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Ofen zur Durchführung elektrothermischer Verfahren, wie Erzeugung
von Calciumcarbid Gegenstand des Patents 9o8 855 ist die Verwendung einer
besonderen Gruppe von Baustoffen für die Abdeckungen elektrothermischer Öfen, die
bekanntlich in vielen Fällen gleichzeitig als elektrische Stromschranken innerhalb
der Ofenmischung angeordnet sind, z. B. in Calciumcarbidöfen. Die geeigneten Baustoffe
sind durch die Verhältniszahl E a ß =0,03 bis 0,5 gekennzeichnet. Hierbei
bedeutet a die Temperaturleitzahl, E den Elastizitätsmodul und ß den linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten;
zugrunde gelegt sind die Zahlenwerte bei niedrigen Temperaturen (o bis 6oo°). Der
Elastizitätsmodul E ist in kg/cma und ß und a in üblichem Maß gemessen.
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Das Hauptpatent sieht unter den genannten Werkstoffen solche vor,
die Siliciumcarbid und/oder Graphit als Magerungsmittel und/oder als Bindemittel
allein oder im Gemisch oder neben anderen Komponenten, z. B. Oxyden oder Carbiden,
enthalten. Es hat sich nun als vorteilhaft erwiesen, bei diesen Baustoffen, unter
Beibehaltung der Bedingung, daß die Verhältniszahl a zwischen 0,03
und o,5 bleibt, die Temperaturleit-E#ß zahl a in besonderer Weise zu erniedrigen.
Es war, wie
im Hauptpatent bereits beschrieben, gefunden worden,
daß sich hochprozentige Siliciumcarbid- und Graphitsteine überraschend gut bewähren;
zufolge ihrer hohen Temperaturleitzahl lag indessen auch der Wärmeentzug in Form
von Abwärme des Kühlmittels noch unvorteilhaft hoch. Diesen Nachteil in Form der
Wärmeverluste vermeidet man weitgehend, wenn man in diesen Baustoffen durch besondere
Maßnahmen ein höheres Porenvolumen schafft, als dies z. B. bei ton- oder korundgebundenen
Graphit- oder Siliciumcarbidsteinen möglich ist. Dies erreicht man, indem man die
Baustoffe mit einem graphit- und/oder siliciumcarbidhaltigen Bindemittel herstellt
und ein hohes Porenvolumen entweder durch Zusatz von leicht verdampfenden Substanzen
schafft oder indem man hochporöse Kohlenstoffsorten mit besonders niedriger Temperaturleitfähigkeit
als Magerungsmittel verwendet. Als solche Magerungsmittel haben sich z. B. Rußgrit
und Holzkohle bewährt, die entweder als Grobkorn und/oder Feinkorn zur Anwendung
kommen. Man kann auch andere Zusätze wählen, z. B. Holz- oder Korkmehl u. dgl.,
die von vornherein oder nach dem Verkoken einen hohen Porenraum aufweisen. Da diese
Stoffe ein geringes spezifisches Gewicht haben, wird auch das Gesamtgewicht des
Baustoffes wesentlich niedriger. Erfindungsgemäß arbeitet man ferner so, daß man
siliciumcarbidbildende Komponenten, d.h. silicium- und kohlenstoffhaltige Substanzen,
verwendet und während des Brennens bzw. Sinterns des Baustoffes Siliciumcarbid in
statu nascendi als Bindemittel erzeugt. Man arbeitet hierbei im allgemeinen mit
feinstgemahlenem hochprozentigem Silicium und organischen Bindemitteln. Als solches
verwendet man z. B. Stahlwerksteer. Man kann auch solche Produkte verarbeiten, die
besonders leicht in graphitischen Zustand übergehen, z. B. Rückstände der Kohleextraktion.
Die Menge des Siliciumzusatzes kann man so bemessen, daß das Bindemittel im Baustoff
aus Siliciumcarbid und/oder aus restlichen Verkokungsrückständen besteht. Als Magerungsmittel
verwendet man z. B. Rußgrit oder Holzkohle, vorzugsweise in körniger Form. Daneben
können noch Siliciumcarbid, Graphit, Koks, Pechkoks usw. als Grob- oder Feingut
gegeben werden, je nach der ganz besonderen Eigenschaft des Baustoffes, die angestrebt
wird. Steine, Stampfmassen und -'vlörtel lassen sich in verfahrensgemäßer Weise
herstellen. Das Brennen erfolgt dann zunächst zweckmäßig in reduzierender Atmosphäre.
Zur Erhöhung des freien Porenvolumens kann im Anschluß an den Brenn- bzw. Sinterprozeß
auch oxydierend gearbeitet werden.
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Diese Leichtsteine sind dann durch eine besonders günstige Verhältniszahl
bei niedrigem Elastizitätsmodul, verringerter Temperaturleitzahl gekennzeichnet.
Die wärmeisolierende Wirkung derartiger Steine ist dann, wie bereits oben erwähnt,
von besonderem Wert, wenn es sich um die Verkleidung von solchen Armaturen handelt,
die innerhalb der Ofenbeschickung liegen oder eine besondere Funktion zur Steuerung
des Stromweges übernehmen, und wenn eine Wärmeableitung an diesen Stellen nicht
erwünscht ist, z. B. bei den Gasfängern bzw. Stromschranken innerhalb von Lichtbogen-
oder Widerstandsöfen. Die elektrische Leitfähigkeit dieser Baustoffe ist ebenfalls
in günstiger Weise erniedrigt. Weiterhin kann man einen Stromübergang zum Traggerüst
vermeiden und eine Verringerung des Wärmeentzuges dadurch erreichen, daß man zwischen
die Formsteine und das metallische Traggerüst eine elektrisch nicht leitende und
wärmemäßig isolierende Schicht einlegt, z. B. eine Mörtel-bzw. Schamotteschicht,
oder einen geeigneten Isolierstoff auf das Traggerüst aufträgt oder aufbrennt, z.
B. eine Glasur.
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Für andere Zwecke, z. B. für die Ausmauerung temperaturmäßig hoch
beanspruchter Öfen, bedeuten diese Baustoffe ebenso eine Verbesserung und schließen
eine bisher vorhandene Lücke, da z. B. handelsübliche, hochprozentige Siliciumcarbid-
oder Graphitsteine bei sonst gleich günstiger Temperaturwechselbeständigkeit eine
erheblich höhere Temperaturleitzahl aufweisen und dabei im Betrieb höhere Energieverluste
verursachen sowie chemisch weniger beständig sind.
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Als Beispiel sei folgende Ausführungsform genannt: Rußgrit in der
Körnung i bis 2 mm und in der Menge von 15 bis q.o Gewichtsteilen werden 15 bis
30 Teile Stahlwerksteer und bis zu 65 Gewichtsteilen von feinstgemahlenem
Silicium (g3 °/Qig) mit einem restlichen Anteil von Koks, Pechkoks, Graphit oder
Siliciumcarbid vermischt. Diese Masse wird dann bei normalem oder höherem Druck
geformt und bei Temperaturen bis 150o° gebrannt. Die Temperaturleitzahl erniedrigt
sich bei diesen Materialien bis auf rund 0,15. Der Elastizitätsmodul liegt
bei rund 3 X i0-5 und ß bei q. X 10-'. DieVerhältniszahl E ° ß beträgt rundo,i25.Dasscheinbare
spezifische Gewicht dieses Leichtbaustoffes liegt sehr niedrig bei o,7 bis 1,3.
Die gebrannten Formsteine werden dann mit gleichartigem oder insbesondere mit einem
elektrisch nicht leitenden Mörtel in das metallische Traggerüst eingebaut und an
den hochbeanspruchten Stellen, sogar in direkter Nachbarschaft der Energiequelle,
z. B. des Lichtbogens, für Abdeckungen, Stromschranken, Ofenzustellungen verwandt.
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Das in dem Baustoff vorliegende Hohlvolumen füllt sich dann während
des Ofenbetriebes zum Teil mit der jeweiligen Mischung, z. B. im Carbidofen mit
Kalkstaub, an. Hierbei wird die Temperaturleitzahl dann im allgemeinen noch geringer
als zuvor. Dieses Anfüllen des Porenraumes kann auch vorher durch besondere Maßnahmen,
z. B. Imprägnieren oder Tränken der Steine, erreicht werden. Die Haltbarkeit dieser
Steine, die dann aus einem hochelastischen, temperaturwechselfesten und abriebfesten
Gerüst mit eingelagertem Feinstaub, z. B. der jeweiligen Mischung od. dgl, bestehen,
ist eine besonders günstige. Chemische Reaktionen zwischen diesem Baustoff und der
Beschikkung, z. B. Kalk oder Kieselsäure, finden selbst bei den auftretenden Höchsttemperaturen
praktisch nicht statt, da der thermodynamische Gleichgewichtszustand einer gegenseitigen
Reaktion entgegenwirkt.