DE2208137A1

DE2208137A1 - Vertical tube furnace for high working pressure

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: AT316489B; FR2129680A5; US3752456A; GB1374515A; SE350831B

Description

Vertikaler Rohrofen für hohen ArbeitsdruckVertical tube furnace for high working pressure

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 aufThe invention relates to a cylindrical, elongated, preferably vertical furnace for simultaneous treatment of material at high pressure, preferably 500 bar and higher, and at high temperatures of up to approx. 1500 ^° C., the furnace being accommodated in a pressure chamber with a practically vertical longitudinal axis and contains a furnace space provided with heating elements, which is enclosed in a heat-insulating envelope consisting of an insulating jacket with an insulating cover and base. The heat-insulating jacket, which separates the hot furnace space from the walls of the pressure chamber surrounding it, is an essential part of the furnace's function. This pressure chamber is intended to absorb the forces emanating from the gas that is enclosed in the furnace and compressed to high pressure, which is why it must be kept cool or specially cooled. Upon heating d? S is the heated furnace facing the oven cavity side of the insulating jacket up to for example ⁰ 130o C, while the outwardly facing, applied to the pressure chamber wall and cooled by this surface only to

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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.50 to 10O ⁰ C heated. Argon is usually used as the pressure medium. At the high pressure, argon has a very high density, but at the same time a very low viscosity, only four to five times that of air at atmospheric pressure, and is therefore very easy to move. Since the gas also has a very large heat capacity with regard to its density, it is important that the insulation surrounding the furnace space is designed in such a way that as little convection as possible occurs between the actual furnace space and the inner walls of the pressure chamber, so that excessively large heat losses are avoided. By reducing the convection, a uniform temperature distribution in the longitudinal direction of the furnace is achieved at the same time.

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.By carrying out the insulation, as shown in German Patent 1,583,434, has nan in furnaces made for the relevant application area good wärraeisolierende <Air enschafton, Z v / eck of the invention is to achieve an improved heat insulation of these previously known type in which the insulating properties do not deteriorate even after long periods of use. In addition, the production of the insulation should be relatively simple and possible using efficient production methods.

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 oderAccording to the invention, the furnace described at the outset is designed in such a way that that at least the innermost part of the worm-insulating jacket consists of thin sheet metal, which is on a tubular frame in several radially adjacent, cylindrical or

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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.conical layers with gas-filled spaces is attached, which extends mainly in the longitudinal direction of the Extend furnace and with the furnace space or with the space outside of the sheet metal part of the jacket Pressure equalization openings in the upper or lower part of the rooms are in communication. A purely metallic insulation is obtained in this way of the furnace chamber from the walls of the pressure chamber. Such insulation is very effective and, since it does not have Ceramic insulating material contains, stable heat insulating properties. An isolation of this kind will not be deteriorated by volume changes and cracking.

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.There are several options for the construction of the insulating jacket. iis can be advantageous, for example, that it consists of a large Number of truncated cones made of metal foil, which are drawn over the tubular frame and attached to its upper part Edge are attached to this. Another useful way to obtain insulation according to the invention is, Metal foil in the form of a band with curvilinear edges to wrap helically around the frame and for example to be attached to it by welding.

Die Krümmung der Bandkanten kann man z.B. durch Walzen oder in anderer geeigneter V/eise erreichen, wie aus der untenstehenden Figurenbeschreibung hervorgeht.The curvature of the strip edges can be achieved, for example, by rolling or in another suitable manner, as shown below Figure description emerges.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.The invention is described in more detail below with reference to an exemplary embodiment shown in the accompanying drawing.

209 8 AO/06 17 -4-209 8 AO / 06 17 -4-

In der Zeichnung zeigen :In the drawing show:

Fig. 1 schematisch im Schnitt einen Ofen gemäß der Erfindung, der in einer für isostatische Kompression vorgesehenen Druckkammer untergebracht ist,Fig. 1 shows schematically in section a furnace according to the invention, which is in a for isostatic Compression provided pressure chamber is housed,

Fig. 2 eine erste Ausführung einer für diesen Dfen vorgesehenen Mantelisolierung,2 shows a first embodiment of a jacket insulation provided for this steam,

Fig. 3 und 4 eine zweite Ausführung bzw. den Herstellungsvorgang einer solchen Isolierung,FIGS. 3 and 4 show a second embodiment and the manufacturing process, respectively such isolation,

Fig. i? und 6 zwei verschiedene Möglichkeiten, ein Metall-Band zur Herstellung der Isolierung gemäß Fig. 3 zu erhalten undFig. I? and 6 two different ways of making a metal band to obtain the insulation according to FIG. 3 and

Fig. 7 schließlich eine dritte Ausführung einer erfindungsgemäßen Mantelisolierung.7 finally shows a third embodiment of a jacket insulation according to the invention.

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-The pressure chamber 1 shown in Fig. 1 consists of a thick-walled cylindrical steel tube 2 around which a wire jacket 3 is wound from cold-rolled, prestressed steel wire with great strength. By winding it will be like this large radial and tangential compressive stresses in the pipe wall achieved that the cylinder an internal overpressure of over Can withstand 300 bar. Argon is used as the compressed gas. The cylinder is at the lower end with a bottom 4 and at the the upper end is closed with a screwed-in cover 5. The bottom 4, which is housed in the pressure chamber 1 Oven insert 6 carries, has not shown bushings for the electrical current to the furnace, a bushing for thermal

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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.element lines and a pipe lead-through for the compressed gas. The furnace insert 6 forms a furnace space 7 in which electrical Heating elements 8 are located. The furnace chamber 7 is provided with a thermal insulation, which consists of a ring-shaped surrounding it Insulation jacket 9, a bottom part 10 and a cover 11 consists. The insulation parts 9, 10 and 11 prevent the Convection of gases from the furnace chamber 7 to the annular gap between the insulation jacket 9 and the walls of the pressure chamber 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.The insulation jacket 9 consists of sheet metal from 0.01 to 0.1 mm Strength. Fig. 2 shows an example of the structure of such an insulation. A large number of those made from metal foil Elements 12 in the form of truncated cones are drawn over a tubular frame 13 and along its upper edge welded to this. The cones are fixed at a certain distance from one another, so that there are narrow spaces between them arise, which are at their lower end with the space 20 (Fig. 1) outside of the insulating jacket in connection.

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) :FIG. 3 shows another embodiment of a jacket insulation according to the invention, the production of which is shown in FIG. This insulation is achieved by a band 15, the edges of which have been curved, for example by rolling, and that around the Tube 13 is wound and attached (welded) to it. The insulation jacket can be dimensioned in the following way, for example (compare with the designations given in Fig. 4):

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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.t = 30 mm, r = 150 mm, b = 200 mm, s = 10 mm. This gives 20 layers with a 1.5 mm pitch in the radial direction.

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.In addition to rolling, the edges of the belt 15 can thereby be curved that one edge of the tape is folded as shown in FIG. Another possibility is shown in FIG. 6 shown. Here an originally straight ribbon is cut into a number of trapezoidal parts A, B, C, D, E, etc., from which every other part, e.g. B, D etc. is turned over, after which the parts are joined together e.g. by welding.

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.Finally, FIG. 7 shows a third embodiment of an insulating jacket according to the invention. This jacket is made of metal foil 16 with the same width as the height of the insulation jacket wrapped. The individual layers are made with the aid of narrow metal strips 17 serving as spacer elements, e.g. 1 mm thick kept at a certain distance from each other. The package constructed in this way is of rivets 18, which around the Are distributed around the circumference of the coat, held together. To stabilize the package, one or more Sheet metal cylinder 19 are attached in the jacket. Each metal band 17 extends only through part of the thickness of the insulating jacket, and the individual bands are in the axial direction Relation to each other shifted, whereby no coherent heat conductors between the two sides of the insulating jacket Bridges are created.

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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.Incidentally, the insulation jacket shown in FIG. 7 needs not to be wound from a tape 16 or a few such tapes in several layers, but can alternatively be made of one A plurality of coaxial hollow cylinders made of metal foil exist, between which several practically closed ring-shaped cylinders Spaces are formed.

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.As an example of suitable material for the insulating jacket, austenitic stainless steel, heat-resistant material ili-based (inconnel, hastelloy), molybdenum, tungsten or a Combination of two or more of these metals can be mentioned.

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Claims

Claims;

1. Cylinder! "Shaped elongated furnace for treating material at high temperature in a gas atmosphere under high pressure (at least 100 bar), the furnace with practically vertical directed longitudinal axis is housed in a pressure chamber and contains a furnace space provided with heating elements, the is enclosed in a heat-insulating cover consisting of an insulating jacket with an insulating cover and base, characterized in that at least the innermost part of the heat-insulating jacket (9) consists of thin sheet metal, the on a tubular frame (13) in several radially adjacent, cylindrical or conical designs Layers with gas-filled interspaces (14) are attached, which are mainly in the longitudinal direction of the furnace (6) extend and with the furnace space (7) or with the space outside of the sheet metal part of the jacket (9) are in communication through pressure equalization openings in the upper and lower part of the rooms (14).

2. Oven according to claim 1, characterized in that the Sheath made of metal foil with a maximum thickness of 0.1 mm.

3. Oven according to claim 1, characterized in that the jacket (9) made of several truncated metal foil

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Cones (12) which enclose the tubular frame (13) and one above the other, with the cone point pointing upwards, are attached, the upper edge of the cones (12) on the frame (13) is attached.

4. Oven according to claim 1, characterized in that the jacket made of metal foil in the form of a band (15) with curvilinear Edges, which is wrapped around the frame (13) and attached to this along its upper edge, which is mainly follows a helix.

5. Oven according to claim 3 or 4, characterized in that the metal foil (12, 15) is attached to the frame (13) by welding is.

6. Oven according to claim 4 or 5, characterized in that the belt (15) is formed with the curvilinear edges by rolling.

7. Oven according to claim 4 or 5, characterized in that the belt (15) with the curvilinear edges by folding the an edge of an originally straight band is formed.

8. Oven according to claim 4 or 5, characterized in that the belt (15) with the curvilinear edges of several trapezoidal pieces is put together, which can be obtained, for example, by cutting an originally straight ribbon Has.

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