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Heizvorrichtung in Hochfrequenzinduktionsöfen Gegenstand der Erfindung
ist eine Anordnung in, Hochfrequenzöfen vom Retortentyp, besonders zur Durchführung
metallurgischer Verfahren, insbesondere zur Herstellung von Metallen, Mütalloiden
oder Verbindungen dieser Stoffe, zur Hitzebehandlung von die Elektrizität nichtleitenden
Stoffen und ganz besonders zur thermischen Wiedergewinnung von Magncsium, Caleium
und ähnlicher Metalle aus ihren Verbindungen durch Reduktion und Destillation im
Vakuum.
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Zum Erhitzen elektrisch nichtleitender Stoffe in Hochfrequenzöfen
ist schon vorgeschlagen worden, elektrisch leitende Stoffe in Stücken von geeigneter
Größe mit dem nichtleitenden Material zu mischen, wobei die elektrisch leitenden
Teile durch Induktionsströme aufgeheizt werden und als Heizkörper für die Beschickung
dienen. Es ist ferner bekannt, elektrisch leitend-en Werkstoff in ein. schwach leitendes
Gut zu bringen, derart, daß letzteres als Dielektrikum in einem Kondensator dient
und dann durch die entstehende Widerstandswärtne aufgeheizt wird. Des weiteren ist
die Anwendung der induktiven Wirkung zum Erhitzen elektrisch leitender Beschickungen
beim Schmelzen von Stahl und ähnlicher Prozesse in zahlreichen verschiedenen Fällen
bekannt.
In dem zuerst erwähnten Verfahren, das auf der Induktionswirkung
beruht, ist der Erhalt eines befriedigenden Ergebnisses natürlich in großem Ausmaß
abhängig von der Möglichkeit, einen leitenden Stoff zu verwenden, der den Prozeß
nicht nachteilig beeinflußt und der erneut in einem folgenden Prozeß wieder verwendet
werden kann. Die Bedin-gungen sind diese)ben im Falle der Verwendung von -elektrischen
Leitern, wenn die Beschickung niiit Hilfe von Widerstandswärme geheizt wird. Überdies
entstehen in vieler Beziehung Schwierigkeiten bei der Einführung elektrischer Leiter,
wenn die Beschickung in ein-er Retorte erhitzt wird.
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Die Nachteile der obenerwähnten Verfahren werden vermieden bei der
Heizvorrichtung in Hochfrequenzinduktionsöfen gemäß der Erfindung, bei der die Erhitzung
der Beschickung indirekt ohne Anwendung elektrischer Leiter, die in die Beschickung
oder den Behält-er eingebracht werden, erfolgt. Der Hochfrequenzinduktionsofen gemäß
der Erfindung ist gekennzeichnet durch die Verwendung eines in vertikaler Richtung
in mehrere Abschnitte unterteilten Reaktionsbehälters aus einem Metall wie Eisen,
Stahl oder anderen Metallen oder Metallegierungen als Heizelement für indirekte
Heizung der Beschickun.g des Hochfrequenzinduktionsofens. Die einzelnen Abschnitte
werden durch Induktionsströme, die in dern Ofen erzeugt werden, auf hohe Temperatur-en
erhitzt. Als. Haltevorrichtung der einzelnen Abschnitte dient dabei eine nichtleitende
Trägerschicht, z. B. aus keramischem Stoff. Bei experimentellen Versuchen, auf denen,
die Erfindung beruht, hat sich ergeben, daß große Schwierigkeiten bei der Durchführung
der obenerwähnten Reaktionen auftreten, wenn sie in Retortenhochöfen mit Metallbehältern
bei hoher Temperatur und im Vakuum durchgeführt werden. Unter diesen Bedingungen
ist der Reaktionsbehälter aus Metall starken Spannungen und Drücken unterworfen,
die an manchen Stellen als, Druckkräfte und an anderen Stellen als Zugkräfte auftreten.
Der Metallbehälter, dessen Festigkeit bei der hohen Temperatur beträchtlich vermindert
wird, kann derartigen Drücken, ohne daß er deformiert oder zerstört wird, nicht
wiederstehen, selbst wenn er Wände hat von unverhältnismäßig großer Dicke.
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Diese obenerwähnt-en Nachteile werden durch die vorliegende Erfindung
beseitigt. Durch die Teilung des Metallbehälters in vertikaler Richtung in Abschnitte
gemäß der Erfindung ist es möglich, Retorten von beträchtlicher Höhe, z. B. von,
3 Meter und höher, herzustellen und die Behandlung in diesen Retorten bei
sehr hoher Temperatur durchzuführen., unbeachtet der groß-en Drücke in der Form
von Zug- und Druckspannungen, die hierbei auftreten, da diese Drücke auf eine Mehrzahl
von Abschnitten verteilt sind, von denen jede eine Einheit für sich ist, ohne direkte
Verbindung untereinander. Hinzu kommt noch, daß durch das Anbringen einer Trägerschicht
von passender Dicke und Stärke die Wände der Reaktionskammer verstärkt werden, was
eine Deformation der Wände verhindert, auch wenn, sie sehr dünn sind.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung sind die Abschnitte
der Reaktionskammer röhrenförmig oder als röhrenförmige Muffen von zylindrischer
oder vorzugsweise konischer Form ausgebildet, die nach unten, damit sie einen besseren
Halt an d-er Trägerschicht erhalten, spitz zulaufen. Des weiteren sind diese röhrertförrnigen
Teile vorzugsweise mit passenden Stützen, die gleichzeitig als Verstärkung dienen
können, verse#hen, z. B. mit außerhalb angebrachten Ringen und Wulsten, die von
oben nach unten zweckmäßig spitz verlaufen und in, entsprech-enden Vertiefungen
oder entsprechenden Vorsprüngen in der umgebenden Trägerschicht ruhen.
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Die Träger- und Verstärkungsschicht von elektrisch nichtleitendem
Materialkann durch Stampfen und Sintern von keramischen Stoffen um die
Ab-
schnitte des Reaktionsbehälters herum im Ofen selbst hergestellt werden,
oder sie kann aus bereits gesinterten Stoffen bestehen" die um die Abschnitte des
Reaktionsbehälters aufgebaut oder in geeigneten Stücken in Übereinstimmung mit der
Form der Abschnitte z. B. in Teilen von keramischen Ringen um, diese herum gezogen
sind. Hierbei werden die gegenseitigen Abmessungen der Abschnitte des Reaktionsbehälters
und der Trägerschicht so ge-
wählt, daß die Form bei der Arbeitsternperatur
des Ofens sich fest an letztere anschließt.
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Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind in der Trägerschicht
Gaskanäle angeordnet, die mit Hilfe von vertikalen Zwischenräumenf zwischen den
Abschnitten des Reaktionsbehälters mit dem Innern des Ofens in Verbindung stehen,
so daß die Gase, die bei dem Prozeß im Of#Ai gebildet werden, entweichen können.
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DieErfindung soll nun anHand derZeichnungen beschrieben werden, in
denen zwei Ausführungsformen der Vorrichtung beispielsweise gezeigt sind.
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Fig. i zeigt im Vertikalschnitt einen Hochfrequenzofen gemäß der Erfindung,
der bestimmt ist zum Arbeiten unter Vakuum; Fig. 2 und 3 zeigen Querschnitte
durch einen röhrenförmig ausgestalteten Abschnitt mit einer Träger6chicht, und Fig.
4 und 5 zeigen ähnliche Querschnitte einer davon etwas verschiedenen Ausführungsform.
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In Fig. i ist i der Ofen, 2 die Hochfrequenz--spule des Ofens. Der
Ofen befindet sich in einem vakuumdichten äußeren Behälter 3 mit Deckel
3",
der durch die Muffe 4 in dem Deckel evakuiert werden kann. Das Speisekabel
für die Hochf requenzSpUle 2- ist vakuumdicht durch NiPPel 5 in der Wand
des Behälters 3 angeordnet. Im Ofen i sind eine Anzahl von Reaktionsbehälterabschnitten
in der Form von leicht konisch verlaufenden Röhren oder Röhrentritiffen
6 eingebracht, ein-er auf dem anderen, ebenso eine Bodenschale7, zweckmäßig
aus feuerfestem Stahl. Diese Teile sind von einer feuerfesten Trägerschicht
8, vorzugsweise aus keramischem Material, umgeben.
Diese
Trägerschicht kann, 'in dem Ofen, gestampft und gesintert oder in Form von Ringen
vorher hergestellt sein. Die geg-enseitigen, Abmessungen der röhrcnförmigen Teile
6 und der Trägerschicht sind, wie lxreits erwähnt ist, so gewählt, daß die
röhrenförmigen Teile nach dem Erhitzen des Ofens auf Reaktionstemp-eratur in enger
Verbindung mit der Trägerschicht bleiben, wie dies in, der Zeichnung zu sehen ist,
die den Of-en bei Arbeitsternperaturen darstellt. Außerhalb der röhrenförrnigen
Abschnitte6 sind in der Trägerschicht8 vertikale Kanäleo, die bei io durch kleine
vertikale Zwisch,enräume zwischen den Abschnitten6 in Verbindung mit dem Innern
des Ofens stehen, so daß die Gase, die während des Verfahrens in dem Ofen entstehen,
entweichen und in einen Kon,densationsratim ii übertreten können. Letzterer kann
natürlich auch in anderer Weise angeordnet sein. jeder Abschnitt6 ist am oberen
Rand mit außen angeordneten Reifen 12 versehen, die in: entsprechenden Vertiefungen
in der Trägerschicht8 ruhen.
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In Fig. 2 und 3 ist 16 ein Abschnitt des Reaktionslxliält(2rs,
der an seinem oberen; Rand mit dem Reif oder WUISt 22 versehen ist, der in einer
entsprechenden Vertiefung in der Trägerschicht 18 ruht, die in diesem Fall ein fertiggesinterter
Ring aus keramischem -Material sein soll. Die Röhre 16 ist so bernessen, daß sie
sich nur bei der Arbeitstemp,eratur des Ofens dicht an die sie umgebende Trägerschicht
18 anschließt und dadurch gestützt wird. In Fill. 2 sind durch die gestrichelten
Linien das geschrumpfte, d. h. kalte Futter des Reaktionsbehälterteiles angedeutet.
Bei Reaktionstemperatur ruht auch der untere Rand des Reaktionsbehälterteils auf
einem rin-förmigen Vorsprung 17 im Ring des feuerfesten -Materials 18. Gaskanäle
ig sind' in dem Trägermaterial angebracht, und 21 sind vertikale verstärkende Wulste
an der Außenseite des Reaktionsbehälterteils.
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Fig. 4 und 5 zeigt eine entsprechende Anordnung mit einem Realtioii#l)eli'iltertcil
26 mit einer Träg,erschicht 28; der Abschnitt 26 hängt mit
Hilfe eines Randes 32 in einer Vertiefung der Trägerschicht und ruht
unten auf einem ringförmigen Vorsprung27 in derTrägerschicht. DieVerstärkerwülste
sind hier mit Y bezeichnet; 30 sind Gaskanäle, die in diesem Fall in horizontal
gerader Richtung durch die Trägerschicht zu Sammelkanälen außerhalb der letzteren
verlaufen, (in der Zeichnung nicht gezeigt).
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Es ist selbstverständlich, daß in den, gezeigten Ausführungsformen
der 1,--rfindutig verschiedene Nlodifikatiorieii und Änderungen innerhalb des Bereichs
der Erfindung vorgenommen werden können. So kiiiinen alle Reaktionsbehälterteile
dieselbe Höhe und denselben Durchmesser haben, oder die Teile können einen Durclimesser
hahen, der nach ohen zunimmt in der Richtung der Höhe des Ofens und können z. B.
von derselben, oder verschied.ener Hölie sein. Die Abschnitte können
mit gleichen, Zwischenräumen, wie es in Fig. i gezeigt ist, angeordnet sein oder
so, daß sie bei Reaktionstemperatur beinahe in Verbindung miteinander stehen. An
Stelle einer einzigen Reaktionskammer (Fig. i) kann der Retortenofen mehrere dieser
Kammern enthalten, die aus röhrenf örmigen Muffen zusammengesetzt sind; in diesem
Fall wird die Reaktionsdauer durch ein' und dieselbe oder mehrere Hochfrequenzspulen
erhöht. In letzterem Fall wer#den die Reaktionsbehälter zweckmäßig kreisförrnig
konzentrisch mit der Spule an-geordnet. Selbstverständlich. können mehrere Ofen
in einem vakuurndichten Behälter3 gich befin-dien und mit einem gemeinsamen Kondensationsraum
verbunden sein. Anstatt einen Reaktionsbehälter mit Metallboden zu verwenden (Fig.
i), kann es in vielen Fällen vorteilhaft sein, einen Behälter ohne Metallboden zu
benutzen. In bezug auf Form und Dicke der Wände sind die Reaktionsbehälterteile
übrigens den Forderungen der chemischen und elektrischen Verhältnisse, die in dem
Ofen herrschen, angepaßt.