Verfahren und Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Strahlmitteln o. dgl.

Abstract

 Mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Strahlmitteln oder Schüttgut, insbesondere Stahlgranulaten, soll die Behandlung vereinfacht, wirtschaftlich günstiger und die Qualität des zu behandelnden Gutes verbessert werden. Dies wird verfahrensmäßig dadurch erreicht, daß das zu behandelnde Gut durch ein von Brenn- oder Heißgasen gebildetes Wirbelschichtbett gefördert, in der Wirbelschicht auf die jeweils geforderte Temperatur erwärmt und nach der Wirbelschicht abgekühlt bzw. abgeschreckt und dann zur weiteren Behandlung gefördert wird sowie vorrichtungsmäßig dadurch, daß die Vorrichtung (1) mit einem Flammen- oder Düsenraum (4) und einem Abgasraum (5) ausgerüstet ist, wobei beide Räume über ein gasdurchlässiges Trennmittel (3) getrennt und in Schwerkraftsrichtung über dem Trennmittel eine Zone (10) zur Erzeugung eines fördernden Wirbelbettes vorgesehen ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung richtet sicn auf ein Verfahren zur Warmebehandlung von Strahlmitteln oder Schüttgut, insbesondere Strahlgranulaten, Schrauben, Stiften o. agl., sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

[0002] Bei der Wärmebehandlung von schüttfähigen Metallteilen, z.B. Stahlgranulaten als Strahmitteln, Schrauben, Stiften, Muttern, Beilagscheiben u. ogl. mehr, ist es bekannt Verfanren einzusetzen, die sich Drehrohröfen oder wanderrostöfen bedienen. Diese Ofenarten und die damit verbundene Verfahrensweise haben erhebliche Machteile. Insbesoncere sind die einzusetzenden öfen wegen ihrer beweglichen Teile anfällig unc auch wartungsintensiv, insbesondere wegen aes Einsatzes von metallischen Teilen im Heibbereich.

[0003] Ein weiterer großer Nachteil ist bei der Behandlung in aerartigen Öfen aarin zu sehen, daß das zu behandelnde Gut trotz der Bewegung in den Öfen versintern kann. Es kann an den Fördereinrichtungen anbacken, so daß es entfernt werden muß u. dgl. mehr. Auch ist ein Nachteil darin zu sehen, daß die Verweilzeiten nicht ganz gleichmäßig eingehalten werden können, so daß auch die Ergebnisse eines Gluhvorganges sehr unterschiedlich innerhalb einer Charge sind. Die Bauart der herkömmlichen Öfen bedingt auch, daß diese nicht absolut iremdluitfrel ausgeführt werden können, so daß es durch den Eintritt von Luft zu einer oxiaierenden Atmosphäre innerhalb des Ofens kommen kann, was zu Entkohlungen führt. Ein weiterer Nachteil des Standes der Technik ist in dem hohen Energieeinsatz zu sehen, insbesondere dann, wenn getrennte Härte- und Anlaßöfen vorgesehen sind.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Lösung, mit der die Behandlung vereinfacht wird, wirtschaftlich nachhaltig günstiger gestaltbar ist, wobei gleichzeitig erreicht werden soll, daß die Qualität des wärmebehandelten Gutes verbessert, insbesonaere innerhalb einer Charge vergleichmäßigt mird.

[0005] Durch ein Verfahren der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfinaung aadurch gelöst, daß das zu behandelnde Gut durch ein von Brenn- oder Heißgasen gebildeten Wirbelschichtbett gefördert, in der Wirbelschicht auf die jeweils geforderte Temperatur erwärmt, und nach der Wirbelschicht abgekühlt bzw. abgeschreckt und dann zur weiteren Behandlung gefördert wird.

[0006] Die Wärmebehandlung, insbesondere das Härten bzw. Anlassen, innerhalb einer fördernden Wirbelschicht bringt ganz erhebliche Vorteile mit sich, wobei in gleicher Weise die Erfindung auch auf die Wärmebehandlung von Vormaterial bis zum Schmelzen gerichtet ist. Das geschmolzene Gut wird dann am Ende der Wirbelschicht ausgetragen.

[0007] Mit der Verfahrensweise wiru eine Vergleichmäßigung der Wärmebehandlung aller Teilchen erreicht, insbesondere deswegen, weil auch die Verweildauer innerhalb der Wirbelschicht vergleichsweise klein angesetzt werden kann. Ein Anbacken der Teilchen ist ebenso ausgeschlossen wie eine Entkohlung, da die Verfahrensweise einen entsprechenden Ofenbau zuläßt, bei dem Fremdlufteinfall ausgeschlossen ist. Zum anaeren ist mit aer erfindungsgemäßen Verfahrensweise ein Blankglühen möglich.

[0008] In Ausgestaltung sieht die Erfinaung vor, daß die Lintragung des zu behandelnden Granulates in die Wirbelschicht unter weitestgehender Fremdluftabdichtung erfolgt, was zu den oben bereits genannten Vorteilen führt.

[0009] Zur energetischen Optimierung aes erfindungsgemäßen Verfahrens ist für ein Härtverfahren mit nachfolgenden, Anlassen vorgesehen, daß das Härten in einem gasbefeuerten Wirbelschichtofen erfolgt und die Abgase als Betriebsgase für die nachfolgende Anlaßbehandlung in einem weiteren Wirbelschichtofen herangezogen weraen.

[0010] Je nach Energieniveau der einzelnen Stufen kann vorgesehen sein, daß die Abgase der Härtstufe vor dem Einspeisen in die Anlaßstufe einem Luftvorwärmen als Warmetauscher zugeführt werden, wobei die damit erzeugte Heißluft den Brenngasen der ersten Stufe zugemischt und/ooer zum Vorwärmen des zu behandelnden Gutes herangezogen werden.

[0011] Mit letzterer Maßnahme in Verbindung der vorbeschriebenen Maßnahmen, läßt sich eine Energieeinsparung im gesamten Verfahren von bis über 75 % gegenüber herkömmlichen Verfahren erreichen, was das beanspruchte Verfahren besonders wirtschaftlich macht.

[0012] Bei einer Vorrichtung wira aie obige Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß sie mit einem Flanmen- oder Düsenraum und einem Abgasraum ausgerüstet ist, wobei beide Räume über ein gasdurchlässiges Trennmittel getrennt und in Schwerkraftsrichtung über dem Trennmittel eine Zone zur Erzeugung eines fördernaen Wirbelbettes vorgesehen ist.

[0013] Da eine derartige Vorrichtung über keinerlei sich bewegende Fördermittel verfügt, sondern die Förderung durch ein entsprechendes Wirbelbett erfolgt, ist der Bau einer derartigen Vorrichtung besonders wirtschaftlich. Sie ist insbesondere sehr wartungsfreundlich. Die Auskleigung sowie die Gestaltung des gasdurchlässigen Trennmittels kann über feuerfeste Steine erfolgen, so daß keinerlei metallische Elemente in der Heißgaszone vorgesehen sein müssen, womit die damit verbundenen Gefahren unterbunden sind.

[0014] Die Erfindung sieht auch vor, daß die Vorrichtung mit einer Lintragschleuse zum weitestgehenden fremdluftfreien Eintragen des Gutes und am Ende des Wirbelbettes ein Abschreckbaa vorgesehen ist, wobei die Gestaltung so getroffen sein kann, daß das Abschreckbad gleichzeitig als Luftschleuse für den Abgasraum der Vorrichtung ausgebildet ist.

[0015] In weiterer Ausgestaltung ist nach der Erfinaung vorgesehen, daß im Abschreckbaa Fördermittel zur stetigen Förderung des zu behandelnden Gutes vorgesehen und/oaer Abführstutzen für die Abgase eine Drosseleinrichtung vorgesehen sind bzw. ist.

[0016] Weiter oben ist bereits ausgeführt worden, daß zweckmäßig aie Trennebene zwischen Flammen- bzw. Düsenraum einerseits und Abgasraum andererseits über perforierte feuerfeste Steine erfolgt, wie dies die Erfindung ebenfalls vorsieht, ohne daß sie hierauf beschränkt wäre.

[0017] Nach der Erfindung ist auch vorgesehen, daß zur Beibehaltung einer gleichmäßigen Fördergeschwindigkeit im Wirbelbett der Querschnitt des Abgasraumes sich in Förderrichtung vergrößernd ausgebildet ist, wobel diese Vergrößerung im wesentlichen stetig erfolgt.

[0018] Die Erfindung ist nachstehend anhand aer Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Diese zeigt in

Fig. 1 einen Scnnitt uurch einen Hart- oder Anlab- oaer Schmelzofen nach aer Erfindung in vereinfachter Darstellung sowie in

Fig. 2 ein Prinzipschaltbild einer Härt- und Anlaßanlage für z.B. Stahlgranulate als Strahlmittel.

[0019] Die allgemein mit 1 bezeichnete Vorrichtung besteht aus einer OfenumMauerung 2, z.B. aus feuerfesten Steinen, mit einer mittleren Trennebene 3 aus perforiertem feuerfesten Material, die den Innenraum der Vorrichtung 1 im wesentlichen in zwei Abschnitte trennt, und zwar in einen Flammen- Lzw. Düsenraum 4 unterhalb der Trennebene 3 und einen Abgasraum 5 oberhalb der Trennebene. Im dargestellten Leispiel nach Fig. 1 weist der Flammen- bzw. Düsenraum eine Mehrzahl von Brennern 6 auf, die in Richtung des Pfeiles 7, z.B. mittels Erdgas, beschickt werden.

[0020] An seinem einen oberen Ende weist die Vorrichtung 1 eine Eintragschleuse 6 auf, durch die das mit 9 bezeichnete Granulat in die Vorrichtung 1 im wesentlichen unter Fremdluftabschaltung eingetragen wird. Durch die entsprechende Steuerung der Brenner 6 entsteht oberhalb cer Trennebene 3 eine Wirbelschicht 10 in bzw. über der das Granulat 9 im dargestellten Beispiel von links nach rechts aurch die Vorrichtung 1 gefördert wird.

[0021] Wie aus Fig. 1 erkennbar, vergrößert sich der Querschnitt des Abgasraumes 5 in Förderrichtung, d.h. in Fig. 1 von links nach rechts, um die Fördergeschwindigkeit des Granulatstromes 9 möglichst gleichmäßig zu gestalten. Am oberen Ende ist der Abgasraum 5 im Bereich seines Abführstutzens 11 mit einer Drosselklappe 12 versehen. Ein Einlaßventil in aer Vorrichtungsdecke 13 ist in Fig. 1 mit 14 bezeichnet. Drosselklappe 12 und Einlaßventil 14 sind zur Steuerung des Druckes im Abgasraum 5 notwendig.

[0022] Am Ende der fördernden Wirbelschicht 10 ist ein Fallschacht 15 vorgesehen, aurch den das Granulat in ein Wasserbad 16 zur Abschreckung fällt. Wie aus Fig. 1 erkennbar, taucht der Fallschacht 15 bis unter die Wasseroberfläche 17 ein, so daß auch an aieser Stelle der Abgasraum 5 gasdicht abgeschlossen ist. Innerhalb des Abschreckbades 16 sina Fördermittel 18 zur stetigen Abförderung des einfallenaen una abgeschreckten Cranulatstromes vorgesehen.

[0023] Da aas Wasser und auch das Granulat eine vergleichsweise hohe Temperatur ausweisen, reicht im Regelfall eine kurze Förderstrecke aus dem wasserbad 16 über das Fördermittel 18 aus, um das Granulat vollständig zu trocknen. Es kann dann zur weiteren Behandlung, z.B. in einer Anlaßeinrichtung, weitergefördert werden, was mit dem Pfeil 19 dargestellt ist. Die Abförderung des Abgases ist in der Fig. 1 mit Pfeil 20 dargestellt.

[0024] Eine Anlage zum Härten und Fördern mit ihren wesentlichen energetischen Bauelementen ist in Fig. 2 wiedergegeben. Die Härtvorrichtung ist in der linken Figurenhälfte mit 1, die Anlaßvorrichtung in der rechten Figurenhälfte mit 21 bezeichnet. Der prinzipielle Aufbau beider Vorrichtungen 1 bzw. 21 ergibt sich aus Fig. l, nur das bei uer Anlaßvorrichtung 21 die Brenner 6 fehlen. Hier sind lediglich Düsen 22 zum Einblasen von Heißgas vorgesehen.

[0025] Für den Materialfluß des zu behandelnden Gutes ergibt sich aus Fig. 2 der folgende Verlauf: Zunächst wird zu behandelndes Granulat der Eintragschleuse 8 des Härtofens 1 zugeführt, was mit dem Pfeil 23 angedeutet ist. Nach der Wärmebehandlung im Ofen 1 und dem Austragen über das Fördermittel 18 aus dem Abschreckbad, wird das Granulat gemäß Pfeil 19 der Eintragschleuse 8 des Anlaßofens 21 zugeführt, dort behandelt und schließlich vom Fördermittel 18 aus dem auch dort vorgesehenen Abschreckbad entnommen und gemäß Pfeil 19 einer weiteren Behandlung, z.B. Klassifizierung u.dgl., zugeführt.

[0026] In Fig. 2 ist zusätzlich der Energiekreislauf dargestellt, wobei zu bemerken ist, daß dies eine der Möglichkeiten ist, ohne daß die Erfindung auf die speziell dargestellte Art beschränkt wäre. Gemäß Pfeil 7 wird zunächst im Härtofen 1 bzw. seinen Brennern 6 Brenngas zugeführt, das ggf. mit vorgewärmter Luft gemischt sein kann, was mit dem Pfeil 24 angedeutet ist. Die Rauchgase der Brenner G durchsetzen die poröse Steinschicht 3, bilden das Wirbelbett, so wie in Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben, und verläßt den Ofen 1 uber den Abgasstutzen 11 und werden gemäß Pfeil 20 einem ersten Wärmetauscher 25 und dann ggf. einem weiteren Wärmetauscher 26 zugeführt und dienen als Betriebsgas für den Anlaßofen 21, indem sie aort aen Düsen 22 zugeführt werden. Nach Durchsetzen der porösen Steinschicht 3 und der Zeugung eines entsprechenden fördernden Wirbelbettes verlassen die Gase über den Abgasstutzen 11 den Anlaßofen 21 und werden im aargestellten Beispiel wenigstens teilweise den Rauchgasen des Härtofens 1 zugemischt oder sie verlassen die Anlage über einen weiteren Wärmetauscher 27, was mit dem Pfeil 28 angedeutet ist. Im dargestellten Beispiel sind wenigstens die Wärmetauscher 25 und 26 als Luft- bzw. Gasvorwärmer ausgebildet. Die durch sie erwärmte Luft kann entweder den Heißgasen zugemischt werden, was bereits oben angedeutet wurde oder aber auch gesondert über Gasdüsen aen entsprechenden Öfen zur Erzeugung des Wirbelbettes. Im Fall des Härtofens 1 ist die entsprechende Düsenausbildung mit dem Bezugszeichen 29 versehen.

[0027] Natürlich ist das beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung noch in vielfacher Hinsicht abzuändern, ohne den Grundgedanken zu verlassen. So ist die Erfindung insbesondere nicht auf die lediglich prinzipiell dargestellte Ofenform beschränkt, auch nicht auf das Linsatzgebiet als Härt- und Anlaßofen. Wie bereits weiter vorne erwähnt, kann ein derartiger Ofen auch direkt als Schmelzofen für das Granulat herangezogen werden, wenn das Wirbelbett zur Erreichung der Schmelztemperatur des entsprechenden Materiales geeignet ist. Durch die Gasführung können auch alle diejenigen Dehandlungsstufen vorgenommen werden, bei denen die Einbringung von Sauerstoff vermieden werden soll, d.h. es können insbesondere entsprechence Abgase einer weiteren Verwendung durch die beanspruchten Vorrichtungen zugeführt werden.

Ansprüche

1. Verfahren zur Wärmebehandlung von Strahlmitteln oder Schüttgut, insbesondere Stahlgranulaten, Schrauben, Stiften o. agl. ,
dadurch gekennzeichnet, daß
das zu behandelnde Gut durch ein von Brenn- oder Heißgasen gebildetes Wirbelschichtbett gefördert, in der Wirbelschicht auf die jeweils geforderte Temperatur erwärmt und nach der Wirbelschicht abgekühlt bzw. abgeschreckt und dann zur weiteren Behandlung gefördert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Eintragung aes zu behandelnden Granulates in die Wirbelschicht unter weitestgehender Fremdluftabdichtung erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 zum Härten und nachfolgenden Anlassen eines Strahlgranulates,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Härten in einem gasbefeuerten Wirbelschichtofen erfolgt und die Abgase als Betriebsgase für die nachfolgende Anlaßbehandlung in einem weiteren Wirbelschichtofen herangezogen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
uie Abgase der Härtstufe vor dem l'inspeisen in die Anlaßstufe einen Luftvorwärmer aJ.s Wärmetauscher zugeführt werden, wobei uie damit erzeugte Heißluft den Brenngasen der ersten Stufe zugemischt und/oder zum Vorwärmen des zu behangelnden Gutes herangezogen werden.

5. Vorrichtung insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
sie mit einem Flammen- oder Dusenraum (4) und einem Abgasraum (5) ausgerüstet ist, wobei beide Räume wenigstens bereichsweise über ein gasdurchlässiges Trennmittel (3) getrennt und in Schwerkraftsrichtung über der. Trennmittel eine Zone (10) zur Erzeugung eines fördernden Wirbelbettes vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
daaurch gekennzeichnet, daß
sie mit einer Eintragschleuse (8) zum weitestgehenden fremdluftfreien Eintragen des Gutes (9) und am Ende des Wirbelbettes (10) ein Abschreckbad (16) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Abschreckbad (16) gleichzeitig als Luftschleuse für den Abgasraur, (5) der Vorrichtung (1) ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
im Abschreckbad (16) Fördermittel (18) zur stetigen Förderung, insbesondere unter Entwässerung bzw. Trocknung, aes benandelten Gutes (9) vorgesehen sind.

9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
im Abführstutzen (11) für die Abgase eine Drosseleinrichtung (12) vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
als Trennebene zwischen Flammen- bzw. Düsenräumen (4) einerseits una Abgasraum (5) andererseits perforierte feuerfeste Steine vorgesehen sind.

11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
zur Beibehaltung einer gleichmäßigen Fördergeschwindigkeit im Wirbelbett (lU) der Querschnitt des Abgasraumes (5) sich in Förderrichtung vergrößerna ausgebildet ist.

12. Vorrichtung insbesondere zum Schmelzen eines Vormateriales und nachfolgende Erzeugung eines Granulates,
daaurch gekennzeichnet, daß
die Wirbelschicht aus einer Vorwarmzone, einer Schmelzzone und einer nachfolgenden Auswurf- und Granulierzone gebildet ist, wobei der Abkühlbereich von einer gasgekühlten Freifallzone mit anschließender, im wesentlichen gasdichter Austragschleuse gebildet ist.

Zeichnung