DED0016170MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 21. Oktober 1953 Bekanntgemacht am 12. Juli 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Beim Schmelzen von Quarzsand zu Quarzgut mittels elektrisch beheizter, im Schmelzgut nebeneinanderliegender Heizstäbe aus Graphit, wobei das erschmolzene Quarzgut zwischen den Heizstäben absinkt und neuer zu schmelzender Quarzsand von oben zu den Heizstäben rieselt, zeigten die Heizstäbe einen sehr starken Verschleiß, so daß sie nach einer meist nur wenige Stunden zählenden Betriebsdauer ausgewechselt werden mußten. Die dadurch bedingte Unterbrechung des Schmelzvorganges machte es unmöglich, große Blöcke, insbesondere solche größerer Länge zu erzeugen oder gar einen kontinuierlichen Betrieb aufrechtzuerhalten.

Die vorliegende Erfindung bezweckt eine Erhöhung der Lebensdauer der Heizstäbe, um damit die Voraussetzung für einen kontinuierlichen Be^ trieb des Ofens zu erzielen.

Nach der Erfindung wird jeder Heizstab gegen eine Berührung mit dem Schmelzgut und insbesondere der Schmelze durch eine ihn in seiner ganzen Länge abdeckende, ganze oder teilweise Umhüllung abgeschirmt. Entweder werden die Heizstäbe ganz umfaßt oder so weit abgedeckt, daß die fließende Schmelzmasse die Heizstäbe nicht berührt.

Es wurde beobachtet, daß sich beim Schmelzen von Qiuarzsand in der Oberflächenschicht der Graphitheizstäbe Silizkimcarbid bildet, das sich in Form einer Schicht auf die Heizstäbe legt. Diese Schicht verbleibt fest an den Heizstäben, wenn eine Berührung der Heizstäbe mit der geschmolzenen

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Masse verhindert wird. Sie wird jedoch ganz oder teilweise abgerissen, wenn sie in Berührung mit der Schmelze kommt. Auf der freigelegten Graphitfläche bildet sich dann sofort wieder eine neue Siliziumcarbidschicht, die ebenfalls wieder abgerissen wird. Die dauernde Wiederholung dieser Vorgänge — Bildung von Siliziumcarbidschichten und Abreißen derselben — bewirkt in sehr kurzer Zeit eine Verringerung des Querschnittes der Heizstäbe bis zu einer Stärke, bei der die Heizstäbe für den Stromdurchgang überlastet sind und unter Lichtbogenbildung eine Stromunterbrechung eintritt. Es genügt schon der Ausfall eines Stabes von mehreren hintereinandergeschalteten Heizstäben zur Unterbrechung des Schmelzvorganges. Da aber solche Ausfälle schon nach kurzer Betriebszeit eintreten, können größere einheitliche Schmelzblöcke nicht erzeugt werden, da die Schmelzzeit nicht für die Erzeugung solcher großer Blöcke ausreicht.

Durch die erfindungsgemäß vorgenommene Abschirmung der Heizstäbe gegen eine Berührung mit der geschmolzenen Masse durch ganze oder teilweise Umhüllung der Heizstäbe wird das Abreißen der gebildeten Siliziumcarbidschicht auf den Heizstäben vermieden und dadurch deren frühzeitige Zerstörung verhindert. Die Lebensdauer wird verlängert, die Schmelze kann längere Zeit durchgeführt werden, und dadurch ist die Erschmelzung großer einheitlicher Blöcke, insbesondere solcher größerer Länge, sowie ein kontinuierliches Schmelzen möglich.

Die Abschirmung der Heizstäbe kann in verschiedener Weise erfolgen. Es können die Heizstäbe völlig umhüllt werden, z. B. durch ein Rohr, das unter Einhaltung eines Zwischenraumes über die Heizstäbe geschoben wird. Dieses Schutzrohr darf nicht vom elektrischen Strom durchflossen werden. Dementsprechend ist es anzuordnen und an den Elektrodenblöcken zu befestigen. Als· Baustoff für die Schutzrohre wählt man einen möglichst gut wärmeleitenden feuerfesten Stoff. Hochfeuerfeste Oxyde, z. B. Zirkonoxyd, auch Nitride, z. B. Titannitrid, Zirkonnitrid, oder Boride, z. B. Titanborid, Zirkonborid, sind geeignet, aber auch Karbide können Verwendung finden, z. B. Siliziumcarbid oder Titancarbid. Sogar aus Graphit können die Schutzrohre hergestellt werden. Schutzrohre aus Graphit überziehen sich zwar mit einer Schicht Siliziumcarbid, diese bleibt aber festliegend und wird von der fließenden Schmelze nicht abgerissen, da kein Stromdurchflu'ß erfolgt und infolgedessen die durch den Stromdurchfluß bewirkte sehr hohe Oberflächentemperatur fehlt und somit bei der bedeutend niedrigeren Temperatur der Schutzrohre auch kein Absprühen der gebildeten Siliziumcarbidschicht eintritt. Die Schicht bildet eine Schutzschicht, welche die Lebensdauer des Schutzrohres verlängert. Eine solche Schutzschicht oder aus anderen Stoffen, kann man schon vor dem Einbau der Schutzrohre, auch bei Schutzrohren aus anderen' Stoffen, auf diese aufbringen.

Der Querschnitt der Schutzrohre kann beliebig gewählt sein. Zweckmäßig wählt man eine Querschnittsform, die einen guten Fluß der Schmelzmasse gestattet, z. B. kreisrund, hochstehend oval oder oval mit nach unten liegender Spitze. Die Schutzrohre können auch zwecks Vergrößerung, der wärmeabgebenden Fläche in der. Längsrichtung mit nebeneinanderliegenden zweckmäßig runden Rippen und ebensolchen Furchen ausgestattet sein, und sie können an der höchsten Rohrstelle eine in der Längsrichtung verlaufende, senkrecht gestellte Rippe besitzen, die gleichzeitig dem Schutzrohr einen größeren Widerstand gegen Durchbiegung gibt. .

Es genügt jedoch auch, die in einer Ebene nebeneinanderliegenden Heizstäbe durch eine Überdachung abzuschirmen, die oberhalb der Heizstäbe angeordnet wird und mit den Traiufen so weit nach beiden Seiten des Schutzstabquerschnittes ausladet, daß zwar ein Durchfluß der Schmelze erfolgt, diese aber beim Abwärtsfließen nicht an die Heizstäbe kommen kann. Eine solche Überdachung hat den Vorteil, daß ein Großteil der von den Heizstäben ausstrahlenden Wärme das Schmelzgut unmittelbar trifft. Die Dachflächen können dabei gerade oder gekrümmt sein. Der First kann eine aufrecht stehende Längsrippe tragen, und auch die Dachflächen können im Längsschnitt wellenförmig gestaltet oder auf der Länge verteilt mit Querrippen versehen sein. Werden an den Traufenkanten Aussparungen angeordnet, so daß gezackte Traufen entstehen, so werden Brückenbildungen des Schmelzgutes zwischen den Traufenkanten zweier nebeneinanderliegender Schutzabdeckungen vermieden.

Wendet man Umhüllungen aus einem Baustoff an, der die gleiche oder gar eine noch bessere elektrische Leitfähigkeit besitzt als die Graphitheizstäbe, so muß aus den oben angegebenen Gründen ein Stromdurchfluß durch die Umhüllungen verhindert werden. Bei Umhüllungen, die eine schlechtere elektrische Leitfähigkeit als die Graphitheizstäbe besitzen, z. B. aus Siliziumcarbid, darf die Umhüllung die Heizstäbe auch berühren oder sogar mit ihnen verschweißt sein. In diesem Falle sind die Schutzabdeckungen an dem Stromdurchgang nicht oder nur in geringem Maße beteiligt, da der Strom stets dem guten Leiter nachgeht. Infolgedessen tritt in solchen Fällen auch keine Zerstörung ein.

Wenn die Umhüllungen in radialem Abstand von den Heizstäben angeordnet sind, bleibt infolge der hohen Viskosität der Schmelze unterhalb der Umhüllung um die Heizstäbe stets ein Hohlraum bestehen. Auch bei an den Heizstäben anliegenden Umhüllungen werden unter diesen Hohlräume gebildet. In allen diesen Hohlräumen sammeln sich Gase, die sich beim Schmelzvorgang bilden, bzw. Dämpfe; z. B. CO, Si, SiO, SiO₂, die zweckmäßig seitlich abgezogen werden. Führt man in die langgestreckten Hohlräume an einem Ende ein Gas unter Druck ein, z. B. ein inertes Gas, wie Stickstoff, so kann man die in dem Hohlraum angesammelten Gase schnell und vollständig auf der der Einführungsstelle gegenüberliegenden Seite der

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Schutzabdeckung herausdrücken bzw. absaugen. Dadurch werden Gaseinschlüsse in der Schmelzmasse vermieden, und diese wird blasenfrei.

Die Abschirmung der Heizstäbe gegen eine Berührung mit der Schmelzmasse kann man für alle Arten Heizstäbe zum Schmelzen verschiedenartiger Stoffe anwenden, bei dem die Heizstäbe vor einer Berührung mit dem Schmelzfuß geschützt werden sollen oder eine Abführung von ίο entstehenden Gasen erforderlich ist.

Claims (10)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Heizstabschutz elektrischer Widerstands-. Wärmeerzeugier für Schmelzöfen, bei denen das zu schmelzende Gut den Heizstäben zufließt und die geschmolzene Masse zwischen nebeneinanderliegenden Heizstäben abfließt, insbesondere für Öfen zum Erschmelzen von Quarzgut aus Qiuarzsand, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Heizstab gegen eine Berührung mit dem Schmelzgut und insbesondere der Schmelze durch eine ihn in seiner ganzen Länge abdeckende, ganze oder teilweise Umhülliung abgeschirmt ist.

2. Heizstabschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung den Heizstab dachartig überdeckt.

3. Heizstabschutz nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung in ■ einem Abstand von der Heizstaboberfläche liegt.

4. Heizstabschutz nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung an der Oberfläche des Heizstabes anliegt.

5. Heizstabschutz nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllungen an ihrer obersten Stelle der Außenseite eine über die ganze Länge sich erstreckende, senkrecht stehende Rippe tragen.

6. Heizstabschutz nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung im Längsschnitt einen wellenförmigen oder rippentragenden Querschnitt besitzt.

7. Heizstabschutz nach Anspruch 1 bis 6, 4-5 dadurch gekennzeichnet, daß die Traufen der dachförmigen Umhüllung beiderseits so weit seitlich vom Heizstab abliegen, daß die abwärts fließende Schmelze den Heizstab nicht berühren kann. ,

8. Heizstabschutz nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Traufen der dachförmigen Umhüllungen gezackt sind.

9. Heizstabschutz nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmungen aus hochfauerfesten nicht metallischen Baustoffen, wie hochfeuerfesten Oxyden, Nitriden, Boriden, Karbiden und Graphit, bestehen und gegebenenfalls auf ihrer zum Schmelzgut zu gelegenen Oberfläche mit einer gegen die mechanischen und chemischen Einwirkungen des Schmelzgütes besonders widerstandsfähigen Schutzschicht versehen sind.

10. Heizstabschutz nach Anspruch 3 bis 6 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zwischen Abschirmung und Heizstab . liegenden und/oder in dem unterhalb der Umhüllung oder der Heizstäbe gebildeten länglichen Hohlraum an einem Längsende ein Gas eingeführt wird, das am anderen Längsende ausströmt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 715407, 609157, 518666.