DE1583444A1 - Elektrischer Ofen,dessen Ofenraum durch ein Rohr begrenzt ist - Google Patents

Description

The Carborundum Company

1625, Buffalo Avenue

Niagara Palls, New York

USA 27.■September I967

Elektrischer Ofen, dessen Ofenraum durch ein Rohr begrenzt ist.

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Ofen, dessen Ofenraum durch ein Rohr begrenzt ist, das aus mehreren axial aneinandergereihten Stücken besteht. Bei waagerechten öfen dieser ART wird das Nutzgut gewöhnlich in Kapseln oder Schiffchen durch das genannte Rohr, das im folgenden Innenrohr genannt seih soll, hindurchbewegt. Bei einer Reihe von Brennprozessen in horizontalen Rohröfen hat man die Erfahrung gemacht, daß sich in dem Innenrohr Peststoffe ablagern und dadurch eine Verschmutzung auftritt, die ein wirtschaftlich vertretbares Ausmaß übersteigt. Nach einer wesentlich kürzeren Zeit als der normalen Lebensdauer des Ofens wird eine weitere Benutzung zunehmend schwieriger und zuweilen unmöglich. Der Ofen muß dann stillgesetzt und das Innenrohr muß ersetzt werden, Bei Öfen, die bei hohen Temperaturen arbeiten, wird in diesem Falle die Instandsetzung zu teuer, da der Ofen zwischen den Stillstandszeiten höchstens eine Woche laufen kann. Die Instandsetzung schließt eine Abkühlzelt und eine Aufheizaeit ein, die zu der eigentlichen Arbeit, dem Abreißen und dem Wiederaufbau, noch hinzukommen. Bei einem Ofen der unten beschriebenen Größe beträgt die gesamte Stillstandszeit annähernd vier Tage, und die Instandsetzung des Ofens erfordert einen Arbeitsaufwand von einer 8-Stunden-Schlcht für vier Handwerker. Es ist einleuchtend, daß dies die Produktion und damit die Wirtschaftlichkeit sehr beeinträchtigt,

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B/Wie.

Die Erfindung bezweckt, einen Ofen zu schaffen, bei dem die Verschmutzungen des Innenrohrs mit geringerem Aufwand entfernt werden können.

Nach der Erfindung ist vorgesehen, daß bei einem Ofen der genannten Art das Innenrohr mittels eines Antriebs in seiner Längsrichtung durch den übrigen Teil des Ofens hindurch bewegbar ist. Dabei sollen die genannten Stücke vorzugsweise an dem einen Ende des Rohrs abnehmbar und an dem anderen Ende des Rohrs ansetzbar sein.

Zweckmäßigerweise greifen die genannten Stücke an ihren Berührungsstellen mittels Nut und Feder ineinander. Das Innenrohr kann einen kreisförmigen Querschnitt haben und aus Graphit bestehen.

Der Antrieb für das Innenrohr kann eine an einem Ende des Rohrs angreifende Stoßvorrichtung sein.

Das Innenrohr wird kontinuierlich oder mit Unterbrechungen axial durch den Ofen hindurchbewegt. In dem Maße, in dem dabei die genannten Stücke des Rohrs im Ofen fortschreiten, werden am Ofeneingang neue Stücke angesetzt und am Ofenausgang die gebrauchten Stücke abgenommen. Die gebrauchten Stücke können, gesäubert werden, ohne daß der Brennprozess unterbrochen werden muß.

In der Zeichnung ist ein Ausfüarungsbeispiel der Erfindung dargestellt«.

Die Figuren 1A.,1B,1C und 1D zeigen zusammengenommen einen

Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen waage-. rechten Rohrofen,

Pig. 2 zeigt einen Schnitt nach Linie 2-2 in Fig. 1A, Fig. 3 zeigt einen Schnitt nach Linie 3-5 in Fig. 1B, Fig. 4 zeigt einen Schnitt nach Linie 4-4 in Fig. 10,

Fig» 5 zeigt eine stirnseitige. Ansicht eines Heizelements»

Der in dem folgenden Ausführungsbeispiel beschriebene Ofen ist in mehrere Zonen unterteiltj und zwar in eine in Fig, 1A gezeigte Vorwärmzone 12, eine in Fig, 1B gezeigte Brennzone 14,

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eine in Fig. 1C gezeigte gesteuerte Kühlzone 16, eine in Fig. 1D gezeigte ungesteuerte Kühlzone 18 und eine gleichfalls in Fig. 1D gezeigte Austragskamraer 2o. Vor der Vorwärmzone· 12 ist eine Stoßvorrichtung to angeordnet» Die genannten Teile des Ofens ruhen auf einem Unterbau aus gebräuchlichen Profilstangen 22, deren spezielle Ausbildung von dem Gewicht und der Belastung des betreffenden Ofenteils abhängt und demzufolge unterschiedlich ist.

Durch den Ofen erstreckt sich in Längsrichtung ein Innenrohr 24 aus Graphit, das aus mehreren einzelnen Rohrstücken 26 besteht. Die Rohrstücke 26 weisen an ihren Stirnseiten einen äußeren vorspringenden Rand 28 bzw. einen inneren vorspringenden Rand 3o auf, mittels derer die Rohrstücke 26 gut aneinandersehließen, aber abnehmbar sind. Natürlich können die Enden der Rohrstücke 26 auch in einer geeigneten anderen Weise für eine abnehmbare Verbindung eingerichtet sein. Am Ausgangsende des Ofens sind mehrere kleinere Rohrstüeke 27 angeordnet und in der gleichen Weise wie die längeren Rohrstüeke 26 mit dem übrigen Teil des Innenrohis 24 verbunden. Der Zweck dieser kleineren Rohrstüeke 27 wird weiter unten im einzelnen erklärt werden.

Am Eingangsende des Ofens ragt das Innenrohr 24 im allgemeinen über das Ofenende hinaus.

Die Stoßvorrichtung 1o umfaßt eine endlose Kette 32, die über ein angetriebenes Kettenrad 34 und über lose Kettenräder 36 j 38 und 4o geführt ist. Das Kettenrad 34 ist auf einer Welle 42 angeordnet, die mittels eines Motors 44 und eines geeigneten Getriebes 46 angetrieben ist. In die mit Rollen versehenen Kettenglieder 48 der Kette 32 können zweizinkige Klauen eingreifen, die an einer starr mit einem Stoßblock 54 verbundenen Platte 52 starr befestigt sind und von dieser nach unten ragen; die Klauen 5o werden von der Kette 32 mitgenommen und bewegen so den Stoßblock 5^, der das Innenrohr 24 vorwärtsschiebt. Ferner sind an der Stoßvorrichtung 1o Führungsglieder 56 für das Ihnenrohr 24 vorgesehen.

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Die Vorwärmzone 12 hat einen Außenmantel 6o von quadratischem oder rechteckigem Querschnitt, der vorzugsweise aus Stahl besteht, mit geeigneten feuerfesten Steinen 62 ausgekleidet ist und eine Ofenkammer 64 umschließt. Die der Ofenachse am nächsten liegenden feuerfesten Steine bestehen vorzugsweise aus einem Material von größerer Feuerfestigkeit als die an den Außenmantel 6o angrenzenden Steine. An den Stirnseiten der Ofenkammer 64 sind Stirnwände 66 und 68 vorgesehen, die öffnungen 7o und 72 von kreisförmigem Querschnitt haben, durch die das Innenrohr 24 hindurchtritt. Die Stirnwände 66 und 68 sind an den Unterseiten der Öffnungen 7o und 72 abgesetzt, so daß Schultern 74 und 76 entstehen, die die Enden einer Auflageplatte 78 aus Graphit für das Innenrohr 24 aufnehmen. Die Auflageplatte 78 ist nach unten so weit durchgebogen, daß ihr Querschnitt der zylindrischen Außenoberfläche des Innen- . rohrs 24 angepaßt ist. Auf weiteren Schultern 92 und 94 der Stirnseite 66 und 68 so-wie auf Schultern 88 und 90 der in Fig.2 gezeigten Seitenwände 84 und 86 ruht eine lange Graphitplatte 96, die die Decke der Ofenkammer 64 bildet. Durch den Außenmantel 60 und die Seitenwände 84 und 86 treten mehrere Heizstäbe 98 hindurch, die die, Ofenkammer 64 oberhalb bzw. unterhalb des Innenrohrs 24 durchqueren und an ihren Enden in geeigneter Weise an eine nichtige zeigte Spannungsquelle angeschlossen sind. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind acht Heizstäbe 98 verwendet; je nach den Verhältnissen können es selbstverständlich auch mehr Heizstäbe oder weniger sein. ■

An " d-er Vorderseite - im fügenden soll die Eingangsseite auch als "vorne" und die Ausgangsseite als "hinten" bezeichnet werden - geht der Außenmantel 60 in einen zylindrischen Abschnitt 1ö2 über, der an dem Innenrohr 24 anliegt. Am vorderen Ende des zylindrischen Abschnitts 1o2 ist das Innenrohr 24 von einem Brennerring 1o4 umgeben, der einen Eintritt von Sauerstoff in die Ofenkammer 64 verhindert. Am hinteren Ende ist der Außenmantel 60 mit einem Flansch I00 versehen.

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Die Brennzone 14 weist ebenfalls einen Außenmantel 11.o auf, der vorzugsweise aus Stahl besteht und quadratischen oder rechteckigen Querschnitt hat. Er ist vorne mit einem Plansch 112 versehen/ der mit dem Plansch 1oo des Außenmantels 6o der Vorwärmzone 12 fest verbunden ist, beispielsweise durch Schweißen. Auf dem Boden des Außenmantels 11o sitzt ein Zen- ' " trierblock 116, der das Innenrohr 24 in dem Außenmantel VIo führt und hält,

Der Zentriafolock 11 6 weist an seiner Vorderseite 12o einen Absatz 118 auf, in dem ein Ende eines Dreiphasen-Heizelements 122 aus Graphit gelagert ist. Das andere Ende des Heizelements 122 ruht in einem Absatz der Vorderwand 158 des Brennzonenteils des Ofens» Ein größerer, mittlerer Abschnitt des Heizelements 122 hat, wie bei 1J4 in Fig. 1B gezeigt, einen kleineren.:'Querschnitt, um in diesem Bereich den Widerstand zu erhöhen. Solche Heizelemente sind allgemein bekannt. Sie bestehen aus drei Segmenten 124₅ 126 und 128, die einen kreisbogenförmigen Querschnitt von etwa I/3 eines Kreisumfangs haben, und zwischen denen, wie Fig.. 3 und Pig«, 5 erkennen lassen, vorne keramische ■■'Abstandshalter 1^o angeordnet sind, die die Segmente I30 voneinander getrennt halten und ein Zusammenfallen der Segmente verhindernο Der unterste Abstandhalter I30 hat einen Φ-förmigen Querschnitts sein waagerechter Teil 1^2 hat eine verschleißfeste Oberfläche., auf der das Innenrohr 24 gleitet. Die anderen beiden Abstandshalter 1Jo greifen nicht nach innen über,, sie sollen ausschließlich verhindern, daß sich die Segmente aufeinariderjzu verschieben»

Die Vorderseite 12o des Zentrierblocks 116 ist noch mit einem zweiten Absatz 1j6 versehen« In ihm ist ein-langgestrecktes zylindrisches.Schutzrohr 1^0 aus Graphit gelagert, das einem vieiter unten beschriebenen Zweck dient. An der Rückseite I4o aes Zentrierblocks 116 ist ein weiterer Absatz 142 vor ge sefeea,, der ein langes zylindrisches zx^eltes Schutzrohr 144 aus Graphit aufnimmt, das sich von der Rückseite I4o bis zu eier Hinterwand de.s Brennzonenteils des Ofens orstre@kt und h:l©%> in einer Schulter 148 aufliegt* Zwischen uem zweiten Seliuts« ■ .009 833/0313' .■-■

rohr 144 und dem Innenrohr 24 ist eine· zweite Auflageplatte 15© für das Innenrohr angeordnet, die den gleichen Querschnitt wie die erste Auflageplatte 78 hat. Am hinteren Ende ist der Außenmantel 11ο mit einem Plansch 154 versehen.

Der Raum 17© zxfischen dem Außenmantel 11o und den beiden Schutzrohren I58 und 144 bzw. zwischen der Vorderwand I58 und der Hinterwand 146 ist mit einem körnigen wärmeisolierenden Material, beispielsweise Ruß, gefüllt. Das Schutzrohr I.38 und das zweite Schutzrohr 144 halten den Ruß von dem Innenrohr 24 bzw. außerdem vom Heizelement 122 fern, so daß jedes dieser letztgenannten Teile ersetzt werden kann, ohne daß der, Ruß entfernt werden muß ο

Das Heizelement 122 ist an seinem vorderen Ende vor der Vorderwand I58 mit einem Stromanschluß 174 versehen, der in üblicher Meise mit Hilfe von Kühlwasserleitungen gekühlt ist«

Die gesteuerte Kühlzone 16 Ist von einem Außenmantel I80 umgeben, der gleichfalls aus Stahl besteht und entweder quadratische«! oder rechteckigen Querschnitt hat-. Er 1st an seinem vorderen Ende mit einem Flansch 182 versehen, der an dem Flansch 154 des Außenmanfcels 11ο des Brennzonenteils 14 des Ofens, beispielsweise durch Sehweißen, befestigt ist« Der Hauptteil der gesteuerten Kühl zone 16 ist ebenso aufgebaut;, X'Jie die Vorwärmjsone 12, jedoch umgekehrt angeordnet wie diese ₀ Da die übrigen einseinen Seile darin die gleichen slnd^ wie In der ¥orwäri*isone 12, tragen sie "jeweils die gleichen Bezugszeichen und brauchen nicht noch einmal beschrieben zu werden»

In den Hauptteil der gesteuerten Kühlzone 16 schließt sich hinten ©in kleinerer zylindrischer Teil an, dessen Außenmantel 2oo mit eiern ilußenraanfcel I80 .des Hauptteils, beispielsweise durch Schweißen* fest verbunden ist und der am hinteren Ende einen Flansch 2o2 aufwe'isfc. Ebenso t"Jie im Hauptteil Ist In dem zylindrischen Teil eine lange Auflageplatte 2o4 für das Innenrohr 24 vorgesehen, die in Querrichtung derart durchgebogen isfcß öa@ ihre Innere Oberfläche 2οβ (FIg* 4) der äußeren

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Oberfläche des Innenrohrs 24 angepaßt ist.

Die -angesteuerte Küiii^one 18 hat ein zylindrisches Gehäuse 21o₃ vorzugsweise aus Stahl, das an seinem vorderen Ende einen Flansch 212 aufweist, der an dem Plansch 2o2 des Außenmantels 2oο befestigt ist. Die Innenfläche des Gehäuses 21 ο ist dem Innenrohr 24 angepaßt, das direkt auf dieser inneren Oberfläche gleitet. Das Gehäuse 21ο ist von einem Kühlmantel 216 umschlossen, so daß zwischen beiden ein Kühlmittel strömen kann, das Hitze von dem Innenrohr 24 aufnimmt. An seinem hinteren Ende ist das Gehäuse 21ο mit einem Plansch 218 versehen, an dem ein Flansch 22o der Austragskammer 2o befestigt ist.

Die wassergekühlte Austragskammer 2o ist ähnlich aufgebaut wie die ungesteuerte Kühlzone 18, doch ist sie im Unterschied zu letzterer am Ende mit einer schwenkbaren Tür 222 versehen. Einander entsprechende Teile tragen auch hier die gleichen Bezugszeichen. Die Tür 222 ist an einem Ansatz 224 starr befestigt, der seinerseits an einem an einer Achse 228 angelenkten, L-förmigen Halter 226 starr befestigt ist. Die Achse 228 sitzt in einem an dem Gehäuse 21 ο befestigten Bügel 2j5o. Die Tür 222 wird normalerweise durch ihre eigene Schwerkraft geschlossen gehalten. Zum öffnen der Tür 222 wird der Halter 226 gehoben. Vorzugsweise, doch nicht ausschließlich, ist der erfindungsgemäße Ofen zum SiIizieren bei der Herstellung undurchlässiger, dichter, in sich gebundener Siliziumkarbid-Erzeugnisse verwendbar. Zum Silizieren werden die Werkstücke bei einer sehr hohen Temperatur, etwa in der Größenordnung von i8oo bis 25oo°C, einer Silizium-Atmosphäre ausgesetzt. Da der Slliziervorgang bei der Herstellung dichter Siliziumkarbid-Erzeugnisse einen großen Teil der Kosten verschlingt, bedeutet ein kostensparender Ofen zur Ausführung dieses Vorgangs ' eine erhebliche Kostensenkung.

Die Arbeltsweise mit dem erfindungsgemäßen Ofen ist im allgemeinen folgende;

Vor dem Anheizen wird der Ofen mit Stickstoff durchgespült.

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Von dem austretenden Gas werden Sauerstoffanalysen gemacht, und sobald der Sauerstoffgehalt unter \% gefallen ist, wird der Ofen angestellt und langsam auf seine Arbeitstemperatur •aufgeheizt. Das Nutzgut und, bei einer Silizierung, das für das Silizieren benötigte metallische Silizium werden in geeignete Behältnisse, zum Beispiel Kapseln, gebracht und mit diesen, eine hinter der anderen, mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit durch das Innenrohr 24 geschoben. In der Vorwärmzone, die durch die Heizstäbe 98 auf einer Temperatur zwischen etwa j515 und 816°C gehalten wird, werden bei einem langsamen Erhitzen die flüchtigen Bestandteile, die beispielsweise durch die Bindemittel in die Ware hineingekommen sind, ausgetrieben. In der Brennzone wird die Ware bei einer Temperatur zwischen I800 und 2500⁰C gebrannt, um sie zu silizieren. In der danach durchlaufenen gesteuerten Kühlzone 16 wird die Ware mit einer sorgfältig gesteuerten und und regulierten Schnelligkeit abgekühlt, um Zerstörungen durch Wärmestöße zu vermeiden. Schließlich wird die Ware in der ungesteuerten Kühlzone 18 und der Austragskammer 2o auf Raumtemperatur gekühlt.

Zwischendurch wird das Innenrohr 24 um eine vor&estimmte Strecke weitergeschoben; das Durchschieben der Kapseln durch das Innenrohr 24 unterbleibt währenddessen. Beispielsweise kann jedes Rohrstück 26 eine Länge von rund I8j5 cm haben und das ganze Innenrohr in 24 Stunden um rund I83 cm weitergeschoben werden, so daß jeden Tag am vorderen Ende des Ofens ein sauberes Rohrstück 26 angesetzt wird, während am hinteren Ende des Ofens ein gebrauchtes Rohrstück abgenommen wird. Um zu verhindern, daß die Rohrstücke 26 an den Auflageplatten 78, I50 und 2o4 und/oder an anderen Teilen, die sie berühren, durch ausgelaufenes metallisches Silizium festkleben, wird das Innenrohr 24 möglichst öfter als einmal in 24 Stunden, dann jedoch eine entsprechend kürzere Strecke, weitergeschoben. Zum Beispiel kann am Ende jeder 8-Stunden-Schicht das hinterste der kleinen Rohrstücke 27 entfernt und das Innenrohr 24 um die Länge dieses kleinen Rohrstücks

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weitergeschoben werden. Stößt das hinterste der grüßen Rohrstücke 26 an die Tür 222 an, wird es weggenommen und durch kürzere Rohrstüeke 27 ersetzt. Selbstverständlich können, wenn erwünscht, auch kleine Rohrstüeke 27 verwendet werden, die für häufigere Bewegungen des Innenrohrs eingerichtet sind und deshalb kürzer sind als $.%$ i^{n der} Zeichnung gezeigt ist. Wichtig ist nur, daß das Innenrohr 24 gegenüber den ortsfesten Bauelementen des Ofens oft genug bewegt wird, damit es nicht an ihnen anklebt.

Die Anwendungsmöglichkeit der Erfindung ist keinesfalls auf den im Ausführungsbeispiel behandelten elektrischen Widerstandsofen beschränkt. Beispielsweise kann auch ein Induktionsofen gemäß der Erfindung eingerichtet werden. Auch braucht der Querschnitt des Innenrohr 24 durchaus nicht unbedingt kreisförmig zu sein, sondern kann jede mit dem Innenaufbau des Ofens verträgliche Form haben. Das Innenrohr 24 kann sowohl gleichzeitig mit den Kapseln als auch abwechselnd mit ihnen bewegt werden. Ferner ist die Erfindung nicht auf die hier beschriebene Anordnung oder Folge der Ofenzonen beschränkt, sondern kann bei jeder beliebigen Kombination von Zonen, die irgendeinem anderen gewünschten Temperaturprofil entspricht, angewendet werden.

Durch die vorliegende Erfindung werden die Betriebszeiten eines Rohrofens wesentlich länger und damit Kosten für die darin gebrannte Ware erheblich gesenkt.

Patentansprüche J

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Claims (9)

Patentansprüche;

1. Elektrischer Ofen, dessen Ofenraum (64) durch ein Rohr (24) begrenzt ist, das aus mehreren axial aneinandergereihten Stücken (26,27) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Rohr (24) mittels eines Antriebs (1o) in seiner Längsrichtung durch den übrigen Teil des Ofens hindurch bewegbar ist.

2. Ofennach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Stücke (26,27) an dem einen Ende des Rohrs (24) abnehmbar und an dem anderen Ende des Rohrs (24) ansetzbar sind.

3. Ofenrach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Stücke (26,27) an ihren Berührungsstellen mittels Nut und Feder (28,30) ineinandergreifen.

4. Ofen nach einem der Ansprüche 1-3* dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Rohr (24) einen kreisförmigen Querschnitt hat und aus Graphit besteht.

5. Ofen,nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß seine Heizelemente (98,122) mindestens teilweise aus einem rohrförmigen, das genannte Rohr (24) umgebenden Dreiphasen-Wider stands element r( 1.2.2) aus Graphit bestehen.

6. Ofen nach einem der Ansprüche 1-5* dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung des Ofens mindestens ein das genannte Rohr (24) und die Heizelemente (122) mindestens teilweise umgebendes weiteres Rohr (138,144) und zwischen diesem und der Außenwandung (Ho) eine wärmeisolierende Füllung,vorzugsweise aus einem körnigen wärmeisolierenden Material, aufweist.

7. Ofen naoh einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (1o) für das genannte Bohr (24) eine an einem Ende des Rohrs (24) angreifende Stoßvorrichtung (1o) ist.

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8. Ofen nach einem der Ansprüche 1-7* dadurch gekennzeichnet, • daß das genannte Rohr (24) durch den Antrieb (1ο) kontinuierlich bewegbar ist.

9. Ofen nach einem_sder Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Rohr (24) durch den Antrieb (1o) mit °
Unterbrechung bewegbar ist.

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