Verfahren zur Wärmerückgewinnung bei der Wärmebehandlung von metallischem Nutzgut und Durchlaufofen dazu

Abstract

 Bei einem Verfahren zur Wärmerückgewinnung bei der Wärmebehandlung von metallischem Nutzgut wird das Nutzgut durch eine Vorheizzone (6), eine Behandlungszone (7), und eine Kühlzone (8) hindurchbewegt, wobei mittels eines gasförmigen Wärmeträgerstroms Wärme aus der Kühlzone in die Vorheizzone entgegen dem Nutzgutstrom übertragen wird.
Um einen wesentlichen Teil der sonst in der Kühlzone abzuführenden Nutzwärme zum Aufheizen des Nutzgutes zurückzugewinnen, und zwar ohne größeren apparativen Aufwand, wird der Wärmeträger in der Kühi- und in der Vorheizzone jeweils im Gegenstrom oder im Kreuzgegenstrom zu dem Nutzgut zwangsweise durch das in Gestalt von Schütt-oder Stapelgut vorliegende Nutzgut hindurchgeführt und von der Kühlzone in die Vorheizzone geleitet. Die Wärmekapazitätsströme des Schütt- oder Stapelgutes sowie des Wärmeträgers in der Kühl - und/oder Vorheizzone werden etwa gleich groß gemacht, wobei die beiden Zonen derart bemessen werden, daß der thermische Austauschgrad e zwischen dem Nutzgut und dem Wärmeträger jeweils größer 0,5 ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmerückgewinnung bei der Wärmebehandlung von metallischem Nutzgut, das durch eine Vorheizzone, eine Behandlunqszone und eine Kühlzone hindurchbewegt wird, wobei mittels eines gasförmigen Wärmeträqerstromes Wärme aus der Kühlzone in die Vorheizzone entgegen dem Nutzgutstrom übertragen wird.

[0002] Außerdem bezieht sich die Erfindung auf einen zur Durchführung dieses Verfahrens eingerichteten Durchlaufofen für die Wärmebehandlung von metallischem Nutzgut, mit einer Vorheizzone , einer Behandlungszone und einer Kühlzone, durch dessen Ofenkammer sich eine das Nutzgut fördernde Transporteinrichtung erstreckt sowie mit einer Einrichtung, um einen Wärme aus der Kühlzone in die Vorheizzone übertragenden gasförmigen Wärmeträgerstrom entgegen dem Nutzgutstrom von der Kühlzone in die Vorheizzone zu leiten.

[0003] Der Energiebedarf für die Wärmebehandlung von Stahl-und NE-Metallteilen in Durchlauföfen ergibt sich im wesentlichen aus zwei Wärmebilanzposten, wenn von den nur bei brennstoffbeheizten Often auttretenden Abgasverlusten abgesehen wird:

[0004] Energiebedarf E = Nutzwärmestrom Q_N + Wandwärmestrom Q_W.

[0005] Der Wandwärmestrom Q_w (Wandverlust) kann durch geeignete Ofenkonstruktion und -isolierung gesenkt werden. Der Nutzwärmestrom Q_N hängt vom Durchsatz,der Behandlungstemperatur und der Wärmekapazität des behandelten Nutzgutes ab. Beim Eintritt in die Kühlzone hat das Nutzgut die in der Haltezone herrschende Temperatur, die durch Wärmeabfuhr in der Kühlzone auf Umgebungstemperatur abgesenkt wird. Die dabei abgeführte Wärme geht in der Regel verloren, weil der mit einer Wärmerückgewinnung bei der Wärmebehandlung von metallischem Schütt- oder Stapelgut verbundene apparative Aufwand bisher wesentlich zu groß erschien.

[0006] Es ist in der Praxis bekannt, dem eigentlichen Ofen abgetrennte Vorheiz- und Kühlkammern zuzuordnen und mit einem Gastrom Wärme von der Kühl- zu der Vorheizkammer entgegen dem Nutzgutstrom zu übertragen. Bei Durchlauföfen sind dafür aber gasdichte Zwischentüren erforderlich, durch die der Transport des Nutzgutes unterbrochen und damit der gesamte Ofenbetrieb erschwert wird. Abgesehen von dem Aufwand ist bei bestimmten Ofent^ypen (z.B. Bandöfen) eine solche Abteilung in einzelne getrennte Kammern gar nicht möglich. Auch gibt es Öfen zur Behandlung von metallischem Gut, die eine kombinierte Vorheiz- und Kühlzone aufweisen, in der durch eine strömungsmäßig unkontrollierte Umwälzung der Atmosphäre eine Wärmeübertragung von dem zu kühlenden auf das vorzuheizende Nutzgut erreicht werden soll. Diese unkontrollierte Gasumwälzung erlaubt aber nur eine sehr unvollkommene Wärmerückgewinnung.

[0007] Schließlich ist es bekannt (US-PS 4093 195), bei einem eine Heizzone, eine Aufkohlungszone und eine Diffusionszone aufweisenden Aufkohlungsofen in jeder dieser Zonen jeweils unterhalb des Rostes zumindest ein an der Ofenseitenwand angeordnetes Gebläse vorzusehen, das eine Durchströmung des Kühlgutes im Kreuzgegenstrom erzeugt. Jedes dieser Gebläse ist aber durch entsprechende Luftführung auf die ihm zugeordnete Zone beschränkt; es kann nur in der jeweiligen Zone eine gleichmäßige Durchströmung des Glühgutes hervorrufen. Eine Wärmerückgewinnung ist bei diesem Aufkohlungsofen nicht möglich.

[0008] Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen wesentlichen Teil der sonst in der Kühlzone abzuführenden Nutzwärme Q_N zum Aufheizen des Nutzgutes unter einfacher Anpassung an unterschiedliche Betriebsbedingunqen (Anfahren, Leerfahren, Änderung des Durchsatzes usw.) rückzugewinnen, und zwar ohne daß dazu ein übermäßiger apparativer Aufwand erforderlich wäre.

[0009] Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß derart vorgegangen, daß der Wärmeträger in der Kühl- und der Vorheizzone jeweils im Gegenstrom oder im Kreuzgegenstrom zu dem Nutzgutstrom zwangsweise durch das in Gestalt von Schütt- oder Stapelqut vorliegende _Nu_tzgut geführt und von der Kühlzone in die Vorheizzone geleitet wird, daß die Wärmekapazitätsströme des Schütt- oder Stapelgutes und des Wärmeträgers in der Kühl- und/oder der Vorheizzone etwa gleich groß gemacht sind, und daß die Kühl- und die Vorheizzone derart bemessen werden, daß der thermische Austauschgrad ε zwischen dem Schütt- oder Stapelgut und dem Wärmeträger jeweils größer ε = 0,5 ist.

[0010] Dadurch, daß das Schütt- oder Stapelgut in der Kühl-und in der Vorheizzone jeweils zwangsweise im Gegen- bzw. im Kreuzgegenstrom von dem Wärmeträger durchströmt wird, gelingt es, einen hohen Anteil der Nutzwärme aus der Kühlzone in die Vorheizzone zu transportieren. Dem Wärmeträgerstrom wird beim Durchströmen der Behandlungszone zusätzlich Wärme zugeführt. Der Rückgewinnungsnutzen ist umso größer, je größer der Austauschgrad ε ist. In der Praxis werden deshalb für den Austauschgrad Werte in der Größenordnung von ε = 0,7 und größer angestrebt.

[0011] Der Wärmeträger kann von der Kühlzone unmittelbar durch die Behandlungszone in die Vorheizzone geleitet werden. Es ist aber auch möglich, ihn zumindest teilweise in einer Rohrleitung von der Kühl- zur Vorheizzone zu leiten, was es erlaubt, mit einem niedrigeren Austauschgrad das Auslangen zu finden oder den Energierückgewinn noch etwas zu steigern.

[0012] Insbesondere beim Anfahren, d.h. während der Zeitspanne, in der aus der Kühlzone noch keine Wärme rückgewonnen werden kann, steht für das Vorheizen des Schütt- oder Stapelgutes in der Vorheizzone auch noch keine rückgewonnene Wärme zur Verfügung. Es kann deshalb zweckmäßig sein, daß das Schütt- oder Stapelgut in der Vorheizzone zumindest zeitweise zusätzlich beheizt wird.

[0013] Der Wärmeträger kann in einem die Kühl- und/oder die Vorheizzone enthaltenden Kreislauf geführt werden, was insbesondere dann von Bedeutung ist, wenn es sich bei dem Wärmeträger um ein wertvolles Gas, beispielsweise ein Schutzqas, handelt. Dabei wird der Wärmeträger an wenigstens einer Stelle des Kreislaufes vor dem Eintritt in die Kühlzone gekühlt. Auch kann der Wärmeträgerstrom am Austritt aus der Kühlzone verzweigt werden, wobei ein Teil des Wärmeträgers im Kreislauf wieder in die Kühlzone zurückgeleitet wird.

[0014] Die Temperatur des Wärmeträgers kann in der Nähe des Überganges zwischen der Kühlzone und der Haltezone gemessen werden, wobei dann der Durchsatz des Wärmeträqers durch die Kühlzone in Abhängigkeit von dieser Temperatur geregelt wird. Es kann auch, gegebenenfalls zusätzlich, die Temperatur des Wärmeträgers in der Nähe des Einganges der Vorheizzone gemessen und der Durchsatz des Wärmeträgers durch die Vorheizzone in Abhängigkeit von dieser Temperatur geregelt werden.

[0015] Das Verfahren gestattet es, einen großen Teil des sonst in der Kühlzone nutzlos abgeführten Nutzwärmestromes ohne großen apparativen Aufwand zurückzugewinnen, wobei die praktische Erfahrung gezeigt hat, daß der rückgewinnbare Anteil in der Regel mehr als 50% des Nutzwärmestromes beträgt. Gleichzeitig ist eine automatische Anpassung an unterschiedliche Betriebsbedingungen der Wärmebehandlung möglich.

[0016] Der eingangs genannte, für die Durchführung dieses Verfahrens eingerichtete Durchlaufofen ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Vorheizzone, die Behandlungszone und die Kühlzone in der Ofenkammer aneinander anschließend angeordnet sind, daß die Kühl- und die Vorheizzone den Wärmeträgerstrom zwangsweise im Gegenstrom oder im Kreuzgegenstrom in im wesentlichen vertikaler Richtung zu dem Nutz^gutstrom durch das in Gestalt von Schütt-oder Stapelgut vorliegende Nutzgut leitende Kanäle enthalten, die unter der gasdurchlässig ausgebildeten Transporteinrichtung angeordnet sind und die oben durch gasdurchlässige Chargenträger für das Schütt- oder Stapelgut abgeschlossen sind.

[0017] Zwischen der Vorheizzone, der Behandlungszone und der Kühlzone brauchen in der Ofenkammer keine Türen vorhanden zu sein, womit der Schütt- oder Stapelguttransport durch die Ofenkammer völlig unbehindert ist. Die in der Kühl- und in der Vorheizzone vorhandenen Kanäle-für den Wärmeträgerstrom erzwingen die zwangsweise Durchströmung des Schütt- oder Stapelgutes im Gegen- oder im Kreuzgegenstrom, ohne daß dazu außer Gebläsen ein großer apparativer Aufwand erforderlich wäre.

[0018] In einer Ausführungsform ist die Anordnung derart getroffen, daß die Kanäle oben durch eine Chargenauflage der Transporteinrichtung begrenzt sind, auf der die Chargenträger nebeneinanderliegend abgedichtet aufliegen..

[0019] Um den Wärmeträger im Kreuzgegenstrom zu führen, ist es vorteilhaft, wenn wenigstens einer der Kanäle in Kammern unterteilt ist, in denen durch wenigstens ein den Wärmeträger förderndes Gebläse eine entgegengesetzt gerichtete Durchströmung des Schütt- oder Stapelgutes mit dem Wärmeträger erzeugt wird. Das Gebläse kann im Bereiche einer in dem zugeordneten Kanal zwischen zwei Kammern liegenden Trennwand angeordnet sein. Auf diese Weise ist es möalich, mittels eines einzigen Gebläses in den beiden zugeordneten Kammern einen Saug- und einen Druckbereich unterhalb der Transporteinrichtung zu erzeugen, so daß das Schütt- oder Stapelgut in diesen Bereichen auch in entgegengesetzter Richtung durchströmt ist. Das Gebläse kann eine Meßeinrichtung für den Wärmeträgerdurchsatz aufweisen, der eine mit ihr zusammenwirkende, gegebenenfalls selbsttätige Stelleinrichtung für den Wärmeträgerstrom zugeordnet ist, die es erlaubt, den Wärmeträgerstrom auf den jeweils zweckmäßigen Wert einzustellen.

[0020] Um eine direkte Überleitung des Wärmeträgers aus der Kühlzone über die Behandlungszone in die Vorheizzone zu ermöglichen, können zwischen der Behandlungszone und der Kühlzone sowie zwischen der Vorheizzone und der Behandlunqszone Durchlässe für den Wärmeträger angeordnet sein. Die Kühlzone und die Vorheizzone können aber auch über eine, vorzugsweise durch die Behandlungszone verlaufende, gegebenenfalls Regelmittel enthaltende Rohrlei- tun^gen miteinander verbunden sein.

[0021] Wird der Wärmeträger im Kreislauf geführt, so sind der Eingang der Vorheizzone und der Ausgang der Kühlzone durch eine ventilgesteuerte Rückströnleitung für den Wärmeträger miteinander verbunden, die ein Gebläse und einen Kühler enthält. Von dieser Rückströmleitung kann ventilgesteuert eine Stichleitunq zum Eingang der Kühlzone abzweigen, um damit den Wärmeträgerdurchsatz bedarfsgemäß einstellen zu können. Außerdem kann der Durchlaufofen im Bereiche der Vorheizzone eine zumindest während des Anfahrbetriebes wirksame Zusatzheizeinrichtung aufweisen.

[0022] Schließlich kann der Durchlaufofen am Eingang der Kühl- und/oder der Heizzone jeweils eine Temperaturmeßstelle enthalten, deren Meßsignale wenigstens einem Reqler zugeführt werden, der durch Eingriff auf zumindest ein von dem Wärmeträger durchströmetes Stellqlied den Wärmeträgerstrom durch die Kühlzone und/oder die Vorheizzone auf einen vorbestimmten Sollwert einregelt.

[0023] In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Durchlaufofen gemäß der Erfindung in einer Seitenansicht in schematischer Darstellung und im Längsschnitt,

Fig. 2 den Durchlaufofen nach Fig. 1, geschnitten längs der Linie II-II der Fig. 1 in einer Seitenansicht und in schematischer Darstel- lun^g,

Fig. 3 den Durchlaufofen nach Fig. 2, geschnitten längs der Linie III-III der Fig. 2 in einer Draufsicht und im Ausschnitt und

Fig. 4 einen Durchlaufofen gemäß der Erfindung im Längsschnitt und in schematischer Darstellung sowie in einer Seitenansicht.

[0024] Der in der Zeichnung in zwei verschiedenen Ausführungsformen jeweils schematisch dargestellte Durchlaufofen dient zur Wärmebehandlung, beispielsweise zum Glühen von in Gestalt von Schütt- oder Stapelgut vorliegendem metallischem Nutzgut aus Stahl oder NE-Metallen. Er weist eine aus wärmeisolierendem Material bestehende langgestreckte Ofenkammer 1 auf, deren Beschickungsöffnung 2 und deren Ausgabeöffnung 3 jeweils durch eine Tür 4 bzw. 5 verschlossen sind. In der Ofenkammer 1 sind eine Vorheizzone 6, daran anschließend eine Heiz- oder Behandlunqszone 7 und wiederum daran anschließend eine Kühlzone 8 enthalten. Zwischen diesen Zonen 6, 7, 8 sind bei der dargestellten Ausführungsform keine Türen vorgesehen, so daß eine direkte Verbindung der entsprechenden Ofenkammerteile untereinander besteht. Durch die Vorheizzone 6, die Behandlungszone 7 und die Kühlzone 8 erstreckt sich eine durchgehende,gasdurchlässige Transporteinrichtung 9, beispielsweise in Gestalt eines gasdurch- lässi^gen Transportbandes, Rollen- oder Stoßherdes. Auf diese Transporteinrichtung 9 werden durch die Beschickungsöffnung 2 aufeinanderfolgend, einen gasdurchlässigen Boden aufweisende Chargenkörbe 10 aufgegeben, während durch die Ausgabeöffnung 3 Chargenkörbe in dem gleichen Takt entnommen werden, so daß das in den Chargenkörben 10 enthaltene Schüttgut aufeinanderfolgend durch die Vorheizzone 6, die Behandlungszone 7 und die Kühlzone 8 hindurchtransportiert wird. Die Seitenwände der Chargenkörbe 10 sind gasundurchlässig.

[0025] Die Transporteinrichtung 9 weist eine im Bereiche der beiden einander gegenüberliegenden Innenwände der Ofenkammer 1 angeordnete Chargenkorbauflage 11 auf, die im wesentlichen aus zwei Führungsbahnen besteht, auf denen die Chargenkörbe 10 aneinander anstoßend transportiert werden. Jeder Chargenkorb 10 ist mit einem gasdurchlässigen Boden 12 versehen, während die Chargenkorbauflage 11 mit den darauf stehenden Chargenkörben 10 einen darunter angeordneten Kanal 13 abdichtet, der sich über die Länge des Innenraumes der Ofenkammer 1 erstreckt und durch Querwände 14 gegen die Behandlunqszone 7 abgesperrt sowie in Kammern 15, 16 unterteilt ist. Die Stand^plätze der taktweise vorbewegten Chargenkörbe 10 sind jeweils über den ihren Abmessungen angepaßten Kammern 15, 16 (vgl._ Fig. 3). In der Nähe des Ausganges der Kühlzone 8 mündet in die dort befindliche Kammer 15 eine Zufuhrleitung 17 für ein gasförmiges Wärmeträgermedium. Die Zufuhrleitung 17 enthält ein Regelventil 18, ein Gebläse 19 und einen Kühler 20; sie ist an ein Dreiwege-Regelventil 21 angeschlossen und bildet gemeinsam mit einer in der Nähe des Einganges der Vorheizzone 6 von der Ofenkammer 1 abgehenden Leitung 22 eine Rückströmleitung für den Wärmeträger. Von dem Dreiwege-Regelventil 21 geht eine Stichleitung 23 ab, die in der Ofenkammer 1 in der Nähe des Einganges der Kühlzone 8 mündet. Als gasförmiger Wärmeträger können Luft, Abgas oder Schutzgas etc. Verwendung finden.

[0026] Die Ofenkammer 1 ist im Bereiche der Behandlungszone 7 durch eine bei 24 schematisch angedeutete Heizung beheizt. Außerdem ist im Bereiche der Vorheizzone 6 eine Zusatzheizung 25 vorgesehen, deren Aufgabe im einzelnen noch erläutert wird.

[0027] Der über die Zufuhrleitung 17 in die Kühlzone 8 einströmende Wärmeträger wird in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise gezwungen, das in den Chargenkörben 10 enthaltene Schüttgut, bezogen auf den durch einen Pfeil bei 26 angedeuteten Nutzgutstrom, im Kreuzgegenstrom zu durchströmen, wie dies bei 27 veranschaulicht ist. Dazu ist zwischen zwei benachbarten Kammern 15, 16 jeweils ein Gebläse 28 angeordnet, das einer seitlichen Trennwand 29 derart zugeordnet ist, daß es, wie aus Fig. 3 zu ersehen, eine - 15 - der Kammern 15, 16 mit Druck und die andere - 16 - mit Unterdruck beaufschlagt, so daß das Schüttgut in den Chargenkörben 10 im entgegengesetzten Sinne durchströmt ist.

[0028] Bei dieser Durchströmung des Schüttgutes nimmt der Wärmeträger einen wesentlichen Teil der in dem in der Kühlzone 8 befindlichen Schüttgut enthaltenen Nutzwärme auf; er wird sodann unmittelbar in die Vorheizzone 6 geleitet, wo er in entsprechender Weise gezwungen wird, das in den Charqenkörben 10 enthaltene Schüttgut wiederum im Kreuzgegenstrom 27 zu durchströmen, bis er, abgekühlt, über die Leitung 22 aus der Vorheizzone 6 austritt und im Kreislauf wieder in die Zufuhrleitung 17 zurückgeführt wird.

[0029] Die Vorheizzone 6 und die Kühlzone 8 sind derart bemessen, daß das Verhältnis der Wärmekapazitätsströme von Nutzgut und Wärmeträgergas im kontinuierlichen Betrieb ungefähr 1 beträgt.

[0030] Der sogenannte thermische Austauschgrad c in der Vorheiz- und in der Kühlzone hängt ab von der Chargenfläche F, dem Wärmeübergangskoeffizienten α, dem Wärmekapazitätsstrom C und der Zahl der Strömungsdurchgänge (vgl. z.B. VDI-Wärmeatlas, VDI-Verlag, Düsseldorf). Die Vorheizzone 6, die Kühlzone 8 und der Wärmeträgerdurchsatz durch diese Zonen sind derart ausgelegt, daß sich ein möglichst großer Wärmetauschgrad ε ergibt, der auf jeden Fall größer 0,5, vorzugsweise aber größer 0,7 ist.

[0031] Unter diesen Umständen kann der in der Kühlzone 8 in der beschriebenen Weise aufgeheizte Wärmeträger über Durchlässe 31, 32 durch die Behandlungszone 7 hindurch von der Kühlzone 8 unmittelbar in die Vorheizzone 6 überströmen lassen werden, was besonders einfache konstruktive Verhältnisse ergibt.

[0032] Unterhalb der Transporteinrichtung 9 ist in dem Kanal 13 noch eine Leitung 33 vorgesehen, die ein Stellventil 340 enthält und eine unmittelbare, durch die Ofenkammer verlaufende Verbindung zwischen der Kühlzone 8 und der Vorheizzone 6 herstellt. Diese Rohrleitung 33 gestattet es, den Wärmeträger auch teilweise oder vollständig von der Kühlzone 8 in die Vorheizzone 6 zu leiten, wenn der thermische Austauschgrad f niedria ist. Auch kann durch die Rohrleitung 33 der Energierückqew'inn etwas gesteigert werden.

[0033] Wird als Wärmeträger Schutzgas verwendet, so wird der Wärmeträger in der beschriebenen Weise über die Leitungen 22, 17 durch das Gebläse 19 im geschlossenen Kreislauf umgewälzt, wobei es der Kühler 20 gestattet, den Wärmeträger auf die gewünschte Temperatur zu kühlen. Die im Schutzgasbetrieb erforderlichen Schleusen im Bereiche der Beschickungs-und der Ausgabeöffnung 2 bzw. 3 sind im einzelnen nicht dargestellt.

[0034] Erfolgt die Wärmebehandlung des Schüttgutes ohne Schutzgas, beispielsweise mit Luft als Wärmeträger, so wird der Kreislauf an der Stelle des Kühlers 20 bei 200 geöffnet, wobei der Kühler 20 entfällt.

[0035] Die Kühlzone 8 enthält in der Nähe ihres Einganges einen Temperaturfühler 34, dessen Meßsignale einem Regler 35 zugeleitet werden,der das Peqelventil 18 beeinflußt und damit den Wärmeträgerstrom in der Kühlzone 8, abhängig von der am Übergang zwischen der Kühlzone 8 und der Behandlungszone 7 herrschenden Temperatur regelt.

[0036] Wenn das Verhältnis der Wärmekapazitätsströme von Nutzgut und Wärmeträgergas in der Kühlzone 8 "1'' ist, ist die Differenz zwischen der bei 34 gemessenen Temperatur und der bei 35 gemessenen Teme- _rat_ur in der Behandlungszone 7 gleich der Differenz zwischen der Wärmeträgergaseintrittstemperatur an der Mündungsstelle der Zufuhrleitung 17 in den Kanal 13 und der Temperatur des Nutz- oder Schüttgutes beim Austritt aus der Ausgabeöffnung 3. Bei hinreichender Konstanz dieser drei Temperaturen kann die bei 34 gemessene Temperatur direkt als Regelgröße benutzt werden.

[0037] Eine weitere Temperaturmeßstelle ist bei 36 am Eingang der Vorheizzone 6 vorgesehen. Der an dieser Stelle angeordnet Temperaturfühler steuert über einen Regler 37 und das Dreiwege-Regelventil 21 den Wärmeträgergasstrom durch die Vorheizzone 6. Bei kontinuierlichem Betrieb strömt der Wärmeträger ganz oder zum größten Teil durch die Vorheizzone 6, während bei. abnehmendem Durchsatz oder beim Leerfahren der Wärmeträqer ganz oder teilweise über die Stichleituna 23 über den Kühler 20 geleitet wird, in dem er auf die gewünschte Temperatur abgesenkt wird.

[0038] Beim Anfahren des Durchlaufofens wird der Wärmeträgerstrom von dem Regler 35 über das Regelventil 18 abgesperrt,
da in der Kühlzone 8 noch kein aufgeheiztes Nutzgut enthalten ist. Da die Heizung 24 der Behandlungszone 7 in diesem Falle für den Nenndurchsatz nicht ausreicht, ist in der Vorheizzone 6 die Zusatzheizung 25 vorgesehen, die dann in Aktion tritt.

[0039] Der Kreuzgegenstrom 27 in der Kühlzone 8 und in der Vorheizzone 6 weist in jeder Zone mindestens zwei Durchgänge durch das in den Chargenkörben 10 enthaltene Schüttgut auf. Wie bereits erläutert, wird jeweils ein Durchgang durch das zuströmende und der andere Durchgang durch das abgesaugte Gas verwirklicht, wobei jedes Gebläse 28 zwei solche Durchgänge erzeugt.

[0040] Wie aus den Fig. 1, 3 zu entnehmen, ist jedem Gebläse 28 eine saugseitige Venturi-Meßdüse 40 zugeordnet, mit der der Wärmeträgergasstrom überwacht und Meßsignale erzeugt werden können, die es gestatten, mit Hilfe von.Schiebern 400 das Wärmekapazitätsstromverhältnis von 1 zwischen Nutzgutstrom und Wärmeträgerstrom einzustellen. Die Schieber 400 sind durch Stellmotoren 401 gesteuert.

[0041] Während bei der anhand der Fig. 1, 2, 3 im Vorstehenden erläuterten Ausführungsform des Durchlaufofens das Wärmeträgergas in der-Vorheizzone 6 und in der Kühlzone 8 jeweils im Kreuzgegenstrom 27 zu dem Nutzgutstrom geführt ist, gibt es auch Bauarten von Durchlauföfen, bei denen das Schüttgut in der Vorheizzone 6 und in der Kühlzone 8 jeweils im reinen Gegenstrom von dem Wärmeträgergas durchströmt ist. Eine solche Ausführungsform ist in Fig. 4 dargestellt. Dabei sind mit der Ausführungsform nach Fig. 1 gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, so daß sich eine nochmalige Erläuterung insoweit erübrigt.

[0042] Die Chargenkörbe 10 werden bei dieser Ausführungsform in der Vorheizzone 6 und in der Kühlzone 8 durch die Transporteinrichtung 9 jeweils in senkrechter Richtung abwärts bzw. aufwärts übereinander stehend transportiert. Dabei können die Gebläse 28 der Fig. 1-3 sogar entfallen. Allerdings muß dafür der erhöhte Aufwand für die von der Transporteinrichtung 9 zu bewirkende 90°-Transportumlenkung in Kauf genommen werden.

[0043] Bei direkter Gasbeheizung der Behandlungszone 7 werden die Abgase mit in die Vorheizzone 6 eingeführt und dort abgekühlt.

Ausführungsbeispiel:

[0044] Glühen kaltverformter Stahlteile als Schüttgut bei 700° C, Haltezeit 1 h, mittlere Teileabmessung 40 mm, Schüttdichte 3000 kg/m³, spezifische Oberfläche der Teile 0.₀2 _m²/_kg.

[0045] Taktdurchstoßofen ähnlich Fig. 1, Leistung 1000 kg/h brutto, Wärmekapazitätsstrom des Gutes 170 W/o K, Taktzeit 30 Minuten, Chargenkörbe L x B x H = .5 x 1 x.3 m, Bruttochargen 500 kg, Oberfläche je Charge 10 m².

[0046] Stickstoff als Wärmeträger 615 kg/h entsprechend 170/° K, Massenstromdichte durch das Schüttgut 0.35 kg/_m²_s.

[0047] Vorheizzone 6: 3 Chargenkörbe mit 30 m2, ε = 0.75 Kreuzgegenstrom mit drei Durchgängen Guterwärmung von 20 →530° C Wärmeträgerabkühlung von 700 → 1900° C

[0048] Behandlunqs- zone 7 : 4 Chargenkörbe (2 zum Restaufheizen) Guterwärmung von 530° →700° C Wärmeträgererwärmung von 535°→ 700° C (Wärmeträger direkt durch die Behandlungszone

[0049] Kühlzone 8: 3 Chargenkörbe mit 30 m², = ₀.₇₅ Kreuzgegenstrom mit drei Durchgängen Gutabkühlung von 700°→ 200° C Wärmeträgererwärmung von 35°→535° C

[0050] Das bedeutet:

- Heizenergieersparnis von 45% mit Wärmerückgewinnung

- Kühlwasserersparnis von 75% mit Wärmerückgewinnung

- vergleichbare Investitionskosten, weil die Kosten für den Wärmeträgerkreislauf und die Gebläse durch die größere Heizung beim Ofen ohne Wärmerückgewinnung kompensiert werden.

Ansprüche

I. Verfahren zur Wärmerückgewinnung bei der Wärmebehandlung von metallischem Nutzgut, das durch eine Vorheizzone, eine Behandlungszone und eine Kühlzone hindurchbewegt wird, wobei mittels eines gasförmigen Wärmeträgerstromes Wärme aus der Kühlzone in die Vorheizzone entgegen dem Nutzgutstrom übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträger in der Kühl- und der Vorheizzone jeweils im Gegenstrom oder im Kreuzgegenstrom zu dem 0 Nutzgutstrom zwangsweise durch das in Gestalt von Schütt- oder Stapelgut vorliegende Nutzgut geführt und von der Kühlzone in die Vorheizzone geleitet wird, daß die Wärmekapazitätsströme des Schütt- oder Stapelgutes und des Wärmeträgers in 5 der Kühl- und/oder der Vorheizzone etwa gleich groß gemacht sind, und daß die Kühl- und die Vorheizzone derart bemessen werden, daß der thermische Austauschgrad E zwischen dem Schütt-oder Stapelgut und dem Wärmeträger jeweils 0 gröBer ε = 0,5 ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträger von der Kühlzone unmittelbar durch die Behandlungszone in die Vorheizzone geleitet wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträger zumindest teilweise in einer Rohrleitung von der Kühl- zur Vorheizzone geleitet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schütt-oder Stapelgut in der Vorheizzone zumindest zeitweise zusätzlich beheizt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträger in einem die Kühl- und/oder die Vorheizzone enthaltenden Kreislauf geführt wird und daß der Wärmeträger an wenigstens einer Stelle des Kreislaufs vor dem Eintritt in die Kühlzone gekühlt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträgerstrom am Austritt aus der Kühlzone verzweigt und zumindest ein Teil des Wärmeträgers im Kreislauf wieder in die .Kühlzone zurückgeleitet wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Wärmeträgers in der Nähe des Überganges zwischen der Kühlzone und der Behandlungszone gemessen und der Durchsatz des Wärmeträgers durch die Kühlzone in Abhängigkeit von dieser Temperatur geregelt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Wärmeträgers in der Nähe des Einganges der Vorheizzone gemessen und der Durchsatz des Wärmeträgers durch die Vorheizzone in Abhängigkeit von dieser Temperatur geregelt wird.

9. Durchlaufofen für die Wärmebehandlung von metallischem Nutzgut gemäß dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Vorheizzone, einer Behandlungszone und einer Kühlzone, durch dessen Ofenkammer sich eine das Nutzgut fördernde Transporteinrichtung erstreckt, sowie mit einer Einrichtung, um einen Wärme aus der Kühlzone in die Vorheizzone übertragenden gasförmigen Wärmeträgerstrom'entgegen dem Nutzcutstrom von der Kühlzone in die Vorheizzone zu leiten, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorheizzone (6), die Behandlungszone (7) und die Kühlzone (8) in der Ofenkammer (1) aneinander anschließend angeordnet sind, daß die Kühl- und die Vorheizzone (8, 6) den Wärmeträgerstrom zwangsweise im Gegenstrom oder im Kreuzgegenstrom in im wesentlichen vertikaler Richtung zu dem Nutzgutstrom durch das in Gestalt von Schütt- oder Stapel- gut vorlieqende Nutzgut leitende Kanäle (13) enthalten, die unter der gasdurchlässig ausgebildeten Transnorteinrichtung (9) angeordnet sind und die oben durch gasdurchlässige Chargentrliger für das Schütt-oder Stapelgut abageschlossen sind.

10. Durchlaufofen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (13) oben durch eine Chargenauflage (11) der Transporteinrichtung (9) begrenzt sind, auf der die Chargenträger nebeneinanderliegend abgedichtet aufliegen.

11. Durchlaufofen nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Kanäle (13) in Kammern unterteilt ist, in denen durch wenigstens ein den Wärmeträger förderndes Gebläse (28) eine entgegengesetzt gerichtete Durchströmung des Schütt- oder Stapelgutes mit dem Wärmeträger erzeugt wird.

12. Durchlaufofen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse (28) im Bereiche einer in dem zugeordneten Kanal (13) zwischen zwei Kammern liegenden Trennwand (29) angeordnet ist.

13. Durchlaufofen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse (28) eine Meßeinrichtung (40) für den Wärmeträgerdurchsatz aufweist, der eine mit ihr zusammenwirkende, gegebenenfalls selbsttätige Stelleinrichtung für den Wärmeträgerstrom zugeordnet ist.

14. Durchlaufofen nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Behandlungszone (7) und der Kühlzone (8) sowie zwischen der Vorheizzone (6) und der Behandlungszone (7) Durchlässe (31, 34) für den Wärmeträger angeordnet sind.

15. Durchlaufofen nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlzone (8) und die Vorheizzone (6) über eine vorzugsweise durch die Behandlungszone (7) verlaufende, gegebenenfalls Regelmittel (340) enthaltende Rohrleitung (33) miteinander verbunden sind.

6. Durchlaufofen nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang der Vorheizzone (6) und der Ausgang der Kühlzone (8) durch eine ventilgesteuerte Rückströmleitung (22,17) für den Wärmeträger miteinander verbunden sind, die ein Gebläse (19) und einen Kühler (20) enthält.

17. Durchlaufofen nach Anspruch 16, .dadurch gekennzeichnet, daß von der Rückstromleitung ventilgesteuert eine Stichleitung (23) zum Eingang der Kühlzone (8) abzweigt.

18. Durchlaufofen nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß er im Bereiche der Vorheizzone (6) eine zumindest während des Anfahrbetriebes wirksame Zusatzheizeinrichtung (25) aufweist.

19. Durchlaufofen nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß er am Eingang der Kühl- und/oder der Vorheizzone (8 bzw. 6) jeweils eine Temperaturmeßstelle (34 bzw. 36) enthält, deren Meßsignale wenigstens einem Regler (35 bzw. 37) zugeführt werden, der durch Eingriff auf zumindest ein von dem Wärmeträger durchströmtes Stellglied (18 bzw. 21) den Wärmeträgerstrom durch die Kühlzone und/oder die Vorheizzone auf einen vorbestimmten Sollwert einregelt.

20. Durchlaufofen nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückströmleitung anstelle des Kühlers eine Unterbrechung aufweist.

Zeichnung