EP0255603A2 - Hochdrucksinterofen - Google Patents

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EP0255603A2
EP0255603A2 EP87109239A EP87109239A EP0255603A2 EP 0255603 A2 EP0255603 A2 EP 0255603A2 EP 87109239 A EP87109239 A EP 87109239A EP 87109239 A EP87109239 A EP 87109239A EP 0255603 A2 EP0255603 A2 EP 0255603A2
Authority
EP
European Patent Office
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pressure
sintering furnace
pressure sintering
thermal insulation
cooling device
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP87109239A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0255603A3 (de
Inventor
Stoyan Dr. Boneff
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Evonik Operations GmbH
Original Assignee
Degussa GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Degussa GmbH filed Critical Degussa GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B11/00—Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses
    • B30B11/001—Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses using a flexible element, e.g. diaphragm, urged by fluid pressure; Isostatic presses
    • B30B11/002—Isostatic press chambers; Press stands therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12—Both compacting and sintering
    • B22F3/14—Both compacting and sintering simultaneously
    • B22F3/15—Hot isostatic pressing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B5/00—Muffle furnaces; Retort furnaces; Other furnaces in which the charge is held completely isolated
    • F27B5/04—Muffle furnaces; Retort furnaces; Other furnaces in which the charge is held completely isolated adapted for treating the charge in vacuum or special atmosphere
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B5/00—Muffle furnaces; Retort furnaces; Other furnaces in which the charge is held completely isolated
    • F27B5/06—Details, accessories or equipment specially adapted for furnaces of these types
    • F27B5/08—Arrangements of linings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D9/00—Cooling of furnaces or of charges therein

Definitions

  • the invention relates to a high-pressure sintering furnace for sintering and compressing compacts from metal and / or non-metal powders, consisting of a pressure housing and thermal insulation, within which there is a graphite cylinder surrounded by heating conductors for receiving the compacts.
  • furnaces are required in which corresponding compacts can be sintered and compressed under pressure.
  • Such a high pressure sintering furnace is described for example in DE-GM 84 31 211.
  • This consists of a high-pressure-resistant metal housing in which thermal insulation, e.g. is made of graphite felt. Inside this thermal insulation is the furnace chamber, a graphite tube which is surrounded by heating conductors and in which the compacts are sintered and pressure-compressed with a process gas.
  • This furnace construction has the disadvantage that a great deal of heat energy is transferred from the heating conductors to the wall of the pressure housing through the non-gastight insulation with the process gas.
  • the wall of the pressure housing heats up as a result and must be made thicker for mechanical stability reasons, which on the other hand complicates the heat dissipation through the housing wall and also leads to long cooling times of the furnace.
  • This object was achieved in that a cooling device is installed between the thermal insulation and the pressure housing.
  • the cooling device is preferably installed only in the upper region of the pressure housing. It is also advantageous if the cooling device consists of a metal plate which is adapted to the curvature of the pressure housing and which is advantageously provided with water cooling. In addition, the metal plate on the heating conductor side can be provided with a thermal insulating layer, for example graphite felt, in order to limit the cooling effect.
  • thermal insulation consists of several alternating layers of graphite felt and gas-tight graphite foil, so that passage of the process gas from the furnace chamber to the housing wall is largely prevented or made more difficult.
  • the cooling device which must consist of a good heat-conducting material, is installed directly in front of the housing wall, preferably only in the upper area of the pressure housing.
  • This cooling device is dimensioned so that a large part of the heat generated outside the thermal insulation is absorbed and dissipated by the cooling medium.
  • the pressure housing wall is thermally relieved, so that only smaller wall thicknesses are necessary for mechanical stability.
  • the improved heat transfer through the thinner wall in connection with the cooling device means a shorter cooling time of the furnace and thus a shortening of the individual working cycles.
  • the cooling of the process gas results in a relatively strong circulation of the gas in the space between the thermal insulation and the pressure housing wall.
  • This circulation process leads to relatively small temperature differences between the upper (boiler apex) and lower (boiler bottom) area of the pressure housing. This minimizes the thermal stresses of the pressure housing wall, which are caused by the rising hot process gas without a cooling device, which heats the top of the boiler far more than the bottom of the boiler.
  • Figures I and II schematically show a high-pressure sintering furnace according to the invention in an exemplary embodiment in cross and longitudinal section.
  • a thermal insulation (2) is located within a pressure housing (7).
  • the working space of the high-pressure sintering furnace is formed by a graphite cylinder (5) which is surrounded by heating conductors (1).
  • a cooling device (4) is installed in the upper area of the pressure housing (7) between the housing wall (3) and the thermal insulation (2). in this case consisting of a metal plate adapted to the curvature of the housing, which is provided with water cooling (6) in the form of a meandering tube.

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Abstract

Ein Hochdrucksinterofen für Preßling aus Metall- ­und/oder Nichtmetallpulvern mit Geringerer Wandstärke des Druckgehäuses und geringerer Auskühlzeit erhält man durch den Einbau einer KÜhleinrichtung zwischen Druckgehäusewand und thermischer Isolierung.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Hochdrucksinterofen zum Sintern und Druckverdichten von Preßlingen aus Metall- ­und/oder Nichtmetallpulvern, bestehend aus einem Druck­gehäuse und einer thermischen Isolierung, innerhalb derer sich ein von Heizleitern umgebener Graphitzylinder zur Aufnahme der Preßlinge befindet.
  • Zur sintermetallurgischen Herstellung von Formkörpern aus Metallen, Keramik oder Metallkeramik benötigt man Öfen, in denen entsprechende Preßlinge gesintert und unter Druck verdichtet werden können.
  • Ein solcher Hochdrucksinterofen ist beispielsweise in dem DE-GM 84 31 211 beschrieben. Dieser besteht aus einem hochdruckfesten Metallgehäuse, in dem eine thermische Isolierung, z.B. aus Graphitfilz angeordnet ist. Innerhalb dieser thermischen Isolierung befindet sich der Ofenraum, ein Graphitrohr, das von Heizleitern umgeben ist und in dem die Preßlinge gesintert und mit einem Prozessgas druckverdichtet werden.
  • Diese Ofenkonstruktion hat den Nachteil, daß mit dem Prozessgas sehr viel Wärmeenergie von den Heizleitern durch die nicht gasdichte Isolation auf die Wand des Druckgehäuses übertragen wird. Die Wand des Druckge­häuses heizt sich dadurch auf und muß aus mechanischen Stabilitätsgründen dickwandiger ausgeführt werden, was andererseits die Wärmeabfuhr durch die Gehäusewand wieder erschwert und außerdem zu langen Auskühlzeiten des Ofens führt.
  • Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Hochdrucksinterofen zum Sintern und Druckverdichten von Preßlingen aus Metall- und/oder Nichtmetallpulvern zu konstruieren, bestehend aus einem Druckgehäuse und einer thermischen Isolierung, innerhalb derer sich ein von Heizleitern umgebener Graphitzylinder zur Aufnahme der Preßlinge befindet, bei dem die Gehäusewand eine möglichst geringe Temperaturbelastung erfährt, so daß eine geringere Wandstärke, eine geringere Auskühlzeit und damit eine Verkürzung der Arbeitszyklen ermöglicht wird.
  • Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen der thermischen Isolierung und dem Druckgehäuse eine Kühleinrichtung eingebaut ist.
  • Vorzugsweise ist die Kühleinrichtung nur im oberen Bereich des Druckgehäuses eingebaut. Weiterhin ist von Vorteil, wenn die Kühleinrichtung aus einer der Krümmung des Druckgehäuses angepassten Metallplatte besteht, die vorteilhafterweise mit einer Wasserkühlung versehen ist. Außerdem kann die Metallplatte heizleiterseitig mit einer thermischen Isolierschicht, beispielweise Graphitfilz, versehen sein, um die Kühlwirkung zu begrenzen.
  • Es ist weiterhin von Vorteil, wenn die thermische Isolation aus mehreren abwechselnden Lagen von Graphitfilz und gadichter Graphitfolie besteht, so daß ein Durchtritt des Prozessgases vom Ofenraum zur Gehäusewand weitgehend verhindert bzw. erschwert wird.
  • Die Kühleinrichtung, die aus einem gutwärmeleitenden Material bestehen muß, wird unmittelbar vor der Gehäusewand eingebaut und zwar vorzugsweise nur im oberen Bereich des Druckgehäuses. Diese Kühleinrichtung wird so dimensioniert, daß ein Großteil der außerhalb der thermischen Isolierung anfallenden Wärme aufgenommen und durch das Kühlmedium abgeführt wird. Dadurch wird die Druckgehäusewand thermisch entlastet, so daß für die mechanische Stabilität nur geringere Wanddicken notwendig sind. Der verbesserte Wärmedurchgang durch die dünnere Wand in Verbindung mit der Kühleinrichtung bedingt eine kürzere Auskühlzeit des Ofens und damit eine Verkürzung der einzelnen Arbeitszyklen.
  • Durch die Abkühlung des Prozessgases bevorzugt im oberen Bereich des Druckgehäuses erfolgt eine relativ starke Umwälzung des Gases im Raum zwischen der thermischen Isolation und der Druckgehäusewand. Dieser Umwälzprozess führt zu verhältnismäßig geringen Temperaturdifferenzen zwischen dem oberen (Kesselscheitel) und unteren (Kesselsohle) Bereich des Druckgehäuses. Dadurch werden die Wärmespannungen der Druckgehäusewandung minimiert, die ohne Kühleinrichtung durch das aufsteigende heiße Prozessgas hervorgerufen werden, das den Kesselscheitel weit stärker erwärmt als die Kesselsohle.
  • Die Abbildung I und II zeigen schematisch einen erfindungsgemäßen Hochdrucksinterofen in beispielhafter Ausführungsform im Quer- und Längsschnitt.
  • Innerhalb eines Druckgehäuses (7) befindet sich eine thermische Isolation (2), im Normalfall aus Graphitfilz. Der Arbeitsraum des Hochdrucksinterofens wird von einem Graphitzylinder (5) gebildet, der von Heizleitern (1) umgeben ist. Im oberen Bereich des Druckgehäuses (7) ist zwischen der Gehäusewand (3) und der thermischen Isolation (2) eine Kühleinrichtung (4) eingebaut, in diesem Fall bestehend aus einer der Gehäusekrümmung angepassten Metallplatte, die mit einer Wasserkühlung (6) in Form eines mäanderförmigen Rohres versehen ist.

Claims (6)

1. Hochdrucksinterofen zum Sintern und Druckverdichten von Preßlingen aus Metall- und/oder Nichtmetallpulvern, bestehend aus einem Druckgehäuse und einer thermischen Isolierung, innerhalb derer sich ein von Heizleitern umgebener Graphitzylinder zur Aufnahme der Preßlinge befindet,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen der thermischen Isolierung (2) und dem Druckgehäuse (7) eine Kühleinrichtung (4) eingebaut ist.
2. Hochdrucksinterofen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kühleinrichtung (4) nur im oberen Bereich des Druckgehäuses (7) eingebaut ist.
3. Hochdrucksinterofen nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kühleinrichtung (4) aus einer der Krümmung des Druckgehäuses (7) angepassten Metallplatte besteht.
4. Hochdrucksinterofen nach Anspruch 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Metallplatte mit einer Wasserkühlung (6) versehen ist.
5. Hochdrucksinterofen nach Anspruch 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Metallplatte heizleiterseitig mit einer thermischen Isolierschicht versehen ist.
6. Hochdrucksinterofen nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die thermische Isolierung (2) aus mehreren abwechselnden Lagen von Graphitfilz und gasdichter Graphitfolie besteht.
EP87109239A 1986-07-30 1987-06-26 Hochdrucksinterofen Withdrawn EP0255603A3 (de)

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DE19863625788 DE3625788A1 (de) 1986-07-30 1986-07-30 Hochdrucksinterofen

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EP0255603A2 true EP0255603A2 (de) 1988-02-10
EP0255603A3 EP0255603A3 (de) 1989-05-03

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JP (1) JPS6338885A (de)
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