[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Turmofen zur Wärmebehandlung von Metallbändern
mit einem Vorwärmabschnitt und einem daran nach oben anschließenden, ein vom Vorwärmabschnitt
gesondertes Gehäuse bildenden Hochtemperaturabschnitt, wobei der mit einer vorzugsweise
gasbeheizten Muffel ausgerüstete Vorwärmabschnitt einen oben in die Muffel eingesetzten
Anschlußstopfen aus wärmeisolierendem Werkstoff für den Hochtemperaturabschnitt aufweist.
[0002] Metallbänder, insbesondere aus Chrom- oder Chrom-Nickel-Stählen werden in einer Schutzgasatmosphäre
aus Wasserstoff oder einem Wasserstoff-Stickstoffgemisch in sogenannten Turmöfen kontinuierlich
blankgeglüht, die mit einer Muffel oder muffellos ausgebildet sein können. Die Wärmebehandlung
von Metallbändern über eine von außen beheizte Muffel bringt den Vorteil mit sich,
daß Gasbrenner eingesetzt werden können, ohne daß die Rauchgase die Schutzgasatmosphäre
im Muffelinneren beeinträchtigen. Die Ofentemperatur ist jedoch durch die Wärmebelastbarkeit
der Muffel begrenzt. Dazu kommt, daß aufgrund der von der Muffel auf das Metallband
zu übertragenden Wärmemenge die Muffellänge die erreichbare Durchlaufgeschwindigkeit
des zu behandelnden Metallbandes bestimmt, so daß die im Bereich ihres oberen Endes
eingespannte Muffel neben der Wärmebelastung auch der Belastung durch das Eigengewicht
ausgesetzt ist, was trotz einer in Muffellängsrichtung von unten nach oben zunehmenden
Wanddicke zu einer Beschränkung der Muffellänge zufolge des Eigengewichtes führt.
In diesem Zusammenhang ist die bei den hohen Temperaturbelastungen verringerte Festigkeit
des für die Muffel eingesetzten Sonderstahls zu berücksichtigen.
[0003] Muffellose Turmöfen weisen eine feuerfeste Auskleidung auf und werden elektrisch
beheizt, so daß höhere Ofentemperaturen erreicht werden können. Da die feuerfeste
Ofenauskleidung jedoch porös ist, nimmt sie beim Öffnen des Turmofens Umgebungsluft
auf, die beispielsweise mit einem Stickstoffgas ausgespült werden muß, bevor eine
störungsfreie Wärmebehandlung der Metallbänder unter einer Schutzgasatmosphäre sichergestellt
werden kann. Aufgrund der notwendigen Spülzeiten sind daher muffellose Turmöfen nach
einem Öffnen erst wieder nach mehreren Tagen einsatzbereit. Außerdem stellt sich ein
hoher Wasserstoffverbrauch ein, weil sich der nach dem Spülen noch vorhandene Rest
an Luftsauerstoff mit dem Wasserstoff des Schutzgases zu Wasser verbindet.
[0004] Um trotz der mit einem Muffeleinsatz verbundenen Beschränkungen einen hohen Durchsatz
der zu behandelnden Metallbänder zu erreichen, ist es bekannt (EP 0 675 208 A1), an
den mit einer Muffel versehenen Vorwärmabschnitt eines Turmofens nach oben einen muffellosen
Hochtemperaturabschnitt anzuschließen, der ein vom Vorwärmabschnitt gesondertes Gehäuse
bildet, das auf das Gehäuse des Vorwärmabschnittes aufgesetzt wird. Das zu behandelnde
Metallband tritt aus der Muffel des Vorwärmabschnittes durch einen oben in die Muffel
eingesetzten Anschlußstopfen aus wärmeisolierendem Werkstoff in den Hochtemperaturabschnitt
ein, wo mit Hilfe der elektrischen Heizung auf die erforderliche Endtemperatur erwärmt
wird, bevor es in einen oben auf den Turmofen aufgesetzten Kühler gelangt. Wegen des
muffellosen Hochtemperaturabschnittes kann eine für den Muffeleinsatz vorteilhafte
niedrigere Austrittstemperatur des zu behandelnden Bandes aus der Muffel in Kauf genommen
werden, so daß die durch die Wärme- und Gewichtsbelastungen der Muffel gegebenen Einschränkungen
sich nicht auf das Ergebnis der Wärmebehandlung oder auf die Durchsatzleistung auswirken
können. Nachteilig ist allerdings, daß der muffellose Hochtemperaturabschnitt mit
seiner feuerfesten Auskleidung eine im Vergleich zu Muffelöfen erheblich verlängerte
Spülzeit nach einem Öffnen des Ofens mit einem entsprechend vergrößerten Wasserstoffverbrauch
bedingt. Dazu kommt, daß im Bereich des Hochtemperaturabschnittes auf die wirtschaftlich
vorteilhaftere Gasbeheizung zugunsten einer aufwendigeren elektrischen Beheizung verzichtet
werden muß.
[0005] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Turmofen zur Wärmebehandlung
von Metallbändern der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, daß trotz der
durch die Wärme- und Gewichtsbelastung der Muffel gegebenen Einschränkungen die geforderte
Bandendtemperatur erreicht werden kann, ohne die mit dem Einsatz eines muffellosen
Hochtemperaturabschnittes verbundenen Nachteile in Kauf nehmen zu müssen.
[0006] Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß der Hochtemperaturabschnitt
ebenfalls mit einer vorzugsweise gasbeheizten Muffel versehen ist, die den Anschlußstopfen
außen umschließt und an diesen vorzugsweise über eine Flüssigkeitsdichtung gasdicht
anschließt.
[0007] Da zufolge dieser Maßnahmen der Hochtemperaturabschnitt ebenfalls eine Muffel aufweist,
können im Hochtemperaturabschnitt die Vorteile einer Muffel insbesondere hinsichtlich
der Spülung und der möglichen Gasbeheizung vorteilhaft ausgenützt werden. Wegen der
Beschränkung der Länge der Muffel im Hochtemperaturabschnitt kann die Muffelbelastung
durch das Eigengewicht begrenzt werden, was aufgrund der damit verbundenen geringeren
Festigkeitsanforderungen zu einer höheren Temperaturbelastbarkeit führt, die die geforderte
Endtemperatur der zu behandelnden Metallbänder sicherstellt. Es ist lediglich für
einen möglichst wärmeverlustfreien Übergang zwischen dem Vorwärm- und dem Hochtemperaturabschnitt
über den Anschlußstopfen zu sorgen. Zu diesem Zweck wird der Anschlußstopfen vom unteren
Ende der Muffel des Hochtemperaturabschnittes außen umschlossen, wobei eine gasdichte
Verbindung zwischen Anschlußstopfen und Muffel des Hochtemperaturabschnittes erzielt
werden muß, und zwar mit der Möglichkeit einer axialen Muffelverschiebung gegenüber
dem Anschlußstopfen zum Ausgleich von Wärmedehnungen der Muffel. Zu diesem Zweck kann
vorteilhaft eine an sich bekannte Flüssigkeitsdichtung eingesetzt werden. Es ist aber
auch möglich, die gasdichte Verbindung über eine balgartige Manschette zwischen Muffel
und Anschlußstopfen zu erreichen. Der wärmeisolierende, feuerfeste Werkstoff des Anschlußstopfens
weist ein vergleichsweise geringes Volumen auf, so daß der Spülvorgang durch den Anschlußstopfen
kaum beeinflußt wird. Da der Anschlußstopfen im Bereich der Wärmestrahlungen sowohl
der Muffel des Vorwärmabschnittes als auch der Muffel des Hochtemperaturabschnittes
liegt, kann von einer im wesentlichen über die Ofenlänge durchgehenden Banderwärmung
ausgegangen werden, was sich vorteilhaft auf die erforderliche Gesamtlänge des Ofens
auswirkt.
[0008] Um eine durch den Anschlußstopfen möglichst unbehinderte Banderwärmung sicherzustellen,
ist der Anschlußstopfen mit einem ausreichend großen Durchtrittsquerschnitt für die
Metallbänder zu versehen, damit sich die Wärmestrahlungen der beiden Muffeln auch
in den Bereich des Anschlußstopfens erstrecken können. Zu diesem Zweck kann der Anschlußstopfen
einen Durchtrittsquerschnitt für das zu behandelnde Metallband mit einer dem halben
Außenradius des Anschlußstopfens entsprechenden, senkrecht zum Metallband gemessenen
Mindestbreite aufweisen.
[0009] In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen
- Fig. 1
- einen erfindungsgemäßen Turmofen zur Wärmebehandlung von Metallbändern ausschnittsweise
in einem schematischen Längsschnitt und
- Fig. 2
- einen Schnitt durch den Anschlußstopfen nach der Linie II-II der Fig. 1 in einem größeren
Maßstab.
[0010] Der dargestellte Turmofen zur Wärmebehandlung von Metallbändern weist ein Gestell
1 auf, das ein Gehäuse 2 für einen Vorwärmabschnitt 3 und über dem Vorwärmabschnitt
3 ein Gehäuse 4 für einen Hochtemperaturabschnitt 5 trägt. Diese beiden Ofenabschnitte
3 und 5 sind miteinander durch einen Anschlußstopfen 6 aus einem wärmeisolierenden,
feuerfesten Werkstoff verbunden. Der untere Vorwärmabschnitt 3 ist mit einer Muffel
7 versehen, die von oben in das Gehäuse 2 eingesetzt ist und auch wieder nach oben
ausgebaut werden kann, wenn das Gehäuse 4 des Hochtemperaturabschnittes zu diesem
Zweck im Ofengestell 1 seitlich versetzt wird. Zur Beheizung der Muffel 7 dienen übliche,
aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellte Gasbrenner, mit deren Hilfe der Ringraum
8 zwischen der Muffel 7 und der feuerfesten Auskleidung 9 des Gehäuses 2 beheizt wird.
Der untere Abschluß der Muffel 7 erfolgt über einen Stopfen 10 in herkömmlicher Weise,
wobei zur gasdichten Verbindung zwischen Muffel 7 und Stopfen 10 eine Flüssigkeitsdichtung
11 in Form eines den Stopfen umschließenden Ringraumes vorgesehen ist, der mit einer
Dichtflüssigkeit, z. B. Öl, gefüllt ist und in den das untere Ende der Muffel 7 ragt.
[0011] In ähnlicher Weise ist der Hochtemperaturabschnitt 5 des Turmofens ausgestaltet.
Die von oben in das Gehäuse 4 eingesetzte Muffel 12 des Hochtemperaturabschnittes
5 umschließt mit ihrem unteren Ende den Anschlußstopfen 6, der an seiner Außenseite
einen Ringraum 13 für eine Flüssigkeitsdichtung 14 trägt, so daß das untere Ende der
Muffel 12 in das Bad der Flüssigkeitsdichtung 14 eintaucht. Damit ist ein gasdichter
Anschluß der Muffel 12 an den Anschlußstopfen 6 sichergestellt, ohne einen Ausgleich
von Wärmedehnungen der Muffel 12 zu behindern. Die Beheizung der Muffel 12 erfolgt
vorteilhaft wiederum über Gasbrenner, deren in den Ringraum 15 zwischen Muffel 12
und Gehäuseauskleidung 16 strömende Rauchgase die Muffel 12 erwärmen.
[0012] Aufgrund der Teilung des Turmofens in einen Vorwärmabschnitt 3 und einen Hochtemperaturabschnitt
5 kann trotz des jeweiligen Einsatzes einer Muffel 7 bzw. 12 die erforderliche Endtemperatur
für die zu behandelnden Metallbänder erreicht werden, ohne eine Überlastung der Muffeln
7 und 12 befürchten zu müssen. Aufgrund der niedrigeren Temperatur im Vorwärmabschnitt
3 und der begrenzten Länge der Muffel 7 ergibt sich eine vorteilhafte Ausnützung der
Werkstoffeigenschaften der Muffel 7, die beispielsweise eine Länge von 26 m aufweisen
kann. Die Muffel 12 für den Hochtemperaturabschnitt 5 braucht im Falle des Ausführungsbeispieles
lediglich eine Länge von 10 m zu betragen, um die gewünschte Bandendtemperatur von
beispielsweise 1100 °C zu erreichen. Wegen der geringen Länge der Muffel 12 bleibt
die Belastung durch das Eigengewicht gering, so daß wegen der damit verbundenen geringeren
Festigkeitsanforderungen an den Werkstoff die Temperaturbelastung vergrößert werden
kann. Im Vergleich dazu kann die Temperaturbelastung der Muffel 7 niedriger gehalten
werden, was die Nutzung höherer Festigkeitswerte erlaubt. Dies bedeutet, daß die Muffel
7 mit einer Länge von 26 m bei dem eingesetzten Sonderstahl ein Gewicht von ca. 17
t hat, während das Gewicht der Muffel 12 mit einer Länge von 10 m ca. 7 t beträgt.
Eine vergleichbare Muffel mit einer Gesamtlänge von 36 m würde ein Gewicht von ca.
33 t aufweisen. Es zeigt sich demnach, daß durch die erfindungsgemäße Ausbildung eine
Gewichtseinsparung von fast 30 % möglich wird. Dazu kommt, daß wegen der Möglichkeit,
die Muffeln 7 und 12 nacheinander einzeln auszubauen, die erforderliche Ausbauhöhe
erheblich verringert werden kann. Während bei einer durchgehenden Muffel mit einer
Länge von 36 m eine Ausbauhöhe von ca. 80 m erforderlich wird, beträgt die Ausbauhöhe
gemäß der Erfindung lediglich 60 m, wenn für die Muffel 7 eine Länge von ca. 26 m
und für die Muffel 12 von 10 m veranschlagt wird.
[0013] Um im Übergangsbereich zwischen dem Vorwärmabschnitt 3 und dem Hochtemperaturabschnitt
5 eine möglichst durchgehende Banderwärmung zu sichern, ist der Querschnitt des Durchtrittes
17 des Anschlußstopfens 6 für das zu behandelnde Metallband ausreichend groß zu wählen.
Weist der Durchtrittsquerschnitt eine senkrecht zum Metallband gemessene Mindestbreite
18 auf, die dem halben Außenradius bzw. einem Viertel des Außendurchmessers des Anschlußstopfens
6 entspricht, wie dies der Fig. 2 entnommen werden kann, so ergeben sich hinsichtlich
des Durchgriffes der Wärmestrahlung der Muffel 7 und 12 auf den Durchtritt 17 des
Anschlußstopfens 6 vorteilhafte Verhältnisse, die sich günstig auf die Gesamtlänge
des Turmofens auswirken.
1. Turmofen zur Wärmebehandlung von Metallbändern mit einem Vorwärmabschnitt (3) und
einem daran nach oben anschließenden, ein vom Vorwärmabschnitt (3) gesondertes Gehäuse
(4) bildenden Hochtemperaturabschnitt (5), wobei der mit einer vorzugsweise gasbeheizten
Muffel (7) ausgerüstete Vorwärmabschnitt (3) einen oben in die Muffel (7) eingesetzten
Anschlußstopfen (6) aus wärmeisolierendem Werkstoff für den Hochtemperaturabschnitt
(5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochtemperaturabschnitt (5) ebenfalls mit einer vorzugsweise gasbeheizten Muffel
(12) versehen ist, die den Anschtußstopfen (6) außen umschließt und an diesen vorzugsweise
über eine Flüssigkeitsdichtung (14) gasdicht anschließt.
2. Turmofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußstopfen (6) einen Durchtrittsquerschnitt für das zu behandelnde Metallband
mit einer dem halben Außenradius des Anschlußstopfens (6) entsprechenden, senkrecht
zum Metallband gemessenen Mindestbreite (18) aufweist.
