DE2333956A1 - Ofen zum schmelzen oder warmhalten von metallen - Google Patents

Description

- , ... Nürnberg, den 4.7.1973

Patentanwälte 21/55

Dipl.-Ing. H. Stehmann
Dipl.-Phys. Dr. K. Schweinzer
Dipl.-Ing. Dr. M. Rau
85 NÜRNBERG
Essenweinstraße 4-6 2333956

Gebrüder Pletscher Marthalen/ZH

(Schweiz)

Ofen zum Schmelzen oder Warmhalten von Metallen

Gegenstand der Erfindung ist ein Ofen zum Schmelzen oder Warmhalten von Metallen mit einem von einer feuerfesten Auskleidung umschlossenen Ofenraum sowie mit einem in demselben angeordneten Tiegel für die Schmelze.

Bei Oefen dieser Art (der anschaulichen Einfachheit halber im folgenden kurz Warmhalteofen genannt), insbesondere, wenn in der Auskleidung elektrische Heizelemente eingebettet sind, kann das aus dem Tiegel allfällig in den Ofenraum gelangende Metall eher mehr als weniger schwerwiegende Betriebsunterbrüche und Schäden verursachen. Dies trifft nicht nur offensichtlich für den Fall zu, in welchem diese Schmelze aus dem geborstenen Tiegel vollständig ausläuft, vielmehr auch dann schon, wenn es durch Risse in der Tiegelwandung tropfenweise durchsickert. Dies ist einmal deshalb so, weil auch möglicherweise geringfügige Mengen des Leckmetalls aus dem Ofenraum entfernt werden müssen; sodann aber und insbesondere auch deshalb, weil das Leckmetall direkt oder zufolge Zerspritzens beim Aufschlag an feste Ofenteile auf die Heizelemente gelangen und dort mechanische, chemische und elektrische Schäden verursacht und das Auswechseln von Heizelementen notwendig macht. Abgesehen davon besteht aber insofern ein eminentes Interesse am frühzeitigen Entdecken von Leckmetall, als dabei über den Allgemeinzustand des Tiegels verbindliche Erkenntnisse gewonnen werden können, vor allem aber die drohende Gefahr des fortschreitenden Versagens erkannt werden kann.

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In der Praxis hat man sich bisher allgemein damit begnügt, den Tiegel in erfahrungsgemäss gebotenen Zeitabständen zu untersuchen und aufgrund des Ergebnisses gegebenenfalls noch eine weitere, zeitlich allerdings schon beschränkte Verwendung ins Auge zu fassen. Es versteht sich jedoch, dass bei einer solchen Methode kaum mehr erreicht werden konnte, als ein Bersten des Tiegels mit einiger Sicherheit zu vermeiden. Dagegen konnte nicht verhütet werden, dass auf Leckmaterial zurückzuführende Schaden auftreten. Zur Umgehung dieser umständlichen, ja unter den geschilderten Umständen sogar untauglichen Kontrollmethode sind bei einem bekannten Ofen im unteren Bereich des Ofenraumes Kontakte vorgesehen, welche sich im Stromkreis einer Ueberwachungsvorrichtung befinden und bestimmt sind, durch allfällig aus dem Tiegel in den Ofenraum gelangendes Metall miteinander elektrisch verbunden zu werden. Dabei ist jedoch zur lückenlosen Ueberwachung der Tiegelwandung eine aufwendige Umhüllung des Tiegels mit Flächenelektroden vorgesehen. Die gleiche Wirkung und gleiche Sicherheit werden nun beim Anmeldungsgegenstand erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass den Kontakten ein dieselben untergreifendes Leitblech zugeordnet ist, welches sich mindestens über den vom Tiegel überdeckten Bereich des Ofenraumes erstreckt und der von den Heizelementen ausgehenden Wärmestrahlung ausgesetzt ist.

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Das Leitblech besitzt dabei eine Temperatur, welche das Erstarren von auf ihm auftreffenden Leckmetalltropfen verhindert und das Metall dabei fliessfähig hält, so dass es auf dem Leitblech den Kontakten zufliessen kann. Das Leitblech vergrössert damit sozusagen den Wirkungskreis der Kontakte, welche dank einer solchen flächenhaften Wirkung keine flächenartige Erstreckung mehr zu besitzen brauchen. Dadurch werden aber vor allem die elektrischen Probleme leichter beherrschbar. Das Leitblech kann topfartig ausgebildet sein, und somit Flächenteile aufweisen, welche der auf den Tiegel gerichteten Wärmestrahlung im besonderen Masse ausgesetzt sind. Bei einer solchen Ausbildung dient das Leitblech zugleich als Abschirmung gegen Spritzer. Diese Funktion wird dann in einem verstärkten Masse wahrgenommen, wenn das Leitblech den unteren Abschluss eines den Tiegel umgebenden Mantels bildet, zumal ein solcher Mantel nicht nur Spritzer auffangen kann, vielmehr auch die ganze auslaufende Schmelze auffangen könnte. Zweckmässigerweise bildet der obere Rand des Mantels mit demjenigen des Tiegels einen Spalt, welcher mindestens annähernd vollständig abgedichtet ist. Auf diese Weise wird ein Austausch der in dem zwischen Mantel und Tiegel eingeschlossenen Raum befindlichen Luft verhindert. Dadurch wird die Lebensdauer des Tiegels, zugleich aber auch der Wärmeübergang durch die Wandung des Tiegels verbessert. Dies ist deshalb so, weil der Kohlenstoff in der Tiegelwandung nur mit einer beschränkten Sauerstoffmenge eine Verbindung zu CO2 eingehen und somit nicht "ausbrennen" kann. Es kommt dementsprechend nicht zur Bildung jener spröden, zerbröckelten Schicht zunehmender Dicke, deren Entstehung sonst nicht nur eine Schwächung der mechanischen Festigkeit, vielmehr auch die Verschlechterung der Wärmeleitfähigkeit der Tiegelwandung nach sich zieht. Der zwischen Mantel und Tiegel eingeschlossene Raum kann auch von vornherein

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eine Schutzgasatmosphäre enthalten.

In der beiliegenden Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ein zylindrischer Warmhalteofen im Schnitt dargestellt. Dabei ist der Ofenraum 1 von einer aus mehreren Schichten bestehenden Auskleidung 2 aus feuerfestem Material umschlossen. In der innersten Schicht 3 dieser Auskleidung sind in gegen den Ofenraum zu offenen Nuten Heizelemente, z.B. Heizspiralen (nicht dargestellt) eingebettet. Aus feuerfestem Material besteht auch der Boden 4 des Ofenraumes 1, aus dessen Mitte ein Auslasskanal für das Leckmetall entspringt. Oberhalb der Mündung des Auslasskanals 5 befindet sich ein Sockel 6, auf welchem der Tiegel 7 ruht.

Zwischen dem Boden des Tiegels 7 im Sockel 6 befindet sich ein Leitblech 17, das den unteren Abschluss eines den Tiegel umgebenden zylindrischen Mantels 8 bildet. Der vom oberen Rand des Mantels 8 bzw. des Tiegels 7 eingeschlossene Ringspalt 9 ist durch eine Ringdichtung 10 aus geeignetem Material abgedichtet. Im Leitblech sind elektrische Kontakte 11 und 12 eingefasst, welche durch bei 13 angedeutete und über eine Durchführung 14 aus dem Ofenraum herausgeführte Leitungen mit dem Schalter einer nicht dargestellten Warnvorrichtung und/oder Abschaltvorrichtung elektrisch verbunden sind.

Da der Mantel 8, welcher insbesondere mit seinem unteren Teil mit dem Leitblech 17 eine topfförmige Einheit bildet, direkt der Wärmestrahlung ausgesetzt ist, bleibt das allfällig durch einen Riss in der Tiegelwand in den zwischen Mantel und Tiegel eingeschlossenen Raum (in der Zeichnung mit 16 bezeichnet) gelangende Leckmetall in geschmolzenem Zustand und somit fliessfähig. Bei einer entsprechenden Ausbildung des Leitbleches 17 wird also

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schon bereits eine noch geringfügige Leckmetallmenge den Elektroden 11 und 12 zugeleitet, wobei dieselben miteinander elektrisch verbunden werden und die Ueberwachungsvorrichtung anspricht und ein optisches oder akustisches Signal bzw. die Ausschaltvorrichtung betätigt. Das beheizte Leitblech verleiht somit den Kontakten 11 und 12 eine Fernwirkung. Dies trifft auch dann zu, wenn das Leitblech 17 kein oder kein besonders ausgeprägtes Gefälle auf die Kontakte aufweist, da das Leckmetall sich auf alle Fälle auf dem Blech 17 ausbreitet und die Kontakte bald erreicht. Das Anbringen eines Gefälles durch entsprechende Ausbildung des Leitbleches 17 bedeutet somit lediglich einen graduellen unterschied. In dem gleichen Sinne wäre die Vergrösserung der elektrischen Kontakt fläche zu verstehen, z.B. durch Anordnung von mehreren Kontaktpaaren oder durch die Verwendung von Kontakten in der Form von konzentrischen Ringen, Gittern und dergleichen.

Bei der gezeigten Ausbildung können Spritzer -sofern sie überhaupt entstehen- die Heizelemente nicht erreichen. Zu diesem Zwecke alleine müsste natürlich der Mantel 8 nicht bis zum oberen Rand des Tiegels hinaufgeführt werden. Eine solche Ausbildung hat '· indessen den Vorteil, dass bei einem Bersten des Tiegels zufolge unvorhersehbarer Umstände die Schmelze aufgefangen wird. Wird der Spalt 9 zwischen dem oberen Rand des Mantels 8 bzw. des Tiegels 7 eng gehalten oder sogar abgedichtet, um einen Austausch der im Raum 16 eingeschlossenen Luft zu erschweren oder sogar ganz zu unterbinden, so entsteht, nachdem der eingeschlossene Sauerstoff mit dem Kohlenstoff des Tiegels (sofern derselbe aus diesem Material besteht) sich zu C 0 2 verbunden hat, sozusagen eine Schutzgasatmosphäre, in welcher ein fortschreitendes Ausbrennen der Tiegelwandung unterbunden wird. Wie bereits gesagt, entsteht deshalb nicht die nur noch aus Bindemittel bestehende spröde und ·. leicht zerbröckelnde Schicht, welche sonst an Graphittiegeln eine

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schlecht wärmeleitenden Aussenhaut bildet und die mechanische Festigkeit der Tiegelwandung herabsetzt. Die Lebensdauer des Tiegels und dessen Betriebssicherheit werden somit erheblich erhöht und der Energieverbrauch herabgesetzt. Es versteht sich, dass auch ein besonderes Schutzgas zur Verwendung kommen kann. Diese Vorkehrungen haben bei einem zum Warmhalten einer Metallschmelze benützten Ofen noch eine besondere Bedeutung, da das in den Raum 16 gelangende Leckmetall nicht oxydieren kann und seine elektrische Leitfähigkeit dementsprechend nicht z.B. durch eine Oxydhaut herabgesetzt wird.

Anstelle von Kontakten mit durch ein Leitblech gewährleistete flächenhafte Fernwirkung könnten selbstverständlich auch an sich flächenartige Kontakte verwendet werden. Beispielsweise könnte man auf den Boden 4 des Ofenraumes um den Sockel 6 herum und in Ausnehmungen auch innerhalb dieses Sockels, z.B. in dem Bereiche der Mündung des Auslasskanals 5 als konzentrische Ringe, Stäbe, Gitter oder rostartig ausgebildete Elektroden anordnen. So könnte man beispielsweise 2 mehr oder weniger engmaschige Gitter übereinander, gegebenenfalls im Abstand über dem Boden anbringen, in welchem sich Metalltropfen verfangen würden, wobei eine elektrische Verbindung zwischen diesen Gittern zustande käme. Gleichzeitig würden solche gitterartigen Kontakte das Verspritzen des Leckmetalls verhindern. Wie bereits angedeutet, kann je nach den besonderen Umständen eine Kombination solcher Elektroden mit einem Leitblech vorgesehen sein.

Das Leitblech, insbesondere aber der damit eine topfförmige Einheit bildende Mantel können eine geschwärzte Aussenflache aufweisen, um den Wärmeübergang auf den Tiegel zu verbessern.

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Claims (7)

Patentansprüche

1. Ofen zum Schmelzen oder Warmhalten von Metallen mit einem von einem von einer feuerfesten Auskleidung umschlossenen Ofenraum sowie mit einem in demselben angeordneten Tiegel für die Schmelze, wobei im unteren Bereich des Ofenraumes Kontakte vorgesehen sind, welche sich im Stromkreis einer Ueberwachungsvorrichtung befinden und bestimmt sind, durch allfällig aus dem Tiegel in den Ofenraum gelangendes Metall miteinander elektrisch verbunden zu werden, dadurch gekennzeichnet, dass den Kontakten ein dieselben untergreifendes Leitblech zugeordnet ist, welches sich mindestens über den vom Tiegel überdeckten Bereich des Ofenraumes erstreckt und der von den Heizelementen ausgehenden Wärmestrahlung ausgesetzt ist.

2. Ofen nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, dass das Leitblech topfartig ausgebildet ist.

3. Ofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitblech den unteren Abschluss eines den Tiegel umgebenden Mantels bildet.

4. Ofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel eine geschwärzte Aussenflache aufweist.

5. Ofen nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Rand des Mantels mit demjenigen des Tiegels einen Spalt

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bildet, welcher mindestens annähernd vollständig abgedichtet ist.

6. Ofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum zwischen Mantel und Tiegel ein Schutzgas enthält.

7. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitblech in Richtung auf die Kontakte ein Gefälle aufweist.

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