DE3227824A1 - Verfahren und vorrichtung zur thermischen behandlung von koernigen materialien - Google Patents

Description

• Beschreibung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur thermischen Behandlung von körnigen Materialien, insbesondere zum Härten oder Anlassen von metallischen Strahlmittelteilchen in einem Ofen mit Hilfe heißer Brenngase.
• Aus der DE-AS 1 227 045 ist ein Ofen zur Wärmebehandlung von Werkstücken bekannt, bei dem innen ein zentral von unten nach oben verlauInder Hohlzylinder angeordnet ist, der an der Außenfläche eine schraubenförmige Rinne aufweist. Der Hohlzylinder mit der schraubenförmigen Rinne ist am unteren Ende mit einem Bunker fest verbunden, der seinerseits über elastische Stützen mit einem darunter befindlichen Vibrator in Verbindung steht. Im Betrieb dieses vorbekannten Ofens werden mit Hilfe des Vibrators der Bunker und der darauf befindliche Hohlzylinder mit der schraubenförmigen Rinne in Schwingungen versetzt, und die zu behandelnden Werkstücke über den Bunker der schraubenförmigen Rinne von unten zugefÜhrt. Unter Einwirkung der Schwingbewegung werden die Werkstücke in der Rinne von unten nach oben gefördert und dabei mit Hilfe elektrischer Heizvorrichtungen oder Gasbrenner erhitzt.
• Bei diese bekannten Ofen zur Wärmebehandlung von Werkstücken ist von Nachteil, daß der Transport der IJerkstücke in der schraubenförmigen Rinne durch Vibration von unten nach oben mit einem verhältnismäßig hohen Energieaufwand verbunden ist. Ferner ist hierbei auch der Wirkungsgrad der WärmeÜbertragung auf die Werkstücke verhältnismäßig gering, da die Erhitzung der Werkstücke, während sie in der schraubenförmlgen Rinne von unten nach oben bewegt werden, im wesentlichen nur durch indirekte Wärmeübertragung erfolgt. Dies wirkt sich im übrigen auch nachteilig auf die Durchsatzleistung aus. Schließlich ist dieser bekannte Ofen auch kaum geeignet, um darin körnige Materialien oder rieselfähiges Gut mit Hilfe der schraubenförmigen Rinne von unten nach oben zu fördern und dabei einer gleichmäßigen Wärmebehandlung zu unterziehen.
• Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur thermischen Behandlung von körnigen Materialien, insbesondere Strahlmittelteilchen anzugeben, das bei geringem Energieaufwand eine optimale WärmeÜbertragung von den Brenngasen auf die körnigen Materialien ermöglicht.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die körnigen Materialien, insbesondere Strahlmitteiteilchen, im Ofen im wesentlichen im Gegenstrom zu den Brenngasen auf etwa mäanderförmigen Bahnen von oben nach unten geführt werden. Durch diese erfindungsgemäße Maßnahme, bei der sich eine vorteilhafte Umwälzbewegung ergibt, wird eine optimale Wärmeübertragung von den heißen Brenngasen auf die körnigen Materialien erreicht und dadurch eine maximale Nutzung der in den Brenngasen vorhandenen Wärme zur Erhitzung der körnigen Materialien bewirkt. Ferner wird dadurch, daß gemäß der Erfindung die körnigen Materialien in Ofen i wesentlichen im Gegenstrom zu den Brenngasen von oben nach unten geführt werden, die freie Fallenergie der körnigen Materialien im Ofen ausgenutzt, wodurch im Vergleich zu bekannten Verfahren die thermische Behandlung der körnigen Materialien im Ofen mit bedeutend geringerem Energieaufwand erreicht werden kann.
• Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Erhitzung der Strahlmittelteilchen im Ofen durch direkte und indirekte Wärmeübertragung von den heißen Brenngasen auf die Strahlmittelteilchen. Durch direkte und indirekte Wärmeübertragung von den heißen Brenngasen auf die Strahlmittelteilchen wird die Erhitzung der Strahlmittelteilchen oder körnigen Materialien besonders intensiviert. Dies insbesondere dann, wenn die direkte Wärmeübertragung von den heißen Brenngasen auf die körnigen Materialien im Querstrom erfolgt, da hierbei die einzelnen Körnchen allseitig von den heißen Brenngasen umströmt werden.
• Bei einer weiteren vorteilhaften Ausbildung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird die Bewegung der Strahlmittel teilchen auf ihren etwa mäanderförmigen Bahnen durch Vibrationseinwirkung beeinflußt. Hierdurch kann sehr vorteilhaft die Durchlaufzeit der Strahlmittelteilchen durch den Ofen gesteuert werden.
• In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß die Strahlmittelteilchen in Kornfraktionen aufgeteilt werden, die den Ofen mit auf die Jeweilige Teilchengröße eingestellter Verweilzeit durchlaufen. So ist es vorteilhaft möglich, die Strahlmittelteilchen mit einer auf die Teilchengröße abgestimmten Verweilzeit zu härten etc., so daß in bisher unerreichter Weise Teilchen erhalten werden, die obwohl voll durchgehärtet, keine Randentkohlung und nur eine minimale Verzunderung aufweisen.
• Die Erfindung wird in Zeichnungen, die die Vorrichtungsansprüche erläutern, in einer bevorzugten Ausführungsform gezeigt, wobei aus den Zeichnungen und der Zeichnungsbeschreibung weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung entnehmbar sind.
• Die Zeichnungen zeigen im einzelnen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Schachtofen mit kaskadenförmg einander gegenüberliegend angeordneten Einbauten gemäß der Erfindung, Fig. 2 einen Schnitt entsprechend der Linie AB in Pig. 1.
• Wie die Figuren 1 und 2 zeigen, besteht die Vorrichtung gemäß der Erfindung aus einem im Querschnitt runden Schachtofen 1, der innen mit einer feuerfesten Auskleidung 2 versehen ist. In der Ofenwandung sind kaskadenförnig einander schräg gegenüberliegende Metallplatten 3 (Blechplatten) in Lagern 4 beweglich gehalten. Anstelle der Lager 4 können hierbei auch vorteilhaft elastische Medien zwischen den Metallplatten 3 und der Ofenwandung angeordnet werden. Die Metallplatten 3 sind durch die Ofenwandung hindurchgeführt und unter einem Winkel von etwa 15 bis 200 gegenüber der Horizontalebene nach unten geneigt angeordnet. Außerhalb des Schachtofens 1 sind die Metallplatten 3 an ihren Enden über Gelenke 5 mit einem Gestänge 6 verbunden, an das seinerseits ein Vibrationsantrieb 7 angreift. Als Vibrationsantrieb ist hierbei ein Unwuchtantrieb vorgesehen; Jedoch kann auch ein elektromagnetischer Vibrationsantrieb mit Vorteil eingesetzt werden.
• Zur Erzeugung der heißen Brenngase sind im mittleren und unteren Bereich in der Ofenwandung z.B. vier Brenner 8 angeordnet, deren Plammen 9 auf die jeweils gegenüberliegenden Metallplatten 3 gerichtet sind. Diese Brenner 8 sind an in der Zeichnung nicht näher dargestellte Leitungen für die Versorgung mit Brennstoff und Verbennungsluft angeschlossen. Ferner ist im oberen Bereich in der Ofenwandung eine Öffnung 10 für die Zuführung der körnigen Materialien vorgesehen. Durch diese öffnung 10 kann sehr vorteilhaft die Beschickung des Ofens über ein in der Zeichnung nicht näher dargestelltes Zellenrad erfolgen, das seinerseits in einem ebenfalls in der Zeichnung nicht dargestellten Bunkerauslauf angeordnet ist. Schließlich ist in der Decke des Schachtofens 1 eine Öffnung 11 vorgesehen, an die ein Rohrstutzen 12 für den Gasabzug angeschlossen ist. Im unteren Bereich ist in der Ofenwandung eine mit einer Verschlußklappe 13 ausgestattete Auslaöffnung 14 für den Austrag der fertigbehandelten körnigen Materialien vorgesehen. Für die Aufnahme der aus dem Schachtofen 1 über die Auslaßöffnung 14 nach außen austretenden Materialien ist ein Becken 15 vorgesehen, das bei einer thermischen Behandlung von Strahlmittelteilchen als Härtebad ausgebildet ist. Aus dem Härtebad.werden die Strahlmittelteilchen nach so kurzer Zeit z.B. durch Entwässerungsbecherwerk entnommen, daß sie noch eine Endtemperatur von über 1000 C aufweisen und so automatisch trocknen.
• Im Betrieb des Schachtofens 1 gemäß der Erfindung werden durch Einschalten der Vibrationsantriebe 7 die Metallplatten 3 in Vibration versetzt und die Brenner 8 gezündet. Anschließend werden die metallischen Strahlmittelteilchen dem Schachtofen 1 durch die OfRnung 10 kontinuierlich zugeführt, von wo sie auf die oberste etallplatte 3 gelangen. Die Metallplatten 3 sind, wie insbesondere die Fig. 2 zeigt, sehr vorteilhaft mit stegartig nach oben gerichteten Seitenkanten 16 versehen, so daß die Strahlmittelteilchen nicht seitlich über die Metallplattenränder durch den Ofen nach unten fallen können. Die Strahlmittelteilchen werden, wie in Fig. 1 angedeutet, im Ofen von Metallplatte zu Metallplatte im wesentlichen im Gegenstrom zu den Brenngasen (Pfeile 17) auf etwas mäanderförmigen Bahnen von oben nach unten geführt und dabei insbesondere durch die in Vibration versetzten Metallplatten 3 einer vorteilhaften Umwälzbewegung ausgesetzt. Hierdurch wird sehr vorteilhaft eine allseitige indirekte und direkte Wärmeübertragung von den heißen Brenngasen auf die metallischen Strahlmittelteilchen erreicht. Insbesondere wird hierbei an den übergängen von Metallplatte zu Metallplatte eine allseitige, intensive Erhitzung der Strahlmittelteilchen erreicht, da in diesen Obergangsbereichen die IV§rmeübertragung von den heißen Brenngasen auf die Strahlmittelteilchen im Querstrom erfolgt. Ferner wird die Wärmeübertragung von den Brenngasen auf die Strahlmittelteilchen sehr vorteilhaft auch durch die auf die lIetallplatten 3 direkt gerichteten Brennerflammen 9 wirksam unterstützt. Zum Zwecke einer besseren, beziehungsweise allseitigen und gleichmäßigen Verteilung der Strahlmittelteilchen, insbesondere auf den im Schachtofen oben angeordneten Metallplatten, können die Metallplatten 3 sehr vorteilhaft mit auf den Metallplatten vorzugsweise gleichmäßig verteilt angeordneten, von unten nach oben gerichteten Vorsprüngen versehen werden.
• Die auf diese Weise gemäß der Erfindung im Schachtofen 1 im Gegenstrom zu den heißen Brenngasen etwa mäanderförmig von oben nach unten geführten metallischen Strahlmittelteilchen werden bei optimaler Wärmeübertragung und geringem Energieaufwand in verhältnismäßig kurzer Zeit auf die erforderliche HErtetemperatur von beispielsweise 9000 bis 10000 C erhitzt und aus dem Ofen durch die Austragsöffnung 14 in das Härtebad 15 abgeführt. Die Durchlaufgeschwindigkeit und damit die Verweilzeit der Strahlmittelteilchen in dem Schachtofen 1 kann gemäß der Erfindung sehr vorteilhaft durch Veränderung der Neigung der Metallplatten 3 gegenüber der Horizontalebene und/oder durch Anderung der Vibration, insbesondere durch Änderung der Schwingungsamplitude beeinflußt werden. Auf diese Weise besteht die Möglichkeit, den thermischen Prozeß otpimal auf die jeweiligen grob- oder auch feinkörnigen Materialien einzustellen. So kann beispielsweise der thermische Prozeß auch bei Temperaturen ablaufen, wie sie zum Anlassen der Strahlmittelteilchen (zum Beispiel etwa 5000 C) erforderlich sind. Hierzu kann beispielsweise auch sehr vorteilhaft der Schachtofen 1 mit weniger als vier Brennern betrieben oder ein kleinerer beziehungsweise kürzerer Ofen benutzt werden.
• Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist nicht auf das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann beispielsweise der Schachtofen 1 auch mit einer seitlich in der Ofenwandung angeordneten Gasabzugsöffnung versehen werden. Auch können die Netallplatten 3 gegebenenfalls sehr vorteilhaft von oben nach unten breiter werdend ausgebildet sein.
• Darüberhinaus besteht auch die durchaus vorteilhafte Möglichkeit, den Schachtofen, wie in Fig. 2 strichliert angedeutet, im Querschnitt rechteckig auszubilden. In diesem Falle sind die Metallplatten 3 etwas breiter als in Fig. 2 dargestellt, so daß seitlich nur ein geringer frei-er Querschnitt für die aufsteigenden, heißen Gase freibleibt.

Claims (13)

1. Verfahren und Vorrichtung zur thermischen Behandlung von körnigen Materialien P atentans pruche 1. Verfahren zur thermischen Behandlung von körnigen Materialien, insbesondere zuin Härten oder Anlassen von metallischen Strahlmittelteilchen in einem Ofen mit Hilfe heißer Brenngase, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die körnigen, insbesondere Strahlmittelteilchen im Ofen im wesentlicen im Gegenstrom zu den Brenngasen, vorzugsweise auf etwa mäanderförmigen Bahnen von oben nach unten geführt werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Erhitzung der Strahlmittelteilchen im Ofen durch direkte und indirekte Wärme-Übertragung von den heißen Brenngasen auf die Strahlmittelteilchen erfolgt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die direkte Wärmeübertragung von den heißen Brenngasen auf die Strahlmittelteilchen im Querstrom erfolgt.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Bewegung der Strahlmittelteilchen auf ihren etwa mäanderförmigen Bahnen durch Vibrationswirkung beeinflußt wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Strahlmittelteilchen in Kornfraktionen aufgeteilt werden, die den Ofen getrennt mit auf die jeweilige Teilchengröße eingestellter Verweilzeit durchlaufen.
6. e 6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, g e k e n n z e i c h n e t durch einen Schachtofen (1) mit einer Gutzuführung (10) und wenigstens einer Abgasabführungsöffnung (11) im oberen Bereich des Ofens, mit einem Gutauslauf (14 im untersten Ofenbereich und wenigstens einer Brenngaszuführung (8,9) im unteren und mittleren Ofenbereich, sowie mit im Ofen kaskadenförmig einander schräg gegenüberliegend angeordneten, insbesondere aus Metallplatten (3) bestehenden Einbauten, die Jeweils von der Ofeninnenwand ausgehende schräg nach unten geneigt angeordnet und in der Ofenwand beweglich gelagert sind, wobei die Einbauten mit einem auBerhalb des Ofens angeordneten Vibrationsantrieb (7) in Verbindung stehen.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß zur Erzeugung der heißen Brenngase im mittleren und unteren Bereich des Ofens mehrere Brenner (8) angeordnet sind, deren Brennstrahlen (9) auf die Metallplatten (3) gerichtet sind.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ne t, daß die Brennstrahlen (9) der in den Ofen im mittleren und unteren Bereich angeordneten Brenner (8) auf die Jeweils gegenüberliegend angeordneten Metallplatten (3) gerichtet sind.
9. 9. Vorrichtung nach 6, 7 oder 8, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Metallplatten (3) mit nach oben gerichteten Vorsprüngen versehen sind.
10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Metallplatten (3) mit stegartig nach oben gerichteten Seitenkanten (16) versehen sind.
11. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Metallplatten (3) gegenüber der Horizontalebene mit eine Winkel von etwa 150 und 200 nach unten geneigt angeordnet sind.
12. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Schachtofen einen rechteckigen Querschnitt aufweist.
13. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Schachtofen einen runden Querschnitt mit Gasleitvorrichtungen neben den Metallplatten (3) aufweist.

    - Beschreibung -