DE2601658A1

DE2601658A1 - Kuehlvorrichtung fuer einen durchlaufofen

Info

Publication number: DE2601658A1
Application number: DE19762601658
Authority: DE
Inventors: Emil Heinrich
Original assignee: Fajfmahler; J F MAHLER FA
Current assignee: Mahler Dienstleistungs GmbH Loeten Haerten Anlagenbau
Priority date: 1976-01-17
Filing date: 1976-01-17
Publication date: 1977-07-28
Also published as: DE2601658B2; DE2601658C3

Description

Kühlvorrichtung für einen
Durchlaufofen Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für einen Durchlaufofen zum Wärmebehandeln von Werkstücken unter Schutzgas mit einer Einrichtung zum Umwälzen und Kühlen des Schutzgases in der Kühlvcrrichtung.
Kühlvorrichtungen mit Schutzgasumwälzung haben bisher in die Praxis noch kaum Eingang gefunden, weil die Schutzgasströmung durch die Kühlzone durch die Werkstücke in erheblichem Maße beeinflußt wird, so daß je nach dem Querschnitt der Kühlzone, welcher von den Werkstücken abgedeckt wird, Luft von außen in die Kühlzone (und gegebenenfalls in den vorgeschalteten Ofen) eindringen kann, wodurch die wärmebehandelten Werkstücke oxydiert werden können.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Kühlvorrichtung für einen Durchlaufofen zum Wärmebehandeln von Werkstücken unter Schutzgasatmosphäre mit einer Einrichtung zum Umwälzen und Kühlen des Schutzgases in der Kühlzone vorzuschlagen, wobei in Abhängigkeit von der Beschickung des Durchlaufofens und der Kühlvorrichtung mit Werkstücken verschiedener Art in jedem Fall verhinderbar ist, daß schädliche Außenluft in die Vorrichtung eindringt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Richtung des die Kühlvorrichtung durchströmenden, umgewälzten Schutzgases veränderbar ist.
Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung, auf welcher ein Durchlaufofen mit Kühlvorrichtung schematisch dargestellt ist, der weiteren Erläuterung. Ein in der Zeichnung lediglich mit seinem Auslaufende dargestellter, an sich bekannter Durchlaufofen 1 zum Wärmebehandeln von (metallischen) Werkstücken unter Schutzgasatmosphäre ist mit einer Fördereinrichtung 2 versehen, welche die zu behandelnden Werkstücke 3 durch den Ofen hindurch transportiert. Bei der Fördereinrichtung kann es sich z.B. um ein hitzebeständiges Förderband oder um einen Rollenförderer handeln. An den Ofen 1 schließt sich eine Kühlvorrichtung 4 an, die ebenfalls von der Fördereinrichtung 2 durchlaufen ist, so daß die den Ofen 1 verlassenden Werkstücke 3 unmittelbar in die Kühlvorrichtung gelangen. Die Kühlvorrichtung 4 kann in bekannter und deshalb nicht dargestellter Weise mit einem Kühlmedium, z.B. Wasser, gekühlt sein. Zwischen Ofen 1 und Kühlvorrichtung 4 ist eine Einlaßöffnung 5 für ein Schutzgas, beispielsweise Wasserstoff, vorgesehen. Das eingeführte Schutzgas teilt sich in Richtung der Pfeile 6, 7 in zwei entgegengesetzt gerichtete Teilströme auf, von denen der eine den Ofen 1 und der andere die Kühlvorrichtung 4 durchfließt. Die zugeführte Schutzgasmenge richtet sich nach der Größe des Ofens und der Kühlvorrichtung sowie nach der Größe der (nicht dargestellten) Werkstück-Einlaßöffnung am Ofen und der Werkstück-Auslaßöffnung 8 an der Kühlvorrichtung 4. Es wird nur so viel Schutzgas eingeführt, um ein Eindringen von Luft an den Ein- und Auslaßöffnungen zu verhindern. In vielen Anwendungsfällen wird ein in Luft brennbares Schutzgas verwendet, wobei sich an den Ein- und Auslauföffnungen jeweils Flammenschleier bilden, die ein Eindringen von Luft verhüten.
In der z.B. wassergekühlten Kühlzone der Kühlvorrichtung 4 können die Werkstücke 3 beispielsweise bis auf etwa 2000 C unter Schutzgasatmosphäre abgekühlt werden.
Der Kühlvorrichtung 4 ist eine Einrichtung zum Umwälzen und Kühlen des in die Kühlzone eingeleiteten Schutzgases zugeordnet. Diese Einrichtung umfaßt ein Gebläse 9, durch welches das in der Kühlzone befindliche Schutzgas durch eine oder mehrere öffnungen 11 in Richtung des Pfeiles 12 aus der Kühlvorrichtung abgesaugt wird. Das Schutzgas durchfließt hierauf einen üblichen Kühler 13 und einen Abscheider 14 und wird anschließend in Richtung der Pfeile 15, 16 über das Gebläse 9 in einen Raum 17 der Kühlvorrichtung gedrückt, der durch eine Zwischenwand 18 von der eigentlichen Kühlzone 19, durch welche die Werkstücke 3 hindurchgeführt werden, getrennt ist. Die Zwischenwand 18 weist eine oder mehrere Öffnungen 21 auf, durch welche das Schutzgas wieder in die Kühlzone 19 eintritt.
Durch die Schutzgasumwälzung in der Kühlzone wird der konvektive Wärmeübergang zwischen den Werkstücken 3 und dem Schutzgas bedeutend erhöht, ohne daß man dabei einen Mehrverbrauch an Schutzgas in Kauf nehmen müßte. Das gasdichte Gebläse 9 saugt As.s warme Schutzgas über den Kühler 13 und den Abscheider 14 an und drückt das z.B. auf etwa 300 C abgekühlte Gas wieder in die Kühlzone 19. Kondensierbare Bestandteile im Schutzgas, z.B. Wasserdampf, werden im Abscheider abgeschieden und abgeleitet.
Die erforderliche Umazälzleistung richtet sich in erster Linie nach der für die abzukühlenden Werkstücke erforderlichen Wärmemenge. Die Umwälzleistung kann bis zum hundertfachen der normalerweise pro Zeiteinheit durch die öffnung 5 zugeführten Schutzgasmenge betragen. Bei einem typischen Durchlaufofen mit 3 Kühlvorrichtung werden beispielsweise 60 m /h durch die öffnung 5 zugeführt, von denen die Hälfte in Richtung des Pfeiles 6 durch den Ofen und die andere Hälfte in Richtung des Pfeiles 7 durch die Kühlzone 19 strömt. Die Umwälzleistung des Gebläses 9 kann demgegenüber bis zu etwa 6000 m³/h, beispielsweise 600 m3/h, betragen. Aufgrund des hierdurch erreichten, hohen konvektiven Wärmeüberganges kann die Länge der Kühlzone bis auf 20 % derjenigen Länge verkürzt werden, die ohne Schutzgasumwälzung erforderlich wäre.
Während bei einer Kühlvorrichtung ohne Schutzgasumwälzung die Schutzgasströmung in der Kühlzone durch die Werkstücke kaum beeinflußt wird, treten bei der Schutzgasumwälzung starke, auf die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit des Schutzgases zurückzuführende Veränderungen ein, und zwar je nach dem, welcher Querschnitt der Kühlzone durch die Werkstücke abgedeckt ist.
Ohne Umwälzung kann die Strömungsgeschwindigkeit des Schutzgases beispielsweise 0,1 m/sec betragen. Bei Schutzgasumwälzung kann sich diese Geschwindigkeit bis zum 100-fachen erhöhen.
Die auf die unterschiedliche Werkstückgröße zurückzuführenden Veränderungen führen dazu, daß beim Betrieb des Durchlaufofens und der Kühlvorrichtung Schwankungen in der Schutzgasverteilung zu der Ein- und Auslaßöffnung des Ofens bzw. der hin Kühlzonefauftreten, die so stark sein können, daß Luft in die Kühlzone gelangt und eine Oxydation der Werkstücke eintritt, so daß diese nicht mehr die erwünschte blanke Oberfläche zeigen.
Es wurde gefunden, daß dieses Eintreten schädlicher Luft in die Kühl zone (und/oder den Ofen) in verhältnismäßig einfacher Weise dadurch verhindert werden kann, daß man die Richtung des die Kühlvorrichtung durchströmenden, umgewälzten Schutzgases in Abhängigkeit von den behandelten Werkstücken, d.h. insbesondere von deren Querschnittsfläche entsprechend verändert. Hierzu werden bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung den Öffnungen 21 in der Zwischenwand 18 der Kühlvorrichtung 4 jeweils schwenkbar gelagerte Leitbleche 22 zugeordnet, durch die bei entsprechender Winkeleinstellung die Richtung des eintretenden und anschließend die Kühlzone durchströmenden Schutzgases beeinflußt werden kann. Durch diese Einstellung läßt sich in jedem Fall erreichen, daß sich Strömungsverhältnisse in der Kühlzone 19 ausbilden, welche einem Eindringen von Außenluft entgegenwirken. Mit anderen Worten wird durch die Snderung der Richtung des die Kühlvorrichtung durchströmenden, umgewälzten Schutzgases bezüglich der Außen luft ein Strömungswiderstand in der Kühlzone erzeugt, der das Eintreten von Außenluft verhindert.
Wie dargestellt, können die einzelnen, schwenkbar gelagerten Leitbleche durch ein gemeinsames Gestänge 23 in bekannter Weise verbunden sein, so daß sich die Leitbleche jalousieartig gemeinsam in ihrer Winkellage einstellen lassen.
Die Einstellung der Leitbleche 22 kann grundsätzlich in Abhängigkeit von den zu behandelnden Werkstücken 3 in jedem Einzelfall von Hand vorgenommen werden. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jedoch vorgesehen, diese Einstellung zu automatisieren, d.h. regelbar zu machen. Eine erfindungsgemäß vorgesehene Regeleinrichtung umfaßt als Meßwertgeber ein Thermoelement 24, einen Regler 25 sowie einen Stellmotor 26, der über ein Hebelgestänge 27 und das Gestänge 23 die Stellung der Leitbleche 22 verändert. Es wurde gefunden, daß es besonders günstig ist, das Thermoelement 24 in einem an die Kühlvorrichtung 4 anschließenden Abgaskanal 28 anzuordnen, welcher eine Lufteintrittsöffnung 29 aufweist. Die Luft strömt in Richtung des Pfeiles 31 und das Schutzqas in Richtung des Pfeiles 32 zum Abgaskanal 28. Das an der Auslaßöffnung 8 der Kühlzone austretende Schutzgas verbrennt mit der eintretenden Außenluft und die Abgas produkte werden durch den Kanal 28 ins Freie abgeleitet. Durch die bei der Verbrennung entstehende Temperatur bildet sich in dem vorzugsweise senkrecht geführten Abgaskanal eine zusätzliche Kaminwirkung aus, durch die mehr Luft als für die Verbrennung des Schutzgases erforderlich ist, angesaugt und zusammen mit dem Abgas abgeleitet wird. Durch eine im Abgaskanal 28 eingebaute Drosselklappe 33 kann die zusätzliche Luftmenge eingestellt werden.
Die Temperatur des Gemisches aus Abgas und Luft richtet sich nach der Menge der zugeführten Luft, dem Heizwert des Schutzgases und der verbrannten Schutzgasmenge. Da jedoch die durch die Öffnung 29 einströmende, zusätzliche Luft und der eizwert des Schutzgases als konstant anqesehen werden können, ist die im Abgaskanal 28 gemessene Temperatur ein Maß für die austretende Schutzgasmenge. Uber das diese Temperatur abfühlende Thermoelement 24, den Regler 25 und den Stellmotor 26 kann somit der Ein- und Durchströmwinkel des umgewälzten Schutzgases derart verstellt werden, daß auch bei unterschiedlicher Belegung oder Beschickung der Fördereinrichtung 2 mit Werkstücken unterschiedlichen Querschnittes immer die gleiche Schutzgasmenge an der Auslaßöffnung 8 (und damit auch am Ofeneinlaß) austritt und ein Eindringen schädlicher Luft in die Kühlvorrichtung 4 (und den Ofen 1) verhindert.
Die Öffnung 11, aus welcher das Schutzgas aus der Kühlzone 19 durch das Gebläse 9 abgesaugt wird, ist auf der Zeichnung lediglich der besseren Ubersichtlichkeit halber an der Einlaßseite der Kühlvorrichtung angeordnet. Vorzugsweise sind mehrere solcher Öffnungen über die Längserstreckung der Kühlvorrichtung verteilt oder bevorzugt auch in der Nähe der Auslaßseite der Kühlvorrichtung 4 angeordnet.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche: 1. Kühlvorrichtung für einen Durchlaufofen zum Wärmebehandeln von Werkstücken unter Schutzgas mit einer Einrichtung zum Umwälzen und Kühlen des Schutzgases in der Kühlvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung des die Kühlvorrichtung (4) durchströmenden, umgewälzten Schutzgases veränderbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung des Schutzgasstromes durch schwenkbare Leitbleche (22) veränderbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitbleche (22) jalousieartig ausgebildet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitbleche (22) an der oder den Eintrittsstellen (21) des umgewälzten Schutzgases in der Kühlvorrichtung (4) angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung des die Kühlvorrichtung (4) durchströmenden, umgewälzten Schutzgases regelbar veränderlich ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung des die Kühlvorrichtung (4) durchströmenden, umgewälzten Schutzgases in Abhängigkeit von der aus der Kühlvorrichtung (4) austretenden Schutzgasmenge regelbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung des die Kühlvorrichtung (4) durchströmenden, umgewälzten Schutzgases in Abhängigkeit von der Temperatur des beim Austritt aus der Kühlvorrichtung (4) verbrannten Schutzgases regelbar is.t.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Abgaskanal (28) der Kühlvorrichtung (4) ein Temperaturfühler (24) angeordnet ist, dessen Signale einem Stellmotor (26) zugeleitet sind, und daß die Leitbleche (22) durch den Stellmotor (26) in ihrer Richtung entsprechend der abgefühlten Temperatur verstellbar sind.