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Basischer, feuerfester Stein für Öfen, Verfahren zu dessen Herstellung sowie mit Hilfe solcher Steine errichtete Hängedecken und Wände
Die Erfindung betrifft einen basischen, feuerfesten Stein, insbesondere für Hängedecken und Wände von Öfen, wie Siemens-Martinöfen u. dgl., der ungebrannt verwendet wird und an seiner Oberfläche mit einem oder mehreren oxydierbaren Metallteilen, vorzugsweisen Distanzblechen versehen ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Steines. Es wurde bereits vorgeschlagen, Distanzbleche von Uförmigem Querschnitt zu verwenden, die den Stein mit den drei Flächen umgreifen. Hiebei wurde das Distanzblech aber auf den bereits geformten Stein aufgebracht.
Diese gesonderten Arbeitsgänge, nämlich Formung des Steines und nachheriges Aufbringen des Distanzbleches, erhöhen aber die Herstellungskosten und den Arbeitsaufwand. Da die Form der einzelnen Steine gewöhnlich voneinander etwas abweicht, die Distanzbleche jedoch untereinander ziemlich gleich sind, liegen letztere an den Steinen häufig nicht satt an, so dass der Stein im Blech locker sitzt und letzteres bisweilen vor oder während der Verlegung verkrümmt wird.
Es wurden Versuche gemacht, die Bleche an die bereits geformten Steine durch Verwendung eines Klebmittels oder dadurch zu binden, dass der Stein vom Blech federnd erfasst wird. Dies letztere Mittel führte jedoch nicht zu vollem Erfolg, da es beim Zusammensetzen der Steine zu einer Decke Stellen gab, an denen das Distanzblech eines Steines das Distanzblech des Nachbarsteines anstatt dessen unverkleidete Seitenfläche berührte. Um die Steine einer Decke zu einem zusammenhängenden Stück zu vereinigen, muss nicht nur zwischen Stein und Platte ein Verwachsen stattfinden, sondern auch zwischen zwei Platten ein Verschweissen oder Verschmelzen zustande kommen. Eine übergrosse Wandstärke des Distanzbleches vergrössert die Gefahr, dass die Bleche eher ausschmelzen als oxydieren, da in zahlreichen Öfen, wie z.
B. in Siemens-Martinöfen für die Stahlbereitung, die Betriebstemperatur des Ofens über dem Schmelzpunkt der eisernen oder stählernen Distanzbleche liegt.
Gemäss der Erfindung stehen der bzw.. die Metallteile, die vorzugsweise als Distanzbleche ausgebildet sind, mit dem Stein dadurch in inniger Verbindung, dass sie bei der Formgebung des feuerfesten Materials auf dieses aufgebracht werden. Das Pressen der Masse in der Pressform erfolgt somit erst, nachdem die feuerfeste Masse mit dem Distanzblech in Berührung gebracht ist. Vorzugsweise wird der Pressdruck durch das Distanzblech hindurch auf die Masse ausgeübt, wodurch mit Sicherheit Hohlräume zwischen Blech und Stein vermieden werden und eine gleichmässige Druckverteilung gewährleistet wird. Es wird auf diese Weise eine glatte Steinoberfläche und eine feste Verbindung zwischen Blech und Stein erhalten.
Diese Verbindung kann noch dadurch verbessert werden, dass die Distanzbleche mit einspringenden Vorsprüngen, Lappen od. dgl. versehen werden, die in die feuerfeste Masse eingreifen bzw. in ihr eingebettet sind.
Gegebenenfalls kann der Stein mit zwei gegenüberliegenden U-förmigen Distanzblechen versehen sein, deren Schenkel einander zugewendet sind. Das Distanzblech kann seiner Länge nach durch Aussparungen nachgiebig gestaltet sein, um ein seitliches Ausweichen des Bleches während der Formung zu ermöglichen.
Diese Aussparungen im Blech dienen gleichzeitig als Lüftungsöffnungen, die den Austritt von Luft aus dem Stein während des Formvorganges ermöglichen.
Eine Hängedecke eines Ofens kann abwechselnd aus mit Metallteilen bzw. Blechen verkleideten und unverkleideten Steinen aufgebaut werden, wobei die ersteren Steine vorzugsweise am grösseren Teil der Fläche ihrer vier Stossflächen mit erfindungsgemäss aufgebrachten Metallteilen abgedeckt sind. Bei einer Hängedecke können ferner die verkleideten Steine mit unverkleideten keilförmigen Steinen abwechseln, wobei die keilförmige Verjüngung ein Wachsen der Distanzbleche an ihrem unteren heissen Ende zufolge ihrer Oxydation zulässt und einen Schutz gegen übermässigen Seitendruck bietet.
In der Zeichnung sind einige beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung dargestellt.
Die Fig. 1-6 zeigen schematisch drei verschiedene Formpressen, wobei in den Fig. l, 3
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und 5 die Stellung des Pressstempels am Beginn, in den Fig. 2,4 und 6 hingegen am Ende des Formvorganges dargestellt ist. Fig. 7 zeigt eine teilweise Sicht von unten auf die Unterseite eines mit einem Magnethalter versehenen Oberstempels.
Die Fig. 8,9 und 10 zeigen in Draufsicht, Vorderansicht und Seitenansicht ein Distanzblech nach den Fig. 1-4. Die Fig. 11,12 und 13 zeigen in gleicher Darstellung ein Distanzblech, das auf einen Stein nach den Fig. 1-4 vor der Formung aufgebracht werden kann. Fig. 14 ist ein Bild eines fertigen Steines, hergestellt gemäss den Fig. 1--4. Die Fig. 15,16 und 17 zeigen in Draufsicht, Vorder-und Seitenansicht ein Distanzblech, das auf dem Pressenunterstcmpel nach Fig. 5 und 6 aufsitzt. Die Fig. 18,19 und 20 zeigen in gleicher Darstellung ein Distanzblech, wie es in den Fig. 5 und 6 vom Oberstempel gehalten wird. Fig. 21 zeigt einen fertigen, gemäss Fig. 5 und 6 hergestellten Stein.
Fig. 22 zeigt einen nach unten verjüngten, unverkleideten Stein, der in einer Hängedecke vorzugsweise mit den verkleideten Steinen nach Fig. 14 oder 21 abwechselt.
Fig. 23 ist eine Draufsicht auf eine Hängedecke aus erfindungsgemässen Steinen, wobei die Hängeeisen weggelassen sind. Fig. 24 zeigt im Schnitt nach der Linie 24-24 der Fig. 23 die Decke nach ihrer Aufhängung. Fig. 25 entspricht Fig. 24 und veranschaulicht die Oxydation (Verzunderung) der Distanzbleche.
Fig. 26 zeigt einen Wandstein, die Fig. 27 und 28 verschiedene Wandkonstruktionen unter Verwendung des Wandsteines nach Fig. 26.
Gemäss den Fig. 1-6 besitzt die Formpresse, die eine mechanische oder hydraulische sein kann, einen beweglichen Oberstempel 30, einen Unterstempel , Formseitenteüe 32 und Führungen 33 für den Oberstempel. Statt des Oberstempels kann auch der Unterstempel oder beide beweglich sein, ihre Bewegungsrichtung kann statt lotrecht auch waagrecht sein.
Gemäss Fig. 1 wird ein U-förmiges Distanzblech 34 vom Oberstempel 30 gehalten, z. B. durch Saugwirkung, die durch Kanäle 35 ausgeübt wird. Eine basische Steinmasse 36 ist im Formraum ersichtlich. Gemäss Fig. 2 bewirkt eine Relativbewegung der Stempel 30, 31 zueinander, dass die zunächst lockere Masse den Raum innerhalb der Schenkel 37 ausfüllt und mit der Basis 38 in Berührung kommt. Durch eine weitere Bewegung der Stempel wird die Masse 36 in einem Raum zusammengedrückt, der oben und seitlich durch das Distanzblech. M begrenzt ist. Die Schenkel 37 sind vorzugsweise kürzer als die entsprechenden Seiten des Steines, um ein Stauchen der Schenkel während der Formung zu vermeiden, wodurch Teile 39 (Fig. 2) des Steines übrigbleiben, die nicht abgedeckt sind.
Die Masse umhüllt einspringende Lappen 40, die aus dem Distanzblech ausgestanzt sind, so dass diese Vorsprünge nach Formung des Steines in diesem eingebettet sind.
Der Unterstempel 31 in den Fig. 1 und 2, ebenso der Oberstempel 30 in den Fig. 3-6 trägt einen Vorsprung 41, der eine Vertiefung 42 zur Aufnahme eines Hakens und einen Schlitz 43 für das Hängeeisen bildet, wie in den Fig. 14 und 21-25 ersichtlich.
Die verwendete feuerfeste Masse kann Magnesia oder ein stark magnesiahaltiges Material, wie z. B. gesinterter oder elektrisch erschmolzener Magnesit, oder ein chromithältiger Stoff se ;-- Als Gemisch von Chromit mit Magnesia kann
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gesintertem Magnesit oder eines mit geringerem Chromitgehalt, z. B. 25% Chromit und 75% gesinterter Magnesit, verwendet werden. Bindemittel, wie Sulfitpech, Dextrin, Magnesiumsulfat, Magnesiumchlorid, Natriumbichromat und Natriumsilikat, sind in solcher Menge zuzusetzen, dass ein Stein erhalten wird, der ohne Behandlung im Brennofen eine genügende mechanische Festigkeit aufweist. Der Druck beim Formen des
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gleich welcher Form.
Nach Fig. 1 wird das Distanzblech 34 von unten her auf den Oberstempel aufgebracht, nachdem die feuerfeste Masse in passender Menge in die Form eingebracht ist. Zum Festhalten des Distanzbleches am Oberstempel können an Stelle einer Saugwirkung auch beliebige andere Mittel dienen. Nach Fig. 7 besitzt ein in den Oberstempel eingebauter, üblicher Haltemagnet Polstücke 44 und 45 mit abwechselnder Polarität, die in Schlitzen einer Stempel-Stirnplatte 46 aus unmagnetischem Werkstoff, z. B. einer austenitischen Eisenlegierung, gehalten werden. Eine Handhabe 47, die mit dem Stempel zu selbsttätiger Arbeitsweise verbunden sein kann, dient zum Ausschalten des Magneten.
Nach den Fig. 3 und 4 wird der Stein mit am Unterstempel31 aufsitzendem Distanzblech 34 geformt, wobei die Schenkel 37, im Gegensatz zu den Fig. 1 und 2, aufwärts gerichtet sind.
Bei dieser Ausbildung wird der Dorn 41 vorzugsweise am Oberstempel 30 vorgesehen. Eine Saugoder magnetische Halteeinrichtung ist hier am Oberstempel nicht erforderlich. Das Distanzblech 34 wird bei auseinandergezogenen Stempeln in die Form eingelegt, worauf der Formraum innerhalb des U-Bleches mit der Masse gefüllt wird. Die Formung erfolgt sodann, wie in Fig. 1 und 2, durch gegenseitige Näherung der Stempel.
In vielen Fällen ist es vorteilhaft, den Stein unter Verwendung von zwei Distanzblechen 341 und 342 zu formen, die gemäss Fig. 5 und 6 je mit einem Stempel 30 bzw. 31 in Verbindung stehen. Bei gegenseitiger Näherung der Stempel wird ein unmittelbarer Formdruck durch die Basis 381 und 382 der Bleche auf den Stein ausgeübt. Die inneren Vorsprünge 401 eines jeden Distanzbleches sowie Vorsprünge 402
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der Basis 382 des Distanzbleches 349 werden hiebei gleichfalls eingebettet.
Versuche haben gezeigt, dass, wenn der Druck vom beweglichen Stempel unmittelbar durch ein Distanzblech gegen eine Seitenfläche des Steines wirkt, das Distanzblech die Neigung zeigt, sich zu verbiegen oder sich zu falten, sofern sie sich bei Ausübung und Aufhebung des Druckes nicht der Breite nach frei einstellen kann.
Bei dem anderen Distanzblech, das mit dem ortsfesten Stempel in Berührung steht, ist eine solche Neigung nicht festzustellen. Es ist daher wünschenswert, das erstgenannte Distanzblech zweckmässig der Länge nach nachgiebig zu gestalten, u. zw. vorzugsweise entlang der Mittellinie der Basis 382 des U und über den grösseten Teil ihrer Länge. Diesem Zweck dient vorzugsweise ein Schlitz 48 nach den Fig. 18 und 19, der in Abständen, zwecks Herstellung von Querverbindungen, unterbrochen ist, welche Verbindungen zwecks Bildung von Vorsprüngen 402 einwärts gebogen sein können. Es ist ersichtlich, dass die Breite der Basis 382 des Distanzbleches 342 während des Formvorganges sich ein wenig ändern kann, u. zw. durch Änderung der Breite des Schlitzes 48 und Verformung der Vorsprünge 402.
Der Schlitz 48 gestattet ferner ein Entweichen von Luft beim Formen, so dass ein Verlust an Druckarbeit zufolge Lufteinschlüssen vermieden wird. Ein solches Ablassen von Luft durch den Schlitz 48 oder eine ähnliche Öffnung hat sich bei der Formung zwischen zwei gegenüberliegenden Distanzblechen nach Fig. 5 und 6 als wichtig erwiesen. Diese Figuren zeigen ferner, dass die Schenkel 371 und 372 der Distanzbleche 341 und 342 kürzer als die Seitenflächen des Steines sind, so dass sie nicht aufeinandertreffen und daher nicht gestaucht oder verbogen werden können, selbst wenn in der Beschickung der Masse gewisse Ungleichheiten auftreten.
Ein Streifen 49 des Steines (Fig. 21) liegt daher frei.
Die Fig. 8,9 und 10 zeigen im einzelnen das Distanzblech nach den Fig. 1-4. Der fertige Stein 50 ist in Fig. 14 ersichtlich. Nach der Formung hat der Stein eine unverkleidete, d. h. nicht mit einem Distanzblech versehene Seitenfläche. Diese wird durch ein gesondertes Distanzblech 51 nach Fig. 11-13 verkleidet, das federnde Klauen oben bei 52 und unten bei 53 aufweist, welche die Stirnflächen des Steines übergreifen (Fig. 14). Ein Schlitz 54 ermöglicht den Zutritt des Hängeeisens zur zugehörigen Ausnehmung 42.
Fig. 21 zeigt die bevorzugte Ausbildung eines Steines für eine Ofenhängedecke. Das hintere Distanzblech 341 für diesen Stein ist in den Fig. 15-17, das vordere Djstanzblech 342 in den Fig. 18-20 ersichtlich. Das Blech 342 ist vorzugsweise bei 55 weggeschnitten, um eine unzulässige Pressung der oberen Steinecken zu vermeiden.
In gewissen Fällen können bei aufgehängtem Stein die Vorsprünge der Distanzbleche mit ihren Oberflächen im allgemeinen waagrecht verlaufen, wie in den Fig. 8-10 gezeigt, jedoch ist es gewöhnlich vorzuziehen, diese Vorsprünge bei aufgehängtem Stein lotrecht verlaufen zu lassen, wie in den Fig. 15-20 gezeigt.
Der Stein 50 nach Fig. 14 oder 21 wird vorzugsweise abwechselnd mit einem Stein 501 ohne Distanzblech (Fig. 22) zusammengesetzt. Der Stein 501 kann parallelobipedisch sein, vorzugsweise aber verjüngt er sich von oben nach u : n, um ein gewisses Wachsen der oxydierten Distanzbleche an ihrem heissen, unteren Ende zu ermöglichen und dadurch einen übermässigen Druck auf die Steinflanken zu vermeiden. Es hat sich gezeigt, dass eine Verjüngung von 0-079 cm an jeder Seitenfläche für einen Stein passend ist, dessen Querschnitt am oberen breiteren Ende
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Ofengewölbemaurer fest gegeneinanderpressen, ohne dass die Gefahr besteht, dass für das Wachsen der Distanzbleche nahe der Gewölbeinnenseite kein Platz zur Verfügung steht.
In den Fig. 23-25 ist eine Decke zu sehen, bei der umkleidet Steine 50 mit blanken Steinen 501 abwechseln. Die umkleideten Steine können auch beliebig anders ausgebildet sein, z. B. nach Fig. 14. Auf diese Weise liegt über das gesamte Gewölbe hin, mit Ausnahme an einer Kante, jeder umkleidete Stein 50 vorne, seitlich und hinten an einem nicht verkleideten Stein 501 an, so dass keine Möglichkeit besteht, dass an irgendeiner Stossstelle zwei Distanzbleche aneinander zu liegen kommen. Die an eine übliche (nicht dargestellte) Tragkonstruktion angeschlossenen Hängeeisen 56 treten durch Schlitze 43 und besitzen Haken 57, die in Ausnehmungen 42 eingreifen.
Vor der Oxydierung der Distanzbleche haben die Steine seitlichen Spielraum, wie in Fig. 24 dargestellt, so dass gewöhnlich ein einzelnes Hängeeisen samt seinen zugehörigen Steinen von Hand aus gehoben werden kann. Dies ist deswegen von Vorteil, da dann die einzelnen Steine sich während des Anheizens des Ofens frei bewegen und einstellen können, so dass örtliche, abnorme Pressungen einzelner Steine vermieden werden. Erst nach völliger Erhitzung der Decke auf Ofentemperatur und Auswirkung der Oxydierung der Bleche vereinigen sich die einzelnen Steine zu einem Stück. Nach Auswirkung der Oxydation schwellen bzw. wachsen die Distanzbleche nahe ihren heissen unteren Flächen, wie in Fig. 25 bei 58 angedeutet, wodurch nicht nur der durch die Verjüngung gegebene Raum ausgefüllt, sondern auch ein sanfter seitlicher Druck auf die Steine ausgeübt wird.
Hiebei wird die oxydische Masse der Distanzbleche in etwaige Vertiefungen der Steine eingepresst und verbindet sich bzw. verschmilzt mit dem Steinmaterial. Wenn die Steine Magnesia enthalten, sei es als überwiegender Bestandteil oder als geringfügiger Bestandteil eines Chrom- steines, scheint das Oxyd der Distanzbleche sich mit der Magnesia zu Magnesiumferrit zu ver-
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binden, das durchaus hitze-und volumsbeständig ist. Eine weitere wichtige Wirkung besteht darin, dass durch das Wachsen der Distanzbleche ein Schwinden der Steine ausgeglichen wird.
Selbstverständlich dürfen sich die Distanzbleche seitlich nicht in den Stein eindrücken, so dass es vermieden werden soll, zur Bildung eines Distanzbleches mehrere Blechstreifen zu verwenden. Gewöhnlich werden die Distanzbleche zwischen sämtlichen Steinflächen vorzusehen sein, doch können diese Bleche an bestimmten Stellen weggelassen werden, so dass die Entfernung eines Deckenabschnittes als Einheit ermöglicht wird. Dies kann auch durch Anordnung von zwei unverkleideten Steinen nebeneinander erzielt werden.
Eine der wichtigen Aufgaben des Distanzbleches besteht ferner darin, dass ein Herausfallen von Bruchstücken oder Splittern der Steine aus der Decke verhindert wird. Zur einwandfreien Erzielung dieser Wirkung sollen die Distanzbleche eher oxydieren als ausschmelzen.
Während in Öfen mit niederen Temperaturen Distanzbleche aus z. B. Kupfer oder Aluminium oder Legierungen aus beiden verwendet werden können, kommen für einen Betrieb mit hohen Temperaturen, z. B. bei Siemens-Martinöfen, Distanzbleche aus Eisen oder Stahl in Betracht.
Es ist ferner wichtig, dass die Distanzbleche nicht zu dick sind, da dies ein Ausschmelzen begünstigt. Im allgemeinen sollen sie nicht stärker als 0 20 cul, vorzugsweise nicht stärker als 0-12 cm sein. Zweckmässig wird Walzblech zu verwenden sein.
Fig. 26 zeigt einen erfindungsgemässen Wandstein, der zweckmässig mittels einer Presse nach den Fig. 1 und 2 oder 3 und 4 erzeugt ist. Das
U-formige Distanzblech 343 besitzt eine Basis 383 und Schenkel 373 mit gestanzten Vorsprüngen 401.
Die feuerfeste Masse kann Magnesia, Chromit oder Chrommagnesia sein. Beim Wandstein kann das Distanzblech an einer beliebigen Seite freiliegen ; vorteilhaft wird-es jedoch, nach den
Fig. 27 und 28, waagrecht verlegt. In einer bestimmten Mauerwerkschar kann das Distanz- blech entweder nach Fig. 27 an der Unterseite oder nach Fig. 28 an der Oberseite des Steines liegen. Die Wandteile 491 sind unverkleidet und dienen dazu, das Ausschmelzen und Ab- fliessen von geschmolzenem Metall von höher in der Wand verlegten Distanzblechen zu ver- hindern. Bei Wänden können auch Distanz- bleche nach den anderen Figuren der Zeichnung ausgebildet sein, z. B. ähnlich den Blechen 38 und 51 nach Fig. 14.
Die Teile der Steine mit eingepressten Distanz- blechen weisen den besonderen Vorteil auf, dass sie, anstatt über die Umrisse des Steines vorzustehen, zur Gänze innerhalb dieser liegen.
Falls somit eine spezielle Fläche des Steines teils von einem Distanzblech bedeckt ist, teils freiliegt, liegt die Aussenseite des Bleches und das feuerfeste Material des nicht abgedeckten
Teiles des Steines vorzugsweise in einer Ebene.
Anderseits kann, falls eine bestimmte Fläche der Steine nur zum Teil verkleidet ist, gewünschtenfalls das Distanzblech über die Aussenfläche des unverkleideten Steines um ein Mass vorstehen, das kleiner ist als die Wandstärke des Bleches.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Basischer, feuerfester Stein für Ofen, der ungebrannt eingebaut wird und an seiner Oberfläche mit einem oder mehreren oxydierr- en Metallteilen, vorzugsweise einem Distanzblech versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der bzw. die Metallteile (34, 341, 342, 343) mit dem Stein dadurch in inniger Verbindung stehen, dass sie bei der Formgebung des feuerfesten Materials (36) auf diesem aufgebracht sind.