DE4306896A1 - Ceramic porous heating tube for electrically heated industrial furnace - has adaptor at one end at least for connecting gas supply and is so designed that gas flow supplied across adaptor can leave exclusively over surface of heating tube - Google Patents
Ceramic porous heating tube for electrically heated industrial furnace - has adaptor at one end at least for connecting gas supply and is so designed that gas flow supplied across adaptor can leave exclusively over surface of heating tubeInfo
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- H05B3/64—Heating elements specially adapted for furnaces using ribbon, rod, or wire heater
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Description
Die Erfindung betrifft ein keramisches, poröses Heizrohr zur
elektrischen Beheizung eines Industrieofens, einen mit
derartigen Heizrohren ausgerüsteten Industrieofen sowie ein
Verfahren zur elektrischen Beheizung des Ofens.
Die elektrische Beheizung von Industrieöfen in Form einer
sogenannten Widerstandsheizung ist seit langem bekannt. Die
Widerstandsheizung beruht auf dem Prinzip, daß der
elektrische Strom beim Durchfließen der entsprechenden
Heizkörper einen Widerstand entwickelt, wobei Wärme frei
wird.
Als Heizleiterwerkstoffe kommen sowohl metallische wie auch
keramische Werkstoffe in Frage.
Insbesondere bei höhreren Temperaturen finden keramische
Heizstäbe und Rohre Anwendung, die zum Beispiel aus
Siliziumcarbid hergestellt werden. Alle erfordern
verhältnismäßig hohe Stromstärken, was die Anwendung von
Transformatoren bedingt.
Derartige keramische Heizrohre können grundsätzlich in allen
Typen von Industrieöfen Anwendung finden, sind aber
besonders dann problematisch, wenn "extreme" Ofenatmosphären
existieren. So stellt sich zum Beispiel beim Brennen von
Ferriten, insbesondere Weichferriten die Forderung, einen
nahezu 100%-ig oxidierende Ofenatmosphäre einzustellen, um
optimale Werkstoffeigenschaften des Brenngutes zu erhalten.
Umgekehrt treten auch Anwendungsfälle auf, bei denen die
Ofenatmosphäre nahezu vollständig reduzierend sein soll.
Bei Verwendung von keramischen Heizstäben (Heizrohren) wird
in diesen Fällen eine drastische Reduzierung der Lebensdauer
der Heizrohre beobachtet. Diese ist auf den aggressiven
Angriff der Ofenatmosphäre zurückzuführen, die begünstigt
wird durch die Tatsache, daß die genannten keramischen Heiz
rohre eine (auch offene) Porosität besitzen, die 10 bis
20 Vol.-% betragen kann. Dabei kommt es teilweise dann auch
zu einem Ausbrennen des eigentlichen Heizleiter-Werkstoffes
und damit zu einer Zerstörung der Heizrohre.
Es ist zwar versucht worden, die Lebensdauer derartiger
keramischer Heizrohre dadurch zu verlängern, daß diese
glasiert werden. Aber auch in diesem Fall bleibt eine
Restporosität, so daß die beschriebenen Effekte allenfalls
verlangsamt, nicht jedoch verhindert werden können.
Mit der Zerstörung des Heizleiter-Werkstoffes tritt
gleichzeitig eine Widerstandszunahme auf. Es ist zwar
möglich, diese durch eine Regelbarkeit des zugehörigen
Transformators teilweise zu kompensieren, um die ausgehende
Spannung (Sekundärspannung) entsprechend anzupassen, letzt
endlich kann die Zerstörung aber so weit gehen, daß keine
oder zumindest keine ausreichende Heizleistung mehr erreicht
wird.
Insoweit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein
keramisches, poröses Heizrohr zur elektrischen Beheizung
eines Industrieofens anzubieten, das auch unter extremen
Ofenatmosphären, insbesondere extrem oxidierenden und extrem
reduzierenden Bedingungen eine höhere Standfestigkeit auch
über längere Zeiten (also eine geringere Alterung) aufweist.
Gleichzeitig soll ein entsprechend ausgerüsteter
Industrieofen sowie ein Verfahren zu dessen Beheizung
angeboten werden.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die oben
beschriebene Zerstörung der Heizstäbe (Heizrohre) durch eine
Art "Infiltration" der aggressiven Ofenatmosphäre
hervorgerufen wird, die über die Poren in den Werkstoff
eindringen kann. Die Erfindung geht insoweit von der
Überlegung aus, eine derartige "Atmosphäreninfiltration"
soweit wie möglich zu verhindern. In diesem Zusammenhang
wurde erkannt, daß dieses Ziel dadurch erreicht werden kann,
indem in den entsprechenden Heizrohren ein Überdruck erzeugt
wird, der mit Hilfe eines Inertgases ausgebildet wird, so
daß aufgrund der gebildeten Partialdruck-Unterschiede das
Inertgas die Heizrohre von innen nach außen durchdringt und
damit einen Eintritt der Ofenatmosphäre in die Heizrohre
verhindert.
Auf diese Weise werden die Heizrohre gegenüber einem Angriff
der Ofenatmosphäre geschützt und es wird gleichzeitig eine
Art "Inertgasschleier" um die Heizrohre herum ausgebildet.
Dabei genügt es, den Überdruck der Inertgas-Atmosphäre
innerhalb der Heizrohre nur geringfügig über dem Gasdruck
der Ofenatmosphäre anzulegen. Theoretisch würde es sogar
genügen, den Inertgasdruck und den Druck der übrigen Ofen
atmosphäre gleichzusetzen. Da die Ofenatmosphäre jedoch
schwanken kann und eine möglichst hohe Sicherheit gegenüber
atmosphärischen Angriffen geschaffen werden soll, liegt der
Inertgas-Druck vorzugsweise etwas (beispielsweise 1 bis 5%)
über dem Atmosphärendruck innerhalb des Ofens.
Dies vorausgeschickt betrifft die Erfindung in ihrer
allgemeinsten Ausführungsform ein keramisches, poröses Heiz
rohr zur elektrischen Beheizung eines Industrieofens mit den
Merkmalen des Anspruchs 1.
Erfindungsgemäß kann der (rohrförmige) Innenraum des
Heizrohres mit einem Gas, vorzugsweise einem Inertgas
gefüllt und das Inertgas dort unter einen gewissen Überdruck
gesetzt werden kann, wobei der Inertgasstrom ausschließlich
über die Mantelfläche des Heizrohres und beispielsweise
nicht am gegenüberliegenden zweiten Ende austreten kann.
Um diese ausschließliche Inertgasströmung über die
Mantelfläche des Heizrohres sicherzustellen, bietet die
Erfindung verschiedene Ausführungsformen an.
Im einfachsten Fall wird das Heizrohr an dem, dem gasan
schlußseitigen ersten Ende gegenüberliegenden freien zweiten
Ende geschlossen ausgebildet, so daß der Inertgasstrom hier
nicht austreten kann. Aufgrund des stets unter Druck
zugeführten Inertgasstromes am ersten Ende wird gleichzeitig
eine Rückströmung des Gases verhindert.
Nach einer alternativen Ausführungsform ist das Heizrohr an
dem, dem ersten gasanschlußseitigen Ende gegenüberliegenden
zweiten Ende mit einem weiteren Adapter zum Anschluß einer
Inertgaszuführung ausgebildet. Hierbei strömt das Inertgas
also von zwei Seiten in das Heizrohr ein, wobei sich die
Inertgasströme in der Mitte treffen und insoweit ebenfalls
nur über den porösen Heizrohrmantel austreten können.
Auch bei dieser Ausführungsform ist es möglich, den freien
Rohrquerschnitt an einer Stelle zwischen den gasanschluß
seitigen Enden geschlossen auszubilden, so daß sich die
beiden - entgegengesetzt gerichteten - Teilgasströme nicht
unmittelbar berühren.
Aufgrund der elektrischen Widerstandseigenschaften besteht
das Heizrohr vorzugsweise aus Siliziumcarbid, reaktionssili
ziertem Siliziumcarbid oder siliziuminfiltrierten Silizium
carbid (SiSiC). Das Heizrohr kann aber auch aus anderen
keramischen, porösen Werkstoffen bestehen, die die Funktion
einer Widerstandsheizung erfüllen.
Ebenso ist es möglich, das Heizrohr mit einer glasierten
Oberfläche auszubilden. In diesem Fall wird die Oberfläche
des Heizrohres zusätzlich geschützt (dichter gemacht);
wenngleich eine vollständige Dichte auch hier nicht erreicht
werden kann und braucht. Aufgrund der teilweisen "Sperr
wirkung" der glasierten Oberfläche treten bei dieser
Ausführungsform jedoch geringere Inertgasströme aus.
Der elektrisch beheizte Industrieofen gemäß der Erfindung
ist mit mehreren Heizrohren der beschriebenen Art
ausgerüstet und umfaßt mindestens eine Inertgasstation zur
Zuführung von Inertgas über die an den Heizrohren endseitig
angeschlossenen Adapter in das Innere der Heizrohre. Die
Anordnung der Heizrohre kann gegenüber dem Stand der Technik
unverändert bleiben. Üblicherweise werden die Heizrohre
unterhalb der Decke und quer durch den Ofenkanal (Ofenraum)
angeordnet, wobei sie endseitig aus den Ofenwänden vorragen,
so daß die entsprechenden Adapter beziehungsweise Gasan
schlüsse außerhalb des Ofens und damit außerhalb der
temperaturbelasteten Zone montiert werden können.
Die Inertgasstation kann aus einer kontinuierlichen Gas
quelle; ebenso aber auch aus einer Gasflasche bestehen. Zum
Betrieb des Ofens wird der Inertgasstrom in die Heizrohre
derart eingeführt, daß das Inertgas im Inneren der Heizrohre
unter Überdruck gegenüber der Ofenatmosphäre steht.
Grundsätzlich kann jedes Inertgas (Schutzgas) verwendet
werden, das die Ofenatmosphäre und damit die Qualität des
Brenngutes nicht negativ beeinflußt. Ein preisgünstiges
Inertgas für diesen Zweck stellt Stickstoff dar (N2). Ebenso
kann aber beispielsweise auch Argon verwendet werden.
Bei Bedarf kann das Heizrohr auch zur gezielten Zuführung
eines Gases in den Ofen genutzt werden. Das Gas, welches das
Heizrohr von innen nach außen durchströmt, kann ebenfalls
ein Inertgas, aber auch irgendein anderes Gas sein. Das Heiz
rohr dient in diesem Fall dazu, eine Schutzgasatmosphäre im
Ofen einzustellen oder aufrechtzuerhalten oder auch als
"Belüfter", um zum Beispiel das Brenngut in der Vorheizzone
des Ofens vorzuwärmen und/oder flüchtige Bestandteile aus
dem Brenngut auszutreiben (zum Beispiel: Wasser, Bindemittel).
Das Heizrohr kann bei dieser Verwendung zusätzliche Löcher
in der Mantelfläche aufweisen, so daß mehr Gas durchströmt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbei
spieles näher erläutert, wobei
Fig. 1: einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Heizrohr
in einer ersten Ausführungsform,
Fig. 2: einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Heizrohr
in einer zweiten Ausführungsform,
Fig. 3: einen Schnitt durch einen zugehörigen Industrie
ofen
jeweils in stark schematisierter Darstellung zeigen.
In den Figuren sind gleiche oder gleichwirkende Bauteile mit
gleichen Bezugszeichen dargestellt.
Das in Fig. 1 dargestellte Heizrohr ist insgesamt mit dem
Bezugszeichen 10 gekennzeichnet. Das Heizrohr 10, dessen
Mantel das Bezugszeichen 12 trägt, besteht aus
Siliziumcarbid mit einer Porosität von 15%.
Am einen (in der Figur linken) Ende 10a ist das Heizrohr 10
mit einem Adapter 14 ausgebildet, der einen geringeren
Querschnitt als das Heizrohr 10 aufweist und an dieses Ende
gasdicht angeschlossen ist.
Am gegenüberliegenden (zweiten) Ende 10b ist das Heizrohr 10
mit einer ebenfalls gasdichten, geschlossenen Abdeckung 16
versehen.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 unterscheidet sich von
dem nach Fig. 1 dadurch, daß beide Enden des Heizrohres 10
mit den beschriebenen Adaptern 14 ausgebildet sind und etwa
in der Mitte des Heizrohres eine geschlossene Wand 18 das
Heizrohr 10 in zwei Teile teilt.
Fig. 3 zeigt schematisch einen Industrieofen (hier einen
Herdwagenofen), der unterhalb seiner Decke 20 mit mehreren,
senkrecht zur Zeichenebene hintereinander angeordneten
Heizrohren 10 gemäß Fig. 1 ausgebildet ist, wobei die
Heizrohre 10 eine größere Breite als der Ofen aufweisen, so
daß sie die Ofenwände 22a, b durchdringen. Dabei überragt
das geschlossene Ende 10b der Heizstäbe 10 die in der Figur
linke Ofenwand 22a, während das mit dem Anschlußstutzen
(Adapter) 14 ausgebildete erste Ofenende die rechte Wand 22b
überragt.
Im Betrieb wird nun eine Inertgasleitung, hier: eine Stick
stoffleitung, an die Adapter 14 der diversen Heizrohre
angeschlossen, so daß der Stickstoff in das Innere 10c der
Heizrohre 10 strömt, wobei im Heizrohr 10 jeweils ein
Überdruck gegenüber der im Ofenraum 20a herrschenden
Ofenatmosphäre, die hier rein oxidierend ist, ausgebildet
wird.
Das Inertgas ist danach bestrebt, den Heizrohrmantel 12 zu
durchdringen und dies erfolgt schließlich über das
offene Porenvolumen des Mantels 12 in Richtung der Pfeile P.
Es ist selbstverständlich, daß der Inertgasstrom über die
gesamte Oberfläche des Mantels 12 austritt. Auf diese Weise
wird sichergestellt, daß in umgekehrter Richtung die Ofen
atmosphäre nicht in den Mantel 12 eindringen und die
Heizrohre 10 zerstören kann.
Die Inertgaszufuhr (Pfeil I) ist hier im einzelnen nicht
dargestellt, sie besteht aus einer Stickstoff-Station mit
einer entsprechenden Druckeinrichtung zur Förderung des
Gases in die Heizrohre 10, die im übrigen selbstverständlich
auf bekannte Art und Weise an eine Spannungsquelle angelegt
sind.
Aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit ist in Fig. 3
das Brenngut nicht dargestellt. Es handelt sich hier um
Weichferrite.
Claims (10)
1. Keramisches, poröses Heizrohr zur elektrischen Beheizung
eines Industrieofens, das mindestens an einem ersten
Ende (10a) mit einem Adapter (14) zum Anschluß einer
Gaszuführung und im übrigen so ausgebildet ist, daß
der über den Adapter (14) zugeführte Gasstrom
ausschließlich über die Mantelfläche (12) des Heizrohres
(10) austreten kann.
2. Heizrohr nach Anspruch 1, dessen, dem gasanschluß
seitigen ersten Ende (10a) gegenüberliegendes freies
zweites Ende (10b) geschlossen ausgebildet ist.
3. Heizrohr nach Anspruch 1, dessen, dem ersten,
gasanschlußseitigen Ende (10a) gegenüberliegendes
zweites Ende (10b) ebenfalls mit einem Adapter (14) zum
Anschluß einer Gaszuführung ausgebildet ist.
4. Heizrohr nach Anspruch 3, bei dem der freie Rohrquer
schnitt an einer Stelle zwischen den endseitigen,
gasanschlußseitigen Enden (10a, b) mit einer Trennwand
(18) geschlossen ausgebildet ist.
5. Heizrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bestehend aus
Siliziumcarbid, rekristallisiertem Siliziumcarbid oder
reaktionssiliziertem Siliziumcarbid.
6. Heizrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einer
glasierten Oberfläche.
7. Heizrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dessen
Mantelfläche (10) Bohrungen für den Gasdurchtritt
aufweist.
8. Elektrisch beheizter Industrieofen mit mehreren
Heizrohren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 sowie
mindestens einer Gasstation zur Zuführung von Gas über
die an den Heizrohren endseitig angeschlossenen Adapter
in das Innere der Heizrohre.
9. Verfahren zur elektrischen Beheizung eines
Industrieofens nach Anspruch 8, bei dem ein
Gasstrom in die Heizrohre derart eingeführt wird,
daß das Gas im Inneren der Heizrohre unter
Überdruck gegenüber der Ofenatmosphäre steht.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem als Gas ein Inertgas
in Form von Stickstoff oder Argon eingesetzt wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4306896A DE4306896C2 (de) | 1992-03-05 | 1993-03-05 | Heizrohr für einen Industrieofen und Verwendung des Heizrohres in einem Industrieofen |
Applications Claiming Priority (2)
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---|---|---|---|
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Publications (2)
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---|---|
DE4306896A1 true DE4306896A1 (en) | 1993-09-23 |
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Country Status (1)
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---|---|
DE (1) | DE4306896C2 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3835639A1 (de) | 2019-12-12 | 2021-06-16 | Basf Se | Gasdichtes, wärmedurchlässiges, keramisches und mehrlagiges verbundrohr |
AT525036B1 (de) * | 2022-02-09 | 2022-12-15 | Ebner Ind Ofenbau | Heizvorrichtung |
DE102022200652A1 (de) | 2022-01-20 | 2023-07-20 | Universität Stuttgart, Körperschaft Des Öffentlichen Rechts | Mehrschichtverbundrohr, Verwendung des Mehrschichtverbundrohres und Verfahren zu dessen Herstellung |
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DE2014480A1 (de) * | 1969-03-25 | 1970-12-17 | International Materials Corp., Lynnfield, Mass. (V.St.A.) | Hochhitzebeständiger Schutzüberzug |
-
1993
- 1993-03-05 DE DE4306896A patent/DE4306896C2/de not_active Expired - Fee Related
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