EP2947161B1 - Strömungsbeaufschlagungsvorrichtung - Google Patents

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EP2947161B1
EP2947161B1 EP14169078.4A EP14169078A EP2947161B1 EP 2947161 B1 EP2947161 B1 EP 2947161B1 EP 14169078 A EP14169078 A EP 14169078A EP 2947161 B1 EP2947161 B1 EP 2947161B1
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EP
European Patent Office
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goods
plane
flow
outlet channels
arrangement
Prior art date
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EP14169078.4A
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Michael Karges
Siegfried Wilden
Frank WILDEN
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Schwartz GmbH
Original Assignee
Schwartz GmbH
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Publication date
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    • C21—METALLURGY OF IRON
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    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/74—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material
    • C21D1/767—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material with forced gas circulation; Reheating thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • 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
    • F27B17/00—Furnaces of a kind not covered by any of groups F27B1/00 - F27B15/00
    • F27B17/0016—Chamber type furnaces
    • 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
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    • C21D9/663—Bell-type furnaces
    • C21D9/673—Details, accessories, or equipment peculiar to bell-type furnaces

Definitions

  • the invention relates to a device for applying flow to a grid-like arrangement of goods.
  • grid-like arrangements of goods can be found, for example, in soaking furnaces, chamber furnaces and pusher furnaces, where the goods can be in the form of bars or bolts, for example.
  • the heating is usually carried out by means of a heated gas flow, for example by means of warm air.
  • the air is heated directly via burners, for example via gas burners, and blown into the deep furnace via a fan.
  • the only practicable reversible flow drive is an axial fan with appropriately selected blading, in which a reversal of the conveying direction of the gas flow can be achieved by changing the direction of rotation of the impeller.
  • axial fans With such axial fans, however, only relatively low pressures can be achieved, since their peripheral speed is only limited for reasons of strength, especially at high temperatures.
  • Axial fans are therefore only suitable for flow circuits with relatively low resistances, while at higher resistances, such as occur in a wide stack of grid-shaped good layers or in high rows of good compared to the width of the gaps, the pressure coefficients that can be achieved for an effective flow are high are too low.
  • the object of the invention is to create a device for applying flow to a grid-like arrangement of goods of the specified type, in which the uniformity of the heating of the goods is further increased.
  • a device is to be proposed which further optimizes the uniform flow of the material in a structurally simple manner.
  • a device for applying flow to a grid-shaped arrangement of goods with interstices that can be flowed through, with a gas volume flow blowing the goods by means of nozzles which are provided offset from one another on opposite sides of the goods, so that in the interstices a flow that changes in direction according to the staggered arrangement of the nozzles is characterized in that outlet channels for the gas volume flow are provided in at least one plane outside the extent of the goods, the goods being able to be set up on at least one post, and in that the outlet channels are arranged in two planes, a first plane of which in the longitudinal direction of extent of the item to be set up on the post is provided below the item and a second level in the longitudinal direction of the item to be set up on the post is provided above the item.
  • the gas flow through the gaps that can be flowed through is evened out, whereby the heat transfer between the gas flow and the good is evened out and ultimately the uniformity of the heating of the good is increased.
  • the speed of the blown gas flow does not fall below a critical value at any point and dead water areas are avoided.
  • the heat transfer to the product is homogenized, as a result of which equalization times can be saved and thus the required dwell time of the product in the device is minimized.
  • the outlet channels are dimensioned in such a way that the same gas volume flow that is supplied can be discharged via the outlet channels. This minimizes the risk of a jam or an extreme acceleration of the gas volume flow, which further increases the uniformity of the heating of the material.
  • the at least one plane of the outlet channels is provided essentially perpendicular to the surface of the grid-like arrangement of goods.
  • the plane of the outlet channels can be arranged essentially vertically above and / or below the product. With such a position of the outlet channels, the gas flow and thus the heating of the goods is further evened out and the construction is simplified.
  • the outlet channels are arranged in two planes, of which a first plane is provided in the longitudinal direction of extent of the goods below the goods and a second plane in the longitudinal direction of extent of the goods is provided above the goods.
  • the outlet channels are provided in the first plane essentially in the direction of the plane of the grid-like arrangement of goods and in a plane that is essentially perpendicular thereto.
  • the paths within the outlet channels are thereby shortened, as a result of which the gas flow within the device is further evened out.
  • the nozzles are arranged in register form in rows one above the other in the longitudinal direction of the goods.
  • the supplied gas flow is also made more uniform over the height of the goods within the device, which contributes to an even more uniform flow of the goods and thus to an even more uniform heating of the goods.
  • the upright can be flowed through in the direction of the blowing direction of the nozzles.
  • the upright can be flowed through in a direction essentially perpendicular to the blowing direction of the nozzles.
  • the heating of the goods is evened out by the flow through the upright. If the upright can be flowed through both in the direction of the blowing direction of the nozzles and essentially perpendicular to this, the heating of the goods is particularly evened out.
  • a method according to the invention for applying flow to a grid-shaped arrangement of goods with interstices that can be flowed through wherein a gas volume flow blows the material by means of nozzles which are provided offset from one another on opposite sides of the goods, so that in the interstices a flow that changes in direction according to the staggered arrangement of the nozzles is characterized by the fact that the same gas volume flow that is supplied is discharged via outlet channels.
  • the discharged gas volume flow is discharged via outlet channels arranged in two planes.
  • the first level is located below the item in the longitudinal direction of the item, while the second level is located above the item in the longitudinal direction of the item.
  • the gas volume flows discharged through the first and the second level in a ratio of approximately V ⁇ 1 : V ⁇ 2 ⁇ 1: 1 with a tolerance of approximately ⁇ 15%, in other words in a ratio of V. ⁇ 1 : V ⁇ 2 ⁇ 1: 0.85 to V ⁇ 1 : V ⁇ 2 ⁇ 1: 1.15.
  • the feed gas stream V to about 160 m 3 / s, the feed rate v to about 50 m / s, it is advantageously via the first is located below the material plane, a gas flow rate v 1 of approximately 80 m 3 / s are discharged at a flow velocity v 1 of at most approx. 15 m / s, while a substantially equal volume flow is discharged with substantially the same flow velocity v 2 via the second level above the goods.
  • Fig. 1 shows an ingot 111 with its dimensions height H, width B and thickness D.
  • Fig. 2 shows a basic representation of a deep furnace 100 according to the invention in a plan view.
  • the bars 111 are set up in the furnace chamber 122 in such a way that they stand in rows next to one another in the direction of their width B, whereby they form a planar arrangement of goods 111. Both in the plane of the grid-like arrangement of goods 111 and in a perpendicular direction thereto, the bars 111 form interstices 112 through which a flow can flow.
  • the furnace chamber 122 itself is also rectangular, with nozzles 120 being arranged on its end faces through which the bars 111 are blown with a gas stream will. In this case, the nozzles 120 are provided offset from one another on opposite sides of the bars 111, so that in the intermediate spaces 112 a throughflow that changes in direction is created in accordance with the offset arrangement of the nozzles 120.
  • a schematic representation of a section of a device according to the invention in the form of a deep furnace 100 is shown three-dimensionally.
  • bars 111 are arranged over a large area as goods to be heated, with gaps between the bars 111 through which flow can occur.
  • the bars 111 have a rectangular cross section and are each placed on a post 130.
  • a gas volume flow blows the bars 111 via nozzles 120 arranged one above the other in register, the nozzles 120 being provided offset from one another on opposite sides of the bars 111, so that in the gaps in the width direction of the bars the direction of the nozzles 120 changes according to the offset arrangement Flow arises.
  • Outlet channels 141, 151 for the gas volume flow are provided in a first level 140 below the uprights 130 and in a second level 150 above the bars 111.
  • the gas flow through the interstices through which the flow can flow is evened out, whereby the heat transfer between the gas flow and the bar 111 is evened out and ultimately the uniformity of the heating of the bars 111 is increased .
  • the speed v zu of the blown The gas flow does not drop below a critical value at any point and dead water areas are avoided.
  • the heat transfer to the bars 111 is homogenized, as a result of which equalization times can be saved and thus the required dwell time of the bars 111 in the deep furnace 100 is minimized.
  • the supplied gas volume flow V ⁇ Zu is fed to the nozzles 120 via chambers 122, which are located behind the nozzles 120 as seen from the furnace chamber 110.
  • the gas flow guided through the nozzles 120, which are arranged one above the other in register, is evened out by means of a nozzle protector 121 provided in the same direction behind the nozzles 120.
  • the outlet channels 141, 151 are dimensioned in such a way that the same gas volume flow V ⁇ Zu can be discharged via the outlet channels 141, 151 that is supplied. This minimizes the risk of a jam or an extreme acceleration of the gas volume flow, which further increases the uniformity of the heating of the ingots.
  • the uprights 130 have flow channels 131 in the blowing direction of the nozzles 120. As a result of the flow through the upright 130 as well, the heating of the bars 111 is evened out further. Furthermore, the posts 130 also have openings 132 essentially perpendicular to the blowing direction of the nozzles 120, through which gas can likewise flow. As a result, the heating of the ingot 111 is evened out to a particular extent.
  • the entire deep furnace is surrounded by insulation 160, as a result of which the energy consumption during operation is minimized and the temperature distribution in the furnace chamber 110 is homogenized.
  • the bars 111 have a rectangular cross-section, and they are placed on the posts 130 in the same direction, so that the interstices through which flow can occur.
  • the outlet channels 141 in the first plane 140 and the outlet channels 151 in the second plane 150 are provided essentially in the direction of the plane of the longer rectangular side of the cross section of the bars 111 and in a plane essentially perpendicular thereto.
  • the paths within the exhaust ducts are shortened as a result, as a result of which the gas flow within the device is further evened out.
  • the gas volume flows discharged through the first level 140 and the second level 150 have a ratio of approximately V ⁇ 1 : V ⁇ 2 ⁇ 1: 1.
  • the gas flow V ⁇ Zu is approximately 160 m 3 / s, with the supply speed v Zu is approx. 50 m / s.
  • a gas volume flow V ⁇ 1 of approximately 80 m 3 / s with a flow velocity v 1 of approximately 15 m / s is discharged via the first level 140 located below the bar 111, while via the second level located above the bar 111 150 likewise about 80 m 3 / s of gas with a flow velocity v 2 of about 15 m / s.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Strömungsbeaufschlagung einer rasterförmigen Gut-Anordnung. Solche rasterförmigen Gutanordnungen finden sich beispielsweise in Tieföfen, Kammeröfen und Stoßöfen, wobei das Gut beispielsweise in Form von Barren oder Bolzen vorliegen kann.
  • Beispielsweise werden für die Herstellung von Aluminiumbändern Aluminium-Walzbarren warm gewalzt. Dafür müssen die Barren auf eine Temperatur oberhalb der Rekristallisationstemperatur erwärmt werden. Walzbarren werden mit einer Dicke von circa 330 bis über 600 mm, einer Breite von circa 800 bis über 2200 mm und bis zu mehr als 8,5 Meter Länge geliefert. Bei der Erwärmung der Barren auf eine Temperatur oberhalb der Rekristallisationstemperatur kommt es zu einer Verfestigung des Aluminiums und zu einer dynamischen und statischen Entfestigung durch Erholung und Rekristallisation. Bei der notwendigen Erwärmung ist die Auflösung der Ausscheidungen der bestimmende Vorgang, wofür die entsprechende Temperatur und die Haltezeit die bestimmenden Parameter sind. Die Erwärmung erfolgt hauptsächlich über brennstoffbeheizte Kammer- bzw. Tieföfen im Bereich von 300 bis 620°C. Tiefofenanlagen ermöglichen eine vertikale Aufstellung der Barren. Vorteilig hierbei ist unter anderem die platzsparende Aufstellung, da die Barren in die Tiefe versenkt werden können. Die Chargierung erfolgt dann mittels Krananlagen.
  • Die Beheizung erfolgt üblicherweise mittels eines erhitzten Gasstroms, beispielsweise mittels Warmluft. Dabei wird die Luft über Brenner, beispielsweise über Gasbrenner, direkt erwärmt und über Gebläse in den Tiefofen eingeblasen.
  • Wärmetechnisch handelt es sich um Anordnungen von flächenhaftem Gut mit durchströmbaren Zwischenraumen. Da es nicht möglich ist, solche Gutanordnungen symmetrisch zu durchströmen, ergibt sich bei der Wärmeübertragung mit erzwungener Konvektion stets das Problem der ungleichmäßigen Temperaturverteilung. Man ist daher vielfach gezwungen, mit Rücksicht auf den erforderlichen Temperaturausgleich wesentlich längere Haltezeiten zu fahren, als es aus metallurgischen Gründen erforderlich wäre. Bei Anlagen für höhere Leistungen versucht man, diesem Mangel durch Reversieren der Strömungsführung zu begegnen. Dies kann erreicht werden, in dem in den Strömungskanälen verstellbare Klappen eingebaut werden, wobei die Strömungsrichtung durch Verstellung der Klappen umgedreht werden kann. Solche "Reversierklappen" sind aber insbesondere dann sehr problematisch, wenn sie bei größeren Wärmebehandlungsanlagen mit höheren Temperaturen eingesetzt werden müssen. Denn in diesen Fällen können sich die Reversierklappen verziehen und dadurch verklemmen, wodurch es zu häufigen Störungen oder gar zu Betriebsunterbrechungen kommt. Als praktikabler reversierbarer Strömungsantrieb steht nur ein Axialventilator mit entsprechend gewählter Beschaufelung zur Verfügung, bei dem eine Umkehr der Förderrichtung der Gas-Strömung durch einen Wechsel der Drehrichtung des Schaufelrades erreicht werden kann. Mit solchen Axialventilatoren lassen sich jedoch nur relativ geringe Drücke erzielen, da aus Festigkeitsgründen, insbesondere bei hohen Temperaturen, ihre Umfangsgeschwindigkeit nur begrenzt ist. Deshalb eignen sich Axialventilatoren nur für Strömungskreisläufe mit relativ geringen Widerständen, während bei höheren Widerständen, wie sie gerade bei einem breiten Stapel aus rasterförmigen Gut-Lagen oder im Vergleich zur Breite der Lücken hohen Gut-Reihungen auftreten, die erreichbaren Druckzahlen für eine wirksame Durchströmung viel zu gering sind. Ein weiterer Nachteil von Axialventilatoren ist, dass sie bei Hochtemperaturanlagen aus lagerungstechnischen Gründen meist in eine Wand eingebaut werden müssen. Durch diesen unsymmetrischen Einbau ergeben sich für die beiden Drehrichtungen des Ventilatorrades trotz seiner entsprechenden Anpassung und Gestaltung unterschiedliche Leistungen. Die hierauf zurückzuführenden Unterschiede in der Wärmeübertragung können zwar im Prinzip durch entsprechend längere Behandlungszeit des Gutes ausgeglichen werden. Diese längeren Behandlungszeiten führen jedoch zu erhöhten Betriebs- und damit Herstellungskosten, sodass in aller Regel angestrebt wird, die Behandlungszeiten zu verkürzen.
  • Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 3710901 A1 ist eine Vorrichtung zur Strömungsbeaufschlagung von rasterförmigen Gutanordnungen mit durchströmbaren Zwischenräumen bekannt, wobei der von einem Ventilator geförderte Volumenstrom das Gut mittels Düsen bebläst, die auf einander gegenüberliegenden Seiten der rasterförmigen Gutanordnung versetzt zueinander vorgesehen sind, so dass in den Zwischenräumen eine entsprechend der versetzten Anordnung der Düsen in ihrer Richtung wechselnde Durchströmung entsteht. Dabei wird der Reversiereffekt durch eine geeignete Ausgestaltung von Strömungsantrieb und Strömungsführung erzielt. Denn mit den versetzt zu beiden Seiten des Gut-Stapels oder der Gut-Reihung angeordneten Düsen wird das Gut über relative schmale Zonen mit unterschiedlicher Strömungsrichtung, also im Gegenstrom, beaufschlagt. Auf diese Weise ergibt sich der gleiche Effekt wie bei einer Reversieranlage, ohne dass die Strömungsrichtung umgekehrt werden muss. Darüber hinaus ist aus der JP-S-62116726A ein Glühofen bekannt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Strömungsbeaufschlagung einer rasterförmigen Gutanordnung der angegebenen Gattung zu schaffen, bei der die Gleichmäßigkeit der Erwärmung des Guts weiter erhöht wird. Insbesondere soll eine Vorrichtung vorgeschlagen werden, die auf konstruktiv einfache Weise die gleichmäßige Strömungsbeaufschlagung des Gutes weiter optimiert. Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, ein entsprechendes Verfahren anzugeben.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung und ein Verfahren mit den Merkmalen des jeweiligen unabhängigen Anspruches gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
  • Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Strömungsbeaufschlagung einer rasterförmigen Gutanordnung mit durchströmbaren Zwischenräumen, wobei ein Gasvolumenstrom das Gut mittels Düsen bebläst, die auf einander gegenüberliegenden Seiten des Gutes versetzt zueinander vorgesehen sind, so dass in den Zwischenräumen eine entsprechend der versetzten Anordnung der Düsen in ihrer Richtung wechselnde Durchströmung entsteht, zeichnet sich dadurch aus, dass Auslasskanäle für den Gasvolumenstrom in mindestens einer Ebene außerhalb der Ausdehnung des Gutes vorgesehen sind, wobei das Gut auf mindestens einem Steher aufstellbar ist, und dass die Auslasskanäle in zwei Ebenen angeordnet sind, wovon eine erste Ebene in Längsausdehnungsrichtung des auf dem Steher aufzustellenden Gutes unterhalb des Gutes und eine zweite Ebene in Längsausdehnungsrichtung des auf dem Steher aufzustellenden Gutes oberhalb des Gutes vorgesehen ist. Durch die gezielte Abfuhr des eingeblasenen Gasvolumenstroms über Auslasskanäle außerhalb der Ausdehnung des Gutes wird die Gasströmung durch die durchströmbaren Zwischenräume vergleichmäßigt, womit sich auch der Wärmeübergang zwischen Gasstrom und Gut vergleichmäßigt und letztlich die Gleichmäßigkeit der Erwärmung des Guts erhöht wird. Die Geschwindigkeit des eingeblasenen Gasstroms sinkt an keiner Stelle unter einen kritischen Wert und Totwassergebiete werden vermieden. Dadurch wird der Wärmeübergang auf das Gut homogenisiert, wodurch Ausgleichszeiten eingespart werden können und somit die erforderliche Verweildauer des Gutes in der Vorrichtung minimiert wird.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Auslasskanäle so bemessen, dass der gleiche Gasvolumenstrom über die Auslasskanäle abgeführt werden kann, der zugeführt wird. Dadurch wird die Gefahr eines Staus oder einer extremen Beschleunigung des Gasvolumenstroms minimiert, wodurch die Gleichmäßigkeit der Erwärmung des Guts weiter erhöht wird.
  • Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn die mindestens eine Ebene der Auslasskanäle im Wesentlichen senkrecht zu der Fläche der rasterförmigen Gutanordnung vorgesehen ist. Beispielsweise kann die Ebene der Auslasskanäle im Wesentlichen senkrecht über und/oder unter dem Gut angeordnet sein. Durch eine solche Lage der Auslasskanäle wird die Gasströmung und damit die Erwärmung des Gutes weiter vergleichmäßigt und die Konstruktion vereinfacht.
  • Erfindungsgemäß sind die Auslasskanäle in zwei Ebenen angeordnet, wovon eine erste Ebene in Längsausdehnungsrichtung des Gutes unterhalb des Gutes und eine zweite Ebene in Längsausdehnungsrichtung des Gutes oberhalb des Gutes vorgesehen ist. Durch die dadurch erfolgende Aufteilung des Gasstroms wird die Strömung und damit die Erwärmung des Gutes noch weiter vergleichmäßigt.
  • Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Auslasskanäle in der ersten Ebene im Wesentlichen in Richtung der Ebene der rasterförmigen Gutanordnung sowie in einer im Wesentlichen hierzu senkrechten Ebene vorgesehen sind. Die Wege innerhalb der Auslasskanäle werden hierdurch verkürzt, wodurch die Gasströmung innerhalb der Vorrichtung weiter vergleichmäßigt wird.
  • Sind die Auslasskanäle in der zweiten Ebene im Wesentlichen in Richtung der Ebene der rasterförmigen Gutanordnung sowie in einer im Wesentlichen hierzu senkrechten Ebene vorgesehen, führt dies zu einer weiteren Vergleichmäßigung der Gasströmung innerhalb der Vorrichtung.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Düsen registerförmig in Reihen in Längsrichtung des Gutes übereinander angeordnet. Dadurch wird auch der zugeführte Gasstrom weiter über die Höhe des Gutes innerhalb der Vorrichtung vergleichmäßigt, was zu einer noch gleichmäßigeren Strömungsbeaufschlagung des Gutes und damit zu einer noch gelichmäßigeren Erwärmung des Gutes beiträgt.
  • Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, in der Vorrichtung mindestens einen Steher bereitzustellen, auf dem das Gut aufstellbar ist. Durch das Aufstellen des Gutes auf einen solchen Steher wird die Erwärmung des Gutes auch in dem Bereich, in dem es aufgestellt ist, vergleichmäßigt. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn für jedes Gut ein eigener Steher vorgesehen ist.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Steher in Richtung der Blasrichtung der Düsen durchströmbar.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Steher in Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Blasrichtung der Düsen durchströmbar. Durch die Durchströmung des Stehers wird die Erwärmung des Gutes weiter vergleichmäßigt. Ist der Steher sowohl in Richtung der Blasrichtung der Düsen als auch im Wesentlichen senkrecht hierzu durchströmbar, wird die Erwärmung des Gutes in besonderem Maße vergleichmäßigt.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Strömungsbeaufschlagung einer rasterförmigen Gutanordnung mit durchströmbaren Zwischenräumen, wobei ein Gasvolumenstrom das Gut mittels Düsen bebläst, die auf einander gegenüberliegenden Seiten des Gutes versetzt zueinander vorgesehen sind, so dass in den Zwischenräumen eine entsprechend der versetzten Anordnung der Düsen in ihrer Richtung wechselnde Durchströmung entsteht, zeichnet sich dadurch aus, dass der gleiche Gasvolumenstrom, der zugeführt wird, über Auslasskanäle abgeführt wird. Durch die gezielte Abfuhr des eingeblasenen Gasvolumenstroms über Auslasskanäle außerhalb der Ausdehnung des Gutes wird die Gasströmung durch die durchströmbaren Zwischenräume vergleichmäßigt, womit sich auch der Wärmeübergang zwischen Gasstrom und Gut vergleichmäßigt und letztlich die Gleichmäßigkeit der Erwärmung des Guts erhöht wird.
  • Erfindungsgemäß wird der abgeführte Gasvolumenstrom über in zwei Ebenen angeordnete Auslasskanäle abgeführt. Durch die dadurch erfolgende Aufteilung des Gasstroms wird die Strömung und damit die Erwärmung des Gutes noch weiter vergleichmäßigt. Dabei befindet sich die erste Ebene in Längenrichtung des Gutes unterhalb des Gutes, während sich die zweite Ebene in Längenrichtung des Gutes oberhalb des Gutes befindet.
  • Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die durch die erste und die zweite Ebene abgeführten Gasvolumenströme im Verhältnis von circa V˙1 : V˙2 ≈ 1 : 1 mit einer Toleranz von circa ± 15%, mit anderen Worten in einem Verhältnis von V˙1 : V˙2 ≈ 1 : 0,85 bis V˙1 : V˙2 ≈ 1 : 1,15, stehen. Beträgt beispielsweise der zugeführte Gasstrom V˙Zu ca. 160 m3/s, wobei die Zuführgeschwindigkeit vZu ca. 50 m/s beträgt, so wird vorteilhafter Weise über die erste, sich unterhalb des Gutes befindliche Ebene ein Gasvolumenstrom V˙1 von circa 80 m3/s mit einer Strömungsgeschwindigkeit v1 von höchstens circa 15 m/s abgeführt, während über die zweite, sich oberhalb des Gutes befindliche Ebene ein im Wesentlichen gleicher Volumenstrom mit im Wesentlichen gleicher Strömungsgeschwindigkeit v2 abgeführt wird.
  • Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und den nachfolgenden Darstellungen eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Abbildungen.
  • Die Abbildungen zeigen:
    • Fig. 1
    einen Barren
    Fig. 2
    eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Draufsicht
    Fig. 3
    eine Prinzipdarstellung eines Ausschnitts einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in dreidimensionaler Darstellung.
  • Fig. 1 zeigt einen Barren 111 mit seinen Abmessungen Höhe H, Breite B und Dicke D.
  • Fig. 2 zeigt eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Tiefofens 100 in einer Draufsicht. Die Barren 111 sind in der Ofenkammer 122 so aufgestellt, dass sie in Richtung ihrer Breite B in Reihen nebeneinander stehen, wobei sie eine flächenhafte Gutanordnung 111 bilden. Sowohl in der Ebene der rasterförmigen Gutanordnung 111 als auch in einer senkrechten Richtung hierzu bilden die Barren 111 durchströmbare Zwischenräume 112. Die Ofenkammer 122 selbst ist ebenfalls rechteckig ausgebildet, wobei an ihren Stirnseiten Düsen 120 angeordnet sind, durch die die Barren 111 mit einem Gasstrom beblasen werden. Dabei sind die Düsen 120 auf einander gegenüberliegenden Seiten der Barren 111 versetzt zueinander vorgesehen, so dass in den Zwischenräumen 112 eine entsprechend der versetzten Anordnung der Düsen 120 in ihrer Richtung wechselnde Durchströmung entsteht.
  • In Fig. 3 ist eine Prinzipdarstellung eines Ausschnitts einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Form eines Tiefofens 100 dreidimensional dargestellt. In dem Tiefofen 100 sind Barren 111 als zu erwärmendes Gut flächenhaft angeordnet, wobei durchströmbare Zwischenräumen zwischen den Barren 111 entstehen. Die Barren 111 weisen einen rechteckigen Querschnitt auf und sind jeweils auf einen Steher 130 aufgesetzt. Über registerförmig übereinander angeordnete Düsen 120 bebläst ein Gasvolumenstrom die Barren 111, wobei die Düsen 120 auf einander gegenüberliegenden Seiten der Barren 111 versetzt zueinander vorgesehen sind, so dass in den Zwischenräumen in Breitenrichtung der Barren eine entsprechend der versetzten Anordnung der Düsen 120 in ihrer Richtung wechselnde Durchströmung entsteht. Auslasskanäle 141, 151 für den Gasvolumenstrom sind in einer ersten Ebene 140 unterhalb der Steher 130 und in einer zweiten Ebene 150 oberhalb der Barren 111 vorgesehen. Durch die gezielte Abfuhr des eingeblasenen Gasvolumenstroms über die Auslasskanäle 141, 151 außerhalb der Ausdehnung der Barren 111 wird die Gasströmung durch die durchströmbaren Zwischenräume vergleichmäßigt, womit sich auch der Wärmeübergang zwischen Gasstrom und Barren 111 vergleichmäßigt und letztlich die Gleichmäßigkeit der Erwärmung der Barren 111 erhöht wird. Die Geschwindigkeit vZu des eingeblasenen Gasstroms sinkt an keiner Stelle unter einen kritischen Wert und Totwassergebiete werden vermieden. Dadurch wird der Wärmeübergang auf die Barren 111 homogenisiert, wodurch Ausgleichszeiten eingespart werden können und somit die erforderliche Verweildauer der Barren 111 in dem Tiefofen 100 minimiert wird.
  • Der zugeführte Gasvolumenstrom V˙Zu wird über Kammern 122, die sich von der Ofenkammer 110 aus gesehen hinter den Düsen 120 befinden, den Düsen 120 zugeleitet. Dabei wird der durch die registerförmig übereinander angeordneten Düsen 120 geleitete Gasstrom über einen in gleicher Richtung hinter den Düsen 120 vorgesehenen Düsenschutz 121 vergleichmäßigt.
  • Die Auslasskanäle 141, 151 sind so bemessen, dass der gleiche Gasvolumenstrom V˙Zu über die Auslasskanäle 141, 151 abgeführt werden kann, der zugeführt wird. Dadurch wird die Gefahr eines Staus oder einer extremen Beschleunigung des Gasvolumenstroms minimiert, wodurch die Gleichmäßigkeit der Erwärmung der Barren weiter erhöht wird.
  • Die Steher 130 weisen Strömungskanäle 131 in Blasrichtung der Düsen 120 auf. Durch die Durchströmung auch des Stehers 130 wird die Erwärmung der Barren 111 weiter vergleichmäßigt. Weiterhin weisen die Steher 130 auch im Wesentlichen senkrecht zur Blasrichtung der Düsen 120 Öffnungen 132 auf, durch die ebenfalls Gas strömen kann. Dadurch wird die Erwärmung Barren 111 in besonderem Maße vergleichmäßigt.
  • Der gesamte Tiefofen ist von einer Isolierung 160 umgeben, wodurch der Energieverbrauch im Betrieb minimiert wird und die Temperaturverteilung in der Ofenkammer 110 homogenisiert wird.
  • Die Barren 111 weisen einen rechteckigen Querschnitt auf, wobei sie in gleicher Richtung auf die Steher 130 aufgesetzt sind, so dass die durchströmbaren Zwischenräume entstehen. Die Auslasskanäle 141 in der ersten Ebene 140 sowie die Auslasskanäle 151 in der zweiten Ebene 150 sind im Wesentlichen in Richtung der Ebene der längeren Rechteckseite des Querschnitts der Barren 111 sowie in einer im Wesentlichen hierzu senkrechten Ebene vorgesehen. Die Wege innerhalb der Auslasskanäle werden hierdurch verkürzt, wodurch die Gasströmung innerhalb der Vorrichtung weiter vergleichmäßigt wird.
  • Die durch die erste Ebene 140 und die zweite Ebene 150 abgeführten Gasvolumenströme stehen im Verhältnis von circa V˙1 : V˙2 ≈ 1 : 1. Der zugeführte Gasstrom V˙Zu beträgt ca. 160 m3/s, wobei die Zuführgeschwindigkeit vZu ca. 50 m/s beträgt. Über die erste, sich unterhalb der Barren 111 befindliche Ebene 140 wird ein Gasvolumenstrom V˙1 von circa 80 m3/s mit einer Strömungsgeschwindigkeit v1 von circa 15 m/s abgeführt, während über die zweite, sich oberhalb der Barren 111 befindliche Ebene 150 ebenfalls circa 80 m3/s Gas mit einer Strömungsgeschwindigkeit v2 von circa 15 m/s abgeführt werden.
  • Die hier gezeigte Ausführungsform stellt nur ein Beispiel für die vorliegende Erfindung dar und darf daher nicht einschränkend verstanden werden. Alternative durch den Fachmann in Erwägung gezogene Ausführungsformen sind gleichermaßen vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung umfasst.
    • Bezugszeichenliste:
    • 100
    Vorrichtung, Tiefofen
    110
    Ofenkammer
    111
    Gut, Barren, Gutanordnung
    112
    durchströmbare Zwischenräume
    120
    Düse
    121
    Düsenschutz
    122
    Kammer
    130
    Steher
    131
    Strömungskanal durch einen Steher
    132
    Öffnung
    140
    erste Ebene
    141
    Auslasskanal in der ersten Ebene
    150
    zweite Ebene
    151
    Auslasskanal in der zweiten Ebene
    160
    Isolierung
    B
    Barrenbreite
    D
    Barrendicke
    H
    Barrenhöhe
    V˙Zu
    zugeführter Gasstrom
    V˙1
    über die erste Ebene abgeführter Gasvolumenstrom
    V˙11
    über die im Wesentlichen in Richtung der Ebene der rasterförmigen Gutanordnung angeordneten Auslasskanäle in der ersten Ebene abgeführte Volumenstrom
    V˙12
    durch die im Wesentlichen senkrecht zu der in Richtung der Ebene der rasterförmigen Gutanordnung angeordneten Auslasskanäle der ersten Ebene abgeführte Volumenstrom
    V˙2
    über die zweite Ebene abgeführter Gasvolumenstrom
    V˙21
    über die im Wesentlichen in Richtung der Ebene der rasterförmigen Gutanordnung angeordneten Auslasskanäle in der zweiten Ebene abgeführte Volumenstrom
    V˙22
    durch die im Wesentlichen senkrecht zu der in Richtung der Ebene der rasterförmigen Gutanordnung angeordneten Auslasskanäle der zweiten Ebene abgeführte Volumenstrom
    vZu
    Geschwindigkeit des zugeführten Gasstroms
    v1
    Geschwindigkeit des über die erste Ebene abgeführten Gasstroms
    v11
    Geschwindigkeit des über die im Wesentlichen in Richtung der Ebene der rasterförmigen Gutanordnung angeordneten Auslasskanäle in der ersten Ebene abgeführten Gasstroms
    v12
    Geschwindigkeit des über die im Wesentlichen senkrecht zu der in Richtung der Ebene der rasterförmigen Gutanordnung angeordneten Auslasskanäle in der ersten Ebene abgeführten Gasstroms
    v2
    Geschwindigkeit des über die zweite Ebene abgeführten Gasstroms
    v21
    Geschwindigkeit des über die im Wesentlichen in Richtung der Ebene der rasterförmigen Gutanordnung angeordneten Auslasskanäle in der zweiten Ebene abgeführten Gasstroms
    v22
    Geschwindigkeit des über die im Wesentlichen senkrecht zu der in Richtung der Ebene der rasterförmigen Gutanordnung angeordneten Auslasskanäle in der zweiten Ebene abgeführten Gasstroms

Claims (12)

  1. Vorrichtung (100) zur Strömungsbeaufschlagung einer rasterförmigen Gutanordnung (111) mit durchströmbaren Zwischenräumen, wobei ein Gasvolumenstrom das Gut (111) mittels Düsen (120) bebläst, die auf einander gegenüberliegenden Seiten des Gutes (111) versetzt zueinander vorgesehen sind, so dass in den Zwischenräumen eine entsprechend der versetzten Anordnung der Düsen (120) in ihrer Richtung wechselnde Durchströmung entsteht, wobei Auslasskanäle (141, 151) für den Gasvolumenstrom in mindestens einer Ebene (140, 150) außerhalb der Ausdehnung des Gutes (111) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Gut (111) auf mindestens einem Steher (130) aufstellbar ist, und dass die Auslasskanäle (141, 151) in zwei Ebenen angeordnet sind, wovon eine erste Ebene (140) in Längsausdehnungsrichtung des auf dem Steher (130) aufzustellenden Gutes (111) unterhalb des Gutes (111) und eine zweite Ebene (150) in Längsausdehnungsrichtung des auf dem Steher (130) aufzustellenden Gutes (111) oberhalb des Gutes (111) vorgesehen ist.
  2. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Auslasskanäle (141, 151) so bemessen sind, dass der gleiche Gasvolumenstrom V̇Zu , über die Auslasskanäle (141, 151) ausführbar ist, der zugeführt wird.
  3. Vorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die mindestens eine Ebene (140, 150) der Auslasskanäle (141, 151) im Wesentlichen senkrecht zu der Fläche der rasterförmigen Gutanordnung (111) vorgesehen ist.
  4. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Auslasskanäle (141) in der ersten Ebene (140) im Wesentlichen in Richtung der Ebene der rasterförmigen Gutanordnung (111) sowie in einer im Wesentlichen hierzu senkrechten Ebene vorgesehen sind.
  5. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Auslasskanäle (151) in der zweiten Ebene (150) im Wesentlichen in Richtung der Ebene der rasterförmigen Gutanordnung (111) sowie in einer im Wesentlichen hierzu senkrechten Ebene vorgesehen sind.
  6. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Düsen (120) registerförmig in Reihen in Längsrichtung des Gutes (111) übereinander angeordnet sind.
  7. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Steher (130) in Richtung der Blasrichtung der Düsen (120) durchströmbar ist.
  8. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Steher (130) in Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Blasrichtung der Düsen (120) durchströmbar ist.
  9. Verfahren zur Strömungsbeaufschlagung einer rasterförmigen Gutanordnung (111) mit durchströmbaren Zwischenräumen, wobei ein Gasvolumenstrom das Gut mittels Düsen (120) bebläst, die auf einander gegenüberliegenden Seiten des Gutes (111) versetzt zueinander vorgesehen sind, so dass in den Zwischenräumen eine entsprechend der versetzten Anordnung der Düsen (120) in ihrer Richtung wechselnde Durchströmung entsteht,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der gleiche Gasvolumenstrom V̇Zu , der zugeführt wird, über Auslasskanäle (141, 151) abgeführt wird, und dass die Auslasskanäle (141, 151) in zwei Ebenen angeordnet sind, wovon eine erste Ebene (140) in Längsausdehnungsrichtung des Gutes (111) unterhalb des Gutes (111) und eine zweite Ebene (150) in Längsausdehnungsrichtung des Gutes (111) oberhalb des Gutes (111) vorgesehen ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die durch die erste und die zweite Ebene (140, 150) abgeführten Gasvolumenströme im Verhältnis von circa 1 : 0,85 bis circa 1 : 1,15, insbesondere im Verhältnis von circa 1 : 1, stehen.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der über die im Wesentlichen in Richtung der Ebene der rasterförmigen Gutanordnung (111) angeordneten Auslasskanäle (141) in der ersten Ebene (140) abgeführte Volumenstrom V̇ 11 zu dem durch die im Wesentlichen senkrecht zu der in Richtung der Ebene der rasterförmigen Gutanordnung (111) angeordneten Auslasskanäle (141) der ersten Ebene (140) abgeführte Volumenstrom V̇ 12 im Wesentlichen gleich ist.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der über die im Wesentlichen in Richtung der Ebene der rasterförmigen Gutanordnung (111) angeordneten Auslasskanäle (151) in der zweiten Ebene (150) abgeführte Volumenstrom V̇ 21 zu dem durch die im Wesentlichen senkrecht zu der in Richtung der Ebene der rasterförmigen Gutanordnung (111) angeordneten Auslasskanäle (151) der zweiten Ebene (150) abgeführte Volumenstrom V̇ 22 im Wesentlichen gleich ist.
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