专利摘要:

公开号:WO1985001519A1
申请号:PCT/DE1984/000198
申请日:1984-09-27
公开日:1985-04-11
发明作者:Rainer Herdieckerhoff;Herbert Rediger
申请人:Firma Dr. Werner Herdieckerhoff, Nachf.;
IPC主号:C21D9-00
专利说明:
[0001] B E S C H R E I B U N G
[0002] Verfahren zur Wärmebehandlung von Metallen in Topf- oder Haubenöfen
[0003] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufheizen, Glü¬ hen und Abkühlen von Metall-Chargen mit Hilfe von Topf- oder Haubenöfen, von denen wenigstens zwei über Wärmetauscher direkt oder indirekt verbunden sind (US-3,184,225) .
[0004] In der Metallindustrie ist während der Bearbeitung und der Ver¬ formung zur Erzielung bestimmter Gefügezustände zwischen den einzelnen Fertigungsschritten eine Glühbehandlung erforderlich. Hierzu werden die Metallprodukte in Glühöfen mit und ohne Glüh¬ schutzhauben (Rezipienten) auf eine dem gewünschten Gefügezu- stand entsprechende Temperatur erhitzt und anschließend außer¬ halb des Ofens wieder abgekühlt. Die bei der Abkühlung anfallen¬ de Abwärme geht hierbei heute noch in den meisten Fällen ver¬ loren, da eine effektive Rückführung in den Wärmebehandlungspro¬ zeß bisher schwierig erschien. Zum Glühen in Rezipienten hat die Anmelderin das sogenannte Doppelvakuumsystem entwickelt. Dabei befindet sich die Charge in einem Rezipienten, der evaku¬ iert werden kann. Dieser, aus h,itzebeständigem Blech bestehende
[0005] füRE
[0006] Ersat.zb.att OMPI fa WIPO Rezipient, würde implodieren, wenn er bei hoher Erhitzung und dadurch nachlassender Festigkeit dem vollen Vakuum ausgesetzt würde. Darum wird in dem Mantelraum zwischen der Ofenwandung und dem Rezipienten ein sogenanntes Stützvakuum gebildet, das den Außendruck auf die Rezipientenwandung je nach Stärke des StützVakuums mindert. (Prospekt Firma Dr. Werner Herdieckerhoff "Heiße Probleme gelöst durch glühende Technik" - Doppelvakuum- glühanlage -)
[0007] Die Ofentechnik zur Wärmebehandlung von Metallen aller Art hat eine weitgehende Optimierung erfahren. Nur auf Einzelgebieten ist noch eine sprunghafte Weiterentwicklung zu erwarten. Die Energiekosten treten immer mehr in den Vordergrund. Es sind da¬ her auch Überlegungen gemacht worden, wie durch eine geeignete Wärmerückgewinnung eine Energieeinsparung erzielt werden kann.
[0008] Bei einem Vorschlag nach US-Pat. 3,184,225 sind zwei Ofenräume über Verbindungsleitungen und einen Lüfter so miteinander, über Ventile trennbar, verbunden, daß ein Wärmetausch erfolgt.
[0009] 'Um den Kühlprozeß nicht in dem Ofen stattfinden zu lassen, in dem die Glühe stattgefunden hat, ist es üblich, die Charge un¬ ter Kühlhauben oder dergleichen bis auf Atmosphärentemperatur herunterzukühlen. Die Kühlhauben sind für diesen Zweck mit Was¬ serberieselungsanlagen und/oder Kühlluftventilatoren versehen. (DE-PS 22 56 676)-
[0010] Unabhängig vom Vorhergesagten ist es zur beschleunigten, direk¬ ten Erwärmung von Werkstücken vorgeschlagen worden, die Erhit¬ zung eines Werkstoffes über ein Wärmeubertragungsfluid erfolgen zu lassen. Dieses Wärmeubertragungsfluid entsteht in sogenannten Wirbelbetten. Dabei wird Gas durch einen porösen Boden des be¬ heizbaren Behälters geblasen und dadurch eine Füllung aus sehr fein gekörntem Alluminiumoxyd oder dergleichen aufgewirbelt. Die feinen Partikel werden durch die Verwirbelung sowie die starke Molekularbewegung des tragenden Gasstromes so zu einer Art Flüssigkeit umgewandelt, daß die Wärme wesentlich schneller
[0011] Ersatzblatt OMPI als durch Strahlung und Konvektion auf das Werkstück übertragen wird. Die Beheizung erfolgt meist über die Zündung eines brenn¬ baren Gasgemisches im Wirbelbett. Versuche mit dieser neuen Technik haben ergeben, daß sich ein großer Teil der sonst ein¬ gesetzten Wärmemenge einsparen läßt. Dies ist auch darauf zu¬ rückzuführen, daß der Zeitaufwand wesentlich geringer wird. Die se neue Technik ist bisher nur zögernd von der Praxis aufgenom¬ men worden und mehr oder weniger eine Außenseitertechnik geblie ben. (GB-1537486)
[0012] Aufgabe der Erfindung ist es, ein rationell arbeitendes Verfah¬ ren für in der Glühtechnik einzusetzende Hauben- oder TopfÖfen zu finden, bei dem die Verluste an Energie durch geeignete Wär¬ metauschverfahren verringert werden.
[0013] Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch die Lehre des Verfahrensanspruchs 1. Dessen Merkmale kombinieren eine Kühlhau be, die eine heiße, abzukühlende Charge umgibt, und eine Vor¬ heizvorrichtung, die eine noch kühle Charge umgibt in einem Wär meverbund.
[0014] In den Wandungen einer Glühhaube oder eines Glühtopfes bzw. -Schachtes nach der Erfindung sind Ringkammerwirbelbetten vorge sehen, die für eine beschleunigte Wärmeabtragung von der Rezipi entenwandung auf das für den Wärmetausch vorgesehene Gas sorgen Dieses überträgt die Wärme dann auf die Charge in der Vorheiz- haube. Der Einsatz von Wirbelbetten optimiert den Wärmetausch, auch bei einer indirekten Arbeitsweise, ohne den direkten Wärme bzw. Gasaustausch auszuschließen.
[0015] Die Erfindung kann konventionellen Glühverfahren zu einer erheb lich erhöhten Wirtschaftlichkeit verhelfen.
[0016] Mit Hilfe der Erfindung kann nach Beendigung des Wärmebehand¬ lungsprozesses der Rezipient mit der Glühcharge aus dem Glühofe ausgesetzt und dem Wirbelbettwärmetauscher zugeführt werden. Dieser kann bei Haubenöfen als kombinierte Kühl-Wärmetauschhaube ausgebildet, bzw. bei TopfÖfen, als kombinierter Kühl- oder Wär- - A -
[0017] metauschschacht ausgebildet sein. Die Rezipientenräu e sind zu¬ nächst noch von dem Wärmetauschsystem ausgenommen, doch kann, wie spätere Merkmale der Erfindung zeigen, durch geeignete Ma߬ nahmen auch eine Einbeziehung der Rezipientenräume erfolgen. Bei einem unmittelbaren Gasaustausch treten Schwierigkeiten auf, weil innerhalb des Rezipienten der Vorheizhaube die kalte Charge nicht mit Sicherheit absolut rein ist. Dies hat zur Fol¬ ge, daß durch Ziehfette oder dergleichen das Inertgas verunrei- nigt wird. Es kann auch unerwünschter Sauerstoff oder CO 2 durch
[0018] Undichtigkeiten beigemengt worden sein. Dies führt dann zu einer
[0019] Wertminderung der noch heißen, gerade geglühten Charge. Diese
[0020] Schwierigkeiten lassen sich jedoch durch nicht unmittelbar zur
[0021] Erfindung gehörende bekannte Maßnahmen überwinden.
[0022] Das Verfahren nach Anspruch 1 läßt sich durch den Anspruch 2 verbessern, wenn die indirekt arbeitenden Wärmetauschgase zu¬ sätzlich den zumindest be Doppelvakuumöfen abgeschlossenen Man¬ telraum zwischen dem Rezipienten und der Ofeninnenwandung durch¬ strömen.
[0023] Eine wesentlich rationellere Arbeitsweise ergibt sich durch die Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 3. Hier wird vorgeschla¬ gen, zwei annähernd identisch ausgebildete Hauben oder Schächte zu verwenden und die beiden Rezipienten, sowohl der Kühlvorrich¬ tung als auch der Vorheizhaube, unmittelbar im Wärmetausch mit¬ einander zu verbinden, wobei in den beiden Rezipienteninnenräu- men und in den Leitungen natürlich eine Inertisierung vorab er¬ folgen muß.
[0024] Die Ansprüche 4 bis 11 ergänzen die Lehren der vorhergehenden Verfahrensansprüche. Sie enthalten erfindungsgemäße, wesentliche Ausgestaltungen, deren vorteilhafte Wirkungen sich aus Zeichnung und Beschreibung ergeben.
[0025] OMPI Die Zeichnung zeigt mit
[0026] Figur 1 die Kombination einer Kühlvorrichtung und einer Vor¬ heizvorrichtung mit einem Wärmetauschsystem,
[0027] Figur 2 einen Teilschnitt durch eine der Vorrichtungen mit Wirbelbetten für das Wärmetauschsystem.
[0028] Eine Kühlvorrichtung 5 links und eine VorheizVorrichtung 2 rechts sind als Hauben ausgebildet dargestellt. Diese Hauben sind mit ihren Wandungen 3 über die Rezipienten 11 und 12 ge¬ stülpt, unter denen sich rechts die kühle Charge 1 und links die heiße,' abzukühlende Charge 4 befindet.
[0029] Nach Art bekannter Doppelvakuumglühöfen sind die Rezipienten 11 und 12 vakuumdicht mit' je einer Sockelkonstruktion 25 verbunden, in welcher vakuumdichte UmwälzVentilatoren 23 für die Gasumwäl¬ zung innerhalb der Rezipienteninnenräume 14 und 15 sorgen.
[0030] Beide Hauben für die Kühlvorrichtung 5 und für die VorheizVor¬ richtung 2 können mit deckelseitig angeordneten zusätzlichen Deckellüftern 24 versehen sein. Die Kühlvorrichtung 5 kann zu¬ sätzlich Wasserberieselungsvorrichtungen aufweisen, die nicht dargestellt sind.
[0031] Für die Durchführung verschiedener Variationen des erfindungsge¬ mäßen Verfahrens ist es zweckmäßig, die Durchlässe der Deckel¬ lüfter 24 zur Atmosphäre vakuumdicht verschließbar zu machen und wenigstens den Mantelraum 7 der Kühlvorrichtung 5 und vorzugs¬ weise auch den Mantelraum 8 der VorheizVorrichtung 2 in den Wär¬ metauschkreislauf mit einzubeziehen.
[0032] In der Wandung 3 der Kühlvorrichtung 5 sind an der Innenwandung 9 Wirbelbetten 6 vorgesehen, die als mehrfach übereinander ange¬ ordnete Ringkammern 18 ausgebildet sind, wobei die porösen Ein¬ blasöffnungen 21 in der oberen Wandung 20 der Ringkanäle 19 bzw. in dem Boden der Ringkammern 18 angeordnet sind. Das gleiche
[0033] - HREXt
[0034] OMPI
[0035] Λ. WIPO "• gilt ggf. auch zwischen der Wandung 3 der VorheizVorrichtung 2 und deren Innenwandung 10.
[0036] Die Blasgeschwindigkeit innerhalb der Wirbelbetten 6 ist so ein¬ gestellt, daß die Feststoffe (pulverisiertes Aluminumoxyd) nicht über die Ausgänge der Wirbelbetten 6 in das Leitungssystem 27 sowie den Ventilator.16 geraten können. Die Regulierung der ver¬ tikalen Luft- bzw. der Gasstromgeschwindigkeit ist daher von ausschlaggebender Bedeutung.
[0037] Zwischen der Kühlvorrichtung 5 und der VorheizVorrichtung 2 ist das isolierte Leitungssystem 27 vorgesehen. Die Zeichnung zeigt nicht alle ggf. erforderlichen Varianten der Leitungsführung. Sie soll lediglich darstellen, daß je nach der verwendeten Ver¬ fahrensvariante verschiedene Anordnungen zweckmäßig sind.
[0038] Die mit stark ausgezogenen Linien in der Figur 1 dargestellte Leitungsführung verläuft über die isolierte Leitung 13 und die Kreisleitung 17 aus dem Bereich der Wirbelbetten 6 der Kühlvor¬ richtung 5 unmittelbar in den Inneriraum 14 des Rezipienten 12 für die VorheizVorrichtung 2. Dort wird das Gas über einen Um¬ wälzventilator 23 umgewälzt und bei gleichzeitiger Aufheizung der Charge 1 abgekühlt über die Ventilatoren 16 den Wirbelbet¬ ten 6 der Kühlvorrichtung 5 wieder zugeleitet. In diesen nimmt das Gas erneut der heißen Charge 4 entnommene Wärme auf. Dann wiederholt- sich der Kreislauf.
[0039] Eine solche Verbindung ohne Verwendung von Inertgas ist nur dann möglich, wenn die in die Charge 1 indizierte Temperatur noch vergleichsweise gering ist. So können beispielsweise Ziehfette abgedampft werden, bevor die Erhitzung der Charge 1 so weit fortgeschritten ist, daß eine schädliche Auswirkung eintritt.
[0040] Es kann aber auch der Innenraum 14 des Rezipienten 12 nach ab¬ wechselndem Vakuumziehen und anschließendem Spülen eine Inert¬ gasfüllung erhalten und die Leitungsschaltung so gewählt werden, daß ein Tauschkreislauf zwischen den Rezipienteninnenräumen 14 und 15 erfolgt.
[0041] Auch ist es denkbar, den Rezipienteninnenraum 14 zu Wärmetausch¬ zwecken dann mit den Mantelräumen 8 der VorheizVorrichtung 2 zu verbinden, wenn diese und die Leitungen ebenfalls inertisiert sind.
[0042] Der Gaskreislauf kann bei bestimmten Einsatzfällen auch einer Beheizung unterzogen werden; dies geschieht durch eine externe HeizVorrichtung 26. Es ist aber auch möglich, innerhalb der Wir¬ belbetten 6, vorzugsweise bei .der VorheizVorrichtung 2, interne Beheizungseinrichtungen 22 anzuordnen. Weniger wichtig ist eine derartige Zusatzheizung bei der Kühlvorrichtung 5, obwohl auch das ggf. aus verfahrenstechnischen Gründen zweckmäßig sein kann.
[0043] Die beschleunigte, interne Aufheizung innerhalb der VorheizVor¬ richtung 2 kann auch durch Combustionserhitzung erfolgen. In diesem Falle wird in deren Wirbelbetten 6 brennbares Gas einge¬ führt und kontrolliert gezündet. Es lassen sich damit die Vor¬ heizvorgänge erheblich beschleunigen. Dann ist die Einbeziehung der Rezipienteninnenräume 14, 15 nicht sinnvoll.
[0044] Es liegt auf der Hand, daß auch die Innenräume 14, 15 der Rezi¬ pienten 11 und 12 nach Art bekannter Wirbelbettöfen so ausgebil¬ det werden könnten, daß das jeweils dort gebildete Wär eüber- gangsfluid sowohl der Wärmeabfuhr, als auch der Wärmezufuhr die¬ nen kann. Dabei ist es von besonderem Vorteil, daß das verwen¬ dete Aluminiumoxyd oder andere geeignete chemisch neutrale Fest- stoffpartikel keine chemischen Reaktionen mit den Chargen ein¬ gehen können, so daß lediglich auf die Reinheit des verwendeten Trägergases bzw. Wärmetauschgases geachtet werden muß.
[0045] Das strichpunktiert angedeutete Leitungssystem 27 mit den Flan¬ schen 28 soll die Abkuppelbarkeit der einzelnen Leitungen zur Herstellung variabler Funktionsabläufe andeuten. Es erübrigt sich, weitere, mögliche Schaltungen zu beschreiben, weil sie sich aus den erfindungsgemäßen Verfahrensabläufen bzw. den vor-
[0046] -%V RE OMPI
[0047] Ersatzblatt $b w_po ~ geschlagenen Vorrichtungen ohne weiteres ergeben.
[0048] Die Zeichnung nach Figur 2 ergänzt lediglich die Figur 1. Die Anordnung der Wirbelbetten 6, die internen Beheizungseinrichtun¬ gen 22, die porösen Einblasöffnungen 21, die Ringkammern 18 und die Ringkanäle 19 sowie, durch entsprechende Pfeile gekennzeich¬ net, die möglichen Umlaufwege des Wärmetauschgases sind in der vergößerten Darstellung deutlicher gemacht. Der Mantelraum 7 sei abgeschlossen, aber mit den Ablaufkanälen 29 der Wirbelbetten 6 verbunden. Dabei kann es sehr vorteilhaft sein, wenn anders als in der Figur 1 dargestellt, der von der VorheizVorrichtung 2 kommende, abgekühlte Gasstrom, ohne vorher die Wirbelbetten 6 zu durchströmen, den zwischen der Rezipientenwandung 30 und der Innenwandung 9 liegenden Mantelraum durchströmt, bevor das Gas in die Ringkanäle 19 und von dort aus über die porösen Einla߬ öffnungen 21 in die Ringkammern 18 der Wirbelbetten 6 einströmen kann.
[0049] Welche der Mögli.chkeiten, die sich aus der erfindungsgemäßen Anordnung und den erfindungsgemäßen Verfahren ergeben oder je¬ weils zum Einsatz kommen, ist eine Frage der Wirtschaftlichkeit für den jeweils geplanten Einsatzzweck der Vorrichtungen. Es wird abzuwägen sein, ob beide Ofenhauben oder nur eine von bei¬ den mit Wirbelbetten 6 versehen sein müssen. Gegebenenfalls kann bei identischer Ausbildung der beiden Vorrichtungen trotz scheinbaren Mehraufwandes bei Berücksichtigung der Leistungs¬ steigerung ein Kostenvorteil entstehen. Für den Fachmann ergibt sich eine Vielfalt von Anwendungsmöglichkeiten, die nicht zeich¬ nerisch dargestellt werden mußten.
权利要求:
Claims Patentansprüche
1. Verfahren zum Aufheizen, Glühen und Abkühlen von Metall- Chargen mit Hilfe von Topf- oder Haubenöfen, von denen we¬ nigstens zwei über Wärmetauscher, direkt oder indirekt, miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß aus einer, eine vorzuheizende, noch kühle Charge (1) umgebenden VorheizVorrichtung (2) (Haube oder Topf) kommendes, kühles Gas innerhalb der Wandung (3) einer, eine heiße, abzuküh¬ lende Charge (4) umgebenden Kühlvorrichtung (5) angeordnete Wirbelbetten (6) durchströmt, in denen sich durch das als Wärmetauscher dienende, vertikal strömende Gas im Schwebe¬ zustand gehaltenes, pulverisiertes Aluminiumoxyd oder der¬ gleichen befindet und danach das Gas über isolierte Leitun¬ gen von entsprechenden Ventilatoren (16) der VorheizVor¬ richtung (2) als Heizmedium im Kreislauf wieder zuge¬ führt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Wärmetauschgase .zusätzlich den Mantelraum (7) der Kühlvor¬ richtung (5) und/oder (8) der VorheizVorrichtung (2) zwi¬ schen der Innenwandung (9) der Kühlvorrichtung (5) bzw. (10) der VorheizVorrichtung (2) und dem Rezipienten (11) der Kühlvorrichtung (5) bzw. (12) der VorheizVorrichtung (2) durchströmen.
3. Verfahren nach einem der Verfahrensansprüche 1 und/ oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Rezipienten (12) der VorheizVorrichtung (2) zusätzlich zu der Inertisierung in dem Rezipienten (11) der Kühlvorrichtung (5) eine Inerti¬ sierung stattfindet, derart, daß im Wechsel durch Vakuum¬ ziehen und anschließender Inertgasflutung glühschädliche Bestandteile entfernt werden, um dann über isolierte Lei¬ tungen (13) durch eine entsprechende Klappensteuerung den so gefüllten Rezipienten (12) zum unmittelbaren Gasaus¬ tausch mit dem Innenraum (15) des Rezipienten (11) zu ver¬ binden.
4. Vorrichtung zur Durchführung einer oder mehrerer der Ver¬ fahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Kühlvorrichtung (5) und der Vorheizvor¬ richtung (2) abkuppelbare, über einen oder mehrere Venti¬ latoren (16) geführte Kreisleitungen (17) so angeordnet sind, daß der Gasstrom im Kreislauf zwischen beiden Vor¬ richtungen (2 und 5) wenigstens einmal ein aus mehreren Wirbelbetten (6) bestehendes Wärmetauschsystem durchströmt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelbetten (6) aus übereinander angeordneten Ringkam¬ mern (18) bestehen, wobei unter jeder Ringkammer (18) sich ein Ringkanal (19) befindet, dessen obere Wandung (20) po¬ röse Einblasöffnungen (21) zu den darüberliegenden Wirbel¬ betten (6) aufweist.
6. Vorrichtung nach- Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß gekühltes Gas durch den Mantelraum (7) der Kühlvorrichtung (5). geleitet wird und erst dann in die Wirbelbetten (6) einströmt, sowie dieser Mantelraum (7) gegenüber der At¬ mosphäre und/oder dem Wirbelbettbereich abschottbar ist.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auch die VorheizVorrichtung (2) mit als Wirbelbetten (6) ausgebildeten Wärmetauschern ver¬ sehen ist.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Innenräume (14, 15) der Rezipienten (11, 12) im Leitungskreislauf mit den Wirbelbetten (6) zusammengeschaltet sind, und in dem so gebildeten Kreislauf ausschließlich Inertgas umläuft.
9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrichtung (5) und/ oder die VorheizVorrichtung (2) mit Beheizungseinrichtungen (22) vorzugsweise innerhalb der Wirbelbetten (6) versehen sind.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rezipienten (8, 9) mit va¬ kuumdichten Umwälzventilatoren (23) versehen sind.
11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelbetten (6) vor¬ zugsweise der VorheizVorrichtung (2) mit einer Combustions- heizung versehen sind.
O PI ^ -^WIP0 . Bezugszeichenliste
1 kühle Charge
2 VorheizVorrichtung
3 Wandung
4 heiße, abzukühlende Charge
5 Kühlvorrichtung
6 Wirbelbetten
7 Mantelraum der Kühlvorrichtung 5
8 Mantelraum der VorheizVorrichtung 2
9 Innenwandung der Kühlvorrichtung 5 0 Innenwandung der VorheizVorrichtung 2 1 Rezipient der Kühlvorrichtung 5 2 Rezipient der VorheizVorrichtung 2 3 isolierte Leitung 4 Innenraum des Rezipienten 12 5 Innenraum des Rezipienten 11 6 Ventilatoren 7 Kreisleitung 8 Ringkammern 9 Ringkanäle 0 Obere Wandung 1 poröse Einblasöffnungen 2 interne Heiz orrichtung 3 UmwälzVentilatoren 4 Deckellüfter 5 Sockelkonstruktibn 6 externe HeizVorrichtung 7 Leitungssystem 8 Flansche 9 Ablaufkanal 0 Rezipientenwandung
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引用文献:
公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
法律状态:
1985-04-11| AK| Designated states|Designated state(s): BR JP US |
1985-04-11| AL| Designated countries for regional patents|Designated state(s): AT BE CH DE FR GB LU NL SE |
优先权:
申请号 | 申请日 | 专利标题
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