DE19633617A1

DE19633617A1 - Furnace and method for sintering soft-ferrite mouldings

Info

Publication number: DE19633617A1
Application number: DE1996133617
Authority: DE
Inventors: Klaus Peter Dipl Ing Ludwig
Original assignee: Wistra GmbH Thermoprozesstechnik
Current assignee: Wistra GmbH Thermoprozesstechnik
Priority date: 1996-08-21
Filing date: 1996-08-21
Publication date: 1998-02-26

Abstract

The furnace for sintering soft-ferrite mouldings incorporates a furnace chamber (3) with a closable wall, and heating elements which are located in the furnace chamber and serve for temperature control in the latter. The furnace is characterised by the following facts: a) the heating elements take the form of gas burners (9, 9a) whose heating jets are directed into the furnace chamber; b) at least a part of the burners (9) is adjusted to an oxygen surplus which is sufficient for oxygen enrichment of the furnace atmosphere. The claim covering a method for operating the proposed furnace is summarized below.

Description

Die Erfindung betrifft zunächst einen Ofen zum Sintern von weichferritischen Formlingen mit einer Ofenkammer, deren eine Wand zur Beschickung der Ofenkammer verschließbar ist, sowie mit in der Ofenkammer angeordneten Heizelementen für die Temperaturführung des Ofens. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Sintern von weichferritischen Formlingen.The invention first relates to a furnace for sintering soft ferritic Moldings with an oven chamber, one wall for loading the Furnace chamber is closable, as well as arranged in the furnace chamber Heating elements for the temperature control of the furnace. The invention relates a method for sintering soft ferritic moldings.

Bei den magnetischen Werkstoffen unterscheidet man Hartferrite und Weich ferrite. Weichferrite, vor allem die in dieser Gruppe in erster Linie verbreiteten Mangan-Zink-Ferrite, werden im Gegensatz zu Hartferriten in elektrisch beheiz ten Öfen gesintert. Eine elektrische Beheizung greift nicht den für die Sinter phase der Formlinge aus Weichferrit wichtigen Sauerstoffvorrat innerhalb der Ofenkammer an. Die Sinterung der Mangan-Zink-Ferrite erfolgt in der Regel in Plattendurchschuböfen, in denen die Formlinge zunächst auf Brennplatten ab gesetzt und dann mit einer hydraulischen Schubvorrichtung durch den Ofen hindurchgeschoben werden. Die Brennplatten werden hierbei seitlich durch ke ramische Führungen in der gewünschten Richtung gehalten. Unmittelbar im Anschluß an die Hochtemperaturzone sind in der Ofenwand Kühlzellen einge baut, die eine beschleunigte Abkühlung der Formlinge ermöglichen. Eine am Ende des Ofens angeordnete Schleuse verhindert das Eindringen von Luft in die Kühlzone. Die vorgenannte Ofentechnik wird überwiegend zum Brand von Weichferriten mittlerer und niedriger Qualität verwendet. Sollen Mangan-Zink- Ferrite hoher Qualität produziert werden, wird in der Regel auf elektrisch be heizte periodische Öfen zurückgegriffen, die eine vollautomatische Tempera tur- und Atmosphärenführung nach der sogenannten Blank′schen Formel er möglichen. A distinction is made between hard ferrite and soft in the magnetic materials ferrite. Soft ferrites, especially those that are primarily widespread in this group In contrast to hard ferrites, manganese-zinc ferrites are heated electrically sintered furnaces. Electric heating does not affect the sinter phase of the moldings made of soft ferrite important oxygen reserve within the Oven chamber. The sintering of the manganese-zinc ferrites usually takes place in Panel pass-through furnaces in which the moldings are initially placed on fuel plates and then with a hydraulic pusher through the furnace be pushed through. The fuel plates are here laterally by ke Ramatic guides held in the desired direction. Immediately in Connection to the high temperature zone has cooling cells in the furnace wall builds that allow accelerated cooling of the moldings. One on Lock arranged at the end of the furnace prevents air from entering the cooling zone. The above-mentioned furnace technology mainly becomes a fire from Medium and low quality soft ferrites are used. Should Manganese Zinc High quality ferrites are usually produced on electric heated periodic ovens that have a fully automatic tempera ture and atmosphere guidance according to the so-called Blank'schen formula possible.

Aus der DE 40 35 665 A1 ist ein periodisch betriebener Ofen für das Sintern von Formlingen aus Weichferriten mit einer eine Vielzahl elektrischer Heizein richtungen aufweisenden Ofenkammer sowie einer oberhalb der Ofenkammer angeordneten Gassammelkammer offenbart. Die Aufheizung der grünen Form linge erfolgt ausschließlich in der Ofenkammer, wohingegen die Gaskammer dazu dient, das dorthin aufsteigende Gasgemisch zu zünden und zu verbren nen, um so die darin beim Sintern gelösten, giftigen Bindemitteldämpfe zu verbrennen. Um ein sicheres Vorbeistreichen der Gase an in der Gassammel kammer angeordneten Brenner sicherzustellen, sind in der Gassammelkammer Leitelemente so angeordnet, daß sie den Gasstrom gegen die Flamme des Brenners richten. Der Brenner wird mit Sauerstoffüberschuß betrieben, um die vollständige Verbrennung der Bindemitteldämpfe in jedem Fall sicherzustellen. Ferner ist eine Rückführung vorgesehen, über die ein Teil des gereinigten Ga ses aus der Gassammelkammer wieder in die darunter angeordnete Ofenkam mer zurückgeführt wird.DE 40 35 665 A1 describes a periodically operated furnace for sintering of moldings made of soft ferrites with a variety of electrical heating directional furnace chamber and one above the furnace chamber arranged gas collection chamber disclosed. Heating up the green form linge takes place exclusively in the furnace chamber, whereas the gas chamber serves to ignite and burn the gas mixture rising there so as to increase the toxic binder vapors dissolved in it during sintering burn. To safely blow the gases past in the gas collector to ensure that the burner is arranged in the gas collection chamber Guiding elements arranged so that the gas flow against the flame of the Straighten Brenners. The burner is operated with an excess of oxygen in order to ensure complete combustion of the binder vapors in any case. A return is also provided, via which part of the cleaned Ga This came from the gas collection chamber back into the furnace below is always returned.

Die mit dem Sinterofen nach DE 40 35 665 A1 erzielbaren Aufheiz- und Ab kühlzeiten lassen eine volle Ausnutzung des Anwendungspotentials moderner Weichferrite noch nicht zu. Vor Erreichen der Sintertemperatur erfolgt die Aufheizung der Formlinge ausschließlich mittels der in der Ofenkammer ange ordneten elektrischen Heizeinrichtungen, die jedoch zur Erzielung eines hohen Temperaturgradienten zwischen Formlingen und Ofenatmosphäre nicht ausrei chend sind. Während der Haltephase des Sinterprozesses leisten zwar auch die in der Gassammelkammer angeordneten Brenner infolge der Gasrückfüh rung einen gewissen Beitrag zu der Gesamtheizleistung des Ofens, jedoch sind die Verluste an Heizenergie infolge der zur Verbrennung der Bindemitteldämpfe unverzichtbaren Anordnung der Brenner in dem Gassammelraum und ferner wegen der langen Verbindungskanäle zwischen dem Gassammelraum und der Ofenkammer sehr hoch. Die erzielbare Gesamtheizleistung hängt daher nahezu ausschließlich von der Stärke und Anordnung der in der Ofenkammer ange ordneten elektrischen Heizelemente ab. Insgesamt ist der bekannte Ofen daher nur für einen eng begrenzten Einsatzbereich geeignet.The heating and ab achievable with the sintering furnace according to DE 40 35 665 A1 cooling times allow a full utilization of the application potential of modern Not yet soft ferrites. Before the sintering temperature is reached, the Heating the moldings only by means of the in the furnace chamber arranged electrical heaters, but to achieve a high Temperature gradients between moldings and furnace atmosphere are not sufficient are correct. Perform during the holding phase of the sintering process too the burners arranged in the gas collection chamber as a result of the gas recirculation However, there is a certain contribution to the overall heating output of the furnace the loss of heating energy due to the combustion of the binder vapors indispensable arrangement of the burners in the gas plenum and further because of the long connecting channels between the gas collecting space and the Oven chamber very high. The total heat output that can be achieved is therefore almost dependent exclusively on the strength and arrangement of those in the furnace chamber assigned electrical heating elements. Overall, the well-known oven is therefore only suitable for a limited area of application.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ofen zum Sintern weichferritischer Formlinge zu schaffen, der ein hohes Maß an Flexibilität des Sinterprozesses hinsichtlich Temperatur-, Zeit- und Ofenatmosphärenführung ermöglicht. Mit derselben Zielsetzung soll zudem ein Verfahren zum Sintern weichferritischer Formlinge entwickelt werden.The invention has for its object a furnace for sintering to create soft ferritic moldings that have a high degree of flexibility Sintering process with regard to temperature, time and furnace atmosphere control enables. A process for sintering is also intended with the same objective soft ferritic moldings are developed.

Zur Lösung wird bei einem Ofen mit den eingangs genannten Merkma len vorgeschlagen, daß die Heizelemente als in der Ofenkammer angeordnete gasbetriebene Brenner ausgebildet sind und der von den Brennern erzeugte Heizstrahl in die Ofenkammer gerichtet ist, und daß zumindest ein Teil der Brenner auf einen für eine zusätzliche Sauerstoffanreicherung der Gasatmosphäre in der Ofenkammer ausreichenden Sauerstoffüberschuß ein gestellt ist.The solution to a furnace with the characteristics mentioned above len suggested that the heating elements as arranged in the furnace chamber gas-powered burners are formed and the one produced by the burners Radiant heater is directed into the furnace chamber, and that at least part of Burner on one for additional oxygenation of the Sufficient oxygen excess in the gas atmosphere in the furnace chamber is posed.

Vorgeschlagen wird ferner ein Verfahren zum Sintern von weichferritischen Formlingen, bei dem die in einer Ofenkammer angeordneten Formlinge durch Heizelemente bis auf Sintertemperatur erhitzt werden, wobei die Heizelemente als gasbetriebene Brenner ausgebildet und unmittelbar auf die Oberfläche der Formlinge einwirkend in der Ofenkammer angeordnet sind, und die Brenner zur Erzeugung der für den Sinterprozeß erforderlichen Atmosphäre in der Ofenkammer mit Sauerstoffüberschuß arbeiten.A method for sintering soft ferritic is also proposed Moldings, in which the moldings arranged in an oven chamber pass through Heating elements are heated up to sintering temperature, the heating elements designed as a gas-powered burner and directly on the surface of the Moldings acting in the furnace chamber are arranged, and the burner Generation of the atmosphere required for the sintering process in the Work the furnace chamber with excess oxygen.

Ein solcher Ofen und ein solches Verfahren bieten die technischen Vorausset zungen, um das bisher unzureichend ausgeschöpfte Potential der Weichferrite und insbesondere Mangan-Zink-Ferrite besser auszunutzen. Diese bessere Ausnutzung ist Voraussetzung, um solche Ferrite auch für Anwendungen im Bereich der Hochfrequenz-Leistungsübertragung sowie der Hochfrequenz-Breit bandübertragung einzusetzen, d. h. für solche Einsatzgebiete, wie sie in der modernen Kommunikationstechnik zunehmend an Bedeutung gewinnen. Mit der Erfindung sollen die technischen Voraussetzungen dafür geschaffen werden, Weichferrite mit Anfangspermeabilitäten bis zu einem Wert von 20.000 und einer Dichte von 4,9 bis 5,1 g/cm³ herzustellen.Such an oven and such a method offer the technical prerequisites tongues to the previously insufficiently exploited potential of the soft ferrites and in particular to better utilize manganese-zinc ferrites. This better Exploitation is a prerequisite for using such ferrites for applications in Range of high-frequency power transmission and high-frequency wide use tape transmission, d. H. for such applications as in of modern communication technology are becoming increasingly important. The technical prerequisites for this are to be created with the invention , soft ferrites with initial permeabilities up to a value of 20,000 and a density of 4.9 to 5.1 g / cm³.

Entscheidende Bedeutung bei der Erreichung dieser Ziele haben zum einen die Erreichung schneller Aufheiz- und Abkühlzeiten, und zum anderen das Errei chen einer Atmosphärenführung innerhalb der Ofenkammer, die einen exakten Ofenbetrieb anhand der Gesetzmäßigkeiten der Blank′schen Formel ermög licht. Wesentlich ist es hierzu, mit niedrigeren Sauerstoffpartialdrücken zu ar beiten als dies bei herkömmlichen Verfahren und den herkömmlichen Sinterö fen möglich ist.On the one hand, the Achieve faster heating and cooling times, and secondly the achievement Chen an atmosphere guide within the furnace chamber that an exact Furnace operation based on the laws of Blank'schen formula light. It is essential to work with lower oxygen partial pressures work as this with conventional methods and the conventional Sinterö fen is possible.

Der erfindungsgemäße Ofen ermöglicht Auf- und Abheizzeiten von 20 K/min und darüber. Bei der Herstellung von Leistungsferriten bewirkt ein schnelles Aufheizen nach dem Prozeß der Entbinderung, daß sich innerhalb kürzester Zeit eine große Zahl heterogener Keime bildet, so daß das anschließende Wachsen der kristallinen Körner besonders gleichmäßig erfolgt. Diese massen hafte heterogene Keimbildung bei Leistungsferriten setzt voraus, daß die Sin teratmosphäre genauen Vorgaben folgt, was wiederum eine besonders exakte Steuerung der Ofenatmosphäre voraussetzt. Anders als bei den Leistungsferri ten erfolgt bei den hochpermeablen Ferriten die Einleitung des Kristallwachs tums durch homogene Keimbildung. Die einzelnen Körner wachsen durch iso therme Sinterung bei definiertem Sauerstoffpartialdruck mit dem Ziel der Ein stellung eines mittleren Korndurchmessers von 20 bis 50 µm, einer Dichte von 4,9 bis 5,1 g/cm³ und Permeabilitäten im Bereich 10.000 bis 20.000. Die an die Sinterphase und die Haltephase anschließende Kühlphase dient dazu, ent sprechend der physikalischen Verknüpfung nach der Blank′schen Beziehung die sich während der Haltetemperatur ergebende Werkstoffcharakteristik des Ferritmaterials beizubehalten. Die durch die Sinterung erzielten Werkstoffei genschaften sollen während der Abkühlung auf Umgebungstemperatur bei be halten werden, wozu eine Gasdichte von bis zu 10 ppm O₂ in einer N₂- Atmosphäre während der Kühlphase eingestellt werden sollte, da nur dann eine definierte Führung der Ofenatmosphäre möglich ist, und Fremdlufteinflüsse durch Nachoxidation vermieden werden.The furnace according to the invention enables heating and cooling times of 20 K / min and above. In the production of power ferrites, a quick one Heat up after the process of debinding that turns out within shortest Time forms a large number of heterogeneous germs, so that the subsequent The crystalline grains grow particularly evenly. These masses Heterogeneous nucleation in performance ferrites presupposes that the Sin The atmosphere follows precise specifications, which in turn is a particularly exact one Control of the furnace atmosphere presupposes. Unlike the performance ferries In the case of the highly permeable ferrites, crystal wax is introduced through homogeneous nucleation. The individual grains grow through iso thermal sintering at defined oxygen partial pressure with the aim of on setting an average grain diameter of 20 to 50 µm, a density of 4.9 to 5.1 g / cm³ and permeabilities in the range of 10,000 to 20,000. The on the sintering phase and the holding phase subsequent cooling phase serves ent speaking of the physical connection according to the Blank relationship the material characteristic of the resulting during the holding temperature To maintain ferrite material. The materials obtained by sintering properties should be during cooling to ambient temperature at be will keep, for which a gas density of up to 10 ppm O₂ in an N₂ Atmosphere should be set during the cooling phase, because only then a defined guidance of the furnace atmosphere is possible, and Influences of external air through post-oxidation can be avoided.

Zur Einstellung des Sauerstoff-Partialdrucks ist eine gezielte Zuführung von Sauerstoff in die Ofenkammer erforderlich, und zwar über die zum Betrieb der Brenner erforderliche Brenn-Sauerstoffmenge hinaus. Das Einstellen eines überstöchiometrischen Sauerstoffverhältnisses erfolgt erfindungsgemäß durch Verwendung in der Ofenkammer angeordneter Brenner, von denen zumindest ein Teil auf einen für die zusätzliche Anreicherung der Ofenatmosphäre mit Sauerstoff ausreichenden Sauerstoffüberschuß eingestellt ist. In der Regel empfiehlt sich für die Fertigung der Weichferrite ein Restsauerstoff von min destens 15 bis 25%. Vorteilhaft an der Substitution von Verbrennungsluft durch Sauerstoff ist ferner die gegenüber Verbrennungsluft höhere Verbrennungstemperatur, so daß sich ein größerer Temperaturgradient zwischen der Ofenatmosphäre einerseits und der Werkstückoberfläche andererseits erzielen läßt, was wiederum zu einer schnelleren Aufheizung führt. Ferner läßt sich infolge der überstöchiometrischen Sauerstoffeindüsung der Volumenstrom der Brennergase in die Ofenkammer reduzieren, was wegen der geringeren Gasmasse wiederum zu schnelleren Aufheizzeiten führt. Schließlich führt die im Verhältnis zu einem ausschließlich elektrisch beheizten Ofen zusätzliche Gasstrahlung des durch die Brenner aufgeheizten Gases zu einer verbesserten Wärmeübertragung und damit zu kürzeren Aufheizzeiten während der Sinterphase.To adjust the oxygen partial pressure, a targeted supply of Oxygen is required in the furnace chamber, specifically through which to operate the Burner required amount of burning oxygen. Hiring one Superstoichiometric oxygen ratio takes place according to the invention Use burners arranged in the furnace chamber, at least of which a part on one for the additional enrichment of the furnace atmosphere Adequate oxygen excess is set. Usually We recommend a residual oxygen of min at least 15 to 25%. Advantageous in the substitution of combustion air through oxygen is also higher than combustion air Combustion temperature so that there is a greater temperature gradient between the furnace atmosphere on the one hand and the workpiece surface on the other hand can be achieved, which in turn leads to faster heating leads. Furthermore, due to the over-stoichiometric oxygen injection reduce the volume flow of the burner gases into the furnace chamber, which is because the lower gas mass in turn leads to faster heating times. After all, this leads to an exclusively electrically heated one Furnace additional gas radiation of the gas heated by the burner improved heat transfer and thus shorter heating times during the sintering phase.

Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Ofens lassen sich bei Leistungs ferriten eine Verkürzung des Sintervorgangs um 5 bis 8 Stunden und bei hochpermeablen Ferriten um etwa 5 Stunden erreichen. Bei dem sehr schnel len Aufheizen der Weichferrite werden zu Beginn der Sinterphase bereits 85% der theoretischen Materialdichte erreicht, was zu einer erheblichen Reduzie rung der anschließenden Haltephase führt. Die Verkürzung der Verarbeitungs zeiten führt unmittelbar zu einer Verringerung des zeitlichen Abstandes zwi schen den einzelnen Ofenchargen und damit insgesamt zu einer Erhöhung der Ofenkapazität.Using the furnace according to the invention can be used for performance ferrites shorten the sintering process by 5 to 8 hours and at reach highly permeable ferrites by about 5 hours. With the very fast heating of the soft ferrites is already 85% at the beginning of the sintering phase the theoretical material density, which leads to a considerable reduction tion of the subsequent holding phase. The shortening of processing times leads directly to a reduction in the time interval between between the individual batches of furnace and thus an overall increase in Furnace capacity.

Um mit einem erfindungsgemäßen Ofen beliebige Temperaturprofile bei reduzierender oder oxidierender Ofenatmosphäre fahren zu können, wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß zusätzlich zu den gasbetriebenen Brennern elektrische Heizelemente in der Ofenkammer angeordnet sind.To with any furnace according to the invention any temperature profiles to be able to drive reducing or oxidizing furnace atmosphere proposed according to a preferred embodiment that in addition to electric heating elements in the furnace chamber for the gas-powered burners are arranged.

Während es während des Aufheizens und auch in der Haltephase darauf an kommt, mit einem Sauerstoffüberschuß und einem O₂-Anteil von mindestens 15% zu arbeiten, ist für die Kühlphase die Beaufschlagung der Ofenatmo sphäre mit Inertgas, z. B. Stickstoff, in Abhängigkeit vom Sauerstoffpartialdruck in der Ofenatmosphäre von entscheidender Bedeutung. Während der Kühlphase erfolgt daher die Regelung der Ofenatmosphäre durch Einspeisung von Inertgas in die Ofenkammer, wobei gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Steuerung der eingespeisten Menge in Abhängigkeit von Meßsignalen eines den O₂- Partialdruck in der Ofenkammer mittels einer in der Ofenkammer angeordneten Sonde erfassenden O₂-Analysators vorgenommen wird. Hierdurch ist eine besonders gute Anpassung des O₂-Partialdrucks in der Ofenkammer während der Kühlphase an den O₂-Partialdruck im Produkt möglich, wodurch Diffusionserscheinungen unterbunden werden.It depends on it during the heating up and also during the holding phase comes with an excess of oxygen and an O₂ content of at least Working at 15% is the exposure to the furnace atmosphere for the cooling phase sphere with inert gas, e.g. B. nitrogen, depending on Partial oxygen pressure in the furnace atmosphere is crucial. The furnace atmosphere is therefore controlled during the cooling phase Feeding inert gas into the furnace chamber, according to a preferred Design of the method according to the invention the control of Amount fed in depending on measurement signals of one of the O₂ Partial pressure in the furnace chamber by means of one arranged in the furnace chamber Probe detecting O₂ analyzer is made. This is one particularly good adjustment of the O₂ partial pressure in the furnace chamber during the cooling phase to the O₂ partial pressure in the product possible, whereby Diffusion phenomena are prevented.

Für den Betrieb des Ofens in der Kühlphase ist es von Vorteil, wenn an die Ofenkammer, vorzugsweise an deren Oberseite, einen Gassammelkanal ange schlossen ist, und der Gassammelkanal über eine Rückführleitung mit einer in die Ofenkammer mündenden Gaseinspeisung verbunden ist. Zur Beeinflussung des stöchiometrischen Verhältnisses innerhalb der Ofenkammer kann an die Rückführleitung und/oder an die Gaseinspeisung eine Inertgaszuführung an geschlossen sein.For the operation of the furnace in the cooling phase, it is advantageous if the Oven chamber, preferably on the top, a gas collection channel is closed, and the gas collection channel via a return line with an in the furnace chamber opening gas feed is connected. To influence of the stoichiometric ratio within the furnace chamber can be compared to that Return line and / or an inert gas supply to the gas feed be closed.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Ofens ist eine mit der Rückführleitung und/oder der Gaseinspeisung verbundene Mischeinrichtung vorgesehen, die mit einzeln massengeregelten Anschlüssen an zumindest eine Inertgasversorgung sowie eine Sauerstoffversorgung versehen ist. Durch die Verwendung massengeregelter Anschlüsse, z. B. Massendurchflußreglern, erfolgt diese Gaszufuhr temperatur- und druckunabhängig. Die Mischeinrichtung kann ferner einen zusätzlichen Anschluß für eine Luftversor gung aufweisen.According to a further preferred embodiment of the furnace, one with the Return line and / or the mixing device connected to the gas feed provided that with individually mass-controlled connections to at least one Inert gas supply and an oxygen supply is provided. Through the Use of mass-controlled connections, e.g. B. mass flow controllers, this gas supply is independent of temperature and pressure. The Mixing device can also have an additional connection for an air supply exhibit.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist in der Rückführleitung ein Gas kühler sowie ein Gasförderer angeordnet.According to a further preferred embodiment is in the return line a gas cooler and a gas conveyor arranged.

Zur Erzielung geringer Aufheiz- und Abkühlzeiten wird ferner vorgeschlagen, daß die Ofenkammer mit einer hitzefesten Faserauskleidung versehen ist, zwi schen der und der umgebenden Ofenkammerwand sich ein Hohlraum befindet, an den über zwischengeschaltete Ventilmittel eine Inertgasversorgung ange schlossen ist. Vorzugsweise ist die Faserauskleidung die einzige Dämmung der Ofenkammerwand.To achieve short heating and cooling times, it is also proposed that the furnace chamber is provided with a heat-resistant fiber lining, between there is a cavity between the and the surrounding furnace chamber wall, to the inert gas supply via the valve means interposed is closed. The fiber lining is preferably the only insulation of the Furnace chamber wall.

Um ein Entweichen der giftigen Bindemitteldämpfe in die Atmosphäre zu ver meiden, wird schließlich vorgeschlagen, daß der Gassammelkanal stromab wärts der Abzweigung der Rückführleitung zu einer Brennkammer führt, in der eventuell in dem abgeführten Gasgemisch enthaltene Bindemitteldämpfe ver brannt werden.To prevent the toxic binder vapors from escaping into the atmosphere avoid, it is finally proposed that the gas collection channel downstream wards the branch of the return line leads to a combustion chamber in which any binder vapors contained in the discharged gas mixture be burned.

Weitere Einzelheiten des Ofens sowie des Verfahrens werden nachfolgend an hand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Diese Erläuterung erfolgt anhand der beigefügten Zeichnung, auf der stark schematisiert ein Ofen zum Sintern von weichferritischen Formlingen einschließlich der wichtigsten Zu- und Ablei tungen dargestellt ist.Further details of the oven as well as the procedure are given below hand of an embodiment explained. This explanation is based on the accompanying drawing, on the highly schematic of a furnace for sintering of soft ferritic moldings including the most important feed and discharge is shown.

Auf der Zeichnung ist ein Ofen zum Sintern von weichferritischen Formlingen und insbesondere zum Sintern von Mangan-Zink-Ferriten dargestellt. Das Ofengehäuse ist zweiteilig aufgebaut und besteht aus einer Ofenhaube 1 und einem Ofenboden 2. Ofenhaube 1 und Ofenboden 2 sind vertikal relativ zuein ander verfahrbar. Vorzugsweise ist die Ofenhaube 1 fest installiert, während sich der Ofenboden 2 heben und senken läßt, um so in einer tiefsten Position die zu sinternden Formlinge aufzunehmen, und dann in die auf der Zeichnung dargestellte, höchste Stellung zu verfahren, in der der Sinterungsprozeß bei hermetisch geschlossenem Ofen abläuft.The drawing shows an oven for sintering soft ferrite moldings and in particular for sintering manganese-zinc ferrites. The furnace housing is constructed in two parts and consists of a furnace hood 1 and a furnace floor 2 . Furnace hood 1 and furnace floor 2 can be moved vertically relative to one another. Preferably, the furnace hood 1 is permanently installed, while the furnace floor 2 can be raised and lowered so as to accommodate the moldings to be sintered in a deepest position, and then to move into the highest position shown in the drawing, in which the sintering process is hermetic closed oven expires.

Ofenhaube 1 und Ofenboden 2 umschließen eine Ofenkammer 3, deren Wände allseits mit einer Dämmung 4 versehen sind. Bei der Dämmung 4 han delt es sich um eine Faserauskleidung, die aus einzelnen Blöcken oder Matten aus keramischem Fasermaterial zusammengesetzt ist. Die Wärmekapazität der Faserauskleidung ist geringer als die einer herkömmlichen Steinauskleidung. Dadurch wirkt sich die Faserauskleidung günstig auf ein schnelles und ener giesparenden Aufheizen sowie Abkühlen der Ofenkammer 3 aus. Die Zeich nung läßt erkennen, daß sich zwischen der Dämmung 4 und der diese umge benden Ofenkammerwand 5 ein Hohlraum 6 befindet, und zwar zumindest im Bereich der Seitenwände sowie des Bodens des Ofens. Die Hohlräume 6 die nen der Inertgasspülung der Dämmung 4, und sind zu diesem Zweck über eine Leitung 7 beispielsweise an eine N₂-Versorgung 7a angeschlossen.Furnace hood 1 and furnace floor 2 enclose a furnace chamber 3 , the walls of which are provided with insulation 4 on all sides. The insulation 4 is a fiber lining, which is composed of individual blocks or mats made of ceramic fiber material. The heat capacity of the fiber lining is lower than that of a conventional stone lining. As a result, the fiber lining has a favorable effect on rapid and energy-saving heating and cooling of the furnace chamber 3 . The undersigned voltage shows that there is a cavity 6 between the insulation 4 and the surrounding furnace chamber wall 5 , at least in the region of the side walls and the bottom of the furnace. The cavities 6 the NEN inert gas purging of the insulation 4 , and for this purpose are connected via a line 7, for example to an N₂ supply 7 a.

Innerhalb der Ofenkammer 3 befinden sich die zu sinternden Formlinge. Zur Erhitzung der Formlinge ragen mehrere elektrische Heizelemente 8 in die Ofenkammer 3. Die elektrischen Heizelemente 8 wirken in erster Linie durch Wärmestrahlung auf die Formlinge ein. Neben diesen zusätzlichen elektrischen Heizelementen 8 sind gasbetriebene Brenner 9, 9a in der Ofenkammer 3 vorgesehen. Die Brenner 9, 9a sind so an der Ofenkammerwand befestigt, daß der Brennerstrahl in das Innere der Ofenkammer 3 gerichtet ist, um so eine auf die Formlinge einwirkende Gasstrahlung hoher Temperatur zu erzeugen. Die Bauart sämtlicher Brenner 9, 9a kann identisch sein. Beim Ausführungsbeispiel jedoch sind die weiter oben in der Ofenkammer 3 angeordneten Brenner 9a für herkömmlichen Brennerbetrieb eingerichtet, und zu diesem Zweck an eine Leitung für Erdgas bzw. Brenngas sowie eine Leitung für Luft angeschlossen. Die im unteren Teil der Ofenkammer 3 angeordneten Brenner 9 sind zusätzlich an eine O₂-Versorgung angeschlossen. In die Brenner 9 integriert ist zudem eine Sauerstoffanreicherung 10, die wiederum an die Atmosphärenluft sowie die O₂-Versorgung angeschlossen ist.The moldings to be sintered are located within the furnace chamber 3 . To heat the moldings, several electrical heating elements 8 protrude into the furnace chamber 3 . The electrical heating elements 8 act primarily on the moldings by heat radiation. In addition to these additional electrical heating elements 8 , gas-operated burners 9 , 9 a are provided in the furnace chamber 3 . The burners 9 , 9 a are fastened to the furnace chamber wall in such a way that the burner jet is directed into the interior of the furnace chamber 3 , so as to generate a high-temperature gas radiation acting on the moldings. The design of all burners 9 , 9 a can be identical. In the exemplary embodiment, however, the burners 9 a arranged further above in the furnace chamber 3 are set up for conventional burner operation, and for this purpose are connected to a line for natural gas or fuel gas and a line for air. The arranged in the lower part of the furnace chamber 3 burner 9 are also connected to an O₂ supply. In the burner 9 is also an oxygen enrichment 10 , which in turn is connected to the atmospheric air and the O₂ supply.

Oberhalb der Ofenkammer 3 ist der Ofen mit einem Gassammelkanal 11 ver sehen, der lediglich über eine kleinere Öffnung 12 in der Ofenkammerdecke mit der Ofenkammer 3 in Verbindung steht. In dem Gassammelkanal 11 sam meln sich die bindemittelhaltigen Ofenabgase, bevor diese in eine dem Gas sammelkanal nachgeschaltete Brennkammer 13 gelangen. Dort werden die Ofenabgase ausgebrannt, bevor diese schließlich über einen Kamin 14 in die Atmosphäre gelangen.Above the furnace chamber 3 of the oven is seen ver with a gas collecting channel 11 which is only a smaller aperture 12 in the furnace chamber ceiling of the oven chamber 3 in connection. The binder-containing furnace exhaust gases collect in the gas collection duct 11 before they reach a combustion chamber 13 connected downstream of the gas collection duct. The furnace exhaust gases are burned out there before they finally reach the atmosphere via a chimney 14 .

Von dem Gassammelkanal 11 führt eine Rückführleitung 15 zu mehreren in die Ofenkammer 3 mündenden Gaseinspeisungen 16. Ebenfalls an die Rück führleitung 15 angeschlossen ist eine Gaszuleitung 17, die über einen Gasmi scher 18 sowie Massendurchflußreglern 19, 20, 21 an die N₂-Versorgung 7a, eine O₂-Versorgung sowie eine Luftversorgung angeschlossen ist. Vor der Einspeisung 22 der Rückführleitung 15 in die zu den Gaseinspeisungen 16 führende Gaszuleitung 17 befinden sich in der Leitungsstrecke der Rückführleitung 15 ein Gaskühler 23 sowie ein in Strömungsrichtung hinter dem Gaskühler 23 angeordneter Gasförderer 24 in Form eines Ventilators. Schließlich befindet sich ein durch ein Steuerorgan, z. B. ein Ventil 25, verschließbarer Leitungsabschnitt 26 zwischen der Gaszuleitung 17 und dem Gassammelkanal 11. Dieser Leitungsabschnitt 26 steht bei 27 im Wärmeaustausch mit dem aus dem Gassammelkanal 11 abströmenden Abgas. A return line 15 leads from the gas collecting duct 11 to a plurality of gas feeds 16 opening into the furnace chamber 3 . Also connected to the return line 15 is a gas supply line 17 , which is connected via a gas mixer 18 and mass flow controllers 19 , 20 , 21 to the N₂ supply 7 a, an O₂ supply and an air supply. In front of the infeed 22 of the return pipe 15 in the leading to the gas feeds 16 gas supply line 17 in the line section of the return line 15, a gas cooler 23 and a disposed downstream of the gas cooler 23 Gas conveyor 24 in the form of a fan. Finally, there is a by a control body, for. B. a valve 25 , closable line section 26 between the gas supply line 17 and the gas collection channel 11 . This line section 26 is at 27 in heat exchange with the exhaust gas flowing out of the gas collection duct 11 .

Der Betrieb des Sinterofens ist gekennzeichnet durch eine Sinterphase, eine daran anschließende Haltephase bei Sintertemperatur sowie schließlich die gesteuerte Abkühlphase. Die Aufheizung der grünen Formlinge in der Sinter phase erfolgt bei eingeschalteten elektrischen Heizelementen 8 sowie arbei tenden Brennern 9, 9a. Infolge der Gasstrahlung des in die Ofenkammer 3 gerichteten Brennerstrahls lassen sich sehr hohe Wärmeübergänge und damit kurze Aufheizzeiten bei relativ geringem Energieeinsatz realisieren. Der für den Sinterprozeß erforderliche Sauerstoff kann über die Gaseinspeisung 16 zugeführt werden. Insbesondere erfolgt eine Zuführung des Sauerstoffs aber auch über die Brenner 9, bei denen es sich um Brenner 9 mit Substitution der Verbrennungsluft durch Sauerstoff handelt, und die zusätzlich mit der Sauerstoffanreicherung 10 versehen sein können. Ein Betrieb der Brenner 9 ist insbesondere in der Weise möglich, daß den Brenndüsen ausschließlich Erdgas und Sauerstoff zugeführt wird. Auf diese Weise ist ein Betrieb der Brenner 9 bei sehr hohen Verbrennungstemperaturen möglich, was wiederum zu einem verbesserten Wärmegradienten zwischen dem strahlenden Gas und den Werkstücken führt.The operation of the sintering furnace is characterized by a sintering phase, a subsequent holding phase at the sintering temperature and finally the controlled cooling phase. The heating of the green shaped articles in the sintering is carried out in the switched phase electric heating elements 8 and processing Tenden burners 9, 9 a. As a result of the gas radiation from the burner jet directed into the furnace chamber 3 , very high heat transfers and thus short heating-up times can be achieved with a relatively low energy input. The oxygen required for the sintering process can be supplied via the gas feed 16 . In particular, the oxygen is also supplied via the burners 9 , which are burners 9 with substitution of the combustion air by oxygen, and which can additionally be provided with the oxygen enrichment 10 . Operation of the burner 9 is possible in particular in such a way that only natural gas and oxygen are supplied to the combustion nozzles. In this way, the burner 9 can be operated at very high combustion temperatures, which in turn leads to an improved thermal gradient between the radiating gas and the workpieces.

Nach Erreichen der Sintertemperatur beginnt die Haltephase, in der ein Betrieb unter Verwendung der elektrischen Heizelemente 8 und/oder der Brenner 9, 9a möglich ist.After reaching the sintering temperature, the holding phase begins, in which operation using the electrical heating elements 8 and / or the burners 9 , 9 a is possible.

In der abschließenden Kühlphase wird ein Teil der sich im Gassammelkanal 11 ansammelnden Gase nach Abkühlung in dem Gaskühler 23 über die Gaseinspeisung 16 wieder in die Ofenkammer 3 eingedüst, wobei über den Gasmischer 18 und die Gasleitung 17 zusätzlich Inertgas, z. B. Stickstoff, im Partialdruck-Gleichgewicht zu dem im Produkt enthaltenen Sauerstoff eingedüst wird. Die N₂-Versorgung 7a erfolgt mittels des Massendurchflußreglers 19 in Abhängigkeit von Steuersignalen einer Steuereinheit 28, die über eine Signalleitung an einen O₂-Analysator 29 angeschlossen ist. Der O₂-Analysator 29 ermittelt über eine Sonde 30 den O₂-Partialdruck der Ofenatmosphäre und ist damit eine sehr exakte Meßgröße bei der Steuerung der N₂-Zuspeisung. Diese über den Gasmischer 18 in die Gaszuleitung 17 gelangende Zuspeisung führt über die ventilgesteuerte Leitung 7 auch in die Hohlräume 6 des Ofens. Auf diese Weise kann der zugeführte Stickstoff von den Hohlräumen 6 ausgehend langsam die Faserauskleidung 4 durchspülen und das dort angesammelte Gas ersetzen.In the final cooling phase, a part which is injected in the gas collecting channel 11 accumulating gases after cooling in the gas cooler 23 via the gas feeder 16 back into the furnace chamber 3, wherein on the gas mixer 18 and the gas line 17 also inert gas such. B. nitrogen is injected in partial pressure equilibrium to the oxygen contained in the product. The N₂ supply 7 a takes place by means of the mass flow controller 19 as a function of control signals from a control unit 28 which is connected to an O₂ analyzer 29 via a signal line. The O₂ analyzer 29 uses a probe 30 to determine the O₂ partial pressure of the furnace atmosphere and is therefore a very exact measurement when controlling the N₂ feed. This feed via the gas mixer 18 into the gas feed line 17 also leads via the valve-controlled line 7 into the cavities 6 of the furnace. In this way, the supplied nitrogen can slowly flush out the fiber lining 4 starting from the cavities 6 and replace the gas accumulated there.

Die gesamte Regelung des Ofens hinsichtlich der Sinterparameter Temperatur, Zeit und Gasatmosphäre erfolgt automatisch durch die Steuereinheit. Die pa rallele oder wahlweise Verwendung der elektrischen Heizelemente sowie der gasbetriebenen Brenner ermöglicht einen besonders flexiblen Betrieb bei besonders kurzen Aufheizzeiten und geringem Energieeinsatz.The entire regulation of the furnace with regard to the sintering parameters temperature, Time and gas atmosphere are created automatically by the control unit. The pa parallel or optional use of the electrical heating elements as well as the gas-powered burner enables particularly flexible operation particularly short heating-up times and low energy consumption.

BezugszeichenlisteReference list

1 Ofenhaube
2 Ofenboden
3 Ofenkammer
4 Dämmung, Faserauskleidung
5 Ofenkammer, Wand
6 Hohlraum
7 Leitung
7a N₂-Versorgung
8 elektrische Heizelemente
9 Brenner
9a Brenner
10 Sauerstoffanreicherung
11 Gassammelkanal
12 Öffnung
13 Brennkammer
14 Kamin
15 Rückführleitung
16 Gaseinspeisung
17 Gaszuleitung
18 Gasmischer
19 Massendurchflußregler
20 Massendurchflußregler
21 Massendurchflußregler
22 Einspeisung
23 Gas kühler
24 Gasförderer
25 Ventil
26 Leitungsabschnitt
27 Wärmeaustausch
28 Steuereinheit
29 O₂-Analysator
30 Sonde 1 oven hood
2 oven floor
3 oven chamber
4 insulation, fiber lining
5 furnace chamber, wall
6 cavity
7 line
7 a N₂ supply
8 electric heating elements
9 burners
9 a burner
10 oxygenation
11 gas collection duct
12 opening
13 combustion chamber
14 fireplace
15 return line
16 gas feed
17 gas supply line
18 gas mixers
19 mass flow controller
20 mass flow controllers
21 mass flow controller
22 feed
23 gas cooler
24 gas conveyors
25 valve
26 line section
27 heat exchange
28 control unit
29 O₂ analyzer
30 probe

Claims

1. Furnace for sintering soft ferrite moldings with a Ofenkam mer ( 3 ), one wall of which can be closed to feed the furnace chamber ( 3 ), and with heating elements arranged in the furnace chamber ( 3 ) for the temperature control of the furnace, characterized in that the heating elements are designed as gas-operated burners ( 9 , 9 a) arranged in the furnace chamber ( 3 ) and the heating jet generated by the burners ( 9 , 9 a) is directed into the furnace chamber ( 3 ), and that at least some of the burners ( 9 ) is set to a sufficient oxygen surplus for an additional oxygen enrichment of the atmosphere in the furnace chamber ( 3 ).

2. Furnace according to claim 1, characterized in that in the furnace chamber ( 3 ) in addition to the burners ( 9 , 9 a) electric heating elements ( 8 ) are arranged.

3. Furnace according to claim 1 or 2, characterized in that a gas collecting duct ( 11 ) is connected to the furnace chamber ( 3 ), preferably on the top thereof, and that the gas collecting duct ( 11 ) via a return line ( 15 ) with one in the Furnace chamber ( 3 ) opening gas feed ( 16 ) is connected.

4. Oven according to claim 3, characterized in that on the return line ( 15 ) and / or the gas feed ( 16 ) an inert gas supply is closed.

5. Furnace according to claim 3, characterized by a device with the return line ( 15 ) and / or the gas feed ( 16 ) connected to the mixing device ( 18 ) with individually adjustable connections to at least one inert gas supply ( 7 a) and an oxygen supply.

6. Furnace according to claim 5, characterized in that the Mischeinrich device ( 18 ) additionally has a connection for an air supply.

7. Furnace according to one of claims 3 to 6, characterized by a gas cooler ( 23 ) and a gas conveyor ( 24 ) in the return line ( 15 ).

8. Oven according to one of the preceding claims, characterized in that in the furnace chamber ( 3 ) a probe ( 30 ) is arranged, by means of which an O₂ analyzer ( 29 ) determines the O₂ partial pressure of the furnace atmosphere, and that a control unit ( 28 ) for controlling the furnace atmosphere in dependence on the measurement signals of the O₂ analyzer ( 29 ) is available.

9. Furnace according to claim 8, characterized in that for regulating the furnace atmosphere by control signals of the control unit ( 28 ) bare mass-controlled valve means ( 19 ) between the furnace chamber ( 3 ) and an inert gas supply ( 7 a) are available.

10. Oven according to one of the preceding claims, characterized in that the furnace chamber ( 3 ) is provided with a heat-resistant fiber lining ( 4 ), between the and the surrounding furnace chamber wall ( 5 ) there is a cavity ( 6 ) to which the intermediate Ven tilmittel an inert gas supply ( 7 a) is connected.

11. Oven according to claim 10, characterized in that the fiber lining ( 4 ) is the only insulation of the furnace chamber wall ( 5 ).

12. Oven according to one of claims 3 to 11, characterized in that the gas collection channel ( 11 ) downstream of the branch of the return line ( 15 ) leads to a combustion chamber ( 13 ), in which any binder vapors contained in the gas mixture carried off are burned.

13. A method for sintering soft ferritic moldings, in which the in a molded chamber arranged by heating elements except for Sintering temperature are heated, with the heating elements as gas powered burners trained and directly on the surface of the Moldings are arranged acting in the furnace chamber, and the Burner for generating the necessary for the sintering process Work the atmosphere in the furnace chamber with excess oxygen.

14. The method according to claim 13, characterized in that the in the Furnaces arranged moldings in addition to the burners through in electrical heating elements arranged in the furnace chamber are heated.

15. The method according to claim 13 or 14, characterized in that the Control of the furnace atmosphere during the cooling phase of the Sintering process by feeding inert gas into the furnace chamber takes place, and that the control of the amount fed in depending of measurement signals of the O₂ partial pressure in the furnace chamber determining O₂ analyzer is made.