DE1248308B - Vakuumofen zum kontinuierlichen Gluehen von Band aus reaktionsfaehigem Metall - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

C22d

Deutsche Kl.: 40 d -1/02

Nummer: 1 248 308

Aktenzeichen: M 65345 VI a/40 d

Anmeldetag: 24. Mai 1965

Auslegetag: 24. August 1967

Die Erfindung betrifft Vakuumöfen, die zum fortlaufenden Glühen von Bandmaterial aus reaktionsfähigen Metallen, z. B. aus Titan, dienen.

öfen zum Glühen von Bandmaterial enthalten im allgemeinen Einrichtungen zur Widerstands- oder Gasbeheizung, wobei der gesamte Ofen bis zur Betriebstemperatur aufzuheizen ist. Bei solchen öfen ist eine teure feuerfeste Ofenauskleidung erforderlich, Hinzu kommt, daß es wegen der erheblichen Zeit, die zur ausreichenden Erhitzung solcher öfen ίο von Raumtemperatur auf Betriebstemperatur erforderlich ist, notwendig ist, solche öfen stets auf oder in der Nähe ihrer Betriebstemperatur zu halten. Finden solche öfen zum Glühen von reaktionsfähigem Metall Verwendung, ist außerdem erforderlich, daß innerhalb des Ofens eine abgeschlossene Vakuumkammer angeordnet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Vakuumofen zum Glühen von reaktionsfähigem Metall zu schaffen, der zwischen den einzelnen Betriebsperioden nicht auf hohen Temperaturen gehalten werden muß, bei dem die Wärmeenergie direkt von der Wärmequelle auf das zu behandelnde Metall übertragen wird, ohne daß dabei der Ofen selbst erwärmt wird, die Wärmequellen unter Vakuum betrieben werden können, also eine abgeschlossene Vakuumkammer nicht erforderlich ist, und das zu behandelnde Material direkt möglichst wirtschaftlich und wirkungsvoll aufgeheizt wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einem Vakuumofen zur Wärmebehandlung von Metall mit einer Vakuumkammer und Mitteln zum Hinein- und Herausführen des zu glühenden Metallbandes, erfindungsgemäß in der Vakuumkammer Heizelemente, die mindestens eine Infrarotlampe enthalten, angeordnet und Mittel zur Evakuierung der Vakuumkammer vorgesehen sind.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung finden Infrarotquarzlampen und Reflektoren für diese Lampen vorteilhaft Verwendung.

An Hand der nachfolgenden Zeichnungen werden die Merkmale der Erfindung und weitere Vorteile derselben erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Vakuumofens, teilweise geschnitten,

Fig. 2 eine Aufsicht eines Vakuumofens gemäß Fig. 1, teilweise geschnitten,

F i g. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 der Fig. 1,

F i g. 4 einen Schnitt entlang der Linie 4-4 der Fig. 3,

Vakuumofen zum kontinuierlichen Glühen von
Band aus reaktionsfähigem Metall

Anmelder:

McGraw-Edison Company, Elgin, JH. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Stehmann

und Dipl.-Phys. Dr. K. Schweinzer,

Patentanwälte, Nürnberg, Essenweinstr. 4-6

Als Erfinder benannt:

Peter J. Wynne, Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. ν. Amerika vom 25. September 1964
(399 226)

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie 5-5 der Fig. 3,

F i g. 6 einen Schnitt entlang der Linie 6-6 der Fig. 5 und

F i g. 7 einen Schnitt durch Einzelheiten eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Vakuumofens.

Das in den F i g. 1 und 2 dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Vakuumofens zum Glühen von Bandmaterial weist einen Walzenständer auf, der so ausgebildet ist, daß während des stetigen Ein- bzw. Auslaufens des Bandes aus dem Ofen ein vakuumdichter Abschluß gewährleistet ist, sowie eine Hauptvakuumkammer 11 und eine beheizte Vakuumkammer 12.

Der bei diesem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Vakuumofens verwendete Walzenständer 10 ist in einem langen, waagerecht angeordneten Metallgehäuse 14 angeordnet, das mehrere Gruppen zylindrischer Walzen 15 umfaßt, die das Band 17 in den Ofen ein- bzw. wieder ausbringen. Die Walzen 15 sind beim dargestellten Ausführungsbeispiel in Gruppen zu je drei Walzen zusammengefaßt angeordnet, und zwar derart, daß die Walzen innerhalb jeder Gruppe parallel und senkrecht übereinander fluchtend angeordnet sind und sich jeweils quer im zylindrischen Gehäuse 14 erstrecken. Die Walzengruppen 15 sind waagerecht innerhalb

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und entlang des zylindrischen Gehäuses 14 in Abständen voneinander derart angeordnet, daß die obere und die mittlere Walze 15 in jeder Gruppe das in den Ofen eintretende Band bewegen, während die mittlere und die untere Rolle 15 in jeder Gruppe das den Ofen verlassende Band hinausfördern.

Innerhalb des Gehäuses 14 sind jeweils zwischen benachbarten Gruppen von Walzen 15 eine Anzahl sich quer darin erstreckender Kanäle 18 mit elliptischem Querschnitt angeordnet; jeder dieser elliptischen Kanäle 18 weist ein paar einander gegenüberstehende Schlitze 20 auf, durch die das Band 17 hindurchgeführt werden kann. Diese Kanäle 18 durchsetzen wechselweise die Seitenwände des Gehäuses 14 und sind an eine (in den Zeichnungen nicht dargestellte) Evakuierungseinrichtung angeschlossen.

Die Hauptvakuumkammer 11 wird durch einen im wesentlichen zylindrischen metallischen Behälter 22 gebildet, der koaxial mit dem zylindrischen, die Walzen 15 umschließenden Gehäuse 10 angeordnet ist und an seinem einen Ende eine öffnung 23 zur vakuumdichten Verbindung mit dem offenen Ende des Walzengehäuses 14 aufweist. In einer Seite dieses metallischen Behälters 22 münden zwei Evakuierungsanschlüsse 24, und zwar ist einer je in der Nähe eines der beiden Gehäuseenden angeordnet; die Evakuierungsanschlüsse 24 sind mit einer (in den Zeichnungen nicht dargestellten) Evakuierungseinrichtung verbunden.

Die beheizte Vakuumkammer 12 besteht aus einem langen, zylindrischen Metallbehälter 25, der sich von dem die Hauptvakuumkammer bildenden Behälter 22 aus senkrecht nach oben erstreckt und an seinem unteren Ende mit einer Öffnung 29 zur Verbindung mit der Oberseite dieses Behälters 22 versehen ist. Das obere Ende der Vakuumkammer 12 wird mittels eines geeignet ausgebildeten metallischen Deckels 26, der an diesem Ende vakuumdicht angeordnet wird, verschlossen.

Nachdem das zu glühende Metallband 17 in die Hauptvakuumkammer 11 eingetreten ist, läuft es unter einer Führungswalze 27, die unmittelbar unter der Öffnung 29 der Vakuumkammer 12 angeordnet ist, hindurch, um von dieser Walze 27 in die Vakuumkammer 12 umgelenkt zu werden. In der Nähe des oberen Endes der Vakuumkammer 12 ist eine zweite Umlenkrolle 28 angeordnet, durch die das oben ankommende Metallband 17 nach unten umgelenkt wird, um dort durch eine Führungsrolle 30 zur Wegführung durch das Walzengehäuse 10 umgelenkt zu werden.

Die Vakuumkammer 12 ist in drei Zonen unterteilt:

1. eine Aufheizzone,

2. eine Heizzone,

3. eine Kühlzone.

Die Aufheizzone ist am unteren Ende des Behälters 25 oberhalb der Einführungsrolle 27 angeordnet und dient dazu, das Metallband 17 im wesentlichen bis auf die Glühtemperatur zu erwärmen; in der Heizzone wird die in der Aufwärmezone erreichte Metalltemperatur erhöht und/oder auf der gewünschten Höhe gehalten, während in der Kühlzone die Temperatur des Bandes 17 vor der Berührung mit der Führungsrolle 30 vermindert wird.

Dem Metallband 17 wird durch eine Anzahl von Infrarotheizelementen 32 Wärme zugeführt; diese Infrarotheizelemente 32 erstrecken sich quer durch die Vakuumheizkammer 12. Wie aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich ist, besteht jedes dieser Infrarotheizelemente 32 aus einer langen Infrarotquarzlampe 33 und einem Reflektor 34. Bei dem dargestellten vorteilhaften Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Vakuumofens ist der Reflektor 34 aus poliertem Aluminium hergestellt und weist eine parabolische Form auf, wobei die Infrarotquarzlampe 33 im Brennpunkt der Parabel angeordnet ist.

ίο In der Aufheizzone sind die Infrarotheizelemente 32 dicht übereinander angeordnet, weshalb das Band 17 schnell auf die erwünschte Temperatur aufgeheizt werden kann. In der Heizzone sind die Infrarotheizelemente 32 dagegen in größeren Abständen voneinander angeordnet.

Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Vakuumofens besteht das Infrarotheizelement aus einer rohrförmigen Infrarotquarzlampe, durch deren verhältnismäßig schmale Bohrung sich eine Wolframwende] erstreckt. Als Heizelemente sind Infrarotquarzlampen besonders vorteilhaft, weil diese in der Lage sind, hohen Temperaturen zu widerstehen; sie haben einen Schmelzpunkt von etwa 1700 ° C.

Um die von den Heizelementen 32 freigegebene Wärmeenergie wirkungsvoller zu verwerten, ist bei dem dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ein Paar paralleler, eng hintereinander liegender wassergekühlter Reflektorenplatten 36 und 37 zwischen den Heizelementen und der Behälterwand angeordnet, und zwar vom unteren Ende der Vakuumkammer 12 nach oben um die obere Umlenkrolle 28 herum bis zum Beginn der Kühlzone. Zusätzlich ist, wie aus Fig, 3 ersichtlich ist, ein Paar im wesentlichen ebener, wassergekühlter seitlicher Reflektorplatten 39 im rechten Winkel zu den Reflektorplatten 36 und 37 angeordnet. Diese Wärmereflektoren 36, 37 und 39 können aus irgendeinem geeigneten Material sein, besonders vorteilhaft ist aber hierfür poliertes Aluminium.

Wie ebenfalls aus Fig. 3 zu ersehen ist, ist jedes Infrarotheizelement 32 parallel zur Durchlaufrichtung des Metallbandes befestigt. Um jedes dieser Heizelemente 32 in dieser Lage zu halten und ein Auswechseln der Lampen 33 zu ermöglichen, ist der Behälter 25 mit einer Anzahl von auf einer senkrechten Linie ausgerichteten Öffnungen 43 zur Aufnahme von Lampenhalterungselementen 44 versehen.
Wie aus Fig. 5 in größerem Maßstab deutlich zu entnehmen ist, besteht jedes Lampenhalterungselement 44 aus einem zylindrischen Teil 45, der sich durch die Öffnung 43 hindurch erstreckt und einen Außenflansch 46 hat, der in geeigneter Weise mit dem Rand der öffnung 43 fest verbunden wird. Am inneren Ende dieses zylindrischen Teiles 45 ist eine kreisrunde Grundplatte 48 befestigt, die eine Mittelbohrung 50 hat. Eine kreisrunde Halteplatte 52 ist in der Nähe der Platte 48 angeordnet und dient zur Halterung des Lampenhalterungselementes 44 innerhalb der Vakuumkammer 12. Die Halteplatte 52 ist auf der Grundplatte 48 mittels Schrauben 53 befestigt, die in mit Gewinde versehenen Bohrungen 54 und 55 in der Halteplatte 52 bzw. der Grundplatte 48 sitzen. Eine ringförmige Dichtung 57 ist in einer Ringnut in der Halteplatte 52 angeordnet und dient zur Abdichtung zwischen Halteplatte 52 und Grundplatte 48. Die Halteplatte 52 ist weiterhin versehen mit einer Mittelöffnung 58, die koaxial zu der Öff-

nung 50 in der Grundplatte 48 steht und durch die eine Lampenfassung 59 eines Halterungselementes

44 in den Behälter 25 hineinragt.

Bei dem in F i g. 5 dargestellten vorteilhaften Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Vakuumofens hat die Lampenfassung 59 einen hohlen Rohrabschnitt 60, der sich durch die Öffnung 58 in der Halteplatte 52 hindurch erstreckt sowie an ihrem oberen Ende einen Flansch 63. Eine weitere Ringdichtung 62 ist in einer Ringnut um die Öffnung 58 herum angeordnet; diese dient zur Abdichtung der Verbindung zwischen der Halteplatte 52 und der Lampenfassung 59.

Das obere, nach außen vorstehende Ende der Lampenfassung 59 wird mittels einer Abschlußkappe 64 mit einem Flansch 65 verschlossen, der am Flansch 63 befestigt ist. Lampenfassung 59 und Abschlußkappe 64 sind mittels Schrauben 67 mit der Halteplatte 52 fest verbunden. In einer Ringnut im Flansch 65 ist eine Ringdichtung 68 angeordnet; diese dichtet zwischen Flansch 65 und Flansch 63 ab. Außerdem hat die Abschlußkappe 64 einen rohrförmigen Anschlußsatz 70, der ein Ende eines sich in Achsrichtung durch die Abschlußkappe 64 hindurch erstrekkenden elektrischen Anschlusses 72 umgibt.

Das Ende der Lampe 33 wird innerhalb des Rohrabschnittes 60 der Lampenfassung 59 außerdem mittels eines Abstandhalters 74 gehalten, wie aus F i g. 6 zu ersehen ist. Dieser Abstandhalter 74 besteht aus einer Ringschelle 75, die die Lampe 33 umfaßt, von der sich eine Anzahl Arme 76 radial nach außen erstrecken; die Arme 76 stützen sich unter Reibungsschluß gegen die Innenfläche des Rohrabschnittes 60 ab.

Das freie Ende des Lampenanschlusses 78 ist an das innere Ende des Anschlusses 72 angeklemmt, der an das Stromnetz angeschlossen ist.

Lampenfassung 59 und Abschlußkappe 64 bestehen aus elektrisch isolierendem Material, damit der Anschluß 72 vom metallischen Behälter 25 elektrisch einwandfrei isoliert ist.

Ein Ende des Reflektors 34 ist mittels einer Anzahl von langen L-förmigen Stegen an der Innenfläche der Grundplatte 48 befestigt.

Bei dem in F i g. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Lampe 33 direkt im Inneren der Vakuumkammer 12 frei angeordnet.

Bei einem anderen vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in Fig. 7 gezeigt ist, wird eine Lampe 33 von einer langen Quarzröhre 80 eingeschlossen. Die Quarzröhre 80 ersetzt die Lampenfassung 59; sie erstreckt sich in den zylindrischen Teil

45 hinein. Die in F i g. 7 dargestellte Ausführungsform ist besonders vorteilhaft bei solchen Anlagen, bei denen es die hohen Betriebsspannungen nicht erlauben, Lampenanschlüsse innerhalb der Kammer 12 einem Vakuum auszusetzen; die erfindungsgemäße Anordnung verhindert hier das Entstehen von Koronaentladungen. Außerdem ist es, falls die Lampen 33 bei niedrigerer Temperatur arbeiten sollen, bei dieser Ausbildungsform möglich, die Enden der Quarzröhre 80 mit einer kühlendes Gas liefernden Einrichtung zu verbinden.

Wie aus den F i g. 1 und 3 ersichtlich ist, besteht die Kühlzone aus einem Paar hohler, parallel angeordneter wassergekühlter Kupferplatten 84, die auf beiden Seiten des Metallbandes 17 und oberhalb der Führungsrolle 30 in geringem Abstand vom Band entfernt befestigt sind. 86 ist ein Kühlwasseranschluß für die Platten 84. Außerdem ist in der Nähe der inneren der beiden Kühlplatten 84 ein langer rechteckiger Reflektor 87 angeordnet, der die von den Heizelementen 32 stammende Strahlung reflektiert. Da die erfindungsgemäße Anordnung und Ausbildung der Heizelemente 32 ohne weiteres ein einwandfreies Arbeiten im Vakuum erlaubt, können diese unmittelbar innerhalb der Vakuumkammer angeordnet sein. Daher ist keine besondere Vakuumkammer wie bei bekannten Öfen mit Gasheizelementen erforderlich.

Außerdem wird die Wärme direkt durch Strahlung zugeführt, so daß praktisch vernachlässigbar wenig oder gar keine Wärme die Ofenwandungen aufheizt. Obwohl das Band auf Temperaturen von ungefähr 800° C erwärmt wird, was erforderlich ist, um z. B. Titan zu glühen, ist für die Vakuumkammer 12 keine teuere feuerfeste Ofenauskleidung notwendig, wie es bei bekannten Glühofen der Fall ist.

Es ist auch nicht erforderlich, den Ofen selbst auf die Betriebstemperatur zu bringen, wie dies bei bekannten Öfen notwendig ist; die Strahlungsquelle kann also zwischen den Betriebsperioden abgeschaltet und braucht lediglich kurze Zeit vor Arbeitsbeginn wieder eingeschaltet zu werden.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Vakuumofen zum kontinuierlichen Glühen von Band aus reaktionsfähigem Metall, z. B. aus Titan, bestehend aus einer Vakuumkammer und Mitteln zum Hinein- und Herausführen des zu glühenden Metallbandes, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vakuumkammer Heizelemente angeordnet sind, die aus jeweils mindestens einer Infrarotlampe bestehen und welche parallel zur Laufrichtung des Bandes befestigt sind, sowie daß eine Einrichtung zum Evakuieren der Vakuumkammer vorgesehen ist.

2. Vakuumofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Infrarotlampen lange Infrarotquarzlampen Verwendung finden.

3. Vakuumofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Reflexion der von den Lampen ausgehenden Infrarotstrahlen auf das Metall vorgesehen sind.

4. Vakuumofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumkammer aus einem metallischen Behälter besteht, daß dieser Behälter eine Anzahl von Öffnungen zur Aufnahme der Infrarotlampen sowie in der Nähe jeder dieser Öffnungen Mittel zur abnehmbaren Halterung dieser Lampen aufweist, und daß ferner mit den Haltemitteln verbundene Mittel zur Abdichtung der Öffnungen vorgesehen sind.

5. Vakuumofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Vakuumkammer die Infrarotlampen entlang eines wesentlichen Teiles des Weges des Metallbandes sowie Kühlelemente angeordnet sind, die sich entlang dem übrigbleibenden Teil des Weges des Metallbandes innerhalb der Vakuumkammer erstrecken.

6. Vakuumofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vakuumkammer im Bereich des Bandein

trittes die Infrarotlampen eng nebeneinander und plattenförmige Kühlelemente im Bereich des Bandeintrittes angeordnet sind, während dazwi·* sehen die Infrarotlampen in größeren Abständen voneinander angeordnet sind.

7. Vakuumofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente parabolische Reflektoren aufweisen, die jeder einzelnen der Infrarotlampen

zugeordnet sind, und daß jede dieser Infrarotlampen im Brennpunkt ihres zugeordneten Reflektors gehalten ist.

8. Vakuumofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Heizelementen und der Kammerwand sowie zwischen den Heizelementen und den Kühlelementen plattenförmige Reflektoren angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen