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Hochtemperaturofen DieErfindung betrifft einenHochtemperaturofen, der fürdieBehandlungvonMaterialteilen einer feuer- beständigen Art geeignet ist und mit einer Zuführung heissen Gasplasmas verbunden ist.
Es ist bekannt, die Geschwindigkeit des plasmabildenden Gases so zu wählen, dass das Gas an einem düsenförmigenAuslass austreten kann und in Form eines freien Plasmastromes den elektrischen Bogen ver- lässt. Dieser Plasmastrom wird gegen das zu erwärmende Material geleitet.
Erfindungsgemäss wird vorgeschlagen, dass ein durch eine hitzebeständige Wand begrenzter Strömungs- weg für das Plasma vorgesehen ist und dass an räumlich getrennten Bereichen des Strömungsweges Elektro- den angeordnet sind, die einen elektrischen Heizstrom durch das Plasma leiten. Dabei kann der Strömungs- weg durch ein Rohr gegeben sein, an dem die Elektroden angeordnet sind, wobei Zufuhreinrichtungen für einen Heizgleichstrom zu den Elektroden vorgesehen sind.
Nachstehend wird eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben, die einen axialen Querschnitt durch einen zylindrischen Ofen zeigt :
In diesem Beispiel sind der Ofen und seine Betriebsweise dazu eingerichtet und bestimmt, aus Materialteilen feuerbeständiger Art Sphäroide zu bilden, die eine Teilchengrösse von etwa 100 Mikron haben.
Früher war es besonders schwierig, regelmässig geformte, im wesentlichen sphärische Teilchen aus feuerbeständigem Material, wie Oxyden oder Karbiden von nuklearen Brennstoffmetallen, zu formen, die bei der Herstellung in Teilchenform durch übliche Methoden in der Form unregelmässig, hart und spröde sind und Risse aufweisen.
Der in der Zeichnung dargestellte Ofen umfasst ein keramisches, feuerbeständiges Rohr 1, das vertikal zwischen oberen und unteren wassergekühltenKupferhülsen 2, 3 angeordnet ist,. die die Elektroden bilden.
Die obere Elektrode 2 ist an einem Metallflansch 4 befestigt. Der obere Flansch 4 trägt einen Restplasmaerzeuger 5 mit einer Kapazität von etwa 500 W, der so angeordnet ist, dass er einen Restplasmastrahl in das Innere des Rohres 1 leitet. Innerhalb der unteren Elektrodenhülse 3 stützt sich das keramische Rohr 1 gegen ein Ende eines Kupferrohres 6 ab, das an seinem andern Ende 6a geschlossen ist und in dem sich eine entsprechend bemessene Menge eines Niederdampfdrucköles 7 befindet.
Die untere Elektrode 3 ist an einem unteren Metallflansch 8 befestigt. Zwischen den beiden Flanschen 4, 8 erstreckt sich ein keramisches Rohr 9, das einen ringförmigen Raum 10 um das innere Rohr 1 begrenzt. Der Raum 10 wird über die Leitung 11 entleert, die den unteren Flansch 8 durchdringt. Das Innere des Kupferrohres 6 ist über die Leitung 12 an eine nicht dargestellte Vakuumquelle angeschlossen.
Zur Zuführung der Teilchen zum Arbeitsabschnitt des Rohres ist der obere Flansch 4 durchbohrt, wodurch ein Durchlass 13 gebildet ist. Dieser steht mit dem Inneren des Rohres und mit einem Rohr 14 in Verbindung, das einen kleinen Durchmesser aufweist und über das Ventil 16 zu einem geschlossenen Pulverzufuhrbehälter 15 führt. Der Behälter kann mittels eines elektrischen Schwingungserzeugers 17 in Schwingungen versetzt werden, so dass ein dauernder Zustrom der in dem Behälter enthaltenen Teilchen gewährleistet ist.
Zwischen dem Oberteil des Behälters 15 und der Leitung 12 ist ein Rohr 18 angeschlossen, um einen Druckausgleich zwischen dem Raum oberhalb des Behälters 15 und dem Inneren der Rohre 1, 6 herbeizuführen.
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Zum Betrieb des Ofens wird an die KupferelektrodenhülseneinPotentialvon 100 V Gleichstrom angelegt und beibehalten, wobei die Elektrode 3 die Anode bildet, und der Restplasmaerzeuger 5 wird einge- schaltet. Sobald genügend ionisiertes Gasrestplasma im Rohr 1 enthalten ist, fliesst der Strom von der unterenKupferanode durch das ionisierte Gas zur oberen Kathodenelektrode 2. Das Restplasmagas wandert durch denArbeitsabschnitt des Rohres (zwischen den Elektroden) und wird fiber die Leitung 12 aber die Vakuumquelle ständig entfernt.
Die Temperatur innerhalb des Rohres steigt rasch auf etwa 15000 C an. Abhängig von dem Material, aus dem das Rohr 1 gebildet ist, können auch höhere Temperaturen erreicht werden.
Hierauf lässt man das Teilchenmaterial, das UC sein kann, aus dem Behälter 15 entlang dem Rohr 14 fliessen und in das Rohr 1 eintreten, wo zufolge der vergrösserten Verweilzeit in dem widerstandgeheizten Gaspläsma über eine erhebliche Länge des Plasmaflusses die Teilchen Schmelztemperatur erreichen und Sphäroide bilden können. Die Sphäroide fallen vom Arbeitsabschnitt des Rohres zum Ende 6a des Rohres 6, wo sie in dem darin enthaltenen Öl 7 abgekühlt und verfestigt werden.
Die Arbeitstemperatur des Ofens ist normalerweise durch die Temperatur begrenzt, der das Rohr
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wendet. Es kann z. B. ein zusammengesetztes Rohr verwendet werden, das ein Thorerderohr umfasst, das innerhalb eines wasser-oder gasgekühltenSiliziumrohres angeordnet ist. Um jedoch diese Beschränkung zu vermeiden und doch die Erreichung einer sehr hohen Temperatur zu ermöglichen, kann das Restplas- magas durch die Anwendung eines verengenden magnetischen Feldes auf einen zentralen axialen Bereich des Rohres beschränkt werden.
Bei der oben beschriebenen Anwendung zum Schmelzen und Zusammenballen feuerbeständiger Teilchen wird eine jenen Einrichtungen anhaftende Schwierigkeit überwunden, die einen Restplasmastrahl zum Erhitzen der Teilchen verwenden. Das Problem bestand darin, die Teilchen in einer Zone des Plasmastrahles zu halten, die heiss genug und lang genug war, um die Teilchen zu schmelzen. Das obige Ver- fahren dehnt durch die Anwendung einer elektrischen Widerstandsheizung die Zone hoher Temperatur entlang dem Restplasmagasströmungsweg aus und es kann daher die anfängliche Plasmageschwindigkeit erheblich gesenkt und so die Verweilzeit erhöht werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Hochtemperaturofen, der mit einer Zuführung heissen Gasplasmas verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein durch eine hitzebeständige Wand begrenzter Strömungsweg für das Plasma vorgesehen ist und dass an räumlich getrennten Bereichen des Strömungsweges Elektroden (2,3) angeordnet sind, die einen elektrischen Heizstrom durch das Plasma leiten.