DE965835C

DE965835C - Heating device for electric resistance furnaces, in particular melting furnaces

Info

Publication number: DE965835C
Application number: DEP37344A
Authority: DE
Inventors: Otto Junker
Original assignee: JUNKER FA O
Current assignee: JUNKER FA O
Priority date: 1949-03-22
Filing date: 1949-03-22
Publication date: 1957-06-19

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung für elektrische Widerstandsöfen, insbesondere Schmelzöfen für hohe Temperaturen, beispielsweise über 100O⁰C, bei welchen die Beheizung durch mindestens einen aus Kohle, Graphit od. dgl. bestehenden, den Ofenraum durchsetzenden Widerstands-Heizstab erfolgt.The invention relates to a heating device for electrical resistance furnaces, in particular melting furnaces for high temperatures, for example above 100O ⁰ C, in which the heating is carried out by at least one resistance heating rod consisting of carbon, graphite or the like and penetrating the furnace chamber.

Bei den bekannten Öfen dieser Art sind die zur Beheizung vorgesehenen Widerstandselemente an beiden Enden in Kontaktkörpern gelagert, welche ihrerseits in Öffnungen der gegenüberliegenden Stirnwände des Ofens untergebracht sind. Um hierbei ein Herausziehen des Heizstabes samt dem Kontaktkörper aus dem Ofen zu ermöglichen, mußte eine »ungleichwertige« Lagerung der beiden Stabenden in den Stirnwänden des Ofens vorgesehen werden, und zwar in neuerer Zeit in der Weise, daß auf der »Herausziehseite« des Ofens der Kontaktkörper zur Aufnahme des Stabendes mit einer konischen Kammer so geringer Steigung versehen wird, daß der Heizstab beim axialen Herausziehen des Kontaktkörpers durch die Reibung in der konischen Kammer mitgenommen \vird. Um dies zu ermöglichen, mußte das andere Ende des Heizstabes — unter Einschaltung einer Anpreßfeder — gegen ein — z. B. mit kugeligen oder steil konischen Flächen ausgerüstetes ■—Widerlager der betreffenden Ofenstirnwand angedrückt werden. Man hat auch bereits vorgeschlagen, die Stromzuführung und Stromab führung jeden Heizelementes auf der gleichen Ofenseite in einer gemeinsamen Öffnung der Ofenseitenwand an-In the known ovens of this type, the resistance elements provided for heating are on both ends supported in contact bodies, which in turn in openings of the opposite End walls of the furnace are housed. In order to pull out the heating element together with the To enable contact bodies from the furnace, an "unequal" storage of the two had to be made Rod ends are provided in the end walls of the furnace, more recently in the Way that the contact body for receiving the rod end is on the "pull-out side" of the furnace is provided with a conical chamber so little slope that the heating rod in the axial Pulling out of the contact body entrained by the friction in the conical chamber \ vird. To make this possible, the other end of the heating rod had to be switched on Pressure spring - against a - z. B. equipped with spherical or steeply conical surfaces be pressed against the furnace front wall in question. It has also already been suggested that Power supply and power take-off for each heating element on the same furnace side in a common opening in the furnace side wall.

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zuordnen. Zu diesem Zweck war das Heizelement aus zwei oder drei parallel oder im spitzen Winkel zueinander gerichteten Stäben gebildet, welche an ihren der Stromzu- und -abführung abgekehrten, frei tragenden Enden durch ein quer zur Stabachse verlaufendes besonderes Kontaktglied — aus Graphit — gekoppelt sind. Diese Anordnung ist umständlich und hat sich seiner umständlichen Handhabung wegen in der Praxis nicht durchsetzen können.assign. For this purpose the heating element was made up of two or three parallel or at an acute angle mutually directed rods formed, which at their current supply and drainage turned away, cantilevered ends by a special contact member running transversely to the rod axis Graphite - are coupled. This arrangement is cumbersome and has proven to be cumbersome Handling due to in practice not be able to enforce.

Bei aus Metall bestehenden Heizelementen ist es bereits bekannt, diese haarnadelförmig zu biegen. Derartige Metallelemente sind für hohe Tempera-. türen wegen ihrer unzureichenden Wärmefestigkeit ungeeignet und können selbst bei hängender Anordnung nur in Verbindung mit besonderen Tragelementen verwendet werden. Bei Heizwiderständen aus Kohle oder Graphit hat man es bislang nicht für möglich gehalten, eine derartige Form zu verwenden, sondern man hat — wie bereits erwähnt — zur Ermöglichung einer nur einseitigen Halterung zwei bzw. drei Stäbe am freien Ende durch ein besonderes Kontaktglied aus Graphit od. dgl. gekoppelt, ein Vorschlag, welcher sich in der Praxis nicht als brauchbar erwiesen hat.In the case of heating elements made of metal, it is already known to bend them into a hairpin shape. Such metal elements are for high temperature. doors because of their insufficient heat resistance unsuitable and can only be used in conjunction with special support elements, even in a hanging arrangement be used. So far, it has not been used with heating resistors made of carbon or graphite considered possible to use such a form, but one has - as already mentioned - to enable only one-sided mounting two or three rods at the free end through a special contact member made of graphite od. The like. Coupled, a suggestion, which is in practice has not proven to be useful.

Gemäß einem weiteren. Vorschlag wurde zur Ermöglichung einer einseitigen Halterung des Heizelementes bereits von einem rohrförmigen Heizstab ausgegangen, wobei die Stromrückführung in den Hohlraum des Rohres verlegt wird. Auch diese Bauart ist umständlich und führt bei Stäben aus Graphit oder Kohle zu Kontaktschwierigkeiten und hat sich daher in der Praxis ebenfalls nicht durchführen können.According to another. A proposal was made to enable the heating element to be held on one side already assumed a tubular heating element, with the current return in the The cavity of the pipe is laid. This type of construction is also cumbersome and runs out of bars Graphite or carbon cause contact difficulties and has therefore not been carried out in practice either can.

Schließlich ist es bei einseitiger Stromzuführung in anderem Zusammenhang, nämlich bei hängend angeordneten Tauchheizkörpern für niedrige Temperaturen, bereits bekannt, den Heizkörper, der unter anderem auch aus einer kohlehaltigen Masse 4.0 bestehen kann, haarnadelförmig auszubilden, indem der dünnwandige rohrförmige Heizstab axial bis nahe zu seinem einen Ende eingeschnitten ist, derart, daß ein doppelt geschlitztes Rohr entsteht. Da auf diese Weise an der Verbindungsstelle der beiden Rohrhälften der Leitungsquerschnitt erheblich verringert wird, ist es hierbei notwendig, bei Verwendung von Stäben aus einer kohlehaltigen Masse am Ende eine groß bemessene Verstärkungskappe aus Graphit aufzusetzen. Die freien Schenkelenden des geschlitzten Heizstabes sind hierbei gegeneinander isoliert und in geringem, aber Stromüberschläge ausschließendem Abstand parallel zueinander gehalten und an einem mit Anschlüssen für die Stromzu- bzw. -abführung versehenen Kontaktkopf gelagert, welcher aus zwei in der Ebene etwa senkrecht zur Ebene durch die beiden Schenkel längs geteilten und gegeneinander isolierten Hälften gebildet ist.After all, with one-sided power supply it is in a different context, namely with hanging arranged immersion heaters for low temperatures, already known, the radiator, the Among other things, it can also consist of a carbonaceous mass 4.0, to be designed in the shape of a hairpin by the thin-walled tubular heating rod is cut axially up to one end, in such a way that a double-slotted tube is created. Because in this way at the junction of the both pipe halves the line cross-section is significantly reduced, it is necessary here with Use of rods made of a carbonaceous mass to put a large-sized reinforcement cap made of graphite at the end. The free leg ends of the slotted heating rod are insulated from each other and to a small extent, but Current flashovers are kept parallel to each other and at one with connections for the power supply or discharge provided contact head stored, which consists of two in the plane approximately perpendicular to the plane by the two legs longitudinally divided and isolated from each other halves is formed.

Durch die Notwendigkeit zur Verwendung eines verhältnismäßig groß bemessenen Kontaktkörpers am freien Ende des Heizstabes ist diese Anordnung auf eine hängende Anbringung innerhalb des zu beheizenden Raumes beschränkt, da dieser bei einer frei tragenden Anordnung in etwa waagerechter Ebene eine erhebliche Belastung darstellt, die eine kompliziertere Lagerung des Heizstabes in der Ofenwand voraussetzen würde und daher zu einer weiteren Vergrößerung der ohnehin bei dieser Art der Lagerung bestehenden Schwierigkeiten einer guten Stromzu- bzw. -abführung führt. Andererseits setzt diese Ausbildung bereits bei hängender Anordnung eine weitreichende Einspannung der beiden Graphitrohrhälften voraus, die die wirksame wärmeabgebende Länge des Heizstabes ganz erheblich vermindert, so daß die einen großen Teil der Heizstablänge umfassenden Kontaktschalen nur bei hängender Anordnung, insbesondere bei Tauchheizkörpern, zur direkten Beheizung in Kauf genommen werden können. Bei indirekter Beheizung eines Metallschmelzbades können solche Kontaktschalen schon deshalb nicht verwendet werden, weil es bei der hierbei erforderlichen intensiven Beheizung auf beispielsweise wesentlich über iooo⁰ C und der durch die Querabmessungen des Ofens sehr begrenzten Länge des Heizkörpers naturnotwendig darauf ankommt, die gesamte Länge des Heizstabes zur Erwärmung auszunutzen. Die Übertragung der bekannten Einrichtung auf waagerechte Heizelemente für Schmelzofen mit einseitiger Stromzuführung ist im übrigen deshalb _go ausgeschlossen, weil bei der bekannten Anordnung der Übergang von dem eigentlichen haarnadelförmigen Heizteil zu dem Kontaktteil in der Weise vorgesehen ist, daß eine allmähliche Verstärkung des Querschnittes durch eingelegte und mit den gs Schenkeln verbundene Körper aus Graphit oder Kohle erreicht wird, um hierdurch eine stirnseitige Befestigung der beiden verstärkten Schenkelenden an den beiden Kontaktkopfhälfteh zu ermöglichen. Bei der hängenden Anordnung solcher Tauchheizkörper, wie sie z. B. als Graphitstabheizelemente für die Beheizung von Gasräumen bekannt sind, ist es trotz der Verstärkungen weder möglich noch notwendig, die Heizelemente einer wesentlichen Gegenbelastung bzw. einem nennenswerten Umfassungsdruck an den Anschlußenden auszusetzen.Due to the need to use a relatively large contact body at the free end of the heating rod, this arrangement is limited to a hanging installation within the room to be heated, as this represents a significant load in a cantilevered arrangement in an approximately horizontal plane, which makes a more complicated storage of the The heating rod would be required in the furnace wall and therefore leads to a further increase in the difficulties of a good current supply or discharge which already exist with this type of storage. On the other hand, this design requires extensive restraint of the two graphite tube halves even with a hanging arrangement, which considerably reduces the effective heat-emitting length of the heating rod, so that the contact shells, which encompass a large part of the heating rod length, are only used for direct heating in a hanging arrangement, especially in immersion heaters Can be purchased. With indirect heating of a molten metal bath such contact shells can not be used if only because it considerably, for example, arrives at the required this intense heating via iooo ⁰ C and the very limited by the transverse dimensions of the furnace length of the radiator natural necessity on the entire length of the heating element to use for heating. The transmission of the known device on horizontal heating elements for melting furnace with one-sided power supply is _go otherwise excluded because the transition from the actual hairpin-shaped heating member is provided to the contact portion in the manner of the known arrangement is that a gradual strengthening of the cross section inserted and body made of graphite or charcoal connected to the legs is achieved in order to thereby enable the two reinforced leg ends to be attached to the two contact head halves at the front. In the hanging arrangement of such immersion heaters as they are, for. B. are known as graphite rod heating elements for heating gas spaces, it is neither possible nor necessary, despite the reinforcements, to expose the heating elements to a significant counter-load or a significant surrounding pressure at the connection ends.

Die Erfindung geht ebenfalls von einer Anordnung aus, bei welcher die Stromzu- und -abführung für jedes aus Kohle, Graphit od. dgl. bestehende Heizelement auf der gleichen Ofenseite in einer gemeinsamen Öffnung der Ofenwand angeordnet ist, und bedient sich hierzu der bei Tauchheizkörpern mit hängender Anordnung bekannten Ausbildung der Heizelemente, gemäß welcher diese etwa haarnadelförmig ausgebildet und die freien, gegeneinander isolierten Enden der in geringem, aber Stromüberschläge ausschließendem Abstand parallel zueinander angeordneten Schenkel an einem mit Anschlüssen für die Stromzu- bzw. -abführung versehenen Kontaktkopf gelagert sind, welcher aus zwei in der Ebene etwa senkrecht zur Ebene durch die beiden Schenkel längs geteilten und gegeneinander isolierten Hälften gebildet ist, kennzeichnet sich jedoch dem bekannten Vorschlag gegenüber dadurch, daß beide freien Enden der massiven Schenkel leicht lösbar in einen an derThe invention is also based on an arrangement in which the current supply and discharge for each of carbon, graphite or the like. Existing heating element on the same side of the furnace in one common opening of the furnace wall is arranged, and uses for this purpose the immersion heater with a hanging arrangement known design of the heating elements, according to which this approximately hairpin-shaped and the free, mutually isolated ends of the slightly, but current flashovers exclude a distance parallel to each other on legs are mounted on a contact head provided with connections for the power supply or discharge, which consists of two in the plane approximately perpendicular to the plane divided lengthways by the two legs and mutually insulated halves is formed, but is characterized by the known proposal compared to the fact that both free ends of the massive legs are easily detachable in one of the

gleichen Ofenseitenwand vorgesehenen, den als Einsteckenden ausgebildeten Schenkelenden angepaßten, kammerförmig ausgebildeten Kontaktkopf eingeklemmt sind, dessen beide Hälften durch den erforderlichen Kontaktandruck erzeugende federbelastete Kupplungselemente zusammengehalten sind. Auf diese Weise ist es möglich, unter Verzicht auf umständliche Stützkonstruktionen einseitig gelagerte haarnadelförmige Heizstäbe aus ίο Graphit zu verwenden, bei denen die befürchteten Kontaktschwierigkeiten ebenso wenig auftreten wie die Schwierigkeiten einer leichten Auswechselbarkeit, wie sie insbesondere bei Beheizungsvorrichtungen für Schmelzofen in der Praxis gefordert werden müssen. Durch den Vorschlag gemäß der Erfindung kann auf die bei den bekannten Vorrichtungen für erforderlich gehaltene allmähliche Verstärkung des Heizelementes zum Kontaktende hin verzichtet werden, ohne daß Lagerungs- oder Kontaktschwierigkeiten selbst bei frei tragender Anordnung in etwa waagerechter Lage oberhalb des zu beheizenden Gutes befürchtet werden müssen. Die Auswechselbarkeit solcher dem Verschleiß durch Verbrennen in erheblichem Maße ausgesetzten Heizelemente ist einfach und daher in kürzester Zeit auch während des Betriebes möglich. Umfangreiche Erfahrungen haben entgegen der früher in der Fachwelt bestehenden Auffassung bestätigt, daß solche Hochtemperatur-Heizelemente gemäß der Erfindung weniger störungsanfällig und einfacher in der Handhabung sind als sämtliche früher für ähnliche Zwecke verwendete Heizvorrichtungen. In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigt
Fig. ι eine Seitenansicht,the same furnace side wall provided, the chamber-shaped contact head adapted to the plug-in ends, the two halves of which are held together by spring-loaded coupling elements generating the necessary contact pressure. In this way it is possible to use hairpin-shaped heating rods made of ίο graphite mounted on one side without cumbersome support structures, with which the feared contact difficulties do not occur, as well as the difficulties of easy interchangeability, as must be required in practice in particular with heating devices for melting furnaces . The proposal according to the invention can dispense with the gradual reinforcement of the heating element towards the end of the contact, which is held to be necessary in the known devices, without having to fear storage or contact difficulties even with a cantilever arrangement in an approximately horizontal position above the material to be heated. The exchangeability of such heating elements, which are exposed to a considerable extent to wear due to burning, is simple and therefore possible in a very short time, even during operation. Extensive experience has confirmed, contrary to the opinion previously existing in the specialist world, that such high-temperature heating elements according to the invention are less prone to failure and are easier to use than all heating devices previously used for similar purposes. In the drawing, the invention is explained using an exemplary embodiment. It shows
Fig. Ι a side view,

Fig. 2 einen Schnitt nach Linie A-B der Fig. 1, Fig. 3 eine Stirnansicht zur Fig. 1.
Wie insbesondere Fig. 2 zu entnehmen, besteht das Heizelement für den in der Zeichnung nicht dargestellten Ofen aus einem einteiligen, haarnadelartigen Körper mit den Schenkeln i_a, ΐ&, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen und mit den abgeflachten Seiten einander zugekehrt sind. Zwisehen den Schenkeln ist ein geringer Abstand 2 vorgesehen. Die Enden der Schenkel i_a und ΐ& sind ■— z. B. durch eine keramische Platte 3 — elektrisch voneinander isoliert und bilden zusammen ein sich nach außen konisch verjüngendes Einsteckende, welches von einer konischen Kammer 4 eines dünnwandigen Metallkontaktkörpers aufgenommen wird. Dieser Kontaktkörper besteht aus zwei in gleicher Weise wie der Heizstab geteilten Hälften 5„ und 5₆, welche durch die nichtleitenden Platten 6 voneinander elektrisch isoliert sind. Mit 7 sind elektrisch isolierte Verbindungsmittel bezeichnet, welche die Hälften des Metallkontaktes" und damit auch die Heizstabenden mit Druck (federnd) zusammenhalten. Die Kontaktkörperhälften, 5_a und 5k sind als Hohlkörper ausgebildet, wodurch die Kammern 8 und 9 für die Aufnahme des durch die Rohrleitungen 10, 11 zugeleiteten und durch die Rohrleitungen 12, 13 abgeleiteten Kühlwassers entstehen. 15 ist ein Handgriff zum Herausziehen bzw. Einsetzen des Kontaktes und des von diesem getragenen Heizwiderstandes.FIG. 2 shows a section along line AB of FIG. 1, FIG. 3 shows an end view of FIG. 1.
As can be seen in particular from Fig. 2, the heating element for the oven, not shown in the drawing, consists of a one-piece, hairpin-like body with the legs i _a , ΐ &, which in the illustrated embodiment have a semicircular cross-section and the flattened sides face each other . A small distance 2 is provided between the legs. The ends of the legs i _a and ΐ & are ■ - z. B. by a ceramic plate 3 - electrically insulated from each other and together form an outwardly conically tapering insertion end which is received in a conical chamber 4 of a thin-walled metal contact body. This contact body consists of two halves 5 ″ and 5 ₆ which are divided in the same way as the heating rod and which are electrically isolated from one another by the non-conductive plates 6. With 7 electrically insulated connecting means are designated, which hold the halves of the metal contact "and thus also the ends of the heating rod together with pressure (resiliently). The contact _{body halves 5 a} and 5 k are designed as hollow bodies, whereby the chambers 8 and 9 for receiving the through the Pipelines 10, 11 are supplied with cooling water and diverted through the pipelines 12, 13. 15 is a handle for pulling out or inserting the contact and the heating resistor carried by it.

In nicht näher dargestellter Weise ist z. B. die Kontakthälfte 5„ mit der Stromzuleitung und die Kontakthälfte 5^ mit der Stromableitung verbunden. In a manner not shown, for. B. the contact half 5 "with the power supply and the Contact half 5 ^ connected to the current lead.

Um das Einführen der Schenkelenden in die Kontaktkammer in der ordnungsmäßigen Lage zu sichern, kann man gegebenenfalls am äußeren Ende der Kontaktkammer geeignete, um ein gewisses Maß in den Spalt zwischen den Schenkelenden eingreifende Anschläge od. dgl. aus Isoliermaterial vorsehen. Das der Halterung abgekehrte Ende des Heizstabes ist frei tragend. Es steht jedoch nichts entgegen, dieses Ende im Bedarfsfall zur Verhinderung von Durchbiegungen des Stabes auf ein Widerlager aufzulegen, was an der entsprechenden Ofenwand vorzusehen ist.In order to allow the insertion of the leg ends into the contact chamber in the proper position secure, you can optionally at the outer end of the contact chamber suitable to a certain Measure in the gap between the leg ends engaging stops or the like made of insulating material provide. The end of the heating rod facing away from the bracket is self-supporting. However, there is nothing on the other hand, this end if necessary to prevent deflection of the rod on one Put on abutments, which is to be provided on the corresponding furnace wall.

Claims

PATENT CLAIM:

Heating device for electrical resistance furnaces, in particular melting furnaces, in which the or the resistance elements made of graphite, carbon or similar material approximately hairpin-shaped and the free ends, isolated from one another, of the in go spaced parallel to each other with a small distance, but excluding flashovers Leg on a contact head provided with connections for power supply and discharge are stored, which consists of two in the plane approximately perpendicular to the plane by the two legs lengthwise divided and against each other isolated halves is formed, characterized in that both free ends of the massive leg easily detachable in one provided on the same furnace side wall, the as Plug-in ends formed leg ends adapted, chamber-shaped contact head are clamped, the two halves of which are spring-loaded coupling elements generating the necessary contact pressure are held together.

Documents considered: German Patent No. 734972.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings