Elektrischer Widerstandsofen. Elektrische Widerstandsöfen, insbeson dere für hohe Ofentemperaturen, konnten für die meisten Anwendungsgebiete bisher aus dem Grunde nicht hergestellt werden, weil kein Material existiert, das die ge wünschten hohen Temperaturen aushält, ohne zu oxydieren. Hochschmelzende Metalle, wie Wolfram und Molybdän, verbinden sich mit dem Sauerstoff der Innft, sobald sie auf dunkle Rotglut gelangen, bei der sie noch zeit von ihrem Schmelzpunkt entfernt sind und somit weit höher erhitzt werden könn ten, falls die Oxydation nicht einträte.
An dere Metalle, die zwar nicht so hohe Tem peraturen vertragen, wie Wolfram und Mo lybdän, jedoch die bisher üblichen elektri schen Widerstandsmaterialien weit über treffen würden, sind nur in geringster Zahl vorhanden und, wie zum Beispiel Platin, viel zu kostbar, um für Widerstandsöfen in gewerblichen Betrieben Anwendung finden zu können.
Die Erfinder haben daher schon lange versucht, Molybdän und Wolfram in elek- trischen Widerstandsöfen nutzbar zu ma chen. Hierzu wurden sie dadurch angeregt, dass die Anwendung von Heizfolien aus Mo lybdän oder Wolfram in jenen industriellen Betrieben ohne weiteres möglich ist, in de nen zum Beispiel diese Metalle selbst erzeugt werden, da in den betreffenden Widerstands öfen Molybdän- und Wolframstäbe in einer Wasserstoffatmosphäre verarbeitet werden und diese letztere das Oxydieren der Heiz- folie selbst wirksam verhindert.
Überall dort aber, wo im Ofen selbst Wasserstoff nicht gebraucht wird, würde die dauernde Isolierung der Heizfolie gegen die Aussenluft mittelst einer Wasserstoffatmo sphäre mit erheblichen Kosten verbunden sein, da der Wasserstoff hierbei verbraucht wird, und würde darüber hinaus gefährlich sein, da Wasserstoff leicht mit der Luft ein explosibles Gemisch bildet und somit der Umgang mit Wasserstoff besonderes, aus gebildetes und zuverlässiges Personal er fordert.
Alle Versuche, Heizfolien aus Molybdän oder Wolfram gegen Sauerstoffzutritt aus der Luft zu schützen, sind jedoch bisher fehlgeschlagen. Umkleidungen znit Asbest, dem einzigen Isoliermaterial, das auch höhere Temperaturen aushält, haben sich nicht be währt, da Asbest in jeder Form mehr oder weniger porös ist und den Sauerstoff zu treton lässt. Versuche des Erfinders mit Isolierungen aus Graphit, einem andern hochsebmelzenden Stoff, haben sich gleich falls nicht bewährt, da Graphit elektrisch leitend ist und somit erhebliche Stromver luste bedingt.
Weitere planmässige Versuche auf die sem Gebiet haben nun das überraschende Er gebnis gezeitigt, dass eine vollständige Iso lierung des Widerstandsmaterials aus Mo lybdän bezw. Molybdänlegierungen oder Wolfram bezw. Wolframlegierungen gegen Luft dadurch gelingt, dass\ man Holzkohle oder ein anderes, nicht leitendes Kohlen material zum Umkleiden des Widerstands materials benutzt.
Diese Stoffe halten alle vorkommenden höchsten Temperaturen aus und verwehren anderseits dem Sauerstoff den Zutritt zum Widerstandsmaterial. Bei andauernden, besonders hohen Temperaturen kann es eintreten, dass das Kohlenmaterial oberflächlich sich mit dem Luftsauerstoff verbindet, also verbrennt. Es ist dann nur nötig, von Zeit zu Zeit frische Holzkohle oder dergleichen aufzuschütten, um die dauernde Luftisolierung und Brauchbarkeit des Widerstandsmaterials zu sichern. Vor zugsweise wird die Holzkohle oder das sonstige, nicht leitende Kohlenmaterial in feiner Pulverform verwendet.
Die Erfindung sei anhand zweier Aus führungsbeispiele der Zeichnung näher er läutert.
Abb. 1 zeigt einen schematischen Quer schnitt durch einen schrägen Widerstands ofen, der besonders als Schmelzofen für hoch schmelzende Erze benutzt werden kann und von dem angenommen ist, da-ss, er um seine schräge. K'ehse umläuft; Abb. 2 zeigt im schematischen Schau bild einen liegenden, ruhenden Ofen.
Der Ofen gemäss- Abb. 1 besteht aus dem Schmelztiegel 1 aus Quarz oder Zirkon- erde, je nach der zu erreichenden Tempera tur des zu behandelnden Gutes, 2 ist eine äussere Wärmeisolierung, beispielsweise aus Schamotte und Kieselgur, die aussen in einem Ring 3 aus Gusseisen gehalten ist, der übrigens auch einen Boden besitzen kann. Um den Tiegel 1 ist das elektrische Widerstandsmaterial 4 aus Molybdän, Wol fram oder Legierungen dieser Stoffe schrau- benlinienförmig gewickelt; es ist gleich gültig, ob das Widerstandsmaterial runden oder eckigen, insbesondere quadratischen oder rechteckigen Querschnitt besitzt.
Die elektri schen Zu- und Ableitungen sind an geeig neter Stelle isoliert herausgeführt und nicht dargestellt. Der Raum aussen zwischen dem Tiegel und um die Widerstandsdrähte oder =Folien 4 einerseits und der Innenwandung des Körpers 2 anderseits ist nun mit vor zugsweise fein pulverisierter Holzkohle 5 dicht, beispielsweise durch Einstampfen, ausgefüllt. Der äussere Abschluss ist durch einen ringförmigen Deckel 6 aus Gusseisen geschaffen, der einerseits den Tiegel 1 hält und anderseits auf dem Aussenrand des Stückes 2 befestigt ist.
Die Erfahrung hat nun gelehrt, dass tatsäch lich keine Luft durch die Holzkohle hin durch an die in ihr eingebetteten Wider standsmaterialien 4 herankommen kann. Sollte Holzkohle bei höchsten Temperaturen im geringsten Masse verbrennen, so kann durch einen Einfülltrichter 7, der durch einen Hahn 8 abgeschlossen werden kann, von Zeit zu Zeit frische Holzkohle nach gefüllt werden.
Viel einfacher ist noch die Herstellung und Aufrechterhaltung des Betriebes eines liegenden Ofens gemäss Abb. 2.
Dieser besteht aus dem als Rohr 9 be liebigen Querschnittes und geeigneten Ma terials gebildeten Schmelzraum, der in ein Bett aus Holzkohle 5 vollständig eingelas sen ist. Die Holzkohle selbst ist wiederum in einem oben offenen Trog oder dergleichen 2 aus Schamotte oder dergleichen gehalten, und dieser Trog kann wiederum aussen durch eine Eisenwand 3 zusammengehalten sein. Der Abschluss des Troges und des Holz kohlenbettes vorne und hinten kann in jeder geeigneten Weise, beispielsweise auch durch eine Gusseisenwand, erfolgen. 4 sind wieder um die Heizspiralen oder =Folien aus Mo lybdän, Wolfram oder deren Legierungen.
Sollte hier im Laufe des Betriebes ein geringfügiger Abbrauch von Holzkohle stattfinden, so braucht diese in einfachster Weise von Zeit zu Zeit nur oben aufgeschüt tet zu werden. Natürlich kann der Trog von oben durch einen Deckel aus geeignetem Material geschlossen sein.
An Stelle von Holzkohle können andere Kohlenarten Anwendung finden, welche nicht elektrisch leitend sind.
Da gewisse Holz- und andere an sich nicht elektrisch leitende Kohlearten Bei mengungen an leitenden Metallen in kleiner Menge enthalten, hart es sich als vorteilhaft erwiesen, solchen Holz- und andern Kohle arten hochschmelzende Oxyde beizumengen, wie zum Beispiel Calciumoxyd, Magnesium oxyd, Aluminiumdioxyd, oder solche Verbin dungen dieser Oxyde, die beim Glühen in diese Oxyde übergehen. Es werden in sol chen Fällen die erwähnten Oxyde oder deren Verbindungen in vorzugsweise feinverteilter Form der zerkleinerten Holz- oder sonstigen nicht leitenden Kohle beigemischt, um die wenn auch geringe Leitfähigkeit der die Oxydation der Widerstandsmaterialien ver hindernden Schutzmasse zu vernichten.
Electric resistance furnace. Electric resistance furnaces, in particular for high furnace temperatures, could not be manufactured for most areas of application for the reason that no material exists that can withstand the high temperatures desired without oxidizing. High-melting metals, such as tungsten and molybdenum, combine with the oxygen in the interior as soon as they reach a dark red heat, at which they are still far from their melting point and could therefore be heated much higher if oxidation did not occur.
Other metals that do not tolerate such high temperatures, such as tungsten and Mo lybdenum, but would far exceed the usual electrical resistance materials, are only available in very small numbers and, such as platinum, are far too valuable to be used for To be able to find resistance furnaces in commercial operations.
The inventors have therefore long tried to make molybdenum and tungsten usable in electric resistance furnaces. To this end, they were encouraged by the fact that the use of heating foils made of molybdenum or tungsten is easily possible in those industrial companies in which, for example, these metals are produced themselves, since molybdenum and tungsten rods are processed in a hydrogen atmosphere in the resistance furnaces concerned and the latter effectively prevents the heating foil itself from oxidizing.
However, wherever hydrogen is not used in the furnace itself, the permanent insulation of the heating foil from the outside air by means of a hydrogen atmosphere would be associated with considerable costs, since the hydrogen is consumed in this process, and would also be dangerous, since hydrogen is easily absorbed the air forms an explosive mixture and therefore the handling of hydrogen requires special, trained and reliable personnel.
All attempts to protect heating foils made of molybdenum or tungsten against the ingress of oxygen from the air, however, have so far failed. Linings with asbestos, the only insulating material that can withstand higher temperatures, have not proven to be effective, since asbestos in every form is more or less porous and allows the oxygen to enter. Attempts by the inventor with insulation made of graphite, another high-melting substance, have not proven to be effective either, since graphite is electrically conductive and thus causes considerable losses in electricity.
Further planned attempts in this field have now produced the surprising result that a complete insulation of the resistance material from Mo lybdenum or. Molybdenum alloys or tungsten respectively. Tungsten alloys against air can be achieved by \ using charcoal or another non-conductive carbon material to clad the resistance material.
These substances withstand all the highest temperatures that occur and, on the other hand, prevent oxygen from accessing the resistance material. With persistent, particularly high temperatures, it can happen that the carbon material superficially combines with the oxygen in the air, i.e. burns. It is then only necessary to pour fresh charcoal or the like from time to time in order to ensure the permanent air insulation and usability of the resistance material. Preferably, the charcoal or other non-conductive charcoal material is used in fine powder form.
The invention will be explained in more detail using two examples from the drawing.
Fig. 1 shows a schematic cross-section through an inclined resistance furnace, which can be used particularly as a melting furnace for high-melting ores and which is assumed to be around its incline. K'ehse goes around; Fig. 2 shows a schematic diagram of a lying, resting furnace.
The furnace according to Fig. 1 consists of the crucible 1 made of quartz or zirconium earth, depending on the temperature to be reached of the goods to be treated, 2 is an external thermal insulation, for example made of fireclay and kieselguhr, the outside in a ring 3 from Cast iron is held, which, by the way, can also have a bottom. The electrical resistance material 4 made of molybdenum, tungsten or alloys of these substances is wound around the crucible 1 in the shape of a helix; it does not matter whether the resistor material has a round or angular, in particular a square or rectangular cross section.
The electrical supply and discharge lines are led out isolated at a suitable location and not shown. The space outside between the crucible and around the resistance wires or = foils 4 on the one hand and the inner wall of the body 2 on the other hand is now tightly filled with preferably finely powdered charcoal 5, for example by pounding. The outer closure is created by an annular cover 6 made of cast iron, which on the one hand holds the crucible 1 and on the other hand is attached to the outer edge of the piece 2.
Experience has now shown that actually no air can get through the charcoal through to the resistance materials 4 embedded in it. If charcoal burns to the slightest extent at the highest temperatures, fresh charcoal can be refilled from time to time through a funnel 7, which can be closed by a tap 8.
The production and maintenance of the operation of a horizontal furnace according to Fig. 2 is much easier.
This consists of the tube 9 be any cross-section and suitable Ma terials formed melting space, which is fully sen in a bed of charcoal 5. The charcoal itself is in turn held in a trough open at the top or the like 2 made of fireclay or the like, and this trough can in turn be held together on the outside by an iron wall 3. The completion of the trough and the charcoal bed at the front and rear can be done in any suitable manner, for example by a cast iron wall. 4 are again around the heating coils or = foils made of Mo lybdenum, tungsten or their alloys.
If there is a slight consumption of charcoal in the course of operation, it only needs to be poured up on top in the simplest way from time to time. Of course, the trough can be closed from above by a cover made of a suitable material.
Instead of charcoal, other types of charcoal can be used which are not electrically conductive.
Since certain types of wood and other types of carbon which are not electrically conductive in themselves contain small amounts of conductive metals, it has proven advantageous to add high-melting oxides to such types of wood and other types of carbon, such as calcium oxide, magnesium oxide, aluminum dioxide, or those compounds of these oxides which are converted into these oxides on annealing. In sol chen cases, the mentioned oxides or their compounds in preferably finely divided form are added to the crushed wood or other non-conductive charcoal in order to destroy the protective compound which prevents the oxidation of the resistance materials, albeit low.