DE10118538A1 - Weichferrite-Ofen - Google Patents

Weichferrite-Ofen

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ofen zur Wärmebehandlung von Weichferriten.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ofen zur Wärmebehandlung von Weichferriten.
Unter Ferriten wird eine Gruppe von oxidkeramischen Werkstoffen der allgemeinen Zusammensetzung MIIFeIII 2O4 oder MIIO.Fe2O3 (MII = 2-wertige Metalle wie Zn, Cd, Co, Mn, Fe, Cu, Mg und so weiter) verstanden, die permanente magnetische Dipole enthalten. Die leicht ummagnetisierbaren Weichferrite werden insbesondere in der Radio-, Fernseh-, Daten- und Nachrichtentechnik als Ferritantennen, Magnettonköpfe, magnetische Verstärker, Ferritkerne für Kernspeicher in elektronischen Datenverarbeitungsanlagen und Schaltelementen in der Mikrowellentechnik eingesetzt. Dabei ist insbesondere das System der Mangan-Zink-Ferrite als Träger weichmagnetischer Eigenschaften mit einem ausgezeichneten Hochfrequenzverhalten bekannt. Sie stellen heutzutage die Grundlage für den Aufbau von Hochfrequenztransformatoren im Frequenzbereich von 10 kHz bis 3 MHz für Breitbandübertrager und Entstörbauelemente bis 50 MHz dar.
Ferrite werden meist durch Sinterung der gemischten pulverisierten Oxid-Komponenten bei 1.000 bis 1.450°C hergestellt.
Aus dem Stand der Technik sind insbesondere zwei Sinteraggregate bekannt. Zum einen ein gasdichter Haubenofenaufbau, zum anderen eine Ausführungsform in Form eines Kanalofens mit Stickstoffbespülung im Abkühlkanal. Die Erfindung baut auf der Kanalofenausführungsform auf.
Derartige, kontinuierlich arbeitende Öfen weisen eine Sinterzone und eine dahinter angeordnete Kühlzone auf.
In der Sinterzone wird durch Sinterung der Oxid-Komponenten das Ferritgefüge erzeugt. Dabei laufen komplizierte Phasenbildungsprozesse bis zur Spinellbildung ab. Anschließend erfolgt die Abkühlung der gesinterten Komponenten in der Kühlzone. Die Stabilität der Spinellzelle im System der Mangan- Zink-Ferrite ist bei der Abkühlung von der isothermen thermischen Behandlung sehr stark vom Sauerstoffpartialdruck abhängig und folgt der Blankschen Beziehung
lnPO2 = C1/T + C2
C1/C2: Konstanten
T: Temperatur
Die Konstanten der Blankschen Beziehung sind experimentell zu bestimmen und hängen vom Sinteraggregat ab.
Überschreitungen des Sauerstoffpartialdruckes während der Abkühlung führen zur Oxidation und zum Spinellzerfall im oberflächennahen Bereich der Ferritkerne. Der Sauerstoff­ partialdruck hat somit einen starken Einfluß auf die Gefüge­ eigenschaften bei der Abkühlung aus der Hochtemperaturzone.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Ofen zur Wärmebehandlung von Weichferriten zur Verfügung zu stellen, mit dem der Sauerstoffpartialdruck bei der Abkühlung aus der Hochtemperaturzone sicher eingestellt werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung einen Ofen zur Wärmebehandlung von Weichferriten mit in seiner allgemeinsten Ausführungsform folgenden Merkmalen vor:
  • - einer Sinterzone,
  • - einer Kühlzone und
  • - einer zwischen diesen Zonen angeordneten Schleuse, die
  • - durch eine erste verschließbare Öffnung mit der Sinterzone und
  • - durch eine zweite verschließbare Öffnung mit der Kühlzone verbunden ist und die
  • - Einrichtungen zur Einstellung der Atmosphäre in der Schleuse aufweist.
Dieser Ofen besitzt unter anderem den Vorteil, daß die Atmosphäre, und dabei insbesondere die O2-Konzentration in der Schleuse bei geschlossenen Öffnungen individuell und sehr genau eingestellt werden kann.
Unter "Atmosphäre" wird in diesem Zusammenhang die "Ofenatmosphäre" verstanden, und damit insbesondere die Temperatur und die Partialdrücke der Ofengase, also der Gase in Sinterzone, Schleuse und Kühlzone.
Sinterzone, Schleuse und Kühlzone können linear hintereinander angeordnet sein. Zur Fortbewegung des Brenngutes im Ofen kann dieser beispielsweise nach Art eines Rollenofens gestaltet sein, wobei das Brenngut auf einem Träger mittels der von außen angetriebenen Rollen durch den Ofen befördert wird.
Zum Verschließen der Öffnungen der Schleuse können beispielsweise senkrecht zur Transportrichtung des Brenngutes bewegbare Schleusenschieber vorgesehen sein, durch die die Schleuse von Sinterzone und Kühlzone gasdicht abgedichtet werden kann.
Die Schleuse weist eine Reihe von Einrichtungen auf, mittels derer die Atmosphäre in der Schleuse eingestellt werden kann.
Dabei kann eine erste Einrichtung zur Abfuhr von Gas (erste Gasabfuhreinrichtung) aus der Schleuse vorgesehen sein. Diese Einrichtung kann aus einer Rohrleitung bestehen, die in die Schleuse mündet, und die, beispielsweise mittels eines Gebläses, Gas aus der Schleuse abführt.
Durch eine weitere Einrichtung, beispielsweise ebenfalls eine Rohrleitung, kann der Schleuse Gas zugeführt werden (Gaszufuhreinrichtung); diese Gaszuführung kann durch ein Gebläse oder einen Ventilator unterstützt werden. Soll der Schleuse durch diese Einrichtung gekühltes Gas zugeführt werden, kann diese Gaszufuhreinrichtung zusätzlich eine Einrichtung zur Gaskühlung aufweisen.
Nach einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, das durch die erste Gasabfuhreinrichtung abführbare Gas mittels einer weiteren Einrichtung, insbesondere einer Rohrleitung, der Gaskühleinrichtung der Gaszufuhreinrichtung zuzuführen. In diesem Fall wird Gas der Schleuse zunächst durch die erste Gasabfuhreinrichtung entnommen, anschließend in der Gaskühleinrichtung gekühlt und der Schleuse durch die Gaszuführeinrichtung schließlich wieder zugeführt. Zur Einstellung des Stickstoffanteils des der Schleuse in diesem Fall wieder zugeführten Schleusengases kann diesem Gas durch eine entsprechende Einrichtung Stickstoff zugeführt werden. Dabei kann vorgesehen sein, den Stickstoff dem Schleusengas vor seiner Einleitung in die Gaskühleinrichtung zuzuführen.
Neben diesem "Gaskreislauf" innerhalb des Schleusensystems kann der Schleuse mit einer weiteren Einrichtung, im einfachsten Fall beispielsweise eine Rohrleitung zusätzlich Gas aus der Sinterzone (Sinterzonengaszufuhreinrichtung) zugeführt werden.
Die Sinterzone kann an ihrem der Öffnung der Sinterzone zur Schleuse benachbarten Abschnitt eine Warmhaltezone aufweisen. Diese kann durch eine verengte Öffnung mit dem Raum der Sinterzone verbunden sein. Ist eine solche Warmhaltezone vorhanden, kann die Sinterzonengaszufuhreinrichtung mit Gas aus der Warmhaltezone gespeist werden.
Es kann auch eine zweite Einrichtung, wiederum beispielsweise eine Rohrleitung, zur Abfuhr von Gas (zweite Gasabfuhreinrichtung) aus der Schleuse vorgesehen sein.
Die erste Gasabfuhreinrichtung, die Gaszufuhreinrichtung, die Stickstoffzufuhreinrichtung, die Sinterzonengaszufuhr­ einrichtung oder die zweite Gasabfuhreinrichtung können ein regelbares oder steuerbares Ventil zur Regelung oder Steuerung des Gasstroms in der betreffenden Einrichtung aufweisen. Dadurch kann die der Schleuse zu- oder abgeführte Gasmenge individuell eingestellt werden.
Zur Messung der Atmosphäre in der Schleuse kann diese eine Meßeinrichtung aufweisen.
Die an dieser Meßeinrichtung gemessenen Werte können zur Regelung der vorgenannten Ventile an den Einrichtungen zur Zufuhr oder Abfuhr von Gas beziehungsweise der Zufuhr von Stickstoff herangezogen werden.
Nach einer Ausführungsform mündet die Sinterzonengas­ zufuhreinrichtung an dem der Öffnung der Schleuse zur Sinterzone benachbarten Abschnitt in die Schleuse, während die zweite Gasabfuhreinrichtung an dem der Öffnung der Schleuse zur Kühlzone benachbarten Abschnitt in die Schleuse mündet.
Die erste Gasabfuhreinrichtung und die Gaszufuhreinrichtung können dann zwischen diesen Einrichtungen in die Schleuse münden.
Weitere Merkmale des Ofens ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche sowie den sonstigen Anmeldungsunterlagen.
Eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ofens soll anhand der nachfolgenden Figuren verdeutlicht werden.
Dabei zeigen - jeweils in stark schematisierter Form -
Fig. 1-3: einen Ofen in seitlicher Schnittansicht und
Fig. 4: eine Schleuse des Ofens gemäß den Fig. 1 bis 3.
Der Ofen 1 in Fig. 1 zeigt eine Sinterzone 3 mit einer Warmhaltezone 5, die über eine verengte Öffnung 7 mit der Sinterzone 3 verbunden ist. An die Warmhaltezone 5 schließt sich eine Schleuse 9 und an diese wiederum eine Kühlzone 11 an. Sinterzone 3, Warmhaltezone 5, Schleuse 9 und Kühlzone 11 sind von links nach rechts linear hintereinander angeordnet. Über die gesamte Länge dieser Abschnitte erstreckt sich horizontal von links nach rechts eine Reihe von Rollen 13 durch den Ofen 1, auf denen in der Darstellung nach Fig. 1 in der Sinterzone 3, der Warmhaltezone 5 und der Kühlzone 11 Brenngut 15 auf Brenngutträgern 17 zu erkennen sind. Die Schleuse 9 ist durch eine linke Öffnung 21l mit der Warmhaltezone 5 und durch eine rechte Öffnung 21r mit der Kühlzone 11 verbunden; in der hier dargestellten Stellung ist die linke Öffnung 21l durch den linken Schleusenschieber 19l und die rechte Öffnung 21r durch den rechten Schleusenschieber 19r verschlossen. Die Schleusenschieber 19l und 19r sind in Richtung der Pfeile P auf- und abbewegbar.
Während des Wärmebehandlungsprozesses des Brenngutes 15 wird dieses in Pfeilrichtung F von links nach rechts durch den Ofen 1 bewegt.
Fig. 4 zeigt die Schleuse 9 mit ihren Einrichtungen zur Einstellung der Atmosphäre in der Schleuse 9.
Über eine erste Einrichtung zur Abfuhr von in der Schleuse befindlichem Gas (erste Gasabfuhreinrichtung) 23 wird dieses Gas über eine weitere Gasführungseinrichtung 25 zunächst einem Gaskühler 27 und mittels eines Ventilators 29 der Schleuse 9 anschließend wieder über eine Gaszufuhreinrichtung 31 zugeführt. Zur Regelung des Gasstroms in der Gaszufuhreinrichtung 31 weist diese ein regelbares Ventil 31v auf.
Vor der Zuführung des Schleusengases in den Gaskühler 27 mündet eine Stickstoffzufuhreinrichtung 33 in die Gasabfuhreinrichtung 23. Der Stickstoffstrom in der Stickstoffzufuhreinrichtung 33 ist mittels eines regelbaren Ventils 33v regulierbar.
Über eine Sinterzonengaszufuhreinrichtung 35, in welcher der Gasstrom über ein Ventil 35v regelbar ist, ist der Schleuse 9 Gas aus der Warmhaltezone 5 der Sinterzone 3 zuführbar.
Über eine zweite Einrichtung zur Abfuhr von Schleusengas (zweite Gasabfuhreinrichtung) 37, in welcher der Gasstrom über ein Ventil 37v regulierbar ist, kann Gas aus der Schleuse 9 abgeführt werden.
Mittels einer Meßeinrichtung 39 kann die Atmosphäre in der Schleuse 9 beziehungsweise können die Gaswerte in der Schleuse 9 gemessen werden.
Die Einrichtungen 23, 25, 31, 33, 35 und 37 sind als Rohrleitungen ausgebildet und an der Oberseite der Schleuse 9 arrangiert.
Die Sinterzonengaszufuhreinrichtung 35 mündet an dem der Öffnung 21l der Schleuse 9 benachbarten Abschnitt - in Fig. 4 links - in die Schleuse 9. Weiter rechts münden die erste Gasabfuhreinrichtung 23 und noch weiter rechts die Gaszufuhreinrichtung 31 in die Schleuse 9. Noch weiter rechts, an dem der Öffnung 21r der Schleuse 9 zur Kühlzone 11 benachbarten Abschnitt, mündet die zweite Gasabfuhreinrichtung 37 in die Schleuse 9. Die Meßeinrichtung 39 ist zwischen den Einmündungen der Gaszufuhreinrichtung 31 und der zweiten Gasabfuhreinrichtung 37 an der Schleuse 9 angeordnet.
Die Funktionsweise des dargestellten Ofens 1 ist wie folgt:
Die zur Herstellung der Weichferrite zusammengestellten Komponenten 15 werden zunächst in der Sinterzone 3 des Ofens 1 gesintert. Sie sind auf Brenngutträgern 17, die auf den Rollen 13 bewegt werden, angeordnet. Nach der Sinterung werden sie der Warmhaltezone 5 durch die Öffnung 7 zugeführt, wie in Fig. 1 zu sehen. Nunmehr wird der Schleusenschieber 19l nach oben bewegt und das Brenngut 15 kann der Schleuse 9 durch die linke Öffnung 21l zugeführt werden. Nachdem der Schleuse 9 die gewünschte Anzahl an Brenngut 15 zugeführt worden ist, wird die Öffnung 21l wiederum durch den Schleusenschieber 19l verschlossen. Dieser Zustand ist in Fig. 2 dargestellt.
Die freigewordene Warmhaltezone 5 kann mit neuem Brenngut 15 aus der Sinterzone 3 beschickt werden, wie in Fig. 3 dargestellt.
Die Abkühlung des Brenngutes 15 in der Schleuse 9 wird anhand von Fig. 4 erläutert. Der Ventilator 29 wird gestartet, der das Schleusengas über die Gasabfuhreinrichtung 23 und die Gasführungseinrichtung 25 zunächst dem Gaskühler 27 zuführt. Die Menge des der Schleuse 9 über die Gaszufuhreinrichtung 31 zugeführten, gekühlten Gases wird durch das Ventil 31v bestimmt, welches durch die mittels der Meßeinrichtung 39 bestimmten Werte geregelt wird.
Gleichzeitig wird die diesem Schleusengasstrom über die Stickstoffzuführeinrichtung 33 zugeführte Stickstoffmenge durch das Ventil 33v bestimmt, das ebenfalls mittels der an der Meßeinrichtung 39 bestimmten Werte geregelt wird. Ebenfalls über die am Meßgerät 39 bestimmten Werte wird das Ventil 37v geregelt; insbesondere durch diese an der zweiten Gasabfuhreinrichtung 37 bewirkte Gasabfuhr von Schleusengas aus der Schleuse 9 kann die O2-Konzentration in der Schleuse 9, und damit der in der Schleuse 9 herrschende O2-Partialdruck, entsprechend den gewünschten Bedingungen eingestellt werden.
Es kann vorteilhaft sein, diese Bedingungen der Atmosphäre in der Kühlzone 11 anzugleichen.
Nachdem sich in der Schleuse 9 die gewünschten Bedingungen, also insbesondere Temperatur, Atmosphäre und O2-Partialdruck, eingestellt haben, wird durch Hochfahren des rechten Schleusenschiebers 19r die rechte Öffnung 21r der Schleuse 9 zur Kühlzone 11 geöffnet und das abgekühlte Brenngut 15 in die Kühlzone 11 bewegt.
Nachdem die rechte Öffnung 21r wieder geschlossen worden ist, wird die Schleuse 9 mittels - nicht dargestellter - Heizeinrichtungen wieder auf die Temperatur der Warmhaltezone 5 gebracht. Gleichzeitig wird der Schleuse 9 über die Sinterzonengaszuführeinrichtung 35 Gas aus der Warmhaltezone 5 zugeführt, wobei der Gasstrom auch hier über das durch die an der Meßeinrichtung 39 ermittelten Werte geregelte Ventil 35v eingestellt wird. Damit kann, in Zusammenspiel mit der geregelten Abführung von Schleusengas über die Gasabfuhrein­ richtung 37 der O2-Partialdruck in der Schleuse 9 eingestellt werden. Sobald Temperatur und Atmosphäre in der Schleuse 9 die gewünschten Werte erreicht haben, vorteilhafterweise beispielsweise die den in der Warmhaltezone 5 entsprechenden Werte, wird die Öffnung 21l durch Hochfahren des Schleusenschiebers 19l geöffnet und eine neue Charge Brenngut 15 kann in die Schleuse 9 bewegt werden.
Nunmehr kann ein neuer Abkühlungszyklus beginnen.

Claims (16)

1. Ofen (1) zur Wärmebehandlung von Weichferriten mit
  • a) einer Sinterzone (3),
  • b) einer Kühlzone (11) und
  • c) einer zwischen diesen Zonen (3, 11) angeordneten Schleuse (9), die
    • 1. durch eine erste verschließbare Öffnung (21l) mit der Sinterzone (3) und
    • 2. durch eine zweite verschließbare Öffnung (21r) mit der Kühlzone (11) verbunden ist und die
    • 3. Einrichtungen (23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37) zur Einstellung der Atmosphäre in der Schleuse (9) aufweist.
2. Ofen nach Anspruch 1 mit einer ersten Einrichtung (23) zur Abfuhr von Gas aus der Schleuse (9).
3. Ofen nach Anspruch 1 mit einer Einrichtung (31) zur Zufuhr von Gas in die Schleuse (9).
4. Ofen nach Anspruch 3, bei der die Gaszufuhreinrichtung (31) eine Einrichtung zur Gaskühlung (27) aufweist.
5. Ofen nach den Ansprüchen 2 und 4 mit einer Einrichtung (25), durch die das durch die erste Gasabfuhreinrichtung (23) abführbare Gas der Gaskühleinrichtung (27) der Gaszufuhreinrichtung (31) zuführbar ist.
6. Ofen nach Anspruch 5, mit einer Einrichtung (33) zur Zuführung von Stickstoff in das durch die erste Gasabfuhreinrichtung (23) abführbare Ofengas.
7. Ofen nach Anspruch 1 mit einer Einrichtung (35) zur Zuführung von Gas aus der Sinterzone (3) in die Schleuse (9).
8. Ofen nach Anspruch 1, bei der die Schleuse (9) eine zweite Einrichtung (37) zur Abfuhr von Gas aufweist.
9. Ofen nach wenigstens einem der Ansprüche 2, 3, 5, 6, 7 oder 8, bei dem wenigstens eine der Einrichtungen (23, 25, 31, 35, 37) zur Zufuhr oder Abfuhr von Gas in oder aus der Schleuse (9) oder der Einrichtung (33) zur Zufuhr von Stickstoff ein Ventil (31v, 33v, 35v, 37v) zur Einstellung des Gasstroms in der betreffenden Einrichtung aufweist.
10. Ofen nach Anspruch 1 mit einer Meßeinrichtung (39) zur Messung der Atmosphäre in der Schleuse (9).
11. Ofen nach den Ansprüchen 9 und 10, bei dem wenigstens eines der Ventile (31v, 33v, 35v, 37v) in Abhängigkeit von den am Meßgerät (39) gemessenen Werten regelbar ist.
12. Ofen nach Anspruch 7, bei der die Sinterzonengas­ zufuhreinrichtung (35) an dem der Öffnung (21l) der Schleuse (9) zur Sinterzone (3) benachbarten Abschnitt in die Schleuse (9) mündet.
13. Ofen nach Anspruch 7, bei der die zweite Gasabfuhreinrichtung (37) an dem der Öffnung (21r) der Schleuse (9) zur Kühlzone (11) benachbarten Abschnitt in die Schleuse (9) mündet.
14. Ofen nach den Ansprüchen 2, 3, 12 und 13, bei dem die erste Gasabfuhreinrichtung (23) und die Gaszufuhreinrichtung (31) zwischen Sinterzonengaszufuhreinreichtung (35) und zweiter Gasabfuhreinrichtung (37) in die Schleuse (9) münden.
15. Ofen nach Anspruch 1, bei dem die Öffnungen (21l, 21r) durch Schleusenschieber (19e, 19v) verschließbar sind.
16. Ofen nach Anspruch 1, bei dem die Sinterzone (3) in ihrem zur Schleuse (9) benachbarten Abschnitt eine Warmhaltezone (5) aufweist.
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