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EP2622107A1 - Verfahren und einrichtung zur leitung der strömung in industrieöfen für die wärmebehandlung von metallischen werkstoffen/werkstücken - Google Patents

Verfahren und einrichtung zur leitung der strömung in industrieöfen für die wärmebehandlung von metallischen werkstoffen/werkstücken

Info

Publication number
EP2622107A1
EP2622107A1 EP10779212.9A EP10779212A EP2622107A1 EP 2622107 A1 EP2622107 A1 EP 2622107A1 EP 10779212 A EP10779212 A EP 10779212A EP 2622107 A1 EP2622107 A1 EP 2622107A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
chamber
space
gas
flow
cooling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10779212.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Lankes
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ipsen International GmbH
Original Assignee
Ipsen International GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ipsen International GmbH filed Critical Ipsen International GmbH
Publication of EP2622107A1 publication Critical patent/EP2622107A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • C21D9/0062—Heat-treating apparatus with a cooling or quenching zone
    • 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
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B5/00—Muffle furnaces; Retort furnaces; Other furnaces in which the charge is held completely isolated
    • F27B5/04—Muffle furnaces; Retort furnaces; Other furnaces in which the charge is held completely isolated adapted for treating the charge in vacuum or special atmosphere
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B5/00—Muffle furnaces; Retort furnaces; Other furnaces in which the charge is held completely isolated
    • F27B5/06—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types
    • F27B5/16—Arrangements of air or gas supply devices
    • 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
    • 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
    • F27D9/00—Cooling of furnaces or of charges therein
    • 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
    • F27D9/00—Cooling of furnaces or of charges therein
    • F27D2009/007—Cooling of charges therein
    • F27D2009/0072—Cooling of charges therein the cooling medium being a gas
    • F27D2009/0075—Cooling of charges therein the cooling medium being a gas in direct contact with the charge

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for directing the flow of gases in the process of heat treatment of metallic materials / workpieces in industrial furnaces, in particular for treatment chambers of vacuum furnaces, preferably single-chamber vacuum furnaces for cooling the materials / workpieces.
  • the so-called single-chamber vacuum furnace must have a structural design
  • furnace housing arranged gas cooling device, as this has to provide for the supply and removal of cooling gas.
  • the outer chamber is pressurized and the inner chamber under pressure with a fan to operate in mutual flow direction.
  • the Applicant has already developed a converter-assisted single-chamber high-pressure variable-pressure vacuum furnace of the "Turbo 2 Treater" type introduced in practice. It can be used for numerous heat treatment and joining processes, such as hardening, brazing, blank and solution annealing, degassing, relaxing and tempering.
  • the furnace housing consists of a cylindrical container and a loading door, which are water cooled via separate cooling lines and connected to each other via flanges and seals.
  • the furnace housing includes the heating chamber with the heater, a receptacle for the
  • the chamber door incorporates a water-cooled convection motor that provides convection temperature uniformity in the batch during convection operation to recirculate the inert gas in the heating chamber.
  • the device responsible for this essentially comprises a fan for the cooling gas, at least one heat exchanger and a gas control system.
  • the motor-driven blower for the cooling gas is attached to a back of the furnace housing designed as a dished bottom, which ensures a controlled cooling of the charge.
  • the heat exchanger is arranged between said back of the furnace housing and heating chamber and consists of finned tubes, which flowed through by water and in
  • the gas control system ensures optimum flow through the heat exchanger and consists of a gas distributor which ensures a change of direction of the gas.
  • the gas thus flows through the batch at adjustable intervals, alternately in this case from the top and bottom, thereby adapting to the batch conditions and cooling.
  • the cycle of cooling begins with the start of the fan, with the gas in the Oven flows until a preselected pressure is reached.
  • the gas is sucked in by the blower from the hot heating chamber, compressed and forced through the heat exchanger in a selected inflow. Due to the alternating gas distributor, the cooling gas passes via flow guide to the charge and flows through them evenly and with high
  • the furnace pressure is kept constant by feeding gas.
  • JP 4441903 B2 The solution disclosed in JP 4441903 B2 is based on this solution principle, but a system is presented there for gas distribution in which the
  • This system is disadvantageous because the hood enclosing the heat exchanger does not hinder further intensification of the cooling, but rather a rectification of the flow or at least causes unfavorable flow conditions.
  • EP 2 116 802 AI provides as a main idea, a combination of a rigid with a rotating disk in order to ensure the change of direction by mutual release of openings. Apart from the kinematic disadvantages of the design of the rotating disk, unfavorable flow conditions also arise here, which disadvantage the cooling process.
  • the Applicant has already proposed according to the patent application DE 10 2009 052 900.4 a method and a device for directing a flow of gases in the process of heat treatment, in which a generated and flowing in one direction original flow against in the Distance surfaces to each other is guided, these surfaces are flown, the original flow between the surfaces by the effect of a stall to free Edges of the surfaces divided in the original flow direction deflected directions of flow and a uniform and intensified leading fumigation of a batch forming and treated materials / workpieces is passed into the treatment chamber.
  • JP2010-107193 A1 and JP2010-107194 A1 disclose heat treatment apparatuses which are also concerned with the improvement of the
  • flow-permeable enclosures of the heat exchangers do not achieve the effects as they are intended.
  • the invention is based on the object to provide an efficient process flow for guiding the flow and a structurally simple device with which the
  • this object is achieved by a method according to the steps of claim 1 and a device having the features of claim 2 to the guidance of a flow of gases in the process of heat treatment of metallic materials / workpieces in industrial furnaces, especially for treatment chambers of vacuum furnaces, preferably Single-chamber vacuum ovens, to improve.
  • the method provides the procedure that
  • Oven housing arranged wall to the heat exchanger pressed into a return cooling chamber and evenly distributed in this and cooled, while the cooling of the gas in the re-cooling chamber is intensified and demarcated, then
  • the device in the industrial furnace comprises the combination of the following partly known features:
  • the flow sequence is improved in its overall cycle.
  • Crucial here is the effect that a larger specifically related to the surface of the heat exchanger admission takes place, so that already starting with the process step according to feature a), the heat exchange of the flow is more efficient.
  • the invention provides a functional linkage to some known features to a uniform flow-side effect, which also influences an optimal design, i.
  • the invention has an advantageous effect on the energy and environmental balance.
  • An industrial furnace 1 with a furnace housing 1.1 as shown schematically as a vacuum furnace, preferably a single-chamber vacuum furnace, comprises a heating chamber 1.2, a heat exchanger 4 and a blower 3.
  • a heating chamber 1.2 preferably a single-chamber vacuum furnace
  • a heat exchanger 4 preferably a single-chamber vacuum furnace
  • a recooling chamber 1.5 which encloses the heat exchanger 4, wherein wall 1.8 with the central opening 1.8.1 as well as the peripheral openings 1.8.2 forms an alternating flow direction acted upon open partition.
  • a transverse to the flow direction linearly movable bulkhead 1.9 is operatively connected, in a first position 1.9.1 to a first space 1.1.1 of the furnace housing 1.1 as a suction chamber and a second space 1.1.2 as a pressure chamber or in a second position to the first Room 1.1.1 as a pressure chamber and the second space 1.1.2 as a suction chamber in operative connection.
  • the open hatches () upstream Gas directing 2 which are formed by a frame 2.1 with spaced, inflow surfaces 2.2 with free edges, perfect the device and share an original flow direction in between the areas 2.2 deflected flow directions and direct them to one in the Heating chamber 1.2 charge 1.4.
  • the cooling / quenching phase is initiated after completion of a heating phase for the batch 1.4 in the heating chamber 1.2 of the furnace housing 1.1, wherein by means of the blower 3 and acting in the mutual flow direction device first sucked the gas from the hot heating chamber 1.2 and the heat exchanger 4 cooled and then redirected by the alternately acting gas distributor as the cooling gas of the batch 1.4.
  • the heated gas is sucked by the fan 3 through the first space 1.1.1 and cooled and then passed as a cooling gas through the second space 1.1.2 back to the heating chamber 1.2, depending on the position of the movable bulkhead 1.9, the mutually acting flow direction is set ,
  • the flow path is shown schematically by arrows 5 and is intended in particular the complex course of the rectification formed in the re-cooling chamber 1.5,
  • the invention allows compared to the prior art, a more homogenized and both the cooling intensity improving and energy consumption reducing deflection of the flow of gases such as cooling gases in industrial furnaces such as vacuum furnaces in the

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Abstract

Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Leitung einer Strömung von Gasen im Prozess der Wärmebehandlung einer Charge von metallischen Werkstoffen/Werkstücken in einem Industrieofen wird zur Verbesserung der Strömungsverhältnisse vorgeschlagen, das angesaugte erwärmte Gas in einem Rückkühlraum gleichmäßig zu verteilen, mittels eines beweglichen Schotts zu einem Druckraum und zu einem Saugraum zu leiten, das in Richtung einer originären Strömung geleitete Gas durch Strömungsabriss direkt auf die Charge zu leiten, danach wieder abzusaugen und als Kühlgas umgekehrt wieder zur Heizkammer zu führen.

Description

Verfahren und Einrichtung zur Leitung der Strömung in Industrieöfen für die
Wärmebehandlung von metallischen Werkstoff en/Werkstücken
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Leitung der Strömung von Gasen im Prozess der Wärmebehandlung von metallischen Werkstoffen/Werkstücken in Industrieöfen, insbesondere für Behandlungskammern von Vakuumöfen, vorzugsweise Einkammer- Vakuumöfen zur Kühlung der Werkstoffe/Werkstücke.
Stand der Technik Bekannt sind Einrichtungen zur Leitung der Strömung von Gasen im Prozess der
Wärmebehandlung in Industrieöfen wie sie z.B. in EP 754 768 Bl beschrieben sind.
Im komplexen Prozeß der Wärmebehandlung ist zu beachten, daß es grundsätzlich auch um eine effiziente Kühlung der Werkstoffe/Werkstücke geht, was besonders in Einkammer- Vakuumöfen im Hinblick auf die Strömungsabläufe und Leitung der Strömung eine herausragende Rolle spielt.
Der so genannte Einkammer- Vakuumofen muss in seiner konstruktiven Struktur ein
Ofengehäuse und eine darin unter Freilassung eines in eine äußere und innere Kammer unterteilten Zwischenraumes ausgebildeten Heizkammer sowie eine innerhalb des
Ofengehäuses angeordnete Gaskühleinrichtung umfassen, da diese für die Zu- und Abfuhr von Kühlgas zu sorgen hat. Dabei ist die äußere Kammer druckbeaufschlagt und die innere Kammer unterdruckbeaufschlagt mit einem Gebläse in wechselseitiger Strömungsrichtung zu betreiben.
Gemäß eines intern weitrerentwickelten Standes der Technik hat die Anmelderin bereits einen konvertergestützten Einkammer- Vakuumofen mit variabler Hochdruck-Gasabschrechung der in die Praxis eingeführten Bauart"Turbo2Treater" entwickelt. Dieser ist für zahlreiche Wärmebehandlungs- und Fügeverfahren, wie Härten, Hartlöten, Blank- und Lösungsglühen, Entgasen, Entspannen und Anlassen einsetzbar.
l Hierbei besteht das Ofengehäuse aus einem zylindrischen Behälter und einer Beschickungstür, die über separate Kühlleitungen wassergekühlt und über Flansche und Dichtungen miteinander verbunden sind.
Das Ofengehäuse umfasst die Heizkammer mit der Heizung, eine Aufnahme für die
Charge und die thermische Isolierung, wobei an Boden und Decke funktionswichtige, während der Kühlphase geöffnete Luken angeordnet sind. In der Heizkammertür ist ein wassergekühlter Konvektionsmotor integriert, der während des Konvektionsbetriebes für die Umwälzung des Inertgases in der Heizkammer für die Temperaturgleichmäßigkeit in der Charge sorgt.
Abgesehen von den Zyklen der Härtevorgänge ist die stets danach folgende Kühlung der Charge mittels Gas- Abschreckung hervorzuheben. Die dafür zuständige Einrichtung umfasst Im Wesentlichen ein Gebläse für das Kühlgas, mindestens einen Wärmetauscher und ein Gasleitsystem.
Das motorgetriebene Gebläse für das Kühlgas ist an einer als Klöpperboden ausgebildeten Rückseite des Ofengehäuses angebracht, welches für eine geregelte Abkühlung der Charge sorgt.
Der Wärmetauscher ist zwischen besagter Rückseite des Ofengehäuses und Heizkammer angeordnet und besteht aus Rippenrohren, die von Wasser durchflössen und in
mehreren Kühlkreisen parallel geschaltet sind. Diese Anordnung des Wärmetauschers zwischen der Heizkammer und dem Ofengehäuse sorgt für eine vergleichsweise große Übertragungsfläche.
Das Gasleitsystem sorgt für eine optimale Durchströmung des Wärmetauschers und besteht aus einem Gasverteiler welcher für einen Richtungswechsel des Gases sorgt. Das Gas strömt somit in einstellbaren Intervallen, abwechselnd in diesem Fall von oben und unten, durch die Charge, wodurch eine Anpassung an die Chargenverhältnisse und eine Kühlung erfolgt.
Der Zyklus der Kühlung beginnt mit dem Start des Gebläses, wobei das Gas solange in den Ofen strömt, bis ein vorgewählter Druck erreicht ist. Das Gas wird dabei vom Gebläse aus der heißen Heizkammer angesaugt, verdichtet und über den Wärmetauscher in eine angewählte Einströmrichtung gedrückt. Durch den alternierenden Gasverteiler gelangt das Kühlgas über Strömungsleitgitter zur Charge und durchströmt diese gleichmäßig und mit hoher
Geschwindigkeit. Sodann wird das abgesaugte Gas wiederum am Wärmetauscher
vorbeigeführt und intensiv rückgekühlt, wobei der Ofendruck durch Nachspeisung von Gas konstant gehalten wird.
Auf die weiteren Funktionen, wie Vakuurnmessung/V akuum-Pumpsystem und -regelung, Temperaturverteilung sowie Steuerung und Überwachung der Anlage durch eine
speicherprogrammierbare Steuerung ist hier im Hinblick der noch darzustellenden
erfindungsgemässen Aufgabenstellung nicht näher einzugehen.
An dieses Lösungsprinzip lehnt sich auch die in dem JP4441903 B2 offenbarte Erfindung an, jedoch wird dort zur Gasverteilung ein System vorgestellt, bei welchem die
Richtungsänderung für die Gasverteilung durch eine höhenverstellbare hohle Haube besorgt wird, die dabei den Wärmetauscher umschließt.
Dieses System ist nachteilig, weil die den Wärmetauscher umschließende Haube keine weitere Intensivierung der Kühlung, sondern vielmehr eine Gleichrichtung der Strömung behindert oder zumindest ungünstige Strömungsverhältnisse bewirkt.
Dagegen sieht die EP 2 116 802 AI als Hauptgedanken eine Kombination einer starren mit einer rotierenden Scheibe vor, um mittels wechselseitiger Freigabe von Öffnungen den Richtungswechsel zu gewährleisten. Abgesehen von den kinematischen Nachteilen der Ausführung der rotierenden Scheibe stellen sich auch hier ungünstige Strömungsverhältnisse ein, die den Kühlprozeß benachteiligen.
Zur weiteren Verbesserung auch der kühlenden Begasung wurde von der Anmelderin bereits gemäß der Patentanmeldung DE 10 2009 052 900.4 ein Verfahren und eine Einrichtung zur Leitung einer Strömung von Gasen im Prozess der Wärmebehandlung vorgeschlagen, bei denen eine erzeugte und in eine Richtung verlaufende originäre Strömung gegen im Abstand zueinander stehende Flächen geführt wird, diese Flächen angeströmt werden, die originäre Strömung zwischen den Flächen durch die Wirkung eines Strömungsabrisses an freien Kanten der Flächen in zur originären Strömungsrichtung abgelenkte Strömungsrichtungen geteilt und zu einer vergleichmässigt sowie intensiviert fuhrenden Begasung der eine Charge bildenden und zu behandelnden Werkstoffe/Werkstücke in die Behandlungskammer geleitet wird.
Damit wurde zwar vorteilhaft ein strömungsseitiges Teilproblem, jedoch nicht der komplexe Strömungsverlauf vom Gebläse betreffend eine effizientere Funktion der Rückkühlung der Gasströmung gelöst. Nach einer internen Analyse des Standes der Technik wurde erkannt, die Leitung der
Strömung von Gasen weiterzuentwickeln, und zwar einerseits konstruktiv abweichend von der in dem EP 754 768 Bl beschriebenen und andererseits von der in dem JP4441903 B2 offenbarten Lösung. In diesem Zusammenhang offenbaren die JP2010- 107193 A 1 und JP2010- 107194 A 1 Vorrichtungen zur Wärmebehandlung, bei denen auch auf die Verbesserung der
Strömungsverhältnisse abgezielt wird. Nachteilig ist jedoch, dass die dort vorgenommenen bautechnischen Veränderungen die Strömungsabläufe, insbesondere im Hinblick auf einen Wärmeaustausch, nicht begünstigen. So können dort die Anordnungen von
strömungsdurchlässigen Umhausungen der Wärmetauscher nicht die Wirkungen erzielen, wie sie an sich angestrebt werden.
Für eine wirkungsvolle Beaufschlagung der Wärmetauscher und eine Vergleichmäßigung der Strömung sind deshalb andere Wege zu erschließen.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen effizienten Verfahrensablauf für die Führung der Strömung und eine baulich einfache Einrichtung zu schaffen, mit der das
Gesamtverhalten der Strömung eines Kühlmediums in gattungsgemäßen Industrieöfen derart verändert wird, daß die Intensität der Rückkühlung verbessert und der Energieverbrauch wie auch der Leistungsverbrauch eines Kühlgebläses gesenkt werden können, wobei das Verfahren und die Einrichtung gemäß der Patentanmeldung DE 10 2009 052 900.4 in funktioneller Verknüpfung nutzbar sein sollen.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mit einem Verfahren gemäß den Schritten des Anspruchs 1 und einer Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 2 gelöst, um die Leitung einer Strömung von Gasen im Prozess der Wärmebehandlung von metallischen Werkstoffen/Werkstücken in Industrieöfen , insbesondere für Behandlungskammern von Vakuumöfen, vorzugsweise Einkammer- Vakuumöfen, zu verbessern.
Demnach sieht das Verfahren den Ablauf vor, daß
a) das angesaugte erwärmte Gas durch eine zentrale Öffnung einer in dem
Ofengehäuse angeordneten Wand zum Wärmetauscher in einen Rückkühlraum gedrückt und in diesem gleichmäßig verteilt sowie gekühlt und dabei die Kühlung des Gases im Rückkühlraum intensiviert und abgegrenzt wird, sodann
b) das Gas über mindestens eine periphere Öffnung der Wand austretend mittels eines mit der Wand korrespondierenden, quer zur Strömungsrichtung linear beweglichen Schotts in einer ersten Position zu einem ersten Raum zwischen Heizkammer und Ofengehäuse als Saugraum und einem zweiten Raum zwischen Heizkammer und Ofengehäuse als Druckraum oder in einer zweiten Position des beweglichen Schotts zu dem ersten Raum als Druckraum und dem zweiten Raum als Saugraum geleitet wird, danach
c) das in Richtung einer originären Strömung geleitete Gas zunächst gegen im
Abstand zueinander stehende Flächen geführt und angeströmt wird, wonach die originäre Strömung zwischen den Flächen durch die Wirkung eines
Strömungsabrisses an freien Kanten der Flächen in zur originären
Strömungsrichtung abgelenkte Strömungsrichtungen geteilt durch geöffnete Luken und zu einer vergleichmässigt sowie intensiviert führenden Begasung der Charge in der Heizkammer in einer wechselnden Strömungsrichtung geleitet wird und d) das erwärmte Gas vom Gebläse durch den ersten Raum angesaugt und gekühlt und anschließend als Kühlgas durch den zweiten Raum wieder zur Heizkammer geführt wird, wobei je nach Stellung des beweglichen Schotts die wechselseitig wirkende Strömungsrichtung eingestellt wird. Die Einrichtung in dem Industrieofen umfaßt dazu die Kombination folgender zum Teil bekannter Merkmale:
a) Eine in dem Ofengehäuse angeordnete Wand, die
eine zentrale Öffnung für den Durchlass eines angesaugten erwärmten Gases und
mindestens eine periphere Öffnung für den Durchlass eines druckbeaufschlagten gekühlten Gases aufweist, und mit einem das Ofengehäuse zu einer Seite abschließenden Boden und einem Abschnitt des Ofengehäuses einen Rückkühlraum, der den Wärmetauscher aufweist, und mit der zentralen Öffnung sowie der peripheren Öffnung eine in wechselnder Strömungsrichtung beaufschlagbare offene Trennwand bildet, b) ein der Wand zugeordnetes, quer zur Strömungsrichtung linear bewegliches Schott , das in einer ersten Position zu einem ersten Raum als Saugraum und einem zweiten Raum als Druckraum oder in einer zweiten Position zu dem ersten Raum als Druckraum und dem zweiten Raum als Saugraum in
Verbindung steht,
c) eine mittels des ersten Raums und des zweiten Raums in wechselnder Strömungsrichtung je als Saugraum oder als Druckraum zu geöffneten Luken der Heizkammer bestehende Verbindung und
d) eine den geöffneten Luken vorgeschaltete Gasleiteinrichtung, die in einem
Rahmen im Abstand zueinander stehende, anströmbare Flächen mit freien Kanten aufweist und eine originäre Strömungsrichtung in zwischen den Flächen abgelenkte Strömungsrichtungen teilt und auf eine in der Heizkammer befindliche Charge richtet.
Schließlich wird der Strömungsablauf in seinem Gesamtzyklus verbessert. Entscheidend dabei ist die Wirkung, dass eine größere spezifisch auf die Fläche des Wärmetauschers bezogene Beaufschlagung erfolgt, so dass schon mit dem Verfahrensschritt gemäß Merkmal a) beginnend, der Wärmeaustausch der Strömung effizienter verläuft. Dabei schafft die Erfindung eine funktionale Verknüpfung zum Teil bekannter Merkmale zu einer einheitlichen strömungsseitigen Wirkung, die auch Einfluss auf eine optimale Auslegung, d.h.
verringerbare Auslegung der Leistung eines Kühlgebläses hat, womit durch die Erfindung die vorteilhaften strömungsseitigen Wirkungen mit den energetischen Effekten der
Wärmebehandlung zu einem einheitlich wirkenden Vorteil verschmelzen. Insbesondere für den Betreiber gattungsgemässer Industrieöfen wirkt sich die Erfindung vorteilhaft auf die Energie- und Umweltbilanz aus.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
In der zugehörigen Zeichnung ist eine Darstellung des verfahrensgemässen
Strömungsverlaufs veranschaulicht, und zwar in einem gattungsgemässen Industrieofen 1 mit der Anordnung einer erfindungsgemässen Einrichtung 2 unter Einbindung der Einrichtung gemäß der Patentanmeldung DE 10 2009 052 900.4.
Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
Ein Industrieofen 1 mit einem Ofengehäuse 1.1, wie er als Vakuumofen, vorzugsweise Einkammer-Vakuumofen schematisch dargestellt ist, umfasst eine Heizkammer 1.2, einen Wärmetauscher 4 und ein Gebläse 3. Die Anordnung der Einrichtung zum unten näher zu erläuternden Verfahren umfasst zunächst
- eine in dem Ofengehäuse 1.1 starr angeordnete Wand 1.8, die eine zentrale Öffnung 1.8.1 für den Durchlass eines aus der Heizkammer 1.2 angesaugten erwärmten Gases und periphere Öffnungen 1.8.2 für den Durchlass eines druckbeaufschlagten gekühlten Gases aufweist,
- einen das Ofengehäuse 1.1 zu einer Seite abschließenden Boden 1.6,
- einen Abschnitt 1.7 des Ofengehäuses 1.1 und
einen Rückkühlraum 1.5, der den Wärmetauscher 4 umschließt, wobei Wand 1.8 mit der zentralen Öffnung 1.8.1 sowie die peripheren Öffnungen 1.8.2 eine in wechselnder Strömungsrichtung beaufschlagbare offene Trennwand bildet. Dazu steht ein quer zur Strömungsrichtung linear bewegliches Schott 1.9 in Wirkverbindung, das in einer ersten Position 1.9.1 zu einem ersten Raum 1.1.1 des Ofengehäuses 1.1 als Saugraum und einem zweiten Raum 1.1.2 als Druckraum oder in einer zweiten Position zu dem ersten Raum 1.1.1 als Druckraum und dem zweiten Raum 1.1.2 als Saugraum in Wirkverbindung. Des Weiteren besteht eine mittels des ersten Raums 1.1.1 und des zweiten Raums 1.1.2 in wechselnder Strömungsrichtung je als Saugraum oder als Druckraum gebildete strömungswirksame Verbindung zu wechselseitig öffnenden Luken 1.3 der Heizkammer 1.2.
Den geöffneten Luken () vorgeschalteteGasleiteinrichtungen 2, die durch einen Rahmen 2.1 mit im Abstand zueinander stehenden, anströmbaren Flächen 2.2 mit freien Kanten gebildet sind, vervollkommnen die Einrichtung und teilen eine originäre Strömungsrichtung in zwischen den Flächen 2.2 abgelenkte Strömungsrichtungen und richten diese auf eine in der Heizkammer 1.2 befindliche Charge 1.4. Im Prozess der Wärmebehandlung dieser Charge 1.4 von metallischen
Werkstoffen/Werkstücken wird nach Beendigung einer Heizphase für die Charge 1.4 in der Heizkammer 1.2 des Ofengehäuses 1.1 die Kühl/ Abschreckphase eingeleitet, wobei mittels des Gebläses 3 und der in wechselseitiger Strömungsrichtung wirkenden Einrichtung zunächst das Gas aus der heißen Heizkammer 1.2 angesaugt und über den Wärmetauscher 4 gekühlt und dann durch den alternierend wirkenden Gasverteiler als Kühlgas der Charge 1.4 wieder zugeleitet wird.
Die erfindungsgemäßen Schritte laufen jetzt in der Folge ab, daß das angesaugte erwärmte Gas durch die zentrale Öffnung 1.8.1 der in dem Ofengehäuse 1.2 starr angeordneten Wand 1.8 zum Wärmetauscher 4 in den Rückkühlraum 1.5 gedrückt und in diesem gleichmäßig verteilt sowie gekühlt und dabei die Kühlung des Gases im Rückkühlraum 1.5 intensiviert und abgegrenzt wird,
das Gas über die peripheren Öffnungen 1.8.2 der Wand 1.8 austretend mittels des mit der Wand 1.8 korrespondierenden, quer zur Strömungsrichtung linear beweglichen Schotts 1.9 in einer ersten Position 1.9.1 zu dem ersten Raum 1.1.1 zwischen Heizkammer 1.2 und Ofengehäuse 1.1 als Saugraum und dem zweiten Raum 1.1.2 zwischen Heizkammer 1.2 und Ofengehäuse 1.1 als Druckraum oder in einer zweiten Position 1.9.2 des beweglichen Schotts 1.9 zu dem ersten Raum 1.1.1 als Druckraum und dem zweiten Raum 1.1.2 als Saugraum geleitet wird, das in Richtung einer originären Strömung geleitete Gas zunächst gegen die im Abstand zueinander stehenden Flächen 2.2 geführt und angeströmt wird, wonach die originäre Strömung zwischen den Flächen 2.2 durch die Wirkung eines Strömungsabrisses an den freien Kanten der Flächen 2.1 in zur originären
Strömungsrichtung abgelenkte Strömungsrichtungen geteilt durch die geöffnete Luke 1.3 und zu einer vergleichmässigt sowie intensiviert führenden Begasung der Charge 1.4 in der Heizkammer 1.2 in einer wechselnden Strömungsrichtung geleitet wird, und schließlich
d) das erwärmte Gas vom Gebläse 3 durch den ersten Raum 1.1.1 angesaugt und gekühlt und anschließend als Kühlgas durch den zweiten Raum 1.1.2 wieder zur Heizkammer 1.2 geführt wird, wobei je nach Stellung des beweglichen Schotts 1.9 die wechselseitig wirkende Strömungsrichtung eingestellt wird.
Der Strömungsverlauf ist durch Pfeile 5 schematisch dargestellt und soll insbesondere den komplexen Verlauf von der in dem Rückkühlraum 1.5 gebildeten Gleichrichtung,
Intensivierung und Abgrenzung der Strömung bis zum Strömungsabriß an den freien Kanten der Flächen 2.1 in zu der originären Strömungsrichtung abgelenkte Strömungsrichtungen darstellen.
Bis zur Erreichung einer gewünschten Abkühlung werden die Schritte a) bis d) wiederholt,
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die Erfindung ermöglicht gegenüber dem Stand der Technik eine homogenisiertere und sowohl die Kühlintensität verbessernde als auch den Energieverbrauch senkende Umlenkung der Strömung von Gasen wie Kühlgasen in Industrieöfen wie Vakuumöfen bei der
Wärmebehandlung von metallischen Werkstoffen/Werkstücken, so dass deren Gebrauchswert für die anwendende Industrie erhöht wird.
Bezugszeichenliste
1 = Industrieofen
1.1 = Ofengehäuse
1.1.1 - erster Raum
1.1.2 = zweiter Raum Heizkammer
Luke
Charge
Rückkühlraum
Boden
Abschnitt
Wand
: zentrale Öffnung
periphere Öffnung
: linear bewegliches Schott
: Position des Schotts
: Gasleiteinrichtung
Rahmen
: Fläche mit freier Kante
= Gebläse = Wärmetauscher = den gesamten Strömungsverlauf kennzeichnende Pfeile, und zwar gemäß der gezeichneten Position des Schotts 1.9

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Leitung einer Strömung (5) von Gasen im Prozess der
Wärmebehandlung einer Charge (1.4) von metallischen Werkstoffen/Werkstücken in einem ein Ofengehäuse (1.1) umfassenden Industrieofen (1), insbesondere
Vakuumofen, vorzugsweise Einkammer-Vakuumofen, wobei nach Beendigung einer Heizphase für die Charge (1.4) in einer Heizkammer (1.2) des Ofengehäuses (1.1) die Kühl/ Abschreckphase eingeleitet wird, indem mittels eines Gebläses (3) und einer in wechselseitiger Strömungsrichtung wirkenden Einrichtung zur Gasverteilung zunächst das Gas aus der heißen Heizkammer (1.2) angesaugt und über einen Wärmetauscher (4) gekühlt und dann durch die alternierend wirkende Gasverteilung als Kühlgas der Charge (1.4) wieder zugeleitet wird, gekennzeichnet durch die Schritte, daß a) das angesaugte erwärmte Gas durch eine zentrale Öffnung (1.8.1) einer in dem Ofengehäuse (1.1) angeordneten Wand (1.8) zum Wärmetauscher (4) in einen Rückkühlraum (1.5) gedrückt und in diesem gleichmäßig verteilt sowie gekühlt und dabei die Kühlung des Gases im Rückkühlraum (1.5) intensiviert und abgegrenzt wird, b) das Gas über mindestens eine periphere Öffnung (1.8.2) der Wand (1.8)
austretend mittels eines mit der Wand (1.8) korrespondierenden, quer zur Strömungsrichtung linear beweglichen Schotts (1.9) in einer ersten Position (1.9.1) zu einem ersten Raum (1.1.1) zwischen Heizkammer (1.2) und Ofengehäuse (1.1) als Saugraum und einem zweiten Raum (1.1.2) zwischen Heizkammer (1.2) und Ofengehäuse (1.1) als Druckraum oder in einer zweiten Position des beweglichen Schotts (1.9.2) zu dem ersten Raum (1.1.1) als Druckraum und dem zweiten Raum (1.1.2) als Saugraum geleitet wird, c) das in Richtung einer originären Strömung (5) geleitete Gas zunächst gegen im Abstand zueinander stehenden Flächen (2.2) geführt und angeströmt wird, wonach die originäre Strömung (5) zwischen den Flächen (2.2) durch die Wirkung eines Strömungsabrisses an freien Kanten der Flächen (2.2) in zur originären Strömungsrichtung (5) abgelenkte Strömungsrichtungen (5) geteilt durch eine geöffnete Luke (1.3) und zu einer vergleichmässigt sowie intensiviert führenden Begasung der Charge (1.4) in der Heizkammer (1.2) in einer wechselnden Strömungsrichtung (5) geleitet wird und d) das erwärmte Gas vom Gebläse (3 ) durch den ersten Raum (1.1.1) angesaugt und gekühlt und anschließend als Kühlgas durch den zweiten Raum (1.1.2) oder umgekehrt wieder zur Heizkammer (1.2) geführt wird, wobei je nach Stellung des beweglichen Schotts (1.9) die wechselseitig wirkende
Strömungsrichtung (5) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das das aus der
Heizkammer (1.2) angesaugte Gas bis zur Erreichung einer gewünschten Abkühlung der Charge (1.4) die Schritte a) bis d) wiederholt durchläuft,
Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens für einen ein Ofengehäuse (1.1) umfassenden Industrieofen (1), insbesondere Vakuumofen, vorzugsweise Einkammer- Vakuumofen, der eine Heizkammer (1.2), einen Wärmetauscher (4) und ein Gebläse (3) aufweist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: a) Eine in dem Ofengehäuse (1.1) starr angeordnete Wand ( 1.8), die
eine zentrale Öffnung ( 1.8.1 ) für den Durchlass eines angesaugten erwärmten Gases und
mindestens eine periphere Öffnung (1.8.2) für den Durchlass eines druckbeaufschlagten gekühlten Gases aufweist, und mit einem das Ofengehäuse (1.1) zu einer Seite abschließenden Boden (1.6) und einem Abschnitt (1.7) des Ofengehäuses (1.1) einen Rückkühlraum (1.5), der den Wärmetauscher (4) umfasst, und mit der zentralen Öffnung (1.8.1) sowie der peripheren Öffnung (1.8.2) eine in wechselnder Strömungsrichtung (5) beaufschlagbare offene Trennwand bildet, b) ein der Wand (1.8) zugeordnetes, quer zur Strömungsrichtung linear
bewegliches Schott (1.9), das in einer ersten Position (1.9.1) zu einem ersten Raum (1.1.1) als Saugraum und einem zweiten Raum (1.1.2) als Druckraum oder in einer zweiten Position (1.9.2) zu dem ersten Raum (1.1.1) als
Druckraum und dem zweiten Raum (1.1.2) als Saugraum in Verbindung steht, eine mittels des ersten Raums (1.1.1) und des zweiten Raums (1.1.2) in wechselnder Strömungsrichtung (5) je als Saugraum oder als Druckraum jeweils zu einer geöffneten Luke (1.3) der Heizkammer (1.2) bestehende strömungsseitige Verbindung und eine den geöffneten Luken (1.3) vorgeschaltete Gasleiteinrichtung (2), die in einem Rahmen (2.1) im Abstand zueinander stehende, anströmbare Flächen (2.2) mit freien Kanten umfasst und eine originäre Strömungsrichtung (5) in zwischen den Flächen (2.2) abgelenkte Strömungsrichtungen (5) teilt und auf eine in der Heizkammer (1.2) befindliche Charge (1.4) richtet.
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