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Drehofen mit elektrischer Heizung In dem deutschen Patent 463 079
wird ein Verfahren zur Erhitzung von Körpern auf elektrischem Wege beschrieben,
für dessen Durchführung ein Drehofen verwendet wird, dessen mehrschichtiger innerer
Einbau, beispielsweise Ofenfutter, Heizwiderstand, Reaktionsgut, Trennungs- oder
Stützungsschichten ganz oder teilweise und in beliebiger Reihenfolge bezüglich ihrer
Lage zum @feninantel aus geeigneten leicht beweglichen Materialien gebildet ist,
die bei entsprechender Drehbewegung des Ofens durch Fliehkraft in hohlkörperförmiger
Schichtung im Ofeninnern verteilt «-erden.
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Die Erfindung betrifft einen Drehofen zur Durchführung dieses Verfahrens.
Er kennzeichnet sich dadurch, daß die durch die Fliehkraftwirkung geformte rohrförmigeelelctrischeWiderstandsschicht
vermöge derselben Fliehkraftwirkung an ihren Enden mit den an Schleifringen liegenden
Elektroden in Berührung gebracht wird, wobei durch geeignete Isolationen andere
leitende Verbindungen der Schleifringe untereinander als die durch die Widerstandsschicht
vermittelte vermieden werden.
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Auf der Zeichnung zeigt Abb. i einen Zentrifugalofen mit festem und
Abb. 2 einen solchen mit zentrifugal angelagertem0fenfutter: Abb. 3 und q. zeigen
zwei Öfen, deren Futter aus einer festen und einer zentrifugal angelagerten Schicht
besteht. Der einschließende Mantel dieser Ufen ist in diesen Abbildungen mit i bezeichnet.
Dieser zylindrische Ofenmantel i besteht aus Metall und ist an seinen Enden zweckmäßig
mit aufgelanschten Verschlußplatten i' ausgestattet, von denen mindestens eine mit
einer zentralen Öffnung von genügender Weite versehen ist, damit das Ofeninnere
zugänglich ist.
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In diesen Öfen, von denen diejenigen nach Abb. i und 3 vertikalachsig,
jene nach Abb. 2 und ,4 horizontalachsig sind, ist das Heizelement durch eine elektrische
Widerstandsschicht 3 gebildet. Abb. i und 3 -zeigen die Beheizung eines Hohlraumes,
in dem sich das zu erhitzende Material befindet, durch das diesen Hohlraum unmittelbar
umschließende Heizelement3, welches, aus leicht beweglichen Stoffen bestehend, durch
Fliehkraftwirkung an das Ofenfutter 2 bzw. 2' angelagert wird. Abb. 2 und q. zeigen
Beispiele der Erhitzung von kleinstückigem Material g, das an der Rotation teilnimmt
und analog wie die Heizmasse 3 durch Fliehkraftwirkung zu einem mit dem Ofen umlaufenden,
rohrförmigen Körper geformt wird. Abb. 2 zeigt das Heizelement 3 in Außenlagerung,
Abb. .4 bei Innenlagerung relativ zu dem zu erhitzenden Material Das Heizelement
3 kann auch in das Innere des zu erhitzenden Materials hinein verlegt werden, eine
Möglichkeit, die sich nach dem
Zentrifugalverf.ahren leichtverwirklichen
läßt. Der wärmeisolierende Belag, d. h. das OfenfUtter2 bzw. z', ist von solcher
Dicke, daß der Ofenmantel s gegen die Hitzewirkung des Heizelementes 3 geschützt
ist. Außerdem übernimmt dieser Belag die elektrische Isolation des Heizelementes
3 gegen den Ofenmantel i. Das Ofenfutter kann als Formkörper in bekannter Weise
fest aufgebaut sein. Das ist z. B. in Abb. i der Fall, wo das feste Ofenfutter mit
z bezeichnet ist. Es ist jedoch häufig zweckmäßig, als Ausfütterung einen Hohlkörper
zu verwenden, der aus losem, leicht beweglichem Material durch Zentrifugalwirkung
gebildet und verfestigt ist, wie dies z. B. in Abb. 3 für das Futter z' der Fall
ist. Das zentrifugal gebildete Ofenfutter hat den großen Vorteil gegenüber einem
festen Futter, daß es in kurzer Zeit eingesetzt und entfernt werden kann und daß
zu seinem Aufbau eine große Auswahl von Stoffen hinsichtlich thermischer und elektrischer
Festigkeit verfügbar ist: Außerdem können diese Stoffe in ihrer billigsten Form,
nämlich in losem, kleinstöckigem Zustand, zur Anwendung kommen, was gerade bei sehr
feuerfesten Stoffen, wie etwa Tonerde, Zirkonerde, Borstickstoff u. a., die schwer
in feste Formkörper überführbar sind, von großer Wichtigkeit ist. Häufig ist es
zweckmäßig, eine feste Futterschicht 2 mit einer zentrifugal angelagerten Futterschicht
2' zu vereinigen: dies ist bei den Ofen nach Abb. 3 und d. der Fall.
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Das wärmeerzeugende, zentrifugal angelagerte Heizelement 3 des Ofens
hat die Form eines Hohlzylinders. Seine Erzeugung erfolgt dadurch, daß das leicht
bewegliche, weil kleinstöckige Widerstandsmaterial mit der rasch umlaufenden Innenfläche
des Ofenfutters in Berührung gebracht wird, z. B. durch Aufwerfen, wobei es von
dem Ofenfutter in der Drehung mitgerissen, verteilt und schließlich festgehalten
wird. Es kann für das Heizelement grundsätzlich jedes kleinstöckige, leitende Material
verwendet werden, beispielsweise. Kohlegrieß, Metalle in Grießform usw.
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Die Erfindung betrifft im wesentlichen besondere Einrichtungen für
den wirtschaftlichen Betrieb der im vorstehenden beschriebenen Drehöfen. Diese Einrichtungen
beziehen sich insbesondere auf die Zuführung des elektrischen Stromes zur Heizschicht,
auf eine zweckmäßige Lagerung des Ofens sowie auf ' einige weitere Merkmale desselben,
die z, B. ein Arbeiten unter Druck ermöglichen usw. Sie sollen nachstehend im einzelnen
beschrieben werden.
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Erfindungsgemäß erfolgt die Stromzuführung zum Heizelement 3 durch
mindestens zwei fest mit dem Ofenmantel i verbundene Elektroden 4. Diese werden
zweckmäßig an den stirnseitigen Verschlußplatten i' des Ofenmantels r befestigt.
Die Elektroden bestehen aus meist plattenförmigen, elektrisch leitenden Körpern,
z. B. Kohle, mit denen das rohrförmige Heizelement 3 durch die zu dessen Formung
dienende Fliehkraft an den Stirnseiten in Berührung gebracht wird. Das Heizelement
ist somit in seiner Längsrichtung vom elektrischen Strom durchflossen. Damit das
Ofeninnere zugänglich ist, besitzt mindestens eine dieser Elektrodenplatten 4 eine
zentrale Öffnung.
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Hier sei auch eine weitere Möglichkeit erwähnt, die Elektroden 4 statt
stirnseitig längsseitig anzuordnen, so daß die Stromlinien wesentlich längs dem
Zylinderumfang verlaufen.
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Die Elektroden q. sind im Ofeninnern durch das Heizelement 3 leitend
verbunden-, nach außen dürfen sie nur, über das Kraftnetz geschlossen sein. Eine
Verbindung über den leitenden Ofenkörper muß durch an geeigneten Stellen am Ofenmantel
angebrachte Isolationen vermieden werden. Hierfür gibt es verschiedene Möglichkeiten.
\aheliegend ist, z. B., die Elektroden .I unmittelbar gegen den sie tragenden Teil
des Ofenmantels i zu isolieren, die Zuleitungen ebenfalls isoliert nach außen zu
führen und mit auf dein Ofenkörper isoliert befestigten Schleifringen zu verbinden.
Zweckmäßig sind die in (llen Abb. i bis 4 zur Darstellung gebrachten Anordnungen
einer Isolation 5. Hierbei sind die Elektroden 4. mit den Teilen des Ofenmantels
i leitend verbunden. . Dagegen sind diese Mantelteile gegeneinander, am besten an
den Verbindungsflanschen, isoliert. In Abb. i ist der metallene Ofenmantel i in
zwei Teile geteilt, die am Verbindungsflansch durch die Isolation 5 gegeneinander
isoliert sind. Die gleiche Art zeigt Abb. a. Abb. 3 zeigt die Isolation 5 zwiscl-,2n
einer Verschlußplatte i', die eine Elektrode trägt, und dem Ofenkörper r. In Abb.
4 tragen beide Verschlußplatten i' die Elektroden 4 und sind durch die Isolation
5 gegen den Ofenmantel i isoliert.
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Die Verbindung der Elektroden .I mit denn speisenden Kraftnetz erfolgt
über Schleifringe G und Bürsten <'. Die Schleifringe sitzen entweder auf dem
geteilten Ofenmantel i selbst (Abb. i) oder auf stirnseitigen Rohrstutzen i" desselben
(Abb. 2) oder an beiden Verschlußplatten i' des Ofenmantels (Abb.4) oder teils an
einer Verschlußplatte i', teils am Ofenmantel i selbst (Abb.3). Immer hat man dafür
Sorge zu tragen, daß der Strom nur das Heizelement 3 durchfließt.
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Das Vorstehende kennzeichnet im wesentlichen die Ausbildung des eigentlichen
Ofenkörpers.
Um diesen mit den nötigen relativ hohen Drehzahlen
betreiben zu können, bedarf es einer besonders zweckmäßigen Lagerung und Antriebsweise.
Es ist ein :Merkmal des Zentrifugalofens, daß dic an ihm auftretenden Wirkungen
auf lose Körper bei jeder Lage der Ofenachse vorhanden sind. so daß man diesen Ofentyp
sowohl stehend als liegend, wie auch in Schräglage betreiben kann. Dagegen ist die
Lagerung und der Antrieb desOfens je nach der Stellung der Ofenachse zweckmäßig
zu wählen. Stehende Ofen (vertikale Ofenachse) sind zweckmäßig aui einem Steh-Kugel-
oder Steh-Rollenlager io gelagert (Abb. i). Abb. 3 zeigt den Ofenkörper an einem
Steh-Kugellager io hängend. Liegende Ofen werden zweckmäßig auf Rollen i i gelagert
(Abb. z) oder mittels :Aufhängtnlg des Ofenkörpers an treibenden Tragrädern 12 (Abb.-t),
z. B. derart, claß die den Tragrädern 12 durch motorischen Antrieb erteilte Drehbewegung
über den Weg- geschlossener Tragschleifen 13 auf den Ofenkörper übertragen wird,
so daß die Tragräder und der Ofenkörper nach Art einer mechanischen Transmission
inBeziebung zueinander stehen, wobei die in den Tragrädern 12 aufgehängten und den
Ofenkörper umschlingenden Tragschleifen 13 das Transmissionsinittel bildei=. Als
Tragschleifen können die üblichen Transmissionsmittel, z. B. Ketten, Riemen usw.,
verwendet werden. Je nach der Art der Tragschleifen erhält der Ofenkörper an den
Stellen, wo er von den Schleifen gestützt ist, eine zweckentsprechendeAusgestaltung
durch Anbringen von Rillen z. B. für Seile und Rienien oder durch Anbringen von
Zähnen für Ketten. Eine entsprechende Ausgestaltung erfahren auch die Tragräder.
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Bei einer gemäß dem Vorstehenden bewerkstelligten Ofenlagerung verhält
sich der rasch umlaufende Ofenkörper wie ein Kreisel. Es besteht demnach das Bestreben
des Ofenkörpers, die freie Achse der Drehung im Raume festzuhalten, woraus eine
fast vollkommene Stabilität des rasch rotierenden Ofenkörpers hinsichtlich seiner
Lage resultiert. Unvollkommener Massenausgleich macht sich nur in kleinen unschädlichen
Schwingungen bemerkbar.
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Die Vorteile, die durch diese Lagerung erreicht werden, sind die folgenden:
Zunächst sind die beiden Stirnseiten des Ofens unbeschränkt zugänglich. Dann ergibt
sich eine überraschend einfache Antriebsweise.
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Statt nämlich den Antrieb des Ofens unmittelbar am Ofen selbst entweder
an der Achse oder am Ofenumfang vorzunehmen, wie das bei den bisher bekannten Drehofenkonstruktionen
der Fall ist, erfolgt hier der Antrieb des Ofens mittelbar. Der Antriebsinotor wirkt
zunächst auf die Tragräder 12, von denen die Drehbewegung vermittels der Tragschleifen
13 auf den Ofenkörper, entsprechend dem Vorgang bei einer Transmission, übertragen
wird. Versuche haben gezeigt, daß man auf diese Weise auch schwere Drehöfen in rasche
sehr stabile Umdrehung versetzen kann. Für diese Antriebsweise ist natürlich- das
bedeutende Gewicht des beschickten Drehofens von Vorteil.
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Es ist zweckmäßig, den motorischen Antrieb an einem einzigen Tragrad
angreifen zu lassen, die übrigen dagegen als bloße Mitläuferräder auszubilden, wie
dies in Abb.-l. gezeigt ist.
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Da die Tragschleifen 13 die Tragräder 1.2 und den metallischen Ofenmantel
r über große Teile des Umfanges mit kräftiger Pressung berühren, ergibt sich außerdem
eine bequeme Art der Stromzuführung. Verwendet man nämlich als Tragschleifen metallische
Bänder, z. B. Drahtseile, Stahlbänder oder Ketten, so können diese ohne weiteres
dazu dienen, dem Ofen den elektrischen Strom aus dem Netz über die Tragräder zuzuführen,
wozu es genügt, an den Tragrädern 12 stromzuführende Schleifbürsten anzubringen.
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Das beschriebene Lagerungs- und Antriebsverfahren läßt sich dann nicht
ohne weiteres anwenden, wenn es sich um Drehöfen von sehr großem Durchmesser handelt,
z. B. von 2 m und darüber, weil in diesem Falle hohe Umlaufgeschwindigkeiten und
daher unter Umständen unzulässig hohe Geschwindigkeiten der Tragschleifen, also
des Transmissionsmittels vorkommen. Beispielsweise dürfte bei Kettenaufhängung die
Geschwindigkeit der Transmissionskette ungefähr 5 m nicht wesentlich überschreiten.
Man kann dieser Schwierigkeit leicht dadurch begegnen, daß man die Tragschleifen
13 auf die stirnseitigen Rohrstutzer. i" des Ofenkörpers i (Abb. d.) oder auf sonst
verjüngte Teile desselben wirken läßt. Mit Rücksicht auf die zulässige Höchstgeschwindigkeit
des Transmissionsmittels sind Querschnittsverjüngungen des Ofenkörpers auf o,5 bis
i m bei den erforderlichen Drehzahlen vollkommen ausreichend, so daß die Weit(.
der stirnseitigen Öffnungen für die Zwecke der Ofenbeschickung, der eventuellen
Gaszu-und -abfuhr vollkommen ausreichend ist. Tragschleifen sind in diesen Fällen
demnach nur an beiden Enden des Ofens anzuordnen. Man wird daher zweckmäßig nicht
allzu große Baulängen der Drehöfen verwenden, sondern, falls es sich um sehr große
Leistungen handelt, eine Reihe von Einzelöfen zu einem Ofenstrang zusammenfügen
bzw. hintereinanderschalten. Ein solches Zusammenschließen ist gerade nach dem vorliegenden
Lagerungsverfahren
leicht und bequem durchzuführen. Dabei ergibt sich noch der besondere betriebstechnische
Vorteil, daß die Einzelöfen leicht auch während des Betriebes zwecks Beschickung
und Entleerung dem Ofenstrang zu- bzw, von ihm abgeschaltet werden können.
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Für den Betrieb von Zentrifugalöfen, insbesondere großer Abmessungen,
ist -es mit Rücksicht auf die durch mangelhaften Massenausgleich am Ofenkörper i
auftretenden Kräfte wichtig, diesem keine völlig starre Lagerung zu geben, sondern
mit Rücksicht auf die Lagerbeanspruchung eine gewisse Abweichung von der strengen
Kreiselbewegung zuzulassen. Es ist daher vorteilhaft, zwischen den feststehenden
Teilen der Lager und dem Ofenkörper Verbindungsteile von einer gewissen elastischen
Nachgiebigkeit anzubringen. Ein allgemein anwendbares Mittel sind federnde Verbindungsstücke.
Bei Rollenlagerung liegender Ofen können z. B. die Rollenkränze relativ zur Rollenachse
elastisch beweglich sein, oder die am Ofenumfang sitzende Laufschiene kann federnd
auf dem Ofenkörper befestigt sein. In Abb.3 sind zurAbfederung die mit 7 bezeichneten
federnden Tragbügel vorgesehen.
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Der Antrieb des Ofenkörpers kann in bekannter Weise etwa durch Zahnräder
und Zahnkränze am Ofenkörper vermittelt werden, etwa wie dies in Abb. i angedeutet
ist. Mit Rücksicht darauf, daß es vorteilhaft ist, dem Ofenkörper kleine Ausgleichsbewegungen
(Präzessionsbewegung) zu gestatten, ist es zweckmäßig, den Antrieb nicht direkt
am Ofenkörper vorzunehmen, sondern ihn unmittelbar über die Lagerungsorgane zu bewirken.
Beispielsweise kann bei Rollenlagerung der Antrieb an den Rollen vorgenommen werden,
so daß der Ofenkörper durch Reibung mitgenommen wird. Bei Ailfhängung des Ofenkörpers
erfolgt der Antrieb, wie gesagt, an den Tragrollen und wird durch Tragbänder auf
den Ofenkörper übertragen.
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Der im vorstehenden beschriebene elektrische Widerstandsofen kann
sowohl zur Erhitzung von Körpern, die an der raschen Drehung des Ofens teilnehmen,
verwendet werden. Letztere Anwendung bietet vor allem dann Vorteile, wenn die zu
erhitzenden Körper in Form einer kleinstöckigen, leicht beweglichen Masse vorliegen.
Dieser Fall bietet sich häufig bei chemischen Reaktionen. Aus der zu erhitzenden
Masse wird durch die Fliehkräfte ein Hohlkörper geformt, der mit dem Heizelement
3 in Berührung steht und von diesem dieWärme wcsentlich durch unmittelbaren Kontakt
erhält. Abb.2 und 4 veranschaulichen zwei Arten der relativen Lagerung des Ofengutes
8 zum Heizelement 3. Die Beheizung von Körpern, die an der Ofendrehung nicht teilnehmen,
die von außen her unterstützt sein müßten, erfolgt wesentlich durch Strahlung.
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Das Einbringen der verschiedenen Rotationskörper, die durch Fliehkraftwirkung
aus losen Massen geformt werden, nämlich das elektrische Heizelement, gegebenenfalls
das Ofenfutter und das Heizgut, kann durch einfaches Auswerfen der lockern Massen
auf die rasch umlaufende jeweilige Innenfläche des Ofenkörpers erfolgen, wozu zweckmäßig
mechanische, an sich bekannte Mittel verwendet werden.
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Der Zentrifugalofen findet besonders vorteilhaft dann Anwendung, wenn
zwecks Durchführung von chemischen Reaktionen kleinstöckige oder gegebenenfalls
flüssige Massen mit Gasen bei hoher Temperatur behandelt werden sollen. Durch Anbringen
von Rohrstutzen auf den stirnseitigen Verschlußplatten i' des Ofenmantels i, welche
über geeignete Organe, z. B. Stopfbüchsen, den Anschluß an ruhende Gasbehälter (Gasleitungen
usw.) ermöglichen, wird der Zentrifugalofen zu einem geschlossenen, für Gasreaktionen
geeigneten Reaktionsgefäß. Bei genügend kräftiger Ausführung des Ofenmantels und
der Verbindungsteile init den ruhenden Gasbehältern kann der geschlossene Zentrifugalofen
als Vakuum- oder D;ucl;ofen Verwendung finden.
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Es ist ein Merkmal des Zentr ifugalof.2ns gemäß vorliegender Erfindung,
daß er sich während des Betriebes in rascher Umdrehung befindet. Im allgemeinen
wird dies Jeweils für die ganze Dauer einer Ladung zutreffen. Es gibt jedoch Fälle,
irl denen man sich darauf beschränken kann, den Ofen bloß während einer gewissen
Anfangsperiode: in Umdrehung zu erhalten. Das ist dann möglich, wenn die in den
Ofen eingebrachten lockeren Massen bei den angewandten Temperaturen durch Sinterung
zu relativ festen Körpern zusammenbacken.
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Es kann der Fall eintreten, daß das Ofengut, zwecks Vermeidung unerwünschter
Reaktionen, mit dem Heizwiderstand nicht in direkte Berührung gebracht werden darf.
In diesem Falle wird zwischen dem Ofengut und dem Heizelement 3 eine Trennungsschicht
aus wärmeleitendem und vom Ofengut nicht angreifbarem Material durch Fliehkraftwirkung
gebildet, die unter Umständen unter dem Einfluß der Hitze gesintert wird. In ähnlicher
Weise kann beispielsweise im Ofeninnern eine Stützschicht für das eingeführte Reaktionsgut
gebildet werden.
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Die Zentrifugalöfen können auch mit weiteren für das Zentrifugalverfahren
amwendbaren Wärmequellen betrieben werden, so
z. B. können wärmestrahlende
Heizelemente, wie glühende Drähte, Stäbe, Lichtbögen usw., die irn Ofeninnern angeordnet
werden, vor allem aber erhitzte Gase, die das Reaktionsgut durchstreichen, in Betracht
kommen. Besondere Vorteile ergeben sich aus der Kombination der Heizung durch erhitzte
Gase und durch elektrische Heizelemente. Bei der Heizung des Reaktionsgutes mit
erhitzten Gasen werden beispielsweise im Ofeninnern Zwischenwände angebracht, die
mit zentralen und peripherischen Durchlässen versehen sind, die zur Steuerung der
Gasströrnung dienen.