DE2754034A1

DE2754034A1 - Durchlauf-retortenofen

Info

Publication number: DE2754034A1
Application number: DE19772754034
Authority: DE
Inventors: Bernardus Adrianus Schoute
Original assignee: Smit Ovens Nijmegen BV
Current assignee: Smit Ovens Nijmegen BV
Priority date: 1977-12-05
Filing date: 1977-12-05
Publication date: 1979-06-13
Also published as: GB2009897A

Description

Anmelder: Smit Ovens Nijmegen B.V., Groenestraat 265, Nijmegen (Niederlande)

Durchlauf"Retortenofen

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrisch beheizten Durchlauf-Retortenofen mit geschlossener Betörte, der über seine länge in mindestens zwei Abschnitte aufgeteilt ist, mit rings um die Retorte angeordneten stabförmigen Elektro-Heizelementen, deren Anfang und Ende in Längsrichtung jeweils mit Anfang und Ende der Abschnitte übereinstimmen, sowie mit einer aus keramischem Material bestehenden Boden-, Seiten- und Deckenisolierung.

Ein Durchlauf-Retortenofen der bezeichneten Art wird von der Anmelderin seit geraumer Zeit vertrieben. Bei dem vorbekannten Ofen sind Decke, Seiten und Boden aus herkömmlichen Feuerleichtsteinen und Isolierbeton gefertigt. Die stabförmigen Heizelemente liegen im wesentlichen in zwei Ebenen oberhalb und unterhalb der Retorte in ausgehöhlten oder gerieften Feuerleichtsteinen, die die Heizelemente praktisch auf ihrer gesamten Länge tragen.

Als nachteilig bei dem bekannten Ofen wird empfunden, daß eine relativ hohe Wärmekapazität von den Wandungselementen aufgebracht wird. Es müssen relativ große

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Nassen erwärmt werden, ohne daß die Wärme den in der Retorte sich befindlichen Gegenständen zugute kommt. Die Heizstäbe sind zudem quer zur Achsenerstreckung des Retortenofens angeordnet.

Es stellt sich demnach die Aufgabe, den bekannten Ofen dahingehend zu verbessern, daß die Wärmekapazität der Isoliermasse und der Heizelemente verringert wird, daß die Ansprechzeit und damit die Regelgeschwindigkeit des Systems Retorte-Heizelemente-Wandungsisolierung möglichst geringgehalten wird, um die Regelverzögerungen klein zu halten. Weiterhin sollen die Heizelemente so angeordnet sein, daß die Temperaturverteilung um die Retorte herum und über den Querschnitt des Raumes herum möglichst gleichmäßig ist.

Diese Aufgaben werden gelöst bei einem Durchlauf-Retprtenofen der bezeichneten Art, bei dem die aufheizbare Oberfläche der Heizelemente im wesentlichen nach allen Seiten frei ^iegt und bei dem die Elemente mit ihren Enden an den Abschnittsgrenzen auf Tragevorrichtungen aufgelegt sind, und bei dem weiterhin als Decken- und/oder Seitenisolierung Blöcke aus nicht-tragendem faserigem Isoliermaterial verwendet sind.

Durch einen solchen Ofen läßt sich nicht nur die Lösung der Aufgabenstellung erreichen, sondern weiterhin eine wesentliche Verbilligung bei Aufbau und Wartung des Ofens.

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Weiterhin hat sich gezeigt, daß es günstig ist, das Prinzip der quer zur Achse des Ofens liegenden Heizelemente zu verlassen und in Längsrichtung liegende Heizelemente vorzusehen. Die stabförmigen Elektro-Heizelemente werden in je einer Ebene oberhalb und unterhalb der Retorte angeordnet und mit ihren Enden in quer zur Ofenachse liegenden balkenförmigen Halteteilen eingelegt. Dabei kann darauf verzichtet werden, die Seitenwände tragend zu machen, da die Halteteile ausschließlich über den Boden oder über ein außen angebrachtes Gerüst gehalten werden.

Für die seitlich zur Retorte angeordneten Elektro-Heizelemente sind aufrecht stehende Haltesteine vorgesehen, die mit Stegen ausgestattet sind, zwischen denen die Elektro-Heizelemente gehaltert sind. Auch diese Haltesteine ruhen auf dem Boden, führen demnach nicht zu einer Belastung der Seitenwände.

Um Aufbau und Wartung zu vereinfachen, insbesondere um bestimmte Teile des Ofeninneren leicht zugänglich zu machen, wird vorgeschlagen, daß die Isolierblöcke für die Seiten- und/oder Deckenisolierung jeweils die η-fache Abschnittslänge (n = 1, 2, 3» 4) besitzen.

Da die Isolierblöcke für die Seiten- und Deckeniso-

_o lierung in sich nicht tragend sind, sind sie auf der

cd einen Seite leicht und stark isolierend. Auf der an-

*"" deren Seite ist es vorteilhaft, bei dieser Konstruktiv tion die Blöcke überhaupt nicht mit Leitungen für die

ο Heizelemente zu durchstoßen, sondern das Herausführen von elektrischen Zu- oder Ableitungen ausschließlich in einer Ebene unterhalb der seitlich angeordneten

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Isolierblöcke vorzunehmen. Vorzugsweise werden dann die Elektroden für alle einzelnen Abschnitte in einer gemeinsamen Ebene herausgeführt.

Weitere Eigenschaften und Vorteile des erfindungsgemäßen Retortenofens gehen aus der nachfolgenden Beschreibung anhand eines Ausführungsbeispieles hervor. Die Figuren der Zeichnung zeigen:

Figur 1 eine Längsansicht eines Ofens mit den wesentlichen Teilen;
Figur 2 einen Querschnitt durch den Ofen gemäß Linie

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Figur 3 eine Draufsicht auf den Ofen bei abgenommener Deckenverkleidung;

Figur 4 ein Detail der Aufhängung der Deckenheizelemente.

In Figur 1 ist ein Ofen gemäß Erfindung, teilweise aufgeschnitten, dargestellt. Aus der Figur ist zu erkennen, daß der Ofen eine langgestreckte Form hat und aus mehreren AbschnittenW>esteht. Der geschlossene Heizteil 1 des Ofens ruht auf einem Traggestell 2. Letzteres besteht aus einer Anordnung langgestreckter Träger 3, 4, die mit Querträgern 5» 6 miteinander verbunden und versteift sind. Die Länge des eigentlichen Ofens beträgt beispielsweise 5 bis 6 m. Der Ofen ist in einzelne Abschnitte (Modulen) von jeweils 30 cm Länge eingeteilt, wobei diese Längeneinteilung sich

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nützlich für die Steuerung der Ofenheizung erweist, wie weiter unten erläutert werden wird.

Der Boden des Heizteiles, der sich auf einer Blechtafel 7 aufbaut, die auf den Querträgern 5, 6 befestigt ist, besteht im wesentlichen aus einer Schicht 8 aus aneinandergelegten Feuerleichtsteinen (spezifische Dichte etwa 0,4), auf die querliegende Tragesteine 9 aufgelegt sind, welche über Stützsteine 10 bzw.Sl sowohl röhrenförmige Heizelemente 11 als auch eine Retorten-Stützplatte 12' tragen. Auf letzterer liegt die eigentliche Retorte 12 auf.

Zwischen den Tragesteinen 9 sind Füllpakete 13 aus faseriges:, isolierendem Steinmaterial eingeschoben. Diese Füllpakete 13 enthalten in Bohrungen Schutzrohre 14 für Thermoelemente 15· Die Thermoelemente 15 selbst liegen innerhalb der Schutzrohre und enden in Bohrungen 16, welche sich in dem Boden der Stützplatte 12* befinden. Sie enden in der Nähe des Retorten-Bodens.

Dem oberen Abschluß bzw. die Decke des Heizteiles 1 bilden ausgedehnte Isolationsblöcke 18, vorzugsweise im Format 30 χ 30 χ 15 cm, die aus geschnittenen, keramischen Fasern hergestellt sind, bei denen die Fasern mit ihren Abschnitten in Richtung der Heizquelle zeigen oder untereinander verfilzt sind. Die Fasern bestehen aus einem Gemisch von Aluminium- und Silizium-

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Für höhere Wärmebeanspruchung können sie auch aus Zirkonoxid oder Al-O?- oder ZrOp-Gemisehen hergestellt sein. Damit können Temperaturen bis 1400 °C bewältigt werden. Die Steifigkeit und die Tragfähigkeit des Heizteiles wird durch oberhalb der Decke und außerhalb der Wandungen liegende Binder-Konstruktionen 19 gewährleistet, an denen die Blöcke aufgehangen sind.

Den stirnspitigen Abschluß des Ofens an der Eingangsseite bildet eine Stirnwand 20, welche mit einer Abschlußmuffe 21 ein herausragendes Endstück 22 der Retorte umgibt und dichtend abschließt. Vor das Endstück 22 ist eine Gasschleuse 25 gesetzt, in die ein Transportband 23 hineinfährt, welches sich in die Retorte 12 fortsetzt und am anderen Ende der Retorte herausfährt. Der Unfcertrum dieses Förderbandes wird im Bereiche des Tragegestelles 2 zurückgeführt.

Am Ausgangsende 24 des Ofens ist eine ähnliche Durchführung wie an der Stirnseite vorhanden. Um dem Ofengut ein Schutz- oder Reaktionsgas im Gegenstroin entgegenführen zu können, ist auch hier ein Gaseinlaß (nicht dargestellt) vorgesehen. Ferner ist ein Abkühlungs- und Auslaufrohr 28 an das Retortenende 24 angeschlossen. Ein weiterer Gasauslaß 27 ist in der ersten Hälfte der Retorte vorgesehen. Durch diesen strömen die verbrauchten Gase ab.

Aus Figur 2 sind einige der bereits beschriebenen

Teile, jetzt in Querschnittsdarstellung zu erkennen. 909824/0050

Die untere, auf der Blechtafel 7 aufruhende Isolationsschicht ist getrennt von den zehn unterhalb der Retorte 12 liegenden Heizelementen 11. Die Heizelemente 11 sind jeweils etwa 30 cm lang und mit einem Heizdraht 29» beispielsweise aus einer Chrom-Nickel-Legierung,umwickelt. Zu- und Ableitungen für die Heizdrähte sind in der Figur 2 ebenfalls zu erkennen. Sie enden in freien Anschlüssen 44 außerhalb der seitlichen Isolierverkleidung. In Abweichung von dieser Ausführungsform können die Anschlüsse auch durch den Boden des Heizteiles hindurchgezogen werden.

Ferner sind Heizwicklungen mit jeweils zwei Heizelementen 45, 46 zu beiden Seiten der Retorte 12 angebracht. Eine Serie von acht weiteren Heizelementen 31 liegt oberhalb der Retorte 12. Von dieser Serie gehen Anschlußleitungen 32 durch die Deckenisolation 18 nach oben.

Die Seitenisolation des Ofens besteht aus relativ dicken Isolationsblöcken 34, 35» welche durch oben und unten waagerecht, U-förmig abgebogene dünne Blechtafeln eingefaßt sind. Die Blechtafeln werden über Versteifungsstreben 36, 37 über Laschen an der Binder-Konstruktion gehalten. Zur Entfernung der Seitenwände ist es daher nur erforderlich, die an den Laschen vorgesehene Verschraubung zu lösen und die Blöcke, welche beispielsweise zwei oder drei Abschnitte überdecken, nach vorne

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vorzuziehen und damit zu entfernen. Damit wird das Innere des Ofens sofort zugänglich.

Wände und Decken des Ofens sollen statisch nicht beansprucht sein, damit sie aus Isolationsblöcken aus Fasermaterial hergestellt werden können. Diese Blöcke haben außerdem eine niedrige Wärmeaufladefähigkeit bei relativ niedriger Wärmeleitfähigkeit. Die Durchführung der elektrischen Leitungen in den Seiten wird vorzugsweise unterhalb oder neben den seitlichen Isolationsblöcken vorgenommen. Insbesondere aus Figur 1 ist erkennbar, daß die Anschlüsse 44 in Nuten 49 in Bodensteinen 50 verlegt und in einer Fbeneherausgeführt sind. Auf den Bodensteinen 50 aufgebaut sind Tragsteine137j die im Kopfteil etwa die Gestalt eines £'s haben, welches in einem Fuß endet. In die Zwischenräume des E's, also zwischen die Haltestege 38» 39» werden röhrenförmige Heizelemente 45, 4$ mit ihren Enden eingelegt, welche die seitlich zur Retorte angeordnete Beheizung bilden.

Die Bodenheizelemente 11 sind in quer zur Ofenachse liegende balkenförmige Halteteile 51 niit ihren Enden eingelegt, wie dies auch aus Figur 1 ersichtlich ist.

Eine gewisse Schwierigkeit bildet die Aufhängung der oberhalb der Retorte angeordneten Heizelemente 31»

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die ebenfalls mit ihren Enden eingelegt sind in langgestreckte Querbalken 40, wie dies insbesondere aus Figur 4 hervorgeht. Über Traganker 43, welche an den Deckenbindern 19 befestigt sind und durch die Decken-Isolationeblöcke hindurchtreten, hängen die Querbalken 40 in einzelnen Schuhen 42. Aus diesen Schuhen können die Querbalken seitlich herausgezogen werden. Die Querbalken weisen ferner einzelne Bohrungen 41 auf, in die kurze Röhrchen 41' eingestecktsind, welche über die Vorderseite des Balkens 40 vorragen. Diese Röhrchen haben einen Außendurchmesser, der kleiner ist als die lichte Weite der inneren Bohrung der stabförmigen Heizelemente 31» so daß diese auf diese Röhrchen aufgesteckt werden können. Auch diese Befestigungsart ist relativ einfach und erlaubt eine schnelle Montage und Demontage der Heizelemente, welche oberhalb der Retorte liegen, ohne daß die freie, abstrahlende Heizfläche der Elemente beeinträchtigt ist.

Figur 3 schließlich zeigt in Draufsicht bei weggenommener Abdeckung auf das 8ystem der elektrischen Heizelemente 11, die unterhalb der Muffel liegen. Diese sind untereinander so geschaltet, daß jeweils fünf derartige Heizelemente einen Heizabschnitt bilden, wobei die Zu - und Ableitungen für jeden Abschnitt nach außen geführt sind. Jeweils fünf Heizelemente können demnach mit einem einzigen Griff herausgenommen werden und gegen einen anderen Satz ausgetauscht werden.

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Durch die Einteilung der Heizelemente in Abschnitte (Moduln) ist möglich, die seitlich herausgeführten Anschlüsse dazu zu benutzen, ein genaues Temperaturprofil unter entsprechender Regelung durch die beschriebenen Thermoelemente vorzunehmen. Eine rasche Schaltungsveränderung zur Erzeugung anderer Temperaturkennlinien ist ebenfalls möglich. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Enden der Heizelemente an den Abschnittsgrenzen auf die genannten Tragevorrichtungen 51» ^r, 37 aufgelegt sind, d.h. rund um die Retorte jeweils in einer quer zur Achse liegenden Ebene beginnen und enden.

Der Ofen gemäß Erfindung ist insbesondere dafür bestimmt, elektronische Bauelemente (Dickfilmelemente) zu brennen, bei denen es auf eine hochreine Atmosphäre und sehr genau zu wiederholende Brennvorgänge und Brennverläufe ankommt. Während es bei öfen gemäß Stand der Technik unumgänglich war, die Elemente, insbesondere bedruckte Dickfilm-Substrate, nach dem Brennen elektrisch durchzumessen und erneut zu bearbeiten, ist es bei Verwendung des Ofens gemäß Erfindung möglich, die Temperatur für den Brennvorgang sehr genau einzuhalten und bei verschiedenen Arbeitsgängen wiederholbar zu machen. Dadurch werden weitere Arbeitsschritte vermieden. Insbesondere sind hierzu auch dichtverteilte einzelne Pühlerthermometer mit Thermoelementen 15 vorgesehen, bei denen sich die Anzahl in

der Mitte des Ofens, in der die höchste Temperatur 909824/0050

herrscht, häuft. Neben den in der Zeichnung dargestellten am Fuße der Retorte angeordneten Thermoelementen können auch solche oberhalb ader seitlich angebracht werden, wenn eine noch größere Temperaturkonstanz erzielt werden soll. Messungen haben ergeben, daß in den einzelnen Abschnitten des Ofens eine Temperaturkonstanz von plus minus 2 ⁰C bei einer Gesamttemperatur von 750 bis 1400 ⁰C eingehalten werden kann. Entsprechend den gewählten Temperaturen sind die Materialien auszuwählen für die Heizstäbe, die Isolierung und die Retorte.

Das Retortenmaterial ist vorzugsweise ein hochwertiges, feuerfestes Material aus Aluminium-Silizium-/Oxiden. Die Heizelemente bestehen aus den üblichen Keramik-Rohren mit Widerstandsdraht. Die Thermoelemente und deren Schutzrohre sind ebenfalls an sich bekannte Teile, wie sie in der Hochtemperaturtechnik verwendet werden.

Die Montage und Demontage des Ofens, insbesondere die Zugänglichkeit zu den Heizelementen, ist wesentlich erleichtert. Der Ofen kann kostengünstig angeboten und der Austausc h der Heizelemente sowie deren Kontrolle ist erleichtert und vereinfacht.

Durch die Verwendung des aus parallel gebündelten oder verfilzten Fasermaterial hergestellten Isola-

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tionsblöcken sind niedrige Akkumulationswarmen und relativ rasche Temperaturänderungen möglich. Die Beheizung jedes einzelnen Abschnittes ist für sich einstellbar, wobei sogar um die Retorte herum verschiedene Regelkreise ohne weiteres verwirklicht werden können.

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Claims

Patentansprüche

1. Elektrisch beheizter Durchlauf-Retortenofea- mit geschlossener Retorte, der über seine Länge in mindestens zwei Abschnitte aufgeteilt ist, mit rings um die Retorte angeordneten stabförmigen Elektro-Heizelementen, deren Anfang und Ende in Längsrichtung jeweils mit Anfang und Ende der Abschnitte übereinstimmen, sowie mit aus keramischem Material bestehenden Boden-, Seiten- und Deckenelementen, dadurch gekennzeichnet, daß die aufheizbare Oberfläche der Heizelemente (11, 31, 4-5» 46) im wesentlichen nach allen Seiten frei liegt und daß die Elemente mit ihren Enden an den Abschnittsgrenzen auf Tragevorrichtungen (51, 41', 37) aufgelegt sind, und dadurch, daß als Decken- und/oder Seitenisolierung Blöcke (18, 34, 35) aus nichttragenden faserigem Isoliermaterial verwendet sind.

2. Retortenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente eines Abschnittes über den Umfang der Retorte verteilt in einzelne Gruppen aufgeteilt sind, deren Anschlüsse getrennt nach außen geführt sind.

3. Retortenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die stabförmigen Elektro-Heizelemente (11, 31) in je einer Ebene oberhalb und unterhalb der Retorte

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(12) angeordnet und mit deren Enden auf quer zur Ofenachse liegenden balkenförmigen Halteteilen (51» 40) aufgelegt sind.

4. Retortenofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß seitlich zur Retorte angeordnete Elektro-Heizelemente (45 _T 46) in aufrechtstehenden Haltesteinen (37) zwischen Stegen (38, 39) liegend gehaltert sind.

5. Retortenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierblöcke (34, 35) für die Seiten- und/ oder Deckenisolierung jeweils die η-fache Abschnittsläi je (n = 1, 2, 3» 4) besitzen.

6. Retortenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Herausführung von elektrischen Zu- und Ableitungen zu den Heizelementen unterhalb der seitlich angeordneten Isolierblocks (34, 35) erfolgt.

7. Retortenofen nach Anspruch 6_t dadurch gekennzeichnet, daß die Herausführung der Elektroden für alle einzelnen Abschnitte in einer gemeinsamen Ebene erfolgt.

8. Retortenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die oberhalb der Retorte angeordneten Heizelemente (31) in seitlich herausziehbaren, mit Steckvorrichtungen für die Enden der Heizelemente versehenen Tragebalken (40) gehaltert sind.

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