AT408452B - Turmofen zur wärmebehandlung von metallbändern - Google Patents

Description

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   Die Erfindung bezieht sich auf einen Turmofen zur Wärmebehandlung von Metallbändern mit einem Vorwärmabschnitt und einem daran nach oben anschliessenden, ein vorn Vorwärmabschnitt gesondertes Gehäuse bildenden Hochtemperaturabschnitt, wobei der mit einer vorzugsweise gasbeheizten Muffel ausgerüstete Vorwärmabschnitt einen oben in die Muffel eingesetzten An- schlussstopfen aus wärmeisolierendem Werkstoff für den Hochtemperaturabschnitt aufweist. 



   Metallbänder, insbesondere aus Chrom- oder Chrom-Nickel-Stählen werden in einer Schutz- gasatmosphäre aus Wasserstoff oder einem Wasserstoff-Stickstoffgemisch in sogenannten Turm- öfen kontinuierlich blankgeglüht, die mit einer Muffel oder muffellos ausgebildet sein können. Die
Wärmebehandlung von Metallbändern über eine von aussen beheizte Muffel bringt den Vorteil mit sich, dass Gasbrenner eingesetzt werden können, ohne dass die Rauchgase die Schutzgas- atmosphäre im Muffelinneren beeinträchtigen. Die Ofentemperatur ist jedoch durch die Wärmebe- lastbarkeit der Muffel begrenzt.

   Dazu kommt, dass aufgrund der von der Muffel auf das Metallband zu übertragenden Wärmemenge die Muffellänge die erreichbare Durchlaufgeschwindigkeit des zu behandelnden Metallbandes bestimmt, so dass die im Bereich ihres oberen Endes eingespannte
Muffel neben der Wärmebelastung auch der Belastung durch das Eigengewicht ausgesetzt ist, was trotz einer in Muffellängsrichtung von unten nach oben zunehmenden Wanddicke zu einer Be- schränkung der Muffellänge zufolge des Eigengewichtes führt. In diesem Zusammenhang ist die bei den hohen Temperaturbelastungen verringerte Festigkeit des für die Muffel eingesetzten Son- derstahls zu berücksichtigen. 



   Muffellose Turmöfen weisen eine feuerfeste Auskleidung auf und werden elektrisch beheizt, so dass höhere Ofentemperaturen erreicht werden können. Da die feuerfeste Ofenauskleidung jedoch porös ist, nimmt sie beim Öffnen des Turmofens Umgebungsluft auf, die beispielsweise mit einem
Stickstoffgas ausgespult werden muss, bevor eine störungsfreie Wärmebehandlung der Metallbän- der unter einer Schutzgasatmosphäre sichergestellt werden kann. Aufgrund der notwendigen
Spülzeiten sind daher muffellose Turmöfen nach einem Öffnen erst wieder nach mehreren Tagen einsatzbereit. Ausserdem stellt sich ein hoher Wasserstoffverbrauch ein, weil sich der nach dem
Spulen noch vorhandene Rest an Luftsauerstoff mit dem Wasserstoff des Schutzgases zu Wasser verbindet. 



   Um trotz der mit einem Muffeleinsatz verbundenen Beschränkungen einen hohen Durchsatz der zu behandelnden Metallbänder zu erreichen, ist es bekannt (EP 0 675 208 A1), an den mit einer Muffel versehenen Vorwärmabschnitt eines Turmofens nach oben einen muffellosen Hoch- temperaturabschnitt anzuschliessen, der ein vom Vorwarmabschnitt gesondertes Gehäuse bildet, das auf das Gehäuse des Vorwärmabschnittes aufgesetzt wird. Das zu behandelnde Metallband tritt aus der Muffel des Vorwärmabschnittes durch einen oben in die Muffel eingesetzten Anschlussstopfen aus wärmeisolierendem Werkstoff in den Hochtemperaturabschnitt ein, wo mit Hilfe der elektrischen Heizung auf die erforderliche Endtemperatur erwärmt wird bevor es in einen oben auf den Turmofen aufgesetzten Kühler gelangt.

   Wegen des muffellosen Hochtemperaturabschnittes kann eine für den Muffeleinsatz vorteilhafte niedrigere Austrittstemperatur des zu behandelnden Bandes aus der Muffel in Kauf genommen werden, so dass die durch die Wärme- und Gewichtsbelastungen der Muffel gegebenen Einschränkungen sich nicht auf das Ergebnis der Wärmebehandlung oder auf die Durchsatzleistung auswirken können. Nachteilig ist allerdings, dass der muffellose Hochtemperaturabschnitt mit seiner feuerfesten Auskleidung eine im Vergleich zu Muffelofen erheblich verlängerte Spülzeit nach einem Öffnen des Ofens mit einem entsprechend vergrösserten Wasserstoffverbrauch bedingt. Dazu kommt, dass im Bereich des Hochtemperaturabschnittes auf die wirtschaftlich vorteilhaftere Gasbeheizung zugunsten einer aufwendigeren elektrischen Beheizung verzichtet werden muss. 



   Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Turmofen zur Wärmebehandlung von Metallbändern der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, dass trotz der durch die Wärmeund Gewichtsbelastung der Muffel gegebenen Einschränkungen die geforderte Bandendtemperatur erreicht werden kann, ohne die mit dem Einsatz eines muffellosen Hochtemperaturabschnittes verbundenen Nachteile in Kauf nehmen zu müssen. 



   Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass der Hochtemperaturabschnitt ebenfalls mit einer vorzugsweise gasbeheizten Muffel versehen ist, die den Anschlussstopfen aussen umschliesst und an diesen vorzugsweise über eine Flüssigkeitsdichtung gasdicht anschliesst. 



   Da zufolge dieser Massnahmen der Hochtemperaturabschnitt ebenfalls eine Muffel aufweist, 

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 können im Hochtemperaturabschnitt die Vorteile einer Muffel insbesondere hinsichtlich der Spü- lung und der möglichen Gasbeheizung vorteilhaft ausgenützt werden. Wegen der Beschränkung der Länge der Muffel im Hochtemperaturabschnitt kann die Muffelbelastung durch das Eigenge- wicht begrenzt werden, was aufgrund der damit verbundenen geringeren Festigkeitsanforderungen zu einer höheren Temperaturbelastbarkeit führt, die die geforderte Endtemperatur der zu behan- delnden Metallbänder sicherstellt.

   Es ist lediglich für einen möglichst   wärmeverlustfreien   Übergang zwischen dem Vorwärm- und dem Hochtemperaturabschnitt über den Anschlussstopfen zu sorgen.
Zu diesem Zweck wird der Anschlussstopfen vom unteren Ende der Muffel des Hochtemperaturab- schnittes aussen umschlossen, wobei eine gasdichte Verbindung zwischen Anschlussstopfen und
Muffel des Hochtemperaturabschnittes erzielt werden muss, und zwar mit der Möglichkeit einer axialen Muffelverschiebung gegenüber dem Anschlussstopfen zum Ausgleich von Wärmedehnun- gen der Muffel. Zu diesem Zweck kann vorteilhaft eine an sich bekannte Flüssigkeitsdichtung eingesetzt werden. Es ist aber auch möglich, die gasdichte Verbindung über eine balgartige Man- schette zwischen Muffel und Anschlussstopfen zu erreichen.

   Der wärmeisolierende, feuerfeste
Werkstoff des Anschlussstopfens weist ein vergleichsweise geringes Volumen auf, so dass der Spül- vorgang durch den Anschlussstopfen kaum beeinflusst wird. Da der Anschlussstopfen im Bereich der
Wärmestrahlungen sowohl der Muffel des Vorwärmabschnittes als auch der Muffel des Hochtem- peraturabschnittes liegt, kann von einer im wesentlichen über die Ofenlänge durchgehenden
Banderwärmung ausgegangen werden, was sich vorteilhaft auf die erforderliche Gesamtlänge des
Ofens auswirkt. 



   Um eine durch den Anschlussstopfen möglichst unbehinderte   Banderwärmung   sicherzustellen, ist der Anschlussstopfen mit einem ausreichend grossen Durchtrittsquerschnitt für die Metallbänder zu versehen, damit sich die Wärmestrahlungen der beiden Muffeln auch in den Bereich des An- schlussstopfens erstrecken können. Zu diesem Zweck kann der Anschlussstopfen einen Durchtritts- querschnitt für das zu behandelnde Metallband mit einer dem halben Aussenradius des Anschluss- stopfens entsprechenden, senkrecht zum Metallband gemessenen Mindestbreite aufweisen. 



   In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen
Fig. 1 einen erfindungsgemässen Turmofen zur Wärmebehandlung von Metallbändern aus- schnittsweise in einem schematischen Längsschnitt und
Fig. 2 einen Schnitt durch den Anschlussstopfen nach der Linie   11-11   der Fig. 1 in einem grösse- ren Massstab. 



   Der dargestellte Turmofen zur Wärmebehandlung von Metallbändern weist ein Gestell 1 auf, das ein Gehäuse 2 für einen Vorwärmabschnitt 3 und über dem Vorwärmabschnitt 3 ein Gehäuse 4 für einen Hochtemperaturabschnitt 5 trägt. Diese beiden Ofenabschnitte 3 und 5 sind miteinander durch einen Anschlussstopfen 6 aus einem wärmeisolierenden, feuerfesten Werkstoff verbunden. 



   Der untere Vorwärmabschnitt 3 ist mit einer Muffel 7 versehen, die von oben in das Gehäuse 2 eingesetzt ist und auch wieder nach oben ausgebaut werden kann, wenn das Gehäuse 4 des
Hochtemperaturabschnittes zu diesem Zweck im Ofengestell 1 seitlich versetzt wird. Zur Beheizung der Muffel 7 dienen übliche, aus übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellte Gasbrenner, mit deren Hilfe der Ringraum 8 zwischen der Muffel 7 und der feuerfesten Auskleidung 9 des Gehäuses 2 beheizt wird. Der untere Abschluss der Muffel 7 erfolgt über einen Stopfen 10 in herkömmlicher Weise, wobei zur gasdichten Verbindung zwischen Muffel 7 und Stopfen 10 eine Flüssigkeitsdichtung 11 in Form eines den Stopfen umschliessenden Ringraumes vorgesehen ist, der mit einer Dichtflüssigkeit, z. B. Öl, gefüllt ist und in den das untere Ende der Muffel 7 ragt. 



   In ähnlicher Weise ist der Hochtemperaturabschnitt 5 des Turmofens ausgestaltet. Die von oben in das Gehäuse 4 eingesetzte Muffel 12 des Hochtemperaturabschnittes 5 umschliesst mit ihrem unteren Ende den Anschlussstopfen 6, der an seiner Aussenseite einen Ringraum 13 für eine Flüssigkeitsdichtung 14 trägt, so dass das untere Ende der Muffel 12 in das Bad der Flüssigkeitsdichtung 14 eintaucht. Damit ist ein gasdichter Anschluss der Muffel 12 an den Anschlussstopfen 6 sichergestellt, ohne einen Ausgleich von Wärmedehnungen der Muffel 12 zu behindern. Die Beheizung der Muffel 12 erfolgt vorteilhaft wiederum über Gasbrenner, deren in den Ringraum 15 zwischen Muffel 12 und Gehäuseauskleidung 16 strömende Rauchgase die Muffel 12 erwärmen. 



   Aufgrund der Teilung des Turmofens in einen Vorwärmabschnitt 3 und einen Hochtemperaturabschnitt 5 kann trotz des jeweiligen Einsatzes einer Muffel 7 bzw. 12 die erforderliche Endtemperatur für die zu behandelnden Metallbänder erreicht werden, ohne eine Überlastung der Muffeln 7 

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 und 12 befürchten zu müssen. Aufgrund der niedrigeren Temperatur im Vorwärmabschnitt 3 und der begrenzten Länge der Muffel 7 ergibt sich eine vorteilhafte Ausnützung der Werkstoffeigen- schaften der Muffel 7, die beispielsweise eine Länge von 26 m aufweisen kann.

   Die Muffel 12 für den Hochtemperaturabschnitt 5 braucht im Falle des Ausführungsbeispieles lediglich eine Länge von 10 m zu betragen, um die gewünschte Bandendtemperatur von beispielsweise 1100  C zu erreichen Wegen der geringen Länge der Muffel 12 bleibt die Belastung durch das Eigengewicht gering, so dass wegen der damit verbundenen geringeren Festigkeitsanforderungen an den Werkstoff die Temperaturbelastung vergrössert werden kann. Im Vergleich dazu kann die Temperaturbe- lastung der Muffel 7 niedriger gehalten werden, was die Nutzung höherer Festigkeitswerte erlaubt. 



   Dies bedeutet, dass die Muffel 7 mit einer Länge von 26 m bei dem eingesetzten Sonderstahl ein Gewicht von ca. 17 t hat, während das Gewicht der Muffel 12 mit einer Länge von 10 m ca. 7 t beträgt. Eine vergleichbare Muffel mit einer Gesamtlänge von 36 m würde ein Gewicht von ca. 33 t aufweisen Es zeigt sich demnach, dass durch die erfindungsgemässe Ausbildung eine Gewichtseinsparung von fast 30 % möglich wird. Dazu kommt, dass wegen der Möglichkeit, die Muffeln 7 und 12 nacheinander einzeln auszubauen, die erforderliche Ausbauhöhe erheblich verringert werden kann. Während bei einer durchgehenden Muffel mit einer Länge von 36 m eine Ausbauhöhe von ca. 80 m erforderlich wird, beträgt die Ausbauhöhe gemäss der Erfindung lediglich 60 m, wenn für die Muffel 7 eine Länge von ca. 26 m und für die Muffel 12 von 10 m veranschlagt wird. 



   Um im Übergangsbereich zwischen dem Vorwärmabschnitt 3 und dem Hochtemperaturabschnitt 5 eine möglichst durchgehende Banderwärmung zu sichern, ist der Querschnitt des Durchtrittes 17 des Anschlussstopfens 6 für das zu behandelnde Metallband ausreichend gross zu wählen. 



  Weist der Durchtrittsquerschnitt eine senkrecht zum Metallband gemessene Mindestbreite 18 auf, die dem halben Aussenradius bzw. einem Viertel des Aussendurchmessers des Anschlussstopfens 6 entspricht, wie dies der Fig. 2 entnommen werden kann, so ergeben sich hinsichtlich des Durchgriffes der Wärmestrahlung der Muffel 7 und 12 auf den Durchtritt 17 des Anschlussstopfens 6 vorteilhafte Verhältnisse, die sich günstig auf die Gesamtlänge des Turmofens auswirken. 



   PATENTANSPRÜCHE: 
1 Turmofen zur Wärmebehandlung von Metallbändern mit einem Vorwärmabschnitt und einem daran nach oben anschliessenden, ein vom Vorwärmabschnitt gesondertes Gehäu- se bildenden Hochtemperaturabschnitt, wobei der mit einer vorzugsweise gasbeheizten
Muffel ausgerüstete Vorwärmabschnitt einen oben in die Muffel eingesetzten Anschluss- stopfen aus wärmeisolierendem Werkstoff für den Hochtemperaturabschnitt aufweist, da- durch gekennzeichnet, dass der Hochtemperaturabschnitt (5) ebenfalls mit einer vorzugs- weise gasbeheizten Muffel (12) versehen ist, die den Anschlussstopfen (6) aussen um- schliesst und an diesen vorzugsweise über eine Flüssigkeitsdichtung (14) gasdicht an- schliesst.

Claims (1)

1. 2. Turmofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussstopfen (6) einen Durchtrittsquerschnitt für das zu behandelnde Metallband mit einer dem halben Aussenra- dius des Anschlussstopfens (6) entsprechenden, senkrecht zum Metallband gemessenen Mindestbreite (18) aufweist.