[0001] Die Erfindung betrifft einen Ofen mit zumindest einer Ofenwanne, in welcher ein erster
und ein zweiter von der Ofenwanne elektrisch isolierter Stromkontakt vorgesehen sind,
wobei die Ofenwanne aus vom ersten zum zweiten Stromkontakt hintereinander angeordneten
und voneinander beabstandeten Wannensegmenten gebildet ist, welche Wannensegmente
zumindest teilweise aus Metall gebildet sind und an ihrer dem Innenraum der Ofenwanne
zugewandten Innenseite eine elektrisch isolierende Beschichtung aufweisen.
[0002] Öfen der genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden zur Herstellung
von synthetischem Graphit verwendet, der in großen Mengen für Anwendungen in der Metallurgie
etwa für Schmelzelektroden zum Schrottschmelzen benötigt wird. Synthetischer Graphit
wird dabei durch Erhitzen von hochkohlenstoffhaltigen Formkörpern auf Temperaturen
von ca. 3000 °C hergestellt. Die hochkohlenstoffhaltigen Formkörper werden in bekannter
Weise (
Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A5, VCH Verlagsgesellschaft mbH,
Weinheim, 1986, S. 103 bis 113) durch Heißvermischen von Petrolkoksen oder Pechkoksen, bevorzugt in Form der Nadelkokse,
mit Steinkohlenteerpech, Petrolpech oder anderen verkokbaren organischen Flüssigkeiten
als Bindemittel, anschließende Formgebung und Brennen der Formkörper zur Verkokung
des Bindemittels hergestellt. Alternativ können die gebrannten Formkörper mit Pech
oder anderen verkokbaren organischen Flüssigkeiten imprägniert und erneut gebrannt
werden um das Imprägniermittel zu verkoken, wodurch die Porosität der Formkörper abnimmt
und deren Festigkeit zunimmt. Zum Graphitieren der hochkohlenstoffhaltigen Formkörper
wurde früher der sogenannte Acheson Ofen verwendet, in welchem die hochkohlenstoffhaltigen
Formkörper quer zur Ofenlängsachse liegend in eine Widerstandsschüttung aus siliziumcarbidhaltigem
Material eingebettet wurden. Diese Widerstandsschüttung wurde über Anschlusselektroden
mit einer geeigneten elektrischen Stromversorgung verbunden und durch elektrischen
Strom auf die Graphitierungstemperatur erhitzt, wodurch auch die Formkörper erhitzt
wurden. In den letzten Jahrzehnten hat sich die sogenannte Längsgraphitierung (Castner
Ofen) durchgesetzt. Im Unterschied zum Acheson Ofen, der seitlich aufgestellten Wände
aus Feuerfestbetonelementen aufwies, welche nach jedem Brand wieder entfernt wurden,
besteht der Ofen zur Längsgraphitierung aus einer festen Wanne aus Metall, Keramik
oder einer Kombination aus beiden, in welche ein Schüttmaterial zur Wärmeisolierung
und die zu graphitierenden Formkörper als Strang eingelegt werden. An den beiden Strangenden
wird an die zu graphitierenden Formkörper ein von der Wanne elektrisch isolierter
Kohlenstoffblock als Stromanschlusselektrode angepresst. Über diese Kohlenstoffblöcke
wird an den Strang Gleichstrom angelegt und die Formkörper im direkten Stromdurchgang
bis zur Graphitierungstemperatur von 3000 °C erhitzt.
[0003] Die
AT 411 798 B offenbart einen Ofen zur Längsgraphitierung bei welchem Wannensegmente aus Metall
und auf einem Hallenboden stehende, temperaturbeständige und elektrisch isolierende
Betonrippen abwechselnd angeordnet sind und mittels einer Ofenhaube gasdicht verschlossen
werden.
[0004] Nachteilig beim Verfahren der Längsgraphitierung ist, dass nur kohlenstoffhaltige
Schüttmaterialien zur Wärmeisolation in der Ofenwanne verwendet werden können, die
eine unerwünschte elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Durch diese elektrische Leitfähigkeit
kommt es zur Ankoppelung der metallischen Ofenwanne an das Potentialgefälle der elektrischen
Anschlusselektroden mit einer Ausbildung von unerwünschten Nebenströmen in der Ofenwanne,
welche zum einen die Ofenwanne erhitzen und zum anderen Energie von den zu graphitierenden
Formkörpern wegnehmen. In den Anfängen der Längsgraphitierung waren deshalb die metallischen
Ofenwannen mit Feuerfeststeinen ausgemauert, um eine elektrische Isolation zu erreichen.
Dies hatte den erheblichen Nachteil, dass die Abkühlzeiten der Graphitelektroden im
Ofen nach dem Grahitieren durch die als zusätzliche Wärmeisolierung funktionierende
feuerfeste Ausmauerung sehr lange waren, was die Produktivität der Graphitierungsöfen
stark eingeschränkt hat. Da die massiven Betonrippen die metallischen Ofenwanne gemäß
der
AT 411 798 B mehrfach elektrisch unterbrechen, wurden die Nachteile des Ankoppelns des Potentialgefälles
reduziert, ohne dass die metallischen Segmente ausgemauert werden mussten. Dennoch
verbleibt in den metallischen Wannensegmenten ein elektrisches Potentialgefälle mit
Bildung von Nebenströmen, welche einen Teil der zur Graphitierung benötigten Energie
aufzehren. Weiters ist durch die einen beachtlichen Teil der Ofenkonstruktion (bzw.
der Ofenlänge) einnehmenden gegossenen Betonrippen die Wärmeabgabe nach der Graphitierung
behindert, was die Produktivität infolge Verlängerung der Auskühlzeit negativ beeinflusst.
[0005] Die
US 5,299,225 offenbart einen Ofen der die Abkühlzeiten etwas reduziert. Der Ofen weist eine Ofenwanne
mit mehreren miteinander verbundenen metallischen Segmenten auf, in welche eine gegossene
Feuerfestisolierung eingelegt ist. Die Ofenwanne weist zudem eine aufwendige, stark
verrippte Metallkonstruktion auf, wodurch die Außenoberfläche der Ofenwanne gegenüber
den bis dahin bekannten Ofenwannen vergrößert und eine bessere Wärmeabgabe nach der
Graphitierung erreicht wurde. Dennoch war der Wärmedurchgang durch die mehrere cm
dicke, gegossene Feuerfestisolierung weiterhin stark beschränkt.
[0006] Die
US 5,631,919 offenbart einen Ofen zur Längsgraphitierung mit zwei nebeneinander verlaufenden Reihen
von hintereinander angeordneten und voneinander beabstandeten metallischen Wannensegmenten.
Die einander zugewandten Enden aufeinanderfolgender Wannensegmente sind gleitend in
einer U-förmigen Vertiefung eines Stützkörpers aus elektrisch isolierendem Material,
insb. Beton, gelagert. Die Wannensegmente sind somit durch den Abstand zwischen den
einander zugewandten Enden aufeinanderfolgender Wannensegmente oder durch Betonkörper
die zwischen den einander zugewandten Enden aufgenommen sind, voneinander elektrisch
isoliert. An den Innenseiten der Wannensegmente ist ein anhaftender, elektrisch isolierender
Überzug vorgesehen, dessen Schichtdicke im getrockneten Zustand zwischen 0,127 mm
und 1,27 mm beträgt. Der Überzug dient der elektrischen Isolation von in die Wannensegmente
eingelegten Karbonkörpern von den Wannensegmenten. Nachteilig ist hier, dass jeweils
im Bereich der einander zugewandten Enden aufeinanderfolgender Wannensegmente die
Stützkörper vorzusehen sind.
[0007] Die
US 4,394,766 offenbart einen Ofen zur Längsgraphitierung mit hintereinander angeordneten und voneinander
beabstandeten metallischen Wannensegmenten, die eine gegossene und mit Ankern stabilisierte
hitzebeständige Innenbeschichtung aufweisen. Der Spalt zwischen den beabstandeten
Wannensegmenten nimmt temperaturbedingte Längenänderungen der Wannensegmente auf,
isoliert aufeinanderfolgende Wannensegmente elektrisch voneinander und ist durch einen
Abdeckkörper, der eine hitzebeständige Innenbeschichtung und eine am Wannensegment
aufliegende Außendichtung aufweist, abgedeckt. Hier ist besonders die massive Ausbildung
der Innenbeschichtung von Nachteil. Zudem ist die Ofenkonstruktion wegen der über
jedem Spalt anzuordnenden Abdeckkörper kompliziert.
[0008] Es ist nun Aufgabe der Erfindung, einen Ofen wie eingangs angegeben zu schaffen,
der die Bildung eines unerwünschten Stromflusses in der metallischen Ofenwanne vermeidet,
damit den Energieverbrauch zur Graphitierung der in die Ofenwanne eingebrachten Formkörper
senkt und die Qualität der zu graphitierten Formkörper verbessert. Zudem ist es Aufgabe
der Erfindung die Produktivität bei der Graphitierung der Formkörper durch Minimierung
der Abkühlzeit nach dem Graphitieren zu verbessern und den Aufwand für die Herstellung
von Ofenwannen zur Längsgraphitierung zu minimieren.
[0009] Hierfür sieht die Erfindung einen Ofen wie in Anspruch 1 definiert vor. Vorteilhafte
Ausführungsformen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
[0010] Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass benachbarte Wannensegmente über ein zwischen
den benachbarten Wannensegmenten angeordnetes Längenausgleichselement miteinander
verbunden sind, welches Längenausgleichselement zumindest teilweise aus Metall gebildet
ist und auf seiner dem Innenraum der Ofenwanne zugewandten Innenseite eine elektrisch
isolierende Beschichtung aufweist. Der Ofen weist somit zumindest eine Ofenwanne auf,
in welche ein Kohlenstoff enthaltender, durch Wärme zu bearbeitender Formkörper eingebracht
werden kann. An Stelle eines einzelnen zu bearbeitenden Formkörpers kann auch eine
Reihe vorzugsweise hintereinander angeordneter und miteinander verbundener Kohlenstoff
enthaltender, durch Wärme zu bearbeitender Formkörper in den Ofen eingebracht werden.
Wenn der Ofen eine zweite oder mehr Ofenwannen aufweist, sind die Ofenwannen günstiger
Weise nebeneinander angeordnet, um den Ofen mit geringen Längenabmessungen ausbilden
zu können, wobei dann in jeder Ofenwanne zumindest ein zu bearbeitender Formkörper
eingebracht werden kann. Der zu bearbeitende Formkörper wird zweckmäßiger Weise in
eine Schüttung aus Kohlenstoff enthaltendem Material eingelegt, welches eine Wärme
dämmende Wirkung jedoch auch elektrische Leitfähigkeit aufweist. Insbesondere kann
der Ofen ein Graphitierungsofen zum Ausführen einer Längsgraphitierung des zu bearbeitenden
Formkörpers sein. Zur Bearbeitung des Formkörpers wird an diesen eine elektrischen
Spannung angelegt, sodass der Formkörper durch den daraus resultierenden Stromfluss
durch den Formkörper erhitzt wird. Hierfür sind in der Ofenwanne bzw. in jeder Ofenwanne
ein erster und ein zweiter von der Ofenwanne elektrisch isolierter Stromkontakt vorgesehen.
Die Stromkontakte sind mit einer außerhalb der Ofenwanne bereitgestellten elektrischen
Energiequelle verbunden bzw. verbindbar und zur Herstellung einer elektrischen Verbindung
mit dem zu bearbeitenden Formkörper eingerichtet. Zweckmäßige Anordnungen und Ausbildungen
von Stromkontakten in einer Ofenwanne sind dem Fachmann aus dem Gebiet der Öfen zur
Längsgraphitierung bekannt. Beispielsweise können die Stromkontakte in aus keramischem
Material bestehenden Stirnwänden an zwei Enden der Ofenwanne angeordnet sein. Die
Ofenwanne ist aus Wannensegmenten gebildet, die vom ersten zum zweiten Stromkontakt
hintereinander angeordnet und voneinander beabstandet sind. Der Abstand zwischen benachbarten,
d.h. in Richtung vom ersten zum zweiten Stromkontakt hintereinander angeordneten Wannensegmenten
ermöglicht eine temperaturbedingte, kollisionsfreie Längenausdehnung der Wannensegmente.
Die Wannensegmente sind zumindest zum Teil aus Metall gebildet, d.h. elektrisch leitfähig.
Um die Wannensegmente gegenüber dem zu bearbeitenden, im Betriebszustand des Ofens
stromdurchflossenen Formkörper und dem Material der Schüttung elektrisch zu isolieren,
weisen die Wannensegmente an ihrer dem Innenraum der Ofenwanne zugewandten Innenseite
eine elektrisch isolierende Beschichtung auf. Benachbarte, voneinander beabstandete
Wannensegmente sind über ein zwischen den benachbarten Wannensegmenten angeordnetes
Längenausgleichselement miteinander verbunden, um einen Spalt zwischen den einander
zugewandten Enden der benachbarten Wannensegmente zu vermeiden, d.h. das Längenausgleichselement
ist zwischen den einander zugewandten Enden zweier benachbarter Wannensegmente angeordnet.
Die Längenausgleichselemente sind zumindest zum Teil aus Metall gebildet und somit
elektrisch leitfähig. Um die gesamte Ofenwanne und nicht nur die Wannensegmente elektrisch
zu isolieren, weisen auch die Längenausgleichselemente auf ihrer dem Innenraum der
Ofenwanne zugewandten Innenseite eine elektrisch isolierende Beschichtung auf. Auf
diese Weise wird ein unerwünschter Stromfluss in der Ofenwanne bzw. in den Wannensegmenten
und den Längenausgleichselementen, der sich wegen elektrisch unisolierter Oberflächenbereiche
an der Innenwand der Ofenwanne einstellen würde, verhindert. Die elektrisch isolierende
Beschichtung selbst soll eine möglichst geringe Wärmespeicherkapazität und eine möglichst
geringe Schichtdicke aufweisen, um die Abkühlung des Ofens nach Beendigung des Heizvorgangs
zu begünstigen. Vorzugsweise beträgt die Schichtdicke der elektrisch isolierenden
Beschichtung weniger als 1 mm, bevorzugter weniger als 0,5 mm und besonders bevorzugt
weniger als 0,2 mm. Da sich in Folge der schwankenden Ofentemperatur die Wannensegmente
unterschiedlich ausdehnen, weisen die zwischen den Wannensegmenten angeordneten Längenausgleichselemente
ebenfalls eine temperaturbedingt schwankende Erstreckung auf. Günstiger Weise ist
die elektrisch isolierende Beschichtung zumindest geringfügig elastisch ausgebildet,
um zuverlässig an den durch den Temperatureinfluss verformten Längenausgleichselementen
anzuhaften.
[0011] Wenn im Rahmen der Beschreibung auf eine Längsrichtung des Ofens, der Ofenwanne,
der Wannensegmente oder der Längenausgleichselemente Bezug genommen wird, so ist hierunter
die Richtung vom ersten zum zweiten Stromkontakt zu verstehen.
[0012] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen
sein, dass die Wannensegmente von dem damit verbundenen Längenausgleichselement elektrisch
isoliert sind. Auf diese Weise wird ein unerwünschter Stromfluss in der Ofenwanne,
d.h. in den Wannensegmenten und Längenausgleichselementen, noch besser verhindert.
Selbst dann, wenn Teile der elektrisch isolierenden Beschichtung an der Innenwand
der Ofenwanne beschädigt, insbesondere abgeschlagen sind, kann sich wegen der elektrischen
Isolierung zwischen den Wannensegmenten und den damit verbundenen Längenausgleichselementen
kein unerwünschter Stromfluss zwischen zwei oder mehr Wannensegmenten einstellen.
[0013] Für eine besonders vorteilhafte Ofenkonstruktion kann vorgesehen sein, dass das Längenausgleichselement
senkrecht zur Innenseite der Wannensegmente ausgelenkt, bevorzugt mäanderförmig ausgebildet
ist. Ein derart konstruiertes Längenausgleichselement mit beispielsweise wellenförmigem
Verlauf in seiner Längsrichtung ist für Änderungen seiner Längserstreckung zwischen
den einander zugewandten Enden zweier benachbarter Wannensegmente besonders geeignet.
Vorzugsweise überragt das Längenausgleichselement nicht die Innenseite der Wannensegmente
in Richtung des Innenraums der Ofenwanne, um die Handhabung der Schüttung in der Ofenwanne
durch vorstehende Teile der Längenausgleichselemente nicht zu erschweren.
[0014] Um den Ofen einfach aufbauen und einzelne Wannensegmente im Bedarfsfall reparieren
oder austauschen zu können, ist es günstig, wenn zumindest ein Wannensegment trennbar
mit einem Längenausgleichselement verschraubt ist. Vorteilhafter Weise sind alle Wannensegmente
trennbar mit dem jeweils damit verbundenen Längenausgleichselement verschraubt.
[0015] Eine besonders stabile Konstruktion des Ofens kann erzielt werden, wenn das mit dem
Längenausgleichselement verschraubte Wannensegment einen nach außen umgebogenen Rand
aufweist, an welchem ein Verbindungsabschnitt des Längenausgleichselements anliegt,
und sich zumindest eine Schraube durch den umgebogenen Rand des Wannensegments, den
Verbindungsabschnitt des Längenausgleichselements und durch zwei Flansche erstreckt,
die an den voneinander abgewandten Seiten des umgebogenen Rands des Wannensegments
und des Verbindungsabschnitts des Längenausgleichselements anliegen. Der nach außen
umgebogene Rand des Wannensegments weist vom Innenraum der Ofenwanne weg und kann
beispielsweise rechtwinkelig von der Innenseite des Wannensegments abgewinkelt sein.
Der Verbindungsabschnitt des Längenausgleichselements, welcher im verschraubten Zustand
am umgebogenen Rand des Wannensegments anliegt, ist zweckmäßiger Weise ein Endabschnitt
des Längenausgleichselements. Die Flansche weisen senkrecht zur Innenseite der Wannensegmente
eine größere Erstreckung als der Kopf der Schraube oder eine darauf aufgeschraubte
Mutter auf und vergrößern somit die Fläche in welcher die Kraft der festgezogenen
Schraube auf den umgebogenen Rand des Wannensegments und den Verbindungsabschnitt
des Längenausgleichselements wirkt. Die Flansche sind bevorzugt lösbar mittels der
zumindest einen Schraube mit dem umgebogenen Rand des Wannensegments und dem Verbindungsabschnitt
des Längenausgleichselements verbunden.
[0016] Um einen unerwünschten Stromfluss in der Ofenwanne besonders zuverlässig vermeiden
zu können, kann vorgesehen sein, dass auch der nach außen umgebogene Rand des Wannensegments
und/oder der Verbindungsabschnitt des Längenausgleichselements an den einander zugewandten
Seiten eine elektrisch isolierende Beschichtung aufweisen und die zumindest eine Schraube
in einer elektrisch isolierenden Hülse aufgenommen ist. Der nach außen umgebogene
Rand des Wannensegments und der Verbindungsabschnitt des Längenausgleichselements
liegen somit elektrisch voneinander isoliert aneinander an. Da auch die zumindest
eine Schraube inklusive dem Schraubenkopf und einer darauf aufgeschraubten Mutter
mittels der elektrisch isolierenden Hülse vom umgebogenen Rand des Wannensegments
und vom Verbindungsabschnitt des Längenausgleichselements elektrisch isoliert ist,
wird ein Stromfluss von einem Wannensegment über das Längenausgleichselement zum benachbarten
Wannensegment unterbunden. Die elektrisch isolierende Beschichtung des umgebogenen
Rands des Wannensegments und/oder des Verbindungsabschnitts des Längenausgleichselements
an den einander zugewandten Seiten des umgebogenen Rands und des Verbindungsabschnitts
ist bevorzugt auf die gleiche Weise wie die elektrisch isolierende Beschichtung an
der Innenseite der Wannensegmente und an der Innenseite der Längenausgleichselemente
ausgebildet.
[0017] Besonders günstig ist es, wenn sich die elektrisch isolierende Beschichtung an den
einander zugewandten Seiten des nach außen umgebogenen Rands des Wannensegments und
des Verbindungsabschnitts des Längenausgleichselements über die Berührungsfläche zwischen
dem nach außen umgebogenen Rand des Wannensegments und dem Verbindungsabschnitt des
Längenausgleichselements hinaus erstreckt. Auf diese Weise sind das Wannensegment
und das Längenausgleichselement auch dann noch elektrisch voneinander isoliert, wenn
auf Grund von Montage- oder Herstellungsungenauigkeiten der umgebogene Rand des Wannensegments
und der Verbindungsabschnitts des Längenausgleichselements im miteinander verschraubten
Zustand unerwünschter Weise von einer Sollposition abweichend gegeneinander versetzt
sind. Es kann auch vorgesehen sein, dass sich die elektrisch isolierende Beschichtung
an nur einer der einander zugewandten Seiten des nach außen umgebogenen Rands des
Wannensegments und des Verbindungsabschnitts des Längenausgleichselements über die
Berührungsfläche zwischen dem nach außen umgebogenen Rand des Wannensegments und dem
Verbindungsabschnitt des Längenausgleichselements hinaus erstreckt.
[0018] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein,
dass das mit dem Längenausgleichselement verschraubte Wannensegment untrennbar mit
einem ersten Flansch verbunden ist, an welchem ein untrennbar mit dem Längenausgleichselement
verbundener zweiter Flansch anliegt, und sich zumindest eine Schraube durch den ersten
Flansch und durch den zweiten Flansch erstreckt. Der erste Flansch ist zweckmäßiger
Weise am dem Längenausgleichselement zugewandten Ende des Wannensegments und der zweite
Flansch am dem Wannensegment zugewandten Ende des Längenausgleichselements vorgesehen.
Beispielsweise sind der erste und der zweite Flansch mit dem Wannensegment bzw. dem
Längenausgleichselement verschweißt. Der erste und der zweite Flansch sind im montierten
Zustand des Ofens mittels der zumindest einen Schraube miteinander verbunden. Zudem
weisen der erste und der zweite Flansch an ihrer dem Innenraum der Ofenwanne zugewandten
Innenseite eine elektrisch isolierende Beschichtung auf.
[0019] Um im Fall des ersten mit dem Wannensegment untrennbar verbundenen Flansches und
des zweiten mit dem Längenausgleichselement untrennbar verbundenen Flansches einen
unerwünschten Stromfluss in der Ofenwanne besonders zuverlässig vermeiden zu können,
kann vorgesehen sein, dass der erste Flansch und/oder der zweite Flansch an den einander
zugewandten Seiten eine elektrisch isolierende Beschichtung aufweisen und die zumindest
eine Schraube in einer elektrisch isolierenden Hülse aufgenommen ist. Der erste und
der zweite Flansch liegen im verschraubten Zustand somit elektrisch voneinander isoliert
aneinander an. Da auch die zumindest eine Schraube inklusive dem Schraubenkopf und
einer darauf aufgeschraubten Mutter mittels der elektrisch isolierenden Hülse vom
ersten und zweiten Flansch elektrisch isoliert ist, wird ein Stromfluss von einem
Wannensegment über das Längenausgleichselement zum benachbarten Wannensegment unterbunden.
Die elektrisch isolierende Beschichtung des ersten und/oder des zweiten Flansches
ist bevorzugt auf die gleiche Weise wie die elektrisch isolierende Beschichtung an
der Innenseite der Wannensegmente und an der Innenseite der Längenausgleichselemente
ausgebildet.
[0020] Besonders vorteilhaft ist es, wenn die elektrisch isolierende Beschichtung Emaille
oder zumindest eines von Magnesiumoxid, Schamotte oder Gläser, mit hitzefesten Bindemitteln,
vorzugsweise Kaliumwasserglas, Natriumwasserglas, Kieselsol, Silikonharzen, anorganische
Phosphate, beispielsweise Aluminiumphosphat oder Magnesiumphosphat, wasserlösliche
Aluminate oder wasserlösliche Aluminosilikate, aufweist. Eine derartige Beschichtung
kann selbst bei hohen Temperaturen, bspw. bis etwa 800°C, die Wannensegmente und die
Längenausgleichselemente zuverlässig gegen elektrischen Strom isolieren und dünn ausgebildet
sein. Mit einer solchen Oberflächentemperatur an der Wanneninnenseite muss gerechnet
werden, insbesondere dann, wenn die Strahlungswärme von Elektroden beim Ausbauen aus
dem Ofen die metallische Wand des Ofens kurzzeitig erhitzt. Die elektrisch isolierende
Beschichtung kann beispielsweise in einem fließfähigen Zustand auf die Wannensegmente
und die Längenausgleichselemente aufgetragen werden und danach aushärten. Die elektrisch
isolierende Beschichtung kann entweder nach der Errichtung der Ofenwanne auf der Innenseite
der Wannensegmente und der Längenausgleichselemente aufgebracht werden, bspw. bei
bereits bestehenden Öfen zur Längsgraphitierung, oder die Wannensegmente und Längenausgleichselemente
werden vor dem Zusammenbau des Ofens mit der elektrisch isolierenden Beschichtung
versehen, in welchem Fall die elektrisch isolierende Beschichtung auch aufgebrannt
werden kann, bspw. eine aufgebrannte Emaille ist.
[0021] Durch die geringe Schichtdicke der elektrisch isolierende Beschichtung wird die Wärmeabgabe
des Ofens nach außen in der Abkühlphase nach der Graphitierung nicht behindert. Damit
ergibt sich im Gegenteil zu anderen Ofenkonstruktionen, bei welchen an Stelle der
dünnen elektrisch isolierenden Beschichtung die Ofenwanne ausgemauert oder mit einer
gegossenen Feuerfestisolierung versehen wird, keine Einschränkung der Produktivität
des Graphitierungsofens. Durch den Wegfall der für bestimmte Ofenkonstruktionen erforderlichen
keramischen Segmente als elektrische Zwischenschicht zwischen den Wannensegmenten
einer Ofenwanne, welche keramischen Segmente ebenfalls eine sehr schlechte Wärmeleitung
aufweisen, wird die Abkühlzeit des Graphitierungsofens verkürzt und die Produktivität
bei gleichen Ofenabmessungen des erfindungsgemäßen Ofens gegenüber einem bekannten
Ofen erhöht.
[0022] Für eine besonders einfache und kostengünstige Ofenkonstruktion kann vorgesehen sein,
dass zumindest ein Wannensegment untrennbar mit einem Längenausgleichselement verbunden,
insbesondere verschweißt ist. Zweckmäßiger Weise sind die einander zugewandten Enden
des Wannensegments und des Längenausgleichselements miteinander untrennbar verbunden
bzw. verschweißt. Diese Konstruktion sieht jedoch keine elektrische Isolation des
Wannensegments vom Längenausgleichselement an deren gemeinsamer Verbindungsstelle
bzw. Schweißstelle vor, sodass Beschädigungen der elektrisch isolierenden Beschichtung
an der Innenseite von zumindest zwei Wannensegmenten zu einem unerwünschten Stromfluss
in der Ofenwanne zwischen den schadhaften Stellen der elektrisch isolierenden Beschichtung
über die Längenausgleichselemente führen. Zur Vermeidung bzw. Reduktion eines solchen
unerwünschten Stromflusses in der Ofenwanne kann vorgesehen sein, dass das mit dem
Längenausgleichselement untrennbar verbundene Wannensegment aus in Richtung vom ersten
zum zweiten Stromkontakt hintereinander angeordneten Segmentteilen gebildet ist, wobei
benachbarte Segmentteile des Wannensegments über eine elektrisch isolierende Zwischenschicht
miteinander verbunden und voneinander elektrisch isoliert sind.
[0023] Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten, nicht einschränkenden Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die Zeichnung noch weiter erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Ofen gemäß der Erfindung in einer schematischen Darstellung, der eine
Ofenwanne mit Wannensegmenten und Längenausgleichselementen aufweist;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Abschnitts der Ofenwanne des Ofens aus
Fig. 1, in einem Längsschnitt, wobei die Wannensegmente mit dazwischen angeordneten
Längenausgleichselementen verschraubt sind;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Abschnitts einer anders konstruierten Ofenwanne
des Ofens aus Fig. 1, in einem Längsschnitt, wobei die Wannensegmente im Vergleich
zu Fig. 2 auf andere Weise mit dazwischen angeordneten Längenausgleichselementen verschraubt
sind; und
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Abschnitts einer Ofenwanne des Ofens aus
Fig. 1, in einem Längsschnitt, wobei die Wannensegmente mit dazwischen angeordneten
Längenausgleichselementen verschweißt sind.
[0024] Fig. 1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht einen Ofen 1 mit zumindest einer Ofenwanne
2, im in Fig. 1 dargestellten Beispiel genau einer Ofenwanne 2. In der Ofenwanne 2
sind ein erster Stromkontakt 3a und ein zweiter Stromkontakt 3b vorgesehen, die von
der Ofenwanne 2 elektrisch isoliert angeordnet sind. Die Stromkontakte 3a, 3b können
bspw. in aus keramischem Material bestehenden Stirnwänden 4a, 4b an zwei Enden 5a,
5b der Ofenwanne 2 angeordnet sein. Die Ofenwanne 2 weist voneinander beabstandete
Wannensegmente 6 auf, die in Längsrichtung L des Ofens 1, d.h. in Richtung vom ersten
Stromkontakt 3a zum zweiten Stromkontakt 3b, hintereinander angeordnet sind. In Fig.
1 sind beispielhaft nur drei Wannensegmente 6, 6a, 6b, 6c dargestellt. Selbstverständlich
kann die Ofenwanne 2 auch nur zwei oder mehr als drei Wannensegmente 6 aufweisen.
Ebenso kann der Ofen 1 mehr als eine Ofenwanne 2 aufweisen. Die Wannensegmente 6 sind
zumindest teilweise aus Metall gebildet, d.h. elektrisch leitfähig, und weisen an
ihrer dem Innenraum 7 der Ofenwanne 2 zugewandten Innenseite 8 eine elektrisch isolierende
Beschichtung 9 auf. Benachbarte Wannensegmente 6a, 6b bzw. 6b, 6c sind über ein zwischen
den benachbarten Wannensegmenten 6a, 6b bzw. 6b, 6c angeordnetes Längenausgleichselement
10, 10a, 10b miteinander verbunden, d.h. das Längenausgleichselement 10, 10a, 10b
ist in den Wänden und im Boden der Ofenwanne 2 vorgesehen, um eine temperaturbedingte
Relativbewegung der Wannensegmente 6 zueinander zuzulassen. Die Ofenwanne 2 ist nicht
auf eine rechteckige Querschnittsform beschränkt und kann bspw. im Querschnitt auch
U-förmig sein. Die Ofenwanne 2 weist in Längsrichtung L des Ofens 1 abwechselnd aufeinanderfolgende
Wannensegmente 6 und Längenausgleichselemente 10 auf. Das Längenausgleichselement
10 ist zumindest teilweise aus Metall gebildet und weist auf seiner dem Innenraum
7 der Ofenwanne 2 zugewandten Innenseite 11 eine elektrisch isolierende Beschichtung
12 auf. Die elektrisch isolierende Beschichtung 9 und die elektrisch isolierende Beschichtung
12 sind im dargestellten Beispiel auf die Wannensegmente 6 bzw. auf die Längenausgleichselemente
10 fest aufgebracht und somit Teil der Wannensegmente 6 bzw. der Längenausgleichselemente
10.
[0025] Für die Verwendung des Ofens 1 zur Längsgraphitierung eines Werkstücks, d.h. eines
durch Wärmeeinwirkung zu bearbeitenden, Kohlenstoff enthaltenden Formkörpers, wird
der Formkörper bzw. das Werkstück zwischen den Stromkontakten 3a, 3b und damit elektrisch
verbunden in die Ofenwanne 2 eingelegt. Dabei können die Stromkontakte 3a, 3b ausgebildet
sein, gegen den Formkörper zu drücken. Zudem wird der Formkörper bevorzugt in eine
Schüttung aus hitzefestem Material wie etwa Koks eingebettet. Der Formkörper und das
hitzefeste Material (Koks) sind der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt. Die
elektrisch isolierende Beschichtung 9 an der Innenseite 8 der Wannensegmente 6 und
die elektrisch isolierende Beschichtung 12 an der Innenseite 11 der Längenausgleichselemente
10 isolieren die Ofenwanne 2 vom elektrischen Strom, der zur Bearbeitung des nicht
dargestellten Formkörpers durch diesen geleitet wird. Ohne die elektrisch isolierende
Beschichtung 9, 12 würde der elektrische Strom unerwünschter Weise über die Schüttung
aus hitzefestem Material (bspw. Koks) und über die Innenseiten 8, 11 der Wannensegmente
6 und der Längenausgleichselemente 10 in die Ofenwanne 2 einströmen und über die Wannensegmente
6 und die Längenausgleichselemente 10 weitergeleitet werden.
[0026] Das Längenausgleichselement 10 ist im in Fig. 1 dargestellten Beispiel senkrecht
zur Innenseite 8 der Wannensegmente 6, d.h. in Richtung des Pfeils B, welcher in die
Breitenrichtung des Ofens 1 weist, wellenförmig ausgelenkt bzw. mäanderförmig ausgebildet.
Somit ist das Längenausgleichselement 10 besonders günstig für Änderungen seiner Längserstreckung
in Richtung des Pfeils L ausgebildet. Das Längenausgleichselement 10 ist zwischen
benachbarten Wannensegmenten 6a, 6b bzw. 6b, 6c und mit diesen verbunden angeordnet,
um einen Spalt zwischen den einander zugewandten Enden benachbarter Wannensegmente
6 zu vermeiden bzw. durch das Längenausgleichselement 10 zu verschließen. Die benachbarten
Wannensegmente 6, 6a, 6b, 6c sind somit spaltfrei miteinander verbunden. Im Gegensatz
zu bekannten Ofenkonstruktionen ist auch kein Abdeckkörper erforderlich, der an den
Innenseiten benachbarter Wannensegmente aufliegt und einen verbleibenden Spalt zwischen
benachbarten Wannensegmenten abdeckt. In den dargestellten Beispielen sind die Wannensegmente
6 fest mit den Längenausgleichselementen 10 verbunden.
[0027] Fig. 2 zeigt einen Abschnitt der Ofenwanne 2 des Ofens 1 aus Fig. 1, in einem Schnitt
in Längsrichtung L des Ofens 1, in einem vergrößerten Maßstab. Dabei ist erkennbar,
dass benachbarte Wannensegmente 6, im in Fig. 2 dargestellten Beispiel die Wannensegmente
6b, 6c, trennbar mit einem Längenausgleichselement 10 verschraubt sind. Dabei weisen
die mit dem Längenausgleichselement 10 verschraubten Wannensegmente 6, 6b, 6c einen
nach außen umgebogenen bspw. umgebördelten Rand 13 auf, an welchem ein Verbindungsabschnitt
14 des Längenausgleichselements 10 anliegt. Zumindest eine Schraube 15, bevorzugt
jedoch mehrere Schrauben 15 erstrecken sich durch den umgebogenen Rand 13 des Wannensegments
6, den Verbindungsabschnitt 14 des Längenausgleichselements 10 und durch zwei Flansche
16a, 16b. Die Flansche 16a, 16b liegen an den voneinander abgewandten Seiten 13a,
14a des umgebogenen Rands 13 des Wannensegments 6 und des Verbindungsabschnitts 14
des Längenausgleichselements 10 lösbar an. Die Schrauben 15 spannen gemeinsam mit
einer darauf montierten Mutter 17 das Wannensegment 6, das Längenausgleichselement
10 und die Flansche 16a, 16b zusammen. In dieser Ausführungsform sind daher die Wannensegmente
6 direkt mit den Längenausgleichselementen 10 verbunden. Im in Fig. 2 dargestellten
Beispiel weisen sowohl der nach außen umgebogene Rand 13 des Wannensegments 6 als
auch der Verbindungsabschnitt 14 des Längenausgleichselements 10 an den einander zugewandten
Seiten 13z, 14z eine elektrisch isolierende Beschichtung 18 auf. In einer einfacheren
Ausführungsform kann auch nur der nach außen umgebogene Rand 13 des Wannensegments
6 oder der Verbindungsabschnitt 14 des Längenausgleichselements 10 an den einander
zugewandten Seiten 13z, 14z eine elektrisch isolierende Beschichtung 18 aufweisen.
Die Schrauben 15 sind in einer hitzebeständigen, bspw. keramischen, elektrisch isolierenden
Hülse 19 aufgenommen, um eine elektrisch leitende Verbindung vom umgebogene Rand 13
des Wannensegments 6, 6c über den im allgemeinen metallischen Flansch 16a und über
die Schraube 15 zum im allgemeinen metallischen Flansch 16b bzw. zum Verbindungsabschnitt
14 des Längenausgleichselements 10 zu vermeiden. Auch der Schraubenkopf 15a und die
Mutter 17 sind von den Flanschen 16a, 16b elektrisch isoliert. Beispielsweise liegen
der Schraubenkopf 15a und die Mutter 17 an umgebogenen Rändern der elektrisch isolierenden
Hülse 19 an.
[0028] In Fig. 2 ist zudem erkennbar, dass sich die elektrisch isolierende Beschichtung
18 an den einander zugewandten Seiten 13z, 14z des nach außen umgebogenen Rands 13
des Wannensegments 6 und des Verbindungsabschnitts 14 des Längenausgleichselements
10 in Bereichen 20 über die Berührungsfläche 21 zwischen dem nach außen umgebogenen
Rand 13 des Wannensegments 6 und dem Verbindungsabschnitt 14 des Längenausgleichselements
10 hinaus erstreckt.
[0029] Fig. 3 zeigt einen Abschnitt einer anders konstruierten Ofenwanne 2 eines Ofens 1,
in einem Schnitt in Längsrichtung L des Ofens 1, in einem vergrößerten Maßstab. Dabei
ist erkennbar, dass das mit dem Längenausgleichselement 10 verschraubte Wannensegment
6 untrennbar mit einem ersten Flansch 22a verbunden bspw. verschweißt ist und das
Längenausgleichselement 10 untrennbar mit einem zweiten Flansch 22b verbunden bspw.
verschweißt ist. Der erste Flansch 22a und der zweite Flansch 22b liegen im montierten
Zustand des Ofens 1 aneinander an und sind mittels Schrauben 15 die sich durch den
ersten Flansch 22a und durch den zweiten Flansch 22b erstrecken miteinander verschraubt.
Im in Fig. 3 dargestellten Beispiel weisen der erste Flansch 22a und der zweite Flansch
22b an den einander zugewandten Seiten 22az, 22bz eine elektrisch isolierende Beschichtung
18 auf. Die Schrauben 15 sind in einer elektrisch isolierenden Hülse 19 aufgenommen.
[0030] Fig. 4 zeigt einen Abschnitt einer anders konstruierten Ofenwanne 2 eines Ofens 1,
in einem Schnitt in Längsrichtung L des Ofens 1, in einem vergrößerten Maßstab. Gemäß
dieser Konstruktion sind die Wannensegmente 6 untrennbar mit den Längenausgleichselementen
10 verbunden, vorzugsweise verschweißt. Insbesondere sind ein Ende E6 des Wannensegments
6 und ein Ende E10 des Längenausgleichselementes 10, welche Enden E6 und E10 einander
zugewandt sind, miteinander untrennbar verbunden, vorzugsweise mittels einer Schweißnaht
23 miteinander verschweißt. Die elektrisch isolierende Beschichtung 9 des Wannensegments
6 und die elektrisch isolierende Beschichtung 12 des Längenausgleichselements 10 sind
im dargestellten Beispiel auf das Wannensegment 6, auf das damit verbundene Längenausgleichselement
10 und auf die Schweißnaht 23 in Richtung zum Innenraum 7 der Ofenwanne 2 aufgebracht.
Um einen allfälligen Stromfluss durch die Wannensegmente 6 und die Längenausgleichselemente
10 im Falle einer beschädigten elektrisch isolierenden Beschichtung 9, 12 einzugrenzen,
kann das mit dem Längenausgleichselement 10 untrennbar verbundene Wannensegment 6
aus in Richtung vom ersten zum zweiten Stromkontakt 3a, 3b hintereinander angeordneten
Segmentteilen 6x gebildet sein, wobei benachbarte Segmentteile 6x1, 6x2 des Wannensegments
6 über eine elektrisch isolierende Zwischenschicht 24 miteinander verbunden und voneinander
elektrisch isoliert sind.
[0031] In einem Versuch wurde ein vorhandener 25 m langer Graphitierungsofen benutzt, welcher
mit zwei elektrisch in Serie geschalteten Ofenwannen ausgeführt war. Die Ofenwannen
bestanden aus metallischen und keramischen Segmenten. Die Serienschaltung der beiden
Ofenwannen war dergestalt ausgeführt, dass die aus Graphit bestehenden Anschlusselektroden
der beiden Ofenwannen auf einer Seite der Wannen elektrisch miteinander verbunden
waren. Der Stromanschluss (Plus und Minusanschluss) war auf der gegenüberliegenden
Seite der beiden Ofenwannen an die aus Graphit bestehenden Anschlusselektroden angebracht.
Der Ofen wurde nun dergestalt behandelt, dass eine Ofenwanne (jene, die an der Plus-Seite
des elektrischen Anschlusses angekoppelt war) komplett mit einer keramischen Beschichtung
mittels einer Airless-Farbspritzanlage mit 0,15 mm Nassfilmdicke beschichtet wurde.
Die Beschichtung war folgendermaßen hergestellt: In einem Dissolver wurden im Rührkessel
30 Masseanteile an flüssigem kolloidalem Kieselsol mit 40 % Festkörperanteil (Korngröße
10 nm) als Bindemittel und 10 Massenteile Wasser vorgelegt. In diese Flüssigkeit wurde
ein Feststoffgemisch von 40 Massenteilen Magnesiumoxid mit einer mittleren Korngröße
d50= 4 µm (d90= 13 µm) und 20 Massenteilen Glaspulver mit einer mittleren Korngröße
von 4 µm (d98 =17 µm) und 0,3 Massenteilen Methylzellulose als Verdicker eingebracht
und suspendiert, wobei die Drehzahl der Dissolverscheibe während des Pulvereintrags
stetig bis auf 12 m/sec gesteigert wurde und mit dieser Drehzahl 10 Minuten dispergiert
wurde. Die andere Ofenwanne (jene, die an der Minus-Seite des elektrischen Anschlusses
angekoppelt war) blieb unbeschichtet. In beide Ofenwannen wurde für die Graphitierung
das gleiche Ausgangsmaterial eingebaut, jeweils 77 Elektroden in jede Wanne. Nach
dem Einschalten der Stromversorgung wurden die eingebauten Formkörper bis auf 3000
°C aufgeheizt. Nach dem Graphitieren wurden die Elektroden endbearbeitet und der elektrische
Widerstand gemessen. Es zeigte sich, dass jene Graphitelektroden die in der beschichteten
Wanne graphitiert worden sind im Mittel einen um 0,05[µOhmm] geringeren elektrischen
Widerstand aufwiesen als jene Elektroden, welche in der unbeschichteten Wanne graphitiert
worden sind.
1. Ofen (1) mit zumindest einer Ofenwanne (2), in welcher ein erster (3a) und ein zweiter
(3b) von der Ofenwanne (2) elektrisch isolierter Stromkontakt vorgesehen sind, wobei
die Ofenwanne (2) aus vom ersten (3a) zum zweiten Stromkontakt (3b) hintereinander
angeordneten und voneinander beabstandeten Wannensegmenten (6) gebildet ist, welche
Wannensegmente (6) zumindest teilweise aus Metall gebildet sind und an ihrer dem Innenraum
(7) der Ofenwanne (2) zugewandten Innenseite (8) eine elektrisch isolierende Beschichtung
(9) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Wannensegmente (6) über ein zwischen den benachbarten Wannensegmenten
(6) angeordnetes Längenausgleichselement (10) miteinander verbunden sind, welches
Längenausgleichselement (10) zumindest teilweise aus Metall gebildet ist und auf seiner
dem Innenraum (7) der Ofenwanne (2) zugewandten Innenseite (11) eine elektrisch isolierende
Beschichtung (12) aufweist.
2. Ofen (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wannensegmente (6) von dem damit verbundenen Längenausgleichselement (10) elektrisch
isoliert sind.
3. Ofen (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Längenausgleichselement (10) senkrecht zur Innenseite (8) der Wannensegmente
(6) ausgelenkt, bevorzugt mäanderförmig ausgebildet ist.
4. Ofen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Wannensegment (6) trennbar mit einem Längenausgleichselement (10) verschraubt
ist.
5. Ofen (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mit dem Längenausgleichselement (10) verschraubte Wannensegment (6) einen nach
außen umgebogenen Rand (13) aufweist, an welchem ein Verbindungsabschnitt (14) des
Längenausgleichselements (10) anliegt, und sich zumindest eine Schraube (15) durch
den umgebogenen Rand (13) des Wannensegments (6), den Verbindungsabschnitt (14) des
Längenausgleichselements (10) und durch zwei Flansche (16a, 16b) erstreckt, die an
den voneinander abgewandten Seiten (13a, 14a) des umgebogenen Rands (13) des Wannensegments
(6) und des Verbindungsabschnitts (14) des Längenausgleichselements (10) anliegen.
6. Ofen (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass auch der nach außen umgebogene Rand (13) des Wannensegments (6) und der Verbindungsabschnitt
(14) des Längenausgleichselements (10) an den einander zugewandten Seiten (13z, 14z)
eine elektrisch isolierende Beschichtung (18) aufweisen und die zumindest eine Schraube
(15) in einer elektrisch isolierenden Hülse (19) aufgenommen ist.
7. Ofen (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die elektrisch isolierende Beschichtung (18) an den einander zugewandten Seiten
(13z, 14z) des nach außen umgebogenen Rands (13) des Wannensegments (6) und des Verbindungsabschnitts
(14) des Längenausgleichselements (10) über die Berührungsfläche (21) zwischen dem
nach außen umgebogenen Rand (13) des Wannensegments (6) und dem Verbindungsabschnitt
(14) des Längenausgleichselements (10) hinaus erstreckt.
8. Ofen (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mit dem Längenausgleichselement (10) verschraubte Wannensegment (6) untrennbar
mit einem ersten Flansch (22a) verbunden ist, an welchem ein untrennbar mit dem Längenausgleichselement
(10) verbundener zweiter Flansch (22b) anliegt, und sich zumindest eine Schraube (15)
durch den ersten Flansch (22a) und durch den zweiten Flansch (22b) erstreckt.
9. Ofen (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Flansch (22a) und der zweite Flansch (22b) an den einander zugewandten
Seiten (22az, 22bz) eine elektrisch isolierende Beschichtung (18) aufweisen und die
zumindest eine Schraube (15) in einer elektrisch isolierenden Hülse (19) aufgenommen
ist.
10. Ofen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Beschichtung (9, 12, 18) Emaille oder zumindest eines
von Magnesiumoxid, Schamotte oder Gläser, mit hitzefesten Bindemitteln, vorzugsweise
Kaliumwasserglas, Natriumwasserglas, Kieselsol, Silikonharzen, anorganische Phosphate,
beispielsweise Aluminiumphosphat oder Magnesiumphosphat, wasserlösliche Aluminate
oder wasserlösliche Aluminosilikate, aufweist.