufe bei einem zweistufigen Betrieb eines erfindungsgemäßen Haubenofens mit zweistufiger
Vorwärmphase, Heizphase, zweistufiger Vorkühlphase und
Finalkühlphase, wobei drei Sockel mittels eines Transportgaspfads thermisch koppelbar sind .
Fig. 14 zeigt eine schematische Ansicht eines Multisockelofens mit zweistufigem Wärmetausch gemäß einem exemplarischen
Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 15 zeigt eine thermisch isolierte Schutzhaube, die mit einem Ofen gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung eingesetzt werden kann.
Fig. 16 zeigt eine Draufsicht eines Haubenofens des in Fig. 6 gezeigten Typs, bei dem ein Rohrbündelwärmetauscher
betriebszustandsunabhängig von einem Umwälzaggregat mit einer Ofenatmosphäre im Wesentlichen im Vollstrom beströmt wird, um zum Heizen, zum Kühlen bzw. zum Wärmetauschen jeweils eine gute
Wärmekopplung zwischen Umwälzaggregat und
Rohrbündelwärmetauscher zu gewährleisten.
Gleiche oder ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Im Weiteren wird Bezug nehmend auf Fig. 1 ein Haubenofen 100 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Der Haubenofen 100 ist zum Wärmebehandeln von Glühgut 102 ausgebildet. Dieses Glühgut ist zum Teil an einem ersten Sockel Sol des Haubenofens 100 und zu einem anderen Teil an einem zweiten Sockel So2 des Haubenofens 100 angeordnet. Bei dem Glühgut 102, das in Fig . 1 lediglich schematisch dargestellt ist, kann es sich zum Beispiel um Stahlband- oder Drahtbunde oder dergleichen (z.B. Schüttgut auf Etagen) handeln, die einer Wärmebehandlung unterzogen werden sollen.
Der Haubenofen 100 hat einen ersten verschließbaren Ofenraum 104, der dem ersten Sockel Sol zugeordnet ist. Der erste Ofenraum 104 dient dem Aufnehmen und Wärmebehandeln des Glühguts 102, das dem ersten Sockel Sol satzweise zugeführt ist. Zum Wärmebehandeln wird der erste Ofenraum 104 mit einer ersten Schutzhaube 120 gasdicht verschlossen. Die erste Schutzhaube 120 ist glockenartig ausgebildet und kann mittels eines Krans manövriert werden (nicht gezeigt). Erstes Glühgas 112, zum Beispiel Wasserstoff, kann dann als Schutzgas in den mittels der ersten Schutzhaube 120 hermetisch abgedichteten ersten Ofenraum 104 eingelassen und erhitzt werden, wie dies unten näher beschrieben wird . Ein erster Glühgasventilator 130 (oder
Sockelventilator) in dem ersten Ofenraum 104 kann rotierend
angetrieben werden, um das Glühgas 112 in dem ersten Ofenraum 104 umzuwälzen. Dadurch kann das erhitzte erste Glühgas 112 in
thermischen Wirkkontakt mit dem wärmezubehandelnden Glühgut 102 gebracht werden.
In dem ersten Ofenraum 104 ist ein erster
Rohrbündelwärmetauscher 108 angeordnet. Dieser ist aus mehreren Windungen von Rohren gebildet, wobei unten näher beschriebenes Transportgas 116 einem Rohreingang zugeführt wird, durch das Rohrinnere strömt und durch einen Rohrausgang abgeführt wird . Eine Außenfläche des Rohrbündels steht in direktem Kontakt mit dem ersten Glühgas 112. Der erste Rohrbündelwärmetauscher 108 dient der thermischen Wechselwirkung zwischen dem ersten Glühgas 112 und dem Transportgas 116, das gemäß einem Ausführungsbeispiel ein gut wärmeleitfähiges Gas wie zum Beispiel Wasserstoff oder Helium unter hohem Druck von zum Beispiel 10 bar ist. Der erste
Rohrbündelwärmetauscher 108 kann anschaulich als Mehrzahl von aufgewickelten Rohren angesehen werden, wobei das Transportgas durch das Innere der Rohre geleitet werden kann und über die thermisch gut zu leitende, zum Beispiel metallische, Wand der Rohre in thermische
Wechselwirkung mit dem um die Außenwand der Rohre zirkulierenden ersten Glühgas 112 gebracht wird . Anders ausgedrückt sind das erste Glühgas 112 und das Transportgas 116 zwar fluidisch entkoppelt bzw. unvermischbar voneinander getrennt, aber es kann mittels des ersten Rohrbündelwärmetauschers 108 im Vollstrom eine thermische
Wechselwirkung erfolgen.
Der erste Rohrbündelwärmetauscher 108 ist relativ zu dem ersten Glühgasventilator 130 zum Antreiben des Glühgases derart angeordnet, dass in jedem Betriebszustand des Ofens 100 das von dem ersten Glühgasventilator 130 angetriebene Glühgas den ersten
Rohrbündelwärmetauscher 108 beströmt. Der zugrundeliegende
Mechanismus wird in Fig. 16 näher beschrieben.
Wenn ein hoher Druck zum Transportieren des Transportgases 116, zum Beispiel 10 bar, verwendet wird, können die Rohre des
Transportgaspfads 118 in kleiner Dimension vorgesehen werden, was zu einer kompakten Bauweise führt. Der Druck des Transportgases 116 kann wesentlich höher als der Druck des Glühgases 112 und des
Glühgases 114 in dem jeweiligen Ofenraum 104, 106 gewählt werden (zum Beispiel ein leichter Überdruck von zwischen 20 mbar bis 50 mbar über Atmosphärendruck).
Der zweite Sockel So2 ist identisch aufgebaut wie der erste Sockel Sol . Dieser enthält einen zweiten Glühgasventilator 132 zum Umwälzen von zweitem Glühgas 114, zum Beispiel ebenfalls Wasserstoff, in einem zweiten Ofenraum 106. Der zweite Ofenraum 106 ist mittels einer zweiten Schutzhaube 122 hermetisch gegenüber der Umgebung abdichtbar. Ein zweiter Rohrbündelwärmetauscher 110 ermöglicht eine thermische, nicht aber kontaktnehmende Wechselwirkung zwischen dem zweiten Glühgas 114 und dem Transportgas 116.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig . 1 sind zwei Sockel Sol, So2 gezeigt, bei anderen Ausführungsbeispielen können jedoch zwei oder mehr Sockel in Wirkkopplung miteinander betrieben werden.
Der erste Ofenraum 104 ist nach unten hin durch eine erste Ofenbasis 170 (d.h. ein wärmeisolierter Sockelunterteil) begrenzt, wohingegen der zweite Ofenraum 106 nach unten hin durch eine zweite Ofenbasis 172 begrenzt ist. Um eine fluidische Wechselwirkung zwischen dem in einem Transportgasrohrsystem zirkulierenden Transportgas 116 und dem ersten Glühgas 112 zu ermöglichen, ist eine Zufuhr des
Transportgases 116 durch die erste Ofenbasis 170 hindurch zum
Rohrinneren des ersten Rohrbündelwärmetauschers 108 ermöglicht. In ähnlicher Weise ist eine Zufuhr des Transportgases 116 durch die zweite Ofenbasis 172 hindurch zum Rohrinneren des zweiten
Rohrbündelwärmetauschers 110 ermöglicht. Dadurch, dass das
Transportgas 116 durch die jeweilige Ofenbasis 170, 172 hindurch bodenseitig in den jeweiligen Ofenraum 104, 106 eingeführt bzw. daraus abgeführt wird, erfolgt auch die Energiezufuhr in den jeweiligen Sockel
501 bzw. So2 und die Energieabfuhr aus dem jeweiligen Sockel Sol bzw.
502 durch die Ofenbasen 170, 172 hindurch. Das Transportgas 116 wird durch einen geschlossenen
Transportgaspfad 118, der auch als geschlossener Transportkreislauf bezeichnet werden kann, zirkuliert. Geschlossen bedeutet dabei, dass das Transportgas 116 gasdicht in dem hitzebeständigen und druckfesten Transportgaspfad 118 eingeschlossen ist und vor einer Leckage aus dem System heraus bzw. vor einer Vermischung mit anderen Gasen und vor einem Druckausgleich mit der Umgebung geschützt ist. Daher zirkuliert das Transportgas 116 viele Zyklen lang durch den Transportgaspfad 118, bevor das Transportgas 116 zum Beispiel durch Abpumpen oder dergleichen ausgetauscht werden kann. Eine kontaktbehaftete
Wechselwirkung oder eine Vermischung des Transportfluidgases 116 mit dem Glühgas 112 oder 114 ist aufgrund der rein thermischen Kopplung mittels der Rohrbündelwärmetauscher 108, 110 unterbunden.
Der erste Rohrbündelwärmetauscher 108 dient funktionell als Wärmeabgabegerät bzw. Wärmeannahmegerät, das sich - von Zu- und Ableitungen abgesehen - vollständig im Inneren des durch die erste Schutzhaube 120 verschlossenen ersten Ofenraums 104 befindet. Der zweite Rohrbündelwärmetauscher 110 dient ebenfalls funktionell als Wärmeabgabegerät bzw. Wärmeannahmegerät, das sich - von Zu- und Ableitungen abgesehen - vollständig im Inneren des durch die zweite
Schutzhaube 122 verschlossenen zweiten Ofenraums 106 befindet. Somit ist bei dem Haubenofen 100 die Wärmeabgabe an das jeweilige Glühgas 112, 114 mittels im Inneren des jeweiligen Ofenraums 104, 106 angeordneten Rohrbündelwärmetauschern 108, 110 (die getrennt bzw. unabhängig von den Schutzhauben 120, 122 und von diesen bedeckt vorgesehen sind) als Wärmeabgabegerät bzw. Wärmeannahmegerät realisiert. Aufgrund dieser Wärmezufuhr an das Glühgas 112, 114 ausschließlich innerhalb der Schutzhauben 120, 122 ist das Vorsehen von weiteren Hauben außerhalb der Schutzhauben 120, 122 erfindungsgemäß entbehrlich. Anders ausgedrückt ist erfindungsgemäß die gesamte thermische Wechselwirkung zwischen Glühgas 112, 114 und
Wärmequelle innerhalb der jeweils einzigen Schutzhaube 120, 122 des jeweiligen Sockels Sol, So2 realisiert. Dies erlaubt eine kompakte
Ausgestaltung des Haubenofens 100 und reduziert den Aufwand mit Kranspielen.
Wie im Weiteren näher beschrieben wird, ist der geschlossene Transportgaspfad 118 mit dem ersten Rohrbündelwärmetauscher 108 und mit dem zweiten Rohrbündelwärmetauscher 110 derart
wirkverbunden, dass mittels des Transportgases 116 thermische Energie zwischen dem ersten Glühgas 112 und dem zweiten Glühgas 114 übertragbar ist. Wenn zum Beispiel der erste Sockel Sol in einer
Abkühlphase befindlich ist, kann thermische Energie des noch heißen ersten Glühgases 112 mittels eines Wärmetauschs in dem ersten
Rohrbündelwärmetauscher 108 auf das Transportgas 116 übertragen werden. Das dadurch erhitzte Transportgas 116 kann über den zweiten Rohrbündelwärmetauscher 110 in thermische Wirkverbindung mit dem zweiten Glühgas 114 gebracht werden und somit zum Heizen oder Vorwärmen des zweiten Sockels So2 dienen. In ähnlicher weise kann alternativ thermische Energie von dem zweiten Glühgas 114 auf das erste Glühgas 112 übertragen werden.
Indem der Transportgaspfad 118 und das darin strömende
Transportgas 116 von den Glühgas 112 und dem Glühgas 114 strikt mechanisch entkoppelt ist, ist es möglich, das Transportgas 116 in dem Transportgaspfad 118 unter hohem Druck zu halten, zum Beispiel von 10 bar. Durch diesen hohen Druck kann eine hohe Wärmeenergie zwischen dem ersten Glühgas 112 und dem zweiten Glühgas 114 sehr effizient ausgetauscht werden. Ferner ist es möglich, aufgrund dieser Entkopplung von Glühgaspfad und Transportgaspfad das Transportgas 116
unterschiedlich von dem Glühgas 112, 114 zu wählen, so dass beide Gasarten unabhängig voneinander auf die jeweilige Funktion hin optimiert werden können. Auch ist ein Verrußen oder sonstiges
Verunreinigen im Inneren des ersten Ofenraums 104 und des zweiten Ofenraums 106 unterbunden, da kein Austausch von darin befindlichem Glühgas 112, 114 mit Transportgas 116 erfolgt.
Als Teil des Transportgaspfads 118 ist ferner eine elektrische
Versorgungseinheit 124 vorgesehen. Die elektrische Versorgungseinheit 124 weist einen Transformator 174 für zwei Sockel auf, der mit einer elektrischen Versorgungseinheit 176 zum Bereitstellen einer hohen Spannung wirkgekoppelt ist. Je nach Schaltzustand eines Schalters 178 (sekundärseitig) wird ein elektrischer Strom über Klemmen 180 bzw. 182 und über Anschlussrohre 126 des Transportgaspfads 118 direkt auf die Rohrbündel 108 oder 110 übertragen. Es kann aber auch je Sockel ein Transformator vorgesehen sein, um primärseitig bei nur ca. 1/10 der Stromstärke umzuschalten. Die elektrische Versorgungseinheit 124 kann auch vollständig deaktiviert werden. Von der niederohmigen
Rohrwandung 126 aus wird der elektrische Strom bis zu dem wesentlich hochohmigeren Rohrbündelwärmetauscher 108 geleitet, wo der
elektrische Strom in Wärme umgewandelt wird, die durch ohmsche Verluste erzeugt wird . Somit dient die Rohrwandung 126 als Stromführer, während die eigentliche Heizung weiter oben am Rohrbündel erfolgt. Somit wird Heizenergie auf den ersten Rohrbündelwärmetauscher 108 und von dort auf das erste Glühgas 112 bzw. vom zweiten
Rohrbündelwärmetauscher 110 auf das zweite Glühgas 114 übertragen. Die Versorgungseinheit 124 bewirkt, dass die Rohrbündelwärmetauscher 108, 110 beheizt werden können. Eine erste elektrische
Isolationseinrichtung 184 im Bereich des ersten Sockels Sol und eine zweite elektrische Isolationseinrichtung 186 im Bereich des zweiten Sockels So2 sorgen für eine elektrische Entkopplung der Rohrwandung oberhalb bzw. unterhalb dieser Isolationselemente 184, 186. Darüber hinaus ist ein Transportgasventilator 140 vorgesehen, der zum Fördern des Transportgases 116 durch den Transportgaspfad 118 ausgebildet ist. Als Transportgasventilator 140 kann ein
Heißdruckgebläse eingesetzt werden. Der Transportgaspfad 118 enthält darüber hinaus einen zuschaltbaren Kühler 142 zum Kühlen des
Transportgases 116 in dem Transportgaspfad 118 unter Einsatz eines Gas-Wasser-Wärmetauschers (alternativ kann an dieser Stelle auch eine elektrische Kühleinheit eingesetzt werden). An verschiedenen Stellen des Transportgaspfads 118 sind Einwegventile 144 angeordnet, die zum Beispiel elektrisch oder pneumatisch schaltbar sind, um einen
bestimmten Gasleitungsweg zu öffnen oder zu schließen. Ferner sind Mehrwegventile 146 an anderen Stellen des Transportgaspfads 118 angebracht, die zwischen mehreren Stellungen entsprechend mehreren möglichen Gasleitungswegen elektrisch oder pneumatisch schaltbar sind . Das Schalten der Ventile 144, 146 sowie das Zu- oder Abschalten von Transportgasventilator 140, Versorgungseinheit 124 bzw. Kühlereinheit 142 kann ebenfalls mittels elektrischer Signale erfolgen. Das System kann entweder händisch durch einen Betreiber oder durch eine
Steuereinheit wie zum Beispiel einen Mikroprozessor erfolgen, der in Fig . 1 nicht gezeigt ist und einen automatisierten Zyklus des Betriebs des Haubenofens 100 bewirken kann.
Wie in Fig . 1 gezeigt ist, kann auch ein Druckbehälter 148 selektiv den Transportgasventilator 140 umschließen. Der Druckbehälter 148 dient vorteilhaft als Druckschutz, wenn der Transportgaspfad 118 mit einem Druck von zum Beispiel 10 bar betrieben werden kann. Andere Komponenten des Transportgaspfads 118 können druckfest ausgeführt sein oder ebenfalls im Inneren eines Druckbehälters angeordnet sein.
Fig . 1 zeigt ferner eine Steuereinheit 166, die zum Steuern und Schalten der Einzelkomponenten des Ofens 100 eingerichtet ist, wie in Fig. 1 schematisch mit Pfeilen angedeutet ist. Im Weiteren wird auf Fig . 2 bis Fig . 5 Bezug genommen, in denen unterschiedliche Betriebszustände des Haubenofens 100 gezeigt sind, die durch entsprechende Steuerung (mit Steuereinheit 166) der Stellung der fluidischen Ventile 144, 146 sowie des elektrischen Schalters 178 einstellbar sind . Diese Komponenten können mit einer Steuereinheit 166 entsprechend geschaltet werden.
In einem in Fig. 2 gezeigten ersten Betriebszustand I ist der Transportgasventilator 140 mit dem zweiten Glühgas 114 thermisch gekoppelt, so dass das Transportgas 116 dem zweiten Glühgas 114 Wärme entnimmt und dem ersten Glühgas 112 zuführt. In dem
Betriebszustand I wird somit der erste Ofenraum 104 vorgeheizt und der zweite Ofenraum 106 vorgekühlt, indem das Transportgas 116
thermische Energie von dem ersten Glühgas 112 auf das zweite Glühgas 114 transferiert. Dadurch wird die Charge (das Glühgut) des Sockels Sol aufgeheizt und die Charge (das Glühgut) des zweiten Sockels So2 abgekühlt.
Fig. 3 zeigt einen zweiten Betriebszustand II des Haubenofens 100, der dem ersten Betriebszustand I nachfolgt. In dem zweiten
Betriebszustand II heizt das Rohrbündel 108 mit der elektrischen
Versorgungseinheit 124 den ersten Ofenraum 104 elektrisch, indem ein entsprechender elektrischer Pfad geschlossen wird . In einem davon getrennten fluidischen Pfad führt der Transportgasventilator 140 das Transportgas 116 dem nun zugeschalteten Kühler 142 zum Kühlen des zweiten Glühgases 114 zu. Das nun gekühlte Transportgas 116 ist mit dem zweiten Glühgas 114 thermisch gekoppelt, um den zweiten
Ofenraum 106 zu kühlen. Gemäß Fig . 3 wird somit die Charge (das Glühgut) des ersten Sockels Sol weiter aufgeheizt, wohingegen die Charge (das Glühgut) des zweiten Sockels So2 weiter abgekühlt wird .
Nach dem zweiten Betriebszustand II wird die nun hitzebehandelte und mittlerweile abgekühlte Charge von Glühgut 102 aus dem zweiten Sockel So2 entnommen. Hierfür kann ein Kran die zweite Schutzhaube 122 abnehmen, dann das in dem zweiten Sockel So2 angeordnete Glühgut 102 entnehmen und eine neue Charge von Glühgut 102 in den zweiten Sockel So2 einführen.
Danach folgt ein dritter Betriebszustand III, der in Fig. 4 gezeigt ist. In diesem dritten Betriebszustand III koppelt der
Transportfluidventilator 140 das Transportfluid 116 thermisch mit dem ersten Glühgas 112, so dass das Transportgas 116 dem ersten Glühgas 112 Wärme entnimmt und dem zweiten Glühgas 114 zuführt. Dadurch wird der zweite Ofenraum 104 vorgeheizt und der erste Ofenraum 106 vorgekühlt.
Nach diesem dritten Betriebszustand III wird ein nachfolgender vierter Betriebszustand IV aktiviert, der in Fig. 5 gezeigt ist. Bei dem vierten Betriebszustand IV heizt das Rohrbündel 110 mit der elektrischen Versorgungseinheit 124 nur den zweiten Ofenraum 106 elektrisch weiter. In einem davon getrennten fluidischen Pfad führt der
Transportfluidventilator 140 das Transportgas 116 dem nun
zugeschalteten Kühler 142 zum Kühlen zu. Das gekühlte Transportgas 116 wird mit dem ersten Glühgas 112 thermisch gekoppelt, um den ersten Ofenraum 104 weiter zu kühlen. Somit wird nun die Charge (das Glühgut) des ersten Sockels Sol weiter abgekühlt und die Charge (das Glühgut) des zweiten Sockel So2 elektrisch weiter aufgeheizt.
Nach dem vierten Betriebszustand IV wird die nun
wärmebehandelte und mittlerweile abgekühlte Charge von Glühgut 102 aus dem ersten Sockel Sol entnommen. Hierfür kann ein Kran die erste Schutzhaube 120 abnehmen, dann das in dem ersten Sockel Sol angeordnete Glühgut 102 entnehmen und eine neue Charge von Glühgut 102 in den ersten Sockel Sol einführen. Nun kann der Zyklus von Betriebszuständen I bis IV von neuem beginnen, d .h. der Haubenofen 100 wird als nächstes wieder gemäß Fig . 2 betrieben.
Fig. 6 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Teils des ersten Sockels Sol des Haubenofens, aus dem die Anordnung des
Rohrbündelwärmetauschers 108 im Vollstrom mit Zu- und Abführung im Detail hervorgeht. Die thermische Isolation der Schutzhaube 120 ist mit Bezugszeichen 600 gekennzeichnet.
Der erste Glühgasventilator 130 ist ein Radialgebläse, dessen Laufrad 602 von einem Motor 604 angetrieben wird . Das Laufrad 602 ist von einem Leitapparat 608 mit Leitschaufeln umschlossen. Das auf dem Glühsockel ruhende Glühgut 102, das lediglich schematisch angedeutet ist, wird von der Schutzhaube 120 abgedeckt, die über einen Ringflansch 612 abgestützt ist, der über eine umlaufende Dichtung 614 für einen gasdichten Abschluss der Schutzhaube 120 sorgt.
Fig. 7 zeigt einen Haubenglühofen 100 gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung .
Bei dem Haubenofen 100 gemäß Fig. 7 ist anstelle der elektrisch beheizten ofeninternen Wärmetauschbündel 108/110 mit elektrischer Versorgungseinheit 124 eine ofenextern angeordnete Gasheizeinheit 700 bereitgestellt. Als ofenexterne Heizeinheit kann alternativ auch eine elektrische Heizeinheit eingesetzt werden. Der Gasheizeinheit 700 ist ein separater Heizungsventilator 704 zugeordnet, der von der Gasheizeinheit 700 geheiztes Transportgas 116 durch ein Rohrsystem transportiert. Gemäß Fig. 7 wird von der Gasheizeinheit 700 erhitztes Transportgas 116 durch die Rohrbündelwärmetauscher 108, 110 gefördert.
Ferner ist eine Steuereinheit 702 vorgesehen, die über diverse Steuerleitungen 720 zum Schalten der diversen Ventile 144, 146 sowie zum Ein- oder Ausschalten des Kühlers 142, der Gasheizeinheit 700 bzw. der Ventilatoren 140, 704 ausgebildet ist. Der Ventilator 140 kann als Kaltdruckventilator ausgebildet werden, wohingegen der Ventilator 704 ein Heißdruckventilator ist. Die Gasheizeinheit 700 fungiert als Erhitzer und ist als gasgeheizter Wärmetauscher zum Übertragen thermischer Energie an das Transportgas 116 ausgebildet.
Der Bereich unterhalb der Ofenbasen 170, 172 in Fig . 7 kann ganz oder teilweise im Inneren eines Hochdruckbehälters angebracht werden, um einen Schutz gegenüber dem Hochdruck in dem Transportgassystem 118 bereitzustellen.
Fig. 8 bis Fig . 11 zeigen vier Betriebszustände des Haubenofens 100 gemäß Fig . 7, die funktional den Betriebszuständen I bis IV gemäß Fig . 2 bis Fig . 5 entsprechen.
Gemäß dem Betriebszustand I in Fig. 8 ist der Kühler 142 von dem Rest des Systems abgetrennt. Die Gasheizeinheit 700 ist ausgeschaltet. Es wird Wärme von dem zweiten Glühgas 114 des zweiten Sockels So2 an das erste Glühgas 112 in dem ersten Sockel Sol transferiert.
Gemäß Betriebszustand II in Fig. 9 wird der erste Sockel Sol von der nun eingeschalteten Gasheizeinheit 700 weiter geheizt, während in einem separaten anderen Gaspfad der Kühler 142 nun aktiviert ist und das zweite Glühgas 114 in dem zweiten Sockel So2 aktiv weiter abgekühlt.
Nach Ablauf von Betriebszustand II kann das Glühgut 102 aus dem zweiten Sockel So2 entnommen und durch eine neue,
wärmezubehandelnde Charge Glühgut 102 ersetzt werden.
Fig. 10 zeigt den dritten Betriebszustand III, bei dem nun thermische Energie von dem ersten Glühgas 112 in dem ersten Sockel Sol auf das zweite Glühgas 114 in dem zweiten Sockel So2 übertragen wird . Der Kühler 142 und die Gasheizeinheit 700 sind in diesem Zustand abgeschaltet.
Betriebszustand III wird dann durch Betriebszustand IV abgelöst, der in Fig. 11 dargestellt ist. Gemäß diesem Betriebszustand ist der Kühler 142 aktiviert und kühlt aktiv den ersten Sockel Sol weiter ab. In einem separaten Fluidpfad wird mittels der Gasheizeinheit 700 der zweite Sockel So2 aktiv weiter geheizt.
Nach Durchführung der Prozedur gemäß dem vierten
Betriebszustand IV kann das Glühgut 102 aus dem ersten Sockel Sol entnommen werden und durch eine neue Charge Glühgut 102 ersetzt werden.
Im Weiteren werden Bezug nehmend auf Fig. 12 ein erstes
Diagramm 1200 und ein zweites Diagramm 1250 beschrieben. Das erste Diagramm 1200 hat eine Abszisse 1202, entlang welcher die Zeit während Durchführens der Betriebszustände I bis IV aufgetragen ist. Entlang einer Ordinate 1204 ist die Temperatur des jeweiligen Glühgases bzw. des Glühguts während Durchführens der Betriebszustände I bis IV aufgetragen. Die Abszisse 1202 und die Ordinate 1204 sind auch in dem zweiten Diagramm 1250 entsprechend gewählt.
Das erste Diagramm 1200 bezieht sich auf einen
Temperaturverlauf des ersten Glühgases 112 bzw. des Glühguts des ersten Sockels Sol während des Durchfahrens der einzelnen
Betriebszustände I bis IV, wohingegen das zweite Diagramm 1250 sich auf einen Temperaturverlauf des zweiten Glühgases 114 bzw. des
Glühguts des zweiten Sockels So2 während der Betriebszustände I bis IV gemäß Fig . 1 oder Fig . 7 bezieht. In dem ersten Betriebszustand I wird thermische Energie von dem zweiten Glühgas 114 in Sockel So2 auf das erste Glühgas 112 in Sockel Sol übertragen (erster Wärmetausch WT1 mit Energieübertrag E). In dem zweiten Betriebszustand II wird der erste Sockel Sol mit Glühgut aktiv weiter geheizt (H), wohingegen der zweite Sockel So2 mit Glühgut aktiv weiter abgekühlt wird (K). In dem
nachfolgenden dritten Betriebszustand III wird nun thermische Energie von dem ersten Glühgas 112 bzw. dem Glühgut in dem ersten Sockel Sol auf das zweite Glühgas 114 bzw. das Glühgut in dem zweiten Sockel So2 übertragen (zweiter Wärmetausch WT2 mit Energieübertrag E). In dem vierten Betriebszustand IV wird der erste Sockel Sol mit Glühgut weiter aktiv abgekühlt, wohingegen der zweite Sockel So2 mit Glühgut aktiv weitergeheizt wird .
Somit zeigt Fig . 12 den Temperaturverlauf in einem
Zweisockelbetrieb gemäß Fig . 1 oder gemäß Fig . 7. Durch einen solchen einstufigen Wärmeaustausch (d .h. ein einstufiges Vorheizen eines
Sockels mit Glühgut durch Zufuhr von Glühgaswärme des jeweils anderen Sockels vor dem aktiven Weiterheizen mittels einer Heizeinheit) kann der Energieverbrauch auf ca. 60 % reduziert werden. Ein solches
Ausführungsbeispiel ist einfach und reduziert infolge der
Wiederverwendung von Abwärme eines jeweils zu kühlenden Sockels mit Glühgut die Energie um 40 %.
Fig. 13 zeigt ein erstes Diagramm 1300, ein zweites Diagramm 1320, ein drittes Diagramm 1340 und ein viertes Diagramm 1360 eines zweistufigen Wärmetauschsystems, bei dem nicht wie in Fig. 1 und Fig . 7 zwei Sockel, sondern drei Sockel in einem Haubenofen vorgesehen werden. Bei einem solchen zweistufigen Wärmeaustausch erfolgt ein zweistufiges Vorheizen eines Sockels mit Glühgut durch Zufuhr von Glühgaswärme der jeweils anderen beiden Sockel mit Glühgut
(nacheinander, d.h. zweistufig) vor dem aktiven Weiterheizen mittels einer Heizeinheit.
In diesem Wärmetauschsystem sind sechs unterschiedliche
Betriebszustände unterscheidbar:
In einem ersten Betriebszustand I wird ein dritter Sockel So3 vorgekühlt und überträgt mittels des Transportgases thermische Energie von dem dritten Glühgas auf das erste Glühgas, um einen Sockel Sol vorzuwärmen. Gleichzeitig wird ein von dem ersten und dem dritten Sockel in diesem Betriebszustand getrennter zweiter Sockel So2 mittels einer Heizeinrichtung auf eine Endtemperatur geheizt. In einem nachfolgenden zweiten Betriebszustand II wird der Sockel So3 aktiv mittels eines Kühlers gekühlt, während der nun vorzukühlende Sockel So2 thermische Energie von seinem zweiten Glühgas auf das erste Glühgas des ersten Sockels Sol überträgt. Dadurch wird der erste Sockel Sol weiter vorgewärmt.
In einem dritten Betriebszustand III wird der dritte Sockel So3 wieder geheizt, indem thermische Energie von dem zweiten Sockel So2 an den dritten Sockel So3 mittels des Transportgases transferiert wird. Dadurch wird der dritte Sockel So3 vorgewärmt. Da der zweite Sockel So2 thermische Energie seines zweiten Glühgases auf das dritte Glühgas des dritten Sockels So3 überträgt, sinkt dessen Energie in dem dritten Betriebszustand III. Der erste Sockel Sol ist nun isoliert von den anderen Sockeln So2 und So3 und wird mittels einer Heizeinrichtung auf eine Endtemperatur geheizt.
In einem nachfolgenden vierten Betriebszustand IV wird der erste
Sockel Sol vorgekühlt, indem thermische Energie von dem ersten
Glühgas auf das dritte Glühgas des Sockels So3 transferiert wird.
Dadurch wird der dritte Sockel So3 weiter vorgewärmt. Der zweite Sockel So2 ist in einem vierten Betriebszustand von den anderen beiden Sockeln Sol, So3 getrennt und wird mit einem Kühler aktiv weiter gekühlt, um dann am Ende des vierten Betriebsmodus IV dessen untere
Endtemperatur zu erreichen.
In einem nachfolgenden fünften Betriebszustand V wird der dritte Sockel So3 aktiv und von den anderen Sockeln Sol, So2 getrennt mit der Heizeinheit verbunden, um auf die Endtemperatur gebracht zu werden. Der weiter zu kühlende Sockel Sol überträgt thermische Energie von seinem Glühgas auf das zweite Glühgas des zweiten Sockels So2.
Letzterer wird damit einer ersten Vorwärmphase unterzogen.
In einem nachfolgenden sechsten Betriebsmodus VI wird
thermische Energie von dem dritten Sockel So3, der nun vorgekühlt werden soll, auf den zweiten Sockel So2 übertragen. Dadurch wird der zweite Sockel So2 einer zweiten Vorwärmung unterzogen und der dritte Sockel So3 vorgekühlt. Der erste Sockel Sol befindet sich in diesem Betriebszustand in Isolation von Sockeln So2, So3 und wird durch einen Kühler auf eine Endtemperatur herunter gekühlt. Nach Beendigung von Betriebszustand VI beginnt der Zyklus wieder mit dem ersten
Betriebszustand I.
Fig . 13 bezieht sich somit auf einen zweistufigen Wärmeaustausch in einem Dreisockelbetrieb. Der Energieverbrauch kann auf 40 % gesenkt werden. Der Aufbau eines entsprechenden erfindungsgemäßen Ofens ist immer noch einfach, und es kann dennoch ein hohes Maß an
Energiegewinn von ca. 60 % erreicht werden.
Fig. 14 zeigt eine schematische Ansicht eines Ofens 1600 mit allgemein n Sockeln gemäß einem anderen exemplarischen
Ausführungsbeispiel . Dort sind schematisch ein erster Sockel Sol 1602, ein zweiter Sockel So2 1604 und ein n-ter Sockel SoN 1606 gezeigt. Die Architektur gemäß Fig . 16 lässt sich auf eine beliebige Anzahl von
Sockeln anwenden. Eine Vielzahl von Einwegventilen 144 sind ebenfalls in Fig. 14 gezeigt. Ferner sind eine zuschaltbare Kühleinheit 142 und eine externe Heizeinheit 700 (in diesem Fall eine Gasheizeinheit, wobei diese alternativ als eine elektrische Widerstandsheizung möglich ist) gezeigt. Wird der Rohrbündelwärmetauscher direkt, also intern als elektrische Widerstandsheizung verwendet, ist je Sockel eine elektrische
Versorgungseinheit 1241, 1242, ... 124n vorgesehen. Bei der direkten elektrischen Beheizung der Wärmetauschrohrbündel 108/110 können somit auch getrennte elektrische Versorgungseinheiten 1241, 1242, ... 124n je Bündel vorgesehen werden. Für einen zweistufigen Wärmetausch kann jeweils eine Ventilatoreinheit für WT1 bzw. WT2 vorgesehen sein.
Fig. 15 zeigt eine glockenförmige Schutzhaube 1700, wie sie zum Beispiel in Fig. 1 mit Bezugszeichen 120, 122 gezeigt ist. Die Schutzhaube 1700 hat ein durchgehendes Innengehäuse aus einem hitzebeständigen Material 1702 und außen eine Wärmeisolation 1704, um den jeweiligen Sockel vor einem Wärmeverlust durch die Schutzhaube 1700 hindurch zu bewahren. Die gezeigte Konfiguration ist vorteilhaft für einen Haubenofen einsetzbar. Für einen Kammerofen dagegen kann vorteilhaft sein, eine Innenwandung aus einem thermisch isolierenden Material mit einer Stahlaußenwandung zu kombinieren, d .h. anschaulich Bezugszeichen 1702 und 1704 auszutauschen.
Fig. 16 zeigt eine Draufsicht eines Haubenofens des in Fig. 6 gezeigten Typs, bei dem ein Rohrbündelwärmetauscher 108 mittels eines Glühgasventilators 130 gerichtet (und vorzugsweise im Wesentlichen vollumfänglich) mit beheiztem Glühgas beströmt wird. Somit kann für alle Betriebszustände des Haubenofens, d .h. zum Heizen eines Sockels, zum Kühlen eines Sockels bzw. zum Wärmetauschen zwischen Sockeln, eine gute thermische Kopplung zwischen dem Glühgasventilator 130 und dem Rohrbündelwärmetauscher 108 gewährleistet werden.
Genauer gesagt wird ein Laufrad 1644 des Glühgasventilators 130 rotierend angetrieben, siehe Bezugszeichen 1642. Dadurch wird das Glühgas vom Glühgasventilator 130 umgewälzt. Das Glühgas bewegt sich daher nach außen, und zwar gerichtet unter dem Einfluss der ruhenden Schaufelbleche 1640 eines Leitapparats. Dadurch gelangt das Glühgas gezielt in thermische Wechselwirkung mit dem Rohrbündelwärmetauscher 108 und weiter zur Charge (Glühgut). Der Rohrbündelwärmetauscher 108 befindet sich daher im Vollstrom. Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass„aufweisend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und„eine" oder„ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Ofen (100) zum Wärmebehandeln von Glühgut (102), wobei der Ofen (100) aufweist:
einen verschließbaren ersten Ofenraum (104), der zum Aufnehmen und zum Wärmebehandeln von Glühgut (102) mittels thermischen Wechselwirkens des Glühguts (102) mit heizbarem oder kühlbarem erstem Glühgas (112) in dem ersten Ofenraum (104) ausgebildet ist; eine abnehmbare erste Schutzhaube (120), mittels welcher der erste Ofenraum (104) verschließbar ist;
ein zumindest teilweise im Inneren des mittels der ersten
Schutzhaube (120) verschlossenen ersten Ofenraums (104) befindliches erstes Wärmeaustauschgerät (108) zum Austauschen von Wärme mit dem ersten Glühgas ( 112) innerhalb der ersten Schutzhaube (120);
wobei das Wärmeaustauschgerät (108) relativ zu einem ersten
Glühgasventilator (130) zum Antreiben des Glühgases derart angeordnet ist, dass in jedem Betriebszustand des Ofens (100) das von dem ersten Glühgasventilator (130) angetriebene Glühgas das Wärmeaustauschgerät (100) beströmt.
2. Ofen (100) gemäß Anspruch 1, wobei die erste Schutzhaube (120) die äußerste, insbesondere die einzige, Haube des ersten Ofenraums (104) ist.
3. Ofen (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, aufweisend eine Heizeinheit (124, 700), die zumindest teilweise außerhalb des ersten Ofenraums (104) angeordnet ist und zum Versorgen des ersten
Wärmeaustauschgeräts (108) mit Wärme eingerichtet ist.
4. Ofen (100) gemäß Anspruch 3, wobei die Heizeinheit eine elektrische Heizeinheit (124), insbesondere eine das erste
Wärmeaustauschgerät (108) mit elektrischer Energie versorgende elektrische Widerstandsheizung, eine Gasheizeinheit (700), eine
Ölheizeinheit oder eine Pelletheizeinheit ist.
5. Ofen (100) gemäß Anspruch 3 oder 4, aufweisend ein
Kopplungselement (116, 118), das die Heizeinheit (700) oder eine elektrische Versorgungseinheit (124) mit dem ersten
Wärmeaustauschgerät (108) verbindet oder elektrisch koppelt, und das vorzugsweise durch eine Ofenbasis (170) des ersten Ofenraums (104) hindurch in den ersten Ofenraum (104) hineingeführt ist.
6. Ofen (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das erste Wärmeaustauschgerät ein in dem ersten Ofenraum (104) angeordneter erster Wärmetauscher (108) ist.
7. Ofen (100) gemäß Anspruch 6, wobei der erste Wärmetauscher (108) zum thermischen Austausch zwischen dem ersten Glühgas (112) und einem Transportfluid (116) ausgebildet ist, das in einem
geschlossenen Transportfluidpfad (118) kontaktfrei mit dem ersten Glühgas (112) durch den ersten Wärmetauscher (108) hindurchleitbar ist.
8. Ofen (100) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 7, ferner aufweisend :
einen verschließbaren zweiten Ofenraum (106), der zum
Aufnehmen und zum Wärmebehandeln von Glühgut (102) mittels thermischen Wechselwirkens des Glühguts (102) mit heizbarem zweitem Glühgas (114) in dem zweiten Ofenraum (106) ausgebildet ist; eine abnehmbare zweite Schutzhaube (122), mittels welcher der zweite Ofenraum (106) verschließbar ist;
ein zumindest teilweise im Inneren des mittels der zweiten
Schutzhaube (122) verschlossenen zweiten Ofenraums (106) befindliches zweites Wärmeaustauschgerät (110) zum Abgeben von Wärme an das zweite Glühgas (114) und zum Annehmen von Wärme von dem zweiten Glühgas (114) innerhalb der zweiten Schutzhaube (122);
wobei die Heizeinheit (124, 700) zum Versorgen des zweiten Wärmeaustauschgeräts (110) mit Wärme eingerichtet ist.
9. Ofen (100) gemäß Ansprüchen 7 und 8,
wobei das zweite Wärmeaustauschgerät ein in dem zweiten
Ofenraum (106) angeordneter zweiter Wärmetauscher (110) ist, der zum thermischen Austausch zwischen dem zweiten Glühgas (114) und dem Transportfluid (116) ausgebildet ist, wobei das Transportfluid (116) in dem geschlossenen Transportfluidpfad (118) kontaktfrei mit dem zweiten Glühgas (114) durch den zweiten Wärmetauscher (110) hindurchleitbar ist;
wobei der geschlossene Transportfluidpfad (118) mit dem ersten Wärmetauscher (108) und mit dem zweiten Wärmetauscher (110) derart wirkverbunden ist, dass mittels des Transportfluids (116) thermische Energie kontaktfrei zwischen dem ersten Glühgas (112) und dem zweiten Glühgas (114) übertragbar ist.
10. Ofen (100) gemäß Anspruch 9, wobei die externe Heizeinheit (700) zum direkten Heizen des Transportfluids (116) oder zum ersten
Wärmetauscher (108) oder zum zweiten Wärmetauscher (110) derart eingerichtet ist, dass mittels thermischer Übertragung von Heizwärme auf das erste Glühgas (112) der erste Ofenraum (104) heizbar ist und/oder mittels thermischer Übertragung von Heizwärme auf das zweite Glühgas (114) der zweite Ofenraum (106) heizbar ist, wobei die externe
Heizeinheit (700) insbesondere mit Gas, Öl oder Pellets betrieben werden kann oder eine elektrische Widerstandsheizung aufweist.
11. Ofen (100) gemäß Anspruch 10, wobei eine elektrische
Versorgungseinheit der Heizeinheit (124), insbesondere den ersten Wärmetauscher (108) oder den zweiten Wärmetauscher (110) als elektrische Widerstandsheizung und damit intern und direkt mit elektrischer Energie versorgt.
12. Ofen (100) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei der zweite Ofenraum (106) mit einer abnehmbaren zweiten Schutzhaube (122) verschließbar ist.
13. Ofen (100) gemäß Anspruch 12, wobei die zweite Schutzhaube (122) die äußerste, insbesondere die einzige, Haube des zweiten
Ofenraums (106) ist.
14. Ofen (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die erste Schutzhaube (120, 1700) und die zweite Schutzhaube (122, 1700) jeweils ein hitzebeständiges Innengehäuse (1702), insbesondere aus einem Metall, und eine Isolationshülle (1704) aus einem
wärmeisolierenden Material aufweist.
15. Ofen (100) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 14, wobei der erste Wärmetauscher (108) und/oder der zweite Wärmetauscher (110) als Rohrbündelwärmetauscher aus zu einem Bündel gebogener Rohre ausgebildet ist, wobei das Rohrinnere Teil eines Transportfluidpfads (118) und von einem Transportfluid (116) durchströmbar ist und das Rohräußere mit dem jeweiligen Glühgas (112, 114) direkt in Verbindung gebracht ist.
16. Ofen ( 100) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 15, wobei das Transportfluid (116) ein Transportgas ist, insbesondere Wasserstoff oder Helium oder ein anderes gut wärmeleitfähiges Gas.
17. Ofen (100) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 16, wobei das Transportfluid (116) in dem Transportfluidpfad (118) unter einem Druck von 2 bar bis 20 bar oder höher steht, insbesondere unter einem Druck von 5 bar bis 10 bar.
18. Ofen (100) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 17, wobei das Transportfluid (116) in dem Transportfluidpfad (118) unter einem Druck von 2 bar bis 20 bar steht, insbesondere unter einem Druck von 5 bar bis 10 bar.
19. Ofen (100) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 18, wobei das Transportfluid (116) in dem Transportfluidpfad (118) auf einer
Temperatur in einem Bereich zwischen 400°C und 1100°C befindlich ist, insbesondere in einem Bereich zwischen 600°C und 900°C.
20. Ofen (700) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 19, aufweisend eine Steuereinheit (702), die eingerichtet ist, den Transportfluidpfad (118) derart zu steuern, dass mittels thermischen Austauschs zwischen dem Transportfluid (116) und dem ersten Glühgas (112) und dem zweiten Glühgas (114) selektiv einer des ersten Ofenraums (104) und des zweiten Ofenraums (106) in einem Vorwärmmodus, einem Heizmodus oder einem Kühlmodus betreibbar ist.
21. Ofen (100) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 20, wobei der Transportfluidpfad (118) einen Transportfluidventilator (140) zum
Befördern des Transportfluids (116) durch den Transportfluidpfad (118) aufweist.
22. Ofen (100) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 21, wobei der Transportfluidpfad (118) einen zuschaltbaren Kühler (142) zum Kühlen des Transportfluids (116) in dem Transportfluidpfad (118) aufweist.
23. Ofen (100) gemäß Ansprüchen 21 und 22, wobei der
Transportfluidpfad (118) eine Mehrzahl von Ventilen (144, 146) aufweist, die derart schaltbar sind, dass der Ofen (100) selektiv in einem der folgenden Betriebsmodi betreibbar ist:
einem ersten Betriebsmodus, bei dem der Transportfluidantrieb das Transportfluid (116) mit dem zweiten Glühgas (114) thermisch koppelt, so dass das Transportfluid (116) dem zweiten Glühgas ( 114) Wärme entnimmt und dem ersten Glühgas (112) zuführt, um den ersten Ofenraum (104) zu heizen und den zweiten Ofenraum (106) zu kühlen; einem nachfolgenden zweiten Betriebsmodus, bei dem eine
Heizeinheit (124, 700), insbesondere intern oder extern, den ersten Ofenraum (104) weiter heizt, und bei dem in einem davon getrennten Pfad der Transportfluidantrieb (140) das Transportfluid (116) dem zugeschalteten Kühler (142) zum Kühlen zuführt und das gekühlte Transportfluid (116) mit dem zweiten Glühgas (114) thermisch koppelt, um den zweiten Ofenraum (106) weiter zu kühlen;
einem nachfolgenden dritten Betriebsmodus, bei dem der
Transportfluidantrieb (140) das Transportfluid (116) mit dem ersten Glühgas (112) thermisch koppelt, so dass das Transportfluid (116) dem ersten Glühgas (112) Wärme entnimmt und dem zweiten Glühgas (114) zuführt, um den zweiten Ofenraum (106) zu heizen und den ersten Ofenraum (104) zu kühlen;
einem nachfolgenden vierten Betriebsmodus, bei dem die
Heizeinheit (124, 700) den zweiten Ofenraum (106) weiter heizt, und bei dem in einem davon getrennten Pfad der Transportfluidantrieb ( 140) das Transportfluid (116) dem zugeschalteten Kühler (142) zum Kühlen zuführt und das gekühlte Transportfluid (116) mit dem ersten Glühgas (112) thermisch koppelt, um den ersten Ofenraum (104) weiter zu kühlen.
24. Ofen (100) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 23, aufweisend ein Mittel zum Druckstabilisieren des Transportfluidpfads (118), insbesondere einen Druckbehälter ( 148), der zumindest einen Teil des
Transportfluidpfads (118) druckdicht umschließt.
25. Verfahren zum Wärmebehandeln von Glühgut (102) in einem Ofen (100), wobei das Verfahren aufweist:
Aufnehmen des Glühguts (102) in einem verschließbaren ersten Ofenraum (104);
Verschließen des ersten Ofenraums (104) mit einer abnehmbaren ersten Schutzhaube (120);
Wärmebehandeln des Glühguts (102) in dem mittels der ersten Schutzhaube (120) verschlossenen ersten Ofenraum (104) mittels thermischen Wechselwirkens des Glühguts (102) mit erstem Glühgas (112) in dem ersten Ofenraum (104), wobei das erste Glühgas ( 112) mittels Austauschs von Wärme mit einem zumindest teilweise im Inneren des verschlossenen ersten Ofenraums (104) befindlichen ersten
Wärmeaustauschgerät (108) innerhalb der ersten Schutzhaube (120) erwärmt wird; wobei das Wärmeaustauschgerät (108) relativ zu einem ersten Glühgasventilator (130) zum Antreiben des Glühgases derart angeordnet wird, dass in jedem Betriebszustand des Ofens (100) das von dem ersten Glühgasventilator (130) angetriebene Glühgas das Wärmeaustauschgerät (100) beströmt.
26. Verfahren gemäß Anspruch 25, ferner aufweisend :
Aufnehmen von Glühgut (102) in einem verschließbaren zweiten Ofenraum (106);
Verschließen des zweiten Ofenraums (106) mit einer abnehmbaren zweiten Schutzhaube (122);
Wärmebehandeln des Glühguts (102) in dem mittels der zweiten Schutzhaube (122) verschlossenen zweiten Ofenraum (106) mittels thermischen Wechselwirkens des Glühguts (102) mit zweitem Glühgas (114) in dem zweiten Ofenraum (106), wobei das zweite Glühgas (114) mittels Abgebens von Wärme durch ein zumindest teilweise im Inneren des verschlossenen zweiten Ofenraums (106) befindlichen zweiten Wärmeaustauschgeräts (110) innerhalb der zweiten Schutzhaube (122) erwärmt wird;
Versorgen des ersten Wärmeaustauschgeräts (108) und des zweiten Wärmeaustauschgeräts (110) mit Wärme mittels einer
gemeinsamen Heizeinheit (700) bzw. elektrischer Versorgungseinheit (124) oder mittels unterschiedlicher Heizeinheiten bzw. elektrischer Versorgungseinheiten (1241, 1242, ... 124n).
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