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Flamtnr ohr
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Flammrohr für ein Mantelstrahlheizrohr
eines Industrie-Ofens.
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In Industrie-Öfen mit Mantelstrahlheizrohren wird die Wärmeenergie
voin Mantelstrahlheizrohr in den Ofeninnenraum abgestrahlt. Die Heizflamme brennt
in einem Flammrohr, das unter Einhaltung eines Ringspaltes konzentrisch im Mantelstrahlrohr
angeordnet ist. Die Abgase strömen über den Ringspalt zurück und werden über einen
Abgasstutzen abgeleitet. Die Flamme brennt also gekapselt in dem Mantelstrahlheizrohr,
so daß die Abgase mit dem Wärmgut im Ofeninnenraum nicht in Berührung kommen, und
eine unzulässige Oxidation des Wärmgutes vermieden wird.
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Da beim Mantelstrahlheizrohr die Wärmeenergie zum größten Teil durch
zwei Wände - Flammrohr und Mantelstrahlrohr -hindurchtreten muß, wird das Flammrohr
thermisch sehr hoch belastet, wodurch frühzeitig Verschleißerscheinungen auftreten
können, weshalb man inzwischen das früher aus hitzebeständigem Stahl hergestellte
Flammrohr aus keramischen Ringen zusammengesetzt hat.
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In der DE-AS 15 51 762 wird ein Flammrohr für ein Strahlheizrohr eines
Industrie-Ofens beschrieben, das aus keramischen, formschlüssig miteinander verbundenen
Kreisringteilen zusammengesetzt ist, wobei zur Längsstabilisierung des Flammrohres
die einzelnen Kreisringteile in einem Innenrohr 14 aus hitzebeständigem Stahl gehaltert
oder die Kreisringteile von einem sie umgebenden aus Stahlstäben oder -profilen
bestehenden Käfig zusammengehalten werden. Durch die Verwendung von hitzebeständigem
Stahl ist das Flammrohr relativ verschleißanfällig. Desweiteren eignet sich das
Flammrohr kaum für den relativ oft angewandten waagerechten Einbau in einen Industrie-Ofen
wegn seiner ungenügenden Längsstabilität, die es aufgrund seiner Aufteilung in einzelne
Kreisringteile aufweist.
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Der DE-AS 23 14 118 ist ein Flammrohr für ein Mantelstrahlheizrohr
eines Industrie-Ofens zu entnehmen, dessen einzelne Ringsegmente an den Stoßstellen
angeformte, ineinander greifende Verzahnungselemente aufweisen, durch welche die
benachbarten Ringsegmente in axialer Richtung gegeneinander verriegelbar sind, womit
eine gewisse kraftschlüssige Verbindung zwischen den einzelnen Ringsegmenten erreicht
werden soll. Die Anwendung von Verzahnungselementen an den einzelnen Ringsegmenten
zur Erzielung einer Längsstabilisierung des Flammrohres, erweist sich als relativ
aufwendig und ist in ihrer Wirkungsweise nicht zufriedenstellend.
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Desweiteren haben die beiden vorgenannten Flammrohre aufgrund ihrer
massiven Ausführung ein hohes Gewicht und einen geringen Wärmedurchgang.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Flammrohr zu schaffen,
mit genügend mechanischer Festigkeit auch bei hohen Arbeitstemperaturen, und gleichbleibender
Stabilität bei häufigem Temperaturwechsel sowie mit einem guten Wärmedurchgang.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Flammrohr
eine selbsttragende, gitterförmige KoRstruktion aufweist aus einem hochwarmfesten
Material, und daß die Gitteröffnungen mit einem gegenüber dem hochwarmfesten Material
eine günstigere Wärmeleitfähigkeit aufweisenden Material ausgefüllt sind.
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Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung kann darin bestehen,
daß die gitterförmige Konstruktion aus einem vakuum.
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geformten Keramikfasermaterial besteht sowie darin, daß die Gitteröffnungen
mit Keramikelementen ausgefüllt sind.
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Weiterhin ist es zweckmäßig, daß die Keramikelemente in -einer Form
fixiert, durch das Vakuumsaugverfahren an ihrem Umfang in der Gitterkonstruktion
eingebettet sind.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß das Flammrohr aufgrund seines kombinierten Aufbaus als selbsttragende, gitterförmige
Konstruktion aus einem hochwarmfesten Material, und der Bildung der Oberfläche zur
Wärmeabstrahlung aus einem Material mit einem gegenüber dem hochwarmfesten Material
günstigeren Wärmeleitfähigkeit, Eigenschaften in sich vereinigt, wie genügende mechanische
Festigkeit auch bei hohen Arbeitstemperaturen sowie genügende Elastizität zur Aufnahme
von Material-
spannungen aufgrund wechselnder Wärmebeanspruchung.
Das Flammrohr ist relatiV verschleißfest und hat deshalb eine hohe Lebensdauer.
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Weiterhin weist das Flammrohr ein geringes Gewicht auf und eine gute
Längsstabilität, so daß es sich für den waagerechten wie auch für den senkrechten
Einbau eignet.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben.
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Es zeigt: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Mantelstrahlheizrohrs
im Längsschnitt; Fig. 2 einen Querschnitt durch ein Mantelstrahlheizrohr mit einem
Flammrohr, dessen Oberfläche aus gekrümmten Keramikelementen zusammengesetzt ist;
Fig. 3 einen Querschnitt durch ein Mantelstrahlheizrohr mit einem Flammrohr, dessen
Oberfläche aus ebenen Keramikelementen zusammengesetzt ist; Fig. 4 im Detail eine
Befestigungsart der Keramikelemente auf dem Flammrohr.
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Der Figur 1 ist ein im Längsschnitt dargestelltes Mantelstrahlheizrohr
zu entnehmen mit einem Strahlrohr 1, in dem an einem Ende ein nicht näher dargestellter
Gasbrenner koaxial angeordnet ist, der mit seinem flammenseitigen Ende 2 in ein
ebenfalls koaxial im Strahlrohr angeordnetes Flammrohr 3 hineinragt. Die Flamme
brennt in dem Flammrohr 3, während die Abgase am Ende des Flammrohres austreten
und, im Querschnitt gesehen, über einen Ringspalt 4 zwischen Strahlrohr 1 und Flammrohr
3 zurückströmen und über einen ebenfalls nicht näher dargestellten Abgasstutzen
abgeleitet werden.
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Das Flammrohr 3 weist eine selbsttragende, gitterförmige Konstruktion
auf, die aus mit Abstand vóneinander angeordneten Ringen 5 besteht, die an ihrem
Umfang durch in axialer Richtung verlaufende Stege 8 fixiert sind, wobei die gitterförmige
Konstruktion aus einem vakuumgeformten hochwarmfesten Keramikfasermaterial hergestellt
ist. Die Konstruktionsform und das verwendete Material ermöglichen ein Flammrohr,
das auch bei hoher Arbeitstemperatur noch eine genügende mechanische Festigkeit
aufweist. Wegen der geringen Wärmeleitfähigkeit des Keramikfasermaterials, wird
zur Ausbildung der Oberfläche des Flammrohrs für die Wärmeabstrahlung, ein Keramikmaterial
mit gegenüber dem Keramikfasermaterial günstiger Wärmeleitfähigkeit verwendet, indem
die Gitteröffnungen im Flammrohr durch Keramikelemente 6, 7 ausgefüllt werden. Dies
kann so geschehen, daß die Keramikelemente 6, 7 während des Herstellungsvorganges
der gitterförmigen Konstruktion durch das Vakuumsaugverfahren an ihrem Umfang mit
Keramikfasermaterial umgeben werden und die Keramikelemente so in der Gitterkonstruktion
eingebettet sind. Die Keramikelemente 6, 7 werden mit Abstand voneinandxr auf einer
aus einem feinmaschigen Sieb hergestellten zylindrischen Form befestigt, wobei die
Form an einem Ende verschlossen und am anderen Ende an eine Vakuumpumpe angeschlossen
ist. Nach dem Eintauchen der Form in einen Brei aus zerkleinerten Keramikfasern
wird mit Hilfe der Vakuumpumpe im Innern der zylindrischen Form ein Unterdruck erzeugt,
so daß die Flüssigkeit des Breies in das Innere der Form abgesaugt wird, während
sich die Keramikfasern an den von den Keramikelementen 6, 7 nicht bedeckten Stellen
auf der Oberfläche der zylindrischen Form anlagern und eine Schicht bzw. einen stegartigen
Wulst bilden, dessen Dicke z.B. durch die Einschaltdauer der Vakuumpumpe bestimmt
werden kann. Anschließend wird das so.hergestellte Flammrohr zur Weiterverarbeitung,
etwa zum Trocknen, von der zylindrischen Form abgestreift.
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Um Materialpressungen aufgrund unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienter,
zu vermeiden, können die Keramikelemente an ihrem Umfang mit einer ausbrennbaren
Masse beschichtet werden.
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Es ist auch möglich, die Keramikelemente nachträglich in den Gitteröffnungen
zu befestigen, indem die Kerarnikelemente an ihren Stirnflächen mit einer Dichtmasse
10 versehen werden und anschließend zur Befestigung ein Keramikstift 9 durch eine
Öffnung ciuer durch den Ring 5 gesteckt wird, so daß dieser mit seinen beiden Enden
jeweils auf den Rand eines Keramikelemeontes 7 zu liegen kommt.