DE1442759C3 - Rohrverbindung zwischen einem rohrförmigen Teil aus Metall und einem rohrförmigen Teil aus hitzebeständigem Material - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rohrverbindung zwischen einem rohrförmigen Teil aus Metall und einem rohrförmigen Teil, das aus hitzebeständigem Material ausgeführt ist und sich an das rohrförmige Metallteil anschließt, mit einer aus wärmeisolierendem Material bestehenden Dichtung, die zwischen die Verbindungsflächen der Teile eingefügt ist, und einem Haltering aus Metall, der den hitzebeständigen Teil umgreift, wobei die Außenfläche des hitzebeständigen Teils mit einem Flanschwulst od. dgl. derart ausgebildet ist, daß sie die Bewegung des Halterings zu dem Metallteil hin begrenzt, ferner mit einer Schicht aus wärmeisolierendem Material, die zwischen dem Haltering und dem hitzebeständigen Teil angeordnet ist und einer Einrichtung, welche den Ring mit dem Metallteil verbindet und den Ring federnd gegen das Metallteil drückt und die Verbindung zwischen dem hitzebeständigen Teil und dem Metallteil herbeiführt.

Es ist häufig erforderlich, einen Teil einer Vorrichtung zur Durchführung von Reaktionen unter hohen Temperaturen aus einem hitzebeständigen Material herzustellen, damit die Vorrichtung dem Einfluß korrodierender Substanzen bei hohen Temperaturen standhalten kann. Vorrichtungsteile aus hitzebeständigen Materialien haben jedoch den Nachteil, daß sie gewöhnlich keine hohe mechanische Festigkeit besitzen, und auch manchmal schwer herzustellen und zu handhaben sind. Es ist daher erwünscht, diejenigen Vorrichtungsteile aus Metall herzustellen, die nicht einer solchen Wärmebelastung ausgesetzt sind, daß sie unbedingt aus einem hitzebeständigen Material hergestellt werden müssen. Die Schwierigkeiten, die bei einer Vcrbindung von rohrförmigen Teilen aus Metall und rohrförmigen Teilen aus hitzebeständigem Material auftreten, haben die Herstellung von Vorrichtungen verhindert, bei welchen Rohre aus Metall und Rohre aus hitzebeständigem Material miteinander zu verbinden sind.

Es ist bekannt, zwei Rohre aus hitzebeständigem Glas mit Hilfe geschlossener Schellenringe aus Gußeisen oder aus Aluminiumguß zu verbinden. Plane Flanschringe aus Gußeisen scheiden bei der Verbindung von zwei Rohren aus hitzebeständigem Glas aus, da das Eigengewicht der Verbindung besonders bei größeren Weiten unzulässig hoch wird.

Die Schellenringe können mit Muttern aus Stahl oder aus Preßstoff in ihren festen Verbindungssitz gebracht werden. Bei einer Verwendung von Muttern aus Preßstoff kann das Anrosten vermieden und übermäßiges Anziehen der Verbindungen unmöglich gemacht werden, da die Mutter platzt, bevor der Anpreßdruck der Schrauben die Glasrohrenden gefährden kann.
Bei dieser bekannten Rohrverbindung treten jedoch nicht die vorstehend genannten Schwierigkeiten auf, da hier Rohre aus ein und demselben Material miteinander verbunden werden. Bei der Verbindung von Rohren aus verschiedenen Materialien mit sehr unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften, wie dies beispielsweise bei einem hitzebeständigen Material und Metall der Fall ist, muß die Rohrverbindung so ausgelegt sein, daß den unterschiedlichen Eigenschaften der aus verschiedenen Materialien bestehenden Rohre Rechnung getragen und gleichzeitig eine dichte Verbindung erzielt wird.

Es war daher die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, eine Rohrverbindung zwischen einem rohrförmigen Teil aus Metall und einem rohrförmigen Teil aus einem hitzebeständigen Material zu schaffen, die den unterschiedlichen Eigenschaften der verschiedenen Materialien Rechnung trägt und für eine unter sämtlichen Betriebsbedingungen, insbesondere höheren Temperaturen, dichte Verbindung der rohrförmigen Teile sorgt.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß eine Einrichtung zum Kühlen des Halterings vorgesehen ist.

Die erfindungsgemäße Kühlung des Halterings führt überraschenderweise zu thermischen Bedingungen, bei denen die aneinander angrenzenden rohrförmigen Teile aus Metall und aus hitzebeständigem Material ein aneinander angepaßtes Verhalten zeigen, das eine dichte und beständige Verbindung der beiden Rohrenden aus sehr unterschiedlichem Material gewährleistet.

Darüberhinaus ist die erfindungsgemäße Rohrverbindung besonders einfach und billig.

Der einfache Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung läßt sich beispielsweise noch dadurch verbessern, daß die Einrichtung zum Kühlen des Halterings eine Leitung aufweist, die mit der Außenfläche des Rings auf wenigstens dem größeren Teil des Ringumfangs, insbesondere im wesentlichen auf dem gesamten Ringumfang, in Wärmekontakt steht und durch die ein Kühlmedium hindurchgeführt werden kann.

Besonders gute wärmetechnische Bedingungen lassen sich dadurch erzielen, daß die Leitung aus einem Kupferrohr besteht, das vorzugsweise an der Außenfläche des Halterings mit Silber angelötet ist.

Im nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung bei einem Brenner für die Herstellung von Titandioxyd durch Oxydation in der Dampfphase von Titantetrachlorid an Hand einer Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch den Brenner mit der erfindungsgemäßen Rohrverbindung.

Der Brenner weist einen rohrförmigen Teil 1 aus Metall auf, dessen Ende am Ende eines zweiten rohrförmigen Teils 2 angeordnet ist, das aus Kieselerde oder Quarz besteht.

Das Metallteil 1 weist einen zylindrischen Teil 3 auf, der von einem Kühlmantel 4 umgeben ist. Das Metallteil 1 ist an dem dem Quarzteil 2 benachbart liegenden Ende mit einem sich nach außen erstreckenden Ringflansch 5 versehen.

Das Quarzteil 2 weist eine äußere Wandung 6 auf, die eine innere Wandung. 7 umgibt. Ein Zuführrohr 8 ermöglicht das Einbringen eines der Reaktionsteilnehmer in den Raum zwischen die beiden Wandungen 6 und 7, und die innere Wandung 7 endet kurz vor der äußeren Wandung 6, um zwischen dem Ende der inneren Wandung 7 und der Außenfläche des Flansches 5 einen ringförmigen Schlitz 9 zu bilden. Der ringförmige Schlitz 9 dient als Einlaß für den durch das Rohr 8 eingeführten Reaktionsteilnehmer. Ein Zuführrohr 10 ermöglicht das Einbringen des anderen Reaktionsteilnehmers in den Raum innerhalb der Wandung 7. Eine Düse 11, die mit dem Brenner gleichachsig angeordnet ist, ermöglicht das Einführen eines besonderen hitzebeständigen Materials.

Die Außenfläche des dem Metallteil 1 gegenüberliegenden Endabschnittes der äußeren Wandung ist nach außen erweitert, wodurch sich eine Zunahme der Dicke dieses Endabschnittes der äußeren Wandung 6 ergibt, da die Innenfläche dieses Endabschnittes der äußeren Wandung 6 zylindrisch ist. Zwischen dem Ende der äußeren Wandung 6 und dem Flansch 5 ist eine aus Refrasil bestehende wärmeisolierende Dichtung 12 eingesetzt. Rund um den Endabschnitt der äußeren Wandung 6 ist ein Haltering 13 angeordnet, der in dem gleichen Sinn und im wesentlichen im gleichen Winkel wie die Außenfläche der äußeren Wandung 6 geneigt ist und der an seinem dem Metallteil 1 zugewandten Ende mit einem sich nach außen erstreckenden Ringflansch 14 versehen ist. Zwischen der Innenfläche des Halterings 13 und der Außenfläche der äußeren Wandung 6 ist eine Schicht 15 aus Refrasil angeordnet.

Die Flansche 5 und 14 sowie die Dichtung 12 sind mit am Umfang gleichmäßig verteilten öffnungen versehen, die gegenseitig ausgerichtet und von Schraubenbolzen 16 durchdrungen sind. Die Schraubenbolzen 16 sind durch Muttern 17 gesichert. Zwischen den Muttern 17 und der Innenfläche des Flansches 5 sind Schraubenfedern 18 angeordnet, so daß die Schraubenbolzen 16 federbelastet sind. Infolge der Erweiterung der Außenfläche der äußeren Wandung 6 ist eine Bewegung des Ringes 13 in Richtung gegen das Metallteil 1 und relativ zum Quarzteil 2 begrenzt, und daher bewirkt ein Anziehen der Muttern 17 und Schraubenbolzen 16, daß das Metallteil 1 und das Quarzteil 2 gegeneinander gezogen werden, so daß die Siliziumdioxyd-Dichtung 12 zusammengedrückt und eine gasdichte Verbindung gebildet wird.

Ein Kupferrohr 19, durch welches ein Kühlmedium hindurchgeführt werden kann, dient zur Kühlung des Halterings. Das Rohr 19 verläuft rund um den Haltering 13 und ist mittels Silberlötung an dessen Außenfläche befestigt.

Die Bewegung des Halterings gegen das rohrförmige Metallteil läßt sich dadurch begrenzen, daß die Außenfläche des rohrförmigen, hitzebeständigen Teils gegen das Ende konisch erweitert und die Innenfläche des Halterings in gleichem Sinne konisch erweitert ist. Die Außenfläche des rohrförmigen, hitzebeständigen Teils kann an Stelle der konischen Erweiterung auch eine Umfangsrippe oder eine Mehrzahl von Vorsprüngen aufweisen, die über den Umfang verteilt sind und mit dem Haltering in Eingriff gelangen.

Das rohrförmige Me*allteil ist an seinem dem hitzebeständigen Teil gegenüberliegenden Ende mit einem sich nach außen erstreckenden Flansch oder Flanschen versehen, die Durchtrittsöffnungen für Verbindungsmittel aufweisen. Der auf dem hitzebeständigem rohrförmigen Teil abgestützte Haltering besitzt ebenfalls einen nach außen verlaufenden Flansch oder Flansche, die gleichermaßen Durchtrittsöffnungen aufweisen.

Schraubenbolzen greifen durch die Durchtrittsöffnungen der beiden Flansche hindurch und verbinden die beiden Flansche miteinander.

Das rohrförmige Metallteil kann mit einem Kühlmantel versehen sein, durch weichen ein Kühlmedium hindurchgeführt wird. Wenn das rohrförmige Metallteil an seinem dem hitzebeständigen rohrförmigen Teil gegenüberliegenden Ende mit einem nach außen abstehenden Flansch versehen ist, kann der radial innenliegende Bereich dieses Flansches die Stirnwand des Kühlmantels bilden.

Das hitzebeständige Material kann Tonerde bzw. Alaunerde sein, ist jedoch vorteilhafterweise Kieselerde (Siliziumdioxyd), beispielsweise durchsichtig oder durchscheinend verschmolzenes Quarz.

Das wärmeisolierende Material ist vorteilhafterweise gewebtes Siliziumdioxyd (Quarzfaser), das mit Siliziumdioxydpulver imprägniert ist. Das wärmeisolierende Material kann auch Asbest enthalten. In diesem Fall ist dann vorzugsweise eine dünne Schicht gewebten Siliziumdioxyds zwischen dem das Asbest enthaltenden wärmeisolierenden Material und dem hitzebeständigen Teil angeordnet. Wenn es gewünscht wird, kann ein wärmeisolierendes Material für die Dichtung und ein anderes wärmeisolierendes Material für die Materialschicht verwendet werden, die zwischen dem Ring und dem hitzebeständigen Teil angeordnet ist.

Die Verbindung kann für die meisten Zwecke zufriedenstellend gasdicht gemacht werden, vorausgesetzt, daß der Druckunterschied zwischen dem Inneren und dem Äußeren der zu verbindenden Rohre nicht zu groß ist. Wenn die zu verbindenden Rohre einen Teil eines Gerätes bilden, in welchem ein beträchtlicher Überdruck aufrechterhalten wird, kann an die Rohre im Bereich der Verbindung ein Zwangsdruck angelegt werden, beispielsweise durch Schaffung eines Mantels, welcher die Verbindung außen umgibt und in welchen ein unter Druck stehendes Medium eingeführt werden kann, um ein Lecken von Medium vom Inneren des Geräts durch die Verbindung hindurch zu verhindern.

Im Betrieb kann das Quarzteil 2 innerhalb eines Vorheizofens angeordnet sein, von welchem ein Teil der Wand 20 schematisch dargestellt ist. Wenn der Brenner in Betrieb gesetzt wird, entwickelt sich ein beträchtlicher Temperaturunterschied zwischen dem Metallteil 1 und dem Quarzteil 2. Weiterhin sind die Wärmeausdehnungskoeffizienten des Quarzes und des Inconel-Metalls sehr verschieden. Die Refrasil-Dichtung 12, die Refrasil-Schicht 15 und das Kühlrohr 19 gewährleisten je-

doch, daß die Metallteile der Verbindung auf einer Temperatur verbleiben, die beträchtlich unter der Temperatur des Quarzteiles 2 liegt. Die Federvorspannung der Schraubenbolzen 16 macht es möglich, daß ein eventuell auftretender Dehnungsunterschied aufgenommen wird.

Der Brenner kann ebenso zur Herstellung eines Oxyds eines der Elemente Zirkon, Eisen, Aluminium und Silizium durch Dampfphasenoxydation eines Chlorids des betreffenden Elementes verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Rohrverbindung zwischen einem rohrförmigen Teil aus Metall und einem rohrförmigen Teil, das aus hitzebeständigem Material ausgeführt ist und sich an das rohrförmige Metallteil anschließt, mit einer aus wärmeisolierendem Material bestehenden Dichtung, die zwischen die Verbindungsflächen der Teile eingefügt ist, und einem Haltering aus Metall, der den hitzebeständigen Teil umgreift, wobei die Außenfläche des hitzebeständigen Teils mit einem Flanschwulst od. dgl. derart ausgebildet ist, daß sie die Bewegung des Halterings zu dem Metallteil hin begrenzt, ferner mit einer Schicht aus wärmeisolierendem Material, die zwischen dem Haltering und dem hitzebeständigen Teil angeordnet ist und einer Einrichtung, welche den Ring mit dem Metallteil verbindet und den Ring federnd gegen das Metallteil drückt und die Verbindung zwischen dem hitzebeständigen Teil und dem Metallteil herbeiführt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (19) zum Kühlen des Halterings (13) vorgesehen ist.

2. Rohrverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Kühlen des Halterings (13) eine Leitung (19) aufweist, die mit der Außenfläche des Rings auf wenigstens dem größeren Teil des Ringumfangs, insbesondere im wesentlichen auf dem gesamten Ringumfang, in Wärmekontakt steht und durch die ein Kühlmedium hindurchgeführt werden kann.

3. Rohrverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (19) aus einem Kupferrohr besteht, das vorzugsweise an der Außenfläche des Halterings mit Silber angelötet ist.