EP3110981B1

EP3110981B1 - Verfahren und anlage zur thermischen behandlung von langgestrecktem, flachem metallischen gut, insbesondere aluminium-walzbarren, in einem ringherdofen

Info

Publication number: EP3110981B1
Application number: EP15711059.4A
Authority: EP
Inventors: Krzysztof Hornig
Original assignee: SMS Group GmbH
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2014-02-26
Filing date: 2015-02-26
Publication date: 2018-10-10
Anticipated expiration: 2035-02-26
Also published as: CN106170568B; WO2015128416A1; DE102015203376A1; EP3110981A1; CN106170568A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Behandlung von langgestrecktem, flachem metallischen Gut, insbesondere Aluminium-Walzbarren, in einem Ofen, der zur Temperaturregelung und -überwachung sowie Ofensteuerung mit einem übergeordneten Prozessleitsystem verbunden ist, wobei als Ofen ein Ringherdofen zum Einsatz kommt, der zwischen einem wärmeisolierten Außengehäuse und einem wärmeinsolierten Innengehäuse einen gegen die Gehäuse abgedichteten, drehangetriebenen Ringherdboden aufweist, wobei der mit einen wärmeisolierten Decke verschlossene Ringherdofen mit mindestens einer verschließbaren Be- und Entladungsöffnung ausgebildet ist und mit Gas oder elektrisch beheizt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Anlage, umfassend einen Ringherdofen, zum Durchführen des Verfahrens.
Bei einem Ringherdofen handelt es sich um eine besondere Form eines Drehherdofens, wobei beide Ofentypen in der Industrie seit langem Stand der Technik sind und in der Sonderform als Ringherd in der Stahlindustrie, dort besonders in der Schmiedeindustrie zum Erwärmen von Schmiedeblöcken, aber auch in der Wärmebehandlung, speziell zum Aufkohlen beispielsweise von Getriebeteilen, zum Einsatz kommen. Ein Drehherdofen in Ringbauart zur Wärmebehandlung solcher Werkstücke ist durch das DE 8422370.7 U1 bekannt geworden.
Auch DE-A 32 31 225 betrifft einen Ringofen mit einer einzigen, verschließbaren Beschickungs-und Entnahmeöffnung sowie Hubbalken als Transportvorrichtung wobei im Ofengehäuse Heiz- und Kühleinrichtungen vorgesehen sind, die als Rohren für geblasene Luftumwälzung angeordnet sind.
Wie aus der DE 10 2009 053 343 A1 bekannt, erfolgt eine Erwärmung bzw. Homogenisierung von Aluminium-Walzbarren bis heute fast immer in Stoßöfen, die mit Konvektionserwärmung betrieben werden und bei denen das Gut im Durchlauf durch das Ofengehäuse bewegt und dabei bis zur Walztemperatur von 500 - 560 °C aufgeheizt wird.
Der Stoßofen umfasst dabei das wärmeisolierend ausgemauerte Ofengehäuse mit einer in Durchlaufrichtung des Gutes gesehenen vorderen Stirnwand und einer hinteren Stirnwand, zwei die beiden Stirnwände miteinander verbindenden Längswänden und eine Transporteinrichtung zum Durchfördern des zu behandelnden Gutes durch das Ofengehäuse. Die Transporteinrichtung ist so ausgebildet, dass sie das langgestreckte, flache Gut quer zur Durchlaufrichtung aufnimmt. Hierzu wird das zu behandelnde Gut auf Gleitschuhe gestellt, die sich auf im Ofenraum angeordneten Schienen verschieben lassen, in der Regel mittels einer hydraulischen Stoßvorrichtung.
Die zur Beschickung und Entnahme des Gutes an den Stirnseiten des Ofens vorhandenen Türen besitzen einen Öffnungsquerschnitt, der mindestens den Abmessungen des zu behandelnden, langgestreckten flachen metallischen Guts entsprechen muss. Das deutet für Aluminium-Walzbarren, deren Länge ein Mehrfaches der Dicke beträgt und die typischerweise eine Dicke bis zu 0,8 m, eine Breite bis 2,6 m und eine Länge bis 8,4 m aufweisen, das die Be- und Entladeöffnung bzw. -öffnungen zur Be- und Entladung einen außerordentlich großen Durchlass freigeben müssen, selbst wenn die Aluminium-Walzbarren auf ihrer schmalen, langen Stirnseite stehend durch den Ofen geschoben werden.
Durch die starke Umwälzung der Beblasungsluft im Ofen, die auch unmittelbar vor den großflächigen stirnseitigen Türen erfolgt, wird bei geöffneten Türen daher zwangsläufig ein Teil der bis zu 650 °C heißen Beblasungsluft aus dem Ofen gepresst. Gleichzeitig strömt kalte Außenluft in den Ofenraum ein, die dann auf die Behandlungstemperatur gebracht werden muss. Hinzu kommt noch, dass die während der Be- und Entladung im Ofenraum vor den Türen stehenden heißen Aluminium-Walzbarren eine große Wärmemenge nach außen abstrahlen, wodurch sich die Energiebilanz weiter verschlechtert.
Zur Erwärmung bzw. Homogenisierung von Aluminium-Walzbarren sind weiterhin Tieföfen (vergleiche DE 2758292 C ) bekannt, die mittels Konvektionserwärmung betrieben werden. Ein solcher Tiefofen besitzt einen durch isolierte Außenwände begrenzten, rechteckförmigen Ofenraum, der oben von einem abheb- bzw. aufsetzbaren oder waagerecht verfahrbaren stabilen Ofendeckel verschlossen wird.
Die Losgrößen, mit denen Tieföfen bestückt werden, liegt üblicherweise zwischen 30 t und 300 t, wobei die Aluminium-Walzbarren hochkant stehend auf einer ihrer schmalen Stirnseiten in entsprechenden Aufnahmen am Boden des Ofens positioniert werden oder aber flach aufeinander liegend, getrennt durch Spacer, im Tiefofen chargiert werden.
Bei der Konvektionserwärmung des Tiefofens erfolgt eine Beblasung der Aluminium-Walzbarren mit hoher Luftgeschwindigkeit. Dabei kann es bei den von der Beschickung bis zur Entnahme unbewegten Aluminium-Walzbarren zu einer ungleichmäßigen Erwärmung oder partiell zu übermäßig starken Erwärmungen, so genannten Hot-Spots, kommen.
Die Aluminium-Walzbarren werden mit Hilfe einer über den Tiefofen verfahrbaren Blockzange oder einem Hallenkran be- und entladen. Wird ein aufgeheizter Aluminium-Walzbarren aus dem Tiefofen entnommen, muss der sich zumindest über eine Teillänge und über die gesamte Breite des Ofenraums erstreckende Ofendeckel abgehoben bzw. aufgefahren werden, wobei ein Großteil der heißen Beblasungsluft aus dem Ofen austritt, was unvermeidlich zu einer Herabsetzung der voreingestellten Ofentemperatur führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren, wie in Anspruch 1 definiert wurde, eine Anlage, wie in Anspruch 11 definiert wurde, zur thermischen Behandlung von Aluminium-Walzbarren zu schaffen, mit denen sich bei vereinfachtem Aufbau die Vorteile eines in der Stahlindustrie bewährten Ringherdofens mit der in der Aluminium-Industrie bewährten Konvektionserwärmung vereinigen lassen, um einen deutlich reduzierten Energieverbrauch sowie variable Betriebsweisen zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zur Konvektionserwärmung der in den Ringherdofen eingebrachten Aluminium-Walzbarren von deckenseitig vorgesehenen, über den Umfang der Decke verteilten Umwälz-Ventilatoren aus dem von dem Außen- und Innengehäuse eingekammerten Ringherdinneren nach oben angesaugte Luft zunächst entlang deckenseitig angeordneten, in das Herdinnere ragenden Heizmitteln geleitet wird und danach in sich an den Innenwänden des Außen- und des Innengehäuses erstreckende Druckkanäle einströmt, aus denen die Aluminium-Walzbarren mit der sich während der Aufheizphase zunehmend erwärmenden Luft zum Aufheizen der Aluminium-Walzbarren über Schlitzdüsen angeblasen werden.
Die deckenseitig zahlreichen Umwälz-Ventilatoren sowie Heizmittel, z. B. direkt gasbeheizt mit Warmluft- oder Gasbrennern oder elektrisch beheizt über Elektrostrahlheizrohre, im Zusammenspiel mit den sich an den Innenwänden der Gehäuse von oben nach unten erstreckenden Druckkanälen ermöglichen in dem Ringherdofen das Aufheizen von Aluminium-Walzbarren mit intensiver Konvektionswirkung der im geschlossenen Kreislauf aus dem Ofeninneren nach oben angesaugten und von dort nach der Erwärmung durch die Heizmittel entlang der Innenwände bis nach unten mit Anblasen der Aluminium-Walzbarren zurückgeführten Luft. Aus den in den Druckkanälen bis unterhalb der Heizmittel über die gesamte Höhe des Ofeninneren verteilt angeordneten Schlitzdüsen tritt die Beblasungsluft mit einer Geschwindigkeit von etwa 40 m/s bis 60 m/s aus. Somit lässt sich auch zum Anwärmen bzw. Aufheizen von Aluminium-Walzbarren eine hocheffiziente Wärmeübertragung mit schneller Aufheizgeschwindigkeit und hoher Durchsatzleistung erreichen. Das Rotieren des Ringherdbodens mit den darauf stehenden Aluminium-Walzbarren gewährleistet dabei eine sehr gute Temperaturgleichmäßigkeit im Glühgut.
Nach einem Vorschlag der Erfindung werden die Aluminium-Walzbarren in Hochkantlage so auf den Ringherdboden abgestellt, dass ihre schmalen Längsseiten mit der umgewälzten Luft direkt angeblasen und ihre breiten Walzflächen von der Luft umströmt werden. Damit ergibt sich eine allseitige Umströmung der Aluminium-Walzbarren, was dadurch noch begünstigt werden kann, dass die Aluminium-Walzbarren auf einen sich auf dem Ringherdboden abstützenden, durchgehenden Ablagerost in Wabenform aus hitzebeständigem Stahlguss abgestellt werden.
Der Ringherdofen lässt sich in bevorzugter Weise erfindungsgemäß zum Aufheizen der Aluminium-Walzbarren auf Walztemperatur und bei demgegenüber erhöhter Temperatur ebenfalls zum Homogenisieren der Aluminium-Walzbarren betreiben, wobei die Aluminium-Walzbarren nach Ablauf der Homogenisierungszeit durch Einblasen von Kaltluft in das Ringherdinnere oberflächig abgekühlt und zum Ende einer bestimmten Kühlzeit durch die Restwärme der Aluminium-Walzbarren wieder auf Walztemperatur erwärmt werden. Die zum Homogenisieren der Aluminium-Walzbarren mit einer Verweildauer im Ofen von z. B. 20 bis 25 Stunden erforderliche Temperatur der Aluminium-Walzbarren von ca. 600 bis
650 °C wird über Thermoelemente und Vergleichsstelle direkt in der speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) erfasst, in der auch die Temperaturregelung erfolgt. Zur Überwachung und Regelung ist der Ringherdofen mit voneinander unabhängigen Regelzonen und zonenweise unabhängigen Regelkreisen ausgebildet. Die für ein Glühprogramm erforderlichen Sollwerte und Parameter werden von dem vorhandenen übergeordneten Prozessleitsystem in die entsprechende Ofensteuerung geladen.
Der Ringherdofen ermöglicht in vorteilhafter Weise einen Betrieb mit chargenweiser oder kontinuierlicher Beladung. Dabei können abhängig vom Ofendurchmesser und damit den Abmessungen des nutzbaren, beheizten Ofenraums Aluminium-Walzbarren mit einem Gesamtgewicht von beispielsweise 430 t, 530 t oder 620 t bei maximaler Beladung eingebracht werden.
Nach der Erfindung ist dabei vorgesehen, dass beim Chargenbetrieb der leere Ringherdofen bzw. dessen Nutzungsraum zu Anfang einer Glühung vollbefüllt und nach Erreichen der Walztemperatur aller Aluminium-Walzbarren komplett leergefahren wird. Beim optionalen Konti-Betrieb wird ein aufgewärmter Aluminium-Walzbarren entnommen und danach der Ringherdboden um einen Takt weitergedreht, bevor ein kalter Aluminium-Walzbarren zum Aufwärmen eingebracht wird. Es wird somit kurz vor der Entnahme des auf Walztemperatur erwärmten Barrens und dem neu chargiertem, kalten Barren ein Leerplatz geschaffen, um eine negative Temperaturbeeinflussung zu vermeiden. Aus dem gleichen Grund wird nach jeder Entnahme bzw. Beladung die Beschickungs- und Entladungsöffnung geschlossen.
Der Aufheizprozess beginnt, nachdem das zu verwendende Glührezept aus der SPS aufgerufen worden ist. Die Lufttemperatur wird auf eine Übertemperatur (max. 650 °C) eingestellt und automatisch auf dieser Übertemperatur gehalten. Während der Zeit, in der mit Übertemperatur gefahren wird, wird der Ringherdboden vorteilhaft kontinuierlich langsam gedreht, um Überhitzungen an den schmalen Längsseiten der Aluminium-Walzbarren zu vermeiden und die Temperatur zu vergleichmäßigen, wozu maßgeblich auch das Rotieren des Ringherdbodens beiträgt.
Der Ringherdofen erlaubt bei immer gleichbleibender Be- und Entladeposition eine Beladung mit den Aluminium-Walzbarren von oben, z. B. mittels eine Hallenkrans, oder von der Seite her, z. B. mittels eines Handhabungsroboters.
Unabhängig davon, ob von oben oder von der Seite her beladen wird, lassen sich verschiedene Beladungsstrategien durchführen, indem nämlich die Aluminium-Walzbarren umfangsverteilt mit ihren breiten Walzflächen voneinander beabstandet einbahnig oder zweibahnig mit dann zudem voneinander beabstandeten schmalen Längsseiten, d. h. auf einer äußeren Kreisbahn und einer dazu konzentrischen inneren Kreisbahn, in das Ringherdinnere abgestellt werden können, wobei die zweibahnige Beladung mit in Reihe liegenden oder versetzten Aluminium-Walzbarren erfolgen kann. Die zweibahnige Beladung mit versetzen Aluminium-Walzbarren und keinen fixen Positionen in Bezug auf den Ringherdofen erlaubt hierbei ein maximales Chargengewicht, z. B. 620 t, gegenüber einer zweibahnigen Beladung von in Reihe abgestellten Aluminium-Walzbarren mit einem Chargengewicht von dann etwa 440 t, gleiche Abmessungen und Gewichte der einzelnen Aluminium-Walzbarren vorausgesetzt.
Eine weitere erfindungsgemäße Maßnahme sieht vor, dass die Ist-Temperatur der Aluminium-Walzbarren je Zone, die von jedem der deckenseitigen Umwälz-Ventilatoren vorgegeben wird, periodisch überprüft wird, wozu die Drehbewegung des Ringherdbodens kurz gestoppt wird. Die Messwerte werden in der SPS bzw. dem übergeordneten Prozessleitsystem verarbeitet und in die Ofensteuerung geladen.
Bei einer Anlage zum Durchführen des Verfahrens ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Ringherdofen über die zum drehangetriebenen Ringherdboden fluchtende Ringfläche seiner Decke verteilt einerseits Umwälz-Ventilatoren und andererseits sowohl der Innenwand des Außengehäuses als auch der Innenwand des Innengehäuses zugeordnete Heizmittel aufweist, wobei die Umwälz-Ventilatoren und die Heizmittel durch die Decke bis in das obere Ringherdinnere reichend hindurchgeführt sind, und mit Schlitzdüsen aufweisenden Druckkanälen ausgebildet ist, die sich unterhalb der Heizmittel an den Innenwänden des Außen- und des Innengehäuses erstrecken. Die zur Konvektionserwärmung eines Ringherdofens benötigen Aggregate sind damit für das Instandhaltungspersonal gut erreichbar, wobei ein einfacher Aus- und Einbau der Umwälz-Ventilatoren und der Heizmittel mit Hilfe des Hallenkrans möglich ist. Es wird vorgeschlagen, dass für den mit Abgasleitungen und Kühlluft-Zuleitungen ausgebildeten Ringherdofen als Heizmittel Gasbrenner vorgesehen sind, die voneinander beabstandet einen Außengehäuse-Brennerkranz und einen Innengehäuse-Brennerkranz bildend angeordnet sind, wobei ihre Brennerrohre angrenzend zu den Innenwänden des Außen- und des Innengehäuses verlaufend in das obere Ringherdinnere eintauchen. Die in Hochkantlage mit ihren kurzen Stirnseiten auf den Ringherdboden abgestellten Aluminium-Walzbarren werden damit von ihren beiden schmalen Längsseiten her mit der aus den Schlitzdüsen beschleunigt austretenden Luft angeblasen. Die über die Umwälz-Ventilatoren von unten nach oben angesaugte Luft wird nach ihrer Erwärmung durch die beiden Brennerkränze an den Innenwänden des Außen- und Innengehäuses in die dortigen Druckkanäle geleitet.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der drehangetriebene Ringherdboden auf feststehenden Rollen gelagert ist und zum Antrieb einen Zahnkranz aufweist, mit dem ein von einem frequenzgeregelten Elektromotor beaufschlagtes Ritzel kämmt. Es wird damit nur eine nach dem Funktionsprinzip Triebsstock arbeitende Antriebseinheit benötigt, die das Stoppen der Drehbewegung oder das positionsgenaue Takten des angetriebenen Ringherdbodens gewährleistet. Die Rollen, auf denen der Ringherdboden abläuft, bieten durch eine Zentralschmierung ihrer Wälzlager lange Standzeiten.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass in jeder von einem Umwälz-Ventilator vorgegebenen Ventilatorzone zumindest ein mit seiner Messlanze durch das Innen- oder Außengehäuse in das Ringherdinnere eintauchendes Andrück-Thermoelement vorgesehen ist. Die Andrück-Thermoelemente können elektromechanisch betätigt werden und dienen einerseits zur Messung der Lufttemperatur und andererseits zur Messung der Temperatur der Aluminium-Walzbarren.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist die mindestens eine Be- und Entladungsöffnung des Ringherdofens zur Be- und Entladung von oben oder von der Seite her mit einer in der Decke horizontal oder am Außenumfang des Außengehäuses seitlich verfahrbaren Ofentür ausgebildet. Ganz gleich, ob eine Be- und Entladungsöffnung oder ob zwei solche Öffnungen vorhanden sind, wobei dann die eine Öffnung zur Be- und die andere zur Entladung dient, ist eine flexible Beladung bei immer gleichbleibender Be- und Entladeposition gewährleistet und wird energieeffizient stets nur ein kleiner Abschnitt des Ringherdofens oben an der Decke oder seitlich am Außengehäuse geöffnet.
Hierbei empfiehlt es sich, dass bei zwei durch jeweils eine Ofentür verschließbaren Be- und Entladungsöffnungen zur thermischen Trennung der Entladungsöffnung für heiße Aluminium-Walzbarren und der Beladungsöffnung für kalte Aluminium-Walzbarren zwischen den beiden Öffnungen ein Trennwehr vorgesehen ist.
Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung von in den Zeichnungen vereinfacht dargestellten Ausführungen der Erfindung.
Es zeigen:

Figur 1: in einem Längsschnitt von einer Anlage zur thermischen Behandlung von Aluminium-Walzbarren einen mit Mitteln zur Konvektionserwärmung der Aluminium-Walzbarren ausgebildeten Ringherdofen;
Figur 2: den Ringherdofen der Figur 1 in der Draufsicht;
Figur 3: in der Draufsicht einen Ringherdofen wie zuvor in Figur 1, demgegenüber eine Öffnung zur Beladung und eine davon getrennte Öffnung zur Entladung der Aluminium-Walzbarren aufweisend;
Figur 4: als schematische Draufsicht des deckenseitig eine Be- und Entladungsöffnung aufweisenden Ringherdofens, die einbahnige Beladung des Ringherdes mit den Aluminium-Walzbarren;
Figur 5: eine Draufsicht wie zuvor in Figur 4, demgegenüber mit zweibahniger Beladung von symmetrisch in Reihe abgestellten Aluminium-Walzbarren; und
Figur 6: eine Draufsicht wie zuvor in Figur 5, demgegenüber mit nicht symmetrisch in Reihe, sondern von Bahn zu Bahn versetzt abgestellten Aluminium-Walzbarren.

Von einer industriellen Anlage zur thermischen Behandlung von langgestrecktem, flachem metallischen Gut ist in den Zeichnungsfiguren ein Ringherdofen 1 zum Aufwärmen bzw. -heizen und / oder Homogenisieren von Aluminium-Walzbarren 2 dargestellt. Der Ringherdofen 1 besteht aus einem Außengehäuse 3 und einem Innengehäuse 4, die innenliegend komplett mit einer Wärmeisolierung 3a, 4a, z. B. keramische und mineralische Matten, versehen sind. Die die Ofenkammer bzw. das Ringherdinnere 1a verschließende Ofendecke 6 ist ebenfalls mit einer Wärmeisolierung 6a ausgekleidet. Der unten den Raum zwischen dem Außengehäuse 3 und dem Innengehäuse 4 überbrückende Ofenboden 7, der eine Wärmeisolierung 8 aus beispielsweise Feuerleichtbeton aufweist, besitzt in seinem dem Nutzungsraum entsprechendem mittleren Bereich einen drehangetriebenen Ringherdboden 7a, der hier gegenüber dem Ofengehäuse bzw. dem Ofenboden 7 an beiden Seiten, d. h. den Trennstellen, über eine umlaufende Wassertasse 9 abgedichtet ist. Der drehangetriebene Ringherdboden 7a ist auf feststehenden Laufrollen 10 gelagert und wird von einem frequenzgeregeltem Elektromotor 11 angetrieben, der über ein Ritzel 12 mit einem Zahnkranz 13 des Ringherdbodens 7a kämmt. Am Außenumfang des Ofengehäuses sind zur Einbringung von Kühlluft und Abfuhr von Abgasen Leitungen 14 vorgesehen.
Die Be- und Entladung des Ringherdofens 1 erfolgt in den Ausführungsbeispielen von oben her mittels des Hallenkrans, wozu die Be- und Entladungsöffnung 15 durch eine in der Decke 6 durch einen Elektromotor mit Zahnstangenantrieb horizontal verfahrbar Ofentür 16 temporär kurzzeitig geöffnet und verschlossen werden kann. Die Aluminium-Walzbarren werden in der aus Figur 1 zu entnehmenden Hochkantlage mit ihren schmalen Stirnseiten auf einen wabenförmigen Ablagerost 17 des Ringherdbodens 7a abgestellt. Wie in Figur 3 gezeigt, können statt der einen Be- und Entladungsöffnung 15 nebeneinander liegend in der Ofendecke zwei Öffnungen 15a, 15b vorgesehen werden, die von je einer horizontal verschiebbaren Ofentür 16 wechselweise kurzzeitig verschlossen bzw. geöffnet werden können, wobei die Öffnung 15a der Ladung mit kalten Aluminium-Walzbarren und die Öffnung 15b zur Entladung bzw. Entnahme der aufgewärmten Aluminium-Walzbarren dient. Ein Trennwehr 18 sorgt für eine thermische Trennung des "heißen" Entladeplatzes von dem "kalten" Beladeplatz.
Zur Anwärmung bzw. Aufheizung und / oder Homogenisierung der Aluminium-Walzbarren 2 ist der Ringherdofen 1, dem zur Regelung und Steuerung ein übergeordnetes Prozessleitsystem bzw. ein übergeordneter Rechner zugeordnet ist, nicht dargestellt, mit Mitteln zur Konvektionserwärmung ausgebildet. Wie sich den Figuren 2 und 3 entnehmen lässt, sind dazu mit Ausnahme des Bereichs der Be- und Entladungsöffnung 15 bzw. der Öffnungen 15a, 15b zum Beladen und zur Entnahme auf der Ofendecke 6 in Flucht mit dem drehangetriebenen Ringherdboden 7a liegend umfangsverteilt zahlreiche Umwälz-Ventilatoren 19 angeordnet, die mit ihren Flügelrädern 19a in das Ringherdinnere 1a eintauchend mit etwas Luft oberhalb der hochkant eingestellten Aluminium-Walzbarren 2 enden. Durch die Ofendecke 6 hindurchragend sind weiterhin zahlreiche auf einem äußeren Brennerkranz und einem inneren Brennerkranz angeordnete Heizmittel 20a, 20b in Form von Gasbrennern angeordnet, die mit ihren Brennerrohren 21 einerseits nahe zum Außengehäuse 3 bzw. dessen Wärmeisolierung 3a und nahe zum Innengehäuse 4 bzw. dessen Wärmeisolierung 4a verlaufen und im Ringherdinneren 1a etwa in Höhe der Flügelräder 19a der Umwälz-Ventilatoren 19 enden. Mit etwas Abstand unterhalb der Brennerrohre 21 sind an der Wärmeisolierung 3a des Außengehäuses 3 und der Wärmeisolierung 4a des Innengehäuses 4 über den gesamten Umfang des Ringherdinneren 1a verteilt - ausgenommen wiederum lediglich der Bereich der Be- und Entladungsöffnung 15 bzw. der Öffnungen 15a, 15b, was so auch für die Heizmittel gilt - sich bis zum Ofenboden 7 hin erstreckende Druckkanäle 22 ausgebildet, die über die Höhe verteilt zahlreiche Schlitzdüsen 32 aufweisen, deren Luftaustritte auf die schmalen Längsseiten 24 der ein- bzw. abgestellten Aluminium-Walzbarren 2 ausgerichtet sind.
Zur Konvektionserwärmung beim Anwärmen / Aufheizen bzw. Homogenisieren der Aluminium-Walzbarren 2 wird die von den Umwälz-Ventilatoren 19 von unten nach oben aus dem Ringherdinneren 1a angesaugte Luft unterstützt durch Leitbleche 25 zu den Brennerrohren 21 umgelenkt, weiter erwärmt und im geschlossenen Kreislauf über die seitlichen Druckkanäle 22 nach unten hin zurückgeführt. Beim Passieren der Druckkanäle 22 werden über die Schlitzdüsen 23 die Aluminium-Walzbarren von beiden Seiten her an ihren schmalen Längsseiten 24 angeblasen und umströmen in der Folge deren breiten Walzflächen 26. Zur Messung und Überwachung der Temperatur der Beblasungsluft werden im Vor- und Rücklauf des Umwälzers fest eingebaute Thermoelemente verwendet, zur Messung der der Temperatur der Aluminium-Walzbarren 2 sind in jeder von einem Umwälz-Ventilator 19 mit seinem Wirkbereich vorgegebenen Ventilatorzone im Ausführungsbeispiel der Figur 1 von außen durch das Innengehäuse 4 mit ihren Messlanzen 27 in das Ringherdinnere 1a eintauchende, elektromechanisch betriebene Andrück-Thermoelemente 28 vorgesehen. Ein Aufheizprozess kann somit gesteuert und geregelt werden.
Ein Aufheizprozess beginnt, nachdem das zu verwendende Glührezept aus der SPS aufgerufen worden ist. Dieser kann so ablaufen, dass die Lufttemperatur auf eine Übertemperatur (max. 650 °C) eingestellt und automatisch auf diese Übertemperatur gehalten wird. Während dieser Zeit, in der mit Übertemperatur gefahren wird, wird der Ringherdboden 7a kontinuierlich langsam gedreht, um Überhitzungen an den schmalen Längsseiten 24 der Aluminium-Walzbarren 2 zu vermeiden. Die aktuelle Temperatur der Aluminium-Walzbarren wird periodisch über die Andrück-Thermoelemente 28 je Ventilatorzone überprüft, wozu die Drehbewegung des Ringherdbodens 7a kurz gestoppt wird. Kurz vor Erreichen der entsprechenden Material-Solltemperatur wird die Temperatur der Umwälzluft automatisch auf die Walzbarren-Solltemperatur zurückgestellt, um Überhitzungen zu vermeiden. Nachdem sich alle Aluminium-Walzbarren im Toleranzbereich befinden, startet die werkstoffabhängige Haltezeit. Das Zyklusende wird akustisch oder optisch angezeigt, worauf die auf Walztemperatur von etwa 520 °C gebrachten Aluminium-Walzbarren 2 mit dem vorhandenen Hallenkran einzeln entnommen und ausgewalzt werden können.
Die Belegung des Ringherdofens 1 mit Aluminium-Walzbarren 2, für die verschiedene AL-Legierungen infrage kommen, wobei die Barren beispielsweise 1350 mm breit, 600 mm dick und 4500 mm lang sind, kann nach variablen Strategien erfolgen. Wie in Figur 4 dargestellt, sind die Aluminium-Walzbarren 2 auf einer Kreisbahn umfangsverteilt mit ihren breiten Walzflächen 26 voneinander beabstandet in das Ringherdinnere 1a abgestellt worden. Nach Figur 5 sind die Aluminium-Walzbarren 2 - und insofern übereinstimmend mit u.a. Figur 1 - auf zwei Kreisbahnen in das Ringherdinnere 1a abgestellt worden, wobei die Aluminium-Walzbarren 2 der äußeren Kreisbahn mit einem Abstand in Reihe zu den schmalen Längsseiten 24 der Aluminium-Walzbarren 2 der inneren Kreisbahn liegen. Die Figur 6 zeigt eine zweibahnige Beladung, wie zuvor in Figur 5, demgegenüber allerdings nicht mit radial in Reihe liegenden Aluminium-Walzbarren 2, vielmehr sind die Aluminium-Walzbarren 2 der konzentrisch inneren Kreisbahn versetzt zu den Aluminium-Walzbarren 2 der äußeren Kreisbahn in das Ringherdinnere 1a abgestellt.
Die somit flexible Beladung findet bei immer gleichbleibender Be- und Entladeposition, nämlich vorgegeben durch die in den Ausführungsbeispielen mit mindestens einer in der Ofendecke 6 horizontal verfahrbaren Ofentür 16 ausgebildeten Be- und Entladungsöffnung 15, statt. Hierbei ermöglicht die zweibahnige Beladung eine größtmögliche Durchsatzleistung mit entsprechend hohen Chargengewichten. Der zum Aufheizen und Homogenisieren von Aluminium-Walzbarren mit Konvektionserwärmung ausgebildete Ringherdofen bringt gegenüber den dazu in der Industrie eingesetzten Stoß- und Tieföfen zahlreiche Vorteile mit sich, wie durch die kleine Be- und Entladeöffnung erreichte, minimierte Wärmeverluste, einen hohen thermischen Wirkungsgrad durch Verbrennungsluft-Vorerwärmung, niedrige NO_xWerte im Abgas, einen verringerten Energieverlust durch niedrige O₂-Werte im Abgas und insgesamt einen niedrigeren spezifischen Energieverbrauch.

Bezugszeichenliste

1: Ringherdofen
1a: Ringherdinnere
2: Aluminium-Walzbarren
3: Außengehäuse
3a: Wärmeisolierung
4: Innengehäuse
4a: Wärmeisolierung
6: Decke / Ofendecke
6a: Wärmeisolierung
7: Ofenboden
7a: drehangetriebener Ringherdboden
8: Wärmeisolierung
9: Wassertasse
10: Rolle / Laufrolle
11: frequenzgeregelter Elektromotor
12: Ritzel
13: Zahnkranz
14: Leitung (Zufuhr Kühlluft und / oder Abfuhr Abgas)
15: Be- und Entladungsöffnung
15a: Beladungsöffnung
15b: Entnahmeöffnung
16: Ofentür
17: Ablagerost
18: Trennwehr
19: Umwälz-Ventilator
19a: Flügelrad
20a/b: Heizmittel (Gasbrenner)
21: Brennerrohre
22: Druckkanal
23: Schlitzdüse
24: schmale Längsseite
25: Leitblech
26: breite Walzfläche
27: Messlanze
28: Andrück-Thermoelement

Claims

Verfahren zur thermischen Behandlung von Aluminium-Walzbarren (2) in einem Ofen, der zur Temperaturregelung und -Überwachung sowie Ofensteuerung mit einem übergeordneten Prozessleitsystem verbunden ist, wobei als Ofen ein Ringherdofen (1) zum Einsatz kommt, der zwischen einem wärmeisolierten Außengehäuse (3) und einem wärmeisolierten Innengehäuse (4) einen gegen die Gehäuse (3, 4) abgedichteten, drehangetriebenen Ringherdboden (7a) aufweist, wobei der mit einer wärmeisolierten Decke (6) verschlossene Ringherdofen (1) mit mindestens einer verschließbaren Be- und Entladungsöffnung (15; 15a; 15b) ausgebildet ist und mit Gas oder elektrisch beheizt wird, wobei zur Konvektionserwärmung der in den Ringherdofen (1) eingebrachten Aluminium-Walzbarren (2) von deckenseitig vorgesehenen, über den Umfang der Decke (6) verteilten Umwälz-Ventilatoren (19) aus dem von dem Außen- und Innengehäuse (3, 4) eingekammerten Ringherdinneren (1a) nach oben Luft ansaugt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
die angesaugte Luft zunächst entlang deckenseitig angeordneten, in das Herdinnere (1a) ragenden Heizmitteln (20a, 20b; 21) geleitet wird und danach in sich an den Innenwänden des Außen- und des Innengehäuses (3, 4) unterhalb der Heizmittel (20a, 20b; 21) bis zum Ofenboden (7) hin erstreckende Druckkanäle (22) einströmt, aus denen die Aluminium-Walzbarren (2) mit der sich während der Aufheizphase zunehmend erwärmenden Luft zum Aufheizen der Aluminium-Walzbarren (2) über Schlitzdüsen (23) angeblasen werden.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Aluminium-Walzbarren (2) in Hochkantlage so auf den Ringherdboden (7a) abgestellt werden, dass ihre schmalen Längsseiten (24) mit der umgewälzten Luft direkt angeblasen und ihre breiten Walzflächen (26) von der Luft umströmt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Ringherdofen (1) zum Aufheizen der Aluminium-Walzbarren (2) auf Walztemperatur und bei dem gegenüber erhöhter Temperatur ebenfalls zum Homogenisieren der Aluminium-Walzbarren (2) betrieben werden kann, wobei die Aluminium-Walzbarren (2) nach Ablauf der Homogenisierungszeit durch Einblasen von Kaltluft in das Ringherdinnere (1a) abgekühlt und zum Ende einer bestimmten Abkühlzeit durch die Restwärme der Aluminium-Walzbarren (2) wieder auf Walztemperatur erwärmt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Ringherdofen (1) mit chargenweiser oder kontinuierlicher Beladung betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
beim Chargenbetrieb der leere Ringherdofen (1) zu Anfang einer Glühung voll befüllt und nach Erreichen der Walztemperatur aller Aluminium-Walzbarren (2) komplett leergefahren wird.
Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
beim Konti-Betrieb ein aufgewärmter Aluminium-Walzbarren (2) entnommen und danach der Ringherdboden (7a) um einen Takt weitergedreht wird, bevor einer kalter Aluminium-Walzbarren (2) zum Aufwärmen eingebracht wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Aluminium-Walzbarren (2) umfangsverteilt mit ihren breiten Walzflächen (26) voneinander beabstandet einbahnig oder zweibahnig mit dann zudem voneinander beabstandeten schmalen Längsseiten in das Ringherdinnere (1a) abgestellt werden können,
wobei die zweibahnige Beladung mit in Reihe liegenden oder von Kreisbahn zu Kreisbahn versetzten Aluminium-Walzbarren (2) erfolgen kann.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
in der Aufheizphase des Ringherdofens (1) mit eingestellter und gehaltener erhöhter Temperatur der Ringherdboden (7a) kontinuierlich gedreht wird, um Überhitzungen an den schmalen Längsseiten (24) der Aluminium-Walzbarren (2) zu vermeiden und die Temperatur zu vergleichmäßigen.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Ist-Temperatur der Aluminium-Walzbarren (2) je Zone, die von jedem der deckenseitigen Umwälz-Ventilatoren (19) mit ihrem Wirkbereich vorgegeben wird, periodisch überprüft wird, wozu die Drehbewegung des Ringherdbodens (7a) kurz gestoppt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Ringherdofen (1) von oben oder der Seite her mit den Aluminium-Walzbarren (2) beladen wird.
Anlage zur thermischen Behandlung von Aluminium-Walzbarren (2), umfassend einen Ofen, der zur Temperaturregelung und -überwachung sowie Ofensteuerung mit einem übergeordneten Prozessleitsystem verbunden ist, wobei als Ofen ein Ringherdofen (1) zum Einsatz kommt, der zwischen einem wärmeisolierten Außengehäuse (3) und einem wärmeisolierten Innengehäuse (4) einen gegen die Gehäuse (3, 4) abgedichteten, drehangetriebenen Ringherdboden (7a) aufweist, wobei der mit einer wärmeisolierten Decke (6) verschlossene Ringherdofen (1) mindestens eine verschließbare Be- und Entladungsöffnung (15; 15a, 15b) aufweist und mit Gas oder elektrisch beheizt wird, wobei zur Konvektionserwärmung der in den Ringherdofen (1) eingebrachten Aluminium-Walzbarren (2) von deckenseitig vorgesehenen, über den Umfang der Decke (6) verteilten Umwälz-Ventilatoren (19) aus dem von dem Außen- und Innengehäuse (3, 4) eingekammerten Ringherdinneren (1a) nach oben Luft angesaugt wird, zum Durchführen des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Ringherdofen (1) über die zum drehangetriebenen Ringherdboden (7) fluchtende Ringfläche seiner Decke (6) verteilt einerseits die Umwälz-Ventilatoren (19) und andererseits sowohl der Innenwand des Außengehäuses (3) als auch der Innenwand des Innengehäuses (4) zugeordnete Heizmittel (20a, 20b; 21) aufweist, wobei die Umwälz-Ventilatoren (19) und die Heizmittel (20a, 20b; 21) durch die Decke (6) bis in das obere Ringherdinnere (1a) reichend hindurchgeführt sind, und mit Schlitzdüsen (23) aufweisenden Druckkanälen (22) ausgebildet ist, die sich unterhalb der Heizmittel (20a, 20b; 21) an den Innenwänden des Außen- und des Innengehäuses (3, 4) bis zum Ofenboden (7) hin erstrecken.
Anlage nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
als Heizmittel (20a, 20b; 21) Gasbrenner vorgesehen sind, die voneinander beabstandet einen Außengehäuse-Brennerkranz und einen Innengehäuse-Brennerkranz bildend angeordnet sind, wobei ihre Brennerrohre (21) angrenzend zu den Innenwänden des Außen- und des Innengehäuses (3, 4) verlaufend in das obere Ringherdinnere (1a) eintauchen.
Anlage nach Anspruch 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
der drehangetriebene Ringherdboden (7a) auf feststehenden Rollen (10) gelagert ist und zum Antrieb einen Zahnkranz (13) aufweist, mit dem ein von einem frequenzgeregelten Elektromotor (11) beaufschlagtes Ritzel (12) kämmt.
Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
in jeder von einem Umwälz-Ventilator (19) vorgegebenen Ventilatorzone zumindest ein mit seiner Messlanze (27) durch das Innen- oder Außengehäuse (3, 4) in das Ringherdinnere (1a) eintauchendes Andrück-Thermoelement (28) vorgesehen ist.
Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
die mindestens eine Be- und Entladungsöffnung (15; 15a, 15b) des Ringherdofens (1) zur Be- und Entladung von oben oder von der Seite her mit einer in der Decke (6) horizontal verfahrbaren Ofentür (16) oder einer am Umfang des Außengehäuses (3) seitlich verfahrbaren Ofentür ausgebildet ist.
Anlage nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei zwei durch jeweils eine Ofentür (16) verschließbaren Be- und Entladungsöffnungen (15a, 15b) zur thermischen Trennung der Entladungsöffnung (15b) für heiße Aluminium-Walzbarren (2) und der Beladungsöffnung (15a) für Kalt-Aluminium-Walzbarren (2) zwischen den beiden Öffnungen (15a, 15b) ein Trennwehr (18) vorgesehen ist.