DE2208137A1

DE2208137A1 - Vertikaler Rohrofen für hohen Arbeitsdruck

Info

Publication number: DE2208137A1
Application number: DE19722208137
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. Robertsfors Larker (Schweden)
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1971-03-15
Filing date: 1972-02-22
Publication date: 1972-09-28
Also published as: GB1374515A; SE350831B; US3752456A; AT316489B; FR2129680A5

Description

Vertikaler Rohrofen für hohen Arbeitsdruck

Die Erfindung betrifft einen zylinderförmigen länglichen, vorzugsweise vertikalen Ofen für gleichzeitige Behandlung von Material bei hohem Druck, vorzugsweise 500 Bar und höher, und bei hoher Temperatur bis zu ca. 1500⁰C, wobei der Ofen mit praktisch vertikal gerichteter Längsachse in einer Druckkammer untergebracht ist und einen mit Heizelementen versehenen Ofenraum enthält, der in einer wärmeisolierenden Hülle, bestehend aus einem isolierenden Mantel mit isolierendem Deckel und Boden eingeschlossen ist. oJin für die Funktion des Ofens sehr wesentlicher Teil ist der wärmeisolierende Mantel, der den heißen Ofenraurn von den Wänden der ihn umgebenden Druckkammer trennt. Diese Druckkammer soll die Kräfte auffangen, die von dem im Ofen eingeschlossenen und zu hohem Druck komprimierten Gas ausgehen, weshalb sie kühlgehalten oder besonders gekühlt v/erden muß. Beim Erwärmen d?s Ofens wird die dem Ofenraum zugewandte Seite des Isoliermantels bis zu beispielsweise 130O⁰C erhitzt, während die nach außen gewandte, an der Druckkammerwand anliegende und von dieser gekühlte Fläche sich nur auf

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50 bis 10O⁰C erwärmt. Gewöhnlich wird als Druckmedium Argon verwendet. Bei dem hohen Druck besitzt Argon eine sehr große Dichte, gleichzeitig aber eine sehr niedrige Viskosität, nur vier- bis fünfmal so groß wie die der Luft bei Atmosphärendruck, und ist somit sehr leichtbeweglich. Da das Gas mit Rücksicht auf die Dichte auch eine sehr groi3e Wärmekapazität besitzt, ist es wichtig, daß die den Ofenraum umgebende Isolierung so ausgeführt ist, daß zwischen dem eigentlichen Ofenraum und den inneren Wänden der Druckkammer eine so geringe Konvektion v/ie möglich entsteht, damit übermäßig große Wärmeverluste vermieden werden. Durch die Verrin erung der Konvektion erreicht man gleichzeitig eine ;ieichmäßigd/Temperaturverteilung in der Längsrichtung dos Ofens.

Durch Ausführung der Isolierung, wie es in der deutschen Patentschrift 1 583 434 gezeigt ist, hat nan bei öfen für das betreffende Anwendungsgebiet gute wärraeisolierende <Airenschafton erzielt, Zv/eck der Erfindung ist, eine verbesserte Wärmeisolierung dieser früher bekannten Art zu erreichen, bei der die Isoliereigenschaften sich auch nach langem Betrieb nicht verschlechtern. Außerdem soll die Herstellung der Isolierung verhältnismäßig einfach und unter Anwendung rationeller Herstellungsmethoden möglich sein.

Erfindungsgemäß ist der eingangs beschriebene Ofen so ausgebildet, daß zumindest der innerste Teil des würmeisolierenden Mantels aus dünnem Blech besteht, das auf einem rohrförmigen Gestell in mehreren radial nebcneinanderliegenden, zylindrisch oder

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konisch ausgebildeten Schichten mit gasgefüllten Zwischenräumen angebracht ist, die sich hauptsächlich in der Längsrichtung des Ofens erstrecken und mit dem Ofenraum oder mit dem Raum außerhalb des aus Metallblech aufgebauten Teiles des Mantels durch Druckausgleichöffnungen im oberen bzw. unteren Teil der Räume in Verbindung stehen. Man erhält so eine rein metallische Isolierung des Ofenraumes von den Wänden der Druckkammer. Eine solche Isolierung ist sehr wirksam und besitzt, da sie kein keramisches Isoliermaterial enthält, stabile wärmeisolierende Eigenschaften. Eine Isolierung dieser Art wird nämlich nicht durch Volumenänderungen und Rißbildung verschlechtert.

Für den Aufbau des Isoliermantels gibt es mehrere Möglichkeiten. iis kann beispielsweise vorteilhaft sein, daß er aus einer großen Anzahl in Metallfolie ausgeführter abgestumpfter Kegel besteht, die über das rohrförmige Gestell gezogen und an ihrer oberen Kante an diesem befestigt sind. Eine weitere zweckmäßige Möglichkeit eine Isolierung gemäß der Erfindung zu erhalten ist, Metallfolie in Form eines Bandes mit krummlinigen Kanten schraubenförmig um das Gestell zu wickeln und beispielsweise durch Schweißen daran zu befestigen.

Die Krümmung der Bandkanten kann man z.B. durch Walzen oder in anderer geeigneter V/eise erreichen, wie aus der untenstehenden Figurenbeschreibung hervorgeht.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.

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In der Zeichnung zeigen :

Fig. 1 schematisch im Schnitt einen Ofen gemäß der Erfindung, der in einer für isostatische Kompression vorgesehenen Druckkammer untergebracht ist,

Fig. 2 eine erste Ausführung einer für diesen Dfen vorgesehenen Mantelisolierung,

Fig. 3 und 4 eine zweite Ausführung bzw. den Herstellungsvorgang einer solchen Isolierung,

Fig. i? und 6 zwei verschiedene Möglichkeiten, ein Metall-Band zur Herstellung der Isolierung gemäß Fig. 3 zu erhalten und

Fig. 7 schließlich eine dritte Ausführung einer erfindungsgemäßen Mantelisolierung.

Die in Fig. 1 dargestellte Druckkammer 1 besteht aus einem dickwandigen zylindrischen Stahlrohr 2, um das ein Drahtmantel 3 aus kaltgewalztem, unter Vorspannung stehendem Stahldraht mit großer Festigkeit gewickelt ist. Durch die Wicklung werden so große radiale und tangentiale Druckspannungen in der Rohrwand erreicht, daß der Zylinder einem inneren Überdruck von über 300 Bar widerstehen kann. Als Druckgas wird Argon verwendet. Der Zylinder ist am unteren Ende mit einem Boden 4 und am oberen Ende mit einem eingeschraubten Deckel 5 verschlossen. Der Boden 4, der den in der Druckkamer 1 untergebrachten Ofeneinsatz 6 trägt, hat nichtgezeigte Durchführungen für den elektrischen Strom zum Ofen, eine Durchführung für Thermo-

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elementleitungen und eine Rohrdurchführung für das Druckgas. Der Ofeneinsatz 6 bildet einen Ofenraum 7, in dem sich elektrische Heizelemente 8 befinden. Der Ofenraum 7 ist mit einer Wärmeisolierung versehen, die aus einem ihn umgebenden ringförmigen Isolationsmantel 9, einem Bodenteil 10 und einem Deckel 11 besteht. Die Isolationsteile 9, 10 und 11 verhindern die Konvektion von Gasen vom Ofenraum 7 zum ringförmigen Spalt zwischen dem Isolationsmantel 9 und den Wänden der Druckkammer 1.

Der Isolationsmantel 9 besteht aus Metallblech von 0,01 bis 0,1 mm Stärke. Fig. 2 zeigt ein Beispiel für den Aufbau einer solchen Isolierung. Eine große Anzahl aus Metallfolie hergestellter Elemente 12 in Form von abgestumpften Kegeln sind über ein rohrförmiges Gestell 13 gezogen und entlang ihrer oberen Kante an diesem festgeschweißt. Die Kegel sind in gewissem Abstand voneinander befestigt, so daß zwischen ihnen schmale Räume entstehen, die an ihrem unteren Ende mit dem Raum 20 (Fig. 1) außerhalb des Isolationsmantels in Verbindung stehen.

Fig. 3 zeigt eine andere Ausführung einer erfindungsgemäßen Mantelisolierung, deren Herstellung in Fig. 4 dargestellt ist. Diese Isolierung wird durch ein Band 15 erreicht, dessen Kanten beispielsweise durch Walzen gekrümmt worden sind und das um das Rohr 13 gewickelt sowie daran befestigt (geschweißt) ist. Der Isolationsmantel kann beispielsweise in folgender Art dimensioniert werden (vgl. mit den in Fig. 4 angegebenen Bezeichnungen) :

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t = 30 mm, r = 150 mm, b = 200 mm, s = 10 mm. Dabei werden 20 Schichten mit 1,5 mm Teilung in radialer Richtung erhalten.

Außer durch Walzen können die Kanten des Bandes 15 dadurch gekrümmt werden, dai3 eine Kante des Bandes, wie in Fig. 5 dargestellt, gefaltet wird. Eine andere Möglichkeit ist in Fig. 6 gezeigt. Hier wird ein ursprünglich gerades Band in eine Anzahl trapezförmiger Teile A,B,C,D,E usw. zerschnitten, von denen jeder zweite Teil, z.B. B, D usw. umgedreht wird, wonach die Teile, beispielsweise durch Schweißen, zusammengefügt werden.

Fig. 7 zeigt schließlich eine dritte Ausführung eines Isolationsmantels gemäß der Erfindung. Dieser Mantel ist aus Metallfolie 16 mit derselben Breite wie die Höhe des Isolationsmantels gewickelt. Die einzelnen Schichten werden mit Hilfe von als Abstandselement dienenden schmalen Metallbändern 17 von z.B. 1 mm Stärke in bestimmtem Abstand voneinander gehalten. Das in dieser Weise aufgebaute Paket wird von Nieten 18, die um den Umkreis des Mantels herum verteilt sind, zusammengehalten. Zur Stabilisierung des Paketes können außerdem ein oder mehrere Blechzylinder 19 im Mantel angebracht werden. Jedes Metallband 17 erstreckt sich nur durch einen Teil der Dicke des Isolationsmantels, und die einzelnen Bänder sind in der axialen Richtung im Verhältnis zueinander verschoben, wodurch zwischen den beiden Seiten des Isolationsmantels keine zusammenhängenden wärmeleiten den Brücken entstehen.

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Der in Fig. 7 dargestellte Isolationsmantel braucht übrigens nicht aus einem Band 16 oder wenigen solchen Bändern in mehreren Schichten gewickelt zu sein, sondern kann alternativ aus einer Mehrzahl koaxialer, aus Metallfolie bestehender Hohlzylinder bestehen, zwischen denen mehrere praktisch geschlossene ringförmige Räume gebildet werden.

Als Beispiel für geeignetes Material für den isolierenden Mantel kann austenitischer rostfreier Stahl, wärmebeständiges Material auf ili-Basis (inconnel, Hastelloy), Molybdän, Wolfram oder eine Kombination von zwei oder mehreren dieser Metalle genannt werden.

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Claims

Patentansprüche ;

1. Zylinder!"örmiger länglicher Ofen zur Behandlung von Material bei hoher Temperatur in einer Gasatmosphäre unter hohem Druck (mindestens 100 Bar), wobei der Ofen mit praktisch vertikal gerichteter Längsachse in einer Druckkammer untergebracht ist und einen mit Heizelementen versehenen Ofenraum enthält, der in einer wärmeisolierenden Hülle, bestehend aus einem isolierenden Mantel mit isolierendem Deckel und Boden, eingeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der innerste Teil des wärmeisolierenden Mantels (9) aus dünnem Blech besteht, das auf einem rohrförmigen Gestell (13) in mehreren radial nebeneinanderliegenden, zylindrisch oder konisch ausgebildeten Schichten mit gasgefüllten Zwischenräumen (14) angebracht ist, die sich hauptsächlich in der Längsrichtung des Ofens (6) erstrecken und mit dem Ofenraum (7) oder mit dem Raum außerhalb des aus Metallblech aufgebauten Teiles des Mantels (9) durch Druckausgleichöffnungen im oberen bzw. unteren Teil der Räume (14) in Verbindung stehen.

2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel aus Metallfolie von höchstens 0,1 mm Stärke besteht.

3. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (9) aus mehreren in Metallfolie ausgeführten abgestumpften

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Kegeln (12) besteht, die das rohrförraige Gestell (13) umschließen und übereinander, mit der Kegelspitze nach oben gerichtet, angebracht sind, wobei die obere Kante der Kegel (12) am Gestell (13) befestigt ist.

4. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel aus Metallfolie in der Form eines Bandes (15) mit krummlinigen Kanten besteht, das um das Gestell(13) gewickelt und an diesem entlang seiner oberen Kante befestigt ist, die hauptsächlich einer Schraubenlinie folgt.

5. Ofen nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie (12, 15) durch Schweißen am Gestell (13) befestigt ist.

6. Ofen nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (15) mit den krummlinigen Kanten durch Walzen geformt ist.

7. Ofen nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (15) mit den krummlinigen Kanten durch Falten der einen Kante eines ursprünglich geraden Bandes geformt ist.

8. Ofen nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (15) mit den krummlinigen Kanten aus mehreren trapezförmigen stücken zusammengefügt ist, die man beispielsweise durch Zerschneiden eines ursprünglich geraden Bandes erhalten hat.

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