DE2616447C3 - Vertikaler Rohrofen für hohen Arbeitsdruck - Google Patents
Vertikaler Rohrofen für hohen ArbeitsdruckInfo
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Description
den Rohre, wobei im Zuleitungsbereich diese Rohre einen einzigen diametralen Schlitz haben, der das Rohr
in zwei Zylinderhälften teilt Zwischen den unteren Enden dieser Heizrohre und einer im unteren Teil des
Ofens angeordneten Sammelschiene wird die elektrisehe
Verbindung durch relativ kurze Flachleiter hergestellt
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ofen der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei dem die
in die ringförmigen Kanäle keramischer Körper ι ο eingelegten Heizelemente mit Anschlußleitern versehen
sind, die in zuverlässiger Weise verlegt und befestigt sind, ohne daß hierdurch die radialen Abmessungen des
Heizkörpers wesentlich oder überhaupt vergrößert werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Ofen nach dem
Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, der erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des
Anspruches 1 genannten Merkmale hat
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprachen genannt.
Dadurch, daß die Anschlußleiter in geeigneten
Abständen mit mehreren Doppelkröpfungen versehen sind, welche in die ringförmigen Kanäle des Heizkörpers
hineinragen, werden die freihängenden Abschnitte der Anschlußleiter zwischen den Doppelkröpfungen
relativ kurz und damit ihre mechanische Festigkeit bei hoher Temperatur nicht überbeansprucht Die Doppelkröpfungen
stützen sich auf dem Kanalboden oder besonderen Stützorganen ab. Durch die Unterbringung
der Anschlußleiter in vertikalen Nuten an der Außenseite des Heizkörpers kann eine radiale Vergrößerung
der Gesamtabmessungen des Heizkörpers völlig vermieden werden. Bei Verwendung einer Stützisolierung
für den Heizkörper liegen die Anschlußleiter unter der Stützisolierung und brauchen diese nicht zu
durchbrechen. Die Gefahr, daß Löcher in der Stützisolierung infolge der Wärmebewegung der Anschlußleiter
auftreten, ist äußerst gering. Die Anschlußleiter werden durch Bolzen durch die in die Kanäle hineinragenden
Doppelkröpfungen in ihrer vorgeschriebenen Lage fixiert Die erfindungsgemäße Anordnung der Anschlußleiter
hat einen außerordentlich kleinen radialen Raumbedarf, was sehr wichtig ist, da man auf das
äußerste bestrebt ist, die radiale Dicke des Heizkörpers und der Isolierung so klein wie möglich zu machen, um
einen möglichst großen nutzbaren Ofenraum zu bekommen.
Es zeigt
F i g. 1 einen Rohrofen gemäß der Erfindung teilweise im Schnitt,
Fig. 2 im größeren Maßstab einen vertikalen Schnitt durch die Ofenisolierung mit einem Heizkörper.
F i g. 3 eine perspektivische Darstellung eines Heizkörpers, teilweise im Schnitt,
F i g. 4 einen Horizontalschnitt durch den Heizkörper,
F i g. 5 und F i g. 6 im vergrößerten Maßstab einen horizontalen und einen vertikalen Schnitt durch den
Heizkörper an der Stelle, an der sich ein Anschluß zwischen einem Anschlußleiter und einem Heizelement
befindet
Fig.7 und Fig.8 einen vertikalen und einen
horizontalen Schnitt durch den Heizkörper und die Ausbuchtungen der Anschlußleiter sowie die Befestigung
eines Anschlußleiters im Heizkörper.
Fi g. 1 zeigt einen Druckrohrofen des Typs, der eine
stationäre Druckkammer 1 und ein bewegliches Pressengestell 2 enthält, welches die auf die Endverschlüsse
3 und 4 der Druckkammer wirkenden Kräfte aufnimmt Die Druckkammer besteht aus einem
Hochdruckzylinder, der aus einem Rohr 5, das von einem die Kräfte aufnehmenden Bandmantel 6 umgeben
ist, einer oberen Stirnplatte 7 und einer unteren Stirnplatte 8, weiche die Druckkammer 1 trägt Das
Pressengestell 2 besteht aus einem oberen und einem unteren Joch 10,11, welche die auf die Endverschlüsse 3
und 4 wirkenden Kräfte aufnehmen, 2 Distanzstücken 12 und einem diese Teile umgebenden und zusammenhaltenden
Bandmantel 13. Das Pressengestell ruht auf einem Fahrgestell 14 mit Laufrädern 15, die auf den
Schienen 16 einer Grundplatte 17 laufen. Der Bewegungshub wird durch den Endanschlag 18 begrenzt Auf
der Grundplatte ist ein gestellartiger Tragrahmen 20 angeordnet, der aus vier Stützen 21 und zwei
Querträgern 22 besteht welche letzteren durch die Fensteröffnung 23 des Pressengestells verlaufen. Die
untere Stirnplatte 8 des Pressengestells ruht auf den Querträgern 22. In der Druckkammer 1 befindet sich ein
Ofenraum 24, ein Heizkörper 25, eine isolierende Hülle 26, die aus einem Isoliermantel 27 mit einem
abnehmbaren Deckel 28 und einem isolierenden Boden 30 besteht Die Heizkörper 25 und die Hülle 26 ruhen
auf einer Grundplatte 31. Zwischen den Endverschlüssen 3 und 4 und dem Rohr 5 sind Dichtungen
angebracht. Die Stromversorgung des Heizkörpers erfolgt über Leiter 32. Die Meßwerte des Thermoelements
werden an den Leitern 33 abgegriffen.
Die Isolierung und der Heizkörper werden im folgenden anhand der F i g. 2—8 näher beschrieben.
Der Isoliermantel 27 besteht aus einem unteren Metallring 34, einem äußeren Rohr 35, einem oberen
Metallring 36, hängenden Rohren 37 und 38, auf welche eine filzähnliche keramische Isolierung 40 und 41
gewickelt ist und Bändern, welche die Isolierung gegen die Rohre pressen. Die Anzahl der Rohre und
Isolierschichten ist von der Arbeitstemperatur und dem Arbeitsdruck des Ofens abhängig. Der Deckel 28
besteht aus zwei Blechen, zwischen denen Isoliermaterial angebracht ist. Der Deckel hat einen Flansch, der in
eine Nut im Ring 36 hineinragt, welche Dichtungsmaterial enthalten kann, um eine Gasströmung zwischen dem
Deckel und dem Ring 36 des Isoliermantels 27 zu verhindern. Über dem Deckel 28 ist ein zweiter Deckel
50 angeordnet, der aus einem flachen Blech 51 und einem seitlichen Flansch 52 besteht.
Der Heizkörper 25 enthält einen Tragring 60, auf dem ein Zylinder ruht, der aus einer großen Anzahl
U-förmiger keramischer Körper 61 aufgebaut ist, welche durch eine Stützisolierung 62 zusammengehalten
werden, die mit Band 63 umwickelt ist Die Körper 61 können bogenförmig oder gerade sein und ebene
Endflächen 64 haben, die einen solchen Winkel bilden, daß sich die Endflächen im Zentrum eines Zylinders mit
gewünschtem Durchmesser schneiden. Die Stege 65 der keramischen Körper 61 bilden den Boden bzw. die
Decke, und die Flansche 66 und 67 die Wände von ringförmigen Kanälen 68 für Heizelemente 70. Diese
bestehen aus wellenförmig gebogenen oder abgewinkelten hochkant stehenden Bändern aus an sich
bekannten Materialien, die sich für die gewählte Arbeitstemperatur eignen. Die Flansche 67 der verschiedenen
keramischen Körper 61 bilden zusammen eine äußere, im wesentlichen geschlossene Wand,
während die nach innen liegenden Flansche 66 so ausgebildet sind, daß sie eine Wand mit öffnungen
bilden, durch welche die Wärme in den Ofenraum
hineinströmen und hineinstrahlen kann. Die Seiten der Flansche 66 können abgeschnitten sein, doch können die
Flansche auch mit Löchern versehen sein. Bei dem in den Figuren gezeigten Heizkörpern sind die Seiten der
Flansche abgeschnitten, so daß sich zwischen zwei benachbarten keramischen Körpern 6t öffnungen 71
bilden. Die Stege 65 der keramischen Körper 61 haben Führungsnuten 72, die die benachbarten Schichten von
Körpern miteinander verklammern. Die zusammenhaltende Stützisolierung 62 des Heizkörpers besteht aus
vier Schichten 62a bis 62c/ aus scheibenförmigem
keramischem, filzähnlichen Materials, welche um den aus den Körpern 61 gebildeten Zylinder gewickelt sind.
Die Schichten sind so angeordnet, daß eine Überlappung der Verbindungsstellen entsteht. Beim Wickeln
wird ein Bindemittel auf das Material aufgetragen. Dieses besteht aus einem keramischen Pulver, das in
einem flüssigen Härter aufgelöst wird und beim Erwärmen die Schichten 62a bis 62c/ zu einer im
wesentlichen homogenen Stützisolierung mit niedriger Gasdurchlässigkeit verbindet. Hierdurch wird ein
radialer Strom des Druckmediums durch den Heizkörper 25 vom Ofenraum 24 zum Spalt 73 zwischen dem
Heizkörper 25 und dem Isoliermantel 27 verhindert. Der Temperaturunterschied zwischen dem Ofenraum 24 und
dem Spalt 73 kann mehrere hundert Grad betragen. Der Heizkörper 25 bildet somit einen integrierenden Teil
der um den Ofenraum 24 angebrachten Isolierung. Ein Temperaturunterschied wie etwa 2000C zwischen dem
Ofenraum 24 und dem Spalt 73 hat eine große Druckdifferenz zur Folge, so daß eine niedrige
Gasdurchlässigkeit erforderlich ist.
Damit im Ofenraum 24 eine gleichmäßige Temperatur gehalten werden kann, sind die Heizelemente 70 in
mehrere Gruppen unterteilt, so daß man für verschiedene Zonen eine unterschiedliche Wärmezufuhr wählen
kann. Außerdem können die Heizelemente 70 in unteren Teil des Ofens dichter plaziert werden als in
oberen Teil, da der Wärmebedarf aufgrund de Konvektion im Ofenraum 24 im unteren Teil de
■> Ofenraumes am größten ist. Wie Fig.2 zeigt, sin<
Heizelemente 70 im unteren Teil des Heizkörpers 25 ii jedem Kanal 68 angeordnet, während im oberen Tei
nur in jedem zweiten Kanal ein Heizelement 7( vorhanden ist. In gewissen Stegen 65 der Keramikele
ίο mente 61 sind öffnungen 69 zur Verbindung eine:
Heizelementes 70 in einem Kanal 68 mit einen Heizelement 70 in einem anderen Kanal 68 vorgesehen.
Die Anschlußleiter 74 zur Speisung der HeizelemenK
70 bestehen aus flachen Bändern, die in Nuten 75 in dei
äußeren Flanschen 67 der Keramikkörper 61 angeord
net sind. Die Anschlußleiter sind somit ganz innerhalt der Stützisolierung 62 untergebracht. Die Anschlußlei
ter haben Doppelkröpfungen 76, die in einen Kanal 61 hineinragen und auf dem von dem Steg 65 gebildeter
Boden dieses Kanals aufliegen. Die Doppelkröpfung 7( ist durch einen Bolzen 77 im Kanal 68 fixiert. Hierdurd
wird die Länge der freihängenden Abschnitte dei Anschlußleiter sowie die Zugspannung in den Anschluß
leitern begrenzt.
21; Thermoelemente 80 sind in Keramikrohren 81
angeordnet, die durch Löcher 82 in einigen Stegen dei U-förmigen keramischen Körper hindurchlaufen.
Die Anschlußleiter 74 und die Thermoelemente 8( sind an Durchführungen 83 und 84 angeschlossen, unc
diese sind ihrerseits an die Leiter 32 und 33 angeschlossen. Der ringförmige Raum 85, der zwischer
dem Ring 60 und einem Ring 86 gebildet wird und ir dem die Anschlußleiter 74 und die Thermoelemente 8{
mit den Durchführungen 83 und 84 verbunden sind, isi mit einem Isoliermaterial 87 gefüllt.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Vertikaler Rohrofen für hohen Arbeitsdruck mit einer vertikalen zylindrischen Druckkammer, die
unter hohem Druck stehendes Gas einzuschließen vermag, mit einem Ofenraum, der von einem
zylindrischen Heizkörper umgeben ist, welcher aus keramischen Körpern und einer umgebenden
Stützisolierung aufgebaut ist und ringförmige Kanäle für elektrische Heizelemente enthält, und mit ι ο
einer den Ofenraum und den Heizkörper umgebenden Isolierung, die aus einem isolierenden Mantel
mit isolierendem Deckel und Boden besteht, dadurch gekennzeichnet, daß flache, vertikal
verlaufende Anschlußleiter (74) für die Speisung der Heizelemente (70) an der Außenseite der
keramischen Körper (61) des Heizkörpers (25) angeordnet sind und daß die Anschlußleiter (74) mit
einer oder mehreren Doppelkröpfungen (76) versehen sind, die in die ringförmigen Kanäle (68)
hineinragen.
2. Vertikaler Rohrofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenwand der
keramischen Körper (61) des Heizkörpers (25) vertikal verlaufende, die Anschlußleiter (74) aufnehmende
Nuten (75) vorhanden sind.
3. Vertikaler Rohrofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in die ringförmigen
Kanäle (68) hineinragenden Doppelkröpfungen (76) der Anschlußleiter (74) mit durch die Doppelkröp- «
fungen (76) hindurchgehenden Bolzen (77) befestigt sind.
Die Erfindung betrifft einen vertikalen Rohrofen für hohen Arbeitsdruck gemäß dem Oberbegriff des
Anspruches 1. Ein solcher Rohrofen wird in der prioritätsgleichen, nicht vorveröffentlichien DE-OS
26 16 555 beschrieben. Die im Ofen angewendeten Temperaturen liegen vorzugsweise über 10000C und die
angewendeten Gasdrücke vorzugsweise über 500 Bar.
Verglichen mit öfen, die bei Atmosphärendruck oder niedrigeren Drücken arbeiten, verursachen Drucköfen
viele Konstruktionsprobleme. Der Ofenraum muß sich in einer Druckkammer befinden, die imstande ist, Gas
unter hohem Druck einzuschließen. Hierdurch werden die Kosten pro Volumeneinheit des Ofens groß. Die
Kosten steigen mit erhöhtem Druck und zunehmendem Druckkammerdurchmesser stark an. Es ist daher
erforderlich, den Raum in der Druckkammer wirtschaftlich auszunutzen. Die zulässige Erwärmung der
Druckkammerwände ist mit Rücksicht auf die Festigkeit begrenzt.
Außerdem müssen die Wärmeverluste klein gehalten werden, damit die gewünschte Behandlungstemperatur
erreicht und aufrecht erhalten werden kann und der Ofen wirtschaftlich betrieben werden kann. Die
loslierung und der Heizkörper in der Druckkammer zwischen dem Ofenraum und den Druckkammerwänden
müssen mit der kleinstmöglichen radialen Ausdehnung ausgeführt werden, um ein möglichst großes
nutzbares Ofenraumvolumen zu erhalten. Die Aufgabe, einen Ofen herzustellen, der einen im Durchmesser
möglichst großen Ofenraum in einer im Durchmesser möglichst kleinen Druckkammer hat, bringt viele
schwer zu lösende Probleme mit sich. In der DE-PS
40
45
50
55
60
65 19 45 191, der DE-AS 19 53 306 und der DE-OS 23 80 020 werden Drucköfen verschiedener Ausführung
genauer beschrieben. Bei allen diesen öfen ist innerhalb der Isolierung ein Heizkörper angeordnet, der ein
Metallrohr mit Isolatoren enthält, auf denen Heizelemente
angeordnet sind. In den öfen für sehr hohe Temperaturen zeigen die bisher verwendeten Heizkörper
gewisse Schwächen. Unter anderem treten Deformationen
auf, die zu Kurzschlüssen oder anderen Fehlern führen können und die das Auswechseln des
Heizkörpers erschweren.
Um die genannten Schwächen der bisherigen Heizkörper zu beseitigen, wurde bereits vorgeschlagen,
den zylindrischen Heizkörper aus keramischen Körpern (Bausteinen) aufzubauen, die so beschaffen sind, daß in
dem zylindrischen Heizkörper ringförmige Kanäle für die elektrischen Heizelemente entstehen. Ein solcher
Heizkörper erleidet keine nennenswerten Verformungen und ist den bekannten Heizkörpern darüberhinaus
in mehrfacher Hinsicht überlegen. Er gibt eine größere Freiheit für die Plazierung der Heizelemente und damit
bessere Voraussetzungen für die Einhaltung einer gleichmäßigen Temperatur im Ofenraum, liefert eine
bessere Stütze für die Heizelemente und verringert dadurch die Gefahr des Auftretens von Deformationen,
Kurzschlüssen oder Brüchen. Außerdem liefert der Heizkörper einen nicht unbeträchtlichen Beitrag zur
Wärmeisolierung und ist leicht zu bedienen. Dies alles trägt zu einer verbesserten Wirtschaftlichkeit infolge
geringerer Betriebsunterbrechungen und niedrigerer direkter Bedienungskosten bei.
Der Heizkörper kann darüberhinaus mit einer die Keramikbausteine zusammenhaltenden Stützisolierung
mit niedriger Gasdurchlässigkeit umgeben sein, die aus mehreren Schichten eines dichten Filzes besteht, der mit
einem aushärtenden Bestandteil imprägniert ist, so daß eine Verbindung zwischen den Schichten entsteht.
Dieser Filz besteht im wesentlichen aus Aluminiumsilikat.
Ein besonderes Problem bei einem Heizkörper der oben beschriebenen Art besteht in der Anordnung der
Anschlußleiter für die Widerstandselemente.
Der Aufbau eines zylindrischen Heizkörpers aus einzelnen keramischen Körpern (Bausteine) ist auch
bekannt aus der US-PS 20 35 306. Die Druckschrift beschreibt einen elektrisch geheizten Metallschmelzofen,
der jedoch nicht mit innerem Hochdruck arbeitet. Der von außen nach innen aus einer Metallhülse, einer
Isolierung und einer Ausmauerung aus feuerfestem Material bestehende Ofen ist an seiner Innenseite
zusätzlich mit bogenförmigen keramischen Bausteinen ausgekleidet, welche einen nach innen weisenden
balkonartigen Vorbau haben. Dieser Verbau aller keramischen Körper bildet einen an der inneren
Zylinderfläche des Ofens verlaufenden spiralförmigen Kanal, in welchen die elektrischen Heizelemente
eingelegt werden. Die Ausbildung der Zuführungsleiter ist nicht beschrieben, und sie stellt, da der Ofen nicht mit
Überdruck arbeitet, auch kein Problem dar.
Aus der DE-OS 21 13 543 ist ein Gerät zur Diffusionsverbindung in Form eines aufrecht stehenden
Ofens bekannt, bei dem die Heizelemente aus senkrechten selbsttragenden Rohren bestehen, die in
der eigentlichen Heizzone spiralförmig aufgeschlitzt sind. Für Zuleitungen in verschiedenen Höhen des
Heizelementes besteht hier wegen des selbsttragenden Charakters der Heizelemente kein Bedürfnis. Die
Zuleiter bestehen aus der Fortsetzung der selbsttragen-
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