DE2934160C2 - Elektrodenanordnung in Wärmeöfen zur oxydationsfreien Erhitzung metallischer Werkstücke in einem flüssigen Wärmeträger - Google Patents

Description

Die briindung betrifft eine Elektrodenanordnung in Wärmeöfen zur oxydationsfreien Erhitzung metallischer Werkstücke in einem flüssigen Wärmeträger, bestehend aus zwei Elektroden, die in den Wärmeträger getaucht und am Ofenboden angeordnet sind.

Eine derartige Elektrodenanordnung ist aus dem SUES 4 04 385 bekannt.

Während der Erhitzung des Wärmeträgers hängt der Kreislauf und damit die gleichmäßige Temperaturverteilung im gesamten Ofenraum von der Richtung der konvektiver· und elektromagnetischen Wärmeträgerströme ab. Falls die Viskosit;' des Wärmeträgers, wie bei Salzschmelzen, gering ist. wirkt sich dies nur wenig auf die Gleichmäßigkeit der Ofr ^temperatur aus. Wenn aber die Wärmeträger eine erhöhte Viskosität (über 1 Poise) aufweisen, ist die Überlagerung der konvcktiven und der elektromagnetischen Wärmeträgerströme von großer Bedeutung.

Bei der bekannten Elektrodenanordnung überschreitet das Temperaturgefällc für solche Wärmeträger in einer Wanne mit einem Fassungsvermögen von 901 bei 1100°C±2°C nicht. Der beschriebenen Anordnung haftet jedoch der Nachteil an, daß die Elcktrodentemperatur die Temperatur der Schmelze übersteigt, was eine Herabsetzung der Haltbarkeit der Elektroden zur Folge hat. Aus diesem Grund sind solche Elektroden für die Beheizung eines Wärmeträgers bis zu 1300⁰C nicht geeignet, weil ihre Betriebsdauer in einem solchen Fall nur wenige Stunden beträgt.

Darüber hinaus erfolgt bei einem Elektrodenabbrand die Wärmeträgersättigung mit Eisen-, Chrom- und Nikkeioxiden, was eine unerwünschte Änderung der Wärmeträger-Zusammensetzung verursacht.

Aus dem SU-ES 88 534 ist eine Elektrodenanordnung mit in einen Wärmeträger getauchten Elektroden bekannt, deren elektrische Zuleitungen wassergekühlt sind.

Aus der DE-PS 10 10 210 ist eine Elektrodenanordnung für einen elektrischen Widerstandsofen bekannt, deren Elektrode in ihrem Innern einen ;in ein Kühlsystem angeschlossenen Kühlkanal aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektrodenanordnung für Wärmeöfen zur oxydationsfreien Erhitzung metallischer Werkstücke in einem flüssigen Wärmeträger dahingehend zu verbessern, daß eine Erhöhung der Lebensdauer der Elektroden auch bei Temperaturen bis zu 1300'CmOgIiCh ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Elektrodenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Hierdurch kann die Temperatur der Elektroden niedriger als die des Wärmeträger gehalten werden.
Es ist vorteilhaft, in den Elektroden einen Kanal für den Kühlmittelumlauf zur Kühlung der Elektroden auszuführen.

Die erfindungsgemäße Elektrodenanordnung sichert einen gvoßen Regelungsbereich der Elektroden- und ίο Wärmeträgertemperatur, was eine Überhitzung der Elektroden ausschließt und eine Elektrodenerosion durch den Strom des geschmolzenen Wärmeträgers erheblich vermindert. Dadurch wird die Elektrodenhaltbarkeit und -Lebensdauer bedeutend erhöht,
is Nachstehend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel unter Bezug auf eine Zeichnung näher erläutert, die eine vorzugsweise Ausführung einer Elektrodenanordnung zeigt.

Die in der Zeichnung dargestellte Elektradenanordnung 1 für Wärmeöfen zur oxydationsfreien Erhitzung metallischer Werkstücke in einem flüssigen Wärmeträger weist elektrische Zuleitungen 2 und waagerechte, in den Wärmeträger getauchte und am Ofenboden angeordnete Elektroden 3 auf. Die Zuleitungen 2 jeder Elektrode 3 dienen im Ausführungsbeispiel gleichzeitig als Halter für die Elektroden 3 und sind als Zweirohrsystem zur Kühlmittelzuführung bzw. -ableitung ausgeführt. Die Strömungsrichtung des Kühlmitteis ist in der Figur mit Pfeilen gezeigt Als Kühlmittel kann Wasser oder jo ein anderer Kälteträger, beispielsweise Gas. verwendet werden.

In jeder Elektrode 3 ist ein Kühlmittelkanal 4 ausgeführt. Aus Anschaulichkeitsgründen ist eine der Elektroden 3 im Querschnitt (abgeschnittene Stirnseite) gezeigt. Der Kanal 4 ist mit den Rohren der elektrischen Zuleitungen 2 verbunden.

Die Elektroden 3 sind waagerecht am Ofenboden angeordnet, wobei ihre Form unwesentlich ist: sie können zylindrisch, parallelcpipedförmig u. dgl. sein; die Form der Kühlmitlelkanäle 4 ist ebenfalls ohne Bedeutung. Die Form der Elektroden 3 und der Kanäle 4 wird unter dem Aspekt ihrer einfachen Herstellung gewählt. In der Zeichnung sind rechtwinklige Elektroden 3 und Kühlmittelkanälc 4 dargestellt.

Für die nachstehende Erläuterung ist es zweckmäßig, in den waagerechten Elektroden 3 einen Arbeitsteil zu unterscheiden.

Unter Arbeitsteil ist hier und weiter der sich zwischen dem Kuhlmittelkanal 4 und dem Elektroden-Zwischenraum »b« befindende Teil der Elektroden 3 zu verstehen. In der Zeichnung bedeutet na« die Breite des Arbeitsteiles.

Für die Optimierung der Temperaturführung der Elektroden 3 und somit die Erhöhung ihrer Haltbarkeit und Lebensdauer ist die Breite »a« des Arbeitsteiles jeder Elektrode 3 von großer Bedeutung, der dem Elektrodenzwischenraum »b« zugekehrt ist. Die Breite »a« wird auf einer imaginären kürzesten, die Elektroden 3 verbindenden Geraden gemessen.

Bei der Herstellung der Elektroden 3 wird die Breit »a«des Arbeilsieilcs in einem Bereich von '/κ, bis V₄ de; Qucrschniitsbrcite der Elektroden 3 gewählt, gemessc wie oben erläutert.

Die Größe »a« hängt in jedem einzelnen Anwcn dungsfall der Elektrodenanordnung von der Wanncntcmpcratur sowie dem Abstand zwischen den einandei zugekehrten Oberflächen der Elektroden 3 (dem Elek trodcnzwischenraum »b«)ab.

³

ί% Am vorteilhaftesten ist der Einsatz der beschriebenen p Elektrodenanordnung für den Betrieb von Wannenöfen ;?· mit flüssigen Wärmeträgern erhöhier Viskosität, z. B. S? mit geschmolzenen synthetischen Schlacken auf der Ba-Si sis von Boroxid, bei einer Schmelztemperatur von hochf:^; stensl300°C

Die durchgeführten Untersuchungen ergaben, daß beim Einsatz der angemeldeten Elektrodenanordnung in einem Wannenofen mit einem flüssigen Wärmeiräger folgender Zusammensetzung: ι ο

17% Na₂0,13% K₃0,4% Li₂0,2% ZrO₂, Rest BjO₁
sowie bei folgenden Abmessungen der rechtwinkligen Elektroden 3: Querschnittsbreite der Elektroden: 80 mm, »a«5 mm und Größe des Elektrodenzwischenraums »b«5mm unter Verwendung von Wasser als is Kühlmittel und bei einer Arbeitstemperatur des Wärmeträgers von 800° C keine Anzeichen von Elektrodenabbrand ns.ch Ablauf von 800 Std des Wannenofenbetriebs erkennbar waren. Aus den angeführten Daten ist ersichtlich, daß die Größe »a« in diesem Fall '/|_h der Querschnmsbreite der Elektrode betrage

Falls »a« weniger als Vi* der Querschnittsbreite des waagerechten Elektrodenabschnittes 3 beträgt, wird dieser zu intensiv gekühlt: die Temperatur der der anderen Elektrode zugekehrten Abschnittsoberfläche ist niedriger als die Erweichungstemperatur des Wärmeträgers mit beispielsweise obengenannter Zusammensetzung, so daß sich auf dieser Oberfläche eine nichtleitende Schicht aus erstarrtem Wärmeträger bildet, was den normalen Betrieb der Elektroden verhindert.

Das Obengesagte gilt für beliebige Formen der Elektroden 3 und des Kühlmittelkanals 4.

Die angegebene Eicktrodenlebensdauer ergab auch die Prüfung einer erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung bei folgenden Abmessungen der Elektroden: J5 Querschnittsbreite der Elektroden 80 mm, Breite »a«bOmm und Größe des Elektrodenzwischcnraums »b«7Q<nm. In diesem Fall beträgt die Breite »s« des Arbeitsteiles der Elektrode ^J/< der Querschnittsbreite der Elektrode;-: 3. Bei dieser Ausführung der Elcktrodenanordnung betrug die Lebensdauer der Elektroden bei einer Temperatur von 1300⁰C 600 Std.

Falls »a« mehr als V₄ der Querschnittsbreite der Elektrode 3 beträgt, ist die Kühlung unwirksam, d. h. die Arbeitsfläche der Elektroden wird überhitzt und zerstört.

Durch Versuche ist festgestellt worden, daß bei folgenden Elektrodenabmessi'ngen: »e«40inm, Qiierschnittsbreite der Elektrode 80 mm und Größe des Elektrodenzwischenraums .»6« 10 mm der optimale <vu Kühlbetricb, der die höchste Elektrodcnlcbensdaucr von etwa 700 Std. ermöglicht, erreicht werden kann.

Es ist ferner von Bedeutung, daß die elektrischen Zuleitungen 2 voll gekühlt werden: durch Bildung einer Ansatzschicht an diesen Zuleitungen 2 wird die Wcchselwirkung zwischen diesen und der Wannenofenwand sowie eine eventuelle örtliche Überhitzung u. dgl. ausgeschlossen.

Es ist möglich, den Kühlmittelkanal 4 als Rohr auszuführen, das an der dem Elektrodenzwischenraum gegen- t>o überliegenden Seite der Elektrode befestigt ist.

Die erfindungsgemäß hergestellte und geprüfte Elektrodenanordnung ermöglicht es, die Haltbarkeit und somit die Lebensdauer der Elektroden erheblich, nämlich auf etwa 700 Betriebsstunden, zu erhöhen. μ

Hierzu I Biar. Zeichnungen

Claims (2)

Patentanspräche:

1. Elektrodenanordnung in Wärmeöfen zur oxydationsfreien Erhitzung metallischer Werkstücke in einem flüssigen Wärmeträger, bestehend aus zwei Elektroden, die in den Wärmeträger getaucht und am Ofenboden angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (3) auf ihrer gesamten Länge auf der vom Elektroden-Zwischenraum abgewandten Seite gekühlt werden, und daß die Querschnittsbreite (a)des Arbeitsteiles der Elektroden (3) ¹Ai, bis ³A) ihrer gesamten Querschnittsbreite beträgt und der Größe des Elektrodenzwischenraums fty proportional ist.

2. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Elektroden (3) ein Kanal (4) für den Kühlmittelumiauf ausgeführt ist.