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Verfahren zum Betrieb wasserstoffdurchspülter Durchsatzöfen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb von wasserstoffdurchspülten Durchsatzöfen, u. zw. solcher, die der Erzielung hoher Temperaturen und zur Reduktion von Metalloxyden dienen, wie sie beispielsweise in der Pulvermetallurgie vielfach benötigt werden. Die hohen Tempera- turen werden mit Hilfe von Heizleitern aus hochschmelzenden Metallen, wie Molybdän,
Wolfram, Tantal, Niob od. dgl., erzielt. Da die
Heizleiter aus den genannten Metallen oder auch deren Legierungen sehr stark zur Oxydation neigen, ist es unbedingt erforderlich, Öfen dieser
Art mit Wasserstoff als Schutzgas zu betreiben, insbesondere wenn das Einsatzgut reduziert werden soll.
Solche Öfen bestehen im allgemeinen aus einem rechteckigen oder zylindrischen Mittel- teil, in welchem unter genügender Wärme- isolierung die Drähte, Bänder oder Stäbe aus den erwähnten Metallen untergebracht sind. Der
Reaktionsraum des Mittelteiles ist mit axial daran angeschlossenen rohrförmigen Ansätzen versehen, die aus dem Mittelteil herausragen.
Diese Ansätze dienen dazu, das Gut auf der einen Seite einzusetzen und auf der anderen
Seite nach Durchlaufen des Ofens wieder zu entnehmen, wobei durch Kühlung dieser Ansätze dafür Sorge getragen wird, dass die Temperaturen an der Einsatz-und Entnahmestelle verhältnismässig niedrig liegen. Das Wasserstoff-Schutzgas durchspült den gesamten Ofenraum von einem der Ansätze aus beginnend bis zum anderen Ansatz.
Infolge der Verwendung von WasserstoffSchutzgas sind solche Öfen an sich explosionsgefährdet. Es lässt sich aber, wie die Erfahrung lehrt, ein gefahrloser Betrieb aufrecht erhalten, wenn dafür gesorgt wird, dass das Schutzgas ständig mit Überdruck den Ofen durchströmt und dass die Klappen für den Einsatz und die Entnahme des Gutes nicht gleichzeitig geöffnet werden. Sehr wichtig ist ferner, dass der Ofen, der aus dem vorderen und dem rückwärtigen Ansatz, sowie aus dem Mittelteil besteht, waagerecht steht oder höchstens nur eine äusserst geringe Neigung besitzt, weil sonst infolge der Kaminwirkung ein Eindringen von Sauerstoff beim Öffnen selbst nur einer Klappe nicht verhindert werden könnte.
Die Kaminwirkung ist bei einem derartigen Ofen einerseits der hohen
Temperaturen wegen und anderseits wegen des geringen spezifischen Gewichtes des Wasser- stoffes ausserordentlich gross, so dass erhebliche
Explosionsgefahr besteht. Im übrigen ist selbst- verständlich für eine allseitig gute Dichtung zu sorgen, damit ein Eindringen von Sauerstoff und damit die Entstehung des gefährlichen Knall- gases vermieden wird.
Obwohl in der Fachwelt gegen die Einführung grosser wasserstoffdurchspülter Öfen wegen
Explosionsgefahr Bedenken bestanden, haben sich die Öfen der genannten Art inzwischen in der
Praxis bewährt, und, soweit die oben erwähnten
Vorsichtsmassregeln peinlichst beobachtet wurden, ist es zu Explosionsschäden in nennenswertem
Umfang nicht gekommen.
Beim Betrieb solcher Durchsatzöfen ergeben sich jedoch Schwierigkeiten. Das Gut wird im allgemeinen in Schiffchen gepackt durch den Ofen geführt. Diese Schiffchen bestehen entweder aus Eisen, keramischem Material oder Graphit. Bei ihrer Wanderung durch den Ofen gleiten sie auf Formsteinen oder auf Stützen aus hochschmelzenden Metallen, wie Molybdän, Wolfram u. dgl. Bei den hohen Temperaturen, die meist 1000 C überschreiten und im allgemeinen bei 1150 C liegen, ist der Reibungswiderstand zwischen den das Glühgut tragenden Schiffchen und den Gleitkörpern des Ofens wesentlich grösser als bei niederen Temperaturen.
Während sich hiedurch bei Schiffchen aus Graphit keine grossen Schwierigkeiten ergeben, führt dies bei Schiffchen aus Eisen oder aus keramischem Material zur Beschädigung nicht nur der Schiffchen selbst, sondern auch des Gutes.
Es ist nämlich erforderlich, den Schiebedruck für den Durchsatz der Schiffchen von einem Ende ausgehend von Schiffchen zu Schiffchen selbst zu übertragen. Infolge der erwähnten Erhöhung des Reibungswiderstandes und einer gewissen Klebneigung, verbunden mit der geringen Festigkeit der einzelnen Teile bei den erhöhten Temperaturen, werden die Schiffchen unter dem Vorschubdruck zusammengedrückt. Nach einmaligem Durchsatz sind sie unbrauchbar, ganz abgesehen davon, dass auch das Gut mehr oder minder beschädigt ist.
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Eine geringe Schräglage des Ofens mit einer Neigung in Richtung des Vorschubes hat eine geringfügige Verminderung der Schwierigkeiten gebracht, ohne sie indes zu beseitigen. Es bestand noch immer eine erhebliche Explosionsgefahr, obwohl man gerade mit Rücksicht auf diese Gefahr im äussersten Falle eine Neigung von nur 80 für zulässig erkannt hatte.
Demgegenüber wird gemäss der Erfindung vorgeschlagen, wasserstoffdurchspülte Durchsatz- öfen, insbesondere für Sinterzwecke, mit rechteckigem oder zylindrischem Ofenraum und axial daran angeschlossenen rohrförmigen Ansätzen, von denen der eine zum Einsetzen und der gegenüber angeordnete zur Entnahme des zu behandelnden Gutes dient, zu verwenden, wobei der Ofen während der Wärmebehandlung des Sinter-, Glüh-oder Reduktionsgutes mit einer vorzugsweise etwa 220 betragenden Neigung in Vorschubrichtung betrieben und zum Einsetzen und Entnehmen des Gutes jedesmal in die waagerechte Lage gekippt wird. Bei Anwendung dieser Massnahmen wird erreicht, dass der Durchsatz der Schiffchen mit einem äusserst geringen, von Schiffchen zu Schiffchen zu übertragenden Vorschubdruck und ohne Explosionsgefahr vorgenommen werden kann.
Die Schiffchen sind daher, selbst wenn sie aus Eisen hergestellt sind, mehrmals zu gebrauchen und eine Beschädigung des Gutes erscheint so gut wie ausgeschlossen.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass keine der Schwierigkeiten eingetreten ist, die man auf Grund der Erfahrungen mit den bisher allein üblichen, feststehenden wasserstoffdurchspülten Durchsatzöfen erwarten musste. Da die feststehenden Öfen naturgemäss festliegende Zuleitungen für das Schutzgas haben, glaubte man zunächst befürchten zu müssen, dass die für einen kippbaren Ofen erforderlichen beweglichen Zuleitungen für das äusserst schwer zu behandelnde Wasserstoffgas zu einer erheblichen Betriebsunsicherheit führen könnten. Es hat sich indes gezeigt, dass die Zufuhr des Wasserstoffgases über bewegliche Kniegelenkleitungen ohne Gefahr erfolgen kann.
Ferner hat es sich überraschenderweise erwiesen, dass selbst unter den erschwerten Bedingungen einer Abdichtung gegen Wasserstoff bei hohen Temperaturen die keramischen Teile des Ofens unter der Kippbewegung und den damit verbundenen Erschütterungen nicht leiden und dass die Gasdichtheit des Ofens auch im Dauerbetrieb erhalten bleibt. Es musste auch vermutet werden, dass bei Schräglage des Ofens unter Einfluss der an sich bestehenden Klebneigung bei hohen Temperaturen der Vorschub der Schiffchen sich ungleichmässig gestalten würde. Die Klebneigung schwankt naturgemäss und es musste damit gerechnet werden, dass eine Anzahl der Schiffchen den Ofenraum mit einer grösseren Geschwindigkeit durchlaufen würde als andere, so dass ein schlüssiger, vom letzten auf alle anderen Schiffchen zu übertragender Vorschub nicht zu erreichen sein würde.
Auch diese Befürchtung hat sich im praktischen Betrieb nicht bewahrheitet. Es gelingt vielmehr, entgegen der Ansicht der Fachwelt, Kippöfen der angegebenen Art mit dem Verfahren nach der Erfindung vollkommen gefahrlos zu betreiben.
Es ist lediglich erforderlich, sicherzustellen, dass in der Schräglage die Klappen für Einsatz und Entnahme nicht geöffnet werden und dass sämtliche Teile des Ofens an sich dicht sind.
Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeigneten Ofens dargestellt. Mit 1 ist der Mittelteil des Ofens bezeichnet, während 2 und 3 die axial daran angeschlossenen rohrförmigen Ansätze darstellen. Die Kippeinrichtung besteht in einfacher Weise aus einem Kippstuhl 4, der am zylindrischen oder rechteckigen Mittelteils vorgesehen ist. Dieser Stuhl ist mit halbkreisförmigen oder sonstwie kurvenförmig gestalteten Schienen 5 versehen, die auf angetriebenen Rollen 6 laufen. Die Vorschubrichtung des Gutes ist durch den Pfeil 7 angedeutet. Durch den Antrieb der Rollen in der einen oder anderen Richtung wird die Kipplage bzw. die waagerechte Lage eingestellt.
In an sich bekannter Weise können Endschalter vorgesehen werden, die sicherstellen, dass ein Kippen des Ofens in zu starkem Masse verhindert wird.