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(11) |
EP 3 004 404 B1 |
(12) |
EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
(45) |
Hinweis auf die Patenterteilung: |
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22.02.2017 Patentblatt 2017/08 |
(22) |
Anmeldetag: 26.05.2014 |
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Internationale Patentklassifikation (IPC):
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(86) |
Internationale Anmeldenummer: |
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PCT/EP2014/060859 |
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Internationale Veröffentlichungsnummer: |
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WO 2014/191368 (04.12.2014 Gazette 2014/49) |
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VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR WÄRMEBEHANDLUNG VON METALLISCHEM NUTZGUT UNTER SCHUTZGAS-/REAKTIONSGASATMOSPHÄRE
IM DURCHLAUFBETRIEB
DEVICE AND METHOD FOR HEAT TREATING METAL ARTICLES UNDER A PROTECTIVE GAS/REACTIVE
GAS ATMOSPHERE IN A CONTINUOUS OPERATION
DISPOSITIF ET PROCÉDÉ DE TRAITEMENT THERMIQUE D'UN MATÉRIAU UTILE MÉTALLIQUE SOUS
ATMOSPHÈRE DE GAZ DE PROTECTION/RÉACTION EN FONCTIONNEMENT CONTINU
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(84) |
Benannte Vertragsstaaten: |
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AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL
NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR |
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Priorität: |
29.05.2013 DE 102013105543
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(43) |
Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
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13.04.2016 Patentblatt 2016/15 |
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Patentinhaber: Otto Junker GmbH |
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52152 Simmerath/Lammersdorf (DE) |
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Erfinder: |
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- SCHMITZ, Klaus
52152 Simmerath-Kesternich (DE)
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Vertreter: Cohausz & Florack |
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Patent- & Rechtsanwälte
Partnerschaftsgesellschaft mbB
Bleichstraße 14 40211 Düsseldorf 40211 Düsseldorf (DE) |
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Entgegenhaltungen: :
WO-A1-2012/168141
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US-A- 5 147 083
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Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung von metallischem Nutzgut
unter Schutzgas-/Reaktionsgasatmosphäre im Durchlaufbetrieb mit einem einen Ofenraum
als Heizzone umgebenden Ofengehäuse und einer Mehrzahl von in den Ofenraum hineinragenden
Heizelementen zur Erwärmung des Ofenraums sowie mit einer der Heizzone vorgeschalteten
Vorwärmzone, bei der die Verbrennungsabgase nicht mit dem Nutzgut in Berührung kommen
und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung.
[0002] Anlagen zur kontinuierlichen Wärmebehandlung oder zum Anwärmen von metallischem Nutzgut
sind aus der Praxis in vielerlei Ausführungen bekannt. Sie erfordern je nach Einsatzfall
Ofenraumtemperaturen im Bereich von ca. 400° C bis ca. 1.300° C. Zur Erzielung möglichst
hoher Wirkungsgrade beim Einsatz flüssiger, gasförmiger oder fester Brennstoffe werden
bereits seit Jahren Verbrennungssysteme eingesetzt, in denen die Verbrennungsluft
mittels der Abgaswärme vorgewärmt wird, sogenannte Rekuperatorbrenner oder Regenerativbrenner.
Damit werden feuerungstechnische Wirkungsgrade in der Größenordnung von ca. 90% bei
400°C bis ca. 75% bei 1.100°C erreicht. Bei einer höheren Luftvorwärmung übersteigt
zumeist der Schadstoffanteil (N0, NOx) die akzeptierten Grenzwerte. Oberhalb von ca.
900°C kann die sogenannte "flammenlose Oxidation" zur Reduktion der NO-, NOx-Schadstoffe
verwendet werden.
[0003] In bekannten Anlagen zur Wärmebehandlung unter Schutzgas-/Reaktionsgasatmosphäre,
wie in Fig. 3 dargestellt, ist der Ofeninnenraum aus metallurgischen Gründen mit einem
speziellen Schutzgas oder Reaktionsgas gefüllt, weshalb das Verbrennungsabgas nicht
in den Ofeninnenraum 21 gelangen darf. Zu diesem Zweck erfolgt die Beheizung indirekt,
das heißt, die Verbrennung findet in speziellen Heizelementen statt, nämlich in vom
Ofeninnenraum 21 abgeschlossenen und in das Ofengehäuse 22 hineinragenden sogenannten
Strahlheizrohren 24, die die Verbrennungswärme über ihre Außenflächen an den Ofeninnenraum
21 abgeben. Der Ofeninnenraum 21 besteht meist aus mehreren Modulen 23, welche unmittelbar
hintereinander angeordnet sind und eine Heizzone HZ bilden.
[0004] Das zu erwärmende metallische Nutzgut kann dabei, wie in Fig. 3 dargestellt, beispielsweise
aus einem Metallband M oder aber auch aus mittels einer Transportvorrichtung einzeln
durch den Ofen geführten Blöcken, Bolzen, Gestellen mit aufliegendem Stützgut od.
dgl. bestehen.
[0005] Da die Verbrennungsabgase nicht frei in das Ofengehäuse 22 eingeleitet werden dürfen,
ist die bekannte Weiterführung der Verbrennungsabgase innerhalb des Ofeninnenraums
21 von den heißeren Zonen in vorgelagerte Zonen auf niedrigerem Temperaturniveau,
sogenannte Vorwärmzonen, nicht möglich und das Abgas der Brenner 25 muss durch separate
Abgasleitungen 26 abgeführt werden.
[0006] Zur Minimierung der verbleibenden Abgasverluste sind weiterhin für sich Sauerstoffbrenner
bekannt, bei denen der Abgasvolumenstrom durch den Einsatz von Sauerstoff anstelle
von Luft (21% Sauerstoff/ 79% Stickstoff) deutlich reduziert wird. Gleichzeitig kommt
es aufgrund des fehlenden Stickstoffs nicht zur Entstehung der Schadstoffe NO und
NOx. Der notwendige Sauerstoff muss allerdings erst wieder kosten- und energieaufwändig
hergestellt werden.
[0007] Bei der Wärmebehandlung mit anschließender Kühlung sind für sich ebenfalls bereits
Ofenanlagen und entsprechende Verfahren zum Betrieb solcher Ofenanlagen mit Schutzgas-/Reaktionsgasbetrieb
bekannt, die die in den Kühlzonen vom Nutzgut wieder entzogene und damit dem Schutzgas/Reaktionsgas
zugeführte Energie in einer der Heizzone vorgeschalteten Vorwärmzone zu führen. Dies
entweder indem das Schutzgas-/Reaktionsgasgas aus dem Kühlteil direkt zur Vorwärmzone
geführt wird oder indem ein Kreislauf mit einem Wärmeträgermedium zwischen dem Kühlteil
und der Vorwärmzone zwischengeschaltet wird. Hier steht jedoch nur das üblicherweise
recht niedrige Temperaturniveau des Schutzgas-/Reaktionsgases im Kühlteil zur Verfügung.
Bei Verwendung eines Zwischenkreises kommt es aus Gründen der Wärmeübertragung nochmals
zu weiteren Temperaturverlusten und damit zu einer Verringerung der nutzbaren Energie.
[0008] In der
US 5 147 083 A ist ein Lötofen mit verschiedenen Heizzonen beschrieben, die allesamt eigene Heizelemente
und einen eigenen Brenner aufweisen. Die Abgase der Heizelemente werden dabei nicht
gesammelt und bleiben ungenutzt.
[0009] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannten und zuvor
näher beschriebenen bekannten Vorrichtungen und entsprechende Verfahren zur Wärmebehandlung
von metallischem Nutzgut unter Schutzgas-/Reaktionsgasatmosphäre im Durchlaufbetrieb
so auszugestalten und weiterzubilden, dass ihr Wirkungsgrad verbessert wird.
[0010] Vorrichtungsmäßig erfolgt die Lösung der Aufgabe dadurch, dass bei einer Vorrichtung
nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 eine Sammeleinrichtung zum Auffangen des
Abgases der Heizelemente und eine von der Sammeleinrichtung gespeiste und im Inneren
der Vorwärmzone angeordnete Wärmeübertragungseinheit vorgesehen sind. Erfindungsgemäß
kann also die Abwärme des Abgases der Heizelemente zur Vorwärmung des metallischen
Nutzgutes in der unmittelbar vor der Heizzone liegenden Vorwärmzone genutzt werden,
ohne dass es zur Vermischung von Abgas und Schutzgas/Reaktionsgas kommt.
[0011] Das zugehörige Verfahren nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 10 löst die Aufgabe
dadurch, dass das an den Heizelementen austretende Abgas aufgefangen und einer dem
eigentlichen Heizteil vorlagerten, abgasbeheizten Vorwärmzone zugeführt wird und dort
seine Wärme über entsprechend mit großen Oberflächen versehene Wärmeübertragungsflächen
indirekt auf das in der Vorwärmzone enthaltene Schutzgas/Reaktionsgas überträgt.
[0012] Nach weiteren bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung sind zur Beheizung der Heizzone
als Heizelemente Rekuperatorbrenner, Regeneratorbrenner, Sauerstoffbrenner oder Kaltluftbrenner
vorgesehen.
[0013] Zur Verbesserung des Wärmeübergangs ist nach einer weiteren Lehre der Erfindung vorgesehen,
dass die Wärmeübertragungseinheit in der Vorwärmzone einseitig oder beidseitig berippt
und/oder benoppt ist.
[0014] Zur Verbesserung des Wärmedurchgangs sieht eine weitere Ausbildung der Erfindung
vor, dass die Wärmeübertragungseinheit in der Vorwärmzone aus einem besonders wärmeleitfähigen
Material wie zum Beispiel Kupfer, Kupferlegierungen oder Aluminium hergestellt ist.
[0015] Eine andere Lehre der Erfindung sieht vor, dass der Heizzone ein Kühlelement nachgeschaltet
ist, in diesem Fall ist es besonders zweckmäßig, dass zur Wärmerückgewinnung Leitungen
zum Transport von Warmluft vom Kühlelement in die Vorwärmzone vorgesehen sind, um
eine noch größere Wirkungsgradsteigerung zu erreichen.
[0016] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mit Hilfe einer Prozesssimulation
dynamische Schwankungen der Wärmebehandlungstemperaturen insbesondere beim Anfahren
automatisch kompensiert werden. Auf diese Weise lässt sich eine verbesserte Automatisierung
durchführen, wodurch auch die Bedienerfreundlichkeit weiter verbessert wird.
[0017] Nach einer weiteren Lehre der Erfindung simuliert die eingesetzte Prozesssimulation
auch metallische Einflüsse im Nutzgut und bindet diese in den Simulationsvorgang ein.
[0018] Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die eingesetzte Prozesssimulation
direkt auf die in der Anlagensteuerung bekannten Betriebs- und Leistungszustände der
abgaserzeugenden Heizelemente in der Heizzone zurückgreift.
[0019] Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Schutzgas-/Reaktionsgastemperatur
in der Heizzone durch Veränderung der zugeführten Abgasmenge über regelbare Ventile,
Klappen oder Fördereinrichtungen geregelt werden kann. Die Betätigung der mechanischen
Einrichtungen geschieht dabei automatisiert durch die Anlagensteuerung.
[0020] Weiterhin ist bevorzugt, dass die Schutzgas-/Reaktionsgastemperatur in der Heizzone
direkt auf die in der Anlagensteuerung bekannten Betriebs- und Leistungszustände der
abgaserzeugenden Heizelemente in der Heizzone zurückgreift. Hierdurch lässt sich eine
optimale Regelung des Wärmebehandlungsprozesses erreichen.
[0021] Schließlich ist vorgesehen, dass die Schutzgas-/Reaktionsgastemperatur in der abgasbeheizten
Vorwärmzone mittels zusätzlicher Beheizungseinheiten erhöht oder - alternativ - mittels
zusätzlicher Kühleinheiten beziehungsweise Beheizungseinheiten gezielt reguliert werden
kann.
[0022] Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele darstellenden
Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen, jeweils in schematischer Seitenansicht,
- Fig. 1
- ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
- Fig. 2
- ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und
- Fig. 3
- eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung gemäß dem Stand der Technik.
[0023] In den Figuren sind verschiedene Vorrichtungen zur Wärmebehandlungen dargestellt.
Die in der Fig. 3 gezeigte und aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung wurde
bereits beschrieben.
[0024] Fig. 1 zeigt nun eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung von metallischem Nutzgut, im
dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel eines Metallbandes M, welches
in Pfeilrichtung von links nach rechts durch einen Ofenraum 1 bewegt wird. Der Ofenraum
1 ist dabei von einem Ofengehäuse 2 umschlossen, und besteht aus einer Mehrzahl unmittelbar
hintereinander angeordneter Ofenmodule 3, in die jeweils ein Heizelement 4 hineinragt.
Die mit den Heizelementen 4 versehenen Ofenmodule 3 bilden die eigentliche Heizzone
HZ.
[0025] In jedem Heizelement 4 ist ein Brenner 5 angeordnet, dessen Abgase durch eine separate
Abgasleitung 6 abgezogen werden und auf diese Weise nicht mit dem Innenraum des Ofengehäuses
2, welches zur Wärmebehandlung mit Schutzgas-/Reaktionsgas gefüllt ist, in Berührung
treten kann.
[0026] Erfindungsgemäß wird nun auch die Wärme des aus den Heizelementen 4 abgezogenen Abgases
ausgenutzt, in dem die Abgasleitungen 6 in einer Sammeleinrichtung 7 münden, welche
wiederum über eine Leitung 8 mit einer Wärmeübertragungseinheit 9 in Verbindung steht.
[0027] Die Wärmeübertragungseinheit 9 befindet sich in einem Vorwärmmodul 3', welches die
Vorwärmzone der erfindungsgemäßen Vorrichtung bildet. Nachdem das heiße Abgas die
Wärmeübertragungseinheit 9 im Vorwärmmodul 3' durchströmt hat, verlässt es die Wärmeübertragungseinheit
9 über einen Auslass 10.
[0028] Die Heizelemente 4 können, je nach Einsatzfall, als Rekuperatorbrenner, Regeneratorbrenner,
Sauerstoffbrenner oder Kaltluftbrenner ausgebildet sein.
[0029] Zur Verbesserung des Wärmeübergangs in der Vorwärmzone VZ weist die Wärmeübertragungseinheit
9 nicht nur eine besondere Form zur Erzielung einer großen Oberfläche auf, sondern
ist darüber hinaus gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung einseitig oder
beidseitig berippt und/oder benoppt.
[0030] Zur Verbesserung des Wärmedurchgangs besteht die Wärmeübertragungseinheit 9 bevorzugt
aus einem besonders wärmeleitfähigen Material wie zum Beispiel Kupfer, Kupferlegierungen
oder Aluminium.
[0031] Ferner ist Fig.1 noch zu entnehmen, dass die Vorrichtung optional auch noch ein Kühlelement
3" aufweisen kann, welches der Heizzone HZ nachgeschaltet ist und eine Kühlzone KZ
bildet.
[0032] In Fig. 2 ist ein gegenüber Fig. 1 noch verbessertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung gezeigt, dabei ist das zuvor angesprochene Kühlelement 3" verwirklicht,
um auch eine aktive Kühlzone KZ zu bilden. Die Kühlzone KZ funktioniert dabei dermaßen,
dass erwärmtes Schutzgas/Reaktionsgas aus dem Kühlelement 3" durch eine Leitung 11
mittels einer Pumpe 12 der Vorwärmzone VZ zugeführt wird, wo es das in den Ofeninnenraum
1 eintretende Metallband M im Vorwärmmodul 3' vorwärmen kann. Das abgekühlte Schutzgas
verlässt dann über eine weitere Leitung 13 das Vorwärmmodul 3' wieder und strömt zurück
in das Kühlelement 3". Dieser zusätzliche 'Kreislauf' erlaubt eine sehr genaue Temperaturregelung
und damit einen hohen Automatisierungsgrad, um den Wirkungsgrad der Vorrichtung weiter
zu verbessern.
[0033] Eine optimierte Prozesssimulation und Anlagensteuerung sorgen für eine optimale Energieausnutzung
bei der Wärmbehandlung.
[0034] Auch wenn nicht dargestellt, kann es sich bei dem metallischen Nutzgut auch um auf
einem Förderer durch den Ofeninnenraum 1 bewegte Metallkörper wie Blöcke, Bolzen oder
dergleichen handeln.
1. Vorrichtung zur Wärmebehandlung von metallischem Nutzgut unter Schutzgas-/Reaktionsgasatmosphäre
im Durchlaufbetrieb mit einem einen Ofenraum (1) als Heizzone (HZ) umgebenden Ofengehäuse
(2) und einer Mehrzahl von in den Ofenraum (1) hineinragenden Heizelementen (4) zur
Erwärmung des Ofenraums (1) sowie mit einer der Heizzone (HZ) vorgeschalteten, abgasbeheizten
Vorwärmzone (VZ), wobei die Verbrennungsabgase nicht mit dem Nutzgut in Berührung
kommen,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorrichtung ferner eine Sammeleinrichtung (7) zum Auffangen des Abgases der Heizelemente
und eine von der Sammeleinrichtung (7) gespeiste und im Inneren der Vorwärmzone (VZ)
angeordnete Wärmeübertragungseinheit (9) aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
zur Beheizung der Heizzone (HZ) Rekuperatorbrenner vorgesehen sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
zur Beheizung der Heizzone (HZ) Regeneratorbrenner vorgesehen sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
zur Beheizung der Heizzone (HZ) Sauerstoffbrenner vorgesehen sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
zur Beheizung der Heizzone (HZ) Kaltluftbrenner vorgesehen sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Wärmeübertragungseinheit (9) in der Vorwärmzone (VZ) zur Verbesserung des Wärmeübergangs
einseitig oder beidseitig berippt und/oder benoppt ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Wärmeübertragungseinheit (9) in der Vorwärmzone (VZ) zur Verbesserung des Wärmedurchgangs
aus einem besonders wärmeleitfähigen Material wie beispielsweise Kupfer, Kupferlegierungen
oder Aluminium hergestellt ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Heizzone (HZ) ein Kühlelement (3") nachgeschaltet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
zur Wärmerückgewinnung Leitungen (11,13) zum Transport von Warmluft vom Kühlelement
(3") in die Vorwärmzone (VZ) vorgesehen sind.
10. Verfahren zur Wärmebehandlung von metallischem Nutzgut unter Schutzgas-/ Reaktionsgasatmosphäre
im Durchlaufbetrieb, wobei das Nutzgut in einem Ofenraum mittels in den Ofenraum hineinragenden
Heizelementen erwärmt werden und wobei die Verbrennungsabgase nicht mit dem Nutzgut
in Berührung kommen,
dadurch gekennzeichnet, dass
das an den Heizelementen austretende Abgas aufgefangen und einer dem eigentlichen
Heizteil vorgelagerten, abgasbeheizten Vorwärmzone zugeführt wird und dort seine Wärme
über Wärmeübertragungsflächen indirekt auf das in der Vorwärmzone enthaltene Schutzgas/Reaktionsgas
überträgt.
11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
mit Hilfe einer Prozesssimulation dynamische Schwankungen der Wärmebehandlungstemperaturen
insbesondere beim Anfahren automatisch kompensiert werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
die eingesetzte Prozesssimulation auch metallurgische Einflüsse im Nutzgut simuliert
und einbindet.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
die eingesetzte Prozesssimulation direkt auf die in der Anlagensteuerung bekannten
Betriebs- und Leistungszustände der Abgas erzeugenden Heizelemente in der Heizzone
zurückgreift.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schutzgas-/Reaktionsgastemperatur in der Heizzone durch Veränderung der zugeführten
Abgasmenge über regelbare Ventile, Klappen oder Fördereinrichtungen geregelt werden
kann.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schutzgas-/Reaktionsgastemperatur in der Heizzone direkt auf die in der Anlagensteuerung
bekannten Betriebs- und Leistungszustände der Abgas erzeugenden Heizelemente in der
Heizzone zurückgreift.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schutzgas-/Reaktionsgastemperatur in der abgasbeheizten Vorwärmzone mittels zusätzlicher
Beheizungseinheiten zusätzlich erhöht werden kann.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schutzgas-/Reaktionsgastemperatur in der abgasbeheizten Vorwärmzone mittels zusätzlicher
Kühleinheiten bzw. Beheizungseinheiten gezielt reguliert werden kann.
1. Device for heat treating metal articles under a protective gas/reactive gas atmosphere
in a continuous operation, comprising a furnace housing (2) which surrounds a furnace
chamber (1) as a heating zone (HZ), comprising a plurality of heating elements (4)
which protrude into the furnace chamber (1) for heating the furnace chamber (1), and
comprising a preheating zone (VZ) upstream of the heating zone (HZ) and heated by
exhaust gas, wherein the combustion exhaust gases do not contact the articles,
characterised in that
the device additionally has a collecting device (7) for capturing the exhaust gas
of the heating elements and a heat exchange unit (9) which is supplied by the collecting
device (7) and is arranged in the interior of the preheating zone (VZ).
2. Device according to claim 1,
characterised in that
recuperative burners are provided for heating the heating zone (HZ).
3. Device according to claim 1,
characterised in that
regenerative burners are provided for heating the heating zone (HZ).
4. Device according to claim 1,
characterised in that
oxygen burners are provided for heating the heating zone (HZ).
5. Device according to claim 1,
characterised in that
cold air burners are provided for heating the heating zone (HZ).
6. Device according to any one of claims 1 to 5,
characterised in that
the heat exchange unit (9) in the preheating zone (VZ) is ribbed and/or studded on
one or both sides to improve the heat exchange.
7. Device according to any one of claims 1 to 6,
characterised in that
the heat exchange unit (9) in the preheating zone (VZ) is manufactured from a particularly
heat conductive material such as copper, copper alloys or aluminium to improve the
heat transfer.
8. Device according to any one of claims 1 to 7,
characterised in that
a cooling element (3") is downstream of the heating zone (HZ).
9. Device according to claim 8,
characterised in that
pipes for heat recovery (11, 13) are provided for transporting hot air from the cooling
element (3") into the preheating zone (VZ).
10. Process for heat treating metal articles under a protective gas/reactive gas atmosphere
in a continuous operation, wherein said articles are heated in a furnace chamber by
means of heating elements protruding into the furnace chamber, and wherein the combustion
exhaust gases do not contact the articles, characterised in that
the exhaust gas exiting the heating elements is captured and supplied to an exhaust
gas-heated preheating zone upstream of the actual heating part; and in the exhaust
gas-heated preheating zone, the heat of the exhaust gas is indirectly transferred
to the protective gas/reactive gas contained in the preheating zone via heat transferring
surfaces.
11. Process according to claim 10,
characterised in that
dynamic variations in the heat treatment temperatures, particularly during start-up,
are automatically compensated by means of a process simulation.
12. Process according to claim 11,
characterised in that
the process simulation used also simulates and incorporates metallurgical influences
in the articles.
13. Process according to claim 11 or 12,
characterised in that
the process simulation used is directly based on the known system control operating
and performance conditions of the exhaust gas-generating heating elements in the heating
zone.
14. Process according to any one of claims 10 to 13,
characterised in that
the protective gas/reactive gas temperature in the heating zone can be controlled
by varying the quantity of exhaust gas supplied via adjustable valves, butterfly valves
or conveyors.
15. Process according to any one of claims 10 to 14,
characterised in that
the protective gas/reactive gas temperature in the heating zone is directly based
on the known system control operating and performance conditions of the exhaust gas-generating
heating elements in the heating zone.
16. Process according to any one of claims 10 to 15,
characterised in that
the protective gas/reactive gas temperature in the exhaust gas-heated preheating zone
can be further increased by means of additional heating units.
17. Process according to any one of claims 10 to 16,
characterised in that
the protective gas/reactive gas temperature in the exhaust gas-heated preheating zone
can be selectively controlled by means of additional cooling or heating units.
1. Dispositif de traitement thermique d'un matériau utilitaire, métallique, sous atmosphère
de gaz de protection / gaz de réaction, en fonctionnement continu, comprenant une
enceinte de four (2), qui entoure une chambre de four (1) en tant que zone de chauffage
(HZ), et une pluralité d'éléments de chauffage (4), qui font saillie dans la chambre
de four (1) pour chauffer ladite chambre de four (1), ainsi qu'une zone de préchauffage
(VZ), chauffée aux gaz d'échappement, qui est connectée en amont de la zone de chauffage
(HZ), sachant que les gaz de combustion n'entrent pas en contact avec le matériau
utilitaire,
caractérisé en ce que
le dispositif est, de plus, doté d'un système collecteur (7), qui est destiné à capter
les gaz d'échappement des éléments de chauffage, et d'une unité de transfert thermique
(9), qui est alimentée par le système collecteur (7) et est disposée à l'intérieur
de la zone de préchauffage (VZ).
2. Dispositif selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
des brûleurs à récupération sont prévus pour le chauffage de la zone de chauffage
(HZ).
3. Dispositif selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
des brûleurs de régénération sont prévus pour le chauffage de la zone de chauffage
(HZ).
4. Dispositif selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
des brûleurs à oxygène sont prévus pour le chauffage de la zone de chauffage (HZ).
5. Dispositif selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
des brûleurs à air froid sont prévus pour le chauffage de la zone de chauffage (HZ).
6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5,
caractérisé en ce que
l'unité de transfert thermique (9), dans la zone de préchauffage (VZ), est côtelée
et / ou boulochée pour améliorer le transfert thermique.
7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6,
caractérisé en ce que
l'unité de transfert thermique (9), dans la zone de préchauffage (VZ), est fabriquée
avec un matériau particulièrement conducteur de chaleur, tel que le cuivre, les alliages
de cuivre ou l'aluminium, pour améliorer le transfert thermique.
8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7,
caractérisé en ce que
un élément de refroidissement (3") est connecté en aval de la zone de chauffage (HZ).
9. Dispositif selon la revendication 8,
caractérisé en ce que
pour la récupération de la chaleur, des conduites (11, 13) sont prévues pour le transport
d'air chaud de l'élément de refroidissement (3") à la zone de préchauffage (VZ).
10. Procédé de traitement thermique d'un matériau utilitaire, métallique, sous atmosphère
de gaz de protection / gaz de réaction, en fonctionnement continu, sachant que le
matériau utilitaire est chauffé dans une chambre de four au moyen d'éléments de chauffage,
qui font saillie dans la chambre de four, et sachant que les gaz de combustion n'entrent
pas en contact avec le matériau utilitaire,
caractérisé en ce que
le gaz d'échappement, s'échappant des éléments de chauffage, est capté et conduit
à une zone de préchauffage (VZ) chauffée aux gaz d'échappement, qui est montée en
amont de la partie de chauffage proprement dite, et, là, par l'intermédiaire de surfaces
de transfert thermique, transmet indirectement sa chaleur au gaz de protection / gaz
de réaction, contenu dans la zone de préchauffage.
11. Procédé selon la revendication 10,
caractérisé en ce que
des fluctuations dynamiques des températures de traitement thermique sont compensées
automatiquement, à l'aide d'une simulation de processus, en particulier au départ.
12. Procédé selon la revendication 11,
caractérisé en ce que
la simulation de processus utilisée simule et intègre aussi des influences métallurgiques
dans le matériau utilitaire.
13. Procédé selon revendication 11 ou 12,
caractérisé en ce que
la simulation de processus utilisée recourt directement aux états de fonctionnement
et de puissance des éléments de chauffage générant des gaz d'échappement dans la zone
de chauffage, qui sont connus dans la commande de l'installation.
14. Procédé selon l'une des revendications 10 à 13,
caractérisé en ce que
la température du gaz de protection / gaz de réaction, dans la zone de chauffage,
peut être régulée par modification de la quantité de gaz d'échappement amenée, par
l'intermédiaire de soupapes, de clapets ou de dispositifs de transport réglables.
15. Procédé selon l'une des revendications 10 à 14,
caractérisé en ce que
la température du gaz de protection / gaz de réaction dans la zone de chauffage se
réfère directement aux états de fonctionnement et de puissance des éléments de chauffage
générant des gaz d'échappement dans la zone de chauffage, connus dans la commande
de l'installation.
16. Procédé selon l'une des revendications 10 à 15,
caractérisé en ce que
la température du gaz de protection / gaz de réaction peut être encore augmentée dans
la zone de préchauffage, chauffée par les gaz d'échappement, au moyen d'unités de
chauffages supplémentaires.
17. Procédé selon l'une des revendications 10 à 16,
caractérisé en ce que
la température du gaz de protection / gaz de réaction dans la zone de préchauffage
peut être régulée de manière appropriée au moyen d'unités de refroidissement ou, respectivement,
d'unités de chauffages supplémentaires.
IN DER BESCHREIBUNG AUFGEFÜHRTE DOKUMENTE
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