DE1583434B1 - Vertikaler Rohrofen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen vertikalen in einer ergibt noch keine gleichmäßige Temperaturverteilung Druckkammer untergebrachten Rohrofen mit einem im Ofenraum, und man erhält eine einigermaßen von einem wärmeisolierten Material umschlossenen gleichmäßige Temperatur nur in einem Teil des Ofens, und mit Heizelementen versehenen Ofenraum, wobei Außerdem müssen unverhältnismäßig große Leistundie Atmosphäre im Ofen und um den Ofen herum 5 gen zugeführt werden, was an und für sich kostspievorzugsweise aus Gas unter hohem Druck besteht. Hg und kompliziert ist und außerdem größere Anfor-

AIs Beispiel für das Anwendungsgebiet für Öfen derungen an die Kühlung der Druckkammerwände dieser Art können Druckkammern für isostatische stellt.

Kompression genannt werden. Solche Druckkam- Zweck der Erfindung ist, bei einem Ofen der be-

mern werden beispielsweise bei der Herstellung von io schriebenen Art auf einfache Weise eine möglichst Gegenständen aus Pulver verwendet, besonders bei gleichmäßige Temperaturverteilung in der Längsrichlänglichen Gegenständen sowie solchen mit unregel- tung des Ofens zu erreichen. Dies wird gemäß der mäßiger Form. Die Pulvermischung wird dabei in Erfindung dadurch erreicht, daß die Wärmeisolierung einer Kapsel aus Gummi, Kunststoff oder anderem des Mantels aus wenigstens einer Isolationszelle benachgiebigen Material mit derselben Form wie das 15 steht, die aus einem in einer Hülle von Material mit gewünschte Produkt eingeschlossen, wonach die Kap- niedriger Gasdurchlässigkeit eingeschlossenen Raum sei in eine Druckkammer gesenkt und einen allsei- besteht, der mit den übrigen in der Druckkammer betigen Druck von der Größenordnung 1000 Bar aus- findlichen Räumen nur durch eine oder mehrere gesetzt wird. Um gleichzeitig das Sintern des Pulvers Druckausgleichsöffnungen verbunden ist, die innerzu erreichen, wird in der Druckkammer ein Ofen des 20 halb eines Bereiches liegen, dessen Ausdehnung in genannten Typs angebracht, wobei als Druckmedium vertikaler Richtung im Verhältnis zur Ausdehnung Gas verwendet wird, z.B. Argon oder Helium. Ge- der Isolationszelle in derselben Richtung klein ist. Die wohnlich wird die Kapsel dabei aus Metallblech her- Konvektion innerhalb einer in genannter Weise ausgestellt. Um das Material beim Einführen in den bzw. geführten Zelle kann auf verschiedene Weise auf sehr beim Herausnehmen aus dem Ofen leichter hantieren 25 geringe Werte gesenkt werden. Zu diesem Zweck zu können, ist es erforderüch, daß dieser Vorgang kann die Zelle beispielsweise mit Vorteil mit Isoliervertikal erfolgen kann, aus diesem Grunde werden material gefüllt werden, das gut an die Zellenwände solche Öfen in der Regel mit vertikaler Längsachse anschließen muß und nur geringe Neigung zu innerer ausgeführt. Dabei entstehen jedoch große Schwierig- Rißbildung aufweisen darf. Es muß weiter Druckkeiten, eine gleichmäßige Temperaturverteilung längs 30 wechsel vertragen, weshalb geschlossene Poren nicht des Ofens zu erreichen, dessen Höhe beispielsweise vorkommen dürfen, außerdem darf das Isoliermate-1,5 bis 2 m betragen kann. Das beruht in erster Linie rial zur Verhinderung von Konvektion nur geringe darauf, daß im Ofen eine intensive Eigenkonvektion Gasdurchlässigkeit besitzen. Als Beispiel für ein entsteht. Die Konvektion wird durch Dichtevariatio- Isoliermaterial, das diesen Anforderungen entspricht, nen in radialer Richtung verursacht, die bei der.Er- 35 kann gepreßtes Isoliermaterial in Fiberform, das auf wärmung des Ofenzentrums entstehen. Die Dichte Aluminiumoxyd-, Siliziumdioxyd- oder Kohlenbasis des Gases ist verhältnismäßig groß, nimmt aber bei aufgebaut ist, sowie Isoliermaterial in feinkörniger zunehmender Temperatur ab, und diese Dichteminde- Form auf Aluminiumoxyd- oder Magnesiumoxydrung ist besonders groß bei den hier verwendeten basis genannt werden. Wenn die Isolierung aus einer hohen Drücken, beispielsweise 2000 Bar, wenigstens 40 großen Anzahl Zellen besteht, deren Ausdehnung in bei den in diesem Zusammenhang in Frage kommen- der radialen Richtung des Ofens verhältnismäßig den Gasen, wie z. B. Argon. Das Gas steigt deshalb klein ist, kann man jedoch die gewünschte Wirkung in dem wärmeren Teil des Ofenraums, während es auch ohne eine besondere Füllung in den Zellen eran den kälteren Wänden fällt, so daß die Temperatur reichen.

im oberen Teil des Ofens bedeutend, höher als im 45 Ein Druckausgleich wird im Ofen dadurch erreicht, unteren sein kann. Die Konvektion in Öfen, die in daß die Zellen mit dem Ofenraum und/oder der Um-Gas unter hohem Druck arbeiten, ist besonders inten- gebung des Mantels durch Druckausgleichsöffnungen siv, weil die große Temperaturabhängigkeit der Gas- in ihrem oberen bzw. unteren Teil in Verbindung dichte nicht von einer entsprechenden Zunahme der stehen. Die Öffnungen werden vorteilhaft im oberen Viskosität des Gases ausgeglichen wird. Die Viskosi- 50 Teil der Zelle angebracht, wenn sie auf einer in Kontät bei den vorkommenden Drücken ist für Argon takt mit dem Gas befindlichen Fläche liegen, deren z. B. nur vier- bis fünfmal so groß wie der der Luft Temperatur höher als die durchschnittliche Tempebei Atmosphärendruck und Aingefähr-ein"Zehntel von—-^ato&^e&^ZeUe^istj.und-jm^unteren—Feil^der-Zelle;' der des Wassers. wenn dieser in Kontakt mit dem Gas steht, das kälter

Um die Konvektion im Ofen zu verringern und 55 als der Temperaturdurchschnitt in der Zelle ist. dadurch eine gleichmäßigere Temperaturverteilung zu Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines in

erreichen, hat man vorgeschlagen, den Ofen schwenk- der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles bar auszuführen, so daß dieser, wenn das Material in näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt den Ofen eingeführt ist, in die Horizontallage ge- F i g. 1 zur Hälfte im Schnitt einen Ofen gemäß der

schwenkt werden kann. Diese Ausführung ist jedoch 60 Erfindung, der in einer für isostatische Kompression nur bei verhältnismäßig kleinen Öfen praktisch mög- vorgesehenen Druckkammer untergebracht ist, lieh, das Problem der ungleichmäßigen Temperatur- Fig. 2 im größeren Maßstab eine Einzelheit des

verteilung bleibt selbst bei diesem Ofentyp in gewis- oberen Teiles des Ofens,

sem Maße bestehen. Ein anderer Vorschlag geht Fig. 3 eine Ofenisolierung, die eine einzige ring-

darauf hinaus. Heizelemente mit verschiedener Lei- 65 förmige Zelle enthält, und

stung in der Längsrichtung des Ofens anzuwenden, so Fi g. 4 bis 7 alternative Ausführungen von Mantel-

daß die Wärmeentwicklung am Boden des Ofens Isolierungen mit mehreren Zellen, größer als im oberen Teil ist. Diese Maßnahme allein Die Druckkammer 1 in Fig. 1 besteht aus einem

dickwandigen zylindrischen Stahlrohr 2. um das ein Drahtrnantel 3 aus kaltgewalzten, unter Vorspannung stehendem. Stahldraiu mit großer Festigkeit gewickelt ist. Durch die Wicklung werden so große radiale und tangentiale Druckspannungen in der Rohrwand erreicht, daß, der Zylinder einem inneren Überdruck von über 3000 Bar widerstehen kann. Als Druckgas wird Argon verwendet. Zwischen dem Drahtmantel 3 und einem äußeren Mantelblech 4 befindet sich ein ringförmiger Spalt 5 für Kühlwasser, das durch den Einlauf 6 am Boden der Druckkammer zu- und durch den Auslauf? im oberen Teil der Kammer abgeführt wird. Der Zylinder ist am unteren Ende mit einem Pfropfen 8 und am oberen Ende mit einem eingeschraubten Deckel 9 verschlossen. Der Bodenpfropfen 8, der mit dem in der Druckkammer 1 befindlichen Ofen 10 zusammengebaut ist, hat Durchführungen 11 für den elektrischen Strom zum Ofen, eine Durchführung 12 für Thermoelementleitungen und eine nicht gezeigte Rohrdurchführung für das Druckgas. Der Ofen 10 besitzt einen von einem Mantel 13 umgebenen Ofenraum 14. Im Ofenraum befinden sich elektrische Heizelemente in Form von drei Schleifen 15, 16 und 17, die an den Durchführungen 11 angeschlossen sind. Die Heizelemente befinden sich auf der Innenseite einer Anzahl feuerfester Ziegelrohre 18 und werden von diesen getragen. Auf der Außenseite der Rohre befindet sich ein ringförmiger Spalt 19 für Zuleitungen. Die Heizelemente können natürlich alternativ auch- auf der Außenseite der Rohre oder zwischen zwei konzentrisch angebrachten Rohren untergebracht werden. Der Ofenraum 14 ist mit einer Wärmeisolierung versehen, die aus einer umgebenden ringförmigen Isolationszelle 20, einem Bodenteil 21 und einem Deckel 22 besteht. Die Zelle 20 besteht aus einer Metallblechhülle, die mit gepreßtem Isoliermaterial in Fiberform mit mäßiger Gasdurchlässigkeit gefüllt ist. Zum Druckausgleich befindet sich im oberen Teil der Zelle ein ringförmiger schmaler Spalt 23 (F i g. 2), der die einzige Öffnung in der Hülle der Zelle ist. In entsprechender Weise sind das Bodenteil 21 und der Deckel 22 aus eingekapseltem Isoliermaterial hergestellt. F i g. 2 zeigt somit die Druckausgleichsöffnung 24 des Deckels. Die einzige Öffnung zwischen dem Ofenraum 14 und dem Raum außerhalb des Ofenmantels ist die Öffnung 25 im unteren Teil des Ofens. Der in F i g. 1 gezeigte Ofen soll unter einem Druck von 2000 Bar mit einer Ofentemperatur von 1350° arbeiten. Bei Versuchsbetrieb eines solchen Ofens hat sich die Temperatur innerhalb 90 % der Ofenlänge praktisch konstant erwiesen.

Fig. 3 zeigt prinzipiell, wo die Öffnungn in einer aus einer einzigen ringförmigen Zelle bestehenden Mantelisolierung, v/ie im Ausführunsbeispiel gemäß F i g. 1 und 2, zweckmäßig angebracht werden. Wenn es zwischen den Räumen innerhalb und außerhalb des Isolationsmantels eine besondere Druckausgleichöffnung gibt, werden die Öffnungen als entweder im Bereich 26 mit Verbindung zum oberen Teil des Ofenraumes 14 oder im Bereich 27 mit Verbindung zum Raum außerhalb des Isolationmantcls angebracht. Wenn jedoch eine solche Druckausgleichöffnung fehlt, können Öffnungen in beiden Bereichen vorkommen.

Fig. 4 zeigt im Schnitt einen Isolationsmantel, der aus mehreren Zellen 28 mit Druckausgleichöffnungen 29 besteht. In dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Isolierung aus einer Mehrzahl radial angebrachter Schichten des in Fig. 4 gezeigten Typs aufgebaut. Eine alternative Ausführung mit einer Mehrzahl konischer Isolationszellen 30, die sich übereinander in der Längsrichtung des Ofens befinden, wird in Fig. 6 gezeigt. Sämtliche in den Fig. 1 bis 6 gezeigten Isolationszellen sollten zweckmäßig mit einem wärmebeständigen Isoliermaterial der oben beschriebenen Art gefüllt sein. Wenn die Zellen jedoch eine verhältnismäßig geringe Ausdehnung in radialer Richtung haben, wie z. B. die Zellen 31 in F i g. 7, und die Isolierung aus einer großen Anzahl solcher Zellen aufgebaut ist, brauchen diese nicht mit besonderer Füllung versehen zu werden. Die Zwischenwände zwischen verschiedenen Zellen werden, sowie die umschließende Verkapselung, zweckmäßig aus Metallblech hergestellt. Dieses Blech kann verhältnismäßig dünn und eventuell aus Legierungen mit niedriger Wärmeleitzahl hergestellt sein.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vertikaler, in einer Druckkammer untergebrachter Rohrofen mit einem von einem wärmeisolierten Material umschlossenen und mit Heizelementen versehenen Ofenraum, wobei die Atmosphäre im Ofen und um den Ofen herum vorzugsweise aus Gas unter hohem Druck besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeisolierung des Mantels (13) aus wenigstens einer Isolationszelle (20, 28) besteht, die aus einem in einer Hülle von Material mit niedriger Gasdurchlässigkeit eingeschlossenen Raum besteht, der mit den übrigen in der Druckkammer (1) befindlichen Räumen nur durch eine oder mehrere Druckausgleichsöffnungen (23, 29) verbunden ist, die innerhalb eines Bereiches (26,27) liegen, dessen Ausdehnung in vertikaler Richtung im Verhältnis zur Ausdehnung der Isolationszelle in derselben Richtung klein ist.

2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellenhülle aus Metallblech besteht.

3. Ofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen mit gepreßtem Isoliermaterial in Fiberform gefüllt sind.

4. Ofen nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen mit dem Ofenraum (14) und/oder der Umgebung des Mantels (13) durch Druckausgleichsöffnungen (23,29) in ihrem oberen bzw. unteren Teil in Verbinduna stehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen