Elektrischer Glüh-, Härte- und Schmelzofen. Die bis jetzt bekannten Kohlengriesöfen (siehe auch u. a. "Der elektrische Ofen im Dienste der keramischen Gewerbe und der Glas- und Quarzglaserzeugung" von J. Bronn, Halle a.
S. 1910, Monographien über ange wandte Elektrochemie, Bd. 34) haben folgende Nachteile Ihr Strombedarf ist ein verhältnismässig sehr hoher, weil die ziemlich dicke Wider standsmasse, die in ihrem ganzen Querschnitt dieselbe Temperatur aufweist, einen grossen Umfang erreicht im Verhältnis zum Heizraum, wodurch die Wärmeabgabe nach aussen andert halb bis zweimal so gross ist wie nach dem Heizraum; ferner wird bei stehenden Öfen, wenn die Widerstandsmasse eine gewisse Höhe erreicht, deren Widerstand ein verschiedener, bedingt durch das Gewicht der obern Massen, so dass die untern Partien des Ofens immer heisser werden und eine gleichmässige Tem peratur auf einem grössern Ofenraum nicht zu erreichen ist.
Diese Übelstände sind beim Gegenstand vorliegender Erfindung vermieden, indem der elektrische Glüh-, Härte- und Schmelzofen ein elektrischer Kohlengriesofen ist, bei dem die Widerstandsmasse und die Elektroden in bezug auf die zu 'erhitzende Kammer derart angeordnet sind, dass der Stromweg in der Umfangsrichtung der zu erhitzenden Kammer, z. B. Muffel, verläuft derart, dass der kleinste Stromweg an der Oberfläche der Kammer und der grösste Stromweg am äussern Umfang der Widerstandsmasse liegt.
Der kleinste Stromweg liegt am Umfang der zu heizenden Kammer, also z. B. an der Aussenfläche der Muffel und der grösste Strom weg an der Ofenwandung, bezw. am äussern Umfang der Widerstandsmasse. In gewissen Fällen ist es angezeigt, zur Erzielung einer gleichmässigen Temperatur, in allen Zonen der zu heizenden Kammer die Querschnitts umfänge derselben z. B. der Muffel den auf tretenden verschiedenen spezifischen Wider ständen der Widerstandsmasse, welche um die Kammer herumliegt, anzupassen.
Auf der Zeichnung sind verschiedene Aus führungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel in vertikalem Längsschnitt; wozu Fig. 2 einen horizontalen Querschnitt dar stellt.
Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbei spiel in vertikalem Längsschnitt, wozu Fig. 4 einen horizontalen Querschnitt dar stellt.
Fig. 5 zeigt ein drittes Ausführungsbei spiel in vertikalem Längsschnitt, wozu Fig. 6 einen vertikalen Querschnitt dar stellt.
Fig. 7 zeigt ein viertes Ausführungsbei spiel in vertikalem Querschnitt und Fig. 8 ein fünftes Ausführungsbeispiel in vertikalem Querschnitt.
In Fig. 1 und 2 hat der Ofen eine Grund platte 1 mit aufrechtstehenden Seitenwänden 3. Diese Wände bestehen aus dem üblichen feuer festen Material, z. B. Chamotte und umschlies sen einen Hohlraum, in welchen eine Muffel 2 eingesetzt ist. Der Raum zwischen der Muf fel 2 und der Seitenwand 3 ist mit Kohlen gries 7 als Widerstandsmasse beschickt. In dieser Wiederstandsmasse 7 stehen zwei als Stromzuführung dienende Elektroden 5 und 6, die voneinander durch feuerfestes Material 4 getrennt und isoliert sind.
Diese Elektroden erstrecken sich über die ganze Höhe der Widerstandsmasse und über die ganze Quer schnittsbreite, wie aus der Zeichnung ersicht lich ist, also von der Muffelwandung 2 bis zur Seitenwandung 3 des Ofens. Der Ofen ist mittelst einer Ringplatte 8 aus feuerfes tem Material abgedeckt, welche eine Öffnung entsprechend dem Querschnitt der Muffel 2 freilässt. Diese Öffnung ist durch eine Platte aus feuerfestem Material 9 abgedeckt. In der Muffel steht ein Tiegel 10 auf einem beweg lichen feuerfesten Stempel 13. Die Elektro den 5 und 6 können aus Eisen bestehen, für hohe Temperaturen bestehen sie zweckmässig aus Kohle.
Durch Einschalten des Stromes wird die Widerstandsmasse sich erhitzen und ihre Hitze der Muffelwandung mitteilen, von wo aus die Wärme sich dem Innern der Muf fel mitteilt. Da der elektrische Strom be kanntermassen das Bestreben hat, den kürze sten Weg zu nehmen, so werden diejenigen Kohlenteile, die an der Muffel anliegen, den kürzesten Weg bilden und am heissesten wer den. Die Hitze der Widerstandsmasse 7 nimmt nach aussen hin entsprechend dem grössere Stromweg ab, so dass diejenigen Kohlenteile, die an der innern Ofenwandung 3 anliegen, bedeutend kälter bleiben, als die an der Muf fel 2 anliegenden.
Dadurch ist der Wärme verlust durch Strahlung nach aussen dement sprechend bedeutend kleiner und kann dabei die Hitze bis zur äussersten Grenze für das Material der Muffel 2 gesteigert werden, ohne dass dabei die äussere Ofenwandung 3 und die beiden Platten 1 und 8 denselben Hitze graden ausgesetzt sind, wie bei den bekann ten Öfen, was neben der bedeutenden Energie ersparnis eine bedeutend längere Lebensdauer des Ofens gewährleistet.
Der Stempel 13 dient dazu, den Tiegel leicht aus der Muffel entfernen zu können. Die eingezeichneten Pfeile in Fig. 2 zeigen die verschiedenen Stromwege in der Wider standsmasse 7 an. Für tiegellose Öfen kann der ganze Ofen kippbar eingerichtet werden.
Da das Kohlengries lose aufgeschichtet ist, kommt es vor, dar die untern Partien der Widerstandsmasse eine grössere' Dichte aufweisen als die obern, wodurch sich auch die Hitzeentwicklung um gewisse Prozent sätze verschieden gestaltet.
In Fig. 3 und 4 ist nun ein Ofen dar gestellt, bei dem durch die Form der Muffel 2 eine möglichst gleichmässige Temperatur innerhalb der Muffel erzielt werden kann. Die Muffel 2 hat an ihrem untern Ende einen grössere Umfang als an ihrem obern Ende. Wenn nun diese Umfangszunahme mit der Wiederstandsabnahme in jeder Höhe über einstimmt, so wird dadurch die Muffel auf ihrer ganzen Höhe gleich warm, was für Glüh-, Einsatz- und Härteöfen unbedingt erforderlich ist.
Bei solchen Öfen braucht man unbedingt eine gleichmässige Temperatur in der zu hei zenden Kammer, also innerhalb der Muffel 2, was bei Schmelzprozessen gewöhnlich nicht notwendig ist, wo die Temperaturunterschiede zwischen den obern und untern Teilen der Widerstandsmasse vernachlässigt werden kön nen. In Fig. 5 und 6 ist ein liegender Röhren ofen nach demselben Grundsatz dargestellt. Das Kohlengries kann durch Öffnungen 12 eingefüllt werden, wie ersichtlich. Die Muf fel 2 wird durch nicht ringsum gänzlich durchgehende Scheidewände 11 gestützt, die die Widerstandsmasse 7 unterteilen. Diese Scheidewände bestehen zweckmässig aus Cha- motte oder dergleichen.
Die Elektroden 5 und 6 erstrecken sich auch hier über die ganze Länge der Widerstandsmasse und über die ganze Breite. 4 ist wiederum eine Iso lation.
Die Scheidewände 11 könnten auch rings um gänzlich durchgehen, so dass vollständig selbständige Abteilungen in der Widerstands- nnasse geschaffen würden. In diesem Fall würde jede Abteilung für sich zwei Elektro den besitzen müssen; auch wäre es so mög lich, einen langen Röhrenofen ganz oder ab teilungsweise zu heizen.
In Fig. 7 und 8 ist der Querschnitt eines halbrunden Muffelofens 2 in zwei Varianten gezeichnet; in Fig. 7 liegt Wiederstandsmasse 7 rings um die Muffel 2, so dass eine gleich mässige Erhitzung stattfindet. In Fig. 8 be findet sich keine Widerstandsmasse unterhalb der Muffel, sondern liegt diese gleich auf der Bodenplatte 1 des Ofens auf. In letzterem Falle geschieht die Stromzuführung durch die Elektroden 5 und 6, die schienenförmig flach sind und aus Kohle bestehen. Die Beheizung des Muffelinnern erfolgt nur von der Seite und von oben.
Auch in diesen beiden Fällen ist der Grundgedanke derselbe; der kürzeste Stromweg liegt an der Muffeloberfläche.
Der Ofen gemäss vorliegender Erfindung lässt sich bei Anbringung von drei Elektroden. auch mit Dreiphasen-Drehstrom betreiben.
Electric annealing, hardening and melting furnace. The coal grit furnaces known up to now (see also "The electric furnace in the service of the ceramic trade and the glass and quartz glass production" by J. Bronn, Halle a.
S. 1910, monographs on applied electrochemistry, Vol. 34) have the following disadvantages Your power requirement is relatively very high, because the rather thick resistance mass, which has the same temperature in its entire cross-section, reaches a large extent in relation to the boiler room, whereby the heat output to the outside is one and a half to twice as great as to the boiler room; Furthermore, in standing ovens, when the resistance mass reaches a certain height, its resistance is different, due to the weight of the upper masses, so that the lower parts of the oven are getting hotter and a uniform temperature cannot be achieved in a larger oven space .
These inconveniences are avoided in the subject matter of the present invention in that the electric annealing, hardening and melting furnace is an electric coal grit furnace, in which the resistance mass and the electrodes are arranged in relation to the chamber to be 'heated, that the current path is in the circumferential direction of the Chamber to be heated, e.g. B. muffle, runs in such a way that the smallest current path is on the surface of the chamber and the largest current path is on the outer circumference of the resistance mass.
The smallest current path is on the circumference of the chamber to be heated, so z. B. on the outer surface of the muffle and the largest stream away from the furnace wall, respectively. on the outer circumference of the resistance mass. In certain cases it is indicated, in order to achieve a uniform temperature, in all zones of the chamber to be heated, the cross-sectional circumferences of the same z. B. the muffle to the different specific opposing stands of the resistance mass, which lies around the chamber, to adapt.
In the drawing, various exemplary embodiments of the subject invention are shown.
Fig. 1 shows a first embodiment in vertical longitudinal section; to which Fig. 2 represents a horizontal cross section.
Fig. 3 shows a second Ausführungsbei game in vertical longitudinal section, for which Fig. 4 represents a horizontal cross section.
Fig. 5 shows a third Ausführungsbei game in vertical longitudinal section, for which Fig. 6 represents a vertical cross section.
Fig. 7 shows a fourth Ausführungsbei game in vertical cross section and Fig. 8 shows a fifth embodiment in vertical cross section.
In Fig. 1 and 2, the furnace has a base plate 1 with upright side walls 3. These walls are made of the usual refractory material, for. B. Chamotte and umschlies sen a cavity in which a muffle 2 is used. The space between the Muf fel 2 and the side wall 3 is charged with coal grit 7 as a resistance mass. In this resistance mass 7 there are two electrodes 5 and 6 which serve as a power supply and are separated and insulated from one another by refractory material 4.
These electrodes extend over the entire height of the resistor mass and over the entire cross-sectional width, as can be seen from the drawing, ie from the muffle wall 2 to the side wall 3 of the furnace. The furnace is covered by means of a ring plate 8 made of refractory material, which leaves an opening corresponding to the cross section of the muffle 2. This opening is covered by a plate of refractory material 9. In the muffle is a crucible 10 on a movable union refractory stamp 13. The electric 5 and 6 can be made of iron, for high temperatures they are conveniently made of coal.
By switching on the current, the resistance mass will heat up and transmit its heat to the muffle wall, from where the heat is communicated to the inside of the muffle. Since the electric current is known to strive to take the shortest route, the coal parts that are in contact with the muffle will form the shortest route and will be the hottest. The heat of the resistance mass 7 decreases towards the outside in accordance with the larger current path, so that those coal parts which are in contact with the inner furnace wall 3 remain significantly colder than those in contact with the muff 2.
As a result, the heat loss due to radiation to the outside is accordingly significantly smaller and the heat can be increased to the extreme limit for the material of the muffle 2 without the outer furnace wall 3 and the two plates 1 and 8 being exposed to the same degree of heat As with the well-known ovens, which not only saves significant energy, but also ensures a significantly longer service life for the oven.
The punch 13 serves to be able to easily remove the crucible from the muffle. The arrows drawn in FIG. 2 show the various current paths in the counter mass 7. For crucible-free ovens, the entire oven can be tilted.
Since the coal grit is loosely piled up, it happens that the lower parts of the resistance mass have a greater density than the upper ones, which means that the heat development differs by certain percentages.
In Fig. 3 and 4, a furnace is now provided, in which the shape of the muffle 2, the most uniform possible temperature can be achieved within the muffle. The muffle 2 has a greater circumference at its lower end than at its upper end. If this increase in circumference coincides with the decrease in resistance at every height, the muffle will be equally warm over its entire height, which is absolutely necessary for annealing, insert and hardening furnaces.
In such furnaces, a uniform temperature is absolutely necessary in the chamber to be heated, i.e. inside the muffle 2, which is usually not necessary in melting processes, where the temperature differences between the upper and lower parts of the resistor mass can be neglected. In Fig. 5 and 6, a horizontal tube furnace is shown according to the same principle. The coal grit can be filled in through openings 12, as can be seen. The Muf fel 2 is supported by partitions 11 which are not completely continuous all around and which divide the resistance mass 7. These partitions expediently consist of a chamoth or the like.
The electrodes 5 and 6 also extend here over the entire length of the resistance mass and over the entire width. 4 is again an insulation.
The partition walls 11 could also go through completely all around, so that completely independent departments would be created in the wet resistance. In this case, each department would have to have two electrodes for itself; it would also be possible to heat a long tube furnace completely or partially.
In Fig. 7 and 8, the cross section of a semicircular muffle furnace 2 is drawn in two variants; in FIG. 7 there is a resistance mass 7 around the muffle 2 so that uniform heating takes place. In Fig. 8 be there is no resistance mass below the muffle, but this is the same on the bottom plate 1 of the furnace. In the latter case, the power is supplied through electrodes 5 and 6, which are flat in the form of rails and made of carbon. The inside of the muffle is only heated from the side and from above.
In these two cases, too, the basic idea is the same; the shortest current path is on the surface of the muffle.
The furnace according to the present invention can be used with the attachment of three electrodes. also operate with three-phase alternating current.