Industrieofen mit Luftumwälzung für Wärmebehandlungsverfahren

Abstract

 O Industrieofen mit Luftumwälzung für Wärmebehandlungsverfahren mit einer höheren Strömungsgeschwindigkeit bei gleichzeitiger Verkürzung der Aufheizzeit und einer Verringerung der Temperaturdifferenzen im Ofen während des Aufheizens und während der Glühbehandlung durch in dem Raum zwischen der Charge und den Ofenwänden den Luftstrom beeinflussende Elemente (Hindernisse, Leitbleche oder dgl.), die starr oder beweglich z.B. verschwenkbar sein können und in manchen Fällen den Chargenelementen angepaßt sind, so daß sie praktisch ein Spiegelelement der äußeren Fläche der Charge darstellen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Industrieofen mit Luftumwälzung für Wärmebehandlungsverfahren mit hoher Temperaturgleichmäßigkeit innerhalb einer zu behandelnden Charge, die derart angeordnet oder mit Hilfe von Zwischenlagen so gestapelt ist, daß die umgewälzte heiße Luft die Charge allseitig gut umspült.

[0002] Derartige Industrieöfen sind als Groß-Kammeröfen mit Luftumwälzung bekanntgeworden. (Vgl. BBC-Prospekt EO 4088 D - 1072.2.1). Durch leistungsfähige Luftumwälzaggregate und durch einen entsprechenden konstruktiven Aufbau der Öfen können kurze Aufheizzeiten und eine hohe Temperaturgleichmäßigkeit erreicht werden. Eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit zur Verkürzung der Aufheizzeit führt jedoch zu Übertemperaturen in der Charge, so daß eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit zur Verkürzung der Aufheizzeit und zur Verringerung der Temperaturdifferenzen während des Aufheizens und auch während der Glühbehandlung bei den bekannnten Öfen sich als nachteilig herausgestellt hat.

[0003] Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, den Kammerofen derart zu verbessern, daß eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit möglich ist bei gleichzeitiger Verkürzung der Aufheizzeit und eine Verringerung der Temperaturdifferenzen während des Aufheizens und während der Glühbehandlung.

[0004] Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß in dem Raum zwischen der Charge und den Ofenwänden den Luftstrom beeinflußende Elemente (Hindernisse, Leitbleche odgl.) angeordnet sind.

[0005] Durch,diese Anordnung von den Luftstrom beeinflußenden Elementen in dem Raum zwischen der Charge und den Ofenwänden wird erreicht, daß zu keiner Zeit an keiner Stelle Übertemperaturen in der Charge auftreten. Die Einhaltung der gewünschten Temperatur ist erforderlich, weil das Homogenisieren von Aluminium und Aluminiumlegierungen wird nur wenige °K unterhalb des Schmelzpunktes durchgeführt wird, so daß schon geringe Übertemperaturen schon Schäden hervorrufen würden.

[0006] Nach weiteren Merkmalen der Erfindung werden die den Luftstrom beeinflußenden Elemente starr oder beweglich, z.B. verschwenkbar angeordnet.

[0007] In machen Fällen kann es zweckmäßig sein, die den Luftstrom beeinflußenden Elemente der Form der Chargenelemente anzupassen, so daß sie praktisch ein Spiegelelement der äußeren Fläche der Charge darstellen.

[0008] Die Fig.1 bis 6 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.

[0009] Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Industrieofen zur Wärmebehandlung entlang der Linie I-I der Fig.2;

Fig. 2 einen Längsschnitt entlang der Linie II-II der Fig.1;

Fig. 3 einen horizontalen Schnitt entlang der Linie III-III der Fig.2;

Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung des mit IV in Fig.1 bezeichneten Ausschnitts;

Fig. 5 eine andere konstruktive Ausführungsform;

Fig. 6 eine vergrößerte Darstellung des in Fig.2 mit VI bezeichneten Ausschnitts.

[0010] Bei dem als Ausführungsbeispiel gewählte Kammerofen wird die Umwälzluft von oben durch die Charge gepreßt. Es sei bereits jetzt darauf hingewiesen, daß die Erfindung auch bei Öfen mit Längsumwälzung der Luft angewandt werden kann. Die zu behandelnde Charge 1, die sich im Behandlungsraum 2 befindet, besteht in dem gewählten Ausführungsbeispiel aus gegossenen oder gepreßten Alumiumrundbarren 3, wie sich besonders den Fig.4 bis 6 entnehmen läßt, die mit Hilfe einer nicht dargestellten Transporteinrichtung auf ein im Ofen angeordnetes Gittergestell 4 abgesetzt werden. Die einzelnen Aluminiumrundbarren 3 sind auf der Unterlage 5, die auf dem Gittergestell 4 bzw. einer anderen Auflage im Ofen von der Transporteinrichtung abgesetzt wird, jeweils durch Einschieben von Zwischenlagen 6 gestapelt. Die Praxis hat gezeigt, daß der Spalt 8 zwischen der zum Homogenisieren in den Ofen hineingefahrenen und nach der Wärmebehandlung aus dem Ofen herausgefahrenen Charge 1 und den festen Ofeninnenwänden 7 ca.100 mm betragen muß. Ungenaue Transportweise, Toleranzen im Ofenbau, in der Stapelung des zu behandelnden Gutes. Verformungen der Ofeneinbauten und Ausdehnungen der Charge (bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel treten Wärmeausdehnungen in der Breite von ca. 30 mm auf) erfordern einen derartig großen Spalt. Aus wirtschaftlichen Gründen soll dagegen der Spalt 9 zwischen den einzelnen Aluminiumrundbarren 3 untereinander wesentlich kleiner sein als 100 mm, im vorliegenden Fall etwa 48 mm. Durch diese unterschiedlich Spaltgrößen ergeben sich zwangsläufig unterschiedliche Strömungswiderstände und damit auch unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten und damit ergibt sich, daß das Wärmeangebot an der Chargenseitenflächen erheblich größer ist als in der Charge selbst.

[0011] Für den für die Aufheizgeschwindigkeit wesentlichen Wärmeübergangsfaktor von Luft auf das Heizgut ist u.a. die Luftströmungsgeschwindigkeit am Heizgut maßgeblich. Wenn eine große Temperaturgleichmäßigkeit auch während des Aufheizvorganges gefordert wird, so ist darauf zu achten, daß die Strömungsgeschwindigkeiten der Luft an den einzelnen Werkstücken möglichst gleich sind. Bei der gewählten Anordnung, mit einem Raum kleiner Strömungsgeschwindigkeit vor und hinter der Charge, erfordert das, daß die Strömungswiderstände für die in der Strömungsrichtung parallel liegenden Luftwege innerhalb der Charge und zwischen Charge und Ofenwand etwa gleich sind.

[0012] Aus mechanischen Gründen darf wie bereits erwähnt der Abstand zwischen Wand und der Seitenbegrenzung des Gutstapels ein bestimmtes Maß nicht unterschreiten.

[0013] Durch die gemäß der Erfindung in dem Raum zwischen der Charge und den Ofenwänden den Luftstrom beeinflussenden Elemente, wie Hindernisse, Leitbleche odgl. wird der Strömungswiderstand in diesem Raum sehr stark erhöht ohne den freien Abstand zwischen der Chargenseitenfläche und der Ofenwand wesentlich zu verringern.

[0014] Die Strömungsverhältnisse an der Türseite und an der Rückwand des Ofens sind noch ungünstiger. Die Positionierung der Charge.ist erheblich schwieriger und es muß ein Spalt 10 von etwa 200 mm an der Rückwand und an der Türseite einkalkuliert werden. Während der Wärmebehandlung beträgt die Längenausdehnung 12 der Aluminiumrundbarren 3 etwa 100 mm, die unter Umständen nur an einer Seite auftreten kann. Um an der Türseite einen schädlichen Türhals zu vermeiden, wird die Tür meist mit einer sehr aufwendigen und komplizierten Öffnungskinematik ausgestattet. Außerdem wird an der Innenseite der Tür ein sogenannter Rucksack 11 angebracht, um den Spalt zwischen der inneren Seite 29 der Tür und der Charge so klein wie möglich zu machen.

[0015] Die Umwälzluft wird bei der dargestellten Anordnung von vier Gebläsen 13 durch die Charge gepreßt und durch eine elektrische Heizungseinrichtung 15 oder eine mit Gas betriebene Heizungseinrichtung angesaugt. Wie sich aus Fig. 1 entnehmen läßt, ist der Behandlungsraum 2 von den Gebläsen 13 und der elektrischen Heizung 15 nur durch eine Zwischenwand 14 getrennt, die jedoch keine isolierende Wirkung haben muß. Dagegen besteht das Ofengehäuse außer dem Innenteil der Seitenwände 7 aus einer ausreichenden Wärmeisolation 16 und dem äußeren Ofengehäuse 17. Die von den Gebläsen 13 erzeugt Luftströmung ist durch Pfeile 18 angedeutet. Der aus der Charge 1 nach unten austretende Luftstrom wird durch Umlenkteile 19, die unterhalb der Charge sich befinden, der Heizung wieder zugeführt. Die Gebläse 13 werden von elektrischen Antriebsmotoren 20 angetrieben. Im oberen Teil des Ofenes befinden sich ebenfalls Umlenkteile 21, die den aus den Gebläsen 13 austretenden Luftstrom der Charge 1 zuführen.

[0016] Fig.4 läßt die Anordnung der gemäß der Erfindung den Luftstrom in dem Spalt 8 zwischen der inneren Seitenwand und der Charge 1 beeinflußenden Elemente 22 erkennen. Der Abstand 23 soll etwa 100 mm betragen, während für den Abstand 24 etwa 50 mm gewählt wurden. Durch diese Anordnung wurde ein Streuung erreicht, daß sich die mittleren Strömungsgeschwindigkeiten in diesen Kanälen 23 und 9 nur noch etwa um 5 % unterscheiden, während ohne die Strömung beieinflussende Einbauten bei einem Abstand vom 100 mm zwischen der Ofenwand und Chargenseitenfläche die Strömungsgeschwindigkeiten in diesem Kanal im Vergleich zu der in den Kanälen 9 zwischen den Bolzenreihen etwa das 1,5fache beträgt. Die erfindungsmäßige Maßnahme beträgt somit eine weitgehende Angleichung der mittleren Strömungsgeschwindigkeiten in den verschiedenen Kanälen, womit sich infolge der dann auch etwa gleichen Wärmeübergangsziffern eine hervorragende Vergleichmäßigung im Aufheizverhalten am Rand und in der Mitte der Charge ergibt.

[0017] Die Fig. 6 und 7 zeigen eine andere Variante der Erfindung. Bei dieser Anordnung sind die Elemente nicht fest an der Seitenwand angeordnet, sondern die jalousierartig angeordneten Klappen 25 können nach dem Einfahren der Charge in den Ofen von außen über einen hydraulich oder pneumatisch beriebenen Zylinder 26 und einen Hebel 27 verstellt werden. Bei sehr erheblichen Anforderungen an die Genauigkeit der erzielten Temperatur können die Klappen auch der Form der Bestandteile der Charge angepaßt werden, so daß hier gleiche Strömungsverhältnisse wie innerhalb der Charge erreicht werden können. Bei runden Aluminumbarren können bsw. die Klappen 25 halbrund ausgebildet sein. An den Stirnseiten der Aluminiumbarren ist es jedoch zweckmäßiger, die Klappen gerade zu belassen.

[0018] Es ist besonders zweckmäßig, wenn an dem bewegbaren Ende der Klappen Anschläge 28 angebracht sind, die einen bestimmten Mindestspalt sicherstellen. Der Antriebszylinder 26 ist zweckmäßig federbelastet, so daß er bei einer Wärmeausdehnung des zu behandelnden Gutes nachgeben kann und der Mindestspalt erhalten bleibt.

[0019] Es sei noch darauf hingewiesen, daß bei einer anderen Luftumwälzung die Elemente in dem Spalt so angeordnet sein müssen, daß sie sich senkrecht zur Strömungsrichtung der Luft befinden. Beispeilsweise bei einer Längsumwälzung der Luft müssen die Elemente senkrecht angeordnet sein.

Ansprüche

1. Industrieofen mit Luftumwälzung für Wärmebehandlungsverfahren mit hoher Temperaturgleichmäßigkeit innerhalb einer zu behandelnden Charge, die derart angeordnet oder mit Hilfe von Zwischenlagen so gestapelt ist, daß die umgewälzte heiße Luft die Charge allseitig gut umspült, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Raum (8,10) zwischen der Charge (1) und den Ofenwänden (7, 29) den Luftstrom beeinflußende Elemente (Hindernisse, Leitbleche o.dgl. 22, 25) angeordnet sind.

2. Industrieofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Raum (8) zwischen der Charge (1) und der Ofeninnenwand (7, 29) den Luftstrom beeinflußende Elemente (22) starr angeordnet sind.

3. Industrieofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Raum (8, 10) zwischen der Charge (1) und der Offeninnnwand (7,29) den Luftstrom beeinflußende Elemente (25) beweglich (z.B. verschwenkbar) angeordnet sind.

4. Industrieofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Luftstrom beeinflußenden Elemente in ihrer Form der Form der Charge (1) angepaßt sind.

5. Industrieofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den Luftstrom beeinflußenden Elemente senkrecht zur Luftströmung angeordnet sind.

Zeichnung