DE3343654C2 - Verfahren zum Abgrenzen von Schutzgaszonen in Durchlauföfen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abgrenzen von mit Schutzgas gefüllten Zonen in Durchlauföfen gegenüber Luft am Eingang und am Ausgang.

Bei der industriellen Mengenfertigung erforderliche Behandlungen von Metallteilen unter hohen Temperaturen werden häufig in Durchlaufofen durchgeführt. Besonders für Eisenteile werden die Behandlungsräume in den öfen mit einem reduzierenden Schutzgas gefüllt, um unzulässige Oxydation der Metallteile bei hohen Behandlungstemperaturen zu vermeiden. Am Eingang und Ausgang des Ofens müssen dabei öffnungen zum Ein- und Ausführen der Metallteile bei Schubbetrieb, z. B. mit Stoßförderöfen, Rollenherdöfen oder Hubbalkenofen, zeitweise und bei kontinuierlichem Betrieb z. B.

mit Förderbandöfen, ständig offen sein. Zum Hersteilen einwandfreier Metallteile ohne Oxydation muß verhindert werden, daß Luft in unzulässigem Maße in die Behandlungsräume des Ofens eindringt Wie das bei bekannten Durchlaufofen erreicht wird, wird am Beispiel eines in der F i g. 1 skizzierten Förderbandofens eriäutert, der zum Sintern von Eisenpulver-Formteilen verwendet wird

Bei der Sinteranlage nach F i g. 1 sind ein Sinterofen 1 und eine Vorkammer 2 in axialer Richtung hintereinander in kleinem Abstand voneinander auf einem Ständer 3 angebracht. Durch den Sinterofen 1 und die Vorkammer 2 ist ein Muffel genanntes geschlossenes Rohr 4 geführt, von dem am Eingang der Vorkammer ein kur-ί sr Teil 5 und am Ausgang des Sinterofens ein langer Kühlteil 6 herausragt

Durch die Muffel 4 läuft ein endloses Kettengliederband 7 aus Metall, das am Ende der Sinteranlage über eine Lauftrommel 8 und am Anfang über eine Lauftrommel 9 geführt ist Auf diesem Förderband 7 liegende, nicht dargestellte Formteile (Metallpulver-Preßkörper) werden in Darstellung der F i g. 1 und 2 von links nach rechts durch die Vorkammer 2 und den Sinterofen 1 transportiert Durch nicht dargestellte Heizvorrichtungen außerhalb der Muffel 4 wird deren Innenraum innerhalb der Vorkammer 2 auf eine Temperatur über 500⁰C zum Entferneoder Schmiermittel und innerhalb des Sinterofens 1 auf eine Temperatur über 1000° C zum Sintern der Formteile aufgeheizt Zwischen der Vorkammer 2 und dem Sinterofen 1 wird ein erhitztes Schutzgas mit Sauerstoffmangel unter Überdruck in die Muffel 4 eingeleitet so daß dieses innerhalb der Vorkammer 2 entgegen der Transportrichtung der Formteile strömt und am Ende 16 des Muffelteils 5 austritt, wo sich brennbare heiße Gasreste beim Zusammentreffen mit Luft entzünden und verbrennen. Innerhalb des Sinterofens 1 strömt das Schutzgas in der Transportrichtung der Formteile durch die Muffel 4, bis es nach Abkühlung im Kühlteil 6 an dessen Erde 17 austritt, wo brennbare Gasreste verbrannt werden. Das Kühlteil 6 dient zum Abkühlen der Formteile auf eine Temperatur, bei der keine Oxydationsgefahr durch den Luftsauerstoff mehr besteht.
Zum Ableiten der Abgase, die beim Abbrennen des austretenden Schutzgases entstehen, sind in der Nähe der Endöffnungen 18,19 als Gasabzüge senkrecht nach oben von den Muffelteilen 5 bzw. 6 abragende Rohrstutzen 10 bzw. 11 angebracht. Luft zum Verbrennen des Schutzgases gelangt durch die Endöffnungen 18,19 der Muffelteile 5 bzw, 6 unter die Gasabzüge 10 bzw. 11.

Die Luft dringt aber auch noch jenseits der Gasabzüge 10 bzw. 11 in die Muffelteile 5 bzw. 6 ein. Dabei wird das heiße Schutzgas unten keilförmig durch die kalte Luft verdrängt. Die Eindringtiefe der Luft ist umso größer, je kleiner der Druck, die Strömungsgeschwindigkeit und damit auch die in der Zeiteinheit austretende und verbrannte Menge des Schutzgases ist. Hoher Schutzgasverbrauch ist aber nicht nur wegen der Kosten nachteilig, sondern auch wegen der großen Wärmeentwicklung beim Verbrennen. Diese ist am Ausgang besonders unerwünscht, weil die abgekühlten Formteile dadurch wieder beträchtlich erhitzt werden, z. B. um 200 bis 300⁰C. Außerdem ist die Hitze lästig für das Bedienungspersonal. Um den Schutzgasverbrauch zu verringern, kann man in bekannter Weise die Muffelteile 5 und 6 um so viel verlängern, wie die Luft bei der gewünschten geringeren Strömungsgeschwindigkeit des Schutzgases weiter in die Muffelteile eindringt. Das hat aber

die Nachteile, daß für die Sinteranlage mehr Platz erforderlich ist und deren Kosten höher sind. Bei einem bekannten Verfahren, das in einem Aufsatz in der Zeitschrift Gaswärme international 32 (1983) Heft 9 auf den Seiten 358 bis 363 beschrieben ist, werden zum Abgrenzen von mit Schutzgas gefüllten Zonen in Durchlaufofen gegenüber Luft am Eingang 16 und am Ausgang 17 der Schutzgaszone aus zur Längsachse des Ofens senkrechten Schlitzen flache Gasströme geblasen, die offene Eingangs- bzw. Ausgangsflächen möglichst ganz abdekken.

Hauptziel ist es dabei, möglichst wenig Schutzgas aus dem Ofen austreten zu lassen.

Zu diesem Zweck sind theoretische Bedingungen für den angestrebten Zustand angegeben, bei dem die aus dem Ofen ausströmende Gasmenge gleich der ist, die durch den Schlitz hineingeblasen wird. Dazu muß die Anfangsströmungsrichtung des flachen Gasstroms schräg zur Längsachse des Ofens in dessen Innenraum gerichtet sein. Dabei ist es unvermeidlich, daß beträchtliche Mengen des flachen Gasstromes ziemlich tief in die Schutzgaszone des Durchlaufofens eindringen, so daß bei der Verwendung von Luft für den flachen Gasstrom heiße zu behandelnde Metallteile oxydieren.

Bei bekannten Öfen mit Schubbetrieb ist am Eingang und Ausgang jeweils eine Schleuse angebracht. Türen oder Klappen an den Ofenwänden und an den Außenwänden der Schleusen werden dabei zum Einführen und Entnehmen der zu behandelnden Metallteile stets abwechselnd geöffnet. Die Schleusen sind mit Schutzgas gefüllt, das nur, so lange die Außentüren geöffnet sind, eine ausreichende Strömungsgeschwindigkeit haben muß, um unzulässiges Eindringen von Luft in die Schleusen zu verhindern.

Durch die Erfindung ist die Aufgabe gelöst, in einfacher und kostengünstiger Weise, bei niedriger Strömungsgeschwindigkeit des Schutzgases das Eindringen von Luft in die Endteile des Behandlungskanals zu verhindern, so da?- deren Verlängerungen oder vorgesetzte Schleusen nicht erforderlich sind.

Die Erfindung besteht bei einem Verfahren zum Abgrenzen von mit Schutzgas gefüllten Zonen in Durchlaufofen gegenüber Luft, bei dem am Eingang und am Ausgang der Schutzgaszone aus zur Längsachse des Ofens senkrrchten Schlitzen flache Ga !ströme geblasen werden, die offene Eingangs- und Ausgangsflächen möglichst ganz abdecken, darin, daß Düsen zum Erzeugen eines flachen Luftstromes an einer Muffel, an deren Oberseite vor dem offenon Eingang bzw. hinter dem offenen Ausgang der Schutzgaszone ein Gasabzug angebracht ist, vor bzw. hinter Jem Gasabzug derart angeordnet sind, daß der flache Luftstrom wenigstens zum größten Teil zum Eingang bzw. Ausgang der Muffel gelenkt wird.

Der flache Luftstrom reißt ähnlich wie eine Strahlpumpe Luft und Schutzgas unter dem Gasabzug mit zum Eingang bzw. Ausgang der Muffel. Dadurch entsteht unter dem Gasabzug vor dem Eingang bzw. hinter dem Ausgang der Schutzgaszone Unterdruck, so daß nur Schutzgas aus dieser ausströmt, aber keine Luft darin eindringen kann. Urn diesen erwünschten Zustand aufrecht zu erhalten, brauchen nur geringe Mengen Schutzgas und Verbrennungsluft in den Muffelteil unter dem Gasabzug zu gelangen.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens isi !^;e durch den Gasabzug ausströmende Abgasmenge durch eine Drossel einstellbar. Dadurch werden auch die Mengen der unter den Gasabzug einfließenden Mengen Schutzgas und Luft verändert. Die in die Muffel eingeleitete Gesamtmenge Schutzgas ist selbstverständlich durch ein Ventil an dessen Zuleitung einzustellen. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindurigsgemäßen Verfahrens ist der Winkel einstellbar, der von der Anfangsströmungsrichtung des flachen Luftstroms und der Längsachse der Muffel 4 gebildet wird. Dieser soll vorteilhafterweise zwischen 0° und 60° liegen.

ίο Dabei soll der flache Luftstrom schräg nach außen zum Eingang 18 bzw. Ausgang 19 der Muffel 4 gerichtet sein.

Durch die Einstellung dieses Winkels werden die Saugwirkung des flachen Luftstrahls und die Luftmenge verändert, die zum Verbrennen des Schutzgases unter den Gasabzug gelangt. Diese beiden Wirkungen sind aber auch von der aus der Düse in einer Sekunde ausgeblasenen Luftmenge und deren Strömungsgeschwindigkeit abhängig und damit grob einzustellen. Auch der Abstand der Düse vom Gasabzug hat »arauf beträchtlichen Einfluß.

Um bei verhältnismäßig kleiner ausgeblasener Luftmenge eine hohe Strömungsgeschwindigkeit und jinen großen für die Saugwirkung maßgebenden Impuls zu erhalten, iind als Düsen Reihen kleiner Bohrungen vorteilhafter als der bei einem der bekannten Verfahren verwendete durchgehende Schlitz.

In einer Muffel mit einem rechteckigen Querschnitt, dessen Breite größer ist als die Höhe, ist zum Erzeugen des flachen Luftstroms ein drehbares Rohr mit einer Reihe kleiner Bohrungen an der oberen Muffelwand günstig. In der Fig.] sind Querschnittskreise 12 und 13 solcher Rohre eingezeichnet.

Der Unterdruck am Muffeiboden kann durch eine dort angebrachte zweite Düsenreihe erhöht werden. Es ist auch möglich, daß eine Düsenreihe am Muffelboden allein ausreicht, obwohl die Luftstrahlen am Förderband, an den darauf liegenden Metallteilen oder an Kästen mit Metallteilen reflektiert werden. Das Eindringen von Luft in den oberen Muffelteil wird ja durch das dort ausströmende heiße Schutzgas ohnehin verhindert.

Es kann auch vorteilhaft sein, Düsenreihen zusätzlich oder ausschließlich an einer Seitenwand oder εη beiden Seitenwänden der Muffel anzubringen, z. B. wenn die Höhe der Muffel größer ist als deren Breite. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen können auch nur am Eingang oder am Ausgang der Schutzgaszone angewendet werden, wenn dadurch bedingte Nachteile für tragbar gehalten werden.

Bei einer vorteilhaf ?en Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die am Eingang 18 in dei; Muffelteil 6 eingelassene Luftmenge zum Verbrennen des Schutzgases in Abhängigkeit von der Abgastemperatur geregelt, die z. B. im Gasabzug 10 gemessen wird.

Zu diesem Zweck kann z. B. der Winkel durch Drehen des Rohres 12 derart geändert werden, daß Schwankungen der kritischen Luftmenge, die am Eingang 18 in den Muffelteil 6 eingete-sen wird, selbsttätig ausgeglichen werden. Solche für einwandfreien Betrieb unzulässige

so Schwankungen werden in der Praxis z. B. durch Zugluft im Betriebsraum und durch wechselnde Belegung des Ofens verursacht. Diese kann entstehen, wenn ein Fenster oder eine Tür des Betriebsraums geöffnet wird.
In Sinteranlagen nach dem deutschen Patent 32 00 582, bei denen in die Vorkammer ein Gas mit Sauerstoffüberschuß, z. B. Luft, eingeleitet wird, beeinflußt die dort eingeleitete Luftmenge in erheblichem Maß die am Eingang 16 der Vorkammer ausfließende Menge

brennbarer Anteile des Schutzgases und damit die Abgastemperatur im Gasabzug 10. Bei solchen Anlagen ist es zweckmäßig, die Abgastemperatur auch zum Regeln der am Eingang 18 in den Muffelteil 5 eingelassene Luftmenge am Ausgang 17 des Muffelteils 6 zu messen, weil > die erwähnten Änderungen der Zusammensetzung des Schutzgases dort nicht auftreten.

F i g. 2 ist eine schematische Darstellung eines Ofenoingangs, in den Formteile von links nach rechts auf einem Förderband eingeführt werden. Aus der Muffel 4 gelangt durch Pfeile angedeutetes Schutzgas unter einen Gasuuiug 10, der an der Oberseite der Muffel 4 mit rechteckigem Querschnitt angebracht ist. Wenn vom Eingang 18 des Muffelteils 5 Luft ungehindert unter den Gasabzug 10 strömt, dringt sie am Muffelboden auch in π die Muffel 4 ein. Um das zu verhindern, werden aus einem Rohr 12, das nahe bei dem Gasabzug 10 an der oberen Wand des Muffelteils 5 angebracht ist, aus längs des Rohres in einer Reihe angebrachten kleinen Bohrungen (Düsen) Luftstrahlen geblasen, die einen den Muffelquerschnitt möglichst ganz ausfüllenden flachen Luftstrom bilden und unter einem Winkel mit der Längsachse der Muffel 4 schräg zum Muffeleingang 18 hin gerichtet sind. Das Rohr 12 ist zum Einstellen des optimalen Winkels λ um seine Längsachse drehbar und in der eingestellten Drehlage feststellbar.

Am Muffelboden kann statt des Rohres 12 oder zusätzlich zu diesem ein gleiches Rohr 14 senkrecht unter dem Rohr 10 angeordnet sein. Je nach der Form des Querschnitts der Muffel 4 kann es vorteilhaft sein, ein gleichartiges Rohr 15 an einer senkrechten Muffelwand oder je eines an den beiden senkrechten Muffelwänden anzubringen. Schließlich sind auch untereinander verbundene Rohrstücke an drei oder allen vier Muffelwänden möglich.

Der Verbrauch von Schutzgas kann unter anderem auch dadurch optimal und möglichst niedrig eingestellt werden, daß der offene Teil des Querschnitts des Gasabzugs 10,11 durch eine Drossel, z. B. durch eine drehbare Klappe 20 verkleinert wird. Statt der Klappe 20 kann 40 auch ein bekannter Schieber verwendet werden, der durch einen Querschiitz in der Wand des Gasabzugs 10 mehr oder weniger weit in dessen Querschnittsfläche einschiebbar isL

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Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Abgrenzen von mit Schutzgas gefüllten Zonen in Durchlauföfen gegenüber Luft, bei dem am Eingang und am Ausgang der Schutzgaszone aus zur Längsachse des Ofens senkrechten Schlitzen flache Gasströme geblasen werden, die offene Eingangs- und Ausgangsflächeri möglichst ganz abdecken, dadurch gekennzeichnet, daß Düsen (12) bis (15) zum Erzeugen eines flachen Luftstroms an einer Muffel (4), an deren Oberseite vor dem offenen Eingang (16) bzw. hinter dem offenen Ausgang (17) der Schutzgaszone ein Gasabzug (10, 11) angebracht ist, vor bzw. hinter dem Gasabzug (10,11) derart angeordnet sind, daß der flache Luftstrom wenigstens zum größten Teil zum Eingang

(18) bzw. Ausgang (19) der Muffel (4) gelenkt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da£ die durch den Gasabzug (10, 11) ausströmende Aägasmenge durch eins; Drossel (20) einstellbar ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anfangsströmungsrichtung des flachen Luftstroms unter einem Winkel α zwischen 0° und 60° mit der Längsachse der Muffel (4) schräg nach außen zum Eingang (18) bzw. Ausgang

(19) der Muffel (4) hin gerichtet ist

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Anfangsströmungsrichtung des flachen Luftstroms und der Längsachse der Muffel (4) gebildete Winkel α einstellbar ist

5. Verfahren nach Anspruch I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Düsen zum Erzeugen des flachen Luftstroms Reihen kleii.jr Bohrungen (15) dienen.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Muffel (4) mit einem rechteckigen Querschnitt, dessen Breite größer ist als die Höhe, ein drehbares Rohr (12, 13) mit einer Reihe kleiner Bohrungen an der oberen Muffelwand zum Erzeugen des flachen Luftstroms dient

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die am Eingang (18) des Muffelteils (6) in dieses eingelassene Luftmenge zum Verbrennen des Schutzgases in Abhängigkeit von der Abgastemperatur geregelt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgastemperatur am Ausgang (17) des Muffelteils (6) gemessen wird.