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Mit festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen beheizter Stoßofen
Die bisher in der Metall- bzw. Eisentechnik gebräuchlichen Durchlauföfen, insbesondere
die Stoßofen, zerfallen hinsichtlich der Bewegungsrichtung der Heizgase in bezug
auf die Durchgangsrichtung des Glüh- oder Anwärmgutes in zwei Gruppen. Die am meisten
angewendete Bauart arbeitet nach dem Gegenstromprinzip, d. h. die Heizgase wandern
dem Glühgut entgegen, so daß stets eine gewisse Temperaturspanne, die für die Wärmeübertragung
von größter Bedeutung ist, besteht. Bei diesen Ofen können die Heizgase sehr weit
ausgenutzt werden, es ist aber dafür eine große Baulänge erforderlich. Beim Gleichstromofen
gelangt das Wärmgut sofort in den heißesten Teil des Ofens, nimmt sehr schnell Wärme
auf und kühlt dadurch die Heizgase ab, so daß schon nach kurzem Zusammenfluß von
Wärmgut und Heizgasen das Temperaturgefälle zu klein ist, um noch wirtschaftlich
wirksam zu sein. Die kurze Zeit der Erwärmung bringt es mit sich, daß die Gleichmäßigkeit
der Erwärmung über den ganzen Querschnitt des Wärmgutes stark leidet, wodurch die
Anwendung idieser Bauart für die meisten Verwendungszwecke in Frage gestellt ist.
Man hat bereits versucht, durch Zusatzbeheizungen die Fehler dieser Bauarten auszugleichen;
das ist jedoch nur verhältnismäßig unvollkommen gelungen, weil die den Ofen durchströmenden
Abgase zwecks Erreichung des notwendigen Temperaturgefälles mit aufgeheizt werden
müssen und dafür mehr Brennstoff erfordern, als die Erwärmung des Glühgutes nur
mit Frischgas benötigt.
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Es sind ferner Stoßöfen bekannt, bei denen der Ziehherd mit Rücksicht
auf die dort notwendige höhere Temperatur mit einem hochwertigen Brennstoff beheizt
wird, während der vorgeschaltete Stoßherd mit einem minderwertigen Brennstoff beheizt
wird. Auch hierbei bleibt der Mangel bestehen, daß die Beheizungskurve des gesamten
Stoßherdes nicht beeinflußt werden kann. Bei derartigen Ofen hat man bereits nach
dem Grundsatz der Regenerativbeheizung die Stromrichtung in regelmäßigen Zeitabständen
umgekehrt, wobei aber das Arbeitsgut stets nur von einem Heizstrom über die ganze
Länge des Zieh- bzw. Stoßherdes in der einen oder anderen Richtung bestrichen wird,
so daß auch hierbei das Temperaturgefälle nicht verbessert wird. Man hat auch versucht,
einen Teil der Abgase vorzeitig aus dem Ofen in einen Rekuperator abzuziehen. Dadurch
wird aber nicht der grundsätzliche Mangel vermieden, daß die Heizgase größtenteils
nur mit geringem Temperaturgefälle auf das Glühgut wirken, und vor allen Dingen
ist eine Beeinflussung der Beheizungskurve entsprechend den metallurgischen Eigenschaften
des Glühgutes unmöglich.
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Der neuerdings immer mehr verwendete Qualitätswerkstoff erfordert
eine Ofenführung, die auf die den verschiedenen Oua?itäten entsprechenden Erwärmungskurven
genau
und kurzfristig eingestellt werden kann. Die bisher bekäi@nteü7 Ofensysteme sind
aus den vorerwähnten Gründen für die Einhaltung solcher Erwärmungskurven nicht geeignet.
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Dieser Übelstand wird bei dem Stoßofen gemäß der vorliegenden Erfindung
dadurch beseitigt, daß der Stoßherd aus verschiedenen, idurch feste oder bewegliche
Zwischenwände oder andere bauliche Mittel getrennten Abschnitten besteht, die unabhängig
voneinander durch separate Brenner und Abzüge betrieben werden, wobei die Beheizung
je nach den Arbeitsbedingungen im Gleich-, Gegen- oder Querstrom ober- oder unterhalb
des Glühgutes erfolgen kann. Die Trennwände lassen eine einstellbare Öffnung für
den Durchgang des Wärmgutes frei.
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Bei dem Ofen gemäß der Erfindung wirken nicht wie bei dem bisher üblichen
Verfahren in den Zonen niedrigerer Temperatur bereits abgekühlte und daher unwirtschaftlich
arbeitende, den Zonen höherer Temperatur entstammende Abgase, sondern die durch
die abschnittsweise Betreizung erzeugten, wesentlich wirksameren Frischgase: Sobald
das Temperaturgefälle so klein wird, daß die Wärmeübertragung unwirtschaftlich wird;
werden die Gase abgezogen und anderen Verwendungszwecken, wie der Luftvorwärmung,
Dampf- oder Warmwasserbereitung usw., zugeleitet; sie gelangen nicht in den nächsten
Abschnitt, wo durch die Frischgasbeheizung das wirtschaftlich günstigste große Temperaturgefälle
erzeugt wird, da sie dort als Ballast wirken und miterwärmt werden müßten. Es ist
dadurch möglich, in jedem Ofenabschnitt das gewünschte Temperaturgefälle mit dem
bestmöglichen Wirkungsgrad urxd idem geringsten Brennstoffaufwand so herzustellen
und einzuregeln, !daß eine schnelle oder langsame Erwärmung,des Gutes in dem betreffenden
Ofenabschnitt -je nach der vorgeschriebenen Wärmkurve beliebig eingestellt
werden kann.
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Durch die beiliegenden Abbildungen ist die vorliegende Erfindung näher
erläutert. Die Abb. z und 2 stellen ungefähr die Wärmebehandlungskurven von gewöhnlichem
SM.-Stahl und einem Sonderstahl vergleichsweise dar. Da jeder Sonderstahl entsprechend
der Legierung ein anderes Temperaturdiagramm erfordert, ist einleuchtend, daß die
bisherigen Stoßöfen diesen wechselnden Anforderungen nicht genügen können, so daß
der Erfindungsgegenstand nach dem bisherigen Stand der Technik eine Notwendigkeit
darstellt.
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Ein Ofen gemäß der Erfindung ist beispielsweise in den Abb. 3 und
q. dargestellt. Er besteht in dem vorliegenden Fall aus drei Abschnitten. Das Glühgut
tritt bei E in den Ofen ein und verläßt ihn bei A. Es durchwandert zunächst einen
Ofenabschnitt c, der im vorliegenden Fall mit Gleichstrombeheizung versehen ist.
Das kalte und darum noch unempfindliche Gut kommt sofort beim Eintritt in den Ofen
mit der höchsten Temperatur in Berührung und nimmt sehr schnell eine Temperatur
von 5oo bis 6oo° an. Die Abgase aus diesem Ofenabschnitt sind dann wirkungslos,
weil sie nahezu auf die Guttemperatur abgekühlt sind. Sie werden deshalb aus dem
Ofen entfernt und durch einen regelbaren Schieber h 'dem Rekuperator
d zu-
geleitet. Das derart vorgewärmte Gut gelangt nunmehr in den Ofenabschnitt
b. Muß es auf der bei i erreichten Temperatur längere Zeit stehenbleiben oder nur
sehr langsam erhitzt werden, so wird in dem Ofenabschnitt b nur so viel Wärme zugeführt,
wie diesem vorgeschriebenen Temperaturverlauf entspricht, beispielsweise durch eine
über dem Abschnitt b gleichmäßig verteilte Querstrombeheizung. In diesem Fall können
die Abgase des Ofenabschnittes b je nach Wunsch durch die Schieber g oder f abgeleitet
und dem Rekuperator zugeführt werden. Man leitet also je nach. Bedarf mehr Wärme
in den Anfang oder das Ende des Ofenabschnittes b und erreicht dadurch genau den
gewünschten Temperaturverlauf. Verlangt das Glühgut eine andere Behandlungskurve,
so kann in dem Ofenabschnitt b auch eine Gleichstrom- oder Gegenstr=ombeheizung
oder auch nötigenfalls eine .kombinierte Beheizung, z. B. Querstrombrenner mit einer
Gleichstrombeheizung, benutzt werden.
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Würde man bei dem bisherigen Gegenstromofen, wie er meist als Walzwerksofen
üblich ist, durch eine Zusatzbeheizung in dem mittleren Ofenteil die Temperaturkurve
zu beeinflussen suchen, so müßte man in dem Abschnitt b die bereits abgekühlten
Abgase aufheizen, während gemäß der Erfindung in-den einzelnen Ofenabschnitten nur
die an dieser Stelle benötigten Gasmengen ohne jeden Ballast auf das Gut einwirken.
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Je nach der verlangten Temperaturkurve muß der Ofenabschnitt b in
mehrere Einzelabschnitte zerlegt werden, wobei jedoch das Kennzeichen der Erfindung,
nämlich die abschnittsweise Beheizung und damit die Beherrschung der verlangten:
Temperaturkurve, unverändert beibehalten wird.
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Aus dem Abschnitt b bzw. den entsprechenden Abschnitten gelangt das
Gut bei dem gezeichneten Ofen in den dritten Abschnitt a. Hier muß es bis zum Austrittsende
A auf die Walztemperatur gebracht werden. Ob es zulässig ist, im letzten Teil des
Ofens mit voller Hitze und scharfer Flamme auf das Gut zu gehen, hängt wiederum
von der Qualität ab. Die. üblichen Walzwerksöfen kranken in der
Regel
schon bei gewöhnlicher Werkstoffqualität daran, daß die Blöcke durch zu scharfes
Temperaturgefälle im letzten Ofenteil, dem sog. Ziehherd, an der Oberfläche flüssig
werden und im Kern nicht genügend durchweicht sind, weil bekanntlich der Wärmeübergang
im Eisen von der Oberfläche zum Kern begrenzt ist. Edelstähle vertragen ein hohes
Temperaturgefälle zwischen Glühgut und Ofenraum überhaupt nicht, sondern müssen
gerade bei den hohen Temperaturen so sorgfältig behandelt werden, daß die Ofenraumtemperatur
nur etwa 50° über derWerkstückstemperatur liegen darf. Für derartige Stähle ist
also der bisher übliche Gegenstromofen entweder gar nicht verwendbar, oder seine
Leistung muß ganz außerordentlich herabgesetzt werden, um ein Verbrennen des Gutes
zu vermeiden. Bei dem Ofen gemäß der Erfindung lassen sich auch Edelstähle in dem
Ofenabschnitt b so hoch vorerhitzen, daß in dem letzten Abschnitt des Ofens, wo
das Gut am empfindlichsten ist, fast gar keine Temperaturerhöhung mehr erforderlich
ist und deshalb die Flammentemperatur nur ganz wenig über der Temperatur des Werkstückes
zu liegen braucht. Der neue Ofen gestattet daher nicht nur die genaue Einhaltung.
der vorgeschriebenen Temperaturkurve, sondern auch eine wesentlich höhere Leistung,
insbesondere bei empfindlichen Spezialstählen.