DE2337282A1

DE2337282A1 - Fliessbett-waermebehandlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2337282A1
Application number: DE19732337282
Authority: DE
Inventors: Michael John Virr
Original assignee: Fluidfire Development Ltd
Current assignee: Fluidfire Development Ltd
Priority date: 1972-07-29
Filing date: 1973-07-23
Publication date: 1974-02-07
Also published as: BE802908A; DE2337282C3; DE2337282B2; JPS5648767Y2; GB1428388A; IT991898B; US3884617A; FR2195330A5; JPS53117512U; JPS4966514A

Description

PATENTANWALTS DIPL-INO. JOACHIM K. ZENZ O O O 7 O Q

DIPL-ING. F=RIEDRICH O. HELBER Z O J / £. O C

U3 ESSEN-BREDENEY

AUFREDSTR. 888 - TEL. 47 26 87

20. Juli 1973

Fluidfire Development Ltd., Washington Street, Netherton, Dudley, Worcestershire, England

Fließbett-Wärmebehandlungsvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Fließbett-Wärmebehandlungsvorrichtung mit einem Bett aus wärmebeständigen Teilchen und einer Einlaßeinrichtung, zum Einspeisen eines gasförmigen Brennstoffs und Luft zürn Bett derart, daß die Teilchen in einen Fließströmungszustand versetzt und durch Verbrennung im Bett erwärmt werden.

Es ist bereits eine Wärmebehandlungsvorrichtung dieser Art bekannt, bei welcher der gasförmige Brennstoff und die Luft durch verschiedene Abschnitte der Einläßeinrichtung separat ins Bett eingespeist und innerhalb des Betts gemischt werden. Es wurde gefunden, daß bei einer derart ausgebildeten Vorrichtung eine vollständige Mischung oder nur Verteilung des Brennstoffs und der Luft innerhalb des Betts schwer erreichbar ist. Wenn aber eine sorgfältige Mischung und gleichmäßige Verteilung nicht erreicht werden, arbeitet die Wärmebehandlungsvorrichtung nicht mit hinreichendem Wirkungsgrad, da die Verbrennung nicht oder nicht innerhalb eines Teils des Bettes durchgeführt wird, in dem sie durchgeführt werden muß, oder es muß zu Hilfsmitteln, wie zur Zufuhr eines hohen LuftuberSchusses gegriffen werden, um eine vollständige Verbrennung sicherzustellen.

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Um die vorstehend geschilderten Schwierigkeiten zu überwinden, wird bei der bekannten Vorrichtung ein Bett großer Tiefe verwendet. Ein tiefes Bett bietet jedoch selbst dem Durchtritt der Gase einen erheblichen Wider stand _? so daß eine erhebliche Energiemenge dafür aufgewandt werden muß, um die Gase in so hinreichend hoher Menge durch das Bett zu führen, daß das Bett in den Fließströmungszustand versetzt wird.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Wärmebehandlungsvorrichtung der oben erwähnten Art so weiterzubilden, daß die vorstehend geschilderten Nachteile verringert oder ganz vermieden sind·

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Wärmebehandlungsvorrichtung eine Einrichtung zur Mischung des gasförmigen Brennstoffs und der Luft außerhalb des Betts und zur Ober führung des Brennstoff/Luft-Gemischs zur Einlaßrichtung aufweist_o

Mit dieser Ausgestaltung kann eine gleichförmige Mischung von Brennstoff und Luft ins Bett eingespeist werden, wodurch die vollständige Verbrennung des Brennstoff» leichter erreicht wird. Weiterhin känn^die Wärmebehandlungsvorrichtung in geeigneter Weise so ausgebildet werden, daß die Verbrennung im wesentlichen in einer Zone in unmittelbarer Nähe der Einlaßeinrichtung stattfindet. Zufriedenstellender Betrieb wird dabei auch mit niedriger Bettiefe erreicht, d.h. mit einer Bettiefe, die nicht größer als 30,5 cm ist. Wenn ein Bett niedriger Tiefe verwendet wird, ist ein dementsprechend geringerer Energieaufwand erforderlich, um die Gase mit solcher Geschwindigkeit durch das Bett zu führen, daß das Bett in den Fließstromungszustand versetzt wird.

Während des Betriebs der Wärmebehand!ungsvorrichtung ist es wichtig, eine Verbrennung des Brennstoffs innerhalb

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oder in Strömungsrichtung vor der Einlaßeinrichtung zu vermeiden, da dies sonst zu Beschädigung derselben durch Überhitzung oder zur Verletzung des Personals oder Beschädigung der Konstruktion durch Explosion oder dergl. Anlaß geben kann.

Die Gefahr, daß die Verbrennung vor der Einlaßeinrichtung stattfindet, kann dadurch verringert werden, daß eine Einlaßeinrichtung vorgesehen wird, die einem Wärmeübergang vom Bett in Richtung auf die Zuführvorrichtung selbst einen genügend hohen Wärmeleitungswiderstand entgegensetzt. Beispielsweise kann die Einlaßeinrichtung die Form einer porösen keramischen Platte haben, auf der das Bett liegt und zu deren Unterseite das Brennstoff/Luft-Gemisch zugeführt wird.

Einlaßrichtungen in Form einer porösen keramischen Platte haben gewisse Nachteile. Der.Hauptnachteil ist darin zu sehen, daß zur Erzeugung eines hinreichend hohen Wärmeleitungswiderstandes derart, daß keine Wärmeleitung durch die Einlaßeinrichtung so erfolgt, daß die Gefahr einer Verbrennung vor der Einlaßeinrichtung besteht, die Dicke der Platte erheblich größer sein muß als zum Tragen des Bettes erforderlich wäre. Daher setzt die Platte selbst der Strömung des Brennstoff /Luft-Gemischs einen erheblichen Strömungswiderstand entgegen. Darüber hinaus ist eine so ausgebildete Einlaßeinrichtung schwer und massig, und es ist schwierig, eine poröse Keramikplatte herzustellen, die eine gleichmäßige Durchströmung mit dem Brennstoffgemisch über eine große Fläche ermöglicht.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann die Wärmebehandlungsvorrichtung daher mit einer Zuführvorrichtung zum Einspeisen eines Brennstoff /Luft-Gemischs ins Bett durch die Einlaßeinrichtung derart, daß das Bett in einen Fließströmungszustand versetzt wird, vorgesehen sein, wobei die Zuführvorrichtung einen

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Durchlaß aufweist, durch den das Brennstoff/Luft-Gemisch zur Einlaßeinrichtung hindurchtritt, wobei weiterhin eine Kühleinrichtung vorgesehen ist, durch welche das den Durchlaß durchströmende Gemisch und/ oder eine Wand des Durchlasses und/oder die Einlaßeinrichtung gekühlt wird.

Bei einer derartigen Ausgestaltung muß die Einlaßeinrichtung keinen so hohen Wärmeleitungswiderstand haben, daß schon hierdurch die Gefahr einer Verbrennung in Strömungsrichtung vor der Einlaßeinrichtung vermieden ist.

Die Kühleinrichtung kann an der Außenseite der Wand des Durchlasses angeordnete Rippen und ein einen Luftstrom über die Rippen blasendes Gebläse aufweisen, wobei die Wand selbst aus wärmeleitendem Material hergestellt ist.

Alternativ kann die Kühleinrichtung ein aus wärmeleitende« Material hergestelltes Rohr aufweisen, welches so angeordnet ist, daß es in wärmetauschender Berührung mit dem durch den Durchlaß strömenden Gemisch oder mit einer Wand des Durchlasses steht, wobei in der Kühleinrichtung weiterhin dafür Sorge getragen ist, daß das Rohr von einem Kühlmittelstrom durchströmt wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bildet eine Fläche der Einlaßeinrichtung eine Begrenzung des Durchlasses, wobei der Durchlaß eine oder mehrere Einlaßöffnungen aufweist, durch welche die Luft und der Brennstoff in den Durchlaß eintreten, die Einlaßöffnung bzw. die Einlaßöffnungen sind relativ zur Einlaßeinrichtung so angeordnet, daß das Gas auf einer im wesentlichen über die Fläche der Einlaßeinrichtung verlaufenden Bahn durch den! Durchlaß strömt, und die Querschnittsfläche der Strömungsbahn ändert sich - betrachtet in einer quer

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zur Bahn verlaufenden Ebene - so, daß Änderungen der Gasgeschwindigkeit, die zwischen einer Zone des Durchlasses und einer anderen Zone mit gleichem Querschnitt auftreten würden verringert oder verhindert werden.

Hit dieser Ausgestaltung ist es möglich, die Gas geschwindigkeit in allen Abschnitten des Durchlasses oberhalb der Flammengeschwindigkeit des Brennstoffgeraischs zu halten, auch wenn die Brennstoffzufuhr— menge im Vergleich zur maximal vorgesehenen Brennstoff zufOhrmenge erheblich verringert wird. Da die Fortpflanzung der Verbrennung durch den Durchlaß in Richtung von der Einlaßeinrichtung weg vermieden werden kann, ist es möglich, eine Form der Einlaßeinrichtung zu verwenden, die selbst keinen hohen Wärraeleitungswiderstand hat und den Wärmeübergang vom Bett in Richtung zum Durchlaß daher nicht wesentlich behindert. Die Einlaßeinrichtung kann deshalb die Form einer relativ dünnen Stahlplatte haben,- die durchbohrt oder auf andere Weise für das Gasgemisch durchlässig gemacht ist.

Eine der Fläche der Einlaßeinrichtung gegenüberliegende Begrenzung oder Wand des Durchlasses wird vorzugsweise von einer ersten Fläche einer Wand gebildet, die von der Zuführöffnung bzw. den Zuführöffnungen weg zur Einlaßeinrichtung konvergiert.

Die eine Begrenzung des Durchlasses bildende Fläche der Einlaßeinrichtung kann eine rechtwinklige Form haben, wobei eine Vielzahl von Zutrittsöffnungen in der NShe eines Randes der rechteckigen Fläche gebildet sind und der Durchlaß in Richtung auf ihr anderes Ende geneigt verläuft. Eine derartige Ausgestaltung stellt sicher, daß die gesamte Fläche der eine Wand des Durchlasses bildenden Einlaßeinrichtung angeströmt und dabei vom Gasstrom gekühlt wird.

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Die Wand wird vorzugsweise aus einem Material relativ guter Wärmeleitung hergestellt und an einer zweiten, den Rippen auf der ersten Fläche der Wand gegenüberliegenden Fläche können Zapfen oder dergl. Ausbildungen vorgesehen sein, welche die Oberfläche der Wand vergrößern und dadurch die Wärmeabfuhr von ihr unterstützen.

Das Bett kann an seiner Unterseite von der Einlaßeinrichtung und seitlich von einer von der Einlaßeinrichtung aus nach oben vorstehenden Wand umschlossen sein, und die dem Bett zugewandte nach innen weisende Fläche der umlaufenden Wand divergiert nach oben, so daß die in einer horizontalen Ebene betrachtete Fläche des Betts an oder in der Nähe von dessen Oberfläche erheblich größer als die Fläche der ebenfalls in einer horizontalen Ebene betrachteten Einlaßeinrichtung ist.

Hierdurch wird erreicht, daß die Geschwindigkeit der durch die Einlaßeinrichtung strömenden Gase größer ist, als dies der Fall wäre, wenn die Fläche der Einlaßeinrichtung etwa gleiche Größe wie das Bett an seiner Oberfläche hätte. Die die Einlaßeinrichtung durchströmenden Gase erreichen deshalb während des Durchtritts durch die Einlaßeinrichtung keine so hohe Temperatur, wie dies bei niedrigerer Strömungsgeschwindigkeit der Fall wäre.

Die Wärmebehandlungsvorrichtung kann eine das Bett umgebende Wandänordnung aufweisen, die so ausgebildet ist, daß sie wenigstens einen inneren Zwischenraum aufweist, wobei zur Abfuhr von auf die Wandanordnung übertragener Wärme eineVorrichtung zur Erzeugung eines Kühlmittelstroms durch den Zwischenraum vorgesehen ist.

Dadurch wird es möglich, die Temperatur des Betts für eine Zeltdauer,während der ein oder mehrere heiße Werkstück« im Bett eingetaucht sind, die nicht welter er hitzt werden müssen, auf einem vorbestimmten Wer.t »β

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halten, ohne daß die Werkstücke einer oxidierenden Atmosphäre ausgesetzt werden, und ohne daß die Fließströmung im Bett zusammenbricht.

Die Erfindung ist in der folgenden. Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigts

Fig. 1 eine senkrechte Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Wärmebehandlungsvorrichtung zur Wärmebehandlung von Werkstück-Chargenj

Fig. 2 eine Längsschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die zur kontinuierlichen Wärmebehandlung endloser Werkstücke bestimmt istj

Fig. 3 eine TeilSchnittansicht entlang der Linie

III-III in Fig. 2 in einem relativ zu Fig. 2. vergrößertem Maßstab? und

Fig. 4 eine Teilschnittansicht einer Abwandlung der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung, wobei auch diese Figur im Vergleich zu Fig. 2 in vergrößertem Maßstab dargestellt ist.

Die in Fig. 1 gezeigte Wärmebehandlungsvorrichtung weist eine Behandlungskammer 10 auf, in der ein Bett 11 aus wärmebeständigen Teilchen, beispielsweise Sand, enthalten ist. Am Boden der Kammer 10 ist eine Einlaßeinrichtung 12 angeordnet, die so ausgebildet ist, daß sie ein gasförmiges Medium zum Bett hindurchtreten läßt und andererseits die Teilchen des Betts in der Behandlungskammer 10 hält. Xm speziellen, in Fig. 1 gezeigten Beispiel ist die Einlaßeinrichtung eine poröse Keramikplatte.

Unmittelbar oberhalb der Platte 12 ist im Bett 11 ein Gitter 13 vorgesehen, welches eingesetzte Werkstücke daran hindert, in die unmittelbar im Anschluß an die Platte liegende Zone des Betts - eingebracht zu werden, in der die Verbrennung des Brennstoffs erfolgt. Es ist

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klar,· daß in der Verbrennungszone freier Sauerstoff vorhanden ist, und daß sich Zunder auf den Werkstücken bilden könnte, wenn sie in diese Zone eingebracht würden. Das Gitter 13 verhindert auch eine Beschädigung der Platte 12 durch ein das Bett -··· fallenfes Werkstück. Außerdem unterstützt die Platte die Erzeugung des Pließströmungszustands des Bettes indem sie die Bildung größerer Glasblasen in ihrer Nachbarschaft verhindert.

Weiter ist eine Zuführvorrichtung zur Einspeisung eines Gemische aus einem gasförmigen Brennstoff und Luft durch die Platte 12 ins Bett 11 derart, daß dieses, in seinen Pließströmungszustand versetzt und das Gas in ihm verbrannt wirdj vorgesehen. Die Zuführvorrichtung weist einen Durchlaß 14 auf, der zwischen der unteren Fläche oder Unterseite der Platte 12 und einer horizontal verlaufenden Wand 15 gebildet ist. In der Wand 15 ist unterhalb des Zentrums der Platte 12 eine Zutrittsöffnung 16 gebildet, und eine Speiseleitung 17 steht mit dem Durchlaß 14 über diese:^ Öffnung in Verbindung. Die Wand 15 hat von der Unterseite der Platte 12 gerade so Tiel Abstand, daß eine unbehinderte Gasströmung von der Zutrittsöffnung 16 zu allen Abschnitten der Platte 12 ermöglicht wird. Auf diese Weise wird die Geschwindigkeit der Gase innerhalb des Durchlasses 14 auf einem praktikabel hohen Wert gehalten.

Die Zuführvorrichtung ist weiterhin mit einer Brennstoff/ Luft-Mischvorrichtung 18 versehen, die von bekannten Aufbau sein kann und an der Speiseleitung 17 angeschlossen ist. Zur Zufuhr von Luft zur Mischvorrichtung 18 ist ein Gebläse und ein geeignetes Ventil 19 zur Steuerung des Luftstroras zur Mischvorrichtung 18 vorgesehen, so daß einerseits die gesamte, die Speiseleitung durchströmende Menge und andererseits die relativen Anteile von Brennstoff und Luft durch Einstellung der Mischschraube der Mischvorrichtung 18 verändert werden können. Die Zuführvorrichtung wird so ausgebildet, daß

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ein vorgewähltes Verhältnis von Brennstoff im zur Platte 12 geführten Gasgemisch aufrechterhalten wird. Normalerweise wird ein geringer BrennstoffÜberschuß vorgesehen, um eine reduzierende Atmosphäre innerhalb der Behandlungskammer 10 aufrecht zu erhalten. Die Zufuhrmenge von Brennstoff und Luft kann automatisch so gesteuert werden, daß innerhalb der Behandlungskammer eine bestimmte Temperatur eingestellt bleibt.

Die Vorrichtung weist außerdem eine Kühleinrichtung zur Kühlung der Wand 15 auf, über die das Brennstoff/ Luft-Gasgemisch geführt wird, bevor es durch die Platte 12 in die Behandlungskammer strömt. Die Wand 15 ist aus Metall hergestellt und ein dementsprechend guter Wärmeleiter. Die Kühleinrichtung wird von einer Kammer oder einer Leitung 20 gebildet, die einen oberen zum Teil von der Wand 15 gebildeten Abschluß hat. Die Kühleinrichtung ist ferner mit einem Gebläse 21 ausgerüstet, das mit der Kammer 20 in Verbindung steht, wobei es so angeschlossen ist, daß es entweder über Öffnungen in der Wand der Kammer 20 Luft aus dieser ansaugt oder alternativ Luft in die Kammer bläst, aus der die Kühlluft dann durch die Öffnung 22 entweicht. Die die Kammer 20 durchströmende Luft entzieht der Wand 15 und dem duwch die Kammer verlaufenden Teil der Speiseleitung 17 Wärme.

Die Behandlungskammer 10 wird an ihrem Umfang von einer Muffel 23 begrenzt, die aus Metall hergestellt und deshalb ein relativ guter Wärmeleiter ist. Mit einigem Abstand radial außerhalb der Muffel 23 ist eine zylindrische Wand 24 angeordnet, die ihrerseits von einer Schicht aus Isoliermaterial umgeben ist. Die Oberseite der Behandlungskammer ist offen und steht direkt mit einer von einer nach oben divergierenden Wand 27 gebildeten Auslaßzone 26 in Verbindung» Die Auslaßzone 26 ist an ihrer Oberseite teilweise durch einen Deckel 28 verschlossen, der ein Gehäuse 29 aus wärmeleitendem Material

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aufweist und mit einer mittigen Au-slaßöffnung 30 versehen ist, durch welche die Verbrennungsprodukte während des Betriebs der Vorrichtung zu einem Kamin durchtreten« Der Deckel 28 kann zur Einführung von Werkzeugen in die und zur Entnahme von Werkzeugen aus der Behandlungskammer geöffnet werden.

Der zylindrische Zwischenraum 31 zwischen der Muffe 23 und der Wand 24 ist an seinem unteren Ende abgeschlossen und steht an seinem oberen Ende mit dem unteren Abschnitt der Auslaßzone 26 durch in der divergierenden Wand 26 in der Nähe von deren unteren Ende gebildete öffnungen in Verbindung. Die Vorrichtung ist mit einem weiteren Gebläse 32 versehen., dessen Auslaß in der Nähe des unteren Endes des zylindrischen Zwischenraums 31 an diesen angeschlossen ist. Das Gebläse kann also zum Einblasen von Kühlluft durch den Zwischenraum 31 in die Auslaßzone 26 verwendet werden. Der zylindrische Zwischenraum kann mit großen Aluminiumoxydkugeln oder einer anderen wärmeleitenden Packung gefüllt sein, um den Wärmeübergang von der Muffel 23 zur den Zwischenraum durchströmenden Luft zu erhöhen.

Das Gebläse 32 ist dafür vorgesehen, dann Kühlluft durch den zylindrischen Zwischenraum 31 zu blasen, wenn die Wärmebelastung des Betts 11 gering ist, beispielsweise wenn die im Bett enthaltenen Werkstücke auf eine Temperatur angewärmt sind, auf der sie für längere Zeiten gehalten werden sollen. Es ist klar, daß die Menge des zum Bett 11 zugeführten Brennstoffs nicht ohne entsprechende Verringerung der Menge von Luft verringert werden kann, wenn die reduzierende Atmosphäre innerhalb der Behandlungskammer 10 aufrechterhalten werden soll. Die Verringerung der Luft-und Brennstoffmenge würde zwar die Menge der im Bett 11 durch Verbrennung erzeugten Hitze verringern, jedoch ist es notwendig, die Gasströmung durch das Bett bei einer minimalen FließStromstärke zu] halten, wenn das Bett im Fließströmungszustand verbleiben soll. Daher ist es nicht immer möglich, die Menge des de» Bett au geführten Brennstoffs bei verringerter Wärmebelastung su reduzieren und dadurch zu vermeiden, daß die Bettemperatur

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über einen erforderlichen Wert ansteigt. In einem solchen Fall wird Kühlluft durch den zylindrischen Zwischenraum 31 geblasen* Das Gebläse 31 kann automatisch durch eine Temperaturmeßeinrichtung 33 gesteuert werden, welche die Temperatur des Betts überwacht und das Gebläse in Betrieb setzt, wenn die Bettemperatur einen voreingestellten Wert übersteigt. Die Steuerventile für die Brenngas- und Luftzufuhr sind so ausgebildet, daß die Zufuhrmenge von Brennstoff und Luft nicht unter die minimale Fließströmungsmenge reduziert werden kann, ohne daß die Vorrichtung vollständig abgeschaltet wird.

Der Brennstoff wird, wie oben erwähnt, dem Bett 11 in einer Menge zugeführt, welche die vollständig von der ebenfalls dem Bett zugeführten Luft oxydierbare Menge etwas übersteigt. DJe durch die Auslaßzone 26 tretenden Verbrennungsprodukte weisen daher noch Verbrennbare Substanzen, beispielsweise Kohlenmonoxyd auf. Wenn das Gebläse 32 in Betrieb ist, mischt sich die aus de m zylindrischen Zwischenraum 31 austretende erwärmte Luft in der Auslaßzone mit den Verbrehnungsprodukten und schließt deren Oxydation ab, so daß keine brennbaren Gase aus dem Auslaß 30 austreten.

Wenn erforderlich, können an der Wand 15 Rippen vorgesehen sein, die von der Wand nach unten in die Kühlkammer 20 vorstehen. Solche Rippen erhöhen die Geschwindigkeit, mit welcher die Wärme von der Wand durch die Kühlluft entfernt werden kann. Da die Wand 15 relativ kühl gehalten wird, wird auch das Gasgemisch in Durchlaß 14 relativ kühl gehalten und die Gefahr des Auftritts einer Verbrennung innerhalb des Durchlasses 14 ist vermieden.

Um die Strömungsgeschwindigkeit der Gase durch eine Flächeneinheit der Platte 12 zu erhöhen, kann der Durchmesser der Platte auf einen Wert verringert werden, der geringer als der Hauptdurchmesser der Behandlungekammer 10 ist, die an ihrem unteren Ende einen divergierenden

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Abschnitt aufweist. Hierdurch wird die Strömungsgeschwindigkeit pro Flächeneinheit der Platte 12 erhöht, so daß die Temperatur der Platte und die Gefahr des Auftretens von Verbrennung innerhalb oder vor der Platte verringert wird.

Die Tiefe des Betts 11 liegt typischerweise bei 30,5 cm im Pließstromungsztistand und bei etwa 15,2 bis 20,3 cm im Ruhezustand. Der Bettdurchmesser beträgt ebenfalls 30,5 cm. Es ist also festzuhalten, daß die Tiefe des Fließbettes nicht wesentlich größer als sein Durchmesser ist, und die Tiefe des nicht durchströmten Bettes ist erheblich geringer als dessen Durchmesser. Die Höhe des Durchlasses 14 liegt in einem typischenFall bei etwa 9,5 cm.

Die Geschwindigkeit der vom Bett aus aufwärts strömenden Abgase verringert sich, wenn diese Gase in die nach oben divergierende Auslaßzone 26 strömen, so daß aus dem Bett mitgenommene Teilchen in dieses zurückkehren und nicht aus dem Auslaß 30 mitgerissen werden. In der Vorrichtung wSrmezubehandelnde Werkstücke werden ins Bett 11 eingetaucht, während sich dieses im Fließströmungszustand befindet. Solche Werkstücke können von Hilfsmitteln, wie einem Korb gehalten werden/an Hilfsmitteln, beispielsweise Dralten aufgehängt.

Die in den Fig. 2 und 3 gezeigte Wärmebehandlungsvorrichtung ist ein für die Erwärmung,d.h. zum Anlassen von Draht bestimmter ofen. Der Ofen weist eine Behandlungskammer 110 auf, in der ein Bett 111 aus wärmebeständigen Teilchen, beispielsweise Sand, enthalten ist. Das Bett ist in einem typischen Beispiel 6 m lang, 0,6 m breit und 0,3 m tief» Die Seiten der Behandlungskammer sind aus korosionsbeständigemStahlblech hergestellt und nach außen durch eine geeignete Wärmeisolation abgeschlossen. Rollen 110a oder andere Führungsmittel sind an gegenüberliegenden Enden des Betts vorgesehen, welche den Draht in das Bett und aus ihm herausführen. Der Ofen kann mit einer isolierten

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Haube zur Sammlung der aus dem Fließbett austretenden Gase versehen sein, wobei die Haube einen schmalen Schlitz aufweist, durch den der Draht nach der Anbringung der Spulen an beiden Enden des Ofen hindurchtritt. In einer Weiterbildung der Erfindung können die heißen Gase mittels eines Heißgasgebläses durch ein·. Fließbett niedrigerer Temperatur geführt werden. Dieses Bett hat üblicherweise eine Temperatur von etwa 500 ⁰C, so daß es die als patentieren bekannte Wärmefeehandlung erlaubt.

Am Boden der Behandlungskammer 110 sind Einlaßeinrichtungen zur Einspeisung von gasförmigem Brennstoff und Luft zum Bett 111 vorgesehen. Diesel Einlaßeinrichtungen bestehen aus einer Vielzahl von porösen keramischen Platten 112. Die platten sind üblicherweise in einer einzigen Reihe über die Bettlänge verteilt angeordnet, w>bei im dargestellten Ausführungsbeispiel über die Gesamtlänge vierzehn Platten vorgesehen sind. Die Platten sind im Bereich ihrer Randabschnitte auf metallischen Stützträgern 113 aufgesetzt, und eine verformbare Packung 114 ist zwischen den benachbarten Kanten der Platten und zwischen den äußeren Kanten der Platten und denWänden der Behandlungskammer angeordnet. Die Poren der Platten 112 sind etwas kleiner als die Teilchen, aus denen das Bett 111 besteht, so daß das Bett von den Platten getragen wird.

Die Vorrichtung weist ferner eine Zuführeinrichtung zur Einspeisung eines Brenngas/Luft-Gemischs durch die Plätten 112 ins Bett 111 auf. Diese Zuführeinrichtung ist »it eine* Durchlaß 115 versehen, der unmittelbar unterhalb jeder Platte 112 verläuft und von der Unterseite dieser Platten und einer aus Hetall hergestellten horizontal verlaufenden Wand 116 begrenzt wird. Speiseleitungen 117 stehen mit dem Durchlaß 115 über in der Wand 116 angeordnete öffnungen in Verbindung.

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Die Zuführeinrichtung ist fernar mit einem Gebläse 118 versehen» welches Luft zur Verbrennung des gasförmigen Brennstoffs in den Ofen saugt* Diese Luft tritt aus dem Gebläse durch ein Brennstoff/Luft-Zumeßventil 119, dem außerdem auch ein Brenngas zugeführt wird. Das Ventil ist normalerweise so eingestellt, daß in der Behandlungskammer 110 eine reduzierende Atmosphäre mit beispielsweise 8 % Kohlenraonoxyd entsteht. Vom Ventil 119 strömt die Luft und das Brenngas entlang von Speiseieitungen 12O₉ 121 zu einer Vielzahl von Mischeinrichtungens von denen jede mit einer der Speiseleitungen 117 verbunden ist und in die jeweiLige Speiseleitung ein Brennstoff/Luft-Gemisch abgibt. Wie in Fig. gezeigt ist, sind in den verschiedenen Luft-und Brennstoff-Speiseleitungen Ventile vorgesehen, welche die relative Einstellung der Strömungsmengen zu unterschiedlichen Abschnitten des Bettes erlauben.

Wenn der Ofen aus dem kalten Zustand angefahren wird, wird das Brenngas/Luft=Gemisch vom Durchlaß 115 ins Bett 111 eingespeist und strömt zur Oberseite des Betts. Hilfsbrermer 122 an der offenen Oberseite der Behandlungskammer 110 ^richten ihre Flammen nach unten in Richtung aufs Bett, so daß das die Oberfläche des Betts erreichende Gas gezündet wird« Die Verbrennung findet anfänglich also in einer Zone unmittelbar oberhalb des Bettes statt. Wenn die Teilchen jedoch, aus denen das Bett besteht, erwärmt werden, breitet sich die Brenn— zone nach unten Ins Bett aus und wenn die normale Betriebstemperatur erreicht ist, erfolgt die Verbrennung vollständig innerhalb des Bettes.

Um die Gefahr auszuschließen, daß das Brenngas/Luft-Gemisch in Strömungsrichtung vor den Platten 112 zündet, ist eine Kühleinrichtung zur Kühlung der horizontal verlaufenden Wand 116 und des durch den Durchlaß 115 fließenden Gasgemischs vorgesehen. Diese Kühleinrichtang weist ^Rippen 123 auf, die von der Wand 116 nach unten in eine Kühlkammer 124 vorstehen, deren obere Begrenzung

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von der Wand 116 gebildet wird. Ein oder mehrere weitere (nicht gezeigte) Gebläse sind zum Einblasen von Kühlluft in die Kammer 124 vorgesehen.

Es ist festzuhalten, daß die Stützträger 113 in

wärmeleitende _m Kontakt mit der horizontal verlaufenden Wand 116 stehen, und daß die durch die Kammer 124 strömende Kühlluft deshalb von den Stützträgern 113 abwärts geleitete Wärme abführt,

Die Wände des Ofens sind aus hochtemperaturbeständigem Stahl und erreichen deshalb rasch die Temperatur des Fließbetts. Um zu verhindern, daß hierdurch Wärme entlang der Wände zu den Stützträgern 113 fließt, ist der Durchlaß 125 durch separate, nicht gezeigte Gebläse luftgekühlt.

Fig. 4 zeigt eine Abwandlung des kontinuierliche Wärmebehandlungsofens nach Fig., 2 und 3. Bei dieser abgewandelten Ausführungsform wird die Einlaßeinrichtung zur Einspeisung des Gasgemischs ins Bett 211 aus wärmebeständigen Teilchen von einer Vielzahl von körosionsbeständigen Stahlplatten 212 gebildet, die aneinanderstoßend angeordnet sind, wobei jede Platte mit Öffnungen derart versehen ist, daß eine Anzahl von Schlitzen 213 gebildet sind, die über die Fläche der Platte gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Die Breite der Schlitze liegt beispielsweise im Bereich von 150 bis 350 um.

Die nach unten weisende Seite jeder Platte 212 bildet eine Begrenzung eines zugehörigen Durchlasses 214, dessen gegenüberliegende Begrenzung von einer zugehörigen Wand 215 gebildet wird. Jede der Platten 213 und Wände 215 hat eine rechteckige Form, so daß die Durchlässe 214 in der Draufsicht ebenfalls jeweils rechteckig sind. Die Wand 215 konvergiert mit der zugehörigen Platte 212 in Richtung von einem Ende des Durchlasses zum anderen, so daß der Durchlaß die in der Seitenansicht erkennbare sich verjüngende Form hat.

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Am br-eiteren Ende jedes Durchlasses 214 ist zwischen der Platte 212 und der Wand 215 eine horizontal verlaufende Speiseleitung 216 eingesetzt und verschweißt. Die Speiseleitung ist mit einer Vielzahl von Zutrittsöffnungen 217 versehen, die auf einem Längenabschnitt des Rohrs mit Abstand verteilt, d.h. in einer seitlich zum Durchlaß 214 und zum Ofen verlaufenden Richtung angeordnet sind. Diese Zutrittsöffnungen stellen die Verbindung zwischen dem Innern der Speiseleitung und dem jeweils zugehörigen Durchlaß 214 her. In der Nähe des engeren Endes des Durchlasses sind die Platte 112 und die Wand 215 miteinander und mit der Speiseleitung 216 eines benachbarten Durchlasses verschweißt, so daß die Durchlässe 214 mit Ausnahme der Zutrittsöffnung und der Schlitze 213 vollständig geschlossen sind.

Ein Brenngas/Luft-Gemisch wiri den Speiseleitungen 216 in der in Verbindung mit den Fig. 2 und 3 beschriebenen Weise zugeführt.

Der kontinuierliche Anlaß-Ofen ist zur Erw&rmung von 2500 kg Draht pro Stunde auf eine vorgewählte Temperatur im Bereich zwischen 850 bis 950 ⁰C ausgelegt. Wenn der in Fig. 4 gezeigte abgewandelte Ofen bei diesen Werten arbeitet, liegt die Geschwindigkeit der Gasströmung durch die Durchlässe 214 bei 3,5 m/sec oder mehr. Infolge der Neigung des Durchlasses 214 ist die Gasgeschwindigkeit in allen Abschnitten des Durchlasses im wesentlichen gleich. Da die Flammengeschwindigkeit des Brenngases im Bereich von 0,32 m/sec liegt, besteht nicht die Gefahr, daß die Verbrennung von der Einlaßplatte 212 in die Durchlässe 214 zurückschlägt, wenn der Ofen bei diesen maximalen Werten arbeitet.

Wenn eine geringere Wärmeabgabemenge erforderlich ist, weil beispielsweise die Anzahl der durch das Bett geführten Drähte oder die Geschwindigkeit, mit der die Drähte durch das Bett geführt werden, verringert wird,

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wird die Zuführmenge von Brennstoff und Luft sprechend verringert, um einen Temperaturanstieg des Betts 211 zu verhindernο Diese Steuerung kann automatisch durchgeführt werden. Die Luft- und Brenngas-Zuführmenge kann bis auf ein Viertel der Normalrnenge reduziert werden, so daß die Gasgeschwindigkeit innerhalb der Durchlässe 214 sich auf etwa 0,8 m/sec reduziert. Da diese Gasgeschwindigkeit insgesamt in den Durchlässen 214 eingehalten wird, besteh t die Gefahr des Zurückschlagens der Verbrennung in dLe Durchlässe von der Einlaßplatte 212 aus auch dann nicht, wenn die Zufuhr von Brenngas und Luft in so erheblichem Maße reduziert wird.

Wenn die Temperatur des Betts ansteigt, obwohl die Brennstoff- und Luftzufuhrmenge des Bettes lediglich ein Viertel der normalen Menge beträgt, schließt eine automatische Steuerung ein Ventil in der Brennstoff-Speiseleitung 121, so daß die Verbrennung unterbrochen wird und das Bett sich abkühlt. Der Luftstrom kann aufrechterhalten werden, um den Fließströmungszustand des Bettes beizubehalten, obgMch dies zu einer oxydierenden Atmosphäre in der Behandlungskammer führt.

Während des Norraalbetriebs, d.h. wenn Luft- und Brennstoff in maximaler oder im Bereich der maximalen Zuführmenge eingespeist werden, entziehen die durch die Einlaßplatte 212 hindurchtretenden Gase dieser Wärme, so daß die Temperatur der Einlaßplatte, wenigstens an ihrer dem Durchlaß 214 zugewandten Seite, auf einer unterhalb der Zündtemperatur des Gasgemischs, die etwa bei 750 C liegt, liegenden Temperatur gehalten wird. Obwohl die Metallplatte 212 die Wärme relativ gut vom Bett 211 abwärts in Richtung auf den Durchlaß 214 ableitet, wird deshalb eine Verbrennung vor der Einlaßplatte vermieden.

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Wenn erforderlich, kann die Metallplatte 212 durch eine poröse keramische Platte ersetzt werden, die ein relativ schlechter Wärmeleiter ist.

Um das Gasgemisch innerhalb des Durchlasses 214 auf eine hinreichend niedrigen Temperatur zu halten, ist eine Kühleinrichtung vorgesehen, die dem Gasgemisch Wärme entzieht. Diese Kühleinrichtung weist eine Anzahl von Rippen 218 auf, die von der Wand 215 abwärts in eine Kühlkammer oder einen Durchlaß 219 vorstehen, durch den Luft oder ein anderes Kühlmittel zum Strömen gebracht wird.

In allen vorstehend in Verbindung mit den Zeichnungen beschris benen Ausführungsbeispielen umfaßt die Kühleinrichtung einen Durchlaß, der unterhalb eines Durchlasses liegt, durch den das Brenngas/Luft-Gemisch zur Einlaßeinrichtung geführt wird. Da die Querschnittsfläche dieses Durchlasses gering ist, kann angenommen werden, daß diese Ausgestaltung eine hinreichend starke Wärmeabfuhr vom Durchlaß sicherstellt. Die Höhe der Wärmeabfuhr vom Durchlaß kann jedoch durch Veränderung der Kühleinrichtung in der Weise noch erhöht werden, daß eine von einem Kühlmittel durchströmte Leitung vorgesehen wird, die entweder derart durch den Durchlaß hindurchgeführt wird, daß sie in direktem thermischen Kontakt mit dem Brenngas/Luft-Gemisch steht, oder in direktem thermischen Kontakt mit der Einlaßeinrichtung, so daß sie dieser Wärme entzieht.

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Claims

Patentansprüche

..JFließbett-Wärmebehandlungsvorrichtung mit einem Bett aus wärmebeständigen Teilchen, einer den Zutritt von gasförmigem Brennstoff und Luft zum Bett ermöglichenden Einlaßeinriehtung und mit einer Zuführvorrichtung zum Einspeisen des gasförmigen Brennstoffs und der Luft ins Bett derart, daß der Brennstoff innerhalb des Betts zündet und bei seiner Verbrennung das Bett in einen Fließströmungszustand versetzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführvorrichtung eine: Einrichtung (17, 18) zur Mischung des gasförmigen Brennstoffs und der Luft und zur Überführung des Brennstoff/Luft-Gemischs zur Einlaßeinriehtung (12) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführvorrichtung einen Durchlaß (14) aufweist, durch den das Brennstoff/Luft-Gemisch zur Einlaßeinriehtung (12) hindurchtritt, wobei der Durchlaß (14) mit einer Kühleinrichtung (20, 21) versehen ist, durch welche das den Durchlaß durchströmende Gemisch und/oder eine Wand des Durchlasses und/oder die Einlaßeinriehtung (12) gekühlt wird.

3. Vorrichtung nachAnspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wand (15) des Durchlasses aus wärmeleitendem Material hergestellt ist, und daß die Kühleinrichtung an der Außenseite der Wand (15) angeordnete Rippen und ein eine Luftströmung über die Rippen bewirkendes Gebläse umfasst .

4. Vorrichtung nachAnspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fläche der Einlaßeinriehtung (12) eine Begrenzung des Durchlasses (14) bildet, daß der Durchlaß eine oder mehrere Einlaßöffnungen (16) aufweist, durch welche die Luft und der Brennstoff in den Durchlaß eintreten, daß die Einlaßöffnung bzw. die Einlaßöffnungen relativ zur Einlaßeinrichtung (12) so angeordnet ist bzw. sind, daß das Gas auf einer im wesentlichen

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über die Fläche der Einlaßeinrichtung verlaufenden
Bahn durch den Durchlaß strömt und die Querschnittsfläche der Strömungsbahn - betrachtet in einer quer
zur Bahn verlaufenden Ebene - sich so ändert, daß
Änderungen der Gasgeschwindigkeit, die zwischen einer Zone des Durchlasses und einer anderen Zone mit gleicher Querschnittsfläche auftreten würden, verhindert oder verringert werden.

5ο Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Fläche der Einlaßeinrichtung (212)
gebildete Begrenzung des Durchlasses (214) rechteckig ist, daß eine Vielzahl von Zutrittsöffnungen (217) in der Nähe eines Randes des Rechtecks gebildet ist, und daß der Durchlaß (214) in Richtung auf den gegenüberliegenden Rand des Rechtecks geneigt verläuft.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis5, dadurch gekennzeichnet, daß das Bett (10) an seiner Unterseite von der Einlaßeinrichtung (12) und seitlich von einer von der Einlaßeinrichtung (12' aus nach oben vorstehenden Wand umschlossen ist, und daß die dem Bett zugewandte, nach innen weisende Fläche der umlaufenden Wand nach oben divergiert, so daß die in einer horizontalen Ebene betrachtete Fläche des Betts an oder in der Nähe von dessen Oberfläche erheblich größer als die Fläche der ebenfalls in einer horizontalen Ebene betrachteten Einlaßeinrichtung (12) ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die das Bett (10) umgebende Wandanordnung (23, 24) so ausgebildet ist, daß sie wenigstens einen inneren Zwischenraum (31) aufweist, und daß zur Abfuhr von auf die Wandanordnung übertragener Wärme eine Vorrichtung (z.B. 32) zur Erzeugung eines Kühlmittelstroms durch den Zwischenraum vorgesehen ist.

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8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Vorrichtung zur Erzeugung eines den Zwischenraum C31) durchströmenden Kühlmittels ein Gebläse (32) zur Erzeugung eines Luftstroms vorgesehen ist, und daß die Wandanordnung (23, 24) so ausgebildet ist, daß die Luft aus de« Zwischenraum in die aus dem Bett (10) austretenden Verbrennungsabgase abgegeben wird, wenn die Vorrichtung in Betrieb isto

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung zur Steuerung des KühlmittelStroms durch den Zwischenraum (31) mit einer Temperaturmesseinrichtung (33) zur Bestimmung der Betttemperatur vorgesehen ist, und daß die Steuereinrichtung so ausgebildet ist, daß der Kühlmittelstrom bei Übersteigen eines vorbestimmten Temperaturwertes des Betts (10) automatisch ausgelöst wird.

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