DE2706811A1 - Elektrischer widerstandsofen - Google Patents

Description

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DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) · DIPl.-ING. W. EITLE · D R. R ER. NAT K. HO FFMAN N · D I PL.-1 N G. W. LEH N

DIPL.-ING. K. FOCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 (STERNHAUS) · D-8000 MO N CH EN 81 · TELEFON (089) »11087 · TE LE X 05-29619 (PATH E)

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Biuro Projektow Przemyslu Metali Niezelaznych "BIPROMET",

Katowice/Polen

Elektrischer Widerstandsofen

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Widerstandsofen zum Schmelzen von Metallen, Flüssigerhalten von Metallen und zur Herstellung von Metallegierungen, insbesondere von Nichteisenmetallegierungen, mit direkter Erwärmung des Bades mit Hilfe von Widerstandsheizelementen in Form einer Scheidewand.

Heizelemente von bisher bekannten elektiischen Widerstandsöfen sind im Gewölbe, in den Wänden und im Boden des Ofenraumes angebracht, oder haben, wie im polnischen Patent Nr. 81320, die Gestalt einer oder mehrerer Scheidewände, welche am vorteilhaftesten

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parallel zu den Elektroden im Boden, oder im Boden bei den keramischen Wänden der Schmelzwanne, angebracht sind. Die Scheidewände bestehen dabei am vorteilhaftesten aus einer aus keramischem Material erzeugten einheitlichen Platte. Diese Scheidewände sind im Boden der Schmelzwanne eingesetzt, wobei ihr Oberteil über oder unter das Niveau des geschmolzenen Metalls reicht, so daß die ganze Oberfläche der Scheidewand, oder der Scheidewände unmittelbar mit dem geschmolzenen Metall oder mit dem Metallbad in Berührung kommt. In dem erwähnten Patent ist auch ein Widerstandsofen beschrieben, dessen Heizelemente an den im Boden oder in der Wand der Schmelzwanne des Ofens eingebauten Elektroden anliegen, wobei mindestens eine Fläche des Heizelementes mit dem geschmolzenen Metall, oder mit dem Metallbad, in Berührung kommt. Am vorteilhaftesten ist es dabei, wenn der Boden der Schmelzwanne mit einer Scheidewand in Gestalt einer den Boden, unter welchem die Elektroden angebracht sind, zudeckenden Platte versehen ist.

Der Nachteil der öfen, deren Heizelement im Gewölbe und in den Seitenwänden eingebaut sind, besteht darin, daß der Einsatz, besonders solcher Metalle, wie Zink und Aluminium, heftig oxydiert, was durch die intensive Erwärmung der Badoberfläche, bei der starken Strahlung der Heizelemente, hervorgerufen wird. Die als Ergebnis der Badoxydation entstehenden Abbrände erschweren die Erwärmung dieser Bäder, da die Abbrandschicht eine kleine Wärmeleitfähigkeit besitzt. Durch die Erwärmung von unten wird dagegen die Bodenplatte des Ofens schnell abgenutzt, wodurch Leckagen des flüssigen Metalls in die Kanäle für die Heizleitungen hervorgerufen werden.

Die Lösung nach dem polnischen Patent Nr. 81320 ermöglicht zwar das Schmelzen von Metallen, insbesondere von Nichteisenmetallen, mit einem guten Koeffizienten hinsichtlich der Ausnützung der elektrischen Energie bei gleichzeitiger Verlängerung

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der Betriebsdauer der Schmelzwanne. Im Falle des Austausches oder der Reparatur eines Heizkörpers entstehen jedoch Schwierigkeiten, welche sich auf die Anzahl, die Häufigkeit und die Länge der die Ofenleistung beschränkenden Stillstandszeiten negativ auswirken, wobei wegen der Größe des Elementes, der hohen Temperatur im Ofen und der für die Gesundheit schädlichen Gase, die Reparaturarbeiten beschwerlich und für die arbeitenden Personen gefährlich sind.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß im Raum eines mit Hilfe von Heizelementen in der Gestalt einer Scheidewand unmittelbar erwärmten elektrischen Widerstandsofens mindestens ein Heizelement in der Form eines Gefäßes eingesetzt ist, in welchem die Stromzuleitung in der Gestalt einer Elektrode, vorteilhafterweise in Form einer Graphitelektrode, angelegt ist, wobei das geschmolzene Metall an dem Boden und den Wänden des Heizelementes anliegt.

Das Heizelement ist in dem sich im Ofenraum befindenden Metallbad, die im Heizelement angebrachte Elektrode dagegen in dem das Innere des Ofenraumes teilweise ausfüllenden Metall eingetaucht.

Das Heizelement kann aus einem mit dem Einsatzmetall gefüllten Schmelztiegel bestehen, in welchem die Elektrode eingetaucht ist, wobei zwischen den Wänden und dem Boden des Ofenraumes sich eine Metallschicht befindet.

Das Heizelement wird vorteilhafterweise aus nitriertem Siliziumkarbid hergestellt. Der Vorteil der Erfindung besteht in der großen Leistungsfähigkeit des Ofens. Diese wird durch die Möglichkeit der optimalen Anordnung der Heizelemente im Ofenraum und eine Reduzierung der Anzahl und der Zeitdauer der für Reparaturen notwendigen Stillstandszeiten des Ofens erreicht. Die Reparaturarbeiten sind dabei leicht, einfach und gefahrlos durchzuführen.

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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der einfachen Ofenkonstruktion, besonders bei Öfen mit kleinem Rauminhalt, der Möglichkeit die Öfen in Reihenschaltung an das Versorgungsnetz anzuschließen, sowie der Möglichkeit durch die Wahl einer entsprechenden, im Inneren des Schmelztiegels angebrachten Versorgungselektrode die Legierungsbestandteile einzuschmelzen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Ofen im Längsschnitt,

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Ofens im Querschnitt,

Fig. 3 zeigt einen weiteren Ofen mit einem Schmelztiegelelement im Aufriß, und

Fig. 4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel eines Ofens mit zwei Schmelztiegelelementen im Längsschnitt.

Jeder der öfen besteht aus keramischen Wänden 1, welche zusammen mit einem Boden 2 einen Ofenraum 3 bzw. die Schmelzwanne bilden. Die Schmelzwanne 3 ist zum Teil mit Metall 4, welches geschmolzen werden soll, gefüllt. Auf dem Metall 4 sind zwei Heizelemente 5 in der Gestalt von teilweise mit Metall 6 gefüllten Gefäßen aufgestellt. Das sich in den Gefäßen befindende Metall übt die Funktion eines elektrischen Kontaktstückes zwischen den im Metall eingetauchten Elektroden 7 und den Wänden der Heizelemente 5 aus. Die Heizelemente sind aus nitriertem Siliziumkarbid, die Elektroden dagegen aus Graphit oder Metall hergestellt. Den Stromkreis bilden der Reihe nach: die Elektrode 7, das Metall 6, die Wand des Heizelementes 5, das Metall 4,die Wand des folgendes Heizelementes 5 zusammen mit dem Metall 6 und der in diesem Element angebrachten

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Elektrode 7.

Ein erfindungsgemäßer Ofen der oben beschriebenen Art arbeitet folgendermaßen:

Nachdem die Schmelzwanne 3 mit einer Schicht von Metall 4 ausgefüllt wurde, werden auf der Oberfläche desselben Heizelemente 5 aufgestellt, welche zum Teil mit Metall 6 ausgefüllt werden, welches den richtigen elektrischen Kontakt zwischen der Elektrode 7 und der Außenfläche der Wände des Heizelementes 5 gewährleisten soll. An die außerhalb des Ofens hinausragenden Enden der Elektroden 7 wird eine Spannung angelegt, unter deren Einfluß durch die Wände des Heizelementes 5 elektrischer Strom fließt und in denselben Wärme erzeugt, welche in das Metallbad 4 übertragen wird und dieses zum Schmelzen bringt. Der Durchfluss des elektrischen Stromes verläuft folgendermaßen: Aus der Elektrode 7, welche in dem den Boden eines der Heizelemente 5 ausfüllenden Metalls 6 (dessen Aufgabe in der Gewährleistung des richtigen elektrischen Kontaktes besteht) eingetaucht ist, fließt der Strom durch die Wand des Heizelementes 5 in das Metall 4, in welchem dieses Element eingetaucht ist. Aus dem Metall 4 fließt der Strom durch die Wand des folgenden Heizelementes 5, von wo er durch das Metall 4 und die in diesem Element angebrachte Elektrode 7 zu den außerhalb des Ofenraumes befindlichen Stromklemmen abfließt. Nach der Beendigung des Schmelzprozesses wird der Ofen teilweise entleert, z.B. durch Umkippen, Auspumpen des Metallbades oder Öffnen des sich im Boden befindenden Ablasses .

Ein anderes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ofens ist in Fig. 2 im Querschnitt dargestellt. Der Ofen besteht aus keramischen Wänden ], welche zusammen mit dem Boden 2 die für das Schmelzen von Metall 4 bestimmte Schmelzwanne 3 bilden. Im Inneren der Wanne 3 sind Heizelemente 5 in Gestalt eines an einem

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Ende verschlossenen Rohres angebracht, welche aus nitriertem Siliziumkarbid ausgeführt und im Metall 4 eingetaucht sind. Im Inneren des Heizelementes 5 befindet sich das Metall 6, welches den elektrischen Kontakt für die Elektrode 7 bildet, deren eines Ende in das Innere des Heizelementes 5 reicht, während das andere Ende über der Ofendecke befestigt ist.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ofens nach Fig. 3 besteht aus keramischen Wänden 1, welche zusammen mit dem Boden 2 den keramischen Ofenraum 3 bilden. Im Inneren des Ofenraumes 3 ist auf einer Metallschicht 6 das Heizelement 5 in der Form eines Gefäßes eingesetzt, welches gleichzeitig die Aufgabe eines Schmelztiegels für den zum Schmelzen bestimmten Satz von Metall 4 erfüllt. Die Metallschicht 6 dient zur Verbesserung des elektrischen Kontaktes zwischen den Wänden 1 und dem Boden 2 des Ofenraumes 3 mit dem Tiegelheizelement 5. Im Metall 4 des Satzes ist die Elektrode 7 eingetaucht. Die Tiegelheizelemente 5 sind aus nitriertem Siliziumkarbid hergestellt, die Elektroden 7 dagegen aus Graphit oder Metall, je nach dem Verlauf des metallurgischen Verfahrens im Ofen. Im Boden 2 des Ofenraumes 3 ist ein Graphitformstück 8 eingebaut, dessen eines Ende mit der Ofenkonstruktion verbunden ist, während das andere Ende dagegen in die Metallschicht 6 eingebettet ist und die Stromzuführung des Ofens bildet. Der Stromkreis des Ofens wird durch die Elektrode 7, das Metall 4 des Satzes, die Wände und den Boden des Tiegelheizelementes 5, die Metallschicht 6 und das Graphitformstück 8 gebildet.

Der auf die oben beschriebene Weise hergestellte Ofen arbeitet wie folgt:

Das Tiegelheizelement 5 wird mit einem Satz von Metall 4 in festem Zustand beschickt. Die aus den Wänden und dem Boden des Elementes

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5 ausströmende Heizleistung ruft einen Anstieg der Temperatur hervor und folgedessen einen Wärmefluß in das Metall 4 des Satzes, wie auch in die Wände 1 und den Boden 2 des Ofenraumes 3. Diese Wärme führt zum Schmelzen des Metalles 4. Falls reines Metall geschmolzen werden soll, wird die Elektrode 7 aus demselben Stoff oder aus Graphit ausgeführt. Bei der Erzeugung von Legierungen dagegen werden die Elektroden aus demjenigen Metall hergestellt, welches einen Bestandteil der betreffenden Legierung bildet.

In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ofens dargestellt, in dessen Raum 3 zwei Tiegelheizelemente 5 angebracht sind. Den Stromkreis bilden der Reihe nach folgende Bestandteile: die Elektrode 7, das Metall 4 des sich in einem Element 5 befindenden Satzes, die Wände und der Boden des zweiten Elementes 5, das dasselbe Element ausfüllende Metall 4 und die in ihm eingetauchte Elektrode 7.

Der Lade- und Erwärmungsprozeß ist vergleichbar mit demjenigen beim Eintiegelofen, mit dem Unterschied, daß dieser Prozeß in zwei in Reihenschaltung arbeitenden Tiegelheizelementen 5 stattfindet.

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Claims (4)

270681 Ί Patentansprüche

1. Elektrischer Widerstandsofen zum Schmelzen von Metallen, "Flüssigerhalten von Metallen und zur Herstellung von Metallegierungen, insbesondere von Nichteisenmetallegierungen, mit direkter Erwärmung des Bades mit Hilfe von Widerstandsheizelementen in Form einer Scheidewand, dadurch gekennzeichnet, daß in
dem Ofenraum (3) mindestens ein Heizelement (5) in der Form eines Gefäßes angebracht ist, in welchem die Stromzuführung in Gestalt einer Elektrode (7), vorzugsweise einer Graphit-Elektrode angelegt ist, wobei das geschmolzene Metall an dem Boden und den Wänden
des Heizelementes (5) anliegt.

2. Elektrischer Widerstandsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (5) in das sich im Ofenraum (3) befindende Metallbad (4) eingetaucht ist, und daß die im Heizelement (5) angebrachte Elektrode (7) in einem Metall (6), welches das Innere des das Heizelement (5) bildenden Gefäßes teilweise ausfüllt, eingetaucht ist.

3. Elektrischer Widerstandsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (5) in Gestalt
eines im Ofenraum (3) angebrachten Gefässes einen mit einem Satz von Metall ausgefüllten Schmelztiegel bildet, in welchem die
Elektrode (7) eingetaucht ist, wobei zwischen den Wänden (1) und dem Boden (2) des Ofenraumes einerseits und dem Heizelement (5)
andererseits sich eine Metallschicht (6) befindet.

4. Elektrischer Widerstandsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (5) aus nitriertem Siliziumkarbid besteht.

ORIGINAL INSPECTED

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