Hubherdanlage

Hubherdöfen

Hubherdöfen mit feststehenden Hubboden

Für die Wärmebehandlung von z.B. besonders langen Teilen können Hubherdöfen eingesetzt werden. Die Beladung erfolgt mit einer Chargiermaschine die das Einsatzgut direkt auf den Herd aufsetzt Bei diesem Anlagentyp ist es möglich, den Hubherd im oberen Temperaturbereich zu öffnen und die Wärmeverluste geringer zu halten, als beim herkömmlichen Herdwagenofen.

Bild Abgebildet ist ein Ofen zum Vergüten und Anlassen von Schienenstücken bis 35 m Länge für Hochgeschwindigkeitszüge. Die Chargenabmessung beträgt 1500 x 35000 x 400 mm (Breite x Länge x Höhe) und die Einsatzmasse 35 t. Mit 42 Rekuperatorenbrennern wird die Anlage beheizt, wobei je 3 Brenner eine Regelzone bilden. Für die Wärmedämmung wurde eine speicherarme Vollfaserauskleidung gewählt. Der Herd wird gegen die Haube mit einer umlaufenden Keramikfaserdichtung verschlossen. Weiterhin ist der Ofen so konstruiert, dass dieser auf 65 m Nutzlänge erweitert werden kann.

Hubherdöfen mit verfahrbarem Hubboden

Bei diesem Ofentyp können die Hubböden vor den Ofen gefahren werden, um eine Beladung mit dem Kran zu ermöglichen. Danach wird der Hubboden automatisch unter den Ofen gefahren und in den Ofen nachoben eingefahren.

Bild Hier sehen Sie eine Anlage für 28 t mit einer Chargenabmessung von 3000 x 12940 x 2000 mm (Breite x Länge x Höhe). Diese wurde für das Glühen und Entspannen von Sammlern für Hochleistungsdampferzeuger aufgestellt. Ein geteilter Herdwagen sorgt dafür, dass der Ofen auch mit zwei autarken Einzelkammern betrieben werden kann. Die Temperaturregelung erfolgt nach der Einsatzguttemperatur. So konnte im Bereich von 150 bis 850° C eine Abweichung der Solltemperatur von unter +/- 2 K erreicht werden.

Universelle Ofenanlage für eine Vielzahl von Wärmebehandlungstechnologien, unterschiedliche Sortimentsgrößen und breitgefächerte Einsatzgutabmessungen.

Bild Die Situation, vor der viele Schmieden und Gießereien stehen, ist, dass ein sehr unterschiedliches Abmessungssortiment mit relativ kleinen Stückzahlen kurzfristig unter ständig wechselnden Wärmebehandlungsprozessen unterzogen werden muss.

Das Problem ist, die erforderlichen Wärmebehandlungstechnologien in einer Ofenanlage auf kleinsten Aufstellungsraum mit möglichst hohen Durchsatzleistungen zu realisieren und dabei reproduzierbare Werte und Kontinuität der Ergebnisse zu erreichen.

Die Problemlösung ist ein automatischer Ablauf der Wärmebehandlung in einer Komplettanlage mit vertretbaren Kosten/Leistungsbezug, gegliedert in verknüpfte Technologien.

Von der Firma PADELTTHERM GmbH wurde eine Hubherdanlage entwickelt und gebaut, in der fast der gesamte Bereich der erforderlichen technologischen Wärmebehandlungen von Schmiede- und Gießereibetrieben, wie zum Beispiel:

BG-Glühen · Weichglühen · Normalglühen · Vergüten und Anlassen

abgedeckt werden kann.

In der GGF Grossenhainer Gesenk- und Freiformschmiede wurde im Jahre 1999 diese Anlage in Betrieb genommen. In der Hubherdanlage werden Schmiedeteile unter normaler Atmosphäre geglüht. Die Ofenanlage besteht aus:

Elevatorofen mit Hubwagen
Doppel-Abschreckbad mit Hub-, Senk- und Verfahrvorrichtung
Abstell- sowie Be- und Entladeplatz - Verfahrvorrichtung für den Hubwagentransport
2. Hubwagen zur Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit

Die wesentlichen technischen Daten der Ofenanlage sind:

Länge 20.500 mm
Breite 12.000 mm
Höhe über Hüttenflur 5.500 mm

Nutzbare Ofen-Innenabmessungen:

Länge 4.700 mm
Breite 1.800 mm
Höhe 1.000 mm

Chargenmasse:

Bruttocharge 12.000 kg
Nettocharge 10.000 kg
Bruttocharge beim Vergüten 3.500 kg

Ofentemperatur (maximal) 1.100°C
Arbeitstemperatur 400 - 950°C
Temperaturtoleranz am Ende der Ausgleichszeit ± 5°C
Brennanschlusswert 960 kW
Kühlluftvolumen 8.000 m³/h
Abschreckbadvolumen 16 m³

Bild Der Ofen ist als Hubherdofen ausgeführt. Das Be- und Entladen erfolgt rechts neben dem Ofen. Zu diesem Zweck wird der Hubherd mittels eines elektromotorischen Kettenantriebes zur Be- und Entladestelle gefahren. Auf dem Hubwagen sind quer Auflagebalken aus CrNi-Stahlguß angeordnet. Das Glühgut wird entweder direkt auf die Herdbalken des Hubherdes oder auf Chargierhilfen, wie Roste oder Glühkisten, gestapelt. Der beladene Hubherd wird anschließend unter den Hubherdofen gefahren und mittels einer hydraulischen Hubvorrichtung in den Ofen gehoben. Der Chargentransport in das Abschreckbad erfolgt mit einer manuellen Folgesteuerung, wobei der Bediener über ein Anlagendisplay geführt wird. Nach Eingabe von Start- und Zielpunkt laufen die Bewegungsvorgänge vollautomatisch ab. Am Programmregler des Ofens wird das erforderliche, im Regler gespeicherte Glühprogramm aufgerufen und der Glühprozess gestartet. Das Glühprogrammende wird signalisiert. Das abgelaufene Glühprogramm mit Chargenkennzeichnung, Soll- und Istwerten wird auf einen Protokolldrucker ausgegeben. Der Hubwagentransportweg ist durch Absperrungen gesichert.

Für den Transport ist der Hubwagen mit vier Laufrädern, davon einseitig zwei mit Doppelspurkranz, versehen. Die Schienen liegen bündig mit Hüttenflur. Für den Doppelspurkranz sind neben der Schiene beiderseits Spurrillen ca. 40 mm breit erforderlich. Für das Verfahren der Hubwagen ist ein elektromotorischer Schleppkettentrieb angeordnet. Die Schleppkette greift an die Mitnehmer, die an den Hubwagen befestigt sind, und transportiert diesen, vollautomatisch gesteuert, zu den erforderlichen Plätzen. Vor dem jeweiligen Zielplatz wird die Transportgeschwindigkeit automatisch verringert, so dass die Hubposition exakt angefahren wird. Nach dem Abstellen des Hubwagens auf den Be- und Entladeplatz wird der Mitnehmer manuell ausgekuppelt und der zweite Herdwagen nach dem Verfahren der Schleppkette manuell eingekuppelt. Die Antriebe sind unter Flur angeordnet und bestehen aus Antriebs- und Umlenkstationen sowie der Kettenspannstation und den Kettenverbindungskanälen. Die Gruben und die Kanäle sind abgedeckt.

Für das Heben und Senken der Hubwagen sind an den beiden Stirnseiten des Ofens Hubstützen angebracht. Der Wagen liegt auf den beidseitigen Hubkonsolen mit Hubwagenzentrierung auf, die durch einen hydraulischen Arbeitszylinder über Kettentraversen gehoben und gesenkt werden. Die Arbeitszylinder wird über ein Hydraulikaggregat mit Blasenspeicher und Wegeventilen gespeist.

Das Ofengehäuse ist auf den Hubstützen gelagert.

Die Abdichtung zwischen Ofen und Hubwagen wird thermisch durch eine umlaufende Dichtung aus Keramikfasermodulen erreicht.

Die Isolierung des Ofens besteht aus einer gewichtsarmen Kombination von Keramikfasermatten und Mineralwollplatten. Die Wandstärke wurde optimiert, damit die geringste Speicherwärme bei hoher Wärmedämmung aufgebracht werden muss.

Die Isolierung der Hubwagen wurde nach gleichen Gesichtspunkten optimiert. Die Auflagebalken, auf denen das Einsatzgut bzw. die Chargierträger aufgelegt werden, sind mit Hart- und Isoliersteinen untermauert. Zwischen den Auflagebalken ist der Herdboden mit Steinen ausgelegt. Die Untermauerung bilden hochwertige Isoliersteine und -platten.

Die Beheizung des Ofens erfolgt durch 6 Stück, einseitig angeordnete Rekuperatorbrenner, System WS (Dr. Wünning), die in Gassen zwischen den Herdbalken des Hubherdes brennen. Der gewählte Brennertyp und die Anordnung ermöglichen auch im niedrigen Temperaturbereich eine genaue und gleichmäßige Temperaturführung.

Die eingesetzten Rekuperatorbrenner bestehen aus einem Hochgeschwindigkeitsbrenner mit elektrischer Hochspannungszündung und Flammenüberwachung auf Ionisationsbasis, eingebaut in einen Rekuperatorteil.

Die Verbrennungsgase treten mit hoher Ausströmgeschwindigkeit in den Ofenraum als Freistrahl. Ein Freistrahl hat die physikalische Eigenschaft, große Mengen Verbrennungsgas einzusaugen, wodurch es zu einer intensiven Durchwirbelung der Ofenatmosphäre kommt. Dieses Einsaugen der Verbrennungsgase bewirkt eine enorm schnelle Abkühlung der Verbrennungsgase auf Umgebungstemperatur, so dass keine örtlichen Überhitzungen auftreten und eine optimale Temperaturverteilung im Ofenraum entstehen.

Die Abgase werden mit Hilfe eines Injektors über den Brenner aus dem Ofenraum abgesaugt, wobei die Abgaswärme direkt im Rekuperator des Brenners zur Vorwärmung der Verbrennungsluft genutzt wird. Die Wärmerückgewinnung direkt im Brenner führt zu einer optimalen Energieeinsparung, die u.a. daran erkennbar ist, dass die durchschnittliche Abgastemperatur hinter dem Brenner in der Abgasabführungsleitung bei den vorgenannten Wärmebehandlungstechnologien nicht über 300 °C ansteigt.

Des weiteren ist gesichert, dass das eingestellte Verbrennungsverhältnis über den gesamten Wärmebehandlungsprozess unverändert und zu jeder Zeit reproduzierbar ist, da die Brennersteuerung luft- und brenngasseitig mit Magnetventilen auf der "kalten Seite" erfolgt und somit die durch Luftvorwärmung entstehenden Dichte- bzw. Mengenunterschiede nicht kompensiert, d.h. nicht aufwendig ausgeregelt werden müssen. Jeder Brenner verfügt über eine Einzelbrennersteuerung bestehend aus Gasfeuerungsautomat, Zündtransformator und Anzeige des Ionisationsstromes ein-gebaut in einen Schaltkasten in unmittelbarer Brennernähe. Brennerstörungen werden vor Ort optisch und am Schaltschrank optisch und akustisch angezeigt.

Mit Hilfe einer Restetaste, vor Ort im Schaltkasten, ist es möglich, den Zündvorgang des Brenners durch den Ofenbedienungsmann zu wiederholen und somit das Zünd-verhalten, d.h. das Ausbilden einer stabilen Brennerflamme an der Größe des Ionisationsstromes ohne zusätzliche Geräte zu kontrollieren und so eventuell auftretende Störfaktoren weitestgehend zu erkennen.

Eine weitere wartungsfreundliche Maßnahme ist, dass alle elektrischen Schaltgeräte am Brenner über Kabel mit Normsteckern versorgt werden, wodurch sich ein eventuell erforderlicher Magenventilwechsel auf das Lösen der Verschraubung beschränkt. Werden Störungen an Schalt- und Steuergeräten vermutet, ist eine Überprüfung durch ein einfaches Tauschen der Versorgungskabel mit dem benachbarten Brenner während des Ofenbetriebes durch den Ofenbediener möglich.

Versuche haben gezeigt, dass durch die Leistungsfähigkeit der Brenner es möglich ist, den Wärmebehandlungsprozess auch beim Ausfall eines Brenners bei hoher Temperaturgleichmäßigkeit und ohne Qualitätsprobleme zu Ende zu führen. Die abgashygienischen Anforderungen der TA-Luft (7/86) und der DIN 4788, Teil 2 (2/90) werden von den Brennern erfüllt.

Die Erdgas- und Luftversorgungsleitungen sind auf der Ofenlängsseite angeordnet, auf der sich auch die Steuerkästen der Rekuperatorbrenner befinden.

Die Abgase werden in einem Kanal gesammelt und durch Abgasrohre in einen vorhandenen Kamin abgeführt. Auf dieser Ofenseite ist eine Arbeitsbühne mit Leiteraufstieg angeordnet.

Um während der Haltezeit eine Temperaturgenauigkeit kleiner ± 5 °C zu erreichen, werden die Brenner kurz vor dem Erreichen der Solltemperatur, aufgrund des erforderlich geringen Energiebedarfes, vom Prozessregler auf eine getaktete Rundumsteuerung umgeschaltet. Diese Steuerung bewirkt, dass pro Regelgruppe immer nur wenige bzw. ein Brenner in Betrieb ist. Es wird so erreicht, dass durch gezielte ortsveränderliche Brennerstöße die Ofenatmosphäre wie bereits erläutert umgewälzt und eine optimale gleichmäßige Temperaturverteilung erzielt wird.

Da in der Ofenanlage unterschiedliche Glühtechnologien gefahren werden, ist auch eine Luftkühlung möglich. Bei flachen Abkühlgradienten erfolgt die Abkühlung geregelt über die Verbrennungsluft der Brenner. Wird die Sollkurve verlassen und die Ofenraumtemperatur sinkt zu schnell ab, werden die Brenner automatisch wieder im Taktbetrieb zugeschalten. Es können so Abkühlraten mit nur wenigen Grad pro Stunde gefahren werden. Zur Realisierung großer Abkühlgeschwindigkeiten sind auf der dem Brenner gegenüber liegenden Seitenwand 6 Stück Kühldüsen angeordnet. Jede Luftdüse verfügt über einen Mengendurchsatz von ca. 1200 m³ Luft pro Stunden, so dass einschl. der Brennerluft ca. 8000 m³/h in den Ofenraum geblasen werden können. Diese Kühlluftmenge ermöglicht das gezielte schnelle Abkühlen des Einsatzgutes bzw. das Abkühlen des Ofens vor dem Neubeschicken.

Mittels dieser Kühlvorrichtung ist es z. B. möglich, abgeschreckte Chargen sofort zum Anlassen in den Ofen einzufahren, ohne dass örtliche Überhitzungen des Einsatzes durch noch vorhandene heiße Ofenteile auftreten, wie es bei herkömmlichen Ofenanlagen üblich ist.

Da der max. Kühlluftdurchsatz ca. 8000 m³/h beträgt, ist ein geregeltes Abkühlen bis zu einer Temperatur von ca. 300 °C möglich. Unterhalb 300 °C erfolgt das Kühlen nach der bekannten e-Funktion.

Für die Abführung der Kühlluft ist in der Ofenstirnwand eine Auslassöffnung vorhanden, die nur beim Kühlen automatisch mit Hilfe eines Pneumatikzylinders geöffnet wird.

Für das Vergüten ist ein Doppel-Abschreckbad mit zwei getrennten Becken für Wasser und Polymer-Abschreckmittel angeordnet.

Der Transport des Einsatzgutes in das Abschreckbad erfolgt mittels einer Transporteinrichtung in Form einer Gabel, die nach dem Absenken des Hubtisches aus dem Ofen und dem Verfahren vor das Abschreckbad unter die Charge fährt. Danach wird die Charge angehoben, die Hubgabel zurück über das entsprechende Abschreckbad gefahren und die Charge in das Bad abgesenkt.

Die Dauer vom Abheben bis zum Absenken unter den Badspiegel beträgt ca. 45 Sekunden.

Zur Erhöhung der Abschreckintensität wird das Einsatzgut im Abschreckbad ständig auf und ab bewegt. Zusätzlich wird das Abschreckbad umgewälzt. Die Badkühlung erfolgt über einen externen luftgekühlten Rippenrohrbündel-Wärmetauscher, durch den mit Hilfe einer Pumpe das Abschreckmedium gepumpt wird.

Das periodische Umwälzen des Polymerabschreckbades wird durch das Einblasen von Ventilatorluft erreicht.

Die Ofenheizung ist über die Ofenlänge in zwei Zonen unterteilt, die einzeln geregelt werden. Die Thermoelemente sind in die Ofendecke eingebaut.

Die Regelung der zwei Temperaturregelzonen erfolgt über einen freiprogrammierbaren Prozessregler DE-VR 4008, Firma demig, mit integrierter SPS, Folientastatur, 6,5" (17 mm) Farbdisplay, batteriegepuffter Prozesszustands- und Behandlungsprogrammspeicher, der auch den gesamten Ofenzyklus vom Beladen bis zum Entladen steuert. Im Regler ist die Speicherung von ca. 30 Ofenprogrammen möglich, die über die Eingabe der Programmnummer aktiviert werden und danach vollautomatisch ablaufen. Es ist zu jederzeit möglich in laufende Ofenprogramme einzugreifen und Korrekturen vorzunehmen.

Die Bedienung erfolgt über eine Folientastatur am Prozessregler, wobei der Ofenfahrer über ein am Farbbildschirm dargestelltes Menü geführt wird. Eine Fehl-Bedienung wird durch die Plausibilitätskontrolle des Systems nicht zugelassen.

Der Prozessregler besitzt eine Schnittstelle und kann mit einem vorhandenen Betriebsrechner verbunden werden. Die Registrierung des gesamten Glühzyklus erfolgt durch einen Protokolldrucker. Des weiteren ist es möglich, Parameter und Fehler-Listen nach Bedarf auszudrucken. In das Wärmebehandlungsprotokoll können chargenspezifische Texte eingegeben werden. Der Prozessregler sowie die separaten Übertemperaturregler und der Protokolldrucker sind im Mess-, Regel- und Schaltschrank untergebracht.

Im Schaltschrank sind weiterhin die Brennersteuerung mit Störungsanzeige, eine im Regler integrierte SPS zur Steuerung und Überwachung der Transporte, separate Übertemperaturregler sowie alle Schalt- und Überwachungsgeräte für die Motoren, der Hauptschalter, Sicherungen, Schaltschütze, Relais usw. eingebaut. Der Schrank ist auf Hüttenflur an der Hallenwand aufgestellt.

Die Hubherdofenanlage wurde in den Werkstätten der Fa. PADELTTHERM GmbH komplett montiert. Vor dem Versand wurden die das Lademaß überschreitenden Teile abgebaut und am Aufstellungsort erfolgte die Komplettierung der Anlage.

Die Ofenanlage ist CE-gekennzeichnet.

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