DE2616555A1

DE2616555A1 - Zylinderfoermiger langgestreckter ofen zur behandlung von material bei hoher temperatur in einer gasatmosphaere unter hohem druck

Info

Publication number: DE2616555A1
Application number: DE19762616555
Authority: DE
Inventors: Sven-Erik Isaksson
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1975-04-25
Filing date: 1976-04-14
Publication date: 1976-11-11
Also published as: ATA297876A; US3995101A; FR2308889A1; JPS51130607A; CA1062005A; BE840203A; AT344408B; SE389957B; GB1537562A

Description

Zylinderförmiger langgestreckter Ofen zur Behandlung von Material bei hoher Temperatur in einer Gasatmosphäre unter hohem Druck

Die Erfindung betrifft einen zylinderförmigen langgestreckten Ofen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Die im Ofen angewendeten Temperaturen liegen vorzugsweise über 1000 C 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.

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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 Isolierung 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 DT-PS 1 94-5 191, der DT-AS 1 953 306 und der DT-OS 2 328 020 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.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ofen der eingangs genannten Art zu entwickeln, der mit einem Heizkörper versehen ist, der keine nennenswerten Deformationen erleidet und den bekannten Heizkörpern darüberhinaus in

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mehrfacher Hinsicht überlegen ist.

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 Unteransprüchen genannt.

Der in dem Ofen nach der Erfindung verwendete keramische Heizkörper hat eine ausgezeichnete Formfestigkeit, 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.

Die Dicke der Filzschichten, aus denen die Stützisolierung aufgebaut ist, beträgt vorzugsweise ein bis drei Millimeter, und die Stützisolierung besteht zweckmäßigerweise aus 3-10

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Schichten mit einer Gesamtdicke von 3-25 mm. Das Imprägnierungsmittel kann aus 10-25 % eines Pulvers oder flüssigen Zements aus feinkörnigem Zirkoniumoxyd bestehen, das in einem flüssigen Härter des Typs Triton oder Carborundon QF 180 angerührt wird. Dieses bindende und härtende Mittel wird gleichzeitig mit dem Wickeln des Filzes um den aus den keramischen Körpern bestehenden Zylinder auf den Filz aufgetragen.

Die Flansche der keramischen Körper bilden eine im wesentlichen nicht unterbrochene äußere Wand und eine mit Öffnungen versehene innere Wand. Die Anzahl Öffnungen stimmt vorzugsweise mit der Zahl der keramischen Körper überein. Zusammen mit der Stützisolierung bildet der aus den keramischen Körpern gebildete Zylinder einen Zylinder mit einer geringen Gasdurchlässigkeit. Am unteren Ende ist der Heizkörper dicht an einen tragenden Boden angeschlossen, so daß eine radiale Gasströmung zwischen dem Ofenraum und dem außerhalb des Heizkörpers liegenden Raum wirksam verhindert wird. Der Heizkörper selbst trägt zugleich zur radialen Isolierung bei. Der Temperaturunterschied zwischen dem Ofenraum und dem Raum zwischen dem Heizkörper und dem eigentlichen Isoliermantel kann bis zu 200⁰C betragen.

Anhand des in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden.

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Es zeigen

!Figur 1 einen Druckofen gemäß der Erfindung teilweise im Schnitt,

Figur 2 im größeren Maßstab einen vertikalen Schnitt

durch die Ofenisolierung mit einem Heizkörper,

Figur 3 eine perspektivische Darstellung eines Heizkörpers, teilweise im Schnitt,

Figur 4 einen Horizontalschnitt durch den Heizkörper,

Uigur 5
und Figur 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 ,

Figur 7
und Figur 8 einen vertikalen und einen horizontalen Schnitt

durch den Heizkörper und die Ausbuchtungen der Anschlußleiter sowie die Befestigung eines Anschlußleiters im Heizkörper.

Figur 1 zeigt einen Druckofen 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 fLer aus einem Rohr 5, das von einem die Kräfte aufnehmenden Bandmantel 6 umgeben ist, einer oberen

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Stirnplatte 7 und einer unteren Stirnplatte 8, welche die Druckkammer T 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 diesen Balken 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 Figuren 2-8 näher beschrieben.

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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 4-0 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 21 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 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 abge-

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gewinkelten hochkant stehenden Bändern aus an sich bekannten Materialien, die sich für die gewählte Arbeitstemperatur eignen. Die Flansche 67 der verschiedenen 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 Warne 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 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 62d aus scheibenförmigem keramischem, filzähnlichem Materials, welche um den aus den Körpern 61 gebildeten Zylinder gewickelt sind. Die Schichten sind so angeordnet, daß eine Überlappung der Verbindungsstellen entsteht. Beim Wickelin wird ein Bindemittel auf das Material aufgetragen. Dieses besteht aus einem keramischen Pulver, beispielsweise Zirkoniumoxyd (IEKA Zement), das in einem flüssigen Härter, wie beispielsweise der Marke TRITOK, aufgelöst wird und beim Erwärmen die Schichten 62a bis 62d zu einer im wesentlichen homogenen Stützisolierung

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mit niedriger Gasdurchlässigkeit verbindet. Hierdurch wird ein radialer Strom des Druckmediums durch den Heizkörper vom Ofenraum 24 zum Spalt 73 zwischen dem Heizkörper 25 und dem Isoliermantel 27 verhindert. Der Temperaturunterschied zwischen dem Ofenraum und dem Spalt kann mehrere hundert Grad betragen. Der Heizkörper bildet somit einen integrierenden Teil der um den Ofenraum 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 eine gleichmäßige Temperatur gehalten werden kann, sind die Heizelemente in mehrere Gruppen unterteilt, so daß man für verschiedene Zonen eine unterschiedliche Wärmezufuhr wählen kann. Außerdem können die Heizelemente im unteren Teil des Ofens dichter plaziert v/erden als im oberen Teil, da der Wärmebedarf aufgrund der Konvektion im Ofenraum im unteren Teil des Ofenraumes am größten ist. Wie Figur 2 zeigt, sind Heizelemente 70 im unteren Teil des Heizkörpers 25 in jedem Kanal 68 angeordnet, während im oberen Teil nur in öeclein zweiten Kanal ein Heizelement vorhanden ist. In gewissen Stegen 65 der Keramikkörper 61 sind Öffnungen 69 zur Verbindung eines Heizelementes 70 in einem Kanal 68 mit einem Heizelement in einem anderen Kanal vorgesehen.

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Die Anschlußleiter 74 zur Speisung der Heizelemente 70 bestehen aus flachen Bändern, die in Euten 75 in den äußeren Flanschen 67 der Keramikkörper 61 angeordnet sind. Die Anschlußleiter sind somit ganz innerhalb der Stützisolierung 62 untergebracht. Die Anschlußleiter haben Ausbuchtungen 76 (Doppelkröpfungen), die in einen Kanal 68 hineinragen und auf dem von dem Steg 65 gebildeten Boden dieses Kanals aufliegen. Die Ausbuchtung 76 ist durch einen Bolzen 77 im Kanal 68 fixiert. Hierdurch wird die Länge der freihängenden Abschnitte der Anschlußleiter sowie die Zugspannung in den Anschlußleitern begrenzt.

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

Die Anschlußleiter 74 und die Thermoelemente 80 sind an Durchführungen 83 und 84 angeschlossen, und diese sind ihrerseits an die Leiter 32 und 33 angeschlossen. Der ringförmige Raum 85, der zwischen dem Ring 60 und einem Ring 86 gebildet wird und in dem die Anschlußleiter 74- und die Thermoelemente mit den Durchführungen 83 und 84 verbunden sind, ist mit einem Isoliermai£iial87 gefüllt.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Zylinderförmiger langgestreckter Ofen zur Behandlung von Material bei hoher Temperatur in einer Gasatmosphäre unter hohem Druck, mit einer vertikalen zylindrischen Druckkammer, die unter hohem Druck stehendes Gas einschließt, mit einem Ofenraum, der von einem zylindrischen Heizkörper mit elektrischen Widerstandselementen umgeben ist, und mit einer den Ofenraum und den Heizkörper umgebenden Isolierung, die aus einem zylindrischen isolierenden Mantel mit isolierendem Deckel und Boden besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizkörper (25) aus keramischen Körpern (61) aufgebaut ist, die einen Zylinder mit ringförmigen Kanälen (68) für elektrische Widerstandselemente (2C) bilden, welcher Zylinder mit einer zusammenhaltenden Stützisolierung (62) geringer Gasdurchlässigkeit umgeben ist.
2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützzylinder aus mehreren Schichten (62a bis 62d) eines dichten Filzes besteht, welche Schichten durch ein aushärtendes Imprägniermittel miteinander verbunden sind.

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3. Ofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Pilz im wesentlichen aus Aluminiumsilikat besteht.
4. Ofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, daß die zusammenhaltende Stützisolierung (62) aus drei bis zehn Schichten besteht und eine Dicke von drei bis fünfundzwanzig mm hat.
5· Ofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das aushärtende Mittel aus 10-25 Gewichtsprozent Zirkoniumoxyd und Härter besteht.
6. Ofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, daß die keramischen Körper (61) U-förmig

sind

sind und räumlich so angeordnet, daß der Steg (65) den Boden und die Flansche (66, 67) sowohl die vertikalen Wände der ringförmigen Kanäle (68) für die Heizelemente (20) wie auch die innere und äußere Wand des aus den keramischen Körpern bestehenden Zylinders bilden·
7. Ofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flansche (66, 67) der keramischen Körper (61) eine im wesentlichen geschlossene äußere Wand und eine mit einer Anzahl öffnungen versehene innere Wand bilden.

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8. Ofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der öffnungen im wesentlichen gleich der Anzahl der keramischen Körper ist.
9. Ofen nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizkörper (25) derart dichtend an eine tragende Grundplatte (31) angeschlossen ist, daß eine radiale Gasströmung zwischen dem Spaltraum (73) außerhalb des Heizkörpers (25) und dem Ofenraum (24·) nicht möglich ist.

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