EP1485207B1 - Vorrichtung zur gleichmässigen beaufschlagung einer planenfläche eines werkstücks mit einem erhitzten gas - Google Patents

Vorrichtung zur gleichmässigen beaufschlagung einer planenfläche eines werkstücks mit einem erhitzten gas Download PDF

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EP1485207B1
EP1485207B1 EP03709615A EP03709615A EP1485207B1 EP 1485207 B1 EP1485207 B1 EP 1485207B1 EP 03709615 A EP03709615 A EP 03709615A EP 03709615 A EP03709615 A EP 03709615A EP 1485207 B1 EP1485207 B1 EP 1485207B1
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EP
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nozzles
nozzle
spiral
gas
deflection device
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Otto Junker GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D7/00—Forming, maintaining, or circulating atmospheres in heating chambers
    • F27D7/04—Circulating atmospheres by mechanical means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B1/00—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
    • B05B1/005—Nozzles or other outlets specially adapted for discharging one or more gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/74—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material
    • C21D1/767—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material with forced gas circulation; Reheating thereof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B21/00—Arrangements or duct systems, e.g. in combination with pallet boxes, for supplying and controlling air or gases for drying solid materials or objects
    • F26B21/004—Nozzle assemblies; Air knives; Air distributors; Blow boxes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0006—Details, accessories not peculiar to any of the following furnaces

Definitions

  • the invention relates to a device for uniformly acting on a flat surface of a workpiece with a heated gas, wherein an occupied with nozzles, running parallel to the flat surface and provided with openings for the nozzle nozzle bottom is provided and the nozzles are each tubular and normal to stand the surface to be acted upon.
  • Such devices are used, for example, to heat coils of coils wound into coils.
  • the highest possible heat transfer is desired, so that the duration of treatment is as short as possible.
  • excessive heating of individual areas, in particular the strip edges of coils should be avoided. It follows that the most favorable arrangement is to be found, which allows a uniform and high heat transfer possible
  • a device of the type mentioned is described for example in DE 196 50 965.
  • This has a flat nozzle bottom with nozzle openings, which directs the respective emerging gas jet inclined to the surface of the workpiece on this.
  • the nozzles are grouped together and aligned in their direction of deflection so that the projection of the jets of two adjacent nozzles of a group forms an angle resulting from the division of 360 ° by the number of nozzles associated with a group.
  • the object of the invention is to provide a device of the type mentioned, which significantly reduces the heat transfer loss occurring over known devices of the pertinent art and increases the uniformity of politicians vererlung.
  • each deflector is formed of one or more metal strips, each of which one or more evenly over the circumference the nozzle distributed, helically extending through the nozzle metal strips are formed, the width of which is adapted to the radius of the nozzle and that the winding at n metal strips at least over 360 ° / n.
  • the projection of the deflection devices completely covers the cross section of the respective nozzle. This prevents gas jets from flowing through the deflection device substantially rectilinearly and does not deflect and expand in the desired manner after exiting the nozzle. Furthermore, the radiation influence of a heating device arranged on the inflow side of the nozzle base can thus be excluded.
  • the jet of a nozzle can be advantageously influenced if the deflection device has at least two coiled flow channels.
  • the deflection devices can advantageously extend over the entire length of a nozzle, so that the rotation of the respective gas jet is impressed over the greatest possible length.
  • the nozzles are preferably arranged on the outflow side of the nozzle base, but can sit on the inflow side in specific applications.
  • Fig. 1 shows a furnace 1, in which the surfaces to be acted upon 2 of the goods are blown over the tubular nozzle 3 formed.
  • hot gas is taken from a fan 4 from the furnace chamber and fed to the attached to the downstream side of the nozzle bottom 5 nozzles 3 on the inflow side 7 of the nozzle bottom 5.
  • the heating required for the heating of the gas is not shown.
  • FIG. 2 shows an example of a nozzle 3 according to the invention with a circular cross-section.
  • a deflection device 6 is provided over the entire length, which in this case consists of two radially penetrating strips of material, so that the interior of the nozzle is divided into four separate flow channels is shared.
  • the deflection device 6 is formed helically to the axis of the nozzle, extending over the entire length of the nozzle and is rotated by 90 °. The gas flowing through it is given a twist. A substantially rectilinear flow is thus excluded.
  • the nozzles 3 show the flow path of the gas between the nozzle bottom 5 and the surface 2 to be acted upon.
  • the nozzles 3 are arranged on the downstream side of the nozzle bottom 5 and normal to the surface 2 to be acted upon.
  • the direction of flow of the gas is indicated by the arrows.
  • the gas receives as it flows through the nozzle 3 by the deflection device 6 an alignment. This causes the cross-sectional area of the gas jet in the propagation direction to increase. In this case, the increase in the cross-sectional area depends on the swirl applied to the gas in the deflection device, so that the impact area of a jet can be determined via it. After the impact of the jet on the surface 2, the gas flows back between the nozzles 3.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur gleichmäßigen Beaufschlagung einer planen Fläche eines Werkstücks mit einem erhitzten Gas, wobei ein mit Düsen besetzter, parallel zu der planen Fläche verlaufender und mit Öffnungen für die Düsen versehener Düsenboden vorgesehen ist und die Düsen jeweils rohrförmig ausgebildet sind und normal zu der zu beaufschlagenden Fläche stehen.
  • Derartige Vorrichtungen werden beispielsweise zur Erwärmung von zu Coils aufgewickelten Blechbändem verwendet. Bei dem Beblasen der Stimflächen eines solchen Coils ist zum einen ein möglichst hoher Wärmeübergang gewünscht, so dass die Behandlungsdauer möglichst kurz ist. Andererseits ist eine übermäßige Erwärmung einzeiner Bereiche, insbesondere der Bandkanten von Coils zu vermeiden. Daraus folgt, dass eine möglichst günstige Anordnung zu finden ist, die einen möglichst gleichmäßigen und hohen Wärmeübergang ermöglicht
  • Eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Gattung wird beispielsweise in der DE 196 50 965 beschrieben. Diese weist einen ebenen Düsenboden mit Düsenöffnungen auf, die den jeweils austretenden Gasstrahl geneigt zur Fläche des Werkstücks auf diese richtet. Weiterhin sind die Düsen zu Gruppen zusammengefasst und in ihrer Ablenkrichtung so zueinander ausgerichtet, dass die Projektion der Düsenstrahlen zweier benachbarter Düsen einer Gruppe einen Winkel bildet, der sich durch die Division von 360° durch die Anzahl der einer Gruppe zugehörigen Düsen ergibt.
  • Ein Nachteîl dieser Anordnung liegt insbesondere in dem langen Strahlweg, der aus der Neigung der Strahlachse einer einzelnen Düse gegenüber der Normalen auf den Düsenboden einer Gruppe resultiert und einer großen Abnahme des Wärmeübergangs mit zunehmendem Abstand vom Düsenboden zur Folge hat.
  • Aus der EP 0 911 418 A1 ist weiter eine Vorrichtung bekannt, bei der ein erhitztes Gas durch Düsen hindurch auf ein Stahlband zum Zwecke der Wärmebehandlung geleitet wird.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welche die auftretende Wärmeübergangsabnahme gegenüber bekannten Vorrichtungen der einschlägigen Art wesentlich reduziert und die Gleichmäßigkeit der Wärmeverterlung steigert.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, dass in den Düsen eine das Gas wendelartig führende Ablenkvorrichtung angeordnet ist, wobei, jeder Ablenkvorrichtungen aus einem oder mehreren Metallstreifen gebildet ist, die jeweils aus einer oder aus mehreren gleichmäßig über den Umfang der Düse verteilten, wendelartig durch die Düse verlaufenden Metallstreifen gebildet sind, deren Breite dem Radius der Düse angepasst ist und dass die Wendelung bei n Metallstreifen mindestens über 360°/n verläuft.
  • Durch diese Gestaltung der Düsen werden Strahlen erzielt, die durch ihre Führung genau definiert sind. Da die Gasstrahlen normal auf die zu beaufschlagende Fläche treffen, ergibt sich der kürzest mögliche Strahlweg und eine Reduzierung der Wärmeübergangsabnahme. Durch die wendelartige Führung der Strahlen nimmt deren Durchmesser in Strahlrichtung zu, so dass die zu beaufschlagende Fläche bei geeigneter Anordnung der Düsen gleichmäßig abgedeckt werden kann.
  • Erfindungsgemäß wird die Projektion der Ablenkvorrichtungen den Querschnitt der jeweiligen Düse voll überdeckt. Dadurch wird verhindert, dass Gasstrahlen im Wesentlichen geradlinig die Ablenkvorrichtung durchströmen und sich nach dem Austritt aus der Düse nicht in gewünschter Weise umlenken und erweitem. Weiterhin lässt sich damit der Strahlungseinfluss einer auf der Zuströmseite des Düsenbodens angeordneten Beheizungseinrichtung ausschließen.
  • Der Strahl einer Düse lässt sich vorteilhaft beeinflussen, falls die Ablenkvorrichtung mindestens zwei gewendelt verlaufende Strömungskanäle aufweist.
  • Eine vorteilhafte Verteilung der Düsen auf dem Düsenboden ergibt sich, falls die Düsen auf normal zueinander stehenden Geraden äquidistant angeordnet sind und die Wendelungen der jeweils auf einer gemeinsamen Geraden nebeneinanderliegenden Düsen entgegengesetzt gerichtet sind. Hierdurch wird den so benachbarten Gasstrahlen eine Richtung gegeben, welche die Gleichmäßigkeit der Gasstrahlverteilung und damit auch die Erwärmung der anzuströmenden Fläche deutlich fordert.
  • Die Ablenkvorrichtungen können sich in vorteilhafter Weise über die gesamte Länge einer Düse erstrecken, so dass damit dem jeweils durchtretenden Gasstrahl die Drehung über die größtmögliche Länge aufgeprägt wird.
  • Die Düsen sind erfindungsgemäß bevorzugt auf der Abströmseite des Düsenbodens angeordnet, können in spezifischen Anwendungen aber auf der Zuströmseite sitzen.
  • Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Vorrichtung an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es zeigt
    • Fig. 1: einen horizontalen Schnitt durch einen Ofen, bei dem die mit dem Heißgas zu beaufschlagenden Flächen des Gutes von zwei einander gegenüberliegenden Seiten beblasen werden,
    • Fig.2: eine perspektivische Ansicht einer rohrförmigen Düse, in der eine Ablenkvorrichtung aus zwei Metallstreifen angeordnet ist, und
    • Fig. 3: den Strömungsverlauf des Gases zwischen den Düsen und der zu beaufschlagenden Fläche des Gutes.
  • Fig. 1 zeigt einen Ofen 1, in dem die zu beaufschlagenden Flächen 2 des Gutes über die rohrförmigen ausgebildete Düsen 3 beblasen werden. Dabei wird heißes Gas von einem Ventilator 4 aus dem Ofenraum entnommen und den auf der Abströmseite des Düsenbodens 5 angebrachten Düsen 3 auf der Zuströmseite 7 des Düsenbodens 5 zugeführt. Die für die Erwärmung des Gases notwendige Heizung ist nicht eingezeichnet.
  • Fig. 2 zeigt ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Düse 3 mit kreisrundem Querschnitt In der Düse 3 ist über die gesamte Länge eine Ablenkvorrichtung 6 angebracht, die in diesem Falle aus zwei sich radial durchdringenden Materialstreifen besteht, so dass der Innenraum der Düse in vier voneinander getrennte Strömungskanäle geteilt wird. Die Ablenkvorrichtung 6 ist dabei wendelartig zur Achse der Düse ausgebildet, erstreckt sich über die gesamte Länge der Düse und ist um 90° gedreht. Dem durchströmenden Gas wird dadurch ein Drall gegeben. Ein im Wesentlichen geradliniges Durchströmen ist damit ausgeschlossen.
  • Fig. 3 zeigt den Strömungsverlauf des Gases zwischen dem Düsenboden 5 und der zu beaufschlagenden Fläche 2. In dem hier gezeigten Beispiel sind die Düsen 3 auf der Abströmseite des Düsenbodens 5 und normal zu der zu beaufschlagenden Fläche 2 angeordnet. Die Strömungsrichtung des Gases ist durch die Pfeile angegeben. Das Gas erhält beim Durchströmen der Düsen 3 durch die Ablenkvorrichtung 6 eine Ausrichtung. Diese führt dazu, dass die Querschnittsfläche des Gasstrahls in Ausbreitungsrichtung zunimmt. Dabei hängt die Zunahme der Querschnittsfläche von dem dem Gas in der Ablenkvorrichtung aufgeprägten Drall ab, so dass die Prallfläche eines Strahls darüber bestimmt werden kann. Nach dem Auftreffen des Strahls auf der Fläche 2 strömt das Gas zwischen den Düsen 3 zurück.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Ofen
    2
    zu beaufschlagende Fläche des Gutes
    3
    Düsen
    4
    Ventilator
    5
    Düsenboden
    6
    Ablenkvorrichtung
    7
    Zuströmseite

Claims (6)

  1. Vorrichtung zur gleichmäßigen Beaufschlagung einer planen Fläche eines Werkstücks mit einem erhitzten Gas, wobei ein mit Düsen (3) besetzter, parallel zu der planen Fläche verlaufender und mit Öffnungen für die Düsen versehener Düsenboden (5) vorgesehen ist und die Düsen (3) jeweils rohrförmig ausgebildet sind und normal zu der zu beaufschlagenden Fläche (2) stehen,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in den Düsen eine das Gas wendelartig führende Ablenkvorrichtung (6) angeordnet ist, wobei jede Ablenkvorrichtung (6) aus einem oder mehreren Metallstreifen gebildet ist, die jeweils aus einer oder aus mehreren gleichmäßig über den Umfang der Düse (3) verteilten, wendelartig durch die Düse (3) verlaufenden Metallstreifen gebildet sind, deren Breite dem Radius der Düse (3) angepasst ist, und dass die Wendelung bei n Metallstreifen mindestens über 360/n° verläuft.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Ablenkvorrichtung (6) mindestens zwei gewendelt verlaufende Strömungskanäle aufweist.
  3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Düsen (3) auf normal zueinander stehenden Geraden äquidistant angeordnet sind und die Wendelungen der jeweils auf einer gemeinsamen Geraden nebeneinander liegenden Düsen (3) entgegengesetzt gerichtet sind.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Ablenkvorrichtung (6) jeweils mindestens ein um die Achse der Düse (3) wendelförmig verlaufender Metallstreifen ist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sich die Ablenkvorrichtung (6) über die gesamte Länge einer Düse (3) erstreckt.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Düsen (3) auf der Abströmseite des Düsenbodens (5) angeordnet sind.
EP03709615A 2002-03-19 2003-02-14 Vorrichtung zur gleichmässigen beaufschlagung einer planenfläche eines werkstücks mit einem erhitzten gas Expired - Lifetime EP1485207B1 (de)

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