DE1945191C - Vertikaler Rohrofen für hohen Arbeitsdruck - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft olnen vertikalen Rohrofen Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

für die gleichzeitige Behandlung von Material bei Ofen der eingangs genannten Art so auszubilden,

hohem Druck und hoher Temperatur, vorzugsweise daß die in den Zellen des Mantels angeordneten

bei Drucken von 500 Bar und darüber bei Tempera- Isoliermassen nicht durch die Wärmedehnungen des

türen bis zu 1500" C. 5 Mantels zusammengepreßt werden, so daß sie ihr

Als Beispiel für ein Anwendungsgebiet von öfen Isoliervermögen beibehalten.

dieser Art kann das warme, isostatische Pressen oder Diese Aufgabe wird erfindungsgemüß dadurch gedas isostatisch«) Drucksintern von Metallpulver ge- löst, daß der wlirmeisolierende Mantel mindestens nannt werden. Das Pulver oder ein vorgepreßtcr drei ineinander angeordnete rohrförmige Teile cnt-Pulverkörper wird in eine gasdichte Metallhülle ein- io hlilt, von denen der innere aus einem Material begeschlossen und unter Druck gesintert. Das Druck- steht, das einen niedrigeren Ausdehnungskoefflziensintern hat gegenüber dem üblichen Sintern bei ten hat als das Material in den umgebenden Teilen. Atmosphiirendruck oder unter Vakuum den Vorteil, Die rohrförmigen Teile sind zweckmUßigerweise aus daß es bei niedrigerer Temperatur durchgeführt wer- Blech und die zwischen den Teilen ausgebildeten den kann. Das druckgesinterte Produkt wird trotz 15 ringförmigen Zellen sind mit Iholiermatcrial ohne der niedrigeren Sintertemperatur dicht und poren- geschlossene Poren gefüllt, vorzugsweise in Faserfrei und hat in vielen Fällen bessere mechanische form, aufgebaut auf Aluminiumoxyd-, Siliziumoxyd-Eigenschaften, z. B. höhere Zähigkeit als konven- oder Kohlenstoffbasis, aber auch gewisses Isuliertioneil gesintertes Material. Gewisse Legierungen material in feinkörniger Form auf Aluminiumoxydbekommen z. B. bei konventioneller schmelzmetall- ao oder Magnesiumoxydbasis ist denkbar, urgischer Herstellung eine ungünstige Struktur mit Der Abstand zwischen dem inneren und dem mittkräftigen Steigerungen. Gemäß der Erfindung kön- i_eren rohrförmigen Mantelteil wird so gewählt, daß neu aus diesen Legierungen, ausgehend von fein- dj_c absolute Ausdehnung der Mantelteile bei Temkörnigem, atomisiertem Pulver, Körper mit sehr fein- peraturgleichgewicht sowohl bei kaltem wie warmem körniger Struktur durch Sintern bei hohem Druck ₂₅ ofen ungeiahr gleich ist. Die Beanspruchung des und vergleichsweise niedriger Temperatur hergestellt dazwischenliegenden Isoliermaterials wird dadurch werden. so niedrig wie möglich gehalten. Geeignetes Mate-

Ein für die Funktion des Ofens sehr wesentlicher Hai für den inneren und mittleren rohrförmigen Teil Teil ist der wärmeisolierende Mantel, der den gan- ist Molybdän bzw. austenitischer, rostfreier Stahl, zen Ofenraum von den Wänden der umgebenden 30 aber auch andere Materialkombinationen sind denk-Druekkummer trennt. Diese Druckkammer soll die bar. Es ist zweckmäßig, die Abstände zwischen den Kräfte aufnehmen, die von den in dem Ofen ein- drei rohrförmigen Teilen so zu wählen, daß die Temgeschlossenen, zu hohem Druck komprimierten Gasen peralur an dem mittleren Rohr 700" C nicht überausgehen. Sie muß deshalb kühl gehalten oder even- steigt. Die äußere Isolierschicht wird dadurch keiner tuell gekühlt werden. Die bisher verwendeten Iso- ₃₅ solchen Temperatur ausgesetzt, daß sich ihre Elastilierungsmäntel bestehen gewöhnlich aus zwei kon- zität verringert. Eine Kompression der äußeren Isozentrischen Blechrohren und aus Isoliermaterial in Iierschicht hat daher keine Bedeutung, da sich das Faserform, das den ringförmigen Hohlraum zwi- Isoliermaterial wieder ausdehnt, wenn der Abstand sehen den Rohren ausfüllt. Wenn der Ofen erwärmt zwischen den Mantelteilen wieder zunimmt. Das und das innere Rohr, das den eigentlichen Ofenraum ₄₀ Material für den äußeren rohrförmigen Teil kann umgibt, auf z. B. 1300'¹C erhitzt wird, während das daher nach Gutdünken gewählt werden. Um das äußere Rohr, das an der Druckkammerwand liegt Risiko einer Komprimierung der inneren Isolier- und von dieser gekühlt wird, sich nur auf 50 bis schicht bei schneller Erwärmung des Ofenraumes auf 100° C erwärmt, verkleinert sich der Abstand zwi- Grund von verzögerter Erwärmung des mittleren sehen den Rohren bis zu 10% und das Isoliermaterial ₄₅ rohrförmigen Teiles auszuschließen, kann man an wird dabei zusammengepreßt. - dem mittleren rohrförmigen Teil Wärmeelemente an-

Bci der hohen Temperatur und dem hohen Druck, bringen, so daß dieser erwärmt werden und sich der an dem inneren Mantelrohr herrscht, verliert das gleichförmig mit dem inneren Mantelteil ausdehnen bisher bekannte Isoliermaterial in Faserform einen kann, wodurch der Abstand konstant gehalten wird, großen Teil seiner Elastizität und gewinnt daher 50 Bei Verwendung von Molybdän für den inneren nicht seine anfängliche Form zurück, wenn der Ofen Mantelteil und austenitischem, rostfreiem Stahl für abkühlt und das innere Mantelrohr schrumpft. Es den mittleren Teil erhält man dieselbe Ausdehnung, bildet sich dann ein Spalt zwischen dem inneren wenn die Isolierschicht so gewählt wird, daß der Rohr und dem Isoliermaterial und manchmal auch mittlere Teil eine Temperatur von 450° C hält, wenn radiale Ritzen in der Isolierschicht. Das gewöhnlich 55 der innere eine Temperatur von 1300° C hai. Die verwendete Gas, Argon, das bei dem angewandten gleichmäßige axiale Verlängerung der genannten hohen Arbeitsdruck eine sehr hohe Dichte hat, aber Mantelteile erleichtert auch die Dichtung zwischen gleichzeitig eine sehr niedrige Viskosität, nur 4- bis den im Mantel gebildeten Zellen und der Umgebung. 5mal höher als Luft bei Atmosphärendruck, ist so- Auch dies trägt dazu bei, die Konvektion zu vermit sehr leichtbeweglich. Die Konvektion des Gases 60 mindern und den Ofen zu verbessern. In öfen gemäß in dem entstandenen Spalt zwischen dem inneren dieser Erfindung behält der Isoliermantel seine isoMantelrohr und der Isolierung sowie in den Ritzen lierenden Eigenschaften für lange Zeit bei, was große ist deshalb sehr stark. Das Isoliervermögen des Man- technische und wirtschaftliche Vorteile erbringt, tels kann dadurch in so hohem Maße heruntergesetzt Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines in

werden, daß die Isolierung zwischen den Mantel- 65 der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles rohren jedesmal, wenn der Ofen gebraucht worden näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt ist, neu gepackt oder eventuell ganz ausgetauscht Fig. 1 halb im Schnitt einen Ofen gemäß der

werden muß. Erfindung,

F i jj. 2 don im Ofen oiUhaltenen wUrrnuisotieronden Mantel, der den eigentlichen Ofenraum von dem druckaiifnehmenden Behälter trennt und

Fig. 3 in größerem Maßstab ein Detail des oberen Teils des Ofens.

Die Druckkammer I besteht aus einem dickwandigen, zylindrischen Stahlrohr 2, um das unter Vorspannung ein Drahtmantel 3 aus hachwidersiandsfestem, kaltgewalztem Stahldraht gewiekelt worden ist. Durch die Wicklung werden so große Druck- »o spannungen in der Rohrwand erreicht, daß der Zylinder einem inneren Überdruck von über 3000 Bar widerstehen und außerdem die von dem Druckmedium erzeugten axialen Kräfte auf den Boden und den Deckel aufnehmen kann. Als Druckgas kann Argon verwendet werden. Zwischen dem Drahtmantel 3 und einem üußcren Mantelblech 4 ist ein ringförmiger Spalt 5 für Kühlwasser, das durch den Einlauf 6 am Boden der Druckkammer zu- und durch den Ahlauf 7 am oberen Teil der Kammer abgeführt so wird. Die Enden des Zylinders sind am Boden mit einem Verschluß 8 und oben mit einem einzuschraubenden Deckel 9 verschlossen. Der Bodenverschluss 8 trügt die in der Druckkammer eingeschlossene Ofeneinheit 10 und weist Durchführungenil zur Spei- t$ sung der Heizelemente für die Erwärmung des Ofens und Durchführungen 12 für Thermoelementleitungen und eine nicht gezeigte Rohrdurchführung für das Druckgas auf.

Die Ofeneinheit 10 hat einen würmeisolierenden Mantel 13, der den eigentlichen Ofenraum 14 umgibt. Im Ofenraum sind an der Innenseite einer Anzahl feuerfester Ziegelrohre 18 elektrische Wärmeelemenle in Form von drei Schlingen 15, 16 und 17 aufgehängt. Die Schlingen sind über die Durchführungen 11 an eine nicht gezeigte Stromquelle angeschlossen. Zwischen dem Mantel 13 und den Ziegelrohren 18 ist ein ringförmiger Spalt 19 für Zuleitungen angeordnet. Alternativ können die Wärmeelemente natürlich an der Außenseite der Rohre oder zwischen zwei konzentrisch angeordneten Rohren angebracht werden. Der wärmeisolierende Mantel 13, der den Ofenraum 14 umgibt, ist aus drei konzentrischen Blechrohren 20, 21 und 22 aufgebaut, die zusammen mit den Gabelblechen 23 und 24 zwei « voneinander vollkommen getrennte ringförmige Zellen 25 und 26 bilden, die mit faserförmigem Isoliermaterial gefüllt sind. Um den Druck auszugleichen, steht die Zelle 25 über die öffnung 27 im RoIn 20 am oberen Teil des Mantels mit dem Ofenraum 14 und die Zelle 26 über die öffnung 28 im Rohr 22 am unteren Teil des Mantels mit dem Hohlraum zwischen dem Mantel und dem Rohr 2 in Verbindung. Die Druckausgleichsöffnungen können ringförmige Spalten 29 sein, wie es in F i g. 3 gezeigt ist.

Der Mantel 13 ist mit einem isolierenden Boden 30 und einem Deckel 31 versehen, die die Form von Zellen haben und nur mit Druckausgleichsöffnungen 32 und 33 versehen sind. Auch Boden und Deckel sind mit Isoliermaterial gefüllt. Der Ofenraüm 14 steht über die öffnung 35 im unteren Teil des Ofens mit dem Raum außerhalb des isolierenden Mantels 13 in Verbindung.

Das Material des inneren Rohres 20 hat einen niedrigeren Ausdehnungskoeffizienten als das des mittleren Rohres 21. Die Rohre können z. B. aus Molybdän bzw. aus austenitischem, rostfreiem Stahl sein. Die Dicke der Zellen, d. h. die Dicke der Isolierung, wird in Hinsicht auf die Wärmeausdehnungskoeffizienten so gewühlt, daß der radiale Wörmestrom durch den Mantel dem mittleren Rohr eine solche Temperatur gibt, daß sich die Rohre 20 und 21 gleichmäßig ausdehnen, so daß das radiale Maß der Zelle 25 nicht nennenswert gelindert wird. Hierdurch vermeidet man, daß das in der Zelle auf hohe Temperatur erhitzte Isoliermaterial komprimiert und damit beschädigt wird. Die Isolierschicht behält daher ihr isolierendes Verhallen für lange Zeit. Um auch eine ganz gleichmäßige Ausdehnung der Rohre 20 und 21 bei sehr schneller Erwärmung des Ofenraumes 14 zu erreichen, kann es notwendig sein, während der Erwärmungsperiode das Rohr 21 im Hinblick auf die Temperatur des Rohres 20 mit separaten Heizelementen zu erwärmen.

Wird das radiale Maß der Zellen 25 und 26 und das Isoliermaterial so gewählt, daß die Temperatur des Rohres 21 niemals 500 bis 700° C übersteigt, so verliert das Isoliermaterial in der Spalte 26 seine Elastizität nicht. Verschiedene Ausdehnungen der Rohre 21 und 22 und die daraus folgende Komprimierung des Isoliermalenais verschlechtern daher das Isoliervermögen des Mantels nicht nennenswert, da das Isoliermaterial durch die geringere thermische Belastung nicht sein Vermögen verloren hat, den Wärmeausdehnungen des Raumes zu folgen. Die Wahl des Materials für das äußere Rohr 22 hat daher keine praktische Bedeutung.

Bei hohem Arbeitsdruck ist es aus Sicherheitsgründen zweckmäßig, eine Druckkammer mit einem Hochdruckzylinder mit einer ganz glatten Innenfläche und mit kolbenförmigen, einwärtsgehenden Endverschlüssen zu verwenden. Die Druckkammer wird dabei in ein Pressengestell gesetzt, das die auf die Endverschlüsse wirkenden axialen Kräfte aufnimmt.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Vertikaler Rohrofen zur Behandlung von Material bei hoher Temperatur in einer Gasatmosphäre unter hohem Druck, mit einer Druckkammer, einem Ofenraum, der in einem aus Zellen aufgebauten wärmeisolierenden zylindrischen Mantel eingeschlossen ist und eine Druckausgleichsöffnung zwischen der Zelle und dem Ofenraum oder zwischen der Zelle und dem umgebenden Raum außerhalb des Mantels hat, dadurch gekennzeichnet, daß der wärmeisolierende Mantel (13) mindestens drei ineinander angeordnete rohrförmige Teile (20, 21, 22) enthält, von denen der innere (20) aus einem Material besteht, das einen niedrigeren Ausdehnungskoeffizienten hat als das Material in den umgebenden Teilen (21, 22).

2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmigen Teile (20, 21, 22) aus Blech bestehen.

3. Ofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den ineinander angeordneten rohrförmigen Teilen (20, 21, 22) ausgebildeten Zellen (25, 26) mit Isoliermaterial gefüllt sind.

4. Ofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen (25, 26) zwischen dem inneren und dem mittleren rohrförmigen Mantelteil und zwischen dem mittleren und dem äußeren rohrförmigen Mantelteü und damit die

Dicken der Isolierschichten so gewählt werden, daß die absolute Ausdehnung des inneren und des mittleren Mantelteils (bei Temperaturgleichgewicht) ungefähr gleich ist.

5. Ofen nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der innere rohrförmige Teil (20) aus ferritischem Stahl und der mittlere rohrförmige Teil (21) aus austenitischem, rostfreiem Stahl besteht.

6. Ofen nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der innere rohrförmige Teil (20) aus Molybdän und der mittlere rohrförmige Teil (21) aus austenitischem, rostfreiem Stahl besteht.

7. Ofen nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß am mittleren rohrförmigen Teil (21) Elemente zur Erwärmung desselben angebracht sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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