DE3600019C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Überführen von Wärme an eine Schmelze eines elektrisch leitenden Werk­ stoffs, wie eines Metalls od.dgl., durch ein elektrisches Widerstandsheizen sowie weiterhin auch auf einen Heizstab zur Ausübung eines solchen Verfahrens.

Zum Überführen von Wärme an eine Schmelze eines elektrisch leitenden Werkstoffs durch ein elektrisches Widerstandshei­ zen werden bis jetzt in aller Regel elektrische Widerstands­ elemente benutzt, die entweder aus Chrom-Nickel- oder auch aus Eisen-Aluminium-Legierungen bestehen oder mit Werkstof­ fen auf der Basis von Graphit, Siliziumkarbid oder Molybdän und Silizium gebildet sind. Die Widerstandselemente erfahren dabei wie beispielsweise bei den von oben beheizten Heiß­ verzinkungsöfen eine Anordnung oberhalb der jeweiligen Schmelze, so daß die Wärmeüberführung an die Schnelze durch eine gegen ihre Oberfläche ausgerichtete Wärmestrah­ lung stattfindet. Dabei ist nachteilig, daß die Widerstands­ elemente bei dieser Anordnung durch Spritzer leicht beschä­ digt werden können, die aus der Schmelze nach oben gewor­ fen werden, oder daß sich für die Wärmeüberführung ein re­ lativ schlechter Wirkungsgrad ergibt, wenn die Widerstands­ elemente gegen solche Spritzer aus der Schmelze in geeig­ neter Weise geschützt werden. Andererseits ist es bei­ spielsweise nach den GB-PS 10 27 163 und der US-PS 41 32 886 auch bekannt, solche Widerstandselemente kontaktlos in Hülsen anzuordnen, die sich für eine Aufwärmung durch die von den Widerstandselementen abgegebene Strahlung eignen und daher bei einem Eintauchen in die Schnelze eine Wärme­ überführung durch eine Wärmeleitung ergeben. Nachteilig dabei ist, daß solche Aufnahmehülsen, wenn sie aus metal­ lischen Legierungen bestehen, einen schlechten Wärmeüber­ tragungsfaktor ergeben und auch in bezug beispielsweise auf Zink- oder Aluminiumschmelzen wenig widerstandsfähig sind. Wenn solche Aufnahmehülsen andererseits aus Werk­ stoffen auf der Basis von Graphit, Siliziumkarbid und/oder Silizium- und Aluminiumnitrid bestehen, um damit gegenüber den Schmelzen widerstandsfähiger zu sein und auch bei höhe­ ren Temperaturen eingesetzt werden zu können, dann ergibt sich dabei häufig der Nachteil, daß sich als Folge einer nicht genügend dichten Ausbildung der Aufnahmehülsen außen eine Oxidationsschicht bildet, die nicht nur wärmeisolie­ rend wirkt und daher dann ebenfalls einen verschlechter­ ten Wärmeübertragungsfaktor ergibt, sondern die auch zu einer unerwünschten Oxidation der Schmelze führen kann.

Die durch die Patentansprüche gekennzeichnete Erfindung löst die Aufgabe, ein Verfahren zum Überführen von Wärme an eine Schmelze eines elektrisch leitenden Werkstoffs durch ein elektrisches Widerstandsheizen bereit zu stellen, das einen verbesserten Wärmeübertragungsfaktor ergibt und das bezüglich des Widerstandselements, welches als Heiz­ stab für eine Ausübung dieses Verfahrens verwendet wird, eine größere Widerstandsfähigkeit gegenüber der Schmelze aufweist.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und mit dem erfin­ dungsgemäßen Heizstab erzielbaren Vorteile liegen im wesent­ lichen darin, daß jetzt als Folge einer Überführung der Wär­ me durch direkte Wärmeleitung ein entsprechend verbesserter Wirkungsgrad der Wärmeübertragung erhalten wird und dabei gleichzeitig durch den Belag, mit welchem wenigstens der Mittelabschnitt des Heizstabes überzogen ist, die Vorkeh­ rung für eine entsprechend große Widerstandsfähigkeit ge­ gegenüber der Schmelze getroffen ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an­ hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines in eine Metallschmelze teilweise eingetauch­ ten Heizstabes gemäß einer ersten Ausführungsform und

Fig. 2 und 3 Schnittdarstellungen des Heizstabes gemäß zweier weiterer alternativer Ausführungsformen.

In Fig. 1 ist eine Metallschmelze 1 bzw. eine Schmelze auch eines anderen elektrisch leitenden Werkstoffs gezeigt, die zur Flüssighaltung durch einen in die Schmelze teilweise ein­ getauchten Heizstab erwärmt wird. Der Heizstab ist dafür an seinem über die Oberfläche 2 der Schmelze 1 vorstehenden Ende 6 für das Anlegen eines Stromanschlusses vorgesehen und be­ steht an dem zu diesem Ende zugehörigen Endabschnitt 5 sowie auch an dem gegenüberliegenden Endabschnitt 5′ aus einem Ma­ terial mit guter elektrischer Leitfähigkeit, während ein re­ lativ lang ausgebildeter Mittelabschnitt 3 aus einem elek­ trischen Widerstandsmaterial besteht, das mit einem elek­ trisch isolierenden, wärmeleitenden und gegen die Schmelze widerstandsfähigen Belag 4 überzogen ist. Die beiden Endab­ schnitte 5, 5′ bestehen beispielsweise aus einem in Kristall­ form verwendeten Siliziumkarbid, das eine große Festigkeit aufweist und gleichzeitig elektrisch gut leitfähig ist, und der Mittelabschnitt 3 besteht aus einem diese Kristallform nicht aufweisenden Siliziumkarbid, um damit auch für diesen Mittelabschnitt eine hohe Festigkeit und gleichzeitig ein Material mit einem hohen elektrischen Widerstandswert und damit einem entsprechend hohen Erwärmungsfaktor bei einem Stromdurchgang durch den Heizstab zu erhalten. Der den Mittel­ abschnitt 3 und zweckmäßig auch noch einen Teil des angren­ zenden Endabschnittes 5, 5′ des Heizstabes schützende Belag 4 besteht andererseits zum Beispiel aus den Oxiden von Alumi­ nium und Silizium, um damit für die mit diesem Belag überzo­ genen Abschnitte des Heizstabes eine große Widerstandsfähig­ keit gegenüber der umgebenden Schmelze 1 zu erhalten bei gleichzeitiger Gewährleistung einer elektrischen Isolation und einer guten Wärmeleitung in bezug auf den Mittelab­ schnitt 3 des Heizstabes. Wenn daher bei einer Schaltung der Schmelze als Nullelektrode ein Stromdurchgang durch den Heizstab stattfindet, dann wird für dessen Mittelab­ schnitt 3 eine Erwärmung erhalten, die über den Belag 4 an die umgebende Schmelze 1 abgeleitet wird.

In den Fig. 2 und 3 ist gezeigt, daß für ein entsprechendes elektrisches Widerstandsheizen einer Metallschmelze 11 bzw. auch einer entsprechenden Schmelze eines anderen elektrisch leitenden Werkstoffes auch ein Heizelement verwendet werden kann, das mit zwei oder mit drei Einzelstäben gebildet ist, die am einen Stabende durch ein Querhaupt 16 miteinander verbunden sind, das wie die über die Oberfläche 12 der Schmelze 11 vorstehenden Endabschnitte 15 aus einem elek­ trisch leitenden Material bestehen, also beispielsweise wie die Endabschnitte 5, 5′ des Heizstabes gemäß Fig. 1 aus einem in Kristallform verwendeten Siliziumkarbid. Weiter­ hin sind die über dieses Querhaupt 16 miteinander verbun­ denen Einzelstäbe jeweils mit einem ebenfalls relativ lang ausgebildeten Mittelabschnitt 13 versehen, der aus einem elektrischen Widerstandsmaterial besteht und analog dem Mittelabschnitt 3 mit einem Belag 14 überzogen ist, der aus einem gegenüber der Schmelze 11 widerstandsfähigen, elektrisch isolierenden und gleichzeitig wärmeleitenden Werkstoff besteht, so beispielsweise aus den Oxiden von Aluminium und Silizium. Der Belag 14 ist dabei auch gleich­ zeitig zur Umhüllung des gesamten Querhauptes 16 vorgesehen und reicht auch in den angrenzenden Bereich der Endabschnit­ te 15, deren Enden im übrigen auch hier für das Anlegen eines Stromanschlusses vorgesehen sind, um bei einem Stromdurch­ gang eine Erwärmung der Mittelabschnitte 13 zu erhalten, die dann über den Belag 14 an die umgebende Schmelze 11 abgeleitet wird.

Claims (4)

1. Verfahren zum Überführen von Wärme an eine Schmelze aus einem elektrisch leitenden Werkstoff, wie eines Metalls od.dgl., durch ein elektrisches Widerstandsheizen, dadurch gekennzeichnet, daß in die Schmel­ ze (1, 11) wenigstens ein stabförmiges Heizelement nur teilweise eingetaucht und an sein aus der Schmelze vor­ stehendes Ende (6) ein Stromanschluß angelegt wird, wo­ bei der zu diesem Ende zugehörige Endabschnitt (5, 15) und der gegenüberliegende Endabschnitt (5′, 16) des Heiz­ stabes aus einem elektrisch leitenden Material und sein insgesamt in die Schmelze eingetauchter Mittelabschnitt (3, 13) aus einem elektrischen Widerstandsmaterial beste­ hen und der Heizstab wenigstens längs dieses Mittelab­ schnittes mit einem elektrisch isolierenden, wärmelei­ tenden und gegen die Schmelze widerstandsfähigen Belag (4, 14) versehen ist, der die bei einem Stromdurchgang durch den Heizstab längs seines Mittelabschnittes erzeug­ te Wärme an die Schmelze überträgt.

2. Heizstab zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden gegenüberliegenden Endabschnitte (5, 5′; 15, 16) des Sta­ bes aus einem elektrisch leitenden Material und ein verhältnismäßig lang ausgebildeter Mittelabschnitt (3, 13) aus einem elektrischen Widerstandsmaterial bestehen, und daß wenigstens dieser Mittelabschnitt (3, 13) mit einem elektrisch isolierenden, wärmeleitenden und gegen die mit dem Heizstab zu wärmende Schmelze widerstandsfähigen Belag (4, 14) überzogen ist, der aus einem oder mehreren Oxiden von Metallen und/oder Metalloiden besteht.

3. Heizstab nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere gleich ausgebildete Einzelstäbe am einen Stabende durch ein aus dem elektrisch leitenden Material bestehendes Querhaupt (16) miteinander verbunden sind und daß ihre Gesamtheit wenigstens an den für ein Eintauchen in eine Schmelze vorgesehenen Abschnitten (13, 16) mit dem Belag (14) über­ zogen ist.

4. Heizstab nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Belag (4, 14) im wesentlichen aus einem Gemisch von wenigstens zwei Oxiden aus der Gruppe Aluminium, Zirkonium, Sili­ zium und Magnesium besteht.