DE2518793B2

DE2518793B2 - Vertikaler Rohrofen für hohen Arbeitsdruck

Info

Publication number: DE2518793B2
Application number: DE2518793A
Authority: DE
Inventors: Staffan Elmgren; Lennart Dipl.-Ing. Svensson
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1974-05-07
Filing date: 1975-04-28
Publication date: 1979-01-18
Also published as: FR2270000A1; DE2518793C3; JPS50150971A; JPS568718B2; SE389812B; GB1496439A; DE2518793A1; US3900189A; FR2270000B1; SE7406059L

Description

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Die Erfindung betrifft einen vertikalen Rohrofen für hohen Arbeitsdruck gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein solcher Ofen ist beispielsweise bekannt aus der DE-OS 19 53 306.

Das Warmpressen von beispielsweise Pulverkörpern in solchen öfen findet bei hohen Temperaturen, bis zu 1500⁰C, in einer Gasatmosphäre unter Drücken statt, die vorzugsweise bei 500 Bar und darüber liegen. Unter diesen Bedingungen werden die Pulverkörner zu einem festen homogenen Körper mit hoher Dichte verbunden. Die seitlichen Kräfte werden dabei überwiegend von dem vorgespannten Draht- oder Bandmantel aufgenommen, der das dickwandige innere Rohr umgibt. Die Druckkammer umschließt einen Ofenraum. Zwischen dem Ofenraum und den Wänden der Druckkammer befindet sich eine isolierende Hülle. Aus Kostengründen ist man bestrebt, die wanddicke der Isolierung gering zu halten, um einen großen nutzbaren Ofenraum zu bekommen. Aufgrund der Wärmeverluste durch den isolierenden Mantel werden die Druckkammerwände erwärmt. Im Hinblick auf die hohen Beanspruchungen im Hochdruckzylinder muß die Temperatur des Materials auf einige hundert ⁰C begrenzt werden.

Bisher wurden mit Band- oder Drahtmantel versehene Hochdruckzylinder außen gekühlt. Besonders in Hochdruckzylindern mit großem inneren Durchmesser, die für hohen Druck vorgesehen sind, wird der Drahtoder Bandmantel dick und der Temperaturunterschied

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55 zwischen der inneren Fläche des Zylinders und der äußeren gekühlten Fläche des Bandmantels groß, oftmals 50— 100⁰C. Um die innere Temperatur unter dem zulässigen Niveau halten zu können, ist eine große Kühlwassermenge und/oder eine niedrige Kühlwassertemperatur erforderlich. In gewissen Fällen kann es mit unüberwindbaren Schwierigkeiten verbunden sein, die Zylindertemperatur überhaupt unter dem notwendigen Niveau zu halten. Vom Gesichtspunkt der Festigkeit ist der Temperaturgradient im Bandmantel ungünstig. Die Spannungsverteilung im Bandmantel wird in Abhängigkeit vom Temperaturgradienten beeinflußt, was die Festigkeit beeinflußt Bei der Festigkeitsberechnung und Bestimmung der zulässigen Beanspruchung muß auf diese Beeinflussung Rücksicht genommen werden. Bandgewickelte Reaktionskolonnen für die chemische Industrie sind dort vorhanden, wo zwei von einem Bandmantel umgebene Rohre so ausgebildet sind, daß sich zwischen ihnen ein spiralförmiger Kühlkanal bildet Diese Kolonnen sind für bedeutend niedrigere Druckniveaus bestimmt als Hochdruckzylinder für isostatisches Pressen, weshalb man vom Gesichtspunkt der Festigkeit die Spannungsüberschüsse tolerieren kann, die man aufgrund dor Kühlkanäle erhält Die für diese Kolonnen bekannten Konstruktionen sind jedoch nicht für bandgewickelte Zylinder mit einem sehr stark beanspruchten inneren Rohr geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen vertikalen Rohrofen der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei dem eine wirksame und ausreichende Kühlung des inneren Rohres der Wand des Hochdruckzylinders sichergestellt ist, und zwar auch bei Rohröfen mit sehr dicken Bandmänteln.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein vertikaler Rohrofen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, der erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches ί genannten Merkmale hat.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird eine Schicht Stäbe mit abgeschrägten Ecken um das innere Rohr des Hochdruckzylinders gelegt, so daß man eine rohrförmige Stabschicht erhält.

Zwischen den Abschrägungen der Stäbe und dem umgebenden Bandmantel oder einem Blechrohr bilden sich Kühlkanäle aus, wodurch verhindert wird, daß Kühlmedium in den Bandmantel des Zylinders eindringt. Die Stäbe sind mit der Achse des Zylinders parallel. Die Kühlkanäle sind somit axial ausgerichtet. Das Kühlmittel wird durch Endringe zugeführt und um den Zylinder über einen ringförmigen Raum verteilt, der aus den Endringen und den Stäben gebildet wird. Die Stäbe bedecken zweckmäßigerweise die ganze äußere Fläche des Hochdruckzylinders. Die radiale Kraft des Bandmantels wird dann in der Hauptsache gleichmäßig verteilt und Zusatzspannungen werden im wesentlichen vermieden. Es kann jedoch im Hinblick auf die Festigkeit und mit Rücksicht auf die sehr großen Beanspruchungen im inneren Rohr des Hochdruckzylinders angebracht sein, die rohrförmige Stabschicht zwischen zwei Bandschichten im Mantel zu verlegen, um das Risiko örtlicher Spannungskonzentrationen im inneren Rohr des Hochdruckzylinders ganz zu beseitigen.

In einer alternativen Ausführungsform wird ein Rohr mit stabförmigen Partien um das innere Rohr des Hochdruckzylinders gelegt, wobei die Kühlmittelkanäle aus in den Wänden angebrachten Nuten und zweckmä-

ßigerweise dem umgebenden Bandmantel oder einem Blechrohr zwischen dem Rohr mit den Nuten und dem Bandmantel gebildet werden.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden an Hand der Zeichnung näher beschrieben; in dieser zeigt

F i g. 1 einen vertikalen Rohrofen, teilweise im Schnitt,

F i g. 2 einen axialen Teilschnitt durch die oberen und unteren Enden des Hochdruckzylinders eines Rohrofens gemäß der Erfindung,

Fig.3 einen radialen Teilschnitt durch denselben Hochdruckzylinder gemäß Linie A-A in F i g. 2 und

F i g. 4 einen radialen Schnitt durch einen alternativ hergestellten Hochdnickzylinder.

In den Figuren bezeichnet 1 ein beweglich angeordnetes Pressengestell, das von der in F i g. 1 gezeigten Lage und einer Lage, in der es die Druckkammer 2 umgibt, verschiebbar ist Das Pressengestell besteht aus Jochen 3 und 4 und dazwischenliegenden Distanzstükken 5 und einem diese zusammenhaltenden, vorgespannten Bandmantel 6. Das Gestell wird von Rädern 7 getragen, die auf Schienen 8 laufen. Die Hochdruckkammer 2 wird von einem Pfeiler 9 getragen und enthält einen Hochdruckzylinder 10 mit einem oberen Endverschluß 11 mit einer Dichtung 12 sowie einem unteren Endverschluß 13, der aus einem Ring 14 mit einer Dichtung 15 und einem in diesen hineinragenden Bodenteil 16 mit einer Dichtung 17 besteht In der Druckkammer 2 befindet sich ein Ofenraum 18 mit einem Werkstück 49. Druckmittelkräfte, die auf die Endverschlüsse 11 und 13 wirken,, werden vom Pressengestell 1 aufgenommen. Zwischen den Druckkammerwänden und dem Ofenraum 18 ist eine isolierende Hülle angebracht, die aus einem isolierenden Zylinder 19, einem isolierenden Deckel 20 und einem isolierenden Boden 21 besteht. Der Ofenraum 18 wird von elektrischen Heizelementen 22 umgeben. Diesen wird Energie über die Leitung 23 zugeführt Der Druckkammer 18 wird Druckmittel durch den Kanal 24 zugeführt. Der Bodenteil 16 ist zum Chargieren des Ofenraumes heb- und senkbar ausgebildet Der Bodenteil 16 wird von einer Konsole 25 mit einer Führung 26 getragen, die an einer Stange 27 entlangläuft. Die Betätigung wird mit Hilfe eines Hydraulikzylinders 28 vorgenommen, dessen Kolbenstange 29 mit der Führung 26 zusammengekuppelt ist.

Der Hochdnickzylinder enthält ein inneres Rohr 30, um das ein Bandmantel 31 gewickelt ist Das Band ist unter Vorspannung gewickelt. Der Bandmantel nimmt den Hauptteil der vom Druckmittel erzeugten Kräfte auf. Bisher hat man den Bandmantel bei Druckkammern mit einem bandgewickelten Hochdruckzylinder außen gekühlt, um die Temperatur an der inneren Wand 32 des Rohres 30 auf einen in bezug auf die Festigkeit tolerierbaren Wert zu begrenzen.
Mit der Steigerung des Drucks und des Zylinderdurchmessers nehmen jedoch anch die Dicke des Bandmantels und damit die Schwierigkeiten zu, die Temperatur der Rohrwand niedrig zu halten. Bei großen Bandschichtdicken wird der Temperaturfall zwischen Rohrwand und dem äußeren Teil des Bandmantels bei erreichbarem Wärmetransport groß und kann bis zu 50—100⁰C betragen. Außerdem führt der Temperaturgradient im Bandmantel zu nicht erwünschten Veränderungen in den Spannungen innerhalb der verschiedenen ίο Bandschichten, die ungünstig und schwer zu berechnen sind.

Um die Nachteile bei der bekannten Ausführung zu vermeiden, werden die Kühlkanäle in den Bandmantel oder zwischen Bandmantel und innerem Rohr des Zylinders 10 verlegt In den Hochdruckzylinder 10 nach F i g. 2 und 3 sind eine Anzahl Stäbe 33 zwischen dem Rohr 30 und dem Bandmantel 31 eingelegt Diese Stäbe sind axial ausgerichtet und bilden eine ringförmige Schicht um das Rohr 30. Die innere Fläche 34 der Stäbe liegt an der äußeren Fläche 35 des Rohres 30 an. Die äußeren Ecken der Stäbe sind abgeschrägt Zwischen den Stäben und dem Bandmantel 31 befindet sich ein Blechrohr 36. Die abgeschrägten Flächen 37 der Stäbe und die innere Fläche 38 des Blechrohres bilden zusammen die Wände der axialen Kühlkanäle 39. An den Enden des Hochdruckzylinders sind Endringe 40 angebracht, die zum Rohr 30 mit Verschlußringen 41 axial fixiert sind. Zwischen dem Rohr 30, den Endringen 40 und den Ringen 42 bildet sich eine ringförmige Nut, in die ein Dichtungsring 43 gelegt ist, der verhindert, daß Kühlmedium zwischen dem Rohr 30 und den Ringen 40 austritt Zwischen dem Rohr 30 und den Ringen 40 befindet sich ein Dichtungsring 44, der verhindert, daß Druckmittel in den Bandmantel dringt In den Ringen 40 ist je ein ringförmiger Raum 45 zur Verteilung des Kühlmediums um die Stäbe 33 angeordnet Zu den Kanälen 45 führen radiale Kanäle 46. Kühlmittel wird durch den Kanal 46 des einen Ringes 40 zugeführt, über den ringförmigen Raum 45 um die Stäbe 33 verteilt und

■»ο strömt dann axial in den Kühlkanälen 39 um die Stäbe 33 zum Raum 45 in dem anderen Ring 40 und von dort durch den Kanal 46 und nicht gezeigten Leitungen zu einem Ablauf oder zu einem Kühler.

In Fig.4 wird eine alternative Ausführung gezeigt, bei der die Stäbe zwischen Schichten des Bandmantels verlegt sind. Der Bandmantel besteht aus einem inneren Teil 31a, der direkt um das Rohr 30 gewickelt ist. Dieser Teil besteht aus einigen Bandschichten, beispielsweise zwischen drei und zehn Schichten. Auf dem inneren Teil 31a des Bandmantels sind eine Anzahl rechteckige Stäbe 50 im Abstand voneinander angeordnet. Auf die Stabschicht ist der äußere Teil 31 b des Bandmantels gewickelt. Zwischen den Stäben 50 und den Bandmantelteilen 31 a und 31 b bilden sich axiale Kühlwasserkanä-Ie 51. Der innere Bandmantelteil verteilt den Stabdruck, so daß das Rohr im wesentlichen einer gleichmäßigen radialen Kraft ausgesetzt ist

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vertikaler Rohrofen für hohen Arbeitsdruck, vorzugsweise zum isostatischen Warmpressen von Pulverkörpern mit einer zylindrischen Druckkammer, die aus einem Hochdruckzylinder, aus einem Rohr, aus einem um dieses Rohr gewickelten vorgespannten kraftaufnehmenden Bandmantel und aus in den Hochdruckzylinder hineinragenden Endverschlüssen aufgebaut ist, sowie mit Einrichtungen zur Aufnahme der im Betrieb auf die Endverschlüsse nach außen wirkenden Kräfte, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern oder auf der Innenseite des Bandmantels (31) eine Schicht von axial zum Hochdruckzylinder (10) orientierten Stäben (33, 50) angeordnet ist, die Kühlkanäle (39,51) bilden.

2. Rohrofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ecken (37) der Stäbe (33) abgeschrägt sind, so daß sich axiale Kühlkanäle (39) zwischen diesen abgeschrägten Ecken und den diese umgebenden oder davorliegenden Konstruktionselementen ausbilden.

3. Rohrofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe (33) von einem Blechrohr (36) umgeben sind, das zusammen mit den Stäben die Kühlkanäle (39) bildet

4. Rohrofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (30) des Hochdruckzylinders (10) von einem Rohr mit längsgehenden, stabförmigen Partien umgeben ist

5. Rohrofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Bandmantel (31) zwischen den Mantelschichten (31a, 3Ib) mit Abstand zueinander angeordnete Stäbe (50) eingefügt sind, zwischen denen Kühlkanäle (51) ausgebildet sind.