EP0042602A1 - Anordnung der Heizelemente in einem elektrisch beheizten Ofen - Google Patents
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- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
- F27D11/00—Arrangement of elements for electric heating in or on furnaces
- F27D11/02—Ohmic resistance heating
Definitions
- the invention relates to an electrically heated furnace with a furnace chamber, on the vertical inner walls of which rod-shaped heating elements lie horizontally parallel one above the other, the ends of the heating elements being supported on supporting devices which are provided with trough-shaped depressions and are made of refractory material.
- An electrically heated furnace of the type described, designed as a continuous retort furnace, is known from DE-OS 2 754 034. Because of the low overall height of the retort heating chamber, only two heating elements were stacked in parallel on the side walls of this oven. The main heating output was applied to the floor and ceiling. The laterally arranged heating conductors in the prior art furnace were in E-shaped supporting stones. Such support stones can not be provided with any number of troughs because of the thermal expansion and high production costs.
- the task is to provide the side walls in a simple manner with numerous, basically any number of rod-shaped heating elements which are horizontally parallel one above the other.
- the state of the art is related to a problem Solution to call the DE-PS 372 789, which describes an electrically heated furnace with interchangeable, rod-shaped heating elements, heating plate elements, in the grooves of which there are resistance conductors, rest on heads of double-T-shaped rail pieces, which can be freely moved with their feet in store the grooves running through the furnace walls.
- the latter furnace has the disadvantage, however, that the rail pieces can only be stored in very solid material.
- the suitable materials, such as chamottes are relatively expensive and, in particular, require high hourly outputs for installation (brickwork) and dismantling if there are signs of wear.
- the supporting devices form columns which have troughs at fixed intervals, which preferably correspond to the height of the element, in which the heating elements rest at a distance from each other.
- the support elements also do not require a load-bearing connection to the wall. Only with larger stack heights is it necessary to prevent the columns from collapsing by installing a connecting strut to the external furnace frame.
- stiffening elements such as bolts or bars
- the individual elements are therefore preferably provided with bores and / or grooves which are aligned in the stack.
- Such grooves preferably provided on the side facing away from the interior of the furnace, also serve as cable ducts for the feeds of the power lines.
- Particularly suitable heating elements are those which have already been described in the aforementioned DE-OS 2 754 034, namely tubular elements on which a resistance wire is loosely wound in a spiral form.
- the support elements are made of a highly refractory material based on chamotte with admixtures of aluminum and zirconium oxides. Such a material is commercially available, for example, under the trademark "LUCARIET” from Nederlandse Keramische Bedrijven.
- Various geometric shapes are suitable as supporting stones.
- Individual elements are preferably used which have an essentially L-shaped or T-shaped base side, a trough-shaped depression being worked into at least one of the walls (legs).
- the support element should preferably be shaped so that it can be made from deformable ceramic material in the pressing process and later fired. Aligned holes and / or grooves can also be embedded later in the stack. In these recesses stiffening elements such as rods and the like can then be pushed in or electrical lead wires inserted.
- the side walls of the furnace can thus also consist of non-load-bearing insulating material, for example pressed fiber material and the like, which is much cheaper to install than refractory stone material, as has been used in particular in the furnace according to DE-PS 372 789.
- an oven according to the invention is shown in section. It is a stationary single-chamber heat treatment furnace for discontinuous operation.
- the exterior of the furnace is roughly cuboid in shape; Inlet doors are not shown.
- one of the walls can be moved separately from the others, so that the entire height of the furnace can be used as an inlet height.
- the closed heating part 1 of the furnace rests on a base 2.
- the external strength of the furnace is essentially conveyed by a framework 3, which ends in a base frame 4 in the region of the base 2.
- the struts of the base frame are connected to one another by a base plate 5, on which a fixed first insulating layer 6 and fixed second and third insulating layers 7, 8 are first placed.
- the insulating layers consist of various fire-resistant insulating stones.
- spaced columns 10, 10 ', 11, 11' are placed, which consist of individual elements 12, which are layered into a stack.
- the columns 10, 10 ' have a distance which is determined by the length of the heating elements 14, 15.
- the latter are made as round hollow rods made of highly refractory material and wrapped with loosely wound heating wire spirals.
- the ends of the heating elements 14, 15 are supported in the individual elements 12, the latter thus forming support devices. For this purpose, they are provided with trough-shaped depressions 16 and 16 '(see FIG. 4).
- An essential property of the individual elements or supporting devices 12 is that they are all designed identically to one another, can be produced as a body from ceramic mass in the pressing process and can be used in a stack 10, 10 'on the left and on the right without change. According to FIG. 1, for example, ten individual elements 12 can be stacked one above the other without further ado. In the case shown, an interruption is then installed to guide a strut 18 to the outside, with the help a screw connection and latching the column, which is stacked higher, is prevented from collapsing.
- the wall insulation of the furnace is formed from fiber insulation material, ie from a non-load-bearing material; in the present case it is cut, ceramic fibers, in which the sections of the fibers point in the direction of the heating source or are matted together.
- the fibers consist of a mixture of aluminum and silicon oxides. For higher thermal loads, they can also be made from zirconium oxide or from Al 2 0 3 or Zr0 2 mixtures. This allows temperatures up to 1400 ° C to be managed.
- the rigidity and load-bearing capacity of the insulating part is guaranteed by the scaffolding and binder construction on which the insulating material is held. This is preferably done by bolts which are guided through the frame and are provided with pressure disks. It is essential that the columns of the support elements rest only on the floor and that their weight does not have to be held by the wall of the furnace.
- FIG. 4 shows a perspective view of a heating element or a support device, as used in the furnace according to the invention.
- the single element 12 is made in one piece from a refractory material which is pressed as a single piece. The individual parts are then burned.
- Conductor guide grooves 22, 22 ' are embedded in the wall of the L-shaped individual element on the side facing away from the heating elements. It is thus possible to bring power supplies to the heating elements at any point along the height of the element stack, so that the furnace has, for example, different heating zones in height.
- a through hole 26 is provided in the kink area of the two legs 23, 24 of the individual element, in which, for example, a Temperature-resistant rod 25 can be used, which holds the stack as a single element.
- the individual element has a trough-shaped depression 16 which is part of an approximately oval depression 27 which is connected to an insert channel 28 leading to the outside.
- the insert channel 28 has a width so that the ends of the heating elements 14 can be inserted straight in and then inserted in the trough-shaped recess 16.
- the depression 27 is designed with two recesses 16, 16 ', so that the individual element 12 can also be turned upside down (right-left interchange).
- a retort furnace with a wall can also be provided with such heating element support devices. It is essential that the heating elements open up the possibility of accommodating numerous heating elements, regardless of the load-bearing capacity of the furnace walls, which enable uniform heating of the furnace interior.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft einen elektrisch beheizten Ofen mit einem Ofenraum, an dessen senkrechten Innenwänden stabförmige Heizelemente horizontal parallel übereinanderliegen, wobei sich die Enden der Heizelemente auf Tragvorrichtungen abstützen, die mit muldenförmigen Vertiefungen versehen sind und aus feuerfestem Material bestehen. ,
- Ein elektrisch beheizter Ofen der bezeichneten Art, ausgebildet als Durchlauf-Retortenofen, ist aus der DE-OS 2 754 034 bekannt. Wegen der geringen Bauhöhe der Retorten-Heizkammer lagen bei diesem Ofen an den Seitenwänden jeweils nur zwei Heizelemente parallel übereinander. Die Hauptheizleistung wurde am Boden und an der Decke aufgebracht. Die seitlich angeordneten Heizleiter beim Ofen gemäß Stand der Technik lagen in E-förmigen Tragsteinen. Derartige Tragsteine können aber wegen der Wärmeausdehnung und wegen hoher Produktionskosten nicht mit beliebig vielen Mulden versehen sein.
- Gegenüber dem bekannten Ofen stellt sich die Aufgabe, die Seitenwände in einfacher Weise mit zahlreichen, grundsätzlich beliebig vielen stabförmigen Heizelementen, die horizontal parallel übereinander liegen, auszustatten.
- Zum Stand der Technik ist in Bezug auf eine Problemlösung auch die DE-PS 372 789 zu nennen, die einen elektrisch beheizten Ofen mit auswechselbaren, stabförmigen Heizelementen beschreibt, wobei Heizplattenelemente, in deren Nuten Widerstandsleiter liegen, auf Köpfen von doppel-T-förmigen Schienenstücken ruhen, die mit ihren Füßen frei verschiebbar in den die Ofenwandungen durchlaufenden Nuten lagern. Der letztgenannte Ofen hat jedoch den Nachteil, daß die Lagerung der Schienenstücke nur in sehr festem Material erfolgen kann. Die dazu geeigneten Werkstoffe, beispielsweise Schamotte, ist jedoch relativ kostspielig und erfordert insbesondere hohe Stundenleistungen bei Einbau (Mauerung) und Abbau bei Verschleißerscheinungen.
- Gegenüber der letztgenannten Patentschrift stellt sich daher weiterhin die spezialisierte Aufgabe, einen Ofen der eingangs genannten Art zu bauen, bei dem das in der Ofenwandung liegende Isolationsmaterial aus nichttragenden, relativ wenig festem Material bestehen kann. Trotzdem soll der Ofen die Möglichkeit bieten, daß die Seitenwände eine gleichmäßige Beheizung aufweisen. Daneben soll nicht vernachlässigt werden, daß eine einfache Konstruktion es ermöglichen soll, bei Aufbau und Reparatur die Heizelemente in einfacher Weise auszuwechseln.
- Diese Aufgabe wird gelöst bei einem elektrisch beheizten Ofen der eingangs genannten Art, bei dem die Tragvorrichtungen, auf denen sich die Enden der Heizelemente abstützen, als stapelbare Einzelelemente ausgebildet sind, die, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme von Versteifungselementen, zu einer Säule stapelbar sind.
- Im Gegensatz zum eingangs zitierten Stand der Technik bilden die Tragvorrichtungen Säulen, die in festgelegten Abständen, die vorzugsweise der Höhe des Elementes entsprechen, Mulden aufweisen, in denen die Heizelemente in Abstand voneinander ruhen. Die Tragelemente benötigen auch keine tragende Verbindung mit der Wand. Lediglich bei größeren Stapelhöhen ist es erforderlich, das Zusammenfallen der Säulen dadurch zu verhindern, daß eine Verbindungsstrebe zu dem außenliegenden Ofengerüst eingebaut wird.
- Um den Stapel zu verfestigen, sind, wie bereits angedeutet, Versteifungselemente, wie Bolzen oder Stäbe, geeignet. Vorzugsweise sind daher die Einzelelemente mit Bohrungen und/oder Nuten versehen, die im Stapel fluchten. Derartige Nuten, vorzugsweise an der dem Ofeninneren abgewandten Seite angebracht, dienen auch als Kabelschächte für die Zuführungen der Stromleitungen. Als Heizelemente eignen sich insbesondere diejenigen, die auch bereits in der eingangs genannten DE-OS 2 754 034 beschrieben worden sind, nämlich röhrenförmige Elemente, auf die in Spiralform ein Widerstandsdraht locker gewickelt ist. Die Trageelemente bestehen aus einem hochfeuerfestem Material auf Schamotte-Basis mit Beimischungen von Aluminium- und Zirkon-Oxiden. Ein solches Material ist beispielsweise unter dem Warenzeichen "LUCARIET" der Firma Nederlandse Keramische Bedrijven im Handel.
- Als Tragsteine eignen sich verschiedene geometrische Formen. Vorzugsweise werden Einzelelemente verwendet, die eine im wesentlichen L- oder T-förmige Grundseite besitzen, wobei in wenigstens eine der Wandungen (Schenkel) eine muldenförmige Vertiefung eingearbeitet ist.
- Das Trageelement soll vorzugsweise so geformt sein, daß es im Preßverfahren aus verformbarer Keramikmasse hergestellt und später gebrannt werden kann. Hierbei können auch später im Stapel fluchtende Bohrungen und/ oder Nuten eingelassen sein. In diese Vertiefungen können dann Versteifungselemente, wie Stangen und dergleichen, hineingeschoben oder elektrische Leitungsdrähte eingelassen sein.
- Wesentlich ist, daß die aus Trageelementen sich zusammensetzenden Säulen auf der Basis des Ofens ohne tragende Verbindung mit der Wand ruhen. Damit können auch die Seitenwände des Ofens aus nichttragendem Isoliermaterial bestehen, beispielsweise gepreßtem Fasermaterial und dergleichen, welches wesentlich preisgünstiger einzubauen ist als feuerfestes Steinmaterial, wie es insbesondere bei dem Ofen gemäß DE-PS 372 789 verwendet worden ist.
- Weitere Eigenschaften des Ofens gemäß Erfindung werden an Ausführungsbeispielen erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Die Figuren der Zeichnung zeigen:
- Figur 1 einen mit Heizelementen bestückten Glühofen;
- Figur 2 einen Schnitt durch den Ofen gemäß Figur 1 entlang der Linie A ... A;
- Figur 3 einen Schnitt längs einer horizontalen Ebene durch den Ofen gemäß Figur 1;
- Figur 4 in perspektivischer Darstellung ein Trageelement zur Halterung der Heizelemente.
- In Figur 1 ist ein Ofen gemäß Erfindung im Schnitt dargestellt. Es handelt sich um einen stationären Einkammer-Wärmebehandlungsofen für den diskontinuierlichen Betrieb. Der Ofen hat äußerlich eine etwa quaderförmige Gestalt; Einlaßtüren sind nicht dargestellt. Hierzu kann beispielsweise eine der Wandungen getrennt von den übrigen verfahrbar sein, so daß die gesamte Höhe des Ofens als Einlaßhöhe genutzt werden kann.
- Der geschlossene Heizteil 1 des Ofens ruht auf einer Basis 2. Die äußere Festigkeit des Ofens wird im wesentlichen vermittelt durch ein Gerüst 3, welches im Bereich der Basis 2 in einem Fußgestell 4 endet. Die Streben des Fußgestells sind durch eine Bodenplatte 5 miteinander verbunden, auf die zunächst eine feste erste Isolierschicht 6 sowie feste zweite und dritte Isolierschichten 7, 8 aufgelegt sind. Die Isolierschichten bestehen aus verschiedenen feuerfesten Isoliersteinen.
- Auf dem durch die Isolierschichten 6 - 8 gebildeten Boden sind in Abstand stehende Säulen 10, 10', 11, 11' gestellt, die aus Einzelelementen 12 bestehen, die zu einem Stapel geschichtet sind. Wie insbesondere aus den Figuren 2 und 3 zu erkennen ist, haben die Säulen 10, 10' einen Abstand, der durch die Länge der Heizelemente 14, 15 bestimmt ist. Letztere sind als runde Hohlstäbe aus hochfeuerfestem Material gefertigt und mit lose gewickelten Heizdrahtspiralen umwickelt. Die Enden der Heizelemente 14, 15 stützen sich in den Einzelelementen 12 ab, wobei letztere also Tragevorrichtungen bilden. Hierzu sind sie mit muldenförmigen Vertiefungen 16 bzw. 16' versehen (vgl. Figur 4).
- Wesentliche Eigenschaft der Einzelelemente bzw. Tragvorrichtungen 12 ist, daß diese untereinander alle gleich gestaltet sind, als Körper aus keramischer Masse im Preßverfahren herstellbar sind und sowohl in einem links- als auch rechtsliegenden Stapel 10, 10' ohne Änderung verwendet werden können. Gemäß Figur 1 können beispielsweise ohne weiteres zehn Einzelelemente 12 übereinander gestapelt werden. Im dargestellten Fall ist dann eine Unterbrechung eingebaut, um eine Strebe 18 nach außen zu führen, wobei mit Hilfe einer Verschraubung und Einrastung die weiter höher gestapelte Säule vor einem Zusammenfallen bewahrt wird. Die Wand-Isolation des Ofens wird aus Faserisoliermaterial gebildet, d. h. aus einem nichttragendem Material; im vorliegenden Falle handelt es sich um geschnittene, keramische Fasern, bei denen die Fasern mit ihren Abschnitten in Richtung der Heizquelle zeigen oder untereinander verfilzt sind. Die Fasern bestehen aus einem Gemisch von Aluminium- und Siliziumoxiden. Für höhere Wärmebeanspruchung können sie auch aus Zirkonoxid oder aus Al 203oder Zr02-Gemischen hergestellt sein. Damit können Temperaturen bis 1400° C bewältigt werden. Die Steifigkeit und die Tragfähigkeit des Isolierteiles wird durch die Gerüst- und Binderkonstruktion gewährleistet, an der das Isoliermaterial gehalten ist. Dies geschieht vorzugsweise durch durch das Gerüst hindurchgeführte Bolzen, die mit Andrückscheiben versehen sind. Wesentlich ist, daß die Säulen der Trageelemente lediglich auf dem Boden ruhen und daß ihr Gewicht nicht von der Wandung des Ofens gehalten werden muß.
- Figur 4 zeigt in perspektivischer Darstellung ein Heizelement bzw. eine Tragvorrichtung, wie sie bei dem Ofen gemäß Erfindung Verwendung findet. Das Einzelelement 12 besteht einstückig aus einem feuerfestem Material, das als Einzelstück gepreßt ist. Die einzelnen Teile werden anschließend gebrannt. In die Wandung des L-förmigen Einzelelementes sind dabei auf dem den Heizelementen abgewandten Seiten Leiter-Führungsnuten 22, 22' eingelassen. Es ist damit möglich, entlang der Höhehes Elementstapels an jeder beliebigen Stelle Stromzuführungen zu den Heizelementen zu bringen, so daß der Ofen beispielsweise in der Höhe verschiedene Heizzonen besitzt. Im Knickbereich der beiden Schenkel 23, 24 des Einzelelementes ist eine durchgehende Bohrung 26 vorgesehen, in der beispielsweise ein temperaturfester Stab 25 eingesetzt werden kann, der den Stapel als Einzelelement hält. Selbstverständlich ist möglich, statt einer Bohrung 26 auch mehrere vorzusehen. Gleiches gilt für die dargestellten Nuten 22, 22'. Ferner können auch quer zur Grundfläche liegende Nuten oder Bohrungen vorgesehen sein, um die Drahtzuführung zu gewärleisten. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß es günstiger ist, beim Zusammenbau an bestimmten Stellen mit einem Steinbohrer nachträglich Bohrungen wie gewünscht anzubringen. Auch sind andere Herstellungsverfahren für die Einzelstücke möglich, z. B. Strangpreßverfahren mit Nachbearbeitung.
- Das Einzelelement weist, wie bereits kurz erwähnt, eine muldenförmige Vertiefung 16 auf, die Teil einer etwa ovalen Senke 27 ist, die mit einem nach außen führenden Einsatzkanal 28 verbunden ist. Der Einsatzkanal 28 hat eine Weite, so daß die Heizelemente 14 mit ihren Enden gerade eingeschoben werden können und dann in der muldenförmigen Vertiefung 16 einzulegen sind. Dabei ist die Senke 27 mit zwei Vertiefungen 16, 16' ausgestaltet, so daß das Einzelelement 12 auch auf den Kopf gestellt werden kann (Rechts-Links-Vertauschung).
- An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß anstelle eines diskontinuierlich arbeitenden Kammerofens auch ein Retortenofen mit Wand mit derartigen Heizelement-Auflage-Vorrichtungen versehen werden kann. Wesentlich ist, daß die Heizelemente die Möglichkeit eröffnen, ohne Rücksicht auf die Tragfähigkeit der Ofenwandungen zahlreiche Heizelemente unterzubringen, die eine gleichmäßige Beheizung des Ofeninneren ermöglichen.
- Darüber hinaus ist selbstverständlich auch möglich, Boden und Decke mit Heizelementen zu bestücken. Hierfür sind beispielsweise Aufhängemöglichkeiten bekannt, die der eingangs genannten Offenlegungsschrift 2 754 034 entnommen werden können. Die Auflage- und Heizelemente können auch in einfacher Weise eingebaut und ausgewechselt werden, wobei es lediglich erforderlich ist, daß das Versteifungselement aus dem Stapel herausgezogen wird und dieser dann bis zu einer bestimmten Höhe abgebaut wird.
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