DE1127009B

DE1127009B - Verfahren zur Beheizung elektrischer Widerstandsoefen u. dgl. und Widerstandsoefen zur Durchfuehrung des Verfahrens

Info

Publication number: DE1127009B
Application number: DEA32857A
Authority: DE
Inventors: Anders Ewert Malm
Original assignee: Kanthal AB
Current assignee: Kanthal AB
Priority date: 1958-09-22
Filing date: 1959-09-14
Publication date: 1962-04-05
Also published as: GB868442A; US3092681A; GB925899A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Beheizung elektrischer Widerstandsöfen, vorzugsweise zur Wärmebehandlung von Material, das bei hohen Temperaturen oder bei Temperaturwechsel feste oder flüssige Teilchen absondert, unter Verwendung von Widerstands-Heizelementen, die Silizium enthalten, an denen sich unter Einwirkung des Sauerstoffes der Luft bei starker Erhitzung eine hauptsächlich aus Siliziumdioxyd bestehende Oberflächenschicht bildet.

Man hat bereits vorgeschlagen, für Öfen, die für höhere Temperaturen als 1000° C und vorzugsweise für Temperaturen über 1400° C bestimmt sind, Widerstands-Heizelemente zu verwenden, die im pulvermetallurgischen Verfahren hauptsächlich aus hitzebeständigen Suiziden hergestellt worden sind. Vor allem verwendet man hierbei Molybdän-silizid, MoSi₂, mit etwaigen Resten von Oxyden, Karbiden oder Boriden, wobei als Metallatom außer Molybdän ein oder mehrere der Elemente Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr und W in Frage kommen können. Bei starker Erhitzung bildet sich an solchen Widerstands-Heizelementen durch die Einwirkung des Luftsauerstoffes eine oberflächliche Schicht von Siliziumdioxyd, die bei der hohen Sinterungstemperatur bei der Herstellung plastisch wird und eine gasdichte Haut bildet, welche ein weiteres Oxydieren des Inneren des Heizelementes bei dessen Gebrauch verhindert.

Es ist weiter bekannt, die Heizelemente haarnadelförmig auszubilden und im Boden eines Ofens stehend oder von den Seitenwänden in den Ofenraum anzuordnen.

Heizelemente dieser Art können in Öfen Verwendung finden, in denen Blöcke oder Knüppel, vorzugsweise aus Stahl, auf so hohe Temperaturen erhitzt werden, daß die meisten Stahlsorten abblättern, wobei die abgeblätterten Teilchen oft von der Oberfläche des Knüppels herausgeschleudert werden oder im Ofenraum als feiner Staub umherschweben. Die feinen Teilchen, die dabei die Elemente treffen, können die schützende Siliziumdioxydschicht dadurch beschädigen, daß sie daran festkleben und mit der Schicht reagieren, wobei deren Schutzwirkung meistens stark herabgesetzt wird. Da sich daraus eine Verminderung der Lebensdauer der Heizelemente ergibt, ist es wünschenswert, diese Wirkung des Abblättern der Knüppel unschädlich zu machen.

Auch beim Glühen von anderem Gut, wie Glas, Keramik und Chemikalien oder sogar von den Ziegeln des Ofens selbst, können für solche siliziumhaltige Heizelemente schädliche Teilchen gebildet werden.

Verfahren zur Beheizung

elektrischer Widerstandsöfen u. dgl.

und Widerstandsöfen zur Durchführung

des Verfahrens

Anmelder:

Aktiebolaget Kanthai,
Hallstahammar (Schweden)

Vertreter: Dipl.-Ing. K.-A. Brose, Patentanwalt,
Pullach bei München, Wiener Str. 1/2

Beanspruchte Priorität:

Schweden vom 22. September, 3. Dezember 1958
und 6. Februar 1959 (Nr. 8874, Nr. 11 200 und Nr. 1151)

Anders Ewert Malm, Hallstahammar (Schweden),
ist als Erfinder genannt worden

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Wirkung dieser Teilchen auf die Heizelemente stark einzuschränken oder ganz zu verhindern und damit deren Lebensdauer wesentlich zu verlängern. Erreicht wird dies nach der Erfindung dadurch, daß die Erhitzung mittels an sich bekannter, im wesentlichen senkrecht hängender Heizelemente erfolgt und daß die Heizelemente mit derart hohen Temperaturen betrieben werden und eine so gewählte Zusammensetzung haben, daß die hauptsächlich aus Siliziumdioxyd bestehende Oberflächenschicht schmelzfließend wird und dabei unter steter Neubildung derselben langsam nach unten fließt, während der Überschuß gleichzeitig das Element als Tropfen verläßt, derart, daß an der Oberfläche der Elemente anhaftende Verunreinigungen entfernt werden.

Es ist dabei zweckmäßig, die Heizelemente mit einer Temperatur von mindestens 1500° C und vorzugsweise mit einer Temperatur von mindestens 1600° C zu betreiben.

Eine zweckmäßige Ausführungsform eines Widerstandsofens zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstands-Heizelemente aus an sich bekannten, im wesentlichen haarnadelförmigen und vorzugsweise auf pulvermetallurgischem Wege im wesentlichen aus Molybdän-silizid, MoSi₂, herge-

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stellten Heizelementen bestehen, die so angeordnet sind, daß ihre Glühzone im Ofenraum senkrecht herabhängt und deren zwei Zuleiter in geringem Abstand voneinander zur Außenseite des Ofens so hinausgeführt sind, daß die Heizelemente während des Betriebes einzeln austauschbar sind.

Die Heizelemente können außer MoSi₂ auch andere Metalle oder Oxyde enthalten, die bei der Oxydierung der Elemente in ein oxydisches Material übergehen, das mit SiO₂ zusammen die schmelzfließende Oberflächenschicht an den Heizelementen bildet. Hierbei können die Heizelemente aus MoSi₂ und einem keramischen Bindemittel bestehen, das ganz oder teilweise bei der Sinterung der Elemente aus einem leicht schmelzbaren Lehm, z. B. Bentonit, entstanden ist. Die Verwendung eines leicht schmelzbaren Lehms als Bindemittel für Mo Si., ist besonders vorteilhaft, da die Schutzschicht der Heizelemente dadurch eine solche Zusammensetzung erhält, daß sie wegfließen kann, ohne die Schutzwirkung gegen eine Oxydierung zu beeinträchtigen.

Eingebaut werden die Widerstands-Heizelemente zweckmäßigerweise so, daß sie durch die Wände mit ihrer Glühzone an der Innenseite der Ofenwand entlang im wesentlichen senkrecht herabhängen und mit ihren beiden Zuleitern durch die Ofenwand hindurchgehend eingeführt sind. In der Übergangszone zwischen der Glühzone und den Zuleitern können die Heizelemente abgewinkelt sein, so daß die Glühzone und die Zuleiter gerade sind. Beim Einbau in die Ofenwände kann es sich als zweckmäßig erweisen, die Einlaßöffnungen größer zu machen, als zur Einführung der Heizelemente unbedingt erforderlich ist, und die Öffnung zum Teil mit einer Gußmasse so auszufüllen, daß eine oder mehrere Seite an Seite gelegenen EMaßlöcher für die Heizelemente und die sie umgebenden Formziegel entstehen.

Öfen der genannten Konstruktion können insbesondere als Tiefofen ausgeführt werden. Es ist an sich nicht neu, Tiefofen auf elektrischem Wege zu erhitzen. So ist ein elektrisch beheizter Tiefofen bekannt, dessen Ofenraum Rinnen aufweist, in denen Stränge von Petrolkoks ruhen, deren Enden über starke Kohleelektroden an eine Stromquelle mit relativ niedriger Spannung angeschlossen sind. Der dadurch entstehende Strom in der Größenordnung von 3000 bis 7000 Ampere bringt diese Stränge zum Glühen, wobei das Material selbstverständlich durch Oxydation verzehrt wird. Es muß daher jeder Strang genauestens überwacht und bei Bedarf nachgefüllt werden, welcher Vorgang in der Woche mehrmals oder sogar täglich vorgenommen werden muß.

Da man in jedem Ofen üblicherweise nur einen oder zwei Petrolkoksstränge verwendet, wird das Netz unsymmetrisch belastet. Da weiterhin der Widerstand der Koksstränge im Betrieb stark schwankt, müssen Regeltransformatoren, d. h. während des Betriebes umschaltbare Transformatoren, verwendet werden. Zu diesen schwerwiegenden Nachteilen kommt noch dazu, daß man besonders bei Tiefofen mit mehreren in einer Reihe liegenden Wärmemulden die Koksstränge sich durch sämtliche Mulden erstrecken läßt, so daß längs des ganzen Stranges dieselbe Leistung abgegeben wird, auch wenn eine oder mehrere Mulden nicht beschickt werden. In diesem Fall kann bei den nicht beschickten Mulden eine Überhitzung der Ofenwände und des Ofendachs auftreten. Es folgt auch daraus, daß der gesamte Ofen mit ziemlich hoher Leistung arbeiten muß, bis der letzte Gußblock beispielsweise vor einer Reparaturarbeit herausgenommen worden ist, so daß in der letzten Zeitspanne der Ofen mit sehr schlechtem Wirkungsgrad arbeitet.

Die genannten Nachteile können durch Verwendung der erfindungsgemäßen Widerstands-Heizelemente vermieden werden, da sich diese im Betrieb nicht ändern, während des Betriebes von außen ausgetauscht und gruppenweise für einzelne Mulden zusammengefaßt werden können, so daß sie unabhängig voneinander geregelt werden können.

Bei einem solchen elektrisch geheizten Tiefofen ist es mit Rücksicht auf das Schlackenbildungsproblem zweckmäßig, um einen kontinuierlichen Betrieb über eine längere Zeitspanne zu ermöglichen, die für die Gußblöcke vorgesehenen Unterlagen am Ofenboden auf erhöhten Absätzen vorzusehen, um die herum ziemlich tiefe Schlackentaschen gebildet werden, die durch in den Ofenwänden ausgesparte Reinigungskanäle von außen her zugänglich sind.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der

Zeichnungen näher erläutert, in denen eine Anzahl von Ausführungsbeispielen dargestellt sind. Es zeigt Fig. 1 einen vertikalen Längsschnitt durch einen Teil eines Tiefofens,

Fig. 2 einen der Fig. 1 entsprechenden Horizontalschnitt,

Fig. 3 einen Querschnitt durch den Ofen der Fig. 1, Fig. 4 einen senkrechten Schnitt durch einen Teil eines Tiefofens, dessen Heizelemente in die Ofenwand eingesetzt sind und diese durchragen,

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V in Fig. 4, Fig. 6 ein Element in schematischer perspektiver Darstellung,

Fig. 7 einen geänderten Teil des Tiefofens nach Fig. 4,

Fig. 8 einen erfindungsgemäßen Wärmeofen für kontinuierlichen Betrieb im Querschnitt,
Fig. 9 einen Längsschnitt durch einen Teil des in Fig. 8 gezeigten Ofens,

Fig. 10 einen der Fig. 9 entsprechenden Grundriß,

Fig. 11 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäß ausgeführten Herdschmelzofen,
Fig. 12 einen Längsschnitt durch den in Fig. 10 dargestellten Herdschmelzofen,

Fig. 13 einen senkrechten Querschnitt durch einen Teil des Ofens nach der Erfindung, der als Kanalofen mit sechzehn Kanälen ausgeführt ist,
Fig. 14 einen Teil des Ofens nach Fig. 3 in vertikalem Längsschnitt,

Fig. 15 einen Horizontalschnitt durch einen Teil des Ofens nach Fig. 13 und 14,

Fig. 16 einen Vertikalschnitt durch einen Drehherdofen,

Fig. 17 einen Querschnitt durch einen Hochtemperaturofen nach der Erfindung,

Fig. 18 einen senkrechten axialen Längsschnitt durch einen Teil desselben Ofens,
Fig. 19 einen axialen Horizontalschnitt durch den in Fig. 18 gezeigten Ofenteil.

Der in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Tiefofen ist mit zwei nebeneinanderliegenden Straßen von Wärmemulden 20 ausgeführt, wobei eine jede Straße bei-6g spielsweise zehn Mulden enthält, so daß die Beschickungskapazität zwanzig Gußblöcke beträgt. Der Ofen ist insbesondere zur Erhitzung von Gußblöcken auf Walztemperatur vorgesehen, wobei die

Arbeitstemperatur zweckmäßig etwa 1300° C beträgt. Die Gußblöcke werden von oben her in die Wärmemulden 20 eingeführt, die zu diesem Zweck nach oben offen und durch je einen starken Deckel 21 verschlossen sind. Diese Deckel 21 können hochgehoben und mit Hilfe einer Traverse 22 seitlich verschoben werden (s. Fig. 1 und 3). Diese Traverse lauft auf Schienen am Ofen entlang und ist mit zwei Hebevorrichtungen 23 und 24, nämlich eine für jede Reihe von Deckeln 21, versehen. In die Wärmemulden 20 werden die nicht gezeigten Gußblöcke auf Unterlagen 25 aufgestellt, die aus einem zweckmäßigen Material gegossen sind.

Zur elektrischen Erhitzung verwendet man gemäß der Erfindung eine große Anzahl Widerstands-Heizelemente 26, die voneinander unabhängig in den Ofenraum so eingeführt sind, daß sie nach Wunsch von der Außenseite des Ofens her einzeln austauschbar sind, während der Ofen in Betrieb ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel bestehen die Widerstands-Heizelemente 26 aus zwei parallelen, in ziemlich geringer Entfernung voneinander angeordneten und durch ein gemeinsames Loch in der Ofenwand hindurchgeführten Zuleitern 26,4 und einer im wesentlichen haarnadelförmigen, ganz oder zum großen Teil aus Molybdändisilizid, MoSi₂, bestehenden Glühzone 26 B, die entlang der Innenseite der Ofenwand herabhängt. Durch diese Anordnung werden mehrere Vorteile erzielt, auf die im einzelnen in der folgenden Beschreibung näher eingegangen wird.

Obwohl dieses nicht in den Zeichnungen dargestellt ist, können gemäß der Erfindung auch Elemente verwendet werden, die einen rohrmantelförmigen Zuleiter- und Glühzonenteil und einen in diesem angeordneten stangen- oder rohrförmigen Rückleiterteil aufweisen, wobei die beiden Bestandteile des Heizelementes beispielsweise durch eine dazwischenliegende Oxydschicht voneinander elektrisch isoliert und am einen Ende des Heizelementes miteinander verbunden sind, während sie am anderen Ende so ausgeführt sind, daß sie an je eine Stromversorgungsschiene angeschlossen werden können.

Da zwischen den Elementen untereinander an der Innenseite längs der Ofenwände keine Strom-Versorgungsschienen oder Verbindungen vorhanden sind, können ungehindert zwischen den Glühzonen der Elemente senkrechte Stege 27, 28 angebracht werden, die den Zweck haben, mechanische Beschädigungen der Glühzonen zu verhindern.

Die Widerstands-Heizelemente in dem erfindungsmäßigen Ofen können entsprechend dem Ofenbau in zweckmäßigster Weise angeschlossen werden. Somit kann man beispielsweise die Elemente 26 in je vier nebeneinanderliegende Wärmemulden 20 enthaltende Gruppen aufteilen, wobei eine jede dieser Gruppen für sich gesteuert wird. Die Heizelemente können dabei je nach der Spannung der Stromquelle und der Dimensionierung der Heizelemente innerhalb der betreffenden Gruppe in jeder gewünschten Weise zusammengeschaltet sein. Da der Widerstandswert der Heizelemente während des Betriebes konstant ist — im Gegensatz zu der Verwendung von Petrolkokssträngen —, benötigt man keinen Regeltransformator, sondern es genügt ein üblicher Transformator, und man kann die Ofentemperatur durch ein einfaches Ein- und Ausschalten der Heizelemente der betreffenden Gruppe mit Hilfe von Schützen od. dgl.

steuern. Ferner brauchen selbstverständlich nicht sämtliche Elementgruppen auf dieselbe Weise gesteuert zu werden, weshalb die Wärmemulden einer jeden Gruppe ohne Rücksicht auf die Betriebsverhältnisse der übrigen Gruppen von Wärmemulden auf die jeweils gewünschte Temperatur eingestellt werden können. Dadurch wird ein in jeder Hinsicht wirtschaftlicher Betrieb erzielt.

Heizelemente der vorstehend beschriebenen Art verlangen eine niedrigere Anlaßspannung. Da jedoch jede Elementgruppe mehrere Heizelemente enthält, kann diese niedrige Anlaßspannung leicht hergestellt werden, indem man die Elemente in Reihe schaltet, so daß man den gewünschten Spannungsabfall erhält.

Die Erhitzung des Tiefofens mit Hilfe der erfindungsgemäßen Heizelemente stellt eine bedeutende Verbesserung gegenüber dem bisherigen Stand der Technik dar und bedeutet schon an und für sich einen großen Fortschritt, wenn man einen mehr oder weniger kontinuierlichen Betrieb von öfen der erwähnten Art erreichen will. Sie ist jedoch zu dem letztgenannten Zweck nicht allein ausreichend. Bei Betrieb eines Tiefofens dieser Art sammelt sich nämlich am Ofenboden eine bedeutende Menge Schlacke an, die unter anderem aus Schalen und Oberflächenteilchen besteht, die von den Gußblöcken während der Erhitzung abblättern. Diese Schlacke kann nach längerem Betrieb des Ofens Betriebsstörungen verursachen, beispielsweise durch Kurzschluß zwischen den Heizelementen od. dgl. Hierdurch würde es sich unter Umständen — auch wenn die Elemente unbeschädigt sein sollten — als notwendig erweisen können, den Ofen auszuschalten und zur Abkühlung zu bringen, damit die Schlacke entfernt werden kann.

Gemäß der Erfindung wird dieser Übelstand dadurch beseitigt, daß die Auflageflächen am Ofenboden auf erhöhten Absätzen 29 angeordnet sind, um die sich ziemlich tiefe Schlackentaschen 30 bilden, die durch in den Ofenwänden ausgesparte Reinigungskanäle 31 von außen her zugänglich sind. Diese Kanäle sind normalerweise durch eingefügte Steine 32 aus feuerfestem Material sowie mittels geeigneter Türen 33 abgeschlossen. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, kann man hierbei zwei Kanäle von einander benachbarten Wärmemulden nach außen hin zusammenlaufen lassen, so daß diese durch eine gemeinsame Türe 33 zugänglich sind. Auf diese Weise kann der Ofen bei jeder gewünschten Gelegenheit während des Betriebes von Schlacken gereinigt werden, wodurch eine bessere Ausnutzung des Ofens ermöglicht wird. Wie aus Fig. 1 und 3 hervorgeht, sind die Heizelemente 26 nicht bis auf den Boden des Ofens heruntergezogen, was natürlich durch das Schlackenbildungsproblem bedingt ist.

Es sei erwähnt, daß die Erhitzung der Gußblöcke in dem Ofen gemäß der Erfindung durch Strahlung erfolgt, obgleich die Elemente mehrerer Wärmemulden nur an einer Wand entlang angebracht sind. Auf Grund des sehr hohen Temperaturniveaus im Ofen findet jedoch ein Temperaturausgleich derart statt, daß auch beispielsweise die tragende Zwischenwand 34 zwischen den beiden Reihen von Wärmemulden als Strahlungsfläche wirkt.

In dem Ofen nach Fig. 4 sind elektrische Heizelemente 35 in Haarnadelform oder im wesentlichen in Haarnadelform durch die Ofenwand 36 eingeführt, wobei die Glühzone 35 A derselben in der Hauptsache senkrecht entlang der Innenseite der Ofenwand

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36 herabhängt und die beiden Zuleiter 35 B derselben im Ofenraum. Dadurch wird oberhalb des nutzbaren durch die Ofenwand hindurchragen. Ofenraumes ein besonderer Erhitzungsraum gebildet,

Vorzugsweise bestehen die Elemente im wesent- der gewissermaßen der Gasstrahlungstiefe entspricht, liehen aus Molybdändisilizid, MoSi₂, wobei die die angestrebt wird, wenn man eine starke Wärme-Arbeitstemperatur bekanntlich bis zu 1600 bis 5 strahlung von Gasflammen wünscht. 1700° C betragen kann. In der gezeigten Ausführung Wie aus den Zeichnungen hervorgeht, sind die

sind die Heizelemente beim Übergang zwischen der Heizelemente 54 sowohl in der Längs- als auch in Glühzone 35^4 und den Zuleitern 35 B so abgewinkelt, der Querrichtung des Ofens über die ganze Gewölbedaß sie einen Winkel von etwa 120° einschließen. fläche in einem unter Berücksichtigung des erforder-Die Heizelemente können aber auch mehr oder io liehen Ofeneffektes berechneten Abstand untereinweniger abgewinkelt, z. B. in rechtem Winkel oder ander verteilt. Die beiden Anschlußenden 542Ϊ der auch beispielsweise bogenförmig sein. Wie in Fig. 7 Elemente ragen über die obere Seite des Ofendargestellt, können die Elemente auch vom Ofen- gewölbes hinaus und können in der für jeden Ofen gewölbe senkrecht herabhängend angeordnet sein. zweckmäßigsten Weise angeschlossen werden. Die Die Ofenwand ist mit Durchführungsöffnungen 37 15 Anschlüsse 40 B und Zuleiter sind für jede Sektion versehen, die größer sind, als für die Einführung der des Gewölbes 55 in einer besonderen Haube 56 anElemente unbedingt notwendig ist. Die Durchfüh- gebracht, die durch Wasserverschlüsse 57 nach außen rungsöffnungen 37 sind teilweise mit einer Gußmasse hin abgedichtet ist. An die verschiedenen Hauben 56 38 ausgefüllt, in der ein oder mehrere Seite an Seite des Ofens ist eine geeignete Druckluftquelle, z. B. gelegene Einführungslöcher 39 für die Elemente zo ein Ventilator 58, angeschlossen, wodurch ein gevorgesehen sind. Die Zuleiter 35 B der Elemente ringer Überdruck in der Haube aufrechterhalten ruhen in Nuten 40 in der Gußmasse 38 und in den werden kann, so daß sich Undichtigkeiten des Ofen-Formziegeln 41. Auf den Zuleitern und den Form- gewölbes nicht auswirken können, ziegeln 41 bzw. der Gußmasse liegen andere Form- Der Herdschmelzofen nach Fig. 11 und 12 ist bei-

ziegel42 und 43. Absätze 38^4 an der Gußmasse 38 25 spielsweise zum Schmelzen von Metall vorgesehen, verhindern, daß die inneren Ziegel 42 eines jeden das durch die Öffnung 59 eingeführt wird. Diese öff-Heizelementes in den Ofen herabgleiten. Das Her- nung ist normalerweise mit einer hochziehbaren ausnehmen der Elemente erfolgt leicht nach Lösung Türe 60 verschlossen. Das Material wird hierbei auf der Kontaktstücke 44 und der Elementhalter 45 den Herd 61 eines vorderen Ofenraumes 62 gebracht, durch Entfernung der Formziegel 41, 42 und 43. 30 der mittels Heizelemente 63 in grundsätzlich der-Beim Einsetzen der Heizelemente erfolgt deren Ab- selben Weise wie bereits unter Hinweise auf die dichtung und Festlegung dadurch, daß die genannten Fig. 8 bis 10 erwähnt, erhitzt wird. Das Metall Teile in umgekehrter Reihenfolge eingesetzt werden. schmilzt hierbei nach und nach und fließt durch die Die Formziegel 41, 42 und 43 sowie die Ausführung Öffnung 64 in eine Wanne 65, in der die Temperatur der Gußmasse werden selbstverständlich von Fall zu 35 des Bades durch elektrische Widerstands-Heiz-FaIl der Form der Heizelemente angepaßt. elemente 63, die in grundsätzlich derselben Weise

Der in Fig. 8 bis 10 gezeigte Wärmeofen, der als wie die oben erwähnten Heizelemente arbeiten, auf kontinuierlicher Heizofen für Schwingbalkenförde- einem geeigneten Wert gehalten wird. In das Bad in rung ausgeführt ist, ist am Boden 46 mit einem der Wanne 65 taucht eine Türe 66, welche zur Be-Schwingbalken 47 versehen, auf dem eine Anzahl 40 obachtung der Oberfläche des gesamten Bades nach Knüppel in an sich bekannter Weise dadurch ge- oben gezogen werden kann. Die Türe dient dazu, das fördert werden, daß der Schwingbalken in eine so- Bad zum größten Teil in die Wanne einzuschließen, genannte Viereckbewegung versetzt wird, wobei die so daß man bei jeder Gelegenheit eine gewünschte Knüppel 48 abwechselnd auf dem Schwingbalken 47 Metallmenge durch die Öffnung 67 herausnehmen und den Tragschienen 46^4, 46ß am Boden des 45 kann, die im Vergleich zur Gesamtgröße der Wanne Ofens liegen. Der Schwingbalken 47 ist gegenüber ziemlich geringe Größe aufweist, dem Ofenboden 46 durch Wasserverschlüsse 49 ab- Die Erfindung ist im vorhergehenden unter Bezug

gedichtet und wird durch in der Zeichnung nicht dar- auf die Verwendung von U-förmigen Elementen, gestellte Antriebsvorrichtungen in die genannte Vier- welche durch das Ofengewölbe eingeführt wurden eckbewegung versetzt. Die beiden Seitenwände 50 50 und von diesem herabhängen, beschrieben worden, und 51 des Ofens sind, wie besonders aus Fig. 8 Wenn auch die Verwendung solcher Elemente mit hervorgeht, etwas höher, als unter Berücksichtigung Rücksicht auf die Austauschbarkeit der Elemente des verwendeten Ofenquerschnittes in einem üblichen vorzuziehen ist, soll jedoch hervorgehoben werden, Ofen erforderlich ist. Der nutzbare Ofenquerschnitt daß die Erfindung keineswegs darauf beschränkt ist. wird in einem Ofen dieser Ausführung von der Größe 55 Die Erfindung kann nämlich auch bei Elementen der in Fig. 8 gestrichelt dargestellten Ofenöffnung jeder anderen Art Verwendung finden, unter der 52 bestimmt. Das Ofengewölbe besteht im vor- Voraussetzung, daß diese Elemente erfindungsliegenden Falle aus einer Anzahl in der Längs- gemäß so angeordnet sind, daß im Anschluß an den richtung des Ofens hintereinander gelegenen Sek- nutzbaren Ofenraum ein nur zur Erhitzung durch tionen, die an den Seitenwänden des Ofens durch 60 Strahlung vorgesehener Erhitzungsraum gebildet Wasserverschlüsse 53 nach außen hin abgedichtet wird, in welchem die elektrischen Widerstands-Heizsind. Durch das Ofengewölbe sind eine Anzahl in elemente arbeiten.

der Hauptsache haarnadelförmiger Widerstands- Der Ofen gemäß Fig. 13 bis 15 hat vier Kanäle 68,

Heizelemente 54 eingeführt, die in ihren wesentlichen die Seite an Seite in je einem der vier Kanalebenen Teilen aus Molybdändisilizid, MoSi₂, bestehen. Die 61 A, B, C, D angeordnet sind. Tragplatten 69 ruhen Elemente sind durch das Ofengewölbe einzeln ein- auf den Kanalböden 70 und können auf diesen in geführt, und ihre Glühzone 54 A (Fig. 8 und 9) er- Längsrichtung verschiebbar sein. Heizelemente 71 streckt sich bis auf eine verhältnismäßig große Tiefe (Fig. 15), vorzugsweise aus Molybdändisilizid, MoSi₂,

haben im wesentlichen haarnadelförmige Gestalt und sind in Reihen zwischen den Ofenkanälen 68 senkrecht herabhängend angebracht. Ziegelsockel 72 tragen die Kanalböden 70.

Die Heizelemente 71 sind im Gewölbe des Ofens austauschbar eingesetzt, wo sie auch ihren elektrischen Anschluß für die beiden Zuleiter haben.

Die beiden Anschlußenden 71B der Elemente gehen durch entsprechende Löcher der Durchführungsziegel 73 und eines Dichtungspfropfens 74, der zusammen mit dem Heizelement herausnehmbar eingesetzt ist.

Die Glühzone 71A der Elemente erstreckt sich durch alle Kanalebenen A bis D in Öffnungen 75 und hat eine fast freie Ausstrahlung zu den Ofenkanälen 68.

Wie dargestellt, sind die Elemente 71 derart angeordnet, daß sie den ganzen Ofenquerschnitt vertikal durchdringen, und die Elemente sind so verteilt, daß im gesamten Querschnitt eine ausreichend gleichmäßige Temperatur erzielt wird. Zu dem gleichen Zweck ist der Ofen zweckmäßig mit einer großen Anzahl unausgenutzter Elementlagen ausgeführt, in die Elemente 71 nach Wegnahme der Ziegel 76 eingeführt werden können.

Dem Schaltraum 77 an der Ofendecke wird eine gewisse Ventilationsluft zur Abkühlung der elektrischen Kontakte zugeführt. Er hat zusätzlich einen gut angepaßten Überdruck, beispielsweise von der Größenordnung einiger Millimeter Wassersäule, um den statischen Druck des Ofens, welcher durch den Höhen- und Temperaturunterschied im Ofen hervorgerufen wird, auszugleichen. Diesen Überdruck erzielt man durch einen geeigneten, an den Schaltraum 77 angeschlossenen Ventilator 78.

Der in Fig. 16 gezeigte Ofen ist mit einem Drehherd 79 versehen, der durch eine in der Zeichnung nicht gezeigte Antriebsvorrichtung kontinuierlich oder stufenweise bewegt wird. Der Drehherd ist mit zwei Auflagestufen 80 und 81 versehen, an denen die nicht gezeigten Gegenstände hintereinander aufgelegt werden. Hierbei werden die Gegenstände durch Löcher 82 und 83 eingeführt, die in zwei übereinander gelegenen Reihen in einem zusammen mit dem Drehherd 79 drehbaren Teil 84 der Ofenwand vorgesehen sind.

Oberhalb des Drehoerdes 79 ist gemäß der Erfindung ein Erhitzungsraum 85 vorgesehen, der im Vergleich zu einem Raum, dessen Heizelemente in üblicher Weise an Haken in der Ofenwand oder an dem Ofengewölbe aufgehängt oder in Nutenziegeln an den Ofenwänden angebracht sind, ein ziemlich großes Volumen aufweist. Im Erhitzungsraum 85 hängen die Glühzonen 86 .,4 im wesentlichen haarnadelförmiger, vorzugsweise zum großen Teil aus Molybdändisilizid, MoSi₂, hergestellter Widerstandselemente 86. Die Elemente 86 hängen durch das Ofengewölbe 87 herab und haben ihre beiden Zuleiter 86 B am oberen Ende. Weil die Elemente 86 in Haarnadelform ausgeführt sind und senkrecht durch das Ofengewölbe 87 herabhängen, sind sie, wie leicht zu verstehen ist, von der Oberseite des Ofengewölbes aus einzeln austauschbar.

Der von der Vertikalachse des Ofens radial äußerste Teil 88 des Ofengewölbes ist gegenüber der Horizontalebene nach innen geneigt angeordnet und reflektiert dadurch die Strahlung zum Drehherd 79 hin. Hierdurch wird die Wärmestrahlung auf den Teil des Ofens konzentriert, wo die Erhitzung erwünscht ist. Zum gleichen Zwecke ist zentral am Ofengewölbe ein konischer Vorsprung 89 angeordnet, dessen nach unten gerichtete Mantelfläche die Wärmestrahlung in Richtung des Drehherdes 79 reflektiert.

Der in Fig. 17 bis 19 gezeigte Hochtemperaturofen ist mit einer im wesentlichen zylindrischen Wand 90 und mit einer beliebigen Anzahl einander nachgeschaltete Sektionen 91 und 92, von denen nur zwei gezeigt werden, ausgeführt. Vor der Ofenöffnung 93 ist eine Rolle 94 vorgesehen, die auf einer in geeigneter Weise angetriebenen Welle 95 angebracht ist. Zwischen jeder Ofensektion ist in ähnlicher Weise eine Rolle 96 vorgesehen, die auf einer ebenfalls in geeigneter Weise angetriebenen Welle 97 angebracht ist. Die Rollen 94 und 96 sind in der gezeigten Ausführungsform mit Führungsnuten versehen, die eine gleichzeitige Förderung von drei langgestreckten rohr- oder stangenförmigen Körpern ermöglichen; es können jedoch jede andere Anzahl von Führungsnuten oder auch eine einzige vorhanden sein. Die Wellen 95 und 97 können beispielsweise mechanisch zusammengekuppelt sein, so daß sie durch einen gemeinsamen Antriebsmotor mit der gleichen Drehzahl getrieben werden, aber sie können auch von je einem Motor getrieben werden, wobei der synchrone Lauf dieser Motoren in geeigneter Weise gewährleistet wird. Die Rollen 94, 96 und die Wellen 95, 97 sind zweckmäßig mit einem zentralen Kanal zur Wasserkühlung versehen.

Wie dargestellt, weist der gesamte freie Raum einer jeden Sektion eine bedeutende Größe im Vergleich zu dem Raum auf, welcher nur für die Förderung des Gutes durch den Ofen benötigt wird. Dieser letztere Raum, welcher als der nutzbare Ofenraum 98 bezeichnet werden kann, ist zentral angeordnet, und seine Größe wird in einem Ofen dieser Ausführung durch die Größe der Ofenöffnung 93 bestimmt. Der nutzbare Ofenraum ist von einem die Glühzonen 99,4 der Elemente 99 enthaltenden Erhitzungsraum 100 umschlossen, der somit ein ziemlich großes Volumen im Verhältnis zum Volumen des nutzbaren Ofenraumes 98 aufweist.

Wie besonders deutlich aus Fig. 18 und 19 hervorgeht, sind die Heizelemente 99 am Ofen entlang mit einer unter Berücksichtigung der erforderlichen Ofenleistung berechneten gegenseitigen Entfernung verteilt. Die Heizelemente 99, die in der Hauptsaohe haarnadelförmig ausgebildet sind und im wesentlichen aus Molybdändisilizid, MoSi₂, bestehen, sind einzeln durch das Ofengewölbe hineingeführt, und ihre Glühzone 99 A hängt frei im Erhitzungsraum 100 herab. Zwischen den Gruppen von Heizelementen sind in den Ofenraum hineinragende Querstege 101 angeordnet, die die Heizelemente 99 gegen mechanische Beschädigung schützen, jedoch die freie Strahlung des Erhitzungsraumes 100 zum nutzbaren Ofenraum 98 hin nicht beeinträchtigen.

Die beiden Anschlußenden 99 B eines jeden Heizelementes ragen über die Oberseite der Ofendecke hinaus und sind an Stromversorgungsschienen in der für jedes Element zweckmäßigsten Weise anschließbar. Die Anschlußenden und Stromversorgungsschienen können in einer besonderen, nicht gezeigten Haube angebracht sein, an welche eine geeignete, nicht gezeigte Druckluftquelle angeschlossen sein kann, wodurch ein geringer Überdruck in der Haube

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aufrechterhalten werden kann, so daß ein Gasdurchtritt durch das Ofengewölbe verhindert wird.

Von bestimmten, entsprechend den hier erwähnten Arten aufgebauten Öfen wird üblicherweise eine große Produktion in Stundentonnen verlangt. Um dies zu ermöglichen, sind eine große Effektkonzentration und eine hohe Arbeitstemperatur notwendig. Bisher wurden diese Öfen daher mit Brennstoff in Gasform oder mittels Ölbrennern beheizt, da dies bisher die einzige Art war, in der die soeben genannten Forderungen im praktischen Betrieb erfüllt werden konnten. Dagegen sind solche Öfen nicht für elektrische Heizung ausgeführt worden, da man keine Möglichkeit gesehen hat, die Heizelemente so zu installieren, daß sie gleichzeitig eine große Effektkonzentration und hohe Heizelementtemperaturen ermöglichen. Als Beispiel kann genannt werden, daß man bei den bisher bekannten Ofenkonstruktionen, in denen Heizelemente dazu bestimmt waren, die Wärme hauptsächlich durch Strahlung zu übertragen, der Ansicht war, daß keine größere Leistungsdichte als 15 bis 20 kW/m² installiert wird. Ferner sei erwähnt, daß man in solchen Fällen, in denen elektrische Widerstands-Heizelemente in Öfen zur Verwendung gekommen sind, diese Heizelemente üblicherweise an in die Ofenwandung, d. h. in das Gewölbe, die Seiten oder den Boden, eingelassenen Haken aufgehängt oder auf Nutenziegeln in den Ofenwänden selbst angebracht hat. Die Heizelemente sind dabei während des Betriebs nicht austauschbar. Auch wenn sich die Heizelemente in gewissen Fällen in einiger Entfernung von der Ofenwand befinden, ist das Ergebnis einer solchen Anordnung der Heizelemente eine ausgesprochene Oberflächenerhitzung.

Dadurch, daß die Effektinstallation gemäß der Erfindung eine Tiefenwirkung erhält, bekommt man sozusagen ein Gegenstück zu derjenigen Gasstrahlungstiefe, die erstrebt wird, wenn man eine große Wärmestrahlung von Gasflammen wünscht. Gleichzeitig wird jede gewünschte Leistungsdichtekonzentration erreicht, ohne daß man die Ziegelschicht des Gewölbes (der Ofenwände) einer thermischen Überlastung aussetzt. Es verdient jedoch in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen zu werden, daß man gemäß der Erfindung immer noch das Prinzip der Strahlungsbeheizung beibehält und es sich somit im vorliegenden Falle nicht um die Beheizung handelt, die z. B. von Heißluftbatterien mit quer durch die Luftströmung verlaufenden Heizelementen her bekannt ist. In letzterem Falle findet die Wärmeübertragung im wesentlichen durch Konvektion bei ziemlich niedriger Temperatur statt.

Es ist verständlich, daß die Heizelemente in jedem der obengenannten Öfen gemäß dem Hauptprinzip der Erfindung mit so hohen Temperaturen arbeiten, daß die äußerliche Siliziumdioxydschicht schmelzfließend wird. Verunreinigungen, welche die Heizelemente treffen, werden daher zusammen mit der Oberflächenschicht automatisch zum unteren Teil der Elemente befördert, wo sie kleine Tropfen bilden, die das Heizelement verlassen. Infolgedessen wird eine automatische Reinigung der Heizelemente erzielt.

Die Erfindung ist vorstehend in der Hauptsache mit Bezug auf die Verwendung von Heizelementen beschrieben worden, die im wesentlichen aus Molybdändisilizid, MoSi₂, bestehen. Es ist jedoch klar, daß sie sich auch auf andere siliziumhaltige Elemente, z. B. solche aus Siliziumkarbid usw., bezieht.

Die Erfindung ist im vorhergehenden unter Hinweis auf gewisse bestimmte Ausführungsformen derselben beschrieben worden, aber es versteht sich, daß sie sich nicht hierauf beschränkt, da mehrere Modifikationen und Abänderungen der Einzelheiten im Rahmen der Erfindung möglich sind.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Beheizung elektrischer Widerstandsöfen, vorzugsweise zur Wärmebehandlung von Material, das bei hohen Temperaturen oder bei Temperaturwechsel feste oder flüssige Teilchen absondert, unter Verwendung von Widerstands-Heizelementen, die Silizium enthalten, an denen sich unter Einwirkung des Sauerstoffes der Luft bei starker Erhitzung eine hauptsächlich aus Siliziumdioxyd bestehende Oberflächenschicht bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung mittels an sich bekannter im wesentlichen senkrecht hängender Heizelemente erfolgt und daß die Heizelemente mit derart hohen Temperaturen betrieben werden und eine so gewählte Zusammensetzung haben, daß die hauptsächlich aus Siliziumdioxyd bestehende Oberflächenschicht schmelzfließend wird und dabei unter steter Neubildung desselben langsam nach unten fließt, während der Überschuß gleichzeitig das Element als Tropf en verläßt, derart, daß an der Oberfläche der Elemente anhaftende Verunreinigungen entfernt werden.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente mit einer Temperatur von mindestens 1500° C und vorzugsweise mindestens 1600° C betrieben werden.

3. Widerstandsofen zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstands-Heizelemente aus an sich bekannten, im wesentlichen haarnadelförmigen und vorzugsweise auf pulvermetallurgischem Wege im wesentlichen aus Molybdändisilizid, MoSi₂, hergestelten Heizelementen bestehen, die so angeordnet sind, daß ihre Glühzone im Ofenraum senkrecht herabhängt und deren zwei Zuleiter in geringem Abstand voneinander zur Außenseite des Ofens so hinausgeführt sind, daß die Heizelemente während des Betriebes einzeln austauschbar sind.

4. Widerstandsofen gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente außer MoSi₂ auch andere Metalle oder Oxyde enthalten, die bei der Oxydierung der Elemente in ein oxydisches Material übergehen, das mit SiO₂ zusammen die schmelzfließende Oberflächenschicht an den Elementen bildet.

5. Widerstandsofen gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente aus MoSi₂ und einem keramischen Bindemittel bestehen, das ganz oder teilweise bei der Sinterung der Elemente aus einem leicht schmelzbaren Lehm entstanden ist.

6. Widerstandsofen gemäß Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstands-Heizelemente durch die Wände mit ihrer Glühzone an der Innenseite der Ofenwand entlang im wesentlichen senkrecht herabhängend und mit ihren beiden Zuleitern durch die Ofenwand hindurchgehend eingeführt sind.

7. Widerstandsofen gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente in der Übergangszone zwischen Glühzone und Zuleitern abgewinkelt sind, so daß die genannten Teile gerade sind.

8. Widerstandsofen gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ofenwände mit größeren Einlaßöffnungen, als zur Einführung der Heizelemente unbedingt erforderlich, ausgeführt sind, wobei die Öffnungen zum Teil mit einer Gußmasse mit einem oder mehreren Seite an Seite gelegenen Einlaßlöchern für die Elemente und für um die Heizelemente angeordnete Ziegelformlinge ausgefüllt sind.

9. Widerstandsofen gemäß Anspruch 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß im unmittelbaren Anschluß an den nutzbaren Ofenraum und in freier offener Strahlungsverbindung mit diesem ein für Wärmeabgabe in der Hauptsache nur durch Strahlung angeordnete Erhitzungsraum vorgesehen ist, der die Glühzonen der elektrischen Widerstands-Heizelemente gewünschten Effektes und gewünschter Anzahl enthält und der ein im Verhältnis zum nutzbaren Ofenraum ziemlich großes Volumen aufweist.

10. Widerstandsofen gemäß Anspruch 3, 4, 5 oder 6 mit zwei oder mehreren Seite an Seite in derselben Ebene gelegenen Ofenkanälen oder -kammern und unter Umständen mit mehreren solchen übereinander gelegenen Kanal- oder Kammerebenen, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente zwischen nebeneinanderliegenden Ofenkanälen oder -kammern angeordnet sind und daß ein jedes dieser Heizelemente vorgesehen ist, Wärme durch annähernd freie Ausstrahlung an die Ofenkanäle oder -kammern auf beiden Seiten desselben abzugeben.

11. Widerstandsofen gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Glühzone der Heizelemente durch alle Kanal- oder Kammerebenen des Ofens erstreckt.

12. Widerstandsofen gemäß Anspruch 9 und als Drehherdofen derjenigen Art ausgeführt, in welchem die Gegenstände, vorzugsweise aus Stahl od. dgl., zwecks Erwärmung beispielsweise auf Schmiedetemperatur hintereinander auf einem Drehherd angebracht werden, der kontinuierlich oder stufenweise gedreht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Erhitzungsraum oberhalb des Drehherdes vorgesehen ist, wobei der von der senkrechten Achse des Ofens radial äußerste Teil des Ofengewölbes im Verhältnis zur Horizontalebene inwärts geneigt ist und zentral an dem Ofengewölbe ein konischer Vorsprang vorgesehen ist und wobei der erwähnte Teil des Ofengewölbes und die Mantelfläche des Vorsprungs eine solche Neigung aufweisen, daß die Wärmestrahlung sich auf das kreisrunde Gebiet des Drehherdes konzentriert, wo die Gegenstände angebracht sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 010 668,
027 820.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

209 558/369 3.62