DE2616447C3

DE2616447C3 - Vertikaler Rohrofen für hohen Arbeitsdruck

Info

Publication number: DE2616447C3
Application number: DE19762616447
Authority: DE
Inventors: Sven-Erik Robertsfors Isaksson (Schweden)
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1975-04-25
Filing date: 1976-04-14
Publication date: 1979-11-08
Also published as: JPS51130608A; DE2616447B2; CA1055694A; ATA297976A; FR2309108A1; DE2616447A1; GB1537563A; SE389958B; AT345005B

Description

den Rohre, wobei im Zuleitungsbereich diese Rohre einen einzigen diametralen Schlitz haben, der das Rohr in zwei Zylinderhälften teilt Zwischen den unteren Enden dieser Heizrohre und einer im unteren Teil des Ofens angeordneten Sammelschiene wird die elektrisehe Verbindung durch relativ kurze Flachleiter hergestellt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ofen der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei dem die in die ringförmigen Kanäle keramischer Körper ι ο eingelegten Heizelemente mit Anschlußleitern versehen sind, die in zuverlässiger Weise verlegt und befestigt sind, ohne daß hierdurch die radialen Abmessungen des Heizkörpers wesentlich oder überhaupt vergrößert werden.

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

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprachen genannt.

Dadurch, daß die Anschlußleiter in geeigneten Abständen mit mehreren Doppelkröpfungen versehen sind, welche in die ringförmigen Kanäle des Heizkörpers hineinragen, werden die freihängenden Abschnitte der Anschlußleiter zwischen den Doppelkröpfungen relativ kurz und damit ihre mechanische Festigkeit bei hoher Temperatur nicht überbeansprucht Die Doppelkröpfungen stützen sich auf dem Kanalboden oder besonderen Stützorganen ab. Durch die Unterbringung der Anschlußleiter in vertikalen Nuten an der Außenseite des Heizkörpers kann eine radiale Vergrößerung der Gesamtabmessungen des Heizkörpers völlig vermieden werden. Bei Verwendung einer Stützisolierung für den Heizkörper liegen die Anschlußleiter unter der Stützisolierung und brauchen diese nicht zu durchbrechen. Die Gefahr, daß Löcher in der Stützisolierung infolge der Wärmebewegung der Anschlußleiter auftreten, ist äußerst gering. Die Anschlußleiter werden durch Bolzen durch die in die Kanäle hineinragenden Doppelkröpfungen in ihrer vorgeschriebenen Lage fixiert Die erfindungsgemäße Anordnung der Anschlußleiter hat einen außerordentlich kleinen radialen Raumbedarf, was sehr wichtig ist, da man auf das äußerste bestrebt ist, die radiale Dicke des Heizkörpers und der Isolierung so klein wie möglich zu machen, um einen möglichst großen nutzbaren Ofenraum zu bekommen.

Es zeigt

F i g. 1 einen Rohrofen gemäß der Erfindung teilweise im Schnitt,

Fig. 2 im größeren Maßstab einen vertikalen Schnitt durch die Ofenisolierung mit einem Heizkörper.

F i g. 3 eine perspektivische Darstellung eines Heizkörpers, teilweise im Schnitt, F i g. 4 einen Horizontalschnitt durch den Heizkörper,

F i g. 5 und F i g. 6 im vergrößerten Maßstab einen horizontalen und einen vertikalen Schnitt durch den Heizkörper an der Stelle, an der sich ein Anschluß zwischen einem Anschlußleiter und einem Heizelement befindet

Fig.7 und Fig.8 einen vertikalen und einen horizontalen Schnitt durch den Heizkörper und die Ausbuchtungen der Anschlußleiter sowie die Befestigung eines Anschlußleiters im Heizkörper.

Fi g. 1 zeigt einen Druckrohrofen des Typs, der eine stationäre Druckkammer 1 und ein bewegliches Pressengestell 2 enthält, welches die auf die Endverschlüsse 3 und 4 der Druckkammer wirkenden Kräfte aufnimmt Die Druckkammer besteht aus einem Hochdruckzylinder, der aus einem Rohr 5, das von einem die Kräfte aufnehmenden Bandmantel 6 umgeben ist, einer oberen Stirnplatte 7 und einer unteren Stirnplatte 8, weiche die Druckkammer 1 trägt Das Pressengestell 2 besteht aus einem oberen und einem unteren Joch 10,11, welche die auf die Endverschlüsse 3 und 4 wirkenden Kräfte aufnehmen, 2 Distanzstücken 12 und einem diese Teile umgebenden und zusammenhaltenden Bandmantel 13. Das Pressengestell ruht auf einem Fahrgestell 14 mit Laufrädern 15, die auf den Schienen 16 einer Grundplatte 17 laufen. Der Bewegungshub wird durch den Endanschlag 18 begrenzt Auf der Grundplatte ist ein gestellartiger Tragrahmen 20 angeordnet, der aus vier Stützen 21 und zwei Querträgern 22 besteht welche letzteren durch die Fensteröffnung 23 des Pressengestells verlaufen. Die untere Stirnplatte 8 des Pressengestells ruht auf den Querträgern 22. In der Druckkammer 1 befindet sich ein Ofenraum 24, ein Heizkörper 25, eine isolierende Hülle 26, die aus einem Isoliermantel 27 mit einem abnehmbaren Deckel 28 und einem isolierenden Boden 30 besteht Die Heizkörper 25 und die Hülle 26 ruhen auf einer Grundplatte 31. Zwischen den Endverschlüssen 3 und 4 und dem Rohr 5 sind Dichtungen angebracht. Die Stromversorgung des Heizkörpers erfolgt über Leiter 32. Die Meßwerte des Thermoelements werden an den Leitern 33 abgegriffen.

Die Isolierung und der Heizkörper werden im folgenden anhand der F i g. 2—8 näher beschrieben.

Der Isoliermantel 27 besteht aus einem unteren Metallring 34, einem äußeren Rohr 35, einem oberen Metallring 36, hängenden Rohren 37 und 38, auf welche eine filzähnliche keramische Isolierung 40 und 41 gewickelt ist und Bändern, welche die Isolierung gegen die Rohre pressen. Die Anzahl der Rohre und Isolierschichten ist von der Arbeitstemperatur und dem Arbeitsdruck des Ofens abhängig. Der Deckel 28 besteht aus zwei Blechen, zwischen denen Isoliermaterial angebracht ist. Der Deckel hat einen Flansch, der in eine Nut im Ring 36 hineinragt, welche Dichtungsmaterial enthalten kann, um eine Gasströmung zwischen dem Deckel und dem Ring 36 des Isoliermantels 27 zu verhindern. Über dem Deckel 28 ist ein zweiter Deckel 50 angeordnet, der aus einem flachen Blech 51 und einem seitlichen Flansch 52 besteht.

Der Heizkörper 25 enthält einen Tragring 60, auf dem ein Zylinder ruht, der aus einer großen Anzahl U-förmiger keramischer Körper 61 aufgebaut ist, welche durch eine Stützisolierung 62 zusammengehalten werden, die mit Band 63 umwickelt ist Die Körper 61 können bogenförmig oder gerade sein und ebene Endflächen 64 haben, die einen solchen Winkel bilden, daß sich die Endflächen im Zentrum eines Zylinders mit gewünschtem Durchmesser schneiden. Die Stege 65 der keramischen Körper 61 bilden den Boden bzw. die Decke, und die Flansche 66 und 67 die Wände von ringförmigen Kanälen 68 für Heizelemente 70. Diese bestehen aus wellenförmig gebogenen oder abgewinkelten hochkant stehenden Bändern aus an sich bekannten Materialien, die sich für die gewählte Arbeitstemperatur eignen. Die Flansche 67 der verschiedenen keramischen Körper 61 bilden zusammen eine äußere, im wesentlichen geschlossene Wand, während die nach innen liegenden Flansche 66 so ausgebildet sind, daß sie eine Wand mit öffnungen bilden, durch welche die Wärme in den Ofenraum

hineinströmen und hineinstrahlen kann. Die Seiten der Flansche 66 können abgeschnitten sein, doch können die Flansche auch mit Löchern versehen sein. Bei dem in den Figuren gezeigten Heizkörpern sind die Seiten der Flansche abgeschnitten, so daß sich zwischen zwei benachbarten keramischen Körpern 6t öffnungen 71 bilden. Die Stege 65 der keramischen Körper 61 haben Führungsnuten 72, die die benachbarten Schichten von Körpern miteinander verklammern. Die zusammenhaltende Stützisolierung 62 des Heizkörpers besteht aus vier Schichten 62a bis 62c/ aus scheibenförmigem keramischem, filzähnlichen Materials, welche um den aus den Körpern 61 gebildeten Zylinder gewickelt sind. Die Schichten sind so angeordnet, daß eine Überlappung der Verbindungsstellen entsteht. Beim Wickeln wird ein Bindemittel auf das Material aufgetragen. Dieses besteht aus einem keramischen Pulver, das in einem flüssigen Härter aufgelöst wird und beim Erwärmen die Schichten 62a bis 62c/ zu einer im wesentlichen homogenen Stützisolierung mit niedriger Gasdurchlässigkeit verbindet. Hierdurch wird ein radialer Strom des Druckmediums durch den Heizkörper 25 vom Ofenraum 24 zum Spalt 73 zwischen dem Heizkörper 25 und dem Isoliermantel 27 verhindert. Der Temperaturunterschied zwischen dem Ofenraum 24 und dem Spalt 73 kann mehrere hundert Grad betragen. Der Heizkörper 25 bildet somit einen integrierenden Teil der um den Ofenraum 24 angebrachten Isolierung. Ein Temperaturunterschied wie etwa 200⁰C zwischen dem Ofenraum 24 und dem Spalt 73 hat eine große Druckdifferenz zur Folge, so daß eine niedrige Gasdurchlässigkeit erforderlich ist.

Damit im Ofenraum 24 eine gleichmäßige Temperatur gehalten werden kann, sind die Heizelemente 70 in mehrere Gruppen unterteilt, so daß man für verschiedene Zonen eine unterschiedliche Wärmezufuhr wählen kann. Außerdem können die Heizelemente 70 in unteren Teil des Ofens dichter plaziert werden als in oberen Teil, da der Wärmebedarf aufgrund de Konvektion im Ofenraum 24 im unteren Teil de

■> Ofenraumes am größten ist. Wie Fig.2 zeigt, sin< Heizelemente 70 im unteren Teil des Heizkörpers 25 ii jedem Kanal 68 angeordnet, während im oberen Tei nur in jedem zweiten Kanal ein Heizelement 7( vorhanden ist. In gewissen Stegen 65 der Keramikele

ίο mente 61 sind öffnungen 69 zur Verbindung eine:

Heizelementes 70 in einem Kanal 68 mit einen Heizelement 70 in einem anderen Kanal 68 vorgesehen.

Die Anschlußleiter 74 zur Speisung der HeizelemenK

70 bestehen aus flachen Bändern, die in Nuten 75 in dei äußeren Flanschen 67 der Keramikkörper 61 angeord net sind. Die Anschlußleiter sind somit ganz innerhalt der Stützisolierung 62 untergebracht. Die Anschlußlei ter haben Doppelkröpfungen 76, die in einen Kanal 61 hineinragen und auf dem von dem Steg 65 gebildeter Boden dieses Kanals aufliegen. Die Doppelkröpfung 7( ist durch einen Bolzen 77 im Kanal 68 fixiert. Hierdurd wird die Länge der freihängenden Abschnitte dei Anschlußleiter sowie die Zugspannung in den Anschluß leitern begrenzt.

2¹; Thermoelemente 80 sind in Keramikrohren 81 angeordnet, die durch Löcher 82 in einigen Stegen dei U-förmigen keramischen Körper hindurchlaufen.

Die Anschlußleiter 74 und die Thermoelemente 8( sind an Durchführungen 83 und 84 angeschlossen, unc diese sind ihrerseits an die Leiter 32 und 33 angeschlossen. Der ringförmige Raum 85, der zwischer dem Ring 60 und einem Ring 86 gebildet wird und ir dem die Anschlußleiter 74 und die Thermoelemente 8{ mit den Durchführungen 83 und 84 verbunden sind, isi mit einem Isoliermaterial 87 gefüllt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vertikaler Rohrofen für hohen Arbeitsdruck mit einer vertikalen zylindrischen Druckkammer, die unter hohem Druck stehendes Gas einzuschließen vermag, mit einem Ofenraum, der von einem zylindrischen Heizkörper umgeben ist, welcher aus keramischen Körpern und einer umgebenden Stützisolierung aufgebaut ist und ringförmige Kanäle für elektrische Heizelemente enthält, und mit ι ο einer den Ofenraum und den Heizkörper umgebenden Isolierung, die aus einem isolierenden Mantel mit isolierendem Deckel und Boden besteht, dadurch gekennzeichnet, daß flache, vertikal verlaufende Anschlußleiter (74) für die Speisung der Heizelemente (70) an der Außenseite der keramischen Körper (61) des Heizkörpers (25) angeordnet sind und daß die Anschlußleiter (74) mit einer oder mehreren Doppelkröpfungen (76) versehen sind, die in die ringförmigen Kanäle (68) hineinragen.

2. Vertikaler Rohrofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenwand der keramischen Körper (61) des Heizkörpers (25) vertikal verlaufende, die Anschlußleiter (74) aufnehmende Nuten (75) vorhanden sind.

3. Vertikaler Rohrofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in die ringförmigen Kanäle (68) hineinragenden Doppelkröpfungen (76) der Anschlußleiter (74) mit durch die Doppelkröp- « fungen (76) hindurchgehenden Bolzen (77) befestigt sind.

Die Erfindung betrifft einen vertikalen Rohrofen für hohen Arbeitsdruck gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein solcher Rohrofen wird in der prioritätsgleichen, nicht vorveröffentlichien DE-OS 26 16 555 beschrieben. Die im Ofen angewendeten Temperaturen liegen vorzugsweise über 1000⁰C und die angewendeten Gasdrücke vorzugsweise über 500 Bar.

Verglichen mit öfen, die bei Atmosphärendruck oder niedrigeren Drücken arbeiten, verursachen Drucköfen viele Konstruktionsprobleme. Der Ofenraum muß sich in einer Druckkammer befinden, die imstande ist, Gas unter hohem Druck einzuschließen. Hierdurch werden die Kosten pro Volumeneinheit des Ofens groß. Die Kosten steigen mit erhöhtem Druck und zunehmendem Druckkammerdurchmesser stark an. Es ist daher erforderlich, den Raum in der Druckkammer wirtschaftlich auszunutzen. Die zulässige Erwärmung der Druckkammerwände ist mit Rücksicht auf die Festigkeit begrenzt.

Außerdem müssen die Wärmeverluste klein gehalten werden, damit die gewünschte Behandlungstemperatur erreicht und aufrecht erhalten werden kann und der Ofen wirtschaftlich betrieben werden kann. Die loslierung und der Heizkörper in der Druckkammer zwischen dem Ofenraum und den Druckkammerwänden müssen mit der kleinstmöglichen radialen Ausdehnung ausgeführt werden, um ein möglichst großes nutzbares Ofenraumvolumen zu erhalten. Die Aufgabe, einen Ofen herzustellen, der einen im Durchmesser möglichst großen Ofenraum in einer im Durchmesser möglichst kleinen Druckkammer hat, bringt viele schwer zu lösende Probleme mit sich. In der DE-PS

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65 19 45 191, der DE-AS 19 53 306 und der DE-OS 23 80 020 werden Drucköfen verschiedener Ausführung genauer beschrieben. Bei allen diesen öfen ist innerhalb der Isolierung ein Heizkörper angeordnet, der ein Metallrohr mit Isolatoren enthält, auf denen Heizelemente angeordnet sind. In den öfen für sehr hohe Temperaturen zeigen die bisher verwendeten Heizkörper gewisse Schwächen. Unter anderem treten Deformationen auf, die zu Kurzschlüssen oder anderen Fehlern führen können und die das Auswechseln des Heizkörpers erschweren.

Um die genannten Schwächen der bisherigen Heizkörper zu beseitigen, wurde bereits vorgeschlagen, den zylindrischen Heizkörper aus keramischen Körpern (Bausteinen) aufzubauen, die so beschaffen sind, daß in dem zylindrischen Heizkörper ringförmige Kanäle für die elektrischen Heizelemente entstehen. Ein solcher Heizkörper erleidet keine nennenswerten Verformungen und ist den bekannten Heizkörpern darüberhinaus in mehrfacher Hinsicht überlegen. Er gibt eine größere Freiheit für die Plazierung der Heizelemente und damit bessere Voraussetzungen für die Einhaltung einer gleichmäßigen Temperatur im Ofenraum, liefert eine bessere Stütze für die Heizelemente und verringert dadurch die Gefahr des Auftretens von Deformationen, Kurzschlüssen oder Brüchen. Außerdem liefert der Heizkörper einen nicht unbeträchtlichen Beitrag zur Wärmeisolierung und ist leicht zu bedienen. Dies alles trägt zu einer verbesserten Wirtschaftlichkeit infolge geringerer Betriebsunterbrechungen und niedrigerer direkter Bedienungskosten bei.

Der Heizkörper kann darüberhinaus mit einer die Keramikbausteine zusammenhaltenden Stützisolierung mit niedriger Gasdurchlässigkeit umgeben sein, die aus mehreren Schichten eines dichten Filzes besteht, der mit einem aushärtenden Bestandteil imprägniert ist, so daß eine Verbindung zwischen den Schichten entsteht. Dieser Filz besteht im wesentlichen aus Aluminiumsilikat.

Ein besonderes Problem bei einem Heizkörper der oben beschriebenen Art besteht in der Anordnung der Anschlußleiter für die Widerstandselemente.

Der Aufbau eines zylindrischen Heizkörpers aus einzelnen keramischen Körpern (Bausteine) ist auch bekannt aus der US-PS 20 35 306. Die Druckschrift beschreibt einen elektrisch geheizten Metallschmelzofen, der jedoch nicht mit innerem Hochdruck arbeitet. Der von außen nach innen aus einer Metallhülse, einer Isolierung und einer Ausmauerung aus feuerfestem Material bestehende Ofen ist an seiner Innenseite zusätzlich mit bogenförmigen keramischen Bausteinen ausgekleidet, welche einen nach innen weisenden balkonartigen Vorbau haben. Dieser Verbau aller keramischen Körper bildet einen an der inneren Zylinderfläche des Ofens verlaufenden spiralförmigen Kanal, in welchen die elektrischen Heizelemente eingelegt werden. Die Ausbildung der Zuführungsleiter ist nicht beschrieben, und sie stellt, da der Ofen nicht mit Überdruck arbeitet, auch kein Problem dar.

Aus der DE-OS 21 13 543 ist ein Gerät zur Diffusionsverbindung in Form eines aufrecht stehenden Ofens bekannt, bei dem die Heizelemente aus senkrechten selbsttragenden Rohren bestehen, die in der eigentlichen Heizzone spiralförmig aufgeschlitzt sind. Für Zuleitungen in verschiedenen Höhen des Heizelementes besteht hier wegen des selbsttragenden Charakters der Heizelemente kein Bedürfnis. Die Zuleiter bestehen aus der Fortsetzung der selbsttragen-