Anwärmofen für zylindrische Güter

Abstract

 Ein Anwärmofen für zylindrische Güter, insbesondere Bolzen, Stangen und Rohre, weist eine Transportvorrichtung mit einer Fördervorrichtung, die die Güter in Längsrichtung durch einen Behandlungsraum, dessen Form dem Querschnitt des Gutes angepasst ist, befördert sowie eine Hubvorrichtung auf, die die Längsachsen der Güter, unabhängig von ihrem Durchmesser, auf der gleichen Achshöhe im Behandlungsraum hält. In den Wänden des Behandlungsraumes sind Düsenöffnungen ausgebildet, die einen erwärmten Gasstrahl in radialer Richtung, bezogen auf die Längsachse des Gutes, auf die Gutoberfläche richten. Die Beschickung der die Düsen speisenden Zuführkanäle erfolgt von den beiden Enden des Behandlungsraumes her.
Ein Ventilator ist quer ab von der Mitte des Behandlungsraumes angeordnet und bläst beidseitig zu den Eintrittsquerschnitten aus.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Anwärmofen für Bolzen, Stangen, Rohre und ähnliche zylindrische Güter der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

[0002] Aus der WO 83/02661 ist ein Anwärmofen für Bolzen, Stangen, Rohre und ähnliche zylindrische Güter bekannt, die mittels einer Transportvorrichtung durch einen Behandlungsraum gefördert werden. Diese Transportvorrichtung behält jedoch eine bestimmte, vorgegebene Höhe bei, so daß sich bei Gütern mit unterschiedlichem Durchmesser die Längsachsen nicht exakt in der Mitte des zylindrischen Behandlungsraumes befinden. Dadurch kommt es jedoch zu einer ungleichmäßigen Beaufschlagung der Gutoberfläche durch den erwärmten Gasstrom und eine entsprechend ungleichmäßige Erwärmung, die zu Verkrümmungen des Glühgutes führen kann, die der weiteren Verarbeitung sehr hinderlich sind. Außerdem rufen diese Verkrümmungen wiederum eine noch ungleichmäßigere Erwärmung hervor, da sich, über die Länge des Glühgutes gesehen, der Abstand zwischen der Wand des zylindrischen Behandlungsraumes und der Oberfläche des Glühgutes in unkontrollierter Weise ändert.

[0003] Die Ventilatoren für die Erzeugung des umgewälzten Gasstroms sind so angeordnet, daß das Gut ohne zusätzliche konstruktionsaufwendige und Druckverluste verursachende Einbauten, wie beispielsweise Leitbleche, nicht auf seiner gesamten Länge gleichmäßig durch den Gasstrom beaufschlagt wird; dies ist auf die einseitige Anordnung der Ventilatoren zurückzuführen. Außerdem blasen die Ventilatoren quer zur Längsachse des Gutes ab, so daß der Druckrückgewinn im Ventilatorgehäuse Probleme bereitet.

[0004] Ein weiterer Nachteil dieses bekannten Anwärmofens liegt in der Verwendung von Schlitzdüsen für die konvektive Erwärmung. Diese, längs des Gutes angeordnete Schlitzdüsen erzeugen Schlitzstrahlen, deren Austrittsgeschwindigkei t über dem Gutumfang in unterschiedlichen Richtungen zur Gutoberfläche verläuft und also eine ungleichmäßige Strönungsbeaufschlagung und damit eine ungleichmäßige Erwärmung um den Gutumfang zur Folge hat.

[0005] Entsprechende Konstruktionen gehen aus der DE-OS 29 29 322, der DE-OS 27 12 279, der DE-AS 26 37 646 und der DE-OS 23 49 765 hervor.

[0006] Besonders in der Leichtmetallindustrie, beispielsweise bei zylindrischen Gütern aus Aluminium, werden zunehmend höhere Anforderungen an die gleichmäßige Erwärmung und die genaue Einhaltung der geforderten Temperaturen gestellt. Außerdem sollte aus wirtschaftlichen Gründen die Behandlungszeit möglichst kurz gehalten werden; aus diesem Grunde wird angestrebt, den Wärmeübergang so groß wie möglich zu machen. Gerade bei hohen Wärmeübergängen wirken sich jedoch örtliche Schwankungen stark aus und können zu örtlichen Uberhitzungen führen. Dies ist ein schwerwiegender Mangel von Anwärmöfen, bei denen zur Verbesserung des Wärmeübergangs das zylindrische Gut direkt durch Flammen beaufschlagt wird, wie es aus der US-PS 3 837 794 bekannt ist.

[0007] Weiterhin sind schon Anwärmöfen entwickelt worden, bei denen das Gut während der Behandlung gedreht (US-PS 4 410 308) oder induktiv erwärmt wird (DE-OS 26 28 657). Hierfür ist jedoch ein großer konstruktiver Aufwand erforderlich. Außerdem gewährleistet auch die induktive Beheizung nicht die gleichmäßige Erwärmung des zylindrischen Gutes über seine gesamte Länge.

[0008] Weiterhin geht aus der DE-OS 29 19 207 eine Transportvorrichtung für einen Anwärmofen hervor, bei dem jedoch die Erwärmung der zylindrischen Güter durch den direkten Kontakt mit erwärmten, feuerfesten Blöcken, also nicht durch konvektive Erwärmung, erfolgt.

[0009] Ein Anwärmofen der angegebenen Gattung geht schließlich aus der US-PS 4 065 249 hervor und weist einen Behandlungsraum, dessen Form dem Querschnitt des Gutes angepaßt ist, eine Transportvorrichtung für die Förderung des Gutes in Richtung seiner Längsachse durch den Behandlungsraum, einen Ventilator für die Erzeugung eines Gasstroms, eine Heizeinrichtung für die Erwärmung des Gasstroms sowie Düsenöffnungen für die Einführung des erwärmten Gasstroms in den Behandlungsraum auf. Auch hierbei ergibt sich jedoch der oben erwähnte Nachteil, nämlich die ungleichmäßige Erwärmung der zylindrischen Güter über ihre Länge und/oder über ihren Umfang, die auf die ungleichmäßige Beaufschlagung der Güter durch den Behandlungsgasstrcm zurückzuführen ist.

[0010] Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Anwärmofen der angegebenen Gattung zu schaffen, bei dem die oben erwähnten Nachteile nicht auftreten.

[0011] Insbesondere soll ein Anwärmofen vorgeschlagen werden, der zu einer genau definierten, gleichmäßigen Erwärmung des zylindrischen Gutes über seine gesamte Länge und seinen gesamten Umfang führt und durch unterschiedliche Erwärmung bedingte Verkrümmungen ausschließt.

[0012] Dies wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale erreicht.

[0013] Zweckmäßige Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen zusammengestellt.

[0014] Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen insbesondere auf der Beaufschlagung der zylindrischen Güter durch den umgewälzten Gasstrom in einer Weise, die auch bei unterschiedlichen Durchmessern des Gutes stets zu einer symmetrischen Verteilung des Wärmeübergangs über die Gutoberfläche und über die Gutlänge führt. Zu diesem Zweck werden einerseits die zylindrischen Güter jeweils mit konstanter, definierter Achsla^ge in dem Anwärmofen gehalten; weiterhin erfolgt die Wärmeübertragung durch ein Düsenfeld, dessen Düsenstrahlen genau radial zur Längsachse des zylindrischen Gutes gerichtet sind, wodurch stabile, definierte Wärmeübergangsverhältnisse gewährleistet werden. Die genaue radiale Ausrichtung der auftreffenden Strahlen wird wiederum durch eine entsprechende Gestaltung der Strömungsführung und des mit den Düsenöffnungen versehenen Strömungskanals erreicht.

[0015] Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Anwärmofen,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie A-A von Fig. l,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie B-B von Fig. 2,

Fig. 4 die Einzelheit Z von Fig. 3 im vergrößerten Maßstab entsprechend einem Schnitt längs der Linie D-D von Fig. 2,

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie C-C von Fig. 2,

_Fig. 6 eine perspektivische Ansicht der Transportvorrichtung, und

Fig.7 einen senkrechten Schnitt durch die Transportvorrichtung.

[0016] Das zu glühende Gut wird in den Zeichnungen schematisch durch einen zylindrischen Bolzen 1 angedeutet, der sich in einem zylindrischen Behandlungsraum 2 befindet. Dieser Bolzen 1 wird durch eine aus den Figuren 6 und 7 ersichtliche - Fördervorrichtung in horizontaler Richtung in den Behandlungsraum eingeführt, anschließend mittels einer in die Fördervorrichtung integrierten Hubvorrichtung in vertikaler Richtung im Behandlungsraum zentriert, dort bei Bedarf eine vorgegebene Zeitspanne gehalten, wieder abgesenkt und anschließend aus dem Behandlungsraum 2 herausbefördert. Die Transportrichtung der Bolzen 1 verläuft horizontal in Längsrichtung der zentralen Mittel- bzw. Längsachse der Bolzen 1.

[0017] Wie man aus Fig. 4 erkennt, befördert die Transportvorrichtung die Bolzen 1 in der Weise in den Behandlungsraum, daß die Längsachsen aller Bolzen 1, und zwar unabhängig von ihrem Durchmesser, auf der gleichen Höhe in dem Behandlungsraum 2 gehalten werden. In Fig. 4 ist bei la der minimale Bolzendurchmesser und bei lb der maximale Bolzendurchmesser eingezeichnet. Es läßt sich erkennen, daß in beiden Fällen die Längsachse der Bolzen la bzw. lb an der gleichen Stelle liegen.

[0018] Die Außenwände des Behandlungsraumes 2 werden durch Seitenwände von Zuführkanälen 4 für das Behandlungsgas, beispielsweise Luft, gebildet, die in Düsenöffnungen 3 in den Wänden des Behandlungsraumes 2 enden. Die Düsenöffnungen sind so in den Wänden angeordnet, daß die aus den Düsenöffnungen 3 austretenden Düsenstrahlen genau radial auf die Bolzen 1 gerichtet sind. Zu diesem Zweck liegen die Auftreffpunkte der Düsenstrahlen, bezogen auf die Abwicklung der Mantelfläche der zylinderförmigen Bolzen 1, in den Eckpunkten gleichseitiger Dreiecke. Die Seitenlänge dieser gleichseitigen Dreiecke entspricht etwa dem Abstand zwischen Düsenaustrittsfläche und Bolzenoberfläche, bezogen auf den mittleren Bolzendurchmesser. Bei kreisrunden Düsenöffnungen 3 entspricht der Austrittsdurchmesser der Düsenöffnungen 3 etwa einem Fünftel des mittleren Düsenabstandes von der Oberfläche der Bolzen 1.

[0019] Zum Abströmen des auf den Bolzen 1 auftreffenden Behandlungsgases steht ein Rückströmquerschnitt 5 zur Verfü- ^gung, über dem ein Ventilator 6 angeordnet ist. Damit kann also eine ungehinderte Abströmung des Behandlungsgases von dem Bolzen 1 zu einem Saugraum 7 erfolgen, der sich nahezu über die gesamte Länge des Bolzens 1 erstreckt.

[0020] Der Ventilator 6 fördert das Behandlungsgas symmetrisch auf beiden Seiten in Abströmdiffusoren 8. Am Ende dieser Abströmdiffusoren 8, also an den Stellen, wo sich die Abströmdiffusoren etwa auf die Anlagenbreite erweitern, sind Brenner eingebaut, deren Flamme gegen die Abströmung vom Ventilator 6 gerichtet ist, wodurch sich die heißen Abgase sehr gleichmäßig mit dem vom Ventilator 6 umgewälzten Behandlungsgas vermischen. Es können Brenner für alle gängigen Brennstoffe verwendet werden. Bei indirekter Beheizung werden die Strahlrohre und bei direkter elektrischer Beheizung die Heizgitter ebenfalls in den Strömungskanal am Ende der Abströmdiffusoren eingebaut. Durch die sich anschließende Verengung des Strönungskanals erfolgt eine Beschleunigung, welche zu einem gleichmäßigen Geschwindigkeitsprofil im Eintrittsbereich 9 der Versorgungskanäle 4 für die Düsenöffnungen 3 führt.

[0021] Im weiteren Verlauf der Strömungsführung verengen sich die Zuführkanäle 4 für die Düsenöffnungen 3 vom Eintrittsquerschnitt 9 auf den Mittenquerschnitt 10, wie man in Fig. 5 erkennt, wodurch sich auf der Innenseite der Düsenöffnungen 3 überall der gleiche Strömungswinkel einstellt.

[0022] Die Transportvorrichtung soll im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren 6 und 7 beschrieben werden. Die allgemein durch das Bezugszeichen 12 angedeutete, aus Förder- und Hubvorrichtung bestehende Transportvorrichtung weist einen horizontalen, stationären Transportrollen-Herd 14 auf, d.h., die drehbaren Rollen 14 dieses Rollen-Herdes behalten ihre vertikale Höhe bei und dienen nur für die horizontale Förderung der Bolzen 1 in den und aus dem Behandlungsraum 2.

[0023] In den Förderrollen-Herd 14 ist eine Hubvorrichtung mit einem Verbindungs- und Tragrahmen 16 integriert, der durch Hubelemente (nicht dargestellt), z.B. Spindeln oder hydraulische Zylinder, in vertikaler Richtung verstellt werden kann. Der Rahmen 16 trägt mehrere, vertikale Hubstangen 18 (in Fig. 6 sind drei Stangen dargestellt), die an ihrem oberen Ende mit horizontalen Lagerbügeln 20 versehen sind. Die Lagerbügel 20 weisen Lagerflächen aus geeignetem Material, beispielsweise einem keramischen Werkstoff oder einem Sintermaterial, für die Wellen von Doppel-V-Rollen 22 auf.

[0024] Wie man aus Fig. 7 erkennt, sind die Wellen 15 der Förderrollen 14 sowie die Hubstangen 18 durch die Isolierung des Behandlungsraumes 2 nach außen geführt und außen gelagert.

[0025] Der auf den Förderrollen 14 liegende Bolzen 1 wird in horizontaler Richtung in den Behandlungsraum 2 eingeführt, bis er gegen einen Anschlag läuft. Dann wird der Bolzen 1 entgegen seiner Förderrichtung um eine gewisse Strecke zurückbewegt, bis er die richtige horizontale Lage im Behandlungsraum 2 erreicht hat.

[0026] Anschließend werden die Hubelemente betätigt, wodurch der Rahmen 16 und damit auch die Doppel-V-Rollen 22 in vertikaler Richtung nach oben verschoben werden, bis die aus Fig. 6 ersichtliche Längsachse des Bolzens 1 mit der zentralen Achse des Behandlungsraumens 2 zusammenfällt.

[0027] Die Doppel-V-Rollen 22 sind gleichmäßig über die Länge des Bolzens 1 verteilt und bestehen aus einem warmfesten Material. Bis auf die mittlere Doppel-V-Rolle sind alle Hubrollen drehbar gelagert. Die, bezogen auf die Länge des Bolzens 1, mittlere Doppel-V-Rolle 22 ist jedoch stationär, kann sich also nicht drehen, wodurch bei der Erwärmung des Bolzens eine in Längsrichtung von der Mitte des Bolzens 1 ausgehende, gleichmäßige Wärmeausdehnung zu beiden Seiten des Bolzens 1 hin gewährleistet ist.

[0028] Bei einer Ausführung des Anwärmofens mit mehreren Behandlungsräumen 2 können die Hubvorrichtungen der einzelnen Behandlungsräume 2 unabhängig voneinander bedient werden, wodurch eine Chargierung der einzelnen Behandlungsräume 2 möglich ist.

[0029] Für die Fertigung ergibt sich durch die beschriebene Ausgestaltung der Düsenöffnungen die Vereinfachung, daß mit der gleichen Düsenöffnung, die beispielsweise durch entsprechende Verformung mit einem _Druckwerkzeug hergestellt werden kann, überall der gewünschte Strahlneigungswinkel möglichst exakt senkrecht zur Achse des zylindrischen Bolzens 1 erreicht wird. Auf diese Weise wird auch eine überall gleichmäßige Abströmung des Behandlungsgases vom Bolzen 1 erzielt, die wiederum zu einem gleichmäßig über die Bolzenoberfläche verteilten Wärmeübergang führt.

Ansprüche

1. Anwärmofen für Bolzen, Stangen, Rohre und ähnliche, zylindrische Güter

a) mit mindestens einem Behandlungsraum, dessen Form dem Querschnitt des Gutes angepaßt ist,

b) mit einer Transportvorrichtung für die Förderung des Gutes in Richtung seiner Längsachse bis zu einer Endlage durch den Behandlungsraum,

c) mit einem Ventilator für die Erzeugung eines umgewälzten Gasstroms,

d) mit einer Heizeinrichtung zur Erwärmung des Gasstroms, und

e) mit Düsenöffnungen für die Einführung des erwärmten Gasstroms in den Behandlungsraum, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

f) die Transportvorrichtung (12) weist

fl)eine Fördervorrichtung (14) für die horizontale Bewegung des Gutes (1) und

f2)eine Hubvorrichtung (16, 18, 20, 22) für die Zentrierung des Gutes (1) vertikal zu seiner Längsachse in Abhängigkeit von den Querschnittsabmessungen des Gutes (1) im Behandlungsraum (2) auf;

g) in den Wänden des Behandlungsraumens (2) sind Düsenöffnungen (3) ausgebildet, die erwärmte Düsenstrahlen in radialer Richtung, bezogen auf die Längsachse des Gutes (1), auf die Gutoberfläche richten;

h) die Beschickung der die Düsen (3) speisenden Zuführkanäle (4) erfolgt von den beiden Enden des Behandlungsraumes (2) her; und

i) der Ventilator (6)

il) ist quer ab von der Mitte des Behandlungsraumes (2) angeordnet und

i2) bläst beidseitig zu den beiden Eintrittsquerschnitten (9) der Zuführkanäle (4) aus.

2. Anwärmofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftreffpunkte der Düsenstrahlen, bezogen auf die Abwicklung der Mantelfläche des zylindrischen Gutes (1), in den Eckpunkten gleichseitiger Dreiecke liegen.

3. Anwärmofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenlänge der gleichseitigen Dreiecke etwa gleich dem Abstand zwischen Düsenaustrittsfläche und Gutcberfläche, bezogen auf den mittleren Gutdurchmesser, ist.

₄. Anwärmofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei kreisrunden Düsenöffnungen (3) der Austrittsdurchmesser der Düsenöffnungen (3) etwa 1/5 des mittleren Abstandes der Düsenöffnungen (3) von der Gutoberfläche beträgt.

5. Anwärmofen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß über dem Behandlungsraum (2) ein Saugraum (7) vorgesehen ist, der sich etwa über die gesamte Länge des Gutes (1) erstreckt.

6. Anwärmofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Saugraum (7) in Verbindung stehende Ventilator (6) das Gas symmetrisch zu beiden Seiten in Abströmdiffusoren (8) fördert.

7. Anwärmofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende der Abströmdiffusoren (8) Brenner angeordnet sind, deren Flamme gegen die Abströmung vom Ventilator (6) gerichtet ist.

8. Anwärmofen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Querschnitt der Zuführkanäle (4) vom Eintrittsquerschnitt (9) zum Mittenquerschnitt (10) hin verringert.

9. Anwärmofen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördervorrichtung durch einen horizontalen Förderrollenherd (14) gebildet wird.

10. Anwärmofen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubvorrichtung einen durch Hubelemente in vertikaler Richtung verstellbaren Verbindungs- und Trag-Rahmen (16) für das Gut (1) aufnehmende Doppel-V-Rollen (22) aufweist.

11. Anwärmofen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die, bezogen auf die Länge des Gutes (1), mittlere Doppel-V-Rolle (22) nicht-drehbar gelagert ist.

Zeichnung