LU83614A1 - Verfahren zum waermebehandeln von drahtbunden und durchlaufofen zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Verfahren zum Wärmebehandeln von Drahtbunden und Durchlaufofen zur Durchführung des Verfahrens_

Das Verfahren befaßt sich mit der konvektiven Wärmeübertragung bei Drahtbunden aus Stahl und NE-Metall und hat das ziel, die wärme- und strömungstechnischen Bedingungen für ein rasches und gleichmäßiges Aufheizen bzw. Abkühlen der zu einem Bunde gestapelten Drahtringe in einem Durchlaufofen zu realisieren. Diese Aufgabe, gemäß der Erfindung im wesentlichen dadurch gelöst, daß die Drahtbundstapel in der Taktzeit der Ofenbeschickung eines Rollenherdofens jeweils zwischen zwei oben und unten angeordneten Druckmündungen in einer starken Ofengasumwälzung der jeweiligen Anblasstationen stationiert werden und so die Ofengase mit ihrem hohen kinetischen Energieanteil der Strömung in den mittleren Stapelhohlraum aufeinanderprallen und demzufolge die Strömung unter Erhöhung des statischen Druckes aufgestaut wird und so von dort infolge der Umsetzung der potentiellen zur kinetischen Energie gleichmäßig und turbulent durch die Windungen der Bunde hinausströmt.

Drahtringe gleichmäßig wärmezubehandeln, ist ein in vieler Hinsicht wichtiges Ziel. Es soll nicht nur Heizenergie eingespart, sondern auch erreicht werden, daß ein in seinen metallurgischen und mechanischen Eigenschaften gleichmäßiges Vormaterial der Weiterverarbeitung bereitgestellt wird. Der heutige Stand der Technik hat es noch nicht ermöglicht, daß alle Teile eines Drahtringes während er Wärmebehandlung weitestgehend den gleichen Bedingungen der Wärmeübertragung unterworfen werden. Insbesondere spielt die Tatsache eine wesentliche Rolle, daß der - 2 - stark zeitabhängige Vorgang des Aufheizens bzw. der Abkühlung gerade derjenige Abschnitt innerhalb der Wärmebehandlung ist, in dem die Vergleichmäßigung der Wärmeübertragung die bestimmende Maßnahme darstellt. Unter Berücksichtigung der Drahtring-. geometrie ist einleuchtend, daß die Anteile der Wärmeleitung und -Strahlung beim Aufheizen eines Drahtringes gegenüber der Konvektionswirkung stark zurückgehen. Daher wird ersichtlich, daß eine Verbesserung der Wärmebehandlung von Drahtringen nur über den Weg erreichbar ist, demzufolge die Konvektion der Ofengase in der Aufheizzone eines Rollenherdofens für alle Teile eines Drahtbundstapels vereinheitlicht und gleichzeitig erhöht wird.

Dazu wird erfindungsgemäß so vorgegangen, daß der mittlere Stapelhohlraum des Drahtbundes als Stauraum der Ofengase pneumatisch gebildet und aufrechterhalten und so verhindert wird, daß benachteiligte Stellen im Stapel resultieren, solange der Staudruck für die Aufrechterhaltung des hierfür notwendigen turbulenten Strömungszustandes im Bereich des Stapels und seiner näheren Umgebung ausreicht.

Weiter ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der intensive, vorrangig konvektive Wärmeübergang beim Aufwärmen bzw. Abkühlen * der Drahtbunde stationsweise, aber innerhalb eines kontinuier lichen Durchlaufs erfolgt. Hierzu erhält der konventionelle Durchlaufofen eine besondere Einlauf- bzw. Endstrecke, die noch . beschrieben werden. Nach der Einlaufstrecke, nachdem alle Stel len des Drahtbundes auf die Solltemperatur gekommen sind, ist es nur noch erforderlich, die Wärmeverluste des Ofens auszugleichen und die Konstanz der Innenraumtemperatur des Ofens zu sichern. Hier wird die erfindungsgemäße Beheizungsart nicht mehr zwingend notwendig sein. In der I-laltedauerstrecke des Ofens genügt die Aufrechterhaltung eines z. B. vorrangig auf Strahlung wirkenden Wärmeübertragungssystems, wenn die Solltemperatur höher liegt als etwa 650° C. Andernfalls wird eine Außenkonvektion um den Drahtbund ausreichen, um die am Ende der t - 3 -

Aufheizstrecke bereits erreichte Temperaturgleichmäßigkeit bei-^-zubehalten.

Verfahren und Ofenanlagen zur gleichmäßigen Wärmebehandlung von Drahtbunden sind mehrfach vorgeschlagen bzw. gebaut worden. So ist es bekannt (DE-AS 1 940 376) , die Ofengase im wesentlichen radial, zwangsweise unmittelbar durch die Drahtbunde hindurchzuführen. Doch hier wird der mittlere Hohlraum der Drahtbunde auf der oberen Seite durch einen aufgesetzten Deckel abgeschlossen, der zu benachteiligter Wärmeübertragung an den unmittelbar darunter liegenden Drahtwindungen führt bzw. andernfalls eine sehr aufwendige Anpassung der hier vorliegenden hauptsächlich laminaren Gasströmung an der Deckelform erfordert. Die nach der angeführten Auslegeschrift festgelegte Ofengasströmung mit zumindest 500 Nm3 Gas pro Stunde und Tonne Draht kann zu einer vorrangig laminaren Strömung führen, was dazu führt, daß zwar der Druckverlust der Strömung gering bleibt, aber auch der Wärmeübergang vom Ofengas an die Drahtwindungen gering ist und wegen der -im Drahtring vorhandenen starken lokalen Unterschiede der Strömungswiderstände ungleichmäßig erfolgt.

Demgegenüber wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren etwa das 12-fache des Gasstromes, d. h. mindestens 6000 Nm3 Gas pro Stunde und Tonne Draht benötigt, um einen ausreichenden Staudruck im Hohlraum des Drahtbundstapels zur Erzeugung und Aufrechterhaltung einer turbulenten Strömung aufzubauen. Die Hierbei erreichbare mittlere Re-Zahl der Turbulenz läßt sich für einen Drahtdurchmesser von 20 mm zu 8800 ermitteln. Die erfindungsgemäße Aufheizmethode ermöglicht eine mittlere wirksame Wärmeübergangszahl von 50 bis zu etwa 120 W/m2 K je nach dem Ofengasstrom, der mit mindestens 6000 Nm3 pro Stunde und Tonne Draht vorgesehen"wird. Mit der Wärmeübergangszahl 50 W/m2 K läßt sich eine Aufheizzeit von 40 Minuten für einen Drahtring aus Stahl mit dem Drahtdurchmesser von 20 mm ermitteln. Versuche beim Abkühlen von Drahtringen bestätigten die Rechenergebnisse, wobei z. B. ein Volumenstrora mit 10 000 Nm3 pro Stunde _ 4 Γ und Tonne Draht- einen turbulenten Strömungszustand erzeugen konnte.

Die DE-AS 1 959 712 beschreibt im wesentlichen eine Wärmebehandlung, bei der der Drahtbundstapel oben ebenfalls mit einem Dek-kel abgeschlossen wird und mit zumindest 500 Nm3 Gas pro Stunde und Tonne Draht von unten durchströmt wird. Auch dieses Verfahren hat den Nachteil, daß es im Wärmegut bevorzugte und benachteiligte Stellen - insbesondere in der Umgebung des Deckels und des Palettenrostes - gibt.

Nach der OS 28 30 153 ist weiter ein Verfahren bekannt, dessen Teilprozesse beim Abschrecken und beim Anlassen von zu Ringen gehaspeltem Draht oder Band die Ringe stirnseitig von beiden Seiten mit Härtemitteln bzw. Ofengasen angeströmt werden. Hierbei handelt es sich aber um Drahtringe, deren Windungsachse waagerecht ist. welche also auf Haken hängend behandelt werden. Dieses Verfahren ist zum Beispiel bei einer Aufwärmung auf Austenitisierungstemperaturen von 840° C und darüber nur bedingt anwendbar. Aber auch bereits bei sehr hohen Anlaßtemperaturen von über 650° C und Drahtdurchmessern kleiner als etwa 10 mm treten unter Umständen Deformierungen der hängenden Drahtwindungen auf, so daß mit einfacher Hakenform nicht mehr in dem Anlaofen hängend gearbeitet werden kann. Aus dem gleichen Grund ist auch eine Weichglühung von hängenden Drahtringen problematisch, z. B. aus Kaltstauchqualitäten, da die hierfür notwendigen Temperaturen höher als 700° C sind. - Außerdem ist in diesem Zusammenhang nochmals hervorzuheben, daß eine Zwangsströmung der Ofengase durch die Windungen eines Drahtringes hindurch nur solange notwendig und nützlich ist, solange der Drahtring sich in dem dynamischen Aufwärmungsprozeß bzw. Abkühlungsprozeß befindet. In der Haltedauer auf der Solltemperatur genügt es, lediglich eine isolierende Wirkung der Ofenzone zu gewährleisten. Beim Aufheizen genügt es in der Regel, daß die erfindungsgemäße Methode nur bis zu dem Temperaturbereich von etwa 650° C bis 700° C angewendet wird, um noch Umwälzströme von _ 5 _ bis zu 50 000 Betriebskubikmetern je Stunde und je Gebläse industriell realisieren zu können. Denn eine weitere Aufheizung bis zu einer Solltemperatur über 800° C ist ohnehin wegen starker Erhöhung der Strahlung innerhalb der Drahtringe nicht mehr konvektionsbestimmend.

Die erfindungsgemäß angestellten Überlegungen führen zu der Ausführung einer besonderen Industrieofenart, die als ein erweiterter Rollenherdofen bezeichnet werden kann. Ein erfindungsgemäß ausgestatteter Rollenherdofen ist in den Figuren 1 und 2 veranschaulicht.

Figur 1 zeigt eine Aufheiz- bzw. Abkühlzone des erfindungsgemäßen Rollenherdofens im Querschnitt. Figur 2 zeigt eine Auf-heiz- bzw. Abkühlzone desselben im Längsschnitt.

Die Drahtbundstapel (1) werden wie bei den kontinuierlich arbeitenden konventionellen Rollenherdöfen mittels Palettenrosten (2) mit einem Rollgang (3) durchgesetzt. Die gasaurchlässigen mittig freien Palettenroste (2) werden erfindungsgemäß an den einzelnen Anblasstationen durch kurzzeitiges Anhalten des Rollganges (3) positioniert und durch Anheben eines Hebetisches (4) vom Rollgang abgehoben. Danach wird der Rollgang (3) wieder in Betrieb gesetzt, um ein Verziehen der einzelnen Rollen zu vermeiden.

In den Ofenraum (5) ragen Gasbrenner (6) üblicher Bauart oder Strahlungsrohre, die nicht gezeichnet sind. Die an den Gasbrennern (6) erwärmten heißen Ofengase werden durch zwei vertikal gegenüberliegende Gebläse (7) angesaugt und mit gerichteter Strömung beidseitig in den Drahtbundstapel (1) eingeblasen. Dadurch baut sich ein gleichmäßiger Druck in dem Ilohlraum des Drahtbundstapels (1) auf. Der so entstandene Stauraum bewirkt, daß die Ofengase in der bereits beschriebenen Weise über die gesamte Drahtbundstapelhöhe turbulent und gleichmäßig durch die einzelnen Drahtwindungen hinausströmen.

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Die vorrangig vom Drahtbundstapel zurückkommenden Ofengase werden durch im Querschnitt einstellbare Öffnungen, Klappen oder Jalousien der Schutzwand (8) angesaugt. Die Einstellung der Durchströmungsquerschnitte der Schutzwand ermöglicht eine Steu-v erung der Umwälzung je nach dem Ofenprogramm der Wärmegutbe handlung.

Nach einer der Taktzeit der Ofenbeschickung entsprechenden Verweilzeit wird der Rollgang (3) wieder kurzzeitig angehalten, der Palettenrost (2) mit dem Drahtbundstapel (1) mittels des Hebetisches (4) auf den Rollgang (3) abgesetzt und der Palettenrost mit dem darauf befindlichen Drahtbundstapel zur nächsten Anblasstation weitergefahren.

Um die gegenseitige, strömungsmäßig nachteilige Beeinflussung der in der Aufheizstrecke weilenden Stapel zu vermindern, können die Palettenzwischenräume in der Aufheizstrecke gegenüber der Temperaturhaitestrecke größer gehalten werden. Die Fahrweise gestaltet sich dann in der Weise, daß die Geschwindigkeit des Rollganges in der Aufheizstrecke entsprechend der Zwischenraumvergrößerung höher wird als diejenige der Temperaturhalte-strecke des Ofens.

' Aus Figur 2 ist ersichtlich, daß die gerichtete Anströmung auch durch den Rollgang ungehindert dadurch ermöglicht werden kann, * daß der Achsabstand der Rollen im Bereich der Druckmündung der unteren Gebläse vergrößert wird, ohne den Transport der Palet— tenroste im Durchlauf des Ofens zu beeinträchtigen.

Claims (6)

1. Verfahren zur Wärmebehandlung von liegenden Drahtringen , durch konvektive Wärmeübertragung mit Hilfe der umgewälz ten Ofengase, dadurch gekennzeichnet , daß die .Drahtringe, insbesondere für eine Wärmebehandlung oberhalb Temperaturen von 650° C, im ruhenden Zustand beiderseitig von oben und unten mit gerichteter Strömung der Ofen· gase zur Erzeugung eines turbulenten Strömungszustandes in der Ringmitte beaufschlagt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem mittleren Stapelhohlraum aufeinander prallenden UmwälzStrömungen mindestens 6 000 Nm3 pro Stunde und Tonne Stahl betragen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die beiderseitige Anströmung des Drahtbundstapels mit Hilfe von zwei vertikal oben und unten angeordneten Umwälzgebläsen erfolgt.

4. Verfahren Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vorrangig vom Drahtbundstapelumfang kommenden Ofengase in zwei Kreisläufen nach oben und nach unten von den v jeweiligen Gebläsen durch die an den Ofeninnenraumwänden m - 2 - J angebrachten, regelbaren Öffnungen, Klappen oder Jalousien angesaugt, durch Wärmezufuhr der Brenner oder Stahlrohre auf die Solltemperatur gebracht und wieder in den mittleren Drahtbundhohlraum hineingedrückt werden.

5. Ofen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß die auf gasdurchlässigen mittig freien Palettenrosten (2) aufgestellten Drahtbundstapel (1) an den einzelnen Anblasstationen durch kurzzeitiges Anhalten des Rollganges (3) positioniert und durch Anheben eines Hebetisches (4) vom Rollgang (3) freigefahren und stationiert werden.

6. Ofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Achsabstand der Rollen des Rollenganges (3) im Bereich der Druckmündung der unteren Gebläse (7) vergrößert ist. . \