DE1196221B

DE1196221B - Shaft furnace for the scaling-free heating of long metallic workpieces and processes for its operation

Info

Publication number: DE1196221B
Application number: DEZ8740A
Authority: DE
Inventors: Josef Smalek; Josef Kotatko
Original assignee: ZD Y V I PLZEN NARODNI PODNIK; Zavody VI Lenina Plzen np
Current assignee: ZD Y V I PLZEN NARODNI PODNIK; Zavody VI Lenina Plzen np
Priority date: 1960-07-04
Filing date: 1961-05-12
Publication date: 1965-07-08

Description

Schachtofen zum zunderfreien Erwärmen von langen metallischen Werkstücken und Verfahren zu seinem Betrieb Die Erfindung bezieht sich auf Schachtöfen zum zundenfreien Erwärmen von langen metallischen Werkstücken, wie Stahlwellen, Stahldomen od. dgl.Shaft furnace for scaling-free heating of long metallic workpieces and method for its operation. The invention relates to shaft furnaces for non-ignition Heating of long metallic workpieces such as steel shafts, steel domes or the like.

Bisher verwendet man für die Erhitzunc, von Stahlwellen, Stahldornen, Blöcken u. dgl., die eine große Länge haben, Schachtöfen mit Direktbeheizung. Die Werkstücke werden in den Ofen eingelegt, wobei der Arbeitsraum durch einen ausgemauerten Deckel verschlossen wird, oder sie werden mittels Zangen aufgehängt. Bei dieser Art der Erhitzung kommt es jedoch infolge Einwirkung höherer Temperaturen und einer lan-en Erhitzungsdauer zu einer starken Verzunderun- der Werkstücke, und zwar sowohl durch Einwirkung einer bestimmten Sauerstoffmenge als auch infolge Einwirkung des in den Verbrennungsprodukten enthaltenen Kohlendioxydes.So far it has been used for the heating of steel shafts, steel mandrels, Blocks and the like that are long, shaft furnaces with direct heating. the Workpieces are placed in the furnace, the work space being lined with a brick Lid is closed, or they are hung up with tongs. At this However, the type of heating occurs as a result of exposure to higher temperatures and a Long heating time to a strong scaling of the workpieces, both by the action of a certain amount of oxygen as well as by the action of the carbon dioxide contained in the products of combustion.

Die Zunderschicht beträgt bei einer Normalerhitzung 3 bis 4 Gewichtsprozent der erhitzten Teile bzw. 2 bis 3 % bei einer starken Reduktionsverbrennung. Dadurch entstehen große Verluste des erhitzten Materials und große Brennstoffverluste, da der auf den Boden des Schachtofens herabgefallene Zunder entweder durch Ausschmelzung oder auf eine andere Art beseiti-t werden muß.The scale layer amounts to 3 to 4 percent by weight of the heated parts with normal heating or 2 to 3 % with strong reduction combustion. This results in great losses of the heated material and great losses of fuel, since the scale that has fallen to the bottom of the shaft furnace has to be removed either by melting it out or in some other way.

Das zunderfreie Erwärmen oder Glühen von langen Stahlstücken ist in Muffeln von öfen der Kammertype bereits bekannt.The scale-free heating or annealing of long pieces of steel is in Muffles of kilns of the chamber type are already known.

Ein Nachteil des bisherigen Erwärmungsverfahrens ist der starke Abbrand. Die Oberfläche des Werkstoffes wird infolge Einwirkung von Zunder angegriffen und wird rauh. Nachteilig ist weiter, daß bei der Zunderbeseitigung vom Boden des Schachtofens der Betrieb unterbrochen werden muß und daß hierbei der Brennstoffverbrauch ansteigt; schließlich wird durch chemische Einwirkung der Schlacke die Lebensdauer der Ofenausmauerung herabgesetzt.A disadvantage of the previous heating process is the heavy burn-off. The surface of the material is attacked as a result of the action of scale and gets rough. Another disadvantage is that when removing scale from the bottom of the shaft furnace the operation has to be interrupted and that this increases the fuel consumption; Finally, the chemical action of the slag increases the service life of the furnace lining degraded.

Die Nachteile des Erwärmens eines langen Werkstückes in Muffelöfen bestehen darin, daß dieses langwierig und mit einem höheren Wärmeverbrauch verbunden ist und daß auch die Ausmauerungskosten höher sind. Zwar erzielt man in diesen Öfen einen kleineren Abbrand, aber man hat nicht die Möglichkeit, schwere und starke Stahlwerkstücke zu verarbeiten und gleichmäßig zu erwärmen.The disadvantages of heating a long workpiece in muffle furnaces consist in the fact that this is tedious and associated with a higher heat consumption and that the lining costs are also higher. It is true that one achieves in these ovens a smaller burn, but you don't have the option of heavy and strong burns To process steel workpieces and to heat them evenly.

Die vorstehend erwähnten Nachteile sollen nach der Erfindung dadurch beseitigt werden, daß der Arbeitsraum zur Aufnahme der langen metallischen Werkstücke von einer Reihe konzentrisch übereinander angeordneter Heizringe mit Parabelinnenprofil gebildet ist. Heizbrenner und Abzugkanäle münden tangential in die Parabelbrennpunkte. Zwischen den Heizringen sind Rippenringe mit radialen Kanälen vorgesehen, die über Kanäle mit einem der Schutzgaserwärmung dienenden Rekuperator ver-C C bunden sind.The above-mentioned disadvantages are intended according to the invention be eliminated that the work space to accommodate the long metallic workpieces of a row of concentrically stacked heating rings with a parabolic inner profile is formed. The heating burner and exhaust ducts lead tangentially into the parabolic focal points. Ribbed rings with radial channels are provided between the heating rings Channels are connected to a recuperator serving to heat the protective gas.

Der Betrieb des Schachtofens erfol erfindunasgt C Cremäß derart, daß das durch die Kanäle in den t3 Rippenringen einströmende, zum Erzeugen einer Schutzschicht um die Werkstücke dienende Schutz-C aas unter einem höheren Druck als die tangential durch die Brenner in den Heizringen einströmenden Verbrennungsmittel in den Arbeitsraum eingebracht wird. Nur in den Berührungsflächen zwischen den kreisenden Verbrennungsprodukten und der Schutz-Psschicht reagiert ein Teil des Schutzgases mit dem in den Verbrennungsprodukten enthaltenen Sauerstoffüberschuß. Die Verbrennungsprodukte werden durch die Wirkung der Zentrifugalkraft und auf Grund ihres im Vergleich mit dem Schutzgas höheren spezifischen Gewichts in den Heizringen nach außen gedrückt.The operation of the shaft furnace SUC erfindunasgt C Cremäß such that the air flowing in through the channels in the t3 ribs rings, for generating a protective layer which serves to clamp the workpieces protection C aas under a higher pressure than the tangentially entering through the burners in the heating rings combustion means in the Work space is introduced. Only in the contact areas between the circulating combustion products and the protective layer does a part of the protective gas react with the excess oxygen contained in the combustion products. The combustion products are pushed outwards in the heating rings due to the effect of centrifugal force and due to their higher specific weight in comparison with the protective gas.

3 Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, daß in dem erfindungsgemäß ausgebildeten Schachtofen C, lange Gegenstände zunderfrei erhitzt werden können, wobei Gewichtsverluste legierter Stahlmaterialien klein gehalten werden. 3 By the invention the advantage is obtained that, in the inventive design the shaft furnace C, long objects can be heated free of scale, with weight losses alloy steel materials can be kept small.

Die Oberfläche der erhitzten Geg ,enstände bleibt glatt und unversehrt. Infolge der Erhitzung durch die hocherhitzte parabolische Fläche des Heizringes geht die Erhitzuno, in intensiver und gleichmäßiger Weise vor sich. Die Lebensdauer der Ausmauerung erhöW sich, denn dadurch, daß kein Zunder gebildet wird, entsteht auch keine Schlacke, die die Hitzebeständigkeit und Lebensdauer der Ausmauerung herabsetzt. Da das Einsatzstück gleichmäßig von allen Seiten erhitzt wird, ist das Abschmelzen von Zunder nicht erforderlich, wodurch sich der spezifische Wärmeverbrauch verringert.The surface of the heated objects remains smooth and intact. As a result of the heating by the highly heated parabolic surface of the heating ring the heating takes place in an intense and even manner. The lifespan the brick lining increases, because the fact that no scale is formed arises also no slag, which increases the heat resistance and lifespan of the lining belittles. Since the insert is heated evenly from all sides, that is Melting off of the scale is not necessary, which increases the specific heat consumption decreased.

Ein praktisches Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schachtofens ist in den F i g. 1 bis 5 dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch den Schachtofen, in welchem der Arbeitsraum mit den Heizringen dargestellt ist, F i g. 2 einen Schnitt des Schachtofens mit der Aufteilung der Tangentialöffnungen für die Zuführung der heißen Verbrennungsprodukte in die Heizringe, F i g. 3 einen Querschnitt des Schachtofens, aus welchem die Anordnung der Heizbrenner ersichtlich ist, F i g. 4 einen Querschnitt des Schachtofens, aus welchem die Kanäle in den Rippenringen für die Verteilung des Schutzgases ersichtlich sind und F i g. 5 ein Schema der Aufteilung einer größeren Anzahl von Schachtöfen.A practical embodiment of the shaft furnace according to the invention is shown in FIGS. 1 to 5 shown. It shows F i g. 1 shows a longitudinal section through the shaft furnace, in which the working space with the heating rings is shown, FIG . 2 shows a section of the shaft furnace with the division of the tangential openings for the supply of the hot combustion products into the heating rings, FIG . 3 shows a cross section of the shaft furnace, from which the arrangement of the heating burners can be seen, FIG . 4 shows a cross section of the shaft furnace, from which the channels in the rib rings for the distribution of the protective gas can be seen and FIG. 5 shows a diagram of the division of a larger number of shaft furnaces.

Der Schachtofen bildet eine selbständige Heizeinheit mit einem keramischen Rekuperator 8 und einem Metallrekuperator 9. Der Arbeitsraum 1 wird von einer Reihe von Heizringen 2 mit parabolisch gekrümmten Flächen gebildet, in welche die heißen Verbrennun rodukte von den tangential angeordneten Brennem 3 eingeführt werden. Die heißen Verbrennungsprodukte geben ihre Wärme an die parabolische Fläche der Heizringe 2 ab, die das zu erhitzende Werkstück 14 bestrahlen. Das aus den radialen Kanälen 6 der Rippenringe 5 strömende Schutzgas hat eine derartige Zusammensetzung, daß eine zunderfreie Erhitzung gewährleistet wird. In den Arbeitsraum 1 wird das Schutzgas mit einem bestimmten überdruck eingeleitet, der zur Ausbildung der Schutzschicht an der Oberfläche der erhitzten Werkstücke 14 ausgenutzt wird, während zum Scheitel der parabolischen Krümmung des Heizringes 2 die glühenden Verbrennungsprodukte mit einem bestimmten Luftübersschuß tangential zugeführt werden, so daß die heißen Verbrennungsprodukte eine oxydierend wirkende Zusammensetzung aufweisen. Durch die Zentrifugalkraft der strömenden Verbrennungsprodukte und durch Druckeinwirkung des Schutzgases entsteht in einer bestimmten Entfernung von dem beheizten Gegenstand 14 eine Schutzgasschicht, an deren Berührungsfläche auf der Seite der Verbrennungsprodukte der brennbare Anteil des Schutzgases verbrannt wird. Die Verbrennungsprodukte werden durch die Abzugkanäle 4 abgeführt, die in jedem Heizring 2 vor den tangential angeordneten Brennem 3 durchgeführt sind, in die senkrechten Abzugkanäle 10 und von hier aus in den keramiskhen Rekuperator 8 abgeführt. Vor dem Rekuperator 8 sind die Luftdüsen 11 angeordnet. durch welche Verbrennungsluft für die Verbrennung des restlichen Anteiles der brennbaren Schutzgasteile zugeführt wird. Weiter strömen die Verbrennungsprodukte über den Metallrekuperator 9 in den Hauptabzugkanal 15. Durch den keramischen Rekuperator 8 wird das Schutzgas geführt, auf eine hohe Temperatur vorgewärmt und strömt weiter durch die Kanäle 7 in die radialen Kanäle 6 und in den Arbeitsraum 1. The shaft furnace forms an independent heating unit with a ceramic recuperator 8 and a metal recuperator 9. The working space 1 is formed by a series of heating rings 2 with parabolic curved surfaces into which the hot combustion products are introduced from the tangentially arranged burners 3 . The hot combustion products give off their heat to the parabolic surface of the heating rings 2, which irradiate the workpiece 14 to be heated. The protective gas flowing out of the radial channels 6 of the rib rings 5 has a composition such that heating without scale is guaranteed. In the working space 1 , the protective gas is introduced with a certain excess pressure, which is used to form the protective layer on the surface of the heated workpieces 14, while the glowing combustion products are tangentially supplied with a certain excess of air to the apex of the parabolic curvature of the heating ring 2, so that the hot combustion products have an oxidizing composition. As a result of the centrifugal force of the flowing combustion products and the effect of pressure from the protective gas, a protective gas layer is created at a certain distance from the heated object 14. The combustion products are discharged through the exhaust ducts 4, which are carried out in each heating ring 2 in front of the tangentially arranged burners 3 , into the vertical exhaust ducts 10 and from here into the ceramic recuperator 8 . The air nozzles 11 are arranged in front of the recuperator 8. through which combustion air is supplied for the combustion of the remaining part of the combustible protective gas parts. The combustion products continue to flow through the metal recuperator 9 into the main exhaust duct 15. The protective gas is fed through the ceramic recuperator 8 , preheated to a high temperature and continues to flow through the ducts 7 into the radial ducts 6 and into the working space 1.

In dem Metallrekuperator 9 wird die Verbrennungsluft erhitzt und wird zum Schachtofen (nicht eingezeichnet) und zu den einzelnen Brennern 3 geführt. Um die Regelung der Zugverhältnisse in dem Arbeitsraum 1 vornehmen zu können, ist vor dem keramischen Rekuperator ein Schieber 12 vorgesehen. In dem oberen Teil des Arbeitsraumes ist ein wassergekühlter Dichtungsring 13 angeordnet, der den Oberteil der aufgehängten Werkstücke abkühlt. Der Schachtofen ist in der Betongrube 16 angeordnet; der freie Raum um den Ofen herum ist mit einem Rost-17 versehen.The combustion air is heated in the metal recuperator 9 and is fed to the shaft furnace (not shown) and to the individual burners 3 . In order to be able to regulate the draft conditions in the working space 1 , a slide 12 is provided in front of the ceramic recuperator. In the upper part of the working space, a water-cooled sealing ring 13 is arranged, which cools the upper part of the suspended workpieces. The shaft furnace is arranged in the concrete pit 16 ; the free space around the stove is provided with a grate-17.

In F i g. 5 ist die Aufteilung selbständiger Schachtöfen für größere Kapazität dargestellt. Die Gruppierung ist derart durchgeführt, daß alle Schachtöfen auf der einen Seite jeweils an einen Abzugkanal 15 angeschlossen werden können.In Fig. 5 shows the division of independent shaft furnaces for larger capacities. The grouping is carried out in such a way that all the shaft ovens can be connected to a discharge duct 15 on one side.

Claims

1. A shaft furnace for scale-free heating of long metal workpieces, d a d u rch in that the working space (1) is formed by a series of concentric superposed heating rings (2) with parabolic inner profile, wherein heating burners (3) and exhaust ducts (4) Open tangentially into the parabolic focal points, and rib rings (5) with radial channels (6) are provided between the heating rings, which are connected via channels (7) to a recuperator (8) used to heat the protective gas.

2. A method for operating the shaft furnace according to claim 1, characterized in that the incoming through the channels in the ribbed rings, serving to generate a protective layer around the workpieces protective gas under a higher pressure than the incineration agent flowing tangentially through the burner in the heating rings in the Working space is introduced and that only at the contact surfaces between the circulating combustion products and the protective gas layer, a part of the protective gas reacts with the satire excess contained in the combustion products, the combustion products being due to the effect of centrifugal force and due to their higher specificity in comparison with the protective gas Weight in the heating rings to be pressed outwards. Oezocene publications to be considered: German Patent Specifications No. 423 504, 377 738; FranzZ3s-Ische patent specification No. 1237 690.