DE2312176A1

DE2312176A1 - Gluehofen, insbesondere fuer eisenhaltige werkstuecke

Info

Publication number: DE2312176A1
Application number: DE2312176A
Authority: DE
Inventors: Norman Ted Ferguson; Klaus Heinrich Hemsath; Frank Jerome Vereecke
Original assignee: Midland Ross Corp
Current assignee: Midland Ross Corp
Priority date: 1972-03-17
Filing date: 1973-03-12
Publication date: 1973-09-20
Also published as: JPS4911711A; IT981045B; BR7301761D0; FR2176746B1; FR2176746A1; AU5255673A; JPS5147404B2; CA989610A; GB1386555A; ES412051A1; US3819323A

Description

MIDLAND-ROSS CORPORATION, 55, Public Square, Cleveland.

Ohio 44113, USA

Glühofen, insbesondere für eisenhaltige Werkstücke

Die Erfindung betrifft einen Glühofen, der insbesondere, jedoch nicht ausschließlich für das Glühen oder Anlassen eisenhaltiger Werkstücke bestimmt ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Verringerung oder Verhinderung der Verzunderung beim Glühen von metallischen, insbesondere eisenhaltigen Werkstücken.

Es besteht hierbei das Erfordernis, eine möglichst gute Brennstoffausnutzung mit einem Minimum an Verzunderung zu erhalten.

Bei jedem Glühen von eisenhaltigen Werkstücken, wie beispielsweise Blöcken, Barren, Balken, Tafeln u.dgl., in Vorbereitung einer weiteren Bearbeitung durch Rollen, Schmieden, Biegen, Verpressen u.dgl. besteht das Problem, eine Oberflächenoxydation, allgemein Verzunderung genannt, zu verhindern. Hierzu sind schon zahlreiche Verfahren vorgeschlagen worden. Eines dieser Verfahren besteht in einem Erhitzen des Werkstückes auf die erwünschte Temperatur r?o schnell, daß die Zeit, in der eine Verzunderung gebildet werden könnte, auf einem Mini-

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mum gehalten wird. Diese Verfahrensweise hat sich als unbefriedigend herausgestellt. Man hat ferner versucht, mit Strahlungswärme die Temperatur des Werkstückes auf das gewünschte Maß zu erheben und dabei eine inerte Umgebung um das Werkstück zu schaffen. Die Schaffung einer inerten Umgebung bringt sehr große Kosten mit sich und auch die Kosten' einer Erhitzung durch Strahlungswärme sind höher als die Kosten einer Erhitzung durch direkte Verbrennung. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, eisenhaltige Werkstücke in einer Umgebung mit Gasen, die reich an Brennstoffen sind, zu erhitzen, wobei diese mit brennbaren Stoffen reichen Gase nachfolgend so verbrannt werden, daß ein Wärmeaustausch stattfindet, um die Verbrennungsluft vorzuerwärmen und/oder Wärme auf die Wandungen des Ofens zu bringen, um Strahlungswärme zu erhalten. Diese Verfahrensweise zeigt gewisse Erfolge im Reduzieren der Verzunderung_? ist jedoch bezüglich der Wärmeeffizienz unbefriedigend, da die Leitung von heißen Gasen zu hohen Wärmeverlusten führt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Glühofen der in Frage stehenden Art zu schaff en, der weite stgehend eine Verzunderung bei optimaler Ausnutzung des Brennstoffes gewährleistet und somit außerordentlich wirtschaftlich arbeitet.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht bei einem Glühofen der eingangs genannten Art darin, daß der Glühofen zwei von einem Dach überdeckte Wände hat, in einer der Wände eine Einlaß- und eine Auslaßöffnung für die Werkstücke vorgesehen sind, innerhalb und im wesentlichen zwischen den Wänden ein Werkstückförderer vorgesehen ist, der im Betrieb von der Einlaß- zur Auslaßöffnung betätigbar ist, eine Einrichtung zum Einbringen von Gas in den Ofen im Bereich des Werkstückauslaßendes für heiße, an brennbaren Stoffen reiche Gase vorgesehen sind und ferner Einrichtungen zum Einbringen von Luft

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in den Ofen zwischen der Ei ^richtung zum Einbringen der Gase und der Einlaßöffnung für die Werkstücke vorgesehen sind.

Xm Betriebszustand des Ofens werden die Werkstücke zunächst in einer leicht oxydierenden Umgebung erwärmt, wobei sie auf einen Temperaturbereich gebracht werden, in dem eine Verzunderung nicht oder nur sehr langsam auftritt. Die Werkstücke gelangen dann, nachdem sie eine vorbestimmte erhöhte Temperatur erreicht haben, in eine leicht reduzierende Umgebung. Eine Anordnung ist vorgesehen, in der ein kontinuierlicher Glühvorgang stattfindet, der eine Schutzatmosphäre verwendet, die von Heißluftbrennern während der hohen Temperaturphase erzeugt wird. Diese Brenner haben ein niedriges Luft- zu Brennstoff verhältnis, und die Gase werden dabei zum Strömen auf die Einführungsstelle der Werkstücke zu gebracht. Die brennbaren Stoffe in den Gasen werden durch die Einbringung von Luft in den Bereich des Ofens, der sich nahe dem Einlaß ende befindet, verbrannt. Eine zusätzliche günstige Ausnutzung wird dadurch erzielt, daß die Abgase dazu benutzt werden, die Verbrennungsluft für die Brenner vorzuerwärmen.

"PHn bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigen

KLg. i eine teilweise schematisierte, teilweise geschnittene Draufsicht auf einen Glühofen gemäß der Erfindung,

Figo 2 eine Schnittdarstellung ^mäß Schnittlinie 2-2 der Fig. 1,

Fig. 3 eine Einzelansicht in Schnittdarstellung mit Darstellung der Lufteinbringung in einen Abschnitt des Glühofens nach Fig. 1.

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Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden eisenhaltige Werkstücke in einen sogenannten kontinuierlich, arbeitenden Ofen eingebracht, in dem sich die Werkstücke und die behandelnden Gase im Inneren des Ofens in Gegenstrom zueinander bewegen. Am einen Ende des Ofens wird ein an brennbaren Stoffen reiches Schutzgas mit einer Temperatur von 175O⁰C bis 1870⁰C eingebracht. Das auf hoher Temperatur befindliche, mit brennbaren Stoffen reiche Gas wird von vorgewärmten Luftbrennern erzeugt, die mit einem niedrigen Luftzu Gasverhältnis betrieben werden. Bei der Bewegung des Gases durch den Glühofen erhöht es die Temperatur des Werkstückes auf die gewünschte Größe, während es selbst zum Abkühlen tendiert. Um die eisenhaltigen Werkstücke zu erhitzen und die angereicherten Gase in der wirksamsten Weise auszunutzen, wird auf kontrollierte Weise an einem Ort, der sich in deutlichem Abstand von dem Ort befindet, an dem die angereicherten Gase eingebracht werden. Luft in den Ofen eingebracht. Wenn sich die Luft mit dem angereicherten Gas mischt, findet die Verbrennung statt und die Art der Umgebung innerhalb des Ofens in bezug auf die Werkstücke ändert sich von einem reduzierenden Charakter zu einem leicht oxydierenden Charakter. Da sich die Werkstücke an der Stelle, an der die Luft eingeführt wird, noch auf einer relativ niedrigen Temperatur befinden, tritt eine schnelle Verzunderung nicht ein.

Wie aus den Fig. 1 bis 3 ersichtlich, ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Glühofen ein Drehgestell-Glühofen 10 vorgesehen, der eine innere Wand 12 und eine äußere Wand 14 hat, sowie eine Bodendichtung 16 und ein Dach 18, das in Kombination mit einem die Werkstücke W fördernden Drehgestell einen geschlossenen Raum bildet. Das Drehgestell 20 hat einen Drehantrieb 21, der einen Antriebsmotor 23 beinhaltet, wobei sich das Drehgestell 20, gesehen auf die Fig. 1, entgegen dem Uhrzeigersinn dreht. Es versteht sich, daß abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel die erfinderischen Prinzipien

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auch, bei anderen Arten von kontinuierlich arbeitenden Glühofen verwirklicht werden können.

Die Außenwand 14 des Glühofens hat eine Einlaßöffnung 22, durch die die Werkstücke ¥ eingebracht und auf dem Drehgestell 20 angeordnet werden können, sowie eine Auslaßöffnung 24, durch die die Werkstücke nach der Behandlung entfernt werden können. Eine Trennwand 25 erstreckt sich radial von der Innenwand 12 zu der Außenwand 14 zwischen den beiden öffnungen 22 und 24, um ihre jeweiligen Bereiche voneinander abzutrennen. Das Dach 18 des Glühofens 10 hat eine öffnung 26, in der ein Abzugrohr 28 angeordnet ist. Das Abzugrohr führt zu einem Abzugschacht 32, um den herum eine ringförmige Umkleidung 34 vorgesehen ist, die an ihrem oberen Ende eine Öffnung 36 aufweist, in der eine Lufteinlaßleitung 38 mündet. Mit der Lufteinlaßleitung 38 ist ein Gebläse 40 verbunden, das die Luft in die Umkleidung 34 und in Berührung mit dem Abzugschacht 32 treibt. Die ringförmige Umkleidung 34- kat ferner eine Auslaßöffnung 42 an ihrem unteren Ende und in dieser Auslaßöffnung ist eine Luftauslaßleitung 44 angeordnet, durch die die Luft aus der Umkleidung 34- herausströmen kann.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind in dem Glühofen 10 sechs verschiedene Zonen gebildet. Vier dieser Zonen sind mit den Bezugsziffern 1, 2, 3 und 4 gekennzeichnet. Die beiden anderen Zonen sind die Einlaßzone und die Auslaßzone für die Werkstücke. Den Zonen 1 und 2 sind Brenner 46 und 47 zugeordnet, die in dom entsprechenden Abschnitt des Daches 18 angeordnet sind. Den Zonen 3 und 4 sind jeweils Brenner 48 und 49 zugeordnet, die ebenfalls in dom Dach 18 angeordnet sind. Die Brenner 48 und 49 der Zonen 3 und 4 sind vorgewärmte Luft-Flachflammenbrenner, die in der Lage sind, eine Umgebung mit hohem Gehalt an Brennstoffen zu produzieren. Diese Brenner sind bekannt und werden nicht näher beschrieben. Die

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Brenner in den Zonen 1 und 2 können Brenner auch dieses gleichen Types sein, wenn dies hier auch nicht erforderlich ist. Die Brenner in den Zonen $ und 4 müssen eine Schutz atmosphäre während der Zeit erzeugen, in der die Werkstücke W sich auf einer Temperatur befinden, die zu Verzunderungen führen kann. Dagegen werden die Brenner in den Zonen 1 und 2 primär dazu benutzt, die Glühofenzonen 1 und 2 auf die Arbeitstemperatur während des Anlauf be trieb es zu bringen, während danach die Benutzung dieser Brenner unterbrochen wird, wenn nicht zusätzlich Wärme für einige Arbeitsgänge oder für bestimmte Situationen erforderlich ist. Aus diesem Grund ist es nicht erforderlich, in den Zonen 1 und 2 so teure Brenner zu benutzen, wie sie in den Zonen $ und 4 erforderlich sind.

Ein Brenner 50 ist auch in der Auslaßzone des Glühofens angeordnet. Hierbei handelt es sich wiederum um einen Brenner mit Flachflamme, der eine Schutz atmosphäre erzeugen kann. Die Brenner in jeder der Zonen sind mit Erdgasanschlußleitungen 51 verbunden, die ihrerseits von einer Haupt gas leitung 53 gespeist werden. Jede Gruppe von Brennern 46 bis 49 hat zugeordnete Ventile. Das zu den Brennern in Zone 1 geförderte Gas wird durch Ventil 52, das zu den Brennern in Zone 2 durch das Ventil 54-, das zu den Brennern in Zone 3 durch das Ventil 56 und das zu den Brennern der Zone 4 durch Ventil 58 dosiert. In der Zone Ί sind die Brenner 46 mit einer Luftleitung 60 verbunden, die die Verbrennungsluft zu diesen Brennern führt. Die Brenner 47 in der Zone 2 sind mit einer Luftleitung 62 verbunden, und die Luftleitungen 60 und 62 stehen in Verbindung mit einer Luftleitung 64·, die die Luft von einem Gebläse 66 erhält. Jede der Luftleitungen 60 und 62 ist mit einem Ventil 68 bzw. 70- versehen, um die hindurchströmende Lu-f tmenge steuern zu können. Die Brenner 4-8 der Zone 3 werden durch eine Leitung 72 mit Luft versorgt, die in leitender Verbindung mit einer Luftleitung 44- steht, die von der ringförmigen Umkleidung 54 kommt. Eine weitere Luftleitung 74

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zweigt von der Luftleitung 72 ab und bringt die Luft zu den Brennern 49 in der Zone 4. Eine weitere Luftleitung 76 zweigt von der Luftleitung 7²J- ab, um Luft zu dem Brenner 50 in der Auslaßzone zu bringen« In der Leitung 72 ist ein Ventil 78 vorgesehen, um die Luftmenge, die zu den Brennern 48 strömt zu dosieren. Die zu den Brennern 4-9 geförderte Luft wird von einem Ventil 80 in der Leitung 74 dosiert und ein weiteres Ventil 82 in der Leitung 76 dosiert die Luftmenge für den Brenner 50 in der Auslaßzone.

Auch dem Abzugrohr 28 ist ein Brenner 77 zugeordnet, der Gas von einer Leitung 79 erhäält, die mit der Gasanschlußleitung 51 der Zone 1 verbunden ist. ELn Ventil 81 in der Leitung 79 steuert die Gaszufuhr zu dem Brenner 77·

In der Außenwand 14 ist ein Paar von tagentialen Lufteinlaßstutzen 84 und 86 angeordnet, von denen der eine tangentiale Lufteinlaß stutzen 84 Luft in die Zone 1 fördert, während der andere tangentiale Luf teinlaß stutz en 86 die Zone 2 mit Luft beschickt. Eine Luftleitung 88 bringt die Luft zu dem tangentialen Lufteinlaßstutzen 84 in Zone 1 und eine weitere Luftleitung 90 speist den Lufteinlaßstutzen 86. Die beiden Luftleitungen 88 und 90 sind mit einer Hauptluftleitung 91 verbunden, die die Luft von dem Gebläse 66 erhält. Mit der Hauptluftleitung 91 ist ferner eine Steuereinheit 89 zur Luftergänzung verbunden. Die Luftleitung 88 ist mit einem Ventil 92 versehen und die Luftleitung 90 ist mit einem Ventil 94 versehen, die beide der Steuerung der durch die jeweiligen Leitungen fließenden Luftmenge dienen. Eine Düse 93 speist das Abzugrohr 28 mit Luft. Sie wird selbst über eine Leitung 95 gespeist, in der sich ein Ventil 97 befindet, das mit der Luftleitung 64 sowie einem Gebläse 99 verbunden ist.

In der Zone 1 ist ein Thermoelementenpaar 96 und 96* angeordnet, während sich in der Zone 2 ein Thermoelementenpaar 98

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und 98', in der Zone 3 ein Thermoelementenpaar 100 und 100* und in der Zone 4 ein Thermoelementenpaar 102 und 102· befinden· Auch, in der Auslaßzone ist ein Thermoelement 104 angeordnet. Schließlich befindet sich noch ein Thermoelement 106 in dem Abzugrohr 28. Jedes dieser Thermoelemente ist dazu vorgesehen, die Temperatur in den jeweils zugeordneten Zonen zu messen, wobei für den Fall der Verwendung von Thermo elementpaar en in einer Zone jeweils ein Thermoelement 96', 98', 100' und 102' in jeder Zone der oberen Temperaturbegrenzung dient, während dann das. andere Thermoelement 96, 98, und 102 in der jeweiligen Zone der Temperatursteuerung dient. Darüber hinaus sind den verschiedenen Zonen Steuereinrichtungen zur Steuerung des Gas- und Luftstromes und damit zur jeweiligen Temperatursteuerung zugeordnet. Derartige Steuereinrichtungen sind an sich bekannt und werden hier nicht näher beschrieben. Jedem der Thermoelemente bzw. jedem der Thermoelementenpaare sind ein entsprechender Stromkreis und die erforderlichen Instrumente zugeordnet, um die Gas- und Luft-, menge, die zugeführt wird, zu steuern. So ist eine Steuereinheit 108 für das Thermoelementenpaar 96 und 96' sowie die Ventile 52, 68 und 92 in der Zone 1 zugeordnet. Eine Steuereinheit 110 ist dem Thermoelementenpaar 98 und 98' sowie den Ventilen 54, 70 und 94- der Zone 2 zugeordnet. Eine weitere Steuereinheit 112 ist dem Thermoelementenpaar 100 und 100' sowie den Ventilen 56 und 78 der Zone 3 zugeordnet. Dem Thermoelementenpaar 102 und 102' sowie den Ventilen 58 und 80 der Zone 4 ist eine Steuereinheit 114 zugeordnet und schließlich ist eine Steuereinheit 115 dem Thermoelement 104 sowie den Ventilen 59 und 82 der Auslaßzone zugeordnet. Eine Strömungscomputer-Kontrolleinheit 116 ist mit den Steuereinheiten 108, 110, 112, 114 und 115 verbunden, um eine Insgesamtsteuerung der Temperatur und des Charakters der jeweiligen Umgebung in den verschiedenen Ofenabschnitten zu steuern, wie nachfolgend näher beschrieben.wird.

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Im Betrieb wird ein Werkstück W in den Ofen durch, die Einlaßöffnung 22 eingebracht und es bewegt sich auf dem Drehgestell 20 entgegen dem Uhrzeigersinn, betrachtet man iPig. i. Im Anfangsbetrieb werden alle Brenner 46 bis 50 gezündet, wobei die Brenner in den Zonen 3 und 4 eine Umgebung schaffen, die reich an Brennstoffen ist, während die Brenner in den Zonen 1 und 2 die Zonen auf eine Temperatur in dem Bereich von 980⁰C bis 1260°C bringen,= Die Brenner 49 in der Zone 4 arbeiten mit einem niedrigen Luft/Gas-Verhältnis, um unter normalen Betriebsbedingungen eine Umgebung für die Werkstücke zu schaffen, die reich an Brennstoffen ist. Das Verhältnis von Luft zu Gas in der Zone 4 wird üblicherweise auf 5 J 1 his 6:1 aufrechterhalten, jeweils abhängig von der Temperatur der Arbeitsvorgänge und der Art des zu behandelnden Werkstückes. Die Temperatur in dieser Zone 4- wird von dem Thermoelement 102 abgetastet, das das der Zone 4- zugeordnete Iiuftsteuerventil 80 seinerseits steuert. Der Luftstrom zu dieser Zone wird ebenfalls durch die der Zone 4· zugeordnete Steuereinheit 114· dosiert. Diese Steuereinheit schaltet das der Zone 4- zugeordnete Gassteuerventil 58 ein, um den Gaszustrom zu der Zone 4- gemäß dem vorgegebenen Verhältnis von Luft zu Gas zu ermöglichen. Das der Zone 4- zugeordnete obere Temperaturbegrenzungs-Thermoelement 102' schaltet im Falle einer Überhitzung dieser Zone die Gaszufuhr zum Ofen ab.

Die Brenner 48 in der Zone 3 arbeiten ebenfalls mit einem niedrigen Verhältnis von Luft zu Gas, um eine Umgebung für die Werkstücke aufrechtzuerhalten, die reich an Brennstoffen ist. Das Verhältnis von Luft zu Gas in der Zone 3 wird üblicherweise auf 6 : 1 bis 8 : 1 aufrechterhalten, was wiederum von den jeweils erforderlichen Arbeitstemperaturen und der Art des zu behändbinden Werkstückes abhängt. Die Temperaturen in dieser Zone 3 werden von dem Thermoelement 100 abgetastet, das das der Zone 3 zugeordnete LuFtsteuei'ventil 78

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steuert. Die Luftzufuhr zu dieser Zone 3 wird ferner von der zugeordneten Steuereinheit 112 dosiert. Die Steuereinheit betätigt das der Zone 3 zugeordnete Gas steuerventil 56, um einen G-aszuström zu der Zone 3 entsprechend dem vorgegebenen Verhältnis von Luft zu Gas zu ermöglichen. Bei einer Überhitzung dieser Zone schaltet das zugeordnete, der Begrenzung der oeberen Temperatur dienende Thermoelement 100' die Gaszufuhr zum Ofen ab.

Den Zonen 3 und. 4 wird von dem Gebläse 40 vorgewärmte Luft zugeführt. Die Luft strömt von der Umkleidung 34 in die Leitung 44 für die vorgewärmte Luft. Die Luft wird vorzugsweise auf eine Temperatur von etwa 540°C vorgewärmt. Die Brenner 48 in der Zone 3 werden über die Leitung 72 mit vorgewärmter Luft gespeist, die in leitender Verbindung mit der von der Umkleidung 34 kommenden Luftleitung 44 steht. Über die von der Luftleitung 72 abzweigende Luftleitung 74 speist die Brenner 49 in der Zone 4 mit vorgewärmter Luft. Der Brenner 50 in der Auslaßzone wird von der von der Luftleitung 44 abzweigenden Luftleitung 76 mit vorgewärmter Luft gespeist. Der Brenner 50 in der Auslaßzone arbeitet normalerweise mit einem niedrigen Verhältnis von Luft zu Gas und wird über die Steuereinheit 115 gesteuert.

Die gesamte Luft- und Gaszufuhr zu den Brennern 49 der Zone 4 und den Brenner 48 der Zone 3 wird von der Comput er einheit 116 berechnet und gesteuert. Diese Gomputereinheit 116 bestimmt die zusätzliche Luftmenge, die dem Ofensystem zugeführt werden muß, um eine vollständige Verbrennung allen zugeführfcen Brennstoffes zu bewirken. Der Steuereinheit 89 für die Ergänungsluft ist ein Abgabesignal zugeordnet, das die Speisung mit der noch erforderlichen Luftmenge zur vollständigen Verbrennung in den Zonen 1,2 und/oder dem Abzugsrohr 28 in Gang per,zt. Diese zusätzliche Luft wird der Hauptluft-

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leitung 91 über das Gebläse 66 zugeführt. Die zusätzliche Luft wird der Zone 2 durch die Luftleitung 90 zugeleitet, die von der Hauptleitung 91 abzweigt. Die Temperatur in der Zone 2 wird mit dem Thermoelement98 abgetastet, das über die Steuereinheit 110 das der Zone 2 zugeordnete Ventil 94- für die zusätzliche Luft betätigt. Die zusätzliche Luft für die vollständige Verbrennung tritt in die Zone 2 durch den tangentialen Lufteinlaßstutzen 86 ein. Bei normalem Betrieb kann die Temperatur der Zone 2 durch die Hinzufügung der zusätzlichen Luft durch den Einlaß stutzen 86 aufrechterhalten werden. Diejin die Zone 2 eintretende Luft mischt sich mit den in den Zonen 3 und 4 von den Brennern 48 und 49 erzeugten brennbaren Gasen. Die Vermischung der zusätzlichen Luft und der brennbaren Gase ergibt eine Verbrennung, die wiederum eine Wärmefreisetzung zur Folge hat. Die Mischungsgeschwindigkeit und das Ausmaß der Mischung wird gesteuert von dem Durchmesser des Lufteinlaßstutzens sowie von den meßbaren korrekten Ergebnissen in der gewünschten Wärmeverteilung innerhalb der Zone 2. Im normalen Betrieb können die erforderlichen Temperaturen der Zone 2 durch Steuerung der zusätzlichen Luftzufuhr zur Zone 2 aufrechterhalten werden, um so die erforderliche Wärmemenge durch Abbrennen des Luft- und Gasstromes der Umgebung im Ofeninneren, die der Rotation des Drehgestelles entgegengerichtet ist, ζυ erreichen. Unter den besonderen Bedingungen eines Stoppes der Anlage oder des Anfahrbetriebes kann zusätzliche Wärme in der Zone 2 erforderlich sein. Diese Wärme erhält man durch Betätigung der Brenner 47 in der Zone 2. Die Temperatursteuereinheit 110 der Zone 2 betätigt das Ventil 70 für die Zufuhr von Verbrennungsluft zu den Brennern 47. Die Zufuhr von Verbrennungsgas wird gesteuert von dem Gasventil 54, das in Wirkverbindung mit der der Zone 2 zugeordneten Verbrennungsluftleitung 62 steht. Dieses Wirkverbindungsglied ist so ausgelegt, daß der in der Leitung 62 durch die Luftströmung geschaffene Luftdruck das Ventil 54 in der der Zone 2 zugeordneten Gasleitung 51 öffnet. Die Verbrennungsluft und das Ver-

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brennungsgas für die Zone 2 werden zu den Brennern 47 geleitet, wo dann an den einzelnen Brennern die Zündung erfolgt. Die Steuereinheit 110 hält die Speisung und öffnung des Ventiles 70 aufrecht, bis die erforderlichen Temperaturen der Zone 2 ausschließlich durch das Abbrennen mittels der zusätzlich hinzugeführten Zusatzluft aufrechterhalten werden kann. Zu diesem Zeitpunkt werden die Brenner 47 der Zone 2 vollständig abgeschaltet, indem die Ventile 70 und 54 vollständig geschlossen werden. Das der Zone 2 zugeordnete Thermoelement 99* für die obere Temperaturbegrenzung schaltet jegliche Gaszufuhr zum Ofen ab, wenn eine Überhitzung in dieser Zone sich abzeichnet. .

Die Temperatur in der Zonei wird durch eine Folgesteuerung identisch der, wie sie vorstehend für die Zone 2 erläutert wurde, aufrechterhalten. Die zusätzliche Luft für die vollständige Verbrennung wird der Zone 1 durch die Luftleitung 88 zugeführt und sie tritt in die Zone 1 durch den tangentialen Lufteinlaßstutzen 84 ein. Die Temperatur der Zone 2 wird über das Thermoelement 96 abgetastet, das das Steuerventil 92 für die zusätzliche Luft über die Steuereinheit 108 betätigt. Bei Bedarf wird zusätzlich Wärme in die Zone 1 über die Brenner 46 eingebracht. Die Verbrennungsluft der Zone 1 wird über das Ventil 68 gesteuert, das von der Steuereinheit 108 betätigt wird. Der in der der Zone 1 zugeordneten Luftleitung 60 erzeugte Luftdruck betätigt das ebenfalls der Zone 1 zugeordnete Verbrennungsgas-Ventil 52, um den Zufluß von Gas zu den Brennern 46 zu ermöglichen_o Die nachfolgende Zündung der Verbrennungsluft und des Gases an den Brennern 46 ergibt die zusätzliche Wärmefreisetzung in der Zone 1. Bei Gefahr einer Überhitzung der Zone 1 .schaltet das Thermoelement 96' oegliche Gaszufuhr zum Ofen in diesem Zonenbereich ab. Als Anhaltswert wird die Luftmenge, die zur Zone 1 zugeführt wird, so eingesteuert, daß die Temperatur des Werkstückes W nicht über 760⁰G ansteigt.

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Wie auch schon in der Zone 2 wird beim normalen Betrieb zusätzliche Wärme durch die Brenner nicht benötigt. Im Normalbetrieb werden alle Wärmeerfordernisse durch das Abbrennen der brennbaren Stoffe der Umgebungsgase erreicht, was durch die Hinzufügung und das Vermischen mit der zusätzlichen Luft in der Zone 1 geschieht. Ferner wird im liormalfall alle zusätzliche Luft, die von dem Zusatzluftgebläse 66 angefördert wird, gleichmäßig an die den Zonen 1 und 2 zugeordneten Einlaßstutzen 84 und 86 für die zusätzliche Luft verteilt. In diesem Fall werden die die Zone 1 durch das Abzugrohr 28 verlassenden Abgase vollständig ausgebrannt sein. Im abschließenden Abbrenprozeß in den Zonen 1 und 2 wird also genau das stöchiometrische Verhältnis von Luft zu Gas erreicht.

Im. Auslauf betrieb, wenn der Wärmebedarf in den Zonen 1 und 2 reduziert ist, wird nicht mehr die gesamte zusätzliche Luft zur Speisung der Einlaßstutzen 84 und 86 benötigt. In diesem Fall wird der Überschuß an zusätzlicher Luft längs der Leitung 64 zu der zum Abzug führenden Leitung 95 geleitet. Über die Steuereinheit 89 wird das Ventil 97 zur Steuerung der dem Abzug zugeführten zusätzlichen Luft derart betätigt, daß der Überschuß an zusätzlicher Luft in das Abzugrohr 28 über die Düse 93 eintreten kann. Bei dieser Betriebsbedingung wird das Abbrennen der brennbaren Gase durch Zumischen von zusätzlicher Luft und von brennbaren Gasen innerhalb des Abzuges in Strömungsrichtung gesehen unterhalb der Düse 93 vollzogen. Zusätzliche Luft kann der Düse 93 über das Luftgebläse 99 zugeführt werden. Der Betrag an Luft, der zur Aufrechterhaltung sicherer Gastemperaturen innerhalb des Schachtes 32 erforderlich ist, wird von dem Thermoelement 106 gesteuert. Dieses betätigt das Steuerventil 97·

Die Warmluftbrenner 48 und 49 erzeugen eine Schutzatmosphäre in den Zonen 3 und 4 durch ihr Arbeiten bei einem Verhältnis von Luft zu Brennstoff in der Größenordnung von 5 · 1 bis

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6 : 1 in der Zone 4 und von 6: 1 bis 8 : 1 in der Zone 3· Dieses Verhältnis von Luft zu Brenngas ergibt ein Schutzgas mit jeweils 30% "bis 22% und 22% bis 8% brennbaren Stoffen. Die so mit brennbaren Stoffen angereicherten Gase werden durch die Wirkung des Abzugrohres 28 in die Zone 2 gesogen, sowie auch von den Luftstrahlen, die von den Lufteinlaßstutzen 84 und 86 ausgehen. Hierdurch bildet sich eine Gasströmung im Uhrzeigersinn in Betrachtung der Fig. 1 aus, die somit im Gegenstrom zu dem Werkstück läuft.

Wenn die Brenner lange genug in Betrieb gewesen sind, um die Temperatur auf die gewünschten Grade anzuheben, werden die Brenner in den Zonen 1 und 2 ausgeschaltet. Die Luft wird durch die tangentialen Lufteinl aß stutzen 84 und 86 eingeblasen, um eine vollständige Verbrennung des angereicherten Gases zu bewirken. Diese zusätzliche Luft mischt sich mit den Brennstoffen in dem Gas, das von der Zone 3 herkommt, und entzündet dasselbe, wodurch dem Werkstück W, während es durch den Ofen 10 gefördert wird, Wärme zugeführt wird. Die eingespeiste Luftmenge ist derart ausgelegt, daß die Umgebung in der Zone 2 noch relativ neutral im Hinblick auf die Oxydatiönscharakteristiken des Werkstückes ist· Demgegenüber ist die Umgebung in der Zone 1 leicht oxydierend. Da die Temperatur des Werkstückes in der Zone 1 jedoch noch relativ· niedrig ist, findet hier keine nennenswerte Verzunderung statt, obwohl die Umgebung leicht oxydierend ist. · . "

Die Verbrennungsprodukte werden aus dem Ofen von dem Abzugrohr 28 abgezogen und entweichen durch den Schacht 32 in die Atmosphäre. Bei diesem Entweichen in die Atmosphäre durch den Schacht 32 kommen sie in Wärmeaustausch mit der Umgebungsluft, die mittels des Gebläses 40 über die Leitung 38 in die Umkleidung 34 geleitet wird. Es ist Vorsorge dafür getroffen, daß zusätzliche Kaltluft durch die Düse 93 in den Schacht 32 eingebracht werden kann. Diese Luft ist unter bestimmten Be-

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triebsbedingungen erforderlich, um die Verbrennangsprodukte TM veraschen oder zu kühlen.

Nachdem die durch die ringförmige Umkleidung 34 strömende Luft erwärmt int, strömt sie aus dem Aulaß 42 aus. Diese vorgewärmte Luft wird dann die Sauerstoffquelle für die Brenner 48, 49 und 50 in den Zonen 3 und 4- sowie der Auslaßzone. Die Luft wird auf eine Temperatur von etwa 5^⁰C vorgewärmt. Es ist ein wichtiges Merkmal dieser Erfindung, daß die Luft so vorgewärmt wird, daß die Temperatur in den Zonen 3 und 4 sowie der Auslaßzone ausreichend hoch ist, während trotzdem ein Gas erzeugt wird, das noch reich an brennbaren Produkten ist. Ohne die vorgewärmte Luft wären die Brenner nicht in der Lage, bei diesen Bedingungen in diesen Zonen die gewünschten hohen Temperaturen zu erreichen.

In den Zonen 1 und 2 ist es erwünscht, die noch verbliebenen brennbaren Produkte -in dem Gas, nachdem es die Zone 3 durchlaufen hat, ohne einen Luftüberschuß zu haben, so vollständig wie nur möglich zu verbrennen. Um dies zu erreichen, ist es von Vorteil, die Luft so einzubringen, daß ein vollständiges Mischen der brennbaren Stoffe mit der Luft geschieht. Es ist ein wichtiges Merkmal der Erfindung, daß ein Luftinjektionssystem benutzt wird, das dieses Ziel mit der vollständigen Verbrennung der angereicherten Gase, die von der Zone 3 in die Zone 2 eintreten, erreicht. Die Luft tritt in den Ofen durch die tangentialen Lufteinlaßstutzen 84 und 86, die stromaufwärts,, bezogen auf die Drehung des Gestelles, gerichtet sind, ein und diese Luft ist somit auf das Einlaßende des Ofens 10 gerichtet. Bezogen auf die Gestelldrehung liegen die beiden tangentialen Stutzen 84 und 86 an den stromabwärtigen Enden ihrer jeweiligen Zonen. Wenn die Luft in den Ofen eintritt, sprühen Luftstrahlen mit konstanter Geschwindigkeit aus, und es erfolgt ein kontinuierliches Antreiben der umgebenden heißen Gase. Die Mischgeschwindigkeit der zusätzlichen Luft mit den angereicherten Gasen bestimmt die Ge-

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schwindigkeit der Verbrennung bzw. des Abbrennens. Das Abbrennen setzt sich fort, bis eine vollständige Verbrennung eingetreten ist· Die Antriebs- bzw. Mitreißbedingungen eines freien kreisförmigen Strahles bestimmen sich nach dem anfänglichen Strahldurchmesser und der Entfernung, die der Strahl zurückgelegt hat. Der Ausdruck "freier kreisförmiger Strahl" wird hier dazu benutzt, um einen Strahl zu kennzeichnen, der in eine Kammer eintritt, in der keine physikalischen Hindernisse, Körper od.dgl. vorhanden sind, die die natürlichen Charakteristiken des Strahles einengen oder verändern. Hat sich erst einmal ein freier kreisförmiger Strahl eingestellt, läßt sich sein Verhalten an stromabwärts gerichteten Punkten ziemlich genau voraussagen. Seine Form, Größe und die Menge des unmittelbar umgebenden iTuidums, das er mit sich nimmt, kann mit exakten Ausdrucken berechnet werden. Da es somit möglich ist, Mitnahme- bzw. Antri.ebsverhältnisse des Luftstrahles zu steuern, ist auch die Steuerung der Abbrenngeschwindigkeit und die nachfolgende Steuerung der Atmosphärenbedingungen gewährleistet. Eine lange Mischlänge ist erwünscht, da die Wärmefreisetzung, die die Mischung begleitet, dann über größere Längen des Ofens verteilt werden kann, woraus sich eine größere Temperaturgleichförmigkeit ergibt. Der Winkel bzw. die Richtung des Strahles bestimmt sich nach seiner natürlichen Expansion und der Antriebs- bzw. Mitnahmelänge. Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß dieser Winkel so eingestellt werden kann, daß es zu einem Aufprall an der Innenwand 12 des Ofens bei der maximalen Mischlänge kommt. Dies geschieht, weil die stromabwärtigen Strömungsbedingungen, die von der Ofenform geschaffen sind, automatisch eine Ablenkung des Strahles in die angereicherte Umgebung bewirken. Diese Ausgestaltung in Kombination mit der natürlichen Mischung der G-ase bei ihrer Strömung auf das Einlaßende zu resultiert in einer gleichförmigen. Umgebungsausgestaltung in bezug auf das Werkstück dann, wenn die Gase einen stromabwärts gerichteten Einlaß'stutzen oder das Abzugrohr erreichen.

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Zweckmäßig wird die Sichtung der Einlaßstutzen so gewählt, daß die Strahlen auf die Innenwand des Ofens an genau der Querschnittsstelle prallen, an der sie auch an das Ofendach prallen.

Nach Durchströmen von etwa zwei Dritteln des Weges durch 3 ede der Zonen 1 und 2 ist das Gas vollständig mitgerissen. Die korrekte Anordnung der Stutzen, ihre Größe und ihre Richtung relativ zu den Ofenabmessungen werden so gewählt, daß eine für die Behandlung der Werkstücke günstige Umgebung in dem Ofen geschaffen ist.

Der vorstehend beschriebene Glühofen ermöglicht das Glühen oder Anlassen von eisenhaltigen Werkstücken ohne nennenswerte Verzunderung und unter wirtschaftlicher Ausnutzung der Wärmewerte der verwendeten gasförmigen Brennstoffe. In einem solchen Ofen wurden eisenhaltige Blöcke von 15,2 χ 15 »2 cm auf eine Temperatur von 1260⁰O mit einer Geschwindigkeit von 9,6 t/h erhitzt. Der Verlust durch Verzunderung war dabei weniger als 0,1 % des Gesamtgewichtes. Bei den bislang bekannten Glühöfen muß mit einem Verzunderungsverlust von 2 bis 3 % des Gesamtgewichtes gerechnet werden. Bei Verwendung von Erdgas stellte sich heraus, daß Stahl auf eine Temperatur von 1260⁰O mit einer Rate von 0,5 MM kcal/t erhitzt wurden, was deutlich wirtschaftlicher liegt als der Wert von 0,63 MM kcal/t bei normalen Glühöfen, die mit kalter Luft arbeiten.

Die wirtschaftliche Arbeitsweise des erfindungsgemäß vorgesehenen Glühofens sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens beruhen auf einer vollständigen Ausnutzung des Wärmeinhaltes verwendeten Brennstoffes durch die vollständige Verbrennung. Hierzu dient die gesteuerte Zufuhr von zusätzlicher Verbrennungsluft zu den an Brennstoffen reichen Gasen.

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Claims

Patentansprüche

1. Glühofen, gekennzeichnet durch zwei Von einem Dach (18) überdachte Wände (12 und 14) sowie einer Ein- laß- und einer Auslaßöffnung (22 und 24) in einer (14) der Wände, einem Werkstückförderer (20) innerhalb und im wesentlichen zwischen den Wänden (12 und 14), der von der Einlaßzu der Auslaßöffnung bewegbar ist, ferner einer Einrichtung (48,49»50) zum Einbringen von heißen, an verbrennbaren Produkten reichen Gasen in den bezogen auf die Werkstückbewegung hinteren Bereich des Ofens (10), sowie einer Einrichtung (84 und 86) zum Einbringen von Luft in den Bereich des Ofens (10), der zwischen dem Ort der Einbringung des Gases und der Einlaßöffnung (22) liegt.

2. Glühofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände (12 und 14) und das Dach (18) einen im wesentlichen ringförmigen Ofenraum definieren und daß der Werkstückförderer ein ringförmiges Drehgestell (20) ist.

3. Glühofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaß- und die.Auslaßöffnung (22 und 24) benachbart zueinander liegen und sich zwischen den beiden Öffnungen (22 und 24) eine Trennwand (25) radial von der inneren Wand (12) zu der äußeren Wand (14) erstreckt.

4. Glühofen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (48,49»50) ' zum Einbringen des Gases in den Ofen darauf ausgelegt ist, heißes Gas mit einer Temperatur von 175O°C bis 1870°0 einzubringen. .

5. Glühofen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abzugeinrichtung (26,28, 32) stromabwärts zu dem eingebrachten Luftstrom angeordnet ist,

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6. Glühofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4·, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehgestell (20) in einem Richtungssinn entgegen der Richtung der Strömung der Gase in dem Ofen (10) angetrieben ist.

7. Glühofen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Meßeinrichtungen (96,96*, 98,98') zum Messen der Temperatur in dem Ofen (10) in dem Bereich vorgesehen sind, in dem die Luft eingeführt wird, und daß eine Steuereinrichtung (108,110) zur Steuerung der eingebrachten Luftmenge in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur vorgesehen ist·

8. Glühofen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Einbringen von laift zumindest einen horizontalliegenden Lufteinlaßstutzen (84·) in der äußeren Wand (14) des Ofens aufweist, wobei der Lufteinlaßstutzen (84) im wesentlichen in Tangentiallage zur inneren Wand (12) angeordnet ist.

9. Glühofen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Einbringen von Gas in den beiden hinteren Zonen (3,4) des Ofens (10) jeweils aus einer Mehrzahl von Brennern (48,49) besteht, denen Steuereinrichtungen (112,114) zur Steuerung des Verhältnisse s von Luft zu Gas für jeden der Brenner zugeordnet sind.

10. Glühofen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auch in den Zonen (1,2) des Ofens, in denen zusätzlich Luft eingebracht wird, Brenner (46 und 47) angeordnet sind.

11. Glühofen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bodenabdichtung (16) zum Abschluß des Ofens gegen die Außenluft vorgesehen ist.

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12. Glühofen nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß Steuereinrichtungen (108,110) zur Steuerung der den vorderen Ofenzonen (1 und 2) zugeführten Luftmenge vorgesehen sind.

13· Glühofen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder der beiden vorderen Zonen (1 und 2) jeweils ein horizontalliegender Lufteinlaßstutzen (84 und 86) vorgesehen ist, wobei beide Stutzen (84 und 86) im wesentlichen tangential zu der Innenwand (12) ausgerichtet liegen.

14. Glühofen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hauptsteuereinrichtung (116) für die Dosierung der gesamten Gas- und Luftmenge, die den verschiedenen Ofenzonen zugeführt wird, vorgesehen ist.

15» Glühofen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abzugschacht (32) vorgesehen ist, der zur Vorwärmung der einzubringenden Luft im Wege des Wärmeaustausches eine Umkleidung (34) aufweist, die von dort in den Ofen einbringbar ist»

16. Verfahren zum Glühen von metallischen Werkstücken, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke (W). auf einen Förderer in dem Ofen gelegt werden, ein an brennbaren Stoffen reiches Gas mit hoher Temperatur an dem bezogen auf die Bewegung der Werkstücke hinteren Ofenende eingebracht wird, das Gas in Gegenstromrichtung zur Bewegung der Werkstücke gerichtet wird, zwischen dem Ort der Einbringung der Werkstücke und dem Ort der Einbringung der Gase zusätzlich. .Luft in den Ofen eingebracht wird und die eingebrachte Luftmenge so gesteuert wird, daß die Umgebung für die Werkstücke im Ofeninneren nur im vorderen Ofenbereich leicht oxydierend ist und die Temperatur der Werkstücke in diesem Bereich auf einem Wert gehalten wird, der unter dem liegt, an dem eine nennenswerte Oxydation stattfindet.

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17. "Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das an brennbaren Produkten reiche Gas bei einer Temperatur von 175O°G bis 187O⁰C in den Ofen eingebracht wird und daß die Temperatur des Werkstückes in dem vorderen Ofenbereich auf einem Wert unterhalb von 76O⁰C gehalten wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 und 17, dadurch gekonnzeichnet, daß in dem bezogen auf die Bewegung der Werkstücke am weitesten hinten liegenden Ofenbereich die heißen Gase zusammen mit Luft bei einem Verhältnis von Luft zu Gas von 5 s 1 bis 6 : 1 eingebracht werden und in einem davorliegenden hinteren Ofenbereich das Gas zusammen mit weiterer Verbrennungsluft bei einem Verhältnis von Luft zu Gas von 6 : 1 bis 8 : 1 eingebracht wird, dann diese Gase in Gogenstrom zur Bewegung der Werkstücke gelenkt werden, dann zusätzlich Luft in einer davorliegenden weiteren Ofenzone in einer solchen Menge eingebracht wird, daß die brennbaren Stoffe in den Gasen oxydiert werden, schließlich in einer nochmals davorliegenden Ofenzone eine weitere zusätzliche Luftmenge eingebracht wird und die so eingebrachte Luftmenge derart gesteuert wird, daß in dieser letzten Zone die Umgebung für die Werkstücke nur leicht oxydierend iet und schließlich die Innen]uft und das Abgas des Ofens an einem Ort zwischen der Einlaßstelle der Werkstücke und der letztgenannten Zone abgezogen wird.

19· Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Ofen eingebrachte Luft vorgewärmt wird, indem sie in Wärmeaustauschposition mit den von dem Ofen abgesaugten Gasen gebracht wird.

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