Was ist ein Rohrofen?
Rohröfen sind Öfen mit einer langen rohrförmigen (zylindrischen) Struktur.
Häufig handelt es sich um einen Elektroofen, bei dem Heizelemente und hitzebeständige Materialien um das Rohr herum im Ofeninneren angeordnet sind. Das rohrförmige Innenrohr des Ofens ermöglicht eine gleichmäßige Erwärmung, eine präzise Temperaturregelung und eine variable Temperaturverteilung.
Durch die direkte Zuführung der Wärmequelle und des Brennstoffs zum Innenrohr kann eine effiziente Erwärmung und Verarbeitung erreicht werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Form des Rohrs die Kontrolle des Materialflusses und der Reaktionen erleichtert.
Die spezifische Auslegung und Konstruktion von Rohröfen hängt jedoch von der beabsichtigten Verwendung und anderen Faktoren ab. Daher unterscheiden sich der Aufbau und die Funktionsweise von Rohröfen häufig je nach den spezifischen Konstruktionsbedingungen.
Anwendungen von Rohröfen
Rohröfen werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Zu den spezifischen Anwendungen gehören Wärmebehandlungsprozesse, Pilotversuche an Produktionslinien sowie Forschung und Entwicklung.
1. Wärmebehandlungsprozesse
Rohröfen werden in Wärmebehandlungsprozessen für metallische und keramische Werkstoffe und bei Wärmebehandlungsprozessen wie dem Vergüten von Stahlwerkstoffen eingesetzt. Die Hochtemperaturumgebung kann kontrolliert und das Mikrogefüge und die physikalischen Eigenschaften der Werkstoffe verändert werden.
2. Forschung und Entwicklung
In der Forschung und Entwicklung werden sie in der Forschung zur Wärmebehandlung von Halbleitern und bei der Entwicklung von Brennstoffzellenmaterialien und auch bei der Entwicklung von Katalysatoren für die Ölraffination und die Petrochemie eingesetzt. Da Rohröfen in Verteilersysteme eingebaut werden können, können sie auch in der chemischen Prozessentwicklung eingesetzt werden, um die tatsächlichen Bedingungen in der Produktionslinie nachzuahmen und die Leistung zu überprüfen.
3. Glas- und Halbleiterproduktion
Sie können auch in der Glasproduktion und der Halbleiterherstellung eingesetzt werden. Bei der Glasherstellung werden die Rohstoffe bei hohen Temperaturen geschmolzen und zu Glasprodukten geformt. In der Halbleiterherstellung werden sie zum Formen und Kühlen von Oxidschichten verwendet.
Funktionsweise von Rohröfen
Rohröfen bestehen aus einem Heizelement, einem Kernrohr und hitzebeständigen Werkstoffen:
1. Heizelement
Das Heizelement ist der Teil, der die Wärme im Rohrofen liefert. In der Regel werden elektrische Widerstandsheizungen verwendet. Die Wahl hängt von der Anwendung ab, insbesondere von Nichromdraht, Kanthal-Draht (Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung) oder Siliziumkarbid.
Grundsätzlich kann ein Metalldraht wie z. B. Kupferdraht als Heizgerät verwendet werden, indem man einfach Strom durch ihn hindurchleitet. Wird er hingegen in einem Ofen verwendet, muss er eine angemessene Haltbarkeit und Temperaturbeständigkeit aufweisen.
Die maximalen Betriebstemperaturen von Nichrom- und Kanthal-Drähten liegen bei 1200 °C bzw. 1350 °C. Um die hohen Temperaturen zu verkraften, werden die Öfen hauptsächlich mit Stromversorgungen von 100 V AC~200 V betrieben. Für größere Anlagen werden auch Stromversorgungen von 300 V oder mehr verwendet.
2. Kernrohr
Das Kernrohr ist eine röhrenförmige Struktur, die das Heizelement umgibt. Es schützt das Heizelement vor hohen Temperaturen und chemischen Reaktionen und dient dazu, eine gleichmäßige Wärmeabstrahlung und eine effiziente Wärmeübertragung auf das Objekt zu gewährleisten.
Ofenrohre werden aus Quarz oder Keramik hergestellt, die hohen Temperaturen standhalten können. Ist die Betriebstemperatur niedrig, z. B. 500 °C, können auch Metallrohre wie Edelstahl verwendet werden.
3. Hitzebeständige Werkstoffe
In Rohröfen werden hitzebeständige Werkstoffe verwendet, da sie in Hochtemperaturumgebungen arbeiten. Die hitzebeständigen Materialien werden an der Außenseite des Ofenrohrs angebracht und dienen der Isolierung und Wärmespeicherung. Zu den hitzebeständigen Materialien gehören Keramikfasern, hitzebeständige Steine und hitzebeständige Beschichtungen.
Arten von Rohröfen
Es gibt zwei Arten von Rohröfen: offene und geschlossene Öfen. Beide eignen sich aufgrund ihrer spezifischen Eigenschaften für unterschiedliche Anwendungen. Je nach dem spezifischen Produktionsverfahren und den Materialanforderungen ist es wichtig, den geeigneten Rohrofentyp zu wählen.
1. Offen-geschlossener Typ
Offene und geschlossene Rohröfen sind an einem oder beiden Enden offen und ermöglichen einen einfachen Zugang zu Materialien und Gasen. Sie zeichnen sich auch durch eine einfache Bedienung, Wartung und Instandhaltung des Ofens aus. Sie können vertikal oder horizontal aufgestellt werden.
Sie eignen sich auch eher für kleine Experimente und Forschungszwecke als für kontinuierliche Prozesse. Durch Einführen eines Temperaturmessgeräts von außerhalb des Ofens, z. B. eines Thermoelements kann die Temperaturverteilung im Rohr und in der Probe in jeder axialen Richtung gemessen werden.
2. Geschlossene Rohröfen
Geschlossene Rohröfen sind an beiden Enden abgedichtet. Der Kontakt mit der äußeren Atmosphäre wird kontrolliert und das Gas und die Temperatur im Inneren des Ofens können aufrechterhalten werden. Sie zeichnen sich durch minimale Wärmeverluste und eine gleichmäßige Umgebung aus.
Sie werden dort eingesetzt, wo Redoxreaktionen oder Hochtemperatur-Wärmebehandlungen erforderlich sind und sind geeignet für Anwendungen wie die Halbleiterherstellung und das Wachstum hochwertiger Kristalle, die eine hochpräzise Wärmebehandlung und Reaktionskontrolle erfordern.