CH381778A

CH381778A - Device for electrical heating

Info

Publication number: CH381778A
Application number: CH341860A
Authority: CH
Inventors: Tanaka Yukio
Original assignee: To A Kako Kabushiki Kaisha
Priority date: 1959-04-27
Filing date: 1960-03-26
Publication date: 1964-09-15
Also published as: DE1801748U; NL250808A; NL121306C; US3025385A; GB885607A; DE1180385B; BE589173A; FR1233467A; AT219735B

Description

  

      Vorrichtung        zur    elektrischen     Erhitzung       Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrich  tung zur elektrischen     Erhitzung.     



  Bei bekannten Vorrichtungen dieser     Art    hat man  die Verwendung von     Salzbädern,    Widerstandsöfen,       Lichtbogenöfen,    Induktionsheizung,     Partikelheizung     usw. vorgeschlagen. Alle diese Einrichtungen bringen  Nachteile mit sich.  



  In den Salzbädern wird Salz verbraucht. Es haftet  an den Gegenständen, die erhitzt worden sind. In  folgedessen ist es notwendig, jeweils das Salz unter       Berücksichtigung    der     Art    des     zu    erhitzenden Gegen  standes auszuwählen und die     Erhitzungstemperatur     danach     einzustellen.    Wenn Wasser in das heisse Bad  tropft, besteht die Gefahr einer plötzlichen, explosiven  Verdampfung und gegebenenfalls einer Zersetzung  des Bades.     Dieses    Verfahren ist daher schwierig in  seiner Durchführung und seine Kosten sind hoch.  



  Widerstandsöfen nutzen die Erzeugung von Hitze  durch den     elektrischen    Widerstand aus, daher ist der  thermische Wirkungsgrad gering und der     Betrieb     des Ofens gestaltet sich nicht einfach.  



  Bei     Lichtbogenöfen    liegt die Arbeitstemperatur  sehr hoch. Ihre Regelung ist     schwierig    und der ther  mische Wirkungsgrad ist     niedrig.     



  Öfen mit Induktionsheizung sind in ihrem Auf  bau und in der     elektrischen    Einrichtung teuer und  ihr     Betrieb    ist     schwierig.     



  Es bleiben nun noch die Öfen mit     Partikelheizung.     Man benutzt zur Hitzeerzeugung     Kohlenstoffteilchen.     Es ist aber nicht leicht, die zu erhitzenden Gegen  stände in den Ofen einzubringen. Die Erhitzung er  folgt nicht gleichmässig und man muss     zur    Herab  setzung der Leistung einen Widerstand vorsehen, um  den für Kohlenstoff     charakteristischen    negativen  Widerstand zu kompensieren.  



  Die neue     Vorrichtung    umfasst     erfindungsgemäss     eine     Kammer,    die ein elektrisch leitendes Pulver ent-    hält, einen     mikroporösen    Zwischenboden besitzt,  Mittel     aufweist,    um das Pulver durch     Zuführung        eines     Gases durch den     Zwischenboden        aufzuwirbeln,    und  Elektroden     enthält,    um einen elektrischen Strom  durch das     aufzuwirbende    Pulver zu schicken.  



  Die     erfindungsgemässe    Vorrichtung zur elektri  schen Erhitzung gestattet eine     verhältnismässig    hohe       Erwärmung,    wobei sich aber die Regelung der Tem  peratur leicht durchführen lässt und der Regelbereich  gross ist.  



  Der Betrieb der Vorrichtung gestaltet sich     einfach     und ist nur mit geringen Kosten verbunden.  



  In der neuen Vorrichtung kann ein metallischer  Gegenstand auch dann     gleichmässig        erhitzt    werden,  wenn er eine unregelmässige Gestalt aufweist.  



  Der mikroporöse Zwischenboden kann beispiels  weise aus einer     Flachziegelplatte    bestehen, die jedes  Gas     durchlässt,    nicht aber das elektrisch leitende  Pulver. Das Pulver kann     Kohlenstoffpulver    oder ein  Halbleiterpulver, wie     Siliziumkarbid    sein, das ge  nügend Strom durchlässt. Die Korngrösse des Pulvers  hängt von seinem     spezifischen    Gewicht     und    anderen       physikalischen    Eigenschaften des Materials ab, aus  dem das Pulver besteht. Es muss sich zur     Aufwirbe-          lung    eignen.

   Für     Kohlenstoffpulver    ist eine     Korngrösse          zweckmässig,    bei der das Pulver durch ein Sieb von  100 bis 150 Maschen pro 25 mm hindurchgeht. Der  Gasdruck zur     Aufwirbelung    des Pulvers richtet sich  nach der Dicke und der     Porosität    des Zwischen  bodens. Bei Anwendung von Luft     kann,    ein Druck  von 4-10     kg/cm2        vorteilhaft    sein. Anstelle von Luft  kann man auch Stickstoff oder ein anderes     inertes     Gas benutzen, insbesondere, wenn eine Oxydation  vermieden werden soll.

   Die Gestalt der Elektroden  ist vorteilhaft so gewählt, dass sich die Stromdichte  in der Kammer möglichst     gleichmässig    verteilt. Man  kann den     Stromflug    durch     Hilfselektroden        zusätzlich         beeinflussen. Der angewandte elektrische Strom kann  Wechselstrom beliebiger Frequenz, aber auch Gleich  strom sein.  



  Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an  hand der Zeichnung     näher        erläutert.     



  Die Figur stellt einen     Vertikalschnitt    durch eine       Ausführungsform    einer Vorrichtung zur Erhitzung  dar. 1 ist die     Wirbelkammer    zur Erhitzung von Me  tallstücken. 2 bezeichnet das Bett des in der Kam  mer 1 aufgewirbelten, elektrisch leitenden Pulvers.  3 und 4 sind Elektroden, welche in das Bett 2 des  Wirbelpulvers eintauchen. Bei 6 ist der     mikroporöse     Zwischenboden zu sehen, der in die     Kammer    1 ein  gesetzt ist. Er lässt Gase, nicht aber das Pulver durch.  7 ist der Einlass für Druckgas am Boden der Kam  mer 1.  



  Wenn eine     Druckgasquelle    bei 7 angeschlossen  wird, strömt das Gas in der Richtung der Pfeile in  die Kammer 1 ein und wirbelt das darin enthaltene  Pulver auf. Das zu erhitzende Metallstück ist nicht ge  zeichnet. Es wird in das Wirbelbett 2 zwischen den  beiden Elektroden 3 und 4 eingetaucht. In dem Wir  belzustand schwimmt das Pulver und seine Teilchen  kommen miteinander in Berührung, und dann wieder  ausser Kontakt, wie bei einer     Molekularbewegung.     



  Sobald eine Stromquelle an die     Elektröden    an  gelegt wird, fliesst ein Strom durch die aufgewirbelte  Pulvermasse. Dadurch erzeugt die Pulvermasse Hitze,  und das zwischen die Elektroden eingesenkte Metall  stück wird erwärmt.  



  Der     exothermische    Vorgang kann wie folgt ver  standen werden:  Die Ursachen der Erhitzung sind in der     Jouleschen     Wärme zu suchen, welche durch den Widerstand im  Pulver selbst hervorgerufen wird, sowie im Kontakt  widerstand zwischen den     Pulverteilchen.    Wenn das  Pulver aus Kohlenstoff besteht und mit Druckluft  aufgewirbelt wird, entsteht bei der hohen Tempe  ratur weitere Wärme durch die     exothermische    che  mische Reaktion zwischen dem Kohlenstoff und dem  Sauerstoff der Luft. Dabei wird Kohlenstoff ver  braucht, der aber keine negative Widerstandscharak  teristik hat und als positive Belastung wirkt.  



  Das zu erhitzende Metallstück wird in das auf  gewirbelte Pulver in der Kammer eingetaucht und       ebenso    daraus entfernt. Infolgedessen ist der mecha  nische Widerstand beim Einsenken klein und die  Durchführung des Vorganges einfach und leicht.  Wenn der zu erhitzende Gegenstand auch eine ganz  unregelmässige Form hat, ist der Kontakt mit dem  feinen, aufgewirbelten Pulver doch stets     gleichmässig.     



  Wenn als elektrisch leitendes Pulver     Kohlenstoff     verwendet und Druckluft     eingepresst    wird, kann man  die metallischen Gegenstände bis auf eine Tempe  ratur von über 1000  C erhitzen. Benützt man anstelle    von Luft ein     inertes    Gas zur     Aufwirbelung    des Pul  vers, so kann man die Erhitzung bis auf etwa  1800  C steigern.  



  Die neue Vorrichtung kann auch zur Durchfüh  rung von     Sinterungsvorgängen    herangezogen werden.  Man kann bei Benutzung von     Kohlenstoffpulver        Auf-          kohlungen    vornehmen. Wenn man als Wirbelgas Am  moniak verwendet, lässt sich mit der Vorrichtung  Stahl     nitrieren.    Die Regelung der Temperatur ist  so leicht, dass die Vorrichtung auch als     thermostati-          sches    Bad dienen kann.  



  Bei Benutzung eines     Kohlenstoffpulvers,    das durch  ein Sieb mit 150 Maschen auf 25 mm hindurchgegan  gen war, von Kupferplatten mit einer Oberfläche von  50     cm2    als Elektroden im Abstand von 5 cm, von  einer 30 mm dicken, porösen     Flachziegelplatte    als  Zwischenboden, von Wechselstrom mit 100 Volt,  50 Perioden und einer Intensität von 100     Amp.,     und von Pressluft mit einem Druck von 7 kg;     cm2,     betrug die im Pulver erreichte Temperatur 1300  C.  Die Wirksamkeit des aufgewirbelten Pulvers war um  40     1/o    höher als bei fehlender     Wirbeiung.     



  Wenn man Schmelztiegel in die     Kammer    einsetzt,  z. B. einen     Graphitschmelztiegel,    ist es möglich, so  gar Metallstücke zu schmelzen.



      Electrical Heating Apparatus The present invention relates to an electrical heating apparatus.



  The use of salt baths, resistance furnaces, electric arc furnaces, induction heating, particle heating, etc. has been proposed in known devices of this type. All of these facilities have disadvantages.



  Salt is consumed in the salt baths. It sticks to the objects that have been heated. As a result, it is necessary to select the salt in each case, taking into account the type of object to be heated, and then adjust the heating temperature. If water drips into the hot bath, there is a risk of sudden, explosive evaporation and possibly decomposition of the bath. This method is therefore difficult to perform and high in cost.



  Resistance furnaces use the generation of heat by the electrical resistance, so the thermal efficiency is low and the operation of the furnace is not easy.



  The working temperature of electric arc furnaces is very high. They are difficult to control and the thermal efficiency is low.



  Induction heating furnaces are expensive in their construction and electrical equipment and are difficult to operate.



  There are now the stoves with particle heating. Carbon particles are used to generate heat. But it is not easy to put the items to be heated into the oven. The heating does not take place evenly and a resistor has to be provided to reduce the power in order to compensate for the negative resistance characteristic of carbon.



  According to the invention, the new device comprises a chamber which contains an electrically conductive powder, has a microporous intermediate floor, has means to fluidize the powder by supplying a gas through the intermediate floor, and contains electrodes to supply an electric current through the powder to be fluidized send.



  The inventive device for electrical heating allows a relatively high level of heating, but the temperature can be controlled easily and the control range is large.



  The operation of the device is simple and involves only low costs.



  In the new device, a metallic object can be heated evenly even if it has an irregular shape.



  The microporous intermediate floor can, for example, consist of a flat tile plate that allows any gas to pass through, but not the electrically conductive powder. The powder can be carbon powder or a semiconductor powder, such as silicon carbide, which allows sufficient current to pass. The grain size of the powder depends on its specific gravity and other physical properties of the material from which the powder is made. It must be suitable for being whirled up.

   For carbon powder, it is advisable to have a grain size in which the powder passes through a sieve of 100 to 150 meshes per 25 mm. The gas pressure for whirling up the powder depends on the thickness and porosity of the intermediate floor. When using air, a pressure of 4-10 kg / cm2 can be advantageous. Instead of air, nitrogen or another inert gas can be used, especially if oxidation is to be avoided.

   The shape of the electrodes is advantageously chosen so that the current density is distributed as evenly as possible in the chamber. The flow of current can also be influenced by auxiliary electrodes. The applied electrical current can be alternating current of any frequency, but also direct current.



  An embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawing.



  The figure shows a vertical section through an embodiment of a device for heating. 1 is the vortex chamber for heating Me tall pieces. 2 denotes the bed of the electrically conductive powder fluidized in the chamber 1. 3 and 4 are electrodes immersed in bed 2 of the fluidizing powder. At 6, the microporous intermediate floor can be seen, which is set in the chamber 1. It lets gases through, but not powder. 7 is the inlet for pressurized gas at the bottom of chamber 1.



  When a pressurized gas source is connected at 7, the gas flows in the direction of the arrows into the chamber 1 and swirls up the powder contained therein. The piece of metal to be heated is not drawn. It is immersed in the fluidized bed 2 between the two electrodes 3 and 4. In the vortex state, the powder floats and its particles come into contact with each other, and then out of contact again, as in a molecular movement.



  As soon as a power source is applied to the electrodes, a current flows through the whirled powder mass. As a result, the powder mass generates heat and the piece of metal sunk between the electrodes is heated.



  The exothermic process can be understood as follows: The causes of the heating are to be found in the Joule heat, which is caused by the resistance in the powder itself, as well as in the contact resistance between the powder particles. If the powder consists of carbon and is whirled up with compressed air, further heat is generated at the high temperature due to the exothermic chemical reaction between the carbon and the oxygen in the air. This consumes carbon, but it has no negative resistance characteristics and acts as a positive load.



  The piece of metal to be heated is immersed in the fluidized powder in the chamber and also removed therefrom. As a result, the mechanical resistance when sinking is small and the implementation of the process simple and easy. Even if the object to be heated has a completely irregular shape, the contact with the fine, whirled up powder is always uniform.



  If carbon is used as the electrically conductive powder and compressed air is pressed in, the metallic objects can be heated up to a temperature of over 1000 C. If, instead of air, an inert gas is used to whirl up the powder, the heating can be increased to around 1800 C.



  The new device can also be used to carry out sintering processes. Carburization can be carried out using carbon powder. If ammonia is used as the fluidizing gas, the device can be used to nitride steel. The regulation of the temperature is so easy that the device can also serve as a thermostatic bath.



  When using a carbon powder that had passed through a sieve with 150 mesh to 25 mm, copper plates with a surface of 50 cm2 as electrodes at a distance of 5 cm, from a 30 mm thick, porous flat tile plate as intermediate floor, alternating current with 100 Volts, 50 periods and an intensity of 100 amps, and of compressed air with a pressure of 7 kg; cm2, the temperature reached in the powder was 1300 C. The effectiveness of the fluidized powder was 40 1 / o higher than when there was no fluidization.



  When inserting crucibles into the chamber, e.g. B. a graphite crucible, it is possible to melt pieces of metal.

Claims

Claim device for electrical heating, characterized in that it comprises a chamber which contains an electrically conductive powder and has a micro-porous intermediate bottom, has means to swirl the powder by supplying a gas through the intermediate bottom, and contains electrodes to to send an electric current through the powder to be whirled on. SUBClaims 1. Device according to patent claim, characterized in that the electrically conductive powder is carbon powder. 2. Device according to claim, characterized in that the electrically conductive powder consists of a semiconductor. 3.

Device according to patent claim, characterized in that the gas used for the fluidization is air. 4. Device according to claim, characterized in that the gas used for fluidization is an inert gas. 5. Device according to claim, characterized in that the gas used for fluidization is ammonia. 6. Device according to claim, characterized in that the chamber contains main and auxiliary electrodes.