NO121376B - - Google Patents

Description

Anordning ved elektriske motstandselementer.

Foreliggende oppfinnelse angår en anordning ved elektriske motstandselementer for elektriske ovner bestemt for temperaturer over 1000° C, og fortrinsvis opp til minst 1400° C.

Det har tidligere vært foreslått ved slike

temperaturer å anvende motstandselementer som ved hjelp av pulvermetallurgiske frem-gangsmåter er fremstilt i det vesentligste av silisider, særlig molybdensilisid med eventu-ell rest av oksyder, karbider som silisiumkarbid og borider, hvorunder det som metall-atom, foruten molybden, kan komme i be-traktning et eller flere av grunnstoffene Ti, Zr, V, Nb, Ta og Cr. Ved sterk opphetning dannes det på slike motstandselementer som følge av innvirkning av luftens oksygen, et overflateskikt av silisiumdioksyd som ved høy temperatur er noe plastisk og klebende og sintrer sammen til en gasstett hinne som hindrer ytterligere oksydasjon av elementets indre.

Motstandselementer av slikt materiale

har en begrenset mekanisk holdfasthet slik at man hittil har hatt valget mellom enten å understøtte dem på flere steder eller utføre dem med en lengde som ofte er altfor kort i forhold til forekommende ovnsdimensjoner.

Hvis man herunder forsøker å understøtte et element av den ovennevnte type på den måte som er vanlig ved metalliske motstandselementer, direkte på ovnenes ildfaste foring, resulterer dette i at elementene kleber fast til foringen og trekkes i stykker ved tempera-turendringer, da de ikke er fritt bevegelige. Fastklebingen kan foruten innvirkning av silisiumdioksyd-hinnen skyldes at elementma-terialet ofte er tilbøyelig til å reagere kjemisk med underlaget under dannelse av reaksjonsprodukter som har lavere mykningstempera-tur enn elementenes driftstemperatur. Det skal herunder påpekes at fastklebingen ikke i og for seg har noen forbindelse med graden av foringens ildfasthet.

For å unngå denne ulempe har man for-søkt å montere elementene frittbærende, slik at det ikke oppstår noen berøring mellom elementene og foringsmaterialet innenfor elementenes opphetningssoner. Dette medfører imidlertid at det må stilles store krav til elementenes mekaniske holdfasthet, hvilket kan lede til dimensjoneringer som ikke er hensiktsmessige fra et elektrisk synspunkt.

Foreliggende oppfinnelse tar sikte på å unngå denne ulempe og består i hovedtrekkene deri at elementet, som vesentlig består av silisider, særlig molybdensilisid med eventu-ell rest av oksyder, karbider og borider, hviler løst på et skikt som bare delvis berører elementet og består av i forhold til hverandre bevegelige korn av ildfast elektrisk isolerende materiale som også ved driftstemperatur er kjemisk motstandsdyktig mot materialet i motstandselementet. Herved understøttes elementene godt og skiktet hindrer dem i å feste seg til ovnsforingen. Skiktkornene bør ha en slik ildfasthet at fri bevegelighet mellom de enkelte korn bibeholdes i det minste ved 1000° C. og i hvertfall opp til driftstemperaturen. Helst bør kornene være fritt bevegelige opp til en temperatur på minst 1400° C. Ved at skiktmaterialet er kjemisk motstandsdyktig overfor materialet i elementene hindres disse i å ødelegges ved de steder hvor de berører skiktet. Ved at den elektriske motstanden av skiktmaterialet er tilstrekkelig høy hindres at eventuelle lekkasjestrømmer i skiktet skader elementene på kontaktstedene mellom skikt og element. På grunn av de øvrige krav som stilles til materialet i skiktet med hensyn til ildfasthet og kjemisk motstandsevne er det som regel ingen vanskelighet samtidig å tilfreds-stille kravet til høy elektrisk motstand.

Under driften kommer endel korn i den del av skiktet som ligger nærmest elementene til å klebe fast til kiseloksydskiktet på dette. Da elementene ved varierende temperatur en-drer sin lengde, trekkes de fastsittende korn med elementet og glir herunder langs de lett bevegelige korn i skiktet som ikke sitter fast på elementet. Elementet befris herved for ska-delige mekaniske påkjenninger.

Det er ifølge oppfinnelsen hensiktsmessig at skiktet utgjøres av ett eller flere av stoffene kiselsyre, silisiumkarbid eller aluminiumsilikat. Særlig gode' resultater er opp-nådd med et skikt av mullit eller silimanit. Oppfinnelsen er imidlertid ikke begrenset til skiktmateriale av denne sammensetning, men man kan anvende et hvilket som helst varme-bestandig materiale med høy elektrisk led-ningsmotstand. Dog må skiktmaterialet bestå av slike stoffer som selv ved den høyest forekommende driftstemperatur forholder seg kjemisk indifferent overfor materialet i motstandselementet, slik at det hindrer dannel-sen av reaksjonsprodukter. De stoffer som ifølge oppfinnelsens videste omfang kan inn-gå i motstandsskiktet er karbider, borider, silisider, silikat og oksyder, enkeltvis eller i kombinasjon med hverandre.

Kornene i skiktet bør, for en overveiende dels vedkommende, være runde eller i det minste ha avrundete kanter og hjørner, slik at de lett kan bevege seg i forhold til hverandre. Kornene bør utgjøres av et i bestemte kornfraksjoner siktet materiale, for eks. med forskjellige sikter, utført ifølge Tylers Stan-dard Siktskala, hvorunder kornene i hvert skikt bør tilhøre samme kornfraksjon, for eks. mellom to avgrensete mesh-verdier, eller i det minste kornfraksjoner som ligger nær hverandre, for eks. en fraksjon med korn-størrelser fra 2,3 — 3,3 mm (6 — 8 mesh) og en fraksjon med kornstørrelser 3,3 — 4,7 mm (4 — 6 mesh). Herunder bør iakttas at kornenes gjennomsnittlige størrelse er avpas-set slik at understøttelsen av elementet blir tilfredsstillende. Det er funnet at hvis skiktet skal oppfylle den funksjon det er bestemt for bør tykkelsen være minst 2 ganger gjennom-snittsdiameteren av kornene som inngår i skiktet. Generelt gjelder at kornstørrelsen av skiktets partikler bør ligge på mellom 0,1 og 10 mm.

Det har vist seg at hvis man understøt-ter motstandselementene ifølge oppfinnelsen, kan disse anvendes også i forbindelse med ovnsforinger som ved direkte berøring skulle ha en ødeleggende virkning på elementene. Ved hjelp av foreliggende oppfinnelse blir det således mulig å anvende foringsmateriale av standardkvalitet, valgt utelukkende med hensyn til ildfastheten og uten hensyn til materialets eventuelle tilbøyelighet til ved høye temperaturer å reagere kjemisk med materialet i elementene.

Forskjellige praktiske utførelsesformer for elementenes montering i ovner er vist på vedlagte tegninger, hvor

fig. 1 er et vertikalsnitt gjennom nedre

delen av en ovn, mens

fig. 2 er et tilsvarende grunnriss.

Fig. 3 og 4 viser et element plasert på

hyller anordnet på mot ovnen vendende sider.

Fig. 5 er et sideriss og fig. 6 et grunnriss

av et støtterør for horisontal montering, mens

fig. 7 og 8 viser tverrsnitt etter linjene

VII — VII og VIII — VIII i fig. 5.

Fig. 9 viser grunnriss av foringens nedre

halvdel for en rørovn og

fig. 10 et tverrsnitt etter linjen X — X

gjennom foringen.

Ved den på fig. 1 og 2 viste utførelses-form utgjøres bunnen 1 og sideveggene 2 — 5 av ildfast materiale. På bunnen er anbragt et skikt 6 av korn bestående av aluminiumsilikat med den omtrentlige sammensetning 65 % Ah.Os og 35 % SiC-2. Halvveis nedsenket i skiktet hviler et motstandselement 7 bestående av 95 % molybdensilisid (MoSi2) og resten av oksyder og silikater. Ved endene er elementet utført med fortykkete tilslutningspartier 8 a, 8 b, som er tredd gjennom hull i veggen 2. Den egentlige høytempererte opp-hetningssonen utgjøres av elementets 7 smale del, mens tilslutningspartiene 8 a, 8 b, på grunn av sitt større tverrsnittsareal har et betydelig lavere temperatur.

I stedet for å la skiktmaterialet bestå av aluminiumoksyd og kiselsyre i form av aluminiumsilikat, kan man anvende ren silisiumkarbid i form av korn med en størrelse på 2 — 5 mm. Det er hensiktsmessig å anvende den såkalte lysegrønne silisiumkarbid, da dette er den reneste form som forekommer tek-nisk.

Alternativt kan ytterligere et annet skiktmateriale forekomme, nemlig på pulver-metallurgisk vei fremstilte 4 mm's kuler, in-neholdende i meget finmalt form 15 vektprosent MoSb og 85 vektprosent silisiumkarbid.

Som ytterligere utførelseseksempel kan nevnes et tilfelle hvor motstandselementet 7 består av 90 vektprosent MoSb, 5 vektprosent kromborid (CrB) og resten bindemiddel samt skiktet 6 av knust ren kvarts i form av utsiktede korn med en størrelse av 3 — 4 mm.

Hvis skiktet påny utgjøres av ren aluminiumoksyd (AkOii) i stedet for det angitte aluminiumsilikat, viser det seg at det danner silikat med elementets silisium, hvilket fører til at elementet blir fattigere på dette stoff og derved ødelegges. Et slikt valg av skiktmateriale strider således mot det oppstilte vilkår at skiktmaterialet skal være kjemisk motstandsdyktig overfor elementets materiale.

Ved den på fig. 3 og 4 viste utførelses-form er den ildfaste vegg 10 anordnet på inn-siden av bæredigel 11 og på sin inn mot ovnen vendende side forsynt med hyller 12, 13 o.s.v. På disse er skikt 14, 15 o.s.v. anbragt og i disse hviler to parter 7 a, 7 b av motstandselementet. Disse forbindes med en frittbærende overgangsdel 7 c. På fig. 3 er vist de bredere tilslutningspartier 8 c og 8 d.

Ved utførelsesformen ifølge fig. 5 — 8 som er bestemt for horisontal montering, hviler det hårnålformete bøyete motstandselement 21 på et i røret 20 innlagt skikt 31 av stykkformet, ildfast og overfor materialet i motstandselementet også ved driftstemperatur kjemisk motstandsdyktig, elektrisk isolerende materiale. Skiktets 31 elektriske motstand er så høy at det hindres dannelse av nevneverdige lekkasjestrømmer. Materialet i skiktet har som ovenfor angitt en slik ildfasthet at de enkelte korn bibeholder sin inn-byrdes bevegelighet også ved de høyest forekommende temperaturer, hvorved sikres at motstandelementet ved opphetning og avkjø-ning kan bevege seg fritt i forhold til støtte-røret.

Motstandselementets 21 tilførselslednin-ger 25, som har øket tverrsnittsareal er ført gjennom og fyller hull i en propp 26 som stenger røret 20 ved den tilsvarende ende og er utført av keramisk materiale.

På fig. 9 og 10 betegner 40 nedre halvdel av den keramiske foring og 41 den øvre halvdel. 42 betegner et keramisk rør som er innskjøvet i ovnsforingen og avgrenser ovns-rommet 43. I den nedre halvdel 40 av foringen er opptatt et flertall, i det viste tilfelle 6, aksielt forløpende åpne spor 44, som danner hver sin hylle. På bunnen i hvert spor eller hylle 44 er anbragt et skikt 45 av stykkformet, ildfast og overfor materialet i motstandselementet også ved driftstemperatur kjemisk motstandsdyktig, elektrisk isolerende materiale av ovenfor angitte beskaffenhet. På de forskjellige skikt 45 hviler de rettlin-jete partier 46 av et motstandselement som er ført i slyngninger og som i sin lengderet-ning er bøyet langs en sylinderflate. De to øverste spor eller hyller 44 er utformet i gren-seflaten mellom innforingens nedre og øvre halvdeler 40 og 41. Motstandselementets til-førselsledninger 47 som har større tverrsnittsareal enn den egentlige motstandsled-ningen 46 er innført gjennom hull i ovnens bakre vegg 48. I ovnens frontvegg 49 er ovnsåpningen 50 anordnet. Denne kan på vanlig måte lukkes ved hjelp av en ikke vist luke. Det buktete motstandselement innleg-ges i sporene 44 før det keramiske rør 42 skyves på plass. Motstandsviklingen kan be-kvemt uttas for utskiftning eller reparasjon etter at det keramiske rør 42 først er truk-ket ut av ovnen.

Claims (5)

1. Anordning ved elektriske motstandselementer, bestemt for temperaturer over 1000° C og i det vesentligste bestående av silisider, særlig molybdensilisid med even-tuell rest av oksyder, karbider og borider, karakterisert ved at elementet hviler løst på et skikt som bare delvis berører elementet og består av i forhold til hverandre bevegelige korn.

2. Anordning som angitt i påstand 1, karakterisert ved at skiktkornene i overveiende grad er runde eller, i det minste har avrundete kanter og hjørner slik at de lett kan bevege seg i forhold til hverandre.

3. Anordning som angitt i påstand 1 eller 2, karakterisert ved at kornstørrelsen av skiktpartiklene er mellom 0,1 og 10 mm.

4. Anordning som angitt i en av påstan-dene 1—3, karakterisert ved at skikttykkel-sen er minst 2 ganger den gjennomsnittlige kornstørrelse.

5. Anordning som angitt i en av påstan-dene 1—4, med skikt bestående av et i bestemte kornfraksjoner skiktet materiale, karakterisert ved at den største kornstørrelse er maksimalt 2 — 3 ganger den minste korn-størrelse.