DE3688422T2 - Beheizung eines fliessbettofens. - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung
• Die Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen bei der gesteuerten Wärmebehandlung von Produkten und speziell bei der gesteuerten Wärmebehandlung von Produkten mit Hilfe eines Fließbetts, das von außen beheizt wird.
• Die verbesserte Heizung eines Fließbettofens eignet sich zur Verwendung bei der stetigen Verarbeitung eines streifenförmigen Produkts, bei der das Produkt durch den Ofen läuft, und eignet sich außerdem für die chargenweise Behandlung von Produkten bei hoher Temperatur, beispielsweise von Schnelldrehstählen. Infrarotstrahlungslampen heizen unmittelbar eine Grenzflächenschicht von Partikeln des Fließbetts und die hervorragenden thermischen Übertragungscharakteristiken des Betts bewirken die sehr schnelle Verteilung dieser Energie durch das gesamte Bett. Die von den Lampen abgegebene Strahlung wird also auf die eine Grenzschicht bildenden Partikel des Betts gestrahlt, woraufhin die Hitze durch die Aktion des Betts durch das gesamte Bett verteilt wird.
• Aus dieser einzigartigen Kombination resultiert eine Anzahl von Vorteilen, wie: die Wärmebehandlung von Schnelldrehstahlprodukten in einem nicht kontaminierenden Fließbett bei Temperaturen im Bereich von 1100ºC bis 1300ºC; eine hervorragende Steuerung oder Regelung in Bezug auf die dem Bett mitgeteilte Wärmeenergie durch Verändern der elektrischen Energie der Lampen und dabei unmittelbare Veränderung der von der freiliegenden Grenzfläche der Teilchen absorbierten Strahlung; und verbesserte Anheizcharakteristiken, wodurch Verzögerungen beim Bringen eines Fließbetts auf die Betriebstemperatur vermieden werden.
• Die Wärmebehandlung von Metallen in Fließbetten mit oder ohne kontrollierte(r) Atmosphäre sind für viele Anwendungen vorgeschlagen worden und die Geschichte von Fließbetten und der verschiedenen Techniken sind in einem Artikel von R.W. Reynoldson, veröffentlicht in der Publikation Heat Treatment of Metals, 1977.1, mit dem Titel "Control Atmosphere Fluidized Bed for Heat Treatment of Metals" gut beschrieben. In diesem Artikel ist ein Fließbettofen gezeigt, bei dem innere Widerstandsheizelemente innerhalb eines Fließbetts für die chargenweise Behandlung eines Produkts angeordnet sind. Der Artikel bezieht sich außerdem auf verschiedene Arten von Verbrennungsvorgängen, die innerhalb oder oberhalb eines Fließbetts durchgeführt werden können. Allgemein haben Fließbetten, die durch Verbrennung geheizt werden, eine Betriebstemperatur in der Größenordnung zwischen 600ºC und 800ºC und eignen sich nicht für die Hochtemperaturanwendung.
• In Fließbetten und bei der Wärmebehandlung beliebiger Produkte ist es wichtig, eine gleichformige Heizung zu schaffen, und außerdem ist es wichtig, ein System zu schaffen, das ein schnelles Anheizen ermöglicht.
• Es wurde ein gewisser Aufwand an Forschung in Bezug darauf betrieben, ein brennbares Gas in einer Weise in ein Fließbett einzuführen, durch die das Gas bei der Fluidisierung des Betts mithilft, während es außerdem die richtige Gasmischung schafft, um die Verbrennung im Bett zu unterstützen. In Fällen, bei denen eine geregelte Atmosphäre gefordert wird, wird der Verbrennungsvorgang doch noch innerhalb eines Teiles durchgeführt, der einige der Partikel heizt, die dann aus den Verbrennungsgasen zurückgehalten und zum Fließbett zum Heizen der verbliebenen Partikel des Betts und zum Heizen des zu behandelnden Guts zurückgeführt werden. Auf diese Weise wird das behandelte Produkt von der Atmosphäre getrennt, die zur Aufrechterhaltung der Verbrennung erforderlich ist.
• Die auf die Wärmequelle des Fließbetts gesetzten Forderungen sollten in der Lage sein, die Temperatur des Fließbetts sehr schnell von Umgebungstemperatur auf die Wärmebehandlungstemperatur anzuheben, vorzugsweise bis zu etwa 1200ºC. Zusätzlich sollte die Wärmequelle in der Lage sein, eine gleichförmige Erwärmung des Betts zu liefern, wenn dieses einmal seine Betriebstemperatur erreicht hat. Derzeit wird die Fähigkeit, die Temperatur des Fließbetts bis zum Betriebspegel sehr schnell anzuheben und sie dann derart aufrechtzuerhalten, daß eine gleichförmige Erwärmung des Produkts bewirkt wird, zwar mit Fließbetten erreicht, jedoch treten Probleme bei gasbefeuerten Betten bei den höheren Temperaturen auf.
• Die Wärmebehandlung bei hohen Temperaturen in der Größenordnung von 1100ºc bis 1300ºC und speziell die Wärmebehandlung von schnelldrehstahl ist allgemein auf Schmelzsalzbäder beschränkt, die riskante Materialien für die Umwelt sind und gefährlich am Arbeitsplatz sind. Es wurden einige Versuche unternommen, um Fließbetten für die Hochtemperatur-Wärmebehandlung von schnelldrehstahl zu verwenden. Ein Vorschlag in Bezug zu Fließbetten ist die Verwendung von elektrisch leitenden Fließbettpartikeln und das elektrische Heizen des Fließbetts unter Auswertung des elektrischen Widerstands der Partikel. Dieses Verfahren eignet sich jedoch nicht bei leitenden zu behandelnden Materialien.
• Hochtemperatur-Fließbetten sind möglich bei Verwendung von extern elektrisch geheizten Muffeln. Elektrische Widerstandsheizer sind außen um die Muffel angeordnet, um deren Wände zu erhitzen, die ihrerseits das körnige Fließbettgut heizen. Solche Betten haben jedoch lange Anheizzeiten und die Lebenserwartung der elektrischen Heizer ist bei diesen hohen Temperaturen kurz. Werden Metallmuffeln verwendet, so können Probleme mit Ausfällen auftreten.
Zusammengefaßte Darstellung der Erfindung
• Wir haben herausgefunden, daß es möglich ist, eine gleichförmige und sehr schnelle Heizung eines Betts aus fluidisierten hitzebeständigen Teilchen für die Wärmebehandlung eines Produkts auf Chargenbasis oder auf stetiger Basis zu schaffen, indem Infrarotstrahlungslampen hoher Intensität verwendet werden, die auf die eine Grenzschicht bildenden Partikel des Fließbetts gerichtet sind, wobei diese Grenzschicht aus den Partikeln die emittierte Strahlung absorbiert. Dieses System erlaubt es dem fluidisierenden Gas, daß es vom ursprünglichen Heizschritt separiert wird, da die Energie zu den Partikeln des Betts durch Strahlung übertragen wird, was zu einem wirksamen und sehr schnellen Wärmetransfer führt. Die thermischen Charakteristiken des Betts verteilen die absorbierte Strahlung schnell auf den Rest des Betts. Die Infrarotstrahlungslampen hoher Intensität können mit maximaler Leistung betrieben werden, um die Temperatur eines Fließbetts sehr schnell anzuheben, und können mit reduzierten Leistungseinstellungen betrieben werden, um eine gleichmäßige Erwärmung des Betts zu ergeben. Die Erwärmung der Grenzschicht des Betts durch Infrarotstrahlung und die thermischen Transfercharakteristiken des Betts wirken zusammen, um eine schnelle und gleichformige Wärmeübertragung über die gesamte Länge, Breite und Tiefe des Betts zu ergeben. Die von den Lampen emittierte Strahlung kann durch Einstellung des Leistungseingangs zu den Lampen gesteuert werden und vorzugsweise sind die Lampen in einem stetigen Prozeß entlang der Länge des Betts angeordnet, um anfänglich die Bettoberfläche zu belichten. Dieser Ofen ist speziell geeignet für die Wärmebehandlung oder Erhitzung eines Produkts bei Temperaturen über 800ºC.
• Das System verwendet vorzugsweise Infrarotstrahlungslampen hoher Intensität. Diese Lampen sind in der Lage, eine sehr hohe Anfangseingangsenergie an das Bett zu liefern, um die Betriebstemperatur zu erreichen, und anschließend wird der Ausgang auf einen Strahlungspegel reduziert, der ausreicht, die gewünschte Fließbettemperatur aufrechtzuerhalten. Bei diesem System wird die genaue Temperatursteuerung des Fließbetts in Kombination mit einer reduzierten Anheizzeit erreicht.
• Bei der Behandlung von Produkten bei hohen Temperaturen, beispielsweise beim Behandeln von Schnelldrehstählen auf einer Chargenbasis bei Temperaturen in der Größenordnung von 1100ºC bis 1300ºC wird vorzugsweise eine Muffel mit Quarzwänden und mit Infrarotstrahlungslampen hoher Intensität, die außerhalb der Quarzwände angeordnet sind, verwendet. Die Quarzwände der Muffel exponieren eine größere Grenzschicht von Bettpartikeln, die unmittelbar die Infrarotstrahlung absorbieren können.
• Die Vorrichtung nach der Erfindung eignet sich für die Wärmebehandlung von Metallprodukten wie Draht, Streifenmaterial oder langgestrecktes Streifenmaterial speziellen Querschnitts auf stetiger Basis, während das Produkt durch das durch die Infrarotstrahlung geheizte Fließbett hindurchgeleitet wird.
• Die Vorrichtung umfaßt ein normales Fließbett aus geeigneten feuerfesten Partikeln, die durch ein geeignetes Gas fluidisiert werden, wobei die Oberfläche des Betts der Infrarotstrahlung hoher Intensität zur Heizung des Betts ausgesetzt ist. Infrarotstrahlungsquellen sind oberhalb des Betts angeordnet und emittieren die Strahlung, die von den Partikeln absorbiert wird. Die absorbierte Energie wird schnell durch das gesamte Bett verteilt, und zwar aufgrund der Charakteristiken des thermischen Transfers des Fließbetts. Diese Kombination liefert ein geheiztes Fließbett, dessen Temperatur in hohem Maß aufzunehmende Strahlungspegel reagiert, die durch Steuerung der Eingangsenergie der Strahlungsquelle verändert werden. Das behandelte Produkt wird vorzugsweise außer direktem Kontakt mit der emittierten Strahlung durch das Bett geleitet. Im Gegensatz zu durch Verbrennung geheizten Betten werden die Partikel primär durch Strahlung oder durch Wärmeleitung geheizt.
• Die Erfindung betrifft also eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Materialien sowie ein Verfahren zum Heizen eines Fließbetts aus Partikeln, wie es in den unabhängigen Ansprüchen 1, 14 und 17 niedergelegt ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
• Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
• Fig. 1 eine Schnittansicht durch einen Fließbettofen, der sich für die stetige Behandlung eines Streifenprodukts eignet;
• Fig. 2 eine Schnittansicht entlang einer Linie A-A in Fig. 1.
• Fig. 3 eine Draufsicht auf die Wärmebehandlungsvorrichtung, die eine Muffel mit Quarzwänden verwendet;
• Fig. 4 einen Vertikalschnitt durch die Vorrichtung von Fig. 3;
• Fig. 5 eine Draufsicht auf eine modifizierte Wärmebehandlungsvorrichtung; und
• Fig. 6 einen Schnitt entlang einer Linie 6-6 von Fig. 5.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
• Der kanalartige Fließbettofen, der allgemein als 2 bezeichnet ist, hat ein allgemein als 4 bezeichnetes Fließbett mit hitzefesten Partikeln oder dergleichen, die durch den allgemein als 6 bezeichneten Gasstrom fluidisiert werden. Das fluidisierte Gas wird in Übereinstimmung mit den nachprozessualen Oberflächenbedingungen, die man zu erhalten wünscht, und mit dem behandelten Produkt gewählt. Dieses Gas wird nach einer von einer Anzahl bekannter Vorgehensweisen angrenzend an die Basis des hitzefesten Isoliermaterials 10 eingeführt. Außerhalb des Isoliermaterials befindet sich eine äußere Stahlschale und ein Abschnittsgehäuse 8, das eine geeignete Einrichtung zum Tragen des Ofens enthält. In diesem Fall ist ein Einlaß 12 für fluidisiertes Gas an der Oberfläche der Basis des hitzefesten Isoliermaterials 10 vorhanden.
• Das Heizen des Fließbetts wird durch eine Infrarotstrahlungsquelle bewirkt, die allgemein als 14 bezeichnet ist. Diese Strahlungsquelle enthält Infrarotstrahlungslampen 16 hoher Intensität, die allgemein unmittelbar über der Oberfläche des Fließbetts 4 angeordnet sind. Die Lampenendränder 18 sind in Kühlkanälen 22 zum Kühlen der Lampenenden angeordnet. Durch die Kanäle 22 wird ein Kühlgas zirkuliert, um die Lampenendränder auf einer niedrigeren Temperatur zu halten und dadurch die Lebensdauer der Lampen zu erhöhen. Über den Lampen 16 und zwischen den Kühlkanälen 22 befindet sich eine Deckentafel 24, deren Unterseite den Infrarotstrahlungslampen ausgesetzt ist und vorzugsweise aus einem Material besteht und eine Form aufweist, das bzw. die die von den Lampen emittierte und auf die Tafel auftreffende Strahlung nach unten zur Oberfläche des Fließbetts 4 zurücklenkt.
• Der kanalartige Fließbettofen 2 hat einen allgemein als 30 bezeichneten Eingang und einen allgemein als 32 bezeichneten Ausgang zum Einführen und Abziehen eines Produkts aus dem Fließbett.
• In einigen Fällen können versenkte Rollen oder andere Vorrichtungen erforderlich sein, um das eingeführte Produkt untergetaucht und außer direktem Kontakt mit der emittierten Strahlung zu halten, während es durch die Längserstreckung des Ofens 2 geleitet wird.
• Das durch den Fließbettofen hindurchgeleitete Produkt kann Draht, streifenmaterial oder dergleichen sein und kann durch den Ofen in Abhängigkeit vom tatsächlichen Produkt geschoben oder gezogen werden. Das Produkt wird erhitzt, während es sich vom Eingang 30 zum Ausgang 32 bewegt, wobei es den Fließbettofen auf einer angenähert gegebenen Temperatur beläßt. Das Fließbett von Partikeln dient der Trennung des behandelten Produkts von der emittierten Strahlung der infrarotstrahlungsquelle 14. Schätzenswerterweise können jedoch auch andere Produkte behandelt werden und die Anwendung ist nicht auf Streifen und Draht beschränkt.
• Die Partikel des Fließbetts sind vorzugsweise Aluminium- oder Zirkonoxidteilchen, jedoch eignen sich auch andere feuerfeste Partikel. Zusätzlich zu den bei jeder Fließbettanwendung geforderten normalen Charakteristiken sollten die Fließbettpartikel noch die Tendenz haben, darauf einfallende Infrarotstrahlung zu absorbieren, und sollten diese Strahlung nicht in größerem Umfang reflektieren.
• Der Abstand der Infrarotstrahlungslampen 16 hoher Intensität entlang der Längserstreckung des Fließbettofens kann in Abhängigkeit vom maximalen Temperaturvermögen des Ofens veränderlich sein, es wurde jedoch herausgefunden, daß dann, wenn die Lampen quer über das Bett verlaufen und gegeneinander einen Abstand von angenähert 2,54 bis 10,16 cm (1 bis 4'') in der Längsrichtung des Betts haben, ein schnelles Aufheizen des Fließbetts von der Umgebungstemperatur zur Betriebstemperatur möglich ist.
• Bei dem beschriebenen System heizen die Infrarotstrahlungslampen unmittelbar die Oberfläche des Fließbetts und die absorbierte Infrarotstrahlung wird aufgrund der Charakteristiken des thermalen Transfers des Betts schnell durch das gesamte Fließbett übertragen. Es wurde herausgefunden, daß die Infrarotstrahlungslampen und speziell elektrisch mit Leistung versorgte Kurzwellen- Infrarotstrahlungslampen hoher Intensität in der Lage sind, die Temperatur des Betts sehr schnell zu einer Betriebstemperatur im Bereich eines Maximums von etwa 1200ºC anzuheben, wenn die maximale Heizung angewandt wird, und anschließend kann die in die Lampen eingespeiste Leistung auf eine Höhe reduziert werden, die ausreicht, um das Bett auf der gewünschten Temperatur zu halten. Die Antwortcharakteristiken der Infrarotstrahlungslampen entsprechend der den Lampen eingespeisten elektrischen Leistung wird somit so gesteuert, daß das Bett schnell zu Betriebstemperatur gelangt und diese anschließend aufrechterhält, um eine gleichförmige Wärmeverteilung durch das gesamte Fließbett zu ergeben. Alle Lampen können gemeinsam gesteuert werden oder können in Gruppen gesteuert werden, indem der elektrische Eingang gemäß einer gemessenen Bettemperatur variiert wird. Ein solches System ergibt verbesserte Betriebscharakteristiken und reduzierte Betriebskosten.
• In Fig. 1 ist die Infrarotstrahlungsquelle in eine Servicestellung bewegbar, in der die Oberfläche des Fließbetts freiliegt und die Infrarotstrahlungslampen für Inspektion und Wartung zugänglich sind, wie gestrichelt eingezeichnet ist (28).
• Vorzugsweise ist einer der Kühlkanäle 22 über ein Scharnier an der äußeren stahlschale und dem Abschnittsgehäuse 8 befestigt, um eine zweckmäßige Positionierung der Infrarotstrahlung 14 für den Service zu ermöglichen. In Fig. 1 ist ein Quarz-Begrenzungsglied 20 gezeigt, das der Trennung der Lampen 16 vom heißen Gasstrom 6 und von den Fließbettpartikeln an der Oberfläche des Betts dient. Dieses Begrenzungsglied mag vielleicht nicht in allen Fällen erforderlich sein, jedoch kann bei Hochtemperaturanwendungen die Lebensdauer der Lampen erhöht werden.
• Die Vorrichtung und das Verfahren sind in Bezug auf einen kontinuierlichen Prozeß beschrieben worden, jedoch ist auch die Wärmebehandlung von Produkten auf Chargenbasis möglich.
• In den Fign. 3 und 4 ist ein modifizierter Chargenofen gezeigt, der allgemein als 52 bezeichnet ist. Er weist eine Stahlofenschale 54 auf, die eine hitzefeste Isolierung 56 umgibt, welche ihrerseits eine Innenkammer 58 umgibt, in der Kurzwellen- Infrarotstrahlungslampen 60 hoher Intensität gehaltert sind. Diese Lampen 60 sind im Abstand um die Außenseite einer Quarzmuffel 62 angeordnet, die ein Bett 64 von Partikeln aufweist, welche fluidisierbar sind. Die Partikel sind vorzugsweise Aluminium- oder Zirkonoxidpartikel hitzefester Gradierung und dergleichen, sie sind jedoch nicht hierauf beschränkt, da beliebige fluidisierbare Partikel verwendbar sind, die gegenüber dem behandelten Produkt, wenn es auf eine Temperatur im Bereich von 1100ºC bis 1300ºC erhitzt wird, inert bleiben und die infrarote Strahlung absorbieren. Um die Partikel zu fluidisieren, wird eine Strömung von Stickstoffgas oder einem anderen geeigneten inerten Gas, die durch Pfeile 66 angezeigt ist, angrenzend an den unteren Teil der Muffel 62 über einen Einlaß 77 eingeführt. Die Rate der Stickstoffströmung in das Fließbett 14 wird entsprechend den Charakteristiken des Betts wie bei jeder Fließbehandlung bestimmt. Vorzugsweise wird das zum Fluidisieren des Betts benützte Gas im Umlaufverfahren eingesetzt. Außerdem wird eine Gasströmung zum Kühlen der Lampenenden 68 verwendet, die außerhalb der Kammer 58 durch Endplatten 70 abgetrennt sind. Die Lampenenden 68 sollen gekühlt werden, um die Lebenserwartung der Lampen 60 zu erhöhen.
• Die Infrarotstrahlungslampen 60 hoher Intensität können verschiedene Stärken der infraroten Strahlung entsprechend der ihnen eingespeisten elektrischen Leistung emittieren. Die von den Lampen emittierte Strahlung wird durch die Quarzwände 73 der verwendeten Muffel 62 gesendet, um das Fließbett 64 auf rechtzuerhalten. Quarz ist für die infrarote Strahlung im wesentlichen transparent und läßt die Strahlung hindurchtreten und auf eine Grenzschicht des Fließbetts 64 angrenzend an die Wand 73 der Muffel 62 auftreffen. Die aus der von den Partikeln absorbierten Strahlung resultierende Wärmeenergie wird schnell durch das gesamte Fließbett verteilt und zwar aufgrund der Wirkung des Betts, was sich in einer gleichmäßigen Temperaturverteilung auswirkt. Die Quarzwände 73 der Muffel 62 sind in Bezug auf thermische Ausdehnung relativ stabil, was sie für diese Hochtemperaturanwendung geeignet macht.
• Bei der vorliegenden Anwendung können verschiedene Verfahren zum Fluidisieren des Betts herangezogen werden und die Anwendung ist nicht auf ein bestimmtes Verfahren der Einführung des Stickstoffs oder eines anderen inerten fluidisierenden Gases in das Bett begrenzt. Beispielsweise könnte die Basis 75 der Muffel 62 mit Verteilungsplatten oder porösen Platten oder Ziegeln versehen sein, um das Hindurchtreten des fluidisierenden Gases in das Bett 64 zu ermöglichen, oder das Gas könnte durch Verteilungsrohre eingeführt werden, die im Bett 64 oberhalb der Basis 75 der Muffel 62 angeordnet sind.
• Der in den Fign. 3 und 4 gezeigte Ofen 52 eignet sich für die Chargenbehandlung von schnelldrehstählen und dergleichen, wobei das Produkt in das Fließbett eingebracht und darin für die erforderliche Behandlungszeit behalten wird. Zur Erhöhung der Effektivität der Infrarotstrahlungslampen 60 können diesen Reflektoren zur Zurückleitung von Strahlung, die von den Lampen nach hinten emittiert worden ist, zu den Quarzwänden 73 der Muffel 62 zugeordnet sein. Es kann eine gewisse Kühlung dieser Reflektoren erwünscht sein und, sofern notwendig, kann eine Luftströmung vorgesehen werden, um die Wärme von der Rückseite der Reflektoren abzuführen. Die Quarzwände der Lampen sind nicht in direktem Gaskontakt mit dem Fließbett 64 und deshalb kann, wenn eine Kühlung der Lampen erforderlich ist, hierfür Luft verwendet werden.
• Die Infrarotstrahlungslampen hoher Intensität können angenähert alle 2,54 bis 10,16 cm (1 bis 4'') um die Außenseite der Muffel 62 angeordnet sein und reagieren speziell deutlich auf Änderungen der Eingangsenergie. Dies erlaubt der von den Lampen emittierten und von der Grenzschicht des Fließbetts 64 absorbierten Strahlung, daß sie genau gesteuert bzw. geregelt werden kann, wodurch die Endtemperatur des Fließbetts auf einen gewünschten Temperaturbereich begrenzt wird. Beispielsweise kann die Bettemperatur abgefühlt und der Leistungseingang der Lampen automatisch in Übereinstimmung mit dieser gemessenen Temperatur justiert werden. Zusätzlich können die Infrarotstrahlungslampen die Temperatur der Partikel des Fließbetts 64 sehr schnell erhöhen, da die Strahlung direkt auf die Partikel des Betts angrenzend an die Seitenwände 73 der Muffel gesendet wird und die resultierende Wärmeenergie sehr schnell durch das gesamte Bett übertragen wird. Die Temperatur des Betts ist für eine gleichmäßige Heizung des behandelten Produkts gleichförmig und der Ofen kann innerhalb einer im Vergleich zur existierenden Technologie mit Salzbädern kurzen Zeit auf die Betriebstemperatur angehoben werden. Die Fähigkeit, die Temperatur des Betts sehr schnell auf den Betriebspegel anzuheben, erlaubt es, daß der Fließbettofen ausgeschaltet werden kann, wenn er nicht im Gebrauch ist, wodurch die Betriebskosten reduziert werden. Die genaue Steuerung, die durch Veränderung der den Lampen eingespeisten elektrischen Leistung möglich ist, ist insofern wichtig, als das behandelte Produkt sich der Schmelztemperatur annähert und eine Temperaturüberschreitung dazu führen kann, daß die behandelten Materialien unbrauchbar werden.
• Die Quarzmuffel ist nicht nur im wesentlichen transparent für die Infrarotstrahlung, sondern ist auch bei diesen hohen Temperaturen stabil und die thermische Expansion stellt kein Problem dar.
• Die Quarzmuffel trennt die Lampen vom fluidisierenden Gas und dem fluidisierenden Teilchenmaterial, das sich auf der Bettbetriebstemperatur befindet. Die Lampenanordnung und die Quarzmuffel vereinfachen auch den Umlauf des fluidisierenden Gases, da die Oberseite des Bettes offen ist.
• Ein abgewandelter Ofen 82 ist in den Fign. 5 und 6 dargestellt. Er unterscheidet sich vom Aufbau der Fign. 3 und 4 darin, daß die Quarzmuffel 92 einen allgemein rechteckigen oder quadratischen Querschnitt hat und die Infrarotstrahlungslampen 90 nicht vertikal, sondern horizontal angeordnet sind. Der Ofen enthält ein äußeres Stahlgehäuse, das allgemein als 84 dargestellt ist, mit einer allgemein als 86 bezeichneten Isolation, die dazu dient, die in die Atmosphäre verlorene Wärmemenge zurückzuhalten oder wenigstens zu reduzieren. Die Infrarotstrahlungslampen sind in einem inneren kammerartigen Aufbau, der allgemein als 88 bezeichnet ist, angeordnet und erstrecken sich so durch diese Kammer, daß ihre Enden außerhalb der Kammer liegen. Die Lampenenden liegen in Eckgehäusen, die allgemein als 102 dargestellt sind. Diese Eckgehäuse ermöglichen die Kühlung der Lampenenden und ein Kühlluftstrom wird durch Kanäle 106 eingeführt. Zusätzlich erlauben die Eckgehäuse 102 einen vereinfachten elektrischen Anschluß der Lampen über elektrische Befestigungsstücke, die allgemein als 104 bezeichnet sind.
• Im Boden der Quarzmuffel 92 ist ein Einlaß 96 für fluidisierendes Gas vorhanden, der die Einführung von Stickstoff oder einem anderen geeigneten inerten Gas in das Fließbett aus geeigneten allgemein als 94 bezeichneten Partikeln ermöglicht. Der Einlaß 96 ist mit einem querverlaufenden Versorgungsrohr 100 verbunden, das seinerseits Gas in das Verteilungsrohr 98 einführt. Die Oberseite dieses Verteilungsrohrs ist entlang seiner Längserstreckung mit einer Anzahl von Löchern versehen, durch die das fluidisierende Gas hindurchtritt.
• Die Form der Quarzmuffel der Fign. 5 und 6 weist seitenflächen auf, die geeigneter für das Heizen mit horizontal angeordneten Infrarotstrahlungslampen 90 sind, und vereinfacht die Kühlung der Lampenenden und den elektrischen Anschluß der Lampen mit einer Stromversorgung.
• Die Fließbettöfen ergeben eine alternative Struktur für Anwendungen niedriger Temperatur um etwa 600ºC oder weniger, haben jedoch auch die Fähigkeit, Produkte auf Temperaturen über 800ºC zu erhitzen. Diese Hochtemperaturfähigkeit wird durch die Chargenbehandlung von Produkten im Temperaturbereich von 1100ºC bis 1300ºC gezeigt. Die zum Heizen des Betts auf die Betriebstemperatur erforderliche Zeit ist reduziert. Beispielsweise beträgt die Anlaufzeit weniger als die Hälfte der Zeit, die zum Anheben eines Schmelzsalzbades auf eine Temperatur von etwa 800ºC benötigt wird.
• Obwohl verschiedene bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung hier im Detail beschrieben worden sind, ist für den Fachmann ersichtlich, daß ohne Verlassen des Umkreises der anhängenden Ansprüche Abwandlungen durchgeführt werden können.

Claims (19)

1. Vorrichtung (2, 52, 82) zur Wärmebehandlung eines Produkts, mit einem Fließbett (4, 64, 94) aus für die Temperatur, mit der das Produkt wärmezubehandeln ist, geeigneten Partikeln und mit einer Einrichtung (16, 60, 90) zum gesteuerten Heizen des Fließbetts, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Heizen des Fließbetts eine Mehrzahl von elektrisch mit Leistung versorgten Infrarotstrahlungslampen (16, 60, 90) umfaßt, die eine Infrarotstrahlung hoher Intensität erzeugen können und die so angeordnet sind, daß die von ihnen erzeugte Strahlung wenigstens teilweise durch ihr ausgesetzte Partikel des Fließbetts (4, 64, 94) absorbiert wird, wobei die absorbierte Strahlung aufgrund der Charakteristiken des thermischen Transfers des Fließbetts (4, 64, 94) schnell und gleichmäßig durch das Bett verteilt wird und die Infrarotstrahlungslampen (16, 60, 90) zur wunschgemäßen Veränderung der emittierten Infrarotstrahlung gesteuert sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fließbett (4, 64, 94) an die kontinuierliche Wärmebehandlung eines Metallprodukts wie Draht, Streifen oder ein anderes langgestrecktes Produkt angepaßt ist, indem dieses durch das Fließbett (4, 64, 94) hindurchgeleitet wird, das einen Eingang (30) an seinem einen Ende zum Einführen dieses Produkts so, daß es im Bett versenkt ist, und einen Ausgang (32) am entgegengesetzten Ende des Betts zum Entfernen des Produkts von diesem enthält, wobei die Lampen (60) über dem Fließbett so angeordnet sind, daß dessen Oberfläche der emittierten Infrarotstrahlung ausgesetzt ist.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampen (16) quer über das Bett in allgemein gleichem gegenseitigem Abstand angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampen (16) unter einem gegenseitigen Abstand von 2,54 bis 10,16 cm (1 bis 4'') entlang im wesentlichen der Längserstreckung des Betts (4) angeordnet sind und die Temperatur des Fließbetts von der Umgebungstemperatur zur Betriebstemperatur in einer Zeit angehoben werden kann, die weniger als die Hälfte der für ein Schmelzsalzbad erforderlichen Zeit beträgt.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin gekennzeichnet durch das Vorhandensein von Einrichtungen zum Messen der Temperatur des Betts und Einrichtungen zum Regeln der elektrischen Eingangsleistung der Lampen entsprechend der gemessen Temperatur.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fließbett (64, 94) in einer Muffel (62, 92) mit Quarzwänden (73) gehalten ist und die Infrarotstrahlungslampen (60, 90) um diese Muffel (62, 92) außerhalb der Quarzwände (73) so angeordnet sind, daß die von den Lampen (60, 90) erzeugte Strahlung durch die Quarzwände gerichtet ist, um freiliegende Fließbettpartikel (64, 94) hinter der Quarzwand zu kontaktieren.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fließbett Aluminium- oder Zirkonoxidpartikel (64, 94) hitzefester Gradierung umfaßt.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Element (12, 75, 98) zum Steuern der Einführung von zum Fluidisieren des Betts verwendetem Gas, wobei dieses Element eine Diffusorplatte (75), ein poröser Ziegel (75) oder Verteilungsrohre (98) sind.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fließbett innerhalb einer Quarzmuffel (62, 92) gehalten ist und die Vielzahl der Lampen (60, 90) eine kurzwellige Infrarotstrahlung hoher Intensität erzeugt, die von ihr ausgesetzten Fließbettpartikeln (64, 94) angrenzend an die Wände (73) der Quarzmuffel absorbiert wird.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bett zur Durchführung einer Wärmebehandlung von Produkten über 1100ºC betrieben ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Lampen durch eine Quarz-Abtrennung außer direktem Kontakt mit den Partikeln des Fließbetts gehalten sind und die Quarz-Abtrennung die von den Lampen erzeugte Infrarotstrahlung durch sich hindurchläßt, die von den ihr ausgesetzten Partikeln des Fließbetts absorbierbar ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Quarz-Abtrennung sich in direktem Kontakt mit den exponierten Partikeln des Fließbetts befindet.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Quarz-Abtrennung ein Teil einer Muffel ist, die das Fließbett enthält.

14. Verfahren zur Wärmebehandlung von Materialien wie Schnelldrehstahl bei einer Temperatur über 800ºC, umfassend: das Erhitzen eines Fließbetts von hitzefesten Partikeln dadurch, daß man wenigstens eine Grenzschicht des Betts einer Infrarotstrahlung hoher Intensität aussetzt; Steuern der Strahlungsstärke nach Bedarf zum Aufrechterhalten der Temperatur des Betts auf der angenäherten Wärmebehandlungstemperatur; Positionieren der wärmezubehandelnden Materialien im Fließbett außer direktem Kontakt mit der Infrarotstrahlung und Halten des zu behandelnden Materials im Bett für eine durch die Materialien und die Materialeigenschaften, die man durch den Wärmebehandlungsprozeß zu erreichen sucht, bestimmten Zeit; und anschließend Entfernen der zu behandelnden Materialien.

15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Materialien auf eine Temperatur über 1100ºC erhitzt werden.

16. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Infrarotstrahlung hoher Intensität durch eine Quarz-Abtrennung hindurchtritt, die in Kontakt mit der exponierten Grenzschicht des Betts steht, wodurch die Quelle der Infrarotstrahlung vom Fließbett getrennt ist.

17. Verfahren zum Erhitzen eines Fließbetts aus Partikeln, umfassend:

Fluidisieren des Betts aus Partikeln mit Hilfe eines durch das Bett hindurchtretenden Gases,

Erzeugen einer Infrarotstrahlung hoher Intensität,

Erhitzen des Fließbetts dadurch, daß man eine Grenzschicht der fluidisierten Partikel der erzeugten Infrarotstrahlung aussetzt,

und Einstellen der erzeugten Infrarotstrahlung hoher Intensität zum Aufrechterhalten eines gewünschten Betriebtemperaturbereichs.

18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem der Schritt der Erzeugung der Infrarotstrahlung einschließt, daß man die erzeugte Infrarotstrahlung von der Grenzschicht der Partikel dadurch trennt, daß man eine Quarz-Abtrennung dazwischen anordnet, wobei die Quarz-Abtrennung in Kontakt mit Partikeln der Grenzschicht steht.

19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, bei dem die erzeugte Infrarotstrahlung hoher Intensität auf eine Grenzschicht der fluidisierten Partikel unterhalb der Oberfläche des Fließbetts gerichtet ist.