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Glühofen für Höchsttemperaturen, vorzugsweise über 1400' C, mit elektrischer
Widerstandsheizung Die Erfindung betrifft einen Glühofen, für Höchsttemperaturen,
vorzugsweise über 1q.00° C, auch bis über zoooi"C, mit elektrischer Wi.derstand,sheizung,
deren einzelne Heizleiter innerhalb der Ofenkammer unid, frei vor dien Kammerwandungen(angeordnet
sind(; der Ofen; ist zur Beheizu.nig von( Tiegeln, Rohren od. dgl. zur Aufnahme
des Glühgutes bestimmt; festes Glühgut kann auch ohne Behälter darin( erhitzt werden.
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Bei bekannten, Öfen dieser Art wenden als Heizkörper zugleich, zur
Aufnahme des Glühgutes ausgebildete Behälter aus Kohle verwendet, deren Wandungen
in diene Heizstromkreis eingeschaltet sind und diurch den Heizstrom aufgeheizt werden.
Derartig ausgeführte Glühöfen weisen. insbeson, dere wegen des Kohle,tiegels eine
Reihe von. Nachteilen auf, wie z. B. Gefahr der Ver un Ureinigung dies Schmelzgutes,
ferner Gefahr des Bruches dies Tiegels und: namentlich, die Gefahr von. Reaktio.nenf.
dies Tiegelmaberials mit dem Glühgut, wie auch mit im Tiegelraum häufig als Schutzgas
vorhandenem Wasserstoff.
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Es wurde nun gefunden, da.ß Glühöfen: ohne die geschilderten Nachteile
geschaffen werden, wenn mindestens die dem Kammerraum zugekehrten Teile der Ofenwandung
aus feuerfesten Oxyden, wie Berylliumoxyd, Magnesiumoxyd, Aluminiumoxyd, Thoriu.moxyd,
Zirkoniumoxyd, mit einem
Reinheitsgrad von mehr als 98 °/o, vorzugsweise
von 99 bis röoo/o, und daß die Heizleiter aus Molyb,dän: und/oder Wolfram bestehen
und unter Längszug gehalten werden, z. B. vermittels in ihrer Spannung regelbarer
Fedtern, die außerhalb der Heizzone angeordnet sind, oder z. B. dadurch, daß die
Heizleiter selbst längs federnd: ausgebildet sind. Unter den aufgeführten feuerfesten.
Oxyden, verdienen Berylliumoxyd-, Magnesiumoxyd- undi ganz besonders Aluminiumoxyd
den Vorzug.
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Auf diese Weise ist es nämlich möglich, ungünstige Wechselwirkungen
chemischer, thermischer und mechanischer Art zwischen den isolierenden Ofen-,vandungen,
und den Heizleitern unbedingt zu vermeiden. Bei Hochtemperaturöfen kommt es darauf
an, Reaktioneni zwischen Wandungen und Heizleitern zu vermeiden (auch darf die strahlende
Wärme der Leiter die Wandungen nicht angreifen), damit die Konstruktion sowie die
innere Struktur der hochbeanspruchten Wandungen und Leiter keine schädlichen Veränderungen
erfahren, die die, Haltbarkeit bzw. Lebensdauer stark herabsetzen. und damit das
ganze Gerät unbrauchbar machen.
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Versuche haben ergeben, daß Temperaturen von iq.oo bis 2ooo°'C erst
dadurch beherrschbar wenden und ihnen eint Reaktionsgut unter sauberen und definierten
Bedingungen ausgesetzt werden kann, daß verformte hochfeuerfeste Oxyde, wie Berylliumoxyd,
Magnesiumoxyd, Aluminiumoxyd, Zirkoniumoxyd u. dgl., mit Reinheitsgraden von vorzugsweise
mehr als 99 % benutzt werden.
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Es ist zwar bereits bekannt, für Ofenzustellunr gen: z. B. Aluminiumoxyd
oder Zirkoniumoxyd zu verwenden, aber man, war bei Verwendung solcher Oxyde bisher
der Meinung, daß stets Bindie-mittel zuzusetzen seien, um sie keramisch verarbeitbar
zu machen;.
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Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß auch Produkte eines
praktisch. totalen Reinheitsgrades von, etwa 9911/o und darüber thermisch und mechanisch
allen Anforderungen; genügen; insbesondere genügt ihre Festigkeit auch bei höchsten
Temperaturen, wenn diie oxydkeramischen Konstruktionsbeile vor lokalen Überhitzungen
geschützt werden. Zu diesem Zweck werden, gemäß der Erfindung die Heizleiter unter
Zug gehalten, damit sie immer im vorges.chriebenen@ Abstand von den Kammerwandungen
bleiben,. Ein. solcher Zug wird bei dien herrschenden; hohen, Beanspruchungen aller
Art nur von, Modybdiän und(Wolfram gut vertragen.
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Die Wandungen dies Ofens können dünn sein und aus mehreren Schichten;
bestehen. In letzterem Falle empfielt. es, sich, die Zwischenträume mit gekörntem
Isoliermaterial auszufüllen, um Wärmeverluste nach Möglichkeit einzuschränken, Die
Heizleiter werden. zweckmäßigerweise so, an,-geordnet, tdiaß sie einen Käfig bilden,
der z.. B. einen Tiegel oder ein Rohr für das Glühgut umschließ-. Ein Rohr z. B._
ermöglicht auch die Erhitzung des Glühgutes in einier anderen Atmosphäre als,der
,des Ofenschutzgases. Werthell Federn zur Ausübung des Längszuges auf die Heizleiter
vorgesehen, so werden, sie varteilhafterweise außerhalb der Glühzone angeordnet.
Die Wirkung eines Längszuges auf die Heizleiter kann z. B. auch dadurch be-,virkt
werden, daß die Leiber unter mechanischer Vorspannung in ihre Lagerungen, eingebaut
werden. Die Heizleiber können auch selbst als längselastische Schraubenfedern ausgebildet
sein.
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Die Anordnung der Heizleiter nach. der Erfinidung hat ferner den;
Vorteil, dtß sie mit dem Wandungsmaterial: nicht reagieren, können, da. sie sich
nicht berühren:. Infolge ihrer verhältnismäßig geringen Wärmekapazität lassen sie
eine rasche Regulierung dies Ofens zu. Außerdem sind sie dank ihrer Anordnung leicht
zugänglich, bequem auswechselbar und gut zu überwachen.
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Die Heizleiber können in an. sich bekannter Weise auch in Nuten, und
zwar vorzugsweise in Längsnuten der sie umhüllenden Heizraumwandung untergebracht
werden.
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Die Anordnung der Heizleiter gemäß der Erfindung hab den Vorteil,
daß unerwünschte Wärmetransporte durch; die Glühraumwän:de nicht stattzufiniden-
brauchen: und, daß die Wandungen thermisch sehr geschont werden. Überhitzungen-
der Wände sind vermieden, denn: die Wärme braucht nicht durch die Ofenwand hin-durch
zum Glühgut, befördert zu werden.
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Gegebenenfalls können im Innern des Ofens, z. B. zwischen Tiegel und
diesen umhüllenden Heizleitern, Führungsschienen aus Isoliermasse angeordnet sein,
vermittels deren der Tiegel zentrisch in die Glühzonegeführt und in dieser gehalten
wird. Die Schienen müssen dann: aus denselben feuerfesten Oxyden, aus denen die
Ofenwandungen aufgebaut sind, bestehen.
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Der Ofen nach d er Erfindung kann ohne Schwierigkeiten so vervollkommnet
werden, daß er nicht nur für Erhitzung des. Glühgutes, sondern, zugleich auch zum
Vergießen des. geschmolzenen Gutes benutzt werden kann. Zu diesem Zweck wird z.
B. in bekannter Weise auf der Oberseite dies Glühofens ein besonderer Behälter aufgesetzt,
in. dien der Tiegel. mit dem geschmolzenen. Gut hineinbewegt wird;, worauf z. B.
durch Kippurig Entleerung dies Tiegels in eine Gießform odc dgl. vorgenommen wird.
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Wie schließlich festgestellt wurde, werden Ofen ganz besonders guter
Brauchbarkeit und hoher Wirksamkeit erhalten, wenn, in( an. sich bekannter Weise
Schutzgas, z. B. Wasserstoff, ein Edelgas oder ein Gemisch: von Stickstoff und Wasserstoff,
insbesondere in die Glühzone geleitet wird, An Stelle von; Schutzgas kann auch Vakuum
verwendet werdien.
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Der Ofen nach der Erfindung, ist zur Wärmebehandlung .von. Stoffen
aller Art geeignet. So ist es mit einem solchen Ofen erstmalig möglich geworden,
schwer zu schmelzende Metalle, wie Beryllium, Titan, Zirko@n u. dgl., sowie z. B.
auch andere Metalle, welche zunächst als Pulver anfallen und; der Hochfrequenzerhitzung
nicht zugänglich sind;, weil sie im Hochfrequenzofen nicht hinreichend Energie
aufnehmen,
einwandfrei und. namentlich ohne Flußmittel zu schmelzen.
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Weitere -Merkmale der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels zu entnehmen, das in der Zeichnung schematisch dargestellt
ist.
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Fig. i zeigt im Längsschnitt einen Glühofen mit Tiegel Fig.2 zeigt
eine abgewandelte Ausführungsart der den Tiegel umgebenden feuerfesten Wandungen;
Fig. 3; veranschaulicht eine Ausführungsform eines H°izl,eiters; Fig.4 zeigt einen
anderen Glühofen mit Durchfülirungsrolir zum Durchleiten des Glühgutes; scliließlicli
l-.äßt Fig. 5 im Schnitt eine besondere. Gestaltung der aus feuerfester Masse bestehenden;
Wandung' und eine besondere Anordnung der Heizleiter in. der Wandung erkennen.
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Ein. z,vecl:mäßigerweise aus -Metall bestehendes Schutzgehäuse i ist
mit einem Deckel 2 verschlossen, der unter Abdichtung auf Flanschen des Gehäuses
i ruht und mit diesen vermittels Schrauben#bolzeni 3, 4 od. d:gl. fest verbunden
,verdeni kann. In. der -Mitte des Deckels 2 ist eine öffnung 5, die mit einem Deckel
6 verschlossen wird, der vermittels der Schra.tihenbolzen 7, 8 fest mit von eitlem
Kragen: dies Deckels 2 vorspringenden. Flanschen verbunden ist. Der Deckel6 hat
zwaeckmäßigerweise mit durchsichtigem, feuerfestem Stoff verschlossene Schaulöcher,
um das Innere des Schutzgehäuses i und des Glühraumes überwachen zu 'cönnen.
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Auf dem Boden des Behälters i ist ein Sockel 9 vorgesehen, auf welchem
derTiegel io, steht, in dem sich das Glühgut i i befindet. Der Tiegel ist von Wandungen
12 aus höchstfeuerfesten. Oxyden. z. B. aus gesinterter Tonerde mit einem Reinheitsgrad.
von mehr als 99,5°l0, umgeben. Die Wandungen 12 sind z. B. zylindrisch ausgebildet
und. an der denn Deckel 2 des Behälters i zugekehrten. Stirnseite mit einwärts vorspringendem
Ringflansch 13 ausgestattet. Entsprechend ist auch das dem Behälterboden zuekehrte
Ende :der Wandung 1 2 mit einem einwärts' vorspringenden Ringflansch 14; ausgestattet.
Die Flansche bilden Durchtrittsöffnungen: zum Glühraum. Zur Abstützung des Zylinders
aus feuerfester -lasse sind z. B. aus derselben -lasse bestehende Abstützkörper,
etwa ein Ring 15, vorgesehen, der sich seinerseits auf Eisenwinkel 16 od. dgl. abstützt,
die an den Innenwa.ndungen d; s (=jeliäuses i fest anigeibracht sind.
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Ati: der dein Gehäusedeckel 2 -zugewandten Seite weist der feuerfeste
Zvlinder 12 einen Kragen 17 auf, der etwa. am inneren Rand des Flansches 1.3 schließt.
Der Innenraum oder die Durchtrittsöffnung des Kragens 17 ist mit i8 bezeichnet.
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Frei vor der Wandung 12 und: zwischen dieser und. de.ni Tiegel io
s:iti:d@ elektrische Heizleiter io angeordnet. _-n den: Durchführungsstellen durch
den Flansch 13. weisen die Heizleiter verdickte Teile 2o auf, mit denen sie im Flansch
zweckmäßigerweise: axial verschiebbar gelagert sind. Durch einen außerhalb des Flansches,
befinidliehen und gegen diesen abgestützten Bund 21 kann eine Begrenzung der axialien
Verschiebbarkeit nach unten-be= wirkt werden.
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Ein Anschlußleiter 2? führt vom Heizleiter i9 zu einer Sammelschiene
2V, die durch. eine abgedichtete Führung 24. aus dem Gehäuseinnenraum nach außen;
zu einer Anschlußklemme 25. geführt wird. Die andere AnSCh:lußIClemme 26 ist an@
einen Leiter angeschlossen, der durch die abgedichtete Durchführung 2171
in das Innere des Gehäuses i geführt wird und hier die Bezeichnung 28 hat. Der Ansch.luß
vom Sammelsch.ienenleiter 28 ZUM einzelnen Heizleiter hat die Bezeichnung 29. Ani
dem diesem Leiter 29 zugewandten Ende weist der Heizleiter i9 einen: zweckmäßigerweise
verdickten. Teil auf, der durch den Flansch i4i des Isolierkörpers 12, greift und
in. ihm axial verschiebbar ist. An dieser verschiebbaren Verdickung 3o greift eine
Schraubenfeder od. dgl. 3,i an, die bestrebt ist, den Heizleiter i9 axiä1 nach unten-
zu ziehen. Die Feder 3ü ist mit einer Stellstange 32 fest verbunden, drei in: einem
Lagerkörper 33 axial verschiebbar und. hier z. B. mit Schraubengewinde üd. dgl.
ausgestattet ist, das mit einer innen- mit Muttergewinde ausgestatteten Stellschraube
3-4 mit Betätigungskopf 3,5 zusammenwirkt. Dieser Kopf befindet sich außerhalb dies
Gehäuses i, so daß er stets von. Hand betätigt werden kämi.
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Das Gehäuse i ruhst auf Füßen 3,6, die zwechmäßigerweise so
hoch sind, daß ein bequemes Betätigen der 3I, 3;5 von Hand möglich ist.
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Der Glühraum ist mit 37 bezeichnet, und Pfeile 38 lassen die Richtung
der Hitzestrahlung, insbesondere auf den. Tiegel, erkennen. In: den. Deckel 2 ist
Boch ein. Rahrstutzen:39 unter Abdichtung eingesetzt, durch den Schutzgas, z. B.
ein Edelgas, wie Argon, in das Gehäuse und dien Glühraum usw. geleitet und entsprechend,
abgezogen werden kann.
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Bei der abgewandelten. Ausführungsform nach der Fig. 2 bezeichnen
.I%o un(d 41 zwei aus höchstfeuerfesten Oxyden bestehende Ringe, zwischen denen
konzentrische Zylinder 42, 43, 4-4 und 45, ebenfalls aus den höchstfeuerfesten Oxyden,
angeordnet sind. Zwischen den Zylindern befinden sich z. B. mit Luft gefüllte Ringräume
46, 47, 48, 49, wobei der Raum 49 zwischen dem äußersten Isolierstoffzvlinder 45
und der zugekehrten Wandung 50 des Gehäuses i liegt.
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Dein Glühraum zugekehrt sind: vor dem innersten Isoliers.toffzylinder"@2
z. B. einen Käfig bildende Heizleiter 5i mit an denLagerstellen indenIsolierstoffrin.gen
4o und 41 verdickten Teilen 52 und. 53 angeordnet. Der von den. Heizleitern und:
Isolierstoffzylindern umschlossene Tiegel hat die Bezeichnung 5,4.
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In vergrößertem Maßstab ist aus Fig.3 ein Heizleiber 5.5 mit verdickten.
Endzen 5.6 und, 517 zu entnehmen.
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Bei der Ausführungsform nach der Fig.4 hezeichnet 6o wieder einSch@utzgehäuse
mit-Anschlu.ßstutzen 61 und zugehörigem Absperrventil 62 und
einem
weiteren Anschlußstutzen 63 mit zugehörigem Absperrventil C4. Das Gehäuse 6o ruht
auf Füßen 65 und weist an seinen Stirnnvändunigen je einen Rohrstutzen 66 bzw. 67
auf. Die Stutzen 66, 67 sind mit einer Abdichtung, zweckmäßigerweise einer Stopfbüchse
68, ausgestattet. Durch diese Stopfbüchsen wird. das das Gehäuse 6o. und die Glühzone
durchquerende Leitungsrohr 69 an den Durchtrittsstellen durch das Gehäuse abgedichtet.
Der Innenraum des Rohres 69 ist mit 7o bezeichnet. Diel die Richtung dies Einla.3-
und! des Auslaßstromes kennzeichnenden Pfeile haben diie Bezeichnung 71 und 72.
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Innerhalb des Gehäuses 6o ist ein z. B. zylindrischer Körper
73 aus höchstfeuerfestem Oxyd vorgesehen, welcher das Rohr 69 in der Glühzone
umhüllt. Der Zylinder 7(3i ist an: den Stirnseiten mit einwärts vorspringenden Flanschen
7q., 751 ausgestattet, die Durch:trittsöffnungen zur Durchführung des Rohres
69 bilden.
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Zwischen Wandung 7!31 und Durchführungsrohr 69 sind unter Längszug
stehende Heizleiter 76, 77 etwa parallel zur Längsachse des Rohres 69 angeordnet.
Eine elektrische Verbinidungsleitung zwischen den Heizleibern hat die Bezeichnung
78. Weitere Anschlußleitungen, für Zu- und Abfuhr dies elektrischen. Stromes habcln.
die Bezeichnung 79 unld:,&o und sind bei $:i und 8z unter Abdichtung durch die
Wandung des Gehäuses 6o geführt.
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Die obenerwähnten Rohrstutzen 61 und 63: dienen; der Zufuhr und Abfuhr
von; Schutzgas, wobei die Pfeile die Strömungsrichtung kennzeichnen. Bei der Ausführungsform
nach Fig. 5 bezeichnet 8.5; den etwa zylindrischen Iloli-erleörper aus höchstfeuerfestem
Oxyd. Der Körper ist an der seinem inneren Hohlraum zugewandten. Seite mit Längsnuten
86 ausgestattet, die an der dem Hohlraum zugewanid@ten Seite einen. Durchtrittssch:litz
8;7 aufweisen, durch «-elchen, der in der Nut 86 angeordnete und z. B. stabförmige
Heizleiter 88, ini den Innenraum des- Isolierkörpers 8.5 strahlen kann.