DE1471377B2 - Waermebehandlungsofen - Google Patents

Description

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»Werkstoffe und Korrosion«, linke Spalte, 2. Absatz, aus einem hitzebeständigen Material aufzubringen,

Metallteile gegen Abrieb und chemischen Angriff zu sondern es werden die Schichten des hitzebeständigen

schützen waren. Materials vorzugsweise auf die Außenfläche der inner-

Beim Erfindungsgegenstand sind in der Regel sten Trennwand und auf die beiden Flächen der der

weder Temperaturen vorhanden, die über einen Be- 5 innersten Trennwand nächstbenachbarten Trennwand

reich von etwa 1000⁰C hinausgehen, der auch mit den aufgebracht.

bisher verwendeten temperaturfesten Stoffen beherrscht Nachfolgend wird die Erfindung mit näheren Einzelwerden kann, noch liegen hier Abrieb und chemischer heiten an Hand einer bevorzugten Ausführungsform in Angriff oder Hochvakuum vor. Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben, und

Aus diesem Grunde wird die erfindungsgemäße Aus- io zwar zeigt

bildung eines Glasbehandlungsofens durch den Stand F i g. 1 eine Ansicht im Längsschnitt eines erfin-

der Technik nicht nahegelegt, weil der Fachmann dungsgemäßen Wärmebehandlungsofens für Glas,

diesem Stand der Technik keine Anregung entnehmen F i g. 2 eine Ansicht des in F i g. 1 dargestellten

konnte, bereits erprobte Wandmaterialien durch Ofens im Schnitt nach der Linie II-II und

Stoffe, deren Herstellung eine komplizierte Technolo- 15 F i g. 3 die prozentuale Reflexion von zwei hitze-

gie erfordert, zu ersetzen. beständigen Oxyden im Vergleich zu der prozentualen

Obwohl ein erfindungsgemäßer Ofen zum Erhitzen Reflexion eines oxydierten metallischen Materials

von Metallen oder Metallgemischen, beispielsweise in über einen Wellenlängenbereich in Mikron.

Pulverform, bei Temperaturen innerhalb eines weiten Der in F i g. 1 und 2 dargestellte Ofen besitzt

Bereiches verwendet werden kann, ist sein besonderes 20 Seitenwände 1, von denen jede aus einer Reihe von

Anwendungsgebiet ein Temperaturbereich zwischen wärmereflektierenden Trennwänden 2, 3, 4, 5 und 6

etwa 800 und 1000⁰C. Ein weiteres Anwendungs- gebildet wird, welche durch hitzebeständige Abstands-

gebiet der Erfindung ist die Wärmebehandlung von stücke 7 voneinander in Abstand gehalten werden, die

Glas, bei welcher es häufig erforderlich ist, Glasgut bis von starren Rahmen 8 getragen werden. Die starren

in die Nähe des Erweichungspunktes von Glas zu er- 25 Rahmen 8 halten die jede Seitenwand bildenden

wärmen, so daß die gewünschte Betriebstemperatur Trennwände 2 bis 6 als einheitliches Gebilde zusam-

des verwendeten Ofens bei etwa 800⁰C liegt. Ein erfin- men.

dungsgemäßer Ofen ist besonders zur Wärmebehand- Die drei innersten Trennwände 2, 3 und 4 sind aus

lung von Glas bei einer solchen Temperatur geeignet, einem hitzebeständigen metallischen Material herge-

und die Erwärmung von Flachglas in Scheibenform 30 stellt, das angenähert 80% Ni und 20% Cr enthält

auf diese Temperatur ist eine der Maßnahmen des her- sowie 0,3 % Ti und 0,1 % C. Die Trennwand 5 besteht

kömmlichen Glasvorspannungsverfahrens. aus korrosionsbeständigem Stahl, und die äußerste

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung besteht das Wand 6 besteht aus einer Aluminiumplatte. Obwohl

hitzebeständige Material aus Aluminiumoxyd oder die einzelnen Wände 2 bis 6 in der Zeichnung in Form

Zirkoniumoxyd mit 5 Gewichtsprozent Calciumoxyd. 35 von glatten Platten dargestellt sind, können sie gege-

Ferner eignen sich als hitzebeständiges Material benenfalls gewellt sein, um ihre Steifigkeit zu erhöhen.

Calciumfluorid, Magnesiumoxyd, Zinkoxyd und Blei- Der Abstand zwischen den einzelnen Trennwänden

oxyd. beträgt etwa 25 bis 50 mm.

Bis zu 86% der Infrarot-Ausstrahlung bei 800⁰C Die innerste Trennwand 2 trägt an ihrer Außen-

eines perfekten Wärmestrahlers hat Wellenlängen 40 fläche eine Schicht 9 aus Zirkoniumoxyd mit 5%

unter 6 Mikron, so daß es genügt, wenn die erfindungs- Calciumoxyd, und die nächsten Trennwände 3 und 4

gemäß geforderte Beziehung wenigstens für Wellen- sind sowohl auf ihrer Innenfläche als auch auf ihrer

längen unter 6 Mikron erfüllt ist. Das Hauptmerkmal Außenfläche mit ähnlichen Schichten 10 und 11 bzw.

j) der hitzebeständigen Materialien oder hitzebeständigen 12 und 13 aus Zirkoniumoxyd mit 5 % Calciumoxyd

oxydischen Materialien besteht daher darin, daß bei 45 versehen.

den Betriebstemperaturen bei einem wesentlichen An- Die auf die Flächen der Trennwände 2, 3 und 4

teil der Wellenlängen zwischen 1 und 6 Mikron ihr aufgebrachten Schichten 9 bis 13 haben vorzugsweise

Oberflächenreflexionsvermögen größer ist als ihr eine Dicke von etwa 0,127 mm und sind in ihrer Art

Oberflächenabsorptionsvermögen. Ein weiteres bevor- eher Feststoffteilchenüberzüge als Filme aus Zirko-

zugtes Beispiel eines hitzebeständigen Materials ist 50 niumoxyd mit 5 % Calciumoxyd. Die Schichten 9 bis

Zirkonoxyd mit 5 % Calciumoxyd, Magnesiumoxyd 13 können auf die Flächen der Trennwände 2, 3 und 4

und Aluminiumoxyd. zweckmäßig durch Aufsprühen in feiner Zerstäubung

Aus dem Vorangehenden ergibt sich, daß der Über- aufgebracht werden, so daß die Teilchen aus Zirko-

zug wirksam ist, wenn das Material auf die Innenfläche niumoxyd mit 5 % Calciumoxyd an den Oberflächen

einer der Trennwände aufgebracht ist. Die Eigenschaft 55 der Trennwände 2, 3 und 4 zur Bildung der jeweiligen

hitzebeständiger Materialien, daß das Oberflächen- Schichten zusammensintern.

reflexionsvermögen größer ist als das Oberflächen- In F i g. 3 ist durch die Kurve A die prozentuale

absorptionsvermögen bedeutet jedoch ferner, daß ihr Reflexion von Zirkoniumoxyd mit 5% Calciumoxyd

Wärmeausstrahlungsvermögen geringer ist als 50%, über der Wellenlänge in Mikron der einfallenden

so daß die Anordnung einer Schicht des hitzebeständi- 60 Strahlungen aufgetragen. Wie ersichtlich, ist für den-

gen Materials an der Außenwand einer oder mehrerer jenigen Teil des Spektrums, in welchem der Hauptteil

der Trennwände den Wärmeverlust durch Strahlung der Strahlung stattfindet, d. h. unter 5 Mikron, die

von dieser Trennwand in Richtung nach außen herab- prozentuale Reflexion von Zirkoniumoxyd mit 5 %

setzt. Calciumoxyd über einen beträchtlichen Teil dieses

Im allgemeinen sind die Heizvorrichtungen im Ofen 65 Bereiches höher als 50 %.

Heizelemente, die an der innersten Trennwand ange- Die Kurve B in F i g. 3 zeigt die prozentuale

ordnet sind, in welchem Falle es zweckmäßig ist, auf Reflexion einer oxydierten Platte der Trennwände 2,

die Innenfläche der innersten Trennwand keine Schicht 3 und 4. Wie ersichtlich, verursacht das Reflexions-

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vermögen der Schicht aus Zirkoniumoxyd mit 5 % diese erhitzenden Strahlung wird jedoch ein kleinerer Calciumoxyd eine sehr wesentliche Zunahme des Anteil von der Trennwand 3 wegen der Schicht 11 auf

Reflexionsvermögens der Flächen der Trennwände 2, ihrer Außenfläche nach außen abgestrahlt. Die 3 und 4, auf die Schichten 9 bis 13 aus Zirkoniumoxyd Schichten 12 und 13 auf der Trennwand 4 wirken in

mit 5% Calciumoxyd aufgebracht worden sind. 5 ähnlicher Weise wie die Schichten 10 und 11 auf der

In F i g. 3 ist ferner eine Kurve C dargestellt, Trennwand 2.

welche die prozentuale Reflexion von Aluminiumoxyd Die Schichten 9 bis 13 auf den Trennwänden 2, 3

zeigt. und 4 führen zu dem Ergebnis, daß der Wärmeverlust

In F i g. 2 sind Heizelemente 14 aus Nickel-Chrom- nach außen durch die Ofenseitenwände herabgesetzt

Streifen dargestellt, weiche von hitzebeständigen Kör- io ist.

pern 15 getragen werden, die an den innersten Trenn- Es ist daher möglich, den erfindungsgemäßen Ofen

wänden 2 der Längswände des Ofens angebracht sind. auf der gewünschten Temperatur mit einem geringeren Die Stromzufuhr zu den Heizelementen 14 geschieht Aufwand an Wärmeenergie zu halten, als es bei einem

über eine nicht gezeigte Durchführungsleitung, die ähnlichen Ofen, jedoch ohne die Schichten 9 bis 13, der

durch die verschiedenen, die Wände 1 bildenden 15 Fall sein würde.

Trennwände von einem geeigneten Klemmenblock Bei einem erfindungsgemäßen Ofen besteht ferner

hergeführt sind. eine hohe Ansprechgeschwindigkeit für Veränderungen

Bei der in F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungs- in der Wärmezufuhr zum Ofen, so daß es möglich ist,

form der Erfindung wird der Sockel des Ofens durch bei Veränderungen in der Temperatur der einzelnen

ein gestuftes Fundament 16 aus feuerfestem Material 20 Zonen innerhalb des Ofens ziemlich rasch dadurch

gebildet, dessen Stufen den stufenförmigen Kanten an einen Ausgleich zu schaffen, daß die Wärmezufuhr

den unteren Enden der einzelnen Seitenwände 1 ent- zum Ofen, beispielsweise von einem der Heizelemente

sprechen. Ferner ist der Ofen mit einem Dachaufbau 14, geregelt wird.

17, ebenfalls aus feuerfestem Material, der eine Öffnung Obwohl die Erfindung im Vorangehenden in Anaufweist und auf die Seitenwände 1 aufgesetzt ist, wo- 25 wendung auf einen Ofen beschrieben wurde, in den bei die Auflagestelle zwischen dem Dachaufbau und eine Glasscheibe eingelassen wurde, kann sie natürlich den Seitenwänden ebenfalls gestuft ist. Die innersten ebenso gut auf einen Ofen angewendet werden, durch Trennwände 2 erstrecken sich nach innen bis in die welchen eine Glasscheibe auf einem Fahrzeug geför-Nähe der Öffnung. Gleitbare Schließkörper 18 dienen dert wird. Ferner können gegebenenfalls das Fundazum völligen Verschluß des Ofens, wenn eine Glas- 30 ment und der Dachaufbau des Ofens beide aus Hohlscheibe in den Ofen zur Erhitzung bis in die Nähe der wandanordnungen, die den Seitenwänden 1 ähnlich Erweichungstemperatur des Glases eingelassen worden sind, bestehen,
ist. Außerdem kann ein erfindungsgemäßer Ofen auch

Im Betrieb strahlen die Heizelemente 14 nach innen zum Erhitzen von Glasgegenständen benutzt werden,

auf eine Glasscheibe 19 innerhalb des Ofens sowie 35 um sie durch Aufschmelzen von Überzügen aus Farb-

nach außen zu den innersten Trennwänden 2 der die stoffen auf ihren Oberflächen zu dekorieren.

Wände 1 bildenden einheitlichen Bauelemente. Dies Wenn auch der Überzug aus Zirkoniumoxyd mit

hat zur Folge, daß die innersten Trennwände 2 erhitzt 5 % Calciumoxyd zweckmäßig durch Aufsprühen in

werden und selbst Wärme sowohl nach innen als auch feiner Zerstäubung aufgetragen wird, ist es bei man-

nach außen ausstrahlen. Infolge der Schicht 9 aus 40 chen der anderen hitzebeständigen Materialien zweck-

Zirkoniumoxyd mit 5 % Calciumoxyd ist jedoch die mäßiger, sie in Form eines Breis oder einer Paste auf-

durch die Trennwand 2 nach außen zur nächstinnersten zutragen, der bzw. die auf das Grundmetall der Trenn-

Trennwand 3 abgestrahlte Energiemenge geringer, als wand zur Bildung des Feststoffteilchenüberzuges auf-

es beim Fehlen der Schicht 9 der Fall sein würde. gebrannt wird. Innerhalb des Rahmens der Erfindung (j'\

Durch die Schicht 10 auf der nächsten Trennwand 3 45 kann das hitzebeständige Material bzw. das hitzewird das Reflexionsvermögen ihrer Fläche erhöht, so beständige oxydische Material in Form eines Gedaß eine größere Menge der von der Fläche der misches mit einem anderen Material aufgetragen wer-Trennwand 2 in Richtung nach außen abgegebenen den, jedoch muß das Gemisch derart sein, daß der Strahlung zur Trennwand 2 zurückreflektiert wird. erhaltene Feststoffteilchenüberzug die vorangehend Von der gesamten auf die Trennwand 3 fallenden und 50 beschriebenen Eigenschaften hat.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 2 solch niedrige Reflexionskoeffizienten (z. B. 20%), Patentansprüche: daß der Vorteil der niedrigen Wärmekapazität durch den Aufbau aus Hohlwänden durch den viel größeren

1. Wärmebehandlungsofen für Glas mit einem Wärmeverlust an die Umgebung wegen der beeinträch-Wandaufbau, der durch eine Anzahl voneinander 5 tigten Wärmeisolierung in den Wänden des Ofens aufim Abstand befindlicher Trennwände gebildet wird, gehoben wird.

dadurch gekennzeichnet, daß eine Es ist ferner bereits ein Ofen für industrielle Anwen-

oder mehrere der voneinander im Abstand befind- düngen bekannt, bei welchem Wärmeverluste aus dem

liehen Trennwände auf mindestens einer Fläche Ofenraum dadurch möglichst klein gehalten werden,

mit einem an sich bekannten hitzebeständigen io daß der Ofenraum einen Wandaufbau besitzt, der aus

Überzug beschichtet ist, dessen Oberflächen- einer Anzahl von parallelen metallischen Strahlungs-

reflexionsvermögen bei den Betriebstemperaturen schirmen besteht, die beispielsweise aus Aluminium

für Wellenlängen unter 6 Mikron größer als sein oder Wolfram bestehen, wobei der Raum zwischen

Oberflächenabsorptionsvermögen ist. einzelnen Schirmen evakuiert wird, um einen Wärme-

2. Wärmebehandlungsofen nach Anspruch 1, 15 übergang durch Konvektion auszuschließen,
dadurch gekennzeichnet, daß das hitzebeständige Durch die Erfindung wird eine einfachere Lösung Material Aluminiumoxyd ist. vorgeschlagen, mit dem Ziel, eine verbesserte Ofen-

3. Wärmebehandlungsofen nach Anspruch 1, bauform mit dem Vorteil einer niedrigen Wärmedadurch gekennzeichnet, daß das hitzebeständige kapazität und einem schnellen Ansprechen auf örtliche Material Zirkoniumoxyd mit 5 Gewichtsprozent 20 Wärmezufuhr im Ofen während seines Betriebs zu er-Calciumoxyd ist. halten.

4. Wärmebehandlungsofen nach einem der vor- Der erfindungsgemäße Ofen ist dadurch gekennausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, zeichnet, daß eine oder mehrere der voneinander im daß die einzelnen Trennwände, welche jeweils die Abstand befindlichen Trennwände auf mindestens beiden Seitenwandanordnungen des Ofens bilden, 25 einer Fläche mit einem an sich bekannten hitzebestänals Einzelelemente zur Seitenwandanordnung zu- digen Überzug beschichtet ist, dessen Oberflächensammengesetzt werden. reflexionsvermögen bei den Betriebstemperaturen für

5. Wärmebehandlungsofen nach einem der vor- Wellenlängen unter 6 Mikron größer als sein Oberausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, flächenabsorptionsvermögen ist.

daß sich eine Schicht des hitzebeständigen Mate- 30 Hitzebeständige Überzüge aus oxydkeramischen

rials auf der Außenfläche der innersten Trennwand Stoffen sind bekannt (Werkstoffe und Korrosion,

und an beiden Flächen der der innersten Trenn- 11. Jahrgang [1960], S. 601 bis 615). Insbesondere in

wand nächstliegenden Trennwand befindet. den Seiten 601 und 608 ist angegeben, daß oxydkeramische Stoffe, insbesondere Aluminiumoxid, ein

35 2- bis 3fach höheres Reflexionsvermögen für Wärmestrahlung haben als z. B. oxydierte Stähle und daß Metallteile mit Oxiden beschichtet werden, da auf

Die Erfindung betrifft einen Wärmebehandlungs- diesem Weg eine gute thermische Isolation erzielt wer-

ofen für Glas mit einem Wandaufbau, der durch eine den kann.

Anzahl voneinander im Abstand befindlicher Trenn- 40 Hitzebeständige Überzüge aus Aluminiumoxyd oder

wände gebildet wird. Zirkoniumoxyd sind ferner aus dem Journal of the

Die bisher allgemein für diesen Zweck verwendeten American Ceramic Society, Vol. 40 (1957), Nr. 3,

Öfen waren feuerfeste Öfen von hoher Wärmeauf- S. 69 bis 74, bekannt.

nahmefähigkeit, so daß ein beträchtlicher Wärme- Jedoch wurden derartige Überzüge bisher nur in aufwand erforderlich ist, um ihre Temperatur auf die 45 besonders beanspruchten Bauteilen verwendet, welche gewünschte Betriebstemperatur von etwa 800° C zu er- ohne die Verwendung derartig kostspieliger Überzüge höhen. nicht einsatzfähig wären, wie Teile in Luftfahrt, Raum-Beim Erwärmen von Flachglas in Scheibenform zum fahrt und Kerntechnik, oder welche unter erschwerten Vorspannen soll eine bestimmte Temperatur oder ein Bedingungen, wie im Vakuum, arbeiten. Beispielsweise bestimmter Temperaturverlauf im Glas, beispielsweise 5° zeigt die deutsche Patentanmeldung D 14 431 IVc/80b eine gleichmäßige Temperatur über das ganze Glas eine Isolierung, welche eine niedrige Gasabgabe auferzielt werden, bevor dieses einer Abschreckbehand- weist, weil poröse feuerfeste Materialien durch Formlung unterzogen wird. Es wurde jedoch festgestellt, daß stücke oder Pulver aus Siliciumdioxyd ersetzt werden. das Flachglas örtliche Temperaturen hat, die von dem Dagegen wird erfindungsgemäß durch die Verwendung bestimmten Verlauf abweichen, und daß bei dem Be- 55 lediglich eines Überzugs ein einfacherer Aufbau erzielt, mühen, diese Unterschiede dadurch zu beseitigen, Durch die vorliegende Erfindung wird erstmals ein daß ein Teil des Glases in der Weise erhitzt wird, daß in Oxydüberzug zur Beschichtung einer Ofenwand voreinem entsprechenden Teil des Ofens eine weitere Er- geschlagen. Dieser Sachverhalt spricht dafür, daß bishitzung durchgeführt wird, das Ansprechen eines her die Vorteile eines derartigen Überzugs für den feuerfesten Ofens wegen seiner hohen Wärmekapazität 60 Ofenbau in der Glasbehandlung nicht erkannt worden sehr langsam ist. sind. Der Grund liegt hierfür wohl darin, daß derartige Bei der Wärmebehandlung von Metallen wurde be- Oxydkeramikschichten in erster Linie für Anwendunreits vorgeschlagen, Öfen mit Hohlwänden zu ver- gen bekannt geworden sind, die wie Strahltriebwerke wenden. Die für die Hohlwände solcher Öfen ver- und Raketenantriebe mit noch wesentlich höheren Temwendeten Materialien, beispielsweise molybdän- oder 65 peraturen arbeiten — nämlich 2000 bis 4000° C — als chromplattierter korrosionsbeständiger Stahl, unter- ein Wärmebehandlungsofen für Glas. Darüber hinaus liegen bei der Betriebstemperatur des Ofens alle der war die Verwendung derartiger Überzüge bisher auf Oxydation, und die oxydierten Materialien haben solche Gebiete beschränkt, wo gemäß S. 602 aus