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Hängedecke für Industrieöfen, z. B. Siemens-Martin-Ofen
Bei den meisten Hängedecken für Feuerungen und Industrieöfen werden die Steine in der Regel durch Hängeeisen, wie Bügel, Haken, Bolzen, Drähte usw., gehalten, die an einem über der Ofendecke liegenden Traggerüst unmittelbar oder mittelbar aufgehängt werden. Bei der unmittelbaren Aufhängung der Hängedeckensteine wird jeder Stein durch ein Hängeeisen direkt am Traggerüst befestigt, wogegen bei der mittelbaren Aufhängung nur ein Teil der Hängedeckensteine unmittelbar am Traggerüst aufgehängt wird, die anderen Steine aber mit Hilfe von Vorsprüngen und Ausnehmungen von den unmittelbar aufgehängten Steinen getragen werden. Je nachdem, ob das Traggerüst einen konstanten Abstand zur Deckenaussenfläche hat oder nicht, sind alle Hängeeisen gleich lang oder aber verschieden lang.
Beim Anheizen des Ofens dehnen sich die feuerfesten Steine aus, u. zw. an der heissen Innenseite stärker als an der kühlen Aussenseite. Ferner erleiden viele feuerfeste Steine, z. B. aus Magnesit und/oder Chromerz, unter dem Einfluss der Ofenatmosphäre an der Feuerseite eine Volumsvergrösserung durch Umwandlung der Steinstruktur. Durch die beiden Vorgänge der Wärmeausdehnung und Strukturumwandlung vergrössert sich beispielsweise der innere Bogen einer Gewölbedecke während des Anheizens und zusätzlich noch im Laufe des Betriebes. Ähnliches gilt für ebene Hängedecken, so dass es unerlässlich ist, vor der Inbetriebnahme des Ofens entsprechende Dehnungsmöglichkeiten vorzusehen.
Anderseits ist aber auch bei Hängedecken ein gewisser Druck zwischen den Steinen nötig, um benachbarte Steine durch den Mörtelstoff (Fugenbaustoff) gut zu verfritten. So verwendet man bei Chrommagnesitsteinen meistens metallische oxydierbare Fugenbaustoffe, die bei gebrannten Steinen zweckmässig Einlagen von Eisenblechen, Drahtgeflechten od. dgl. sein können, während die ungebrannten Steine meist schon beim Pressvorgang mit einem Blechmantel versehen werden. Um den solcherart eingebrachten metallischen Fugenbaustoff voll wirksam werden zu lassen, ist ebenfalls ein gegenseitiger Druck der Steine in den Fugen erforderlich. Hiedurch wird auch das Abfallen einzelner, an der Feuerseite abgeplatzter Steinenden verhindert. Der seitliche Druck auf die Steine hat daher Bedeutung sowohl für das Verkitten der einzelnen Steine zu einer einheitlichen Ofendecke, z.
B. zu einem Gewölbe, als auch für die Verlängerung der Lebensdauer der Decke selbst. Die Schwierigkeit bei der Konstruktion von Hängedecken besteht darin, einerseits den notwendigen Spielraum für die Wärmeausdehnung beim Anheizen und für die spätere Volumsvergrösserung durch Strukturumwandlung der Steine an der Feuerseite vorzusehen, anderseits aber jederzeit einen seitlichen Druck auf die Steine in Richtung der Stützlinie auszuüben.
Zur Aufnahme der Ausdehnung einer Decke bedient man sich bekanntlich der Anordnung von Dehnfugen oder von beweglichen Widerlagern oder, am häufigsten, einer Kombination beider.
Die Bemessung von Dehnfugen für die Wärmeausdehnung, die z. B. durch Einlagen von Pappe, Wellblech, Drahtgeflecht usw. erzielt werden, ist nur schwierig richtig zu treffen. Praktisch unmöglich ist jedoch eine genaue Bemessung der Fugen für die während des Betriebes erfolgende Volumsvergrösserung, speziell der basischen Steine. Bei zu grossen Dehnfugen entfällt vor allem bei ebenen oder schwach gekrümmten Hängedecken der für das Verfritten besonders der basischen Steine notwendige seitliche Druck. Bei zu knapp bemessenen Dehnfugen hingegen steigt das Gewölbe, und die Wirkung der Aufhängung wird zum grossen Teil gegenstandslos.
Entsprechen die Fugen den Verhältnissen am Ende der Ofenreise, so ist die Decke am Beginn des Betriebes zu locker und die Steine sind ohne seitlichen Druck ; entsprechen die Fugen den Bedingungen am Anfang der Ofenreise, so reichen sie nicht mehr aus für die spätere Betriebszeit, und das Gewölbe beginnt zu steigen.
Die Anordnung beweglicher Widerlager oder beweglicher Deckenabschlussplatten, die der Ausdehnung der Steine folgen können, ist bei vielen Öfen, so z. B. bei Siemens-Martin-Öfen, die an der Vorderwand die Einsetztüren haben, praktisch nur an einer Gewölbeseite möglich, so dass sich alle Steine des Deckenquerschnittes bei der Ausdehnung in einer Richtung, u. zw. zum beweglichen Widerlager hin, bewegen müssen. Die beweglichen Widerlager sind meist mittels Federn gegen die starre Armierung des Ofens elastisch abgestützt und gegebenenfalls in ihrer Neigung einstellbar.
Wenn auch die beweglichen Widerlager oder Abschlussplatten der Hängedecke als Ganzes genügend Spiel für die Wärmeausdehnung lassen, so ist damit jedoch noch keine Massnahme getroffen, um das Verschieben der einzelnen Hängesteine in Richtung zum beweglichen Widerlager hin in einwandfreier Weise, d. i. ohne Verschieben der Steine
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gegeneinander und ohne grossen Kraftaufwand zu gewährleisten. Wenn sich die Hängedecke von einem fixen zu einem beweglichen Widerlager hin ausdehnt, so erleidet der letzte, am beweglichen Widerlager angrenzende Stein wohl die stärkste seitliche Verschiebung, doch müssen sich auch alle übrigen Steine in gleicher Richtung bewegen.
Könnten aber die Widerlager bei gekrümmten Decken und radialer Aufhängung oder die Abschlussplatten bei Decken mit lotrecht hängenden Steinen jeweils an beiden Gewölbeenden angeordnet werden, was aber nur selten möglich ist, so ist der Weg eines am beweglichen Widerlager bzw. an der beweglichen Abschlussplatte angrenzenden Steines nur etwa halb so gross wie bei Anordnung nur eines beweglichen Widerlagers.
Wie sich gezeigt hat, ist jedoch das Wandern der einzelnen Steine zum beweglichen Widerlager hin bei den bisher bekannten Aufhängungsmethoden der Steine in jedem Falle behindert. In dieser Hinsicht sind lange Hängeeisen zwar günstiger als kurze, sie beseitigen aber nicht den Nachteil, den die Hängeeisen, wie Bügel, Haken, Bolzen usw., mit ihren fixen Unterstützungspunkten verursachen. Bei den bisher bekannten Hängekonstruktionen können nämlich die Steine bei der Verschiebung zum beweglichen Widerlager hin bestenfalls um die Unterstützungspunkte Schwenkbewegungen ausführen, vgl. die österr. Patentschrift Nr. 176863. Eine derartige Pendelbewegung der Steine um die Unterstützungspunkte der Hängeeisen ist jedoch nur möglich bei gleichzeitiger Verschiebung der Steine gegeneinander.
Sind jedoch die einzelnen Steine untereinander bereits verfrittet, so tritt bei der Ausdehnung des Gewölbes parallel zu den Steinfugen eine Scherbeanspruchung auf, die zu einer Lockerung der Fugen oder zu einem Abreissen einzelner Steine zufolge einer Zugbeanspruchung in Steinlängsrichtung führen kann. In einem nicht vorveröffentlichten Vorschlag ist auch schon empfohlen worden, die Querträger, von welchen die Hängeeisen der Steine unterstützt werden, lose auf das Traggerüst der Armierung aufzulegen und die Bewegung der Steine über eine starre Verbindung auf diese Querträger zu übertragen. Infolge der gleitenden Reibung zwischen den Querträgern und dem Traggerüst treten hiebei jedoch sehr grosse Drücke und Kräfte auf, die überwunden werden müssen, wodurch die diese Kräfte übertragenden Steine zusätzlich beansprucht werden.
Die Beanspruchung der Steine längs des Querschnittes einer solchen Hängedecke ist dabei verschieden ; jene Steine, welche dem unbeweglichen Widerlager am nächsten liegen, erleiden die stärkste Pressung, weil sie jenen Druck aufnehmen müssen, der zur Überwindung der gleitenden Reibung aller in der Richtung zum beweglichen Widerlager hin angeordneten Querträger ausreicht.
Der Erfindung liegt nun der Gedanke zugrunde, die geschilderten Nachteile durch Verwendung einer abrollenden Aufhängung zu vermeiden. Zu diesem Zwecke ist die Hängedecke gemäss der Erfindung derart ausgebildet, dass die Unterstützungspunkte der Hängeeisen od. dgl. Haltemittel für die feuerfesten Deckensteine mittels Abrollelementen, wie Rollen, Rädern oder Kugeln, auf dem Traggerüst für die Decke leicht verschiebbar gelagert sind. Die Hängeeisen oder Haltebügel der Steine werden also nicht direkt und nicht mit fixem, am gleichen Ort bleibenden Unterstützungspunkt auf dem Traggerüst aufgehängt, sondern indirekt mittels Rollen, Rädern oder Kugeln oder an mit derartigen Abrollelementen zusammenwirkenden Zwischengliedern.
Hiedurch wird der neue Effekt erzielt, dass sich die Unterstützungspunkte der Hängeeisen in der jeweils erforderlichen Richtung leicht verschieben lassen.
Die erfindungsgemässe Konstruktion kann für Hängedecken der verschiedensten Bauart, insbesondere für solche mit basischen, Chromerz und/oder Magnesit enthaltenden Steinen, Anwendung finden. So werden bei Ofengewölben, beispielsweise bei einer gemäss der Erfindung ausgebildeten Hängedecke eines Siemens-Martin-Ofens, die Steine bei der Ausdehnung beim Anheizen und der Strukturumwandlung genau dem Gewölbebogen folgend und ohne jede Scherbeanspruchung in Richtung zu den beweglichen Widerlagern hin verschoben. Auch bei Ofendecken, die zur Gänze oder zum Teil eben ausgeführt sind, wird durch die neue Aufhängung jede Ausdehnung der Decke einfach dadurch aufgenommen, dass die Unterstützungspunkte der Hängeeisen in entsprechendem Ausmasse in die gleiche Richtung abrollen.
In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Konstruktion für Hängedecken dargestellt. Fig. 1 zeigt eine gewölbte Ofenhängedecke mit an Rollen aufgehängten Steinen, im Querschnitt zur Deckenlängsachse. Fig. 2 veranschaulicht die direkteAufhängung der Steine an demAbrollelement in einem Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1. Die Fig. 3 und 4 zeigen abgeänderte Formen von Abrollelementen, ebenfalls mit unmittelbar daran aufzuhängenden Deckensteinen. Gemäss den Fig. 5 und 6 ist eine mittelbare Aufhängung der Deckensteine an einem Zwischenstück vorgesehen. Die Fig. 7-9 zeigen verschiedene Ausführungsmöglichkeiten einer Hängedecke mit in Längs- und in Querrichtung verschiebbaren Steinen.
In Fig. 10 ist eine ebene Hängedecke gemäss der Erfindung dargestellt, wobei in der rechten Hälfte der Figur nur ein Teil der Steine unmittelbar von den Hängeeisen getragen wird.
In dem in Fig. 1 dargestellten Gewölbe eines Siemens-Martin-Ofens besteht die bogenförmig gekrümmte Decke aus den aufgehängten feuerfesten Steinen 1. Diese Steine können entweder Ausnehmungen zum Einhaken der Hängeeisen besitzen oder, falls sie ungebrannt sind, beispielsweise die in der Zeichnung dargestellten ösenförmigen Metallbügel 2 eingepresst enthalten. An diesen greifen die Hängeeisen 3 an, die an dem Traggerüst der Hängedecke, im vorliegenden Falle an Tragprofilen 4 mittels der Abrollelemente mittelbar aufgehängt sind. Statt an einem fixen Unterstützungspunkt am Tragprofil 4, sind die Hängeeisen 3 an Wellen 5 aufgehängt, die ihrerseits fixe Rollen oder Räder 6 besitzen und mit diesen auf den Tragprofilen 4 aufruhen (Fig. 2).
Bei der Ausdehnung der Steine beim Anheizen und während des Betriebes
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Steinen entsteht keine Schub- oder Zugbeanspruchung. Die Hängesteine unterliegen nur mehr einem durch eine Feder am beweglichen Widerlager einstellbaren Druck und können bei der Ausdehnung keinerlei zusätzliche Beanspruchung erfahren.
Gewünschtenfalls können die Hängeeisen 3 an einer bei der Verschiebung unverdrehbaren Achse 8 aufgehängt sein, die die beweglichen Abrollelemente, z. B. Rollen oder Räder 9, trägt (Fig. 3). Bei dieser Anordnung fällt beim Wandern der Steine die Reibung zwischen Hängeeisen 3 und Achse 8 fort.
Es ist nicht immer notwendig, Vollkreisrollen, wie in Fig. 1-3 gezeigt, zu verwenden, sondern es ist im Rahmen der Erfindung ausreichend, an gewissen Stellen an Stelle von Rädern, Rollen oder Kugeln Segmente derselben vorzusehen. Die Verwendung von Segmentrollen 12, Segmenträdern oder-kugeln an Stelle von Vollkreiselementen, die natürlich vom Weg abhängt, den die einzelnen Steine bei der Gewölbeausdehnung zurücklegen müssen, ist in Fig. 4 näher veranschaulicht.
In manchen Fällen kann es auch zweckmässig sein, wenn die Hängeeisen an Stelle der in den Fig. 1-4 dargestellten unmittelbaren Aufhängung auf den beweglichen Wellen oder unverdrehbaren Achsen von Rollen oder Rädern mittelbar auf einem Zwischenstücke (Fig. 5 und 6) aufgehängt werden, das mittels Rollen, Rädern oder Kugeln gegenüber dem Traggerüst verschiebbar ist. Dabei kann entweder das Zwischenstück 10 selbst mit den Rollen 6 ausgestattet sein oder es können auch die Abrollelemente, z. B.
Rollen 11, auf dem Traggerüst bzw. auf den Tragprofilen 4, ortsfest gelagert sein, so dass lediglich das Zwischenstück 10 mit den daran hängenden Steinen 1 über die Rollen 11 verschoben zu werden braucht.
Die Hängedecke kann sowohl, wie in Fig. 1 gezeichnet, bogenförmig gebaut werden oder, wie aus Fig. 10 hervorgeht, vollkommen eben oder aus ebenen und/oder gewölbten Teilen zusammengesetzt sein. Das Traggerüst für die Ofendecke kann vorteilhaft so ausgebildet sein, dass es zur direkten Aufnahme der Abrollelemente dienende Tragprofile enthält, wie z. B. die in Fig. 1-3 dargestellten U-Profile, die gleichzeitig eine geeignete Laufbahn für die Rollen, Räder usw. bilden. Das Traggerüst wird vorzugsweise konzentrisch zur Ofendecke (bei Öfen mit gewölbter Decke) oder parallel zur Ofendecke (bei Öfen mit ebener Decke) ausgeführt. In der Regel ist es dabei zweckmässig, wenn die Tragprofile quer zur Längsachse des Ofens bzw. der Ofendecke verlaufen.
Bewegliche Widerlager oder Abschlussplatten können an dem einen Ende des Gewölbes, gegebenenfalls auch an beiden Enden angebracht werden. In vielen Fällen, so z. B. beim Siemens-Martin-Ofen gemäss Fig. 1, ist es praktisch nur möglich, an der Rückwand bewegliche Widerlager vorzusehen. Da hier alle Steine bei der Ausdehnung der Decke verschoben werden müssen, ist die leichte Verschiebbarkeit der Unterstützungspunkte der Hängeeisen durch Lagerung auf Rollen in diesem Falle besonders wichtig.
Die beweglichen Widerlager oder Abschlussplatten, die durch Federn 13 abgestützt sind, werden bei bogenförmigen Gewölben gemäss der Erfindung in eine derartige Richtung eingestellt, dass sie sich bei der Ausdehnung des Gewölbes in der Richtung der Tangente des Bogenendes verschieben und damit im wesentlichen in der gleichen Richtung wie die Widerlagersteine 14 am Gewölbeende bewegt werden. Bei ebenen Decken werden die Abschlussplatten durch Feder und/oder Bolzen abgestützt und sind dadurch parallel zu sich selbst verschiebbar.
Wie bereits hervorgehoben, wird die Haltbarkeit von aufgehängten Decken wesentlich verbessert, wenn es gelingt, wenigstens in einer Deckenrichtung einen gewissen, jedoch nicht starken Druck auf die Steine auszuüben, um ein Herausfallen abgeplatzter Steinteile der Feuerseite zu verhindern. Bei gewölbten Hängedecken ist eine solche Massnahme besonders zweckmässig für die Gewölbescharen in Richtung des Bogens. Es ist jedoch vorteilhaft auch in der anderen Richtung, der Längsrichtung der Decke, eine leichte Pressung aufrechtzuerhalten. Wenn man in dieser anderen Richtung in gewissen Abständen genügend grosse Dehnfugen vorsieht, so wird man zwar im allgemeinen die Ausdehnung der Steine aufnehmen können, doch kann die gewünschte leichte Pressung zwischen den einzelnen Steinen dabei nicht erzielt werden.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform kann nun bei einer Decke nach der Erfindung auch eine Beweglichkeit der Steine und der Hängeeisen nach beiden Richtungen erreicht werden. Wie Fig. 7 zeigt, lässt sich zusätzlich zu der Verschiebbarkeit in der Querrichtung mittels Wellen 5 und Rollen 6, die auf Tragprofilen 4 laufen, eine Beweglichkeit in der Längsrichtung dadurch erzielen, dass man die bogenförmigen oder geraden Tragprofile 4 für ihre Bewegung in der Längsrichtung des Gewölbes auf Rollen 15, Rädern, Kugeln od. dgl. Abrollelementen lagert, die auf entsprechenden Längsprofilen 16 verschoben werden können. Es ist dabei möglich, dass jedes einzelne Quertragprofil 4 beweglich gelagert wird oder auch dass zwei oder mehrere aufeinanderfolgende Profile 4 zu beweglichen Gruppen zusammengefasst werden.
Eine besonders einfache Ausführungsform für eine in beiden Richtungen bewegliche Anordnung zeigt die Fig. 8, in der Teilstücke 17 der Tragprofile mit Kugelpfanne 18 zur Aufnahme von Kugeln 19 ausgestattet sind. Diese Kugeln sind auf vom Traggerüst unterstützten Laufplatten 20 in allen Richtungen frei beweglich und ermöglichen damit ein Wandern der an den Hängeeisen frei aufgehängten Deckensteine entsprechend den Dehnungsvorgängen in der Ofendecke.
Eine weitere Ausgestaltung dieser allseitigen Beweglichkeit der Hängedecke besteht gemäss der Erfindung darin, dass die Hängeeisen auf den Wellen oder Achsen, auf denen sie unmittelbar aufgehängt sind, in Richtung der Längsachse dieser Wellen oder Achsen rollbar gelagert sind. In Fig. 9 ist eine derartige An-
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ordnung veranschaulicht, bei der auf der Welle 5 in deren Längsrichtung eine Rolle 21 laufen kann, die gleichzeitig das Hängeeisen 3 (in Form eines Bügels) zur Halterung zweier Steinpaare aufnimmt.
Im Rahmen der Erfindung können auch nur einzelne Steine bzw. Steingruppen mittels Hängeeisen am Traggerüst bzw. auf den Tragprofilen aufgehängt sein, während die übrigen Steine durch Vorsprünge und/oder Ausnehmungen von den unmittelbar aufgehängten Steinen getragen werden können. Diese in der rechten Hälfte der Fig. 10 für eine ebene Hängedecke gezeigte Anordnung kann selbstverständlich auch bei bogenförmig gekrümmten oder in anderer Weise ausgebildeten Hängedecken mit der erfindungsgemäss abrollenden Steinaufhängung mit Vorteil angewendet werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Hängedecke für Industrieöfen, z. B. Siemens-Martin-Öfen, aus feuerfesten, von Hängeeisen od. dgl.
Haltemittel getragenen Steinen, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterstützungspunkte der Hängeeisen mittels Abrollelementen, wie Rollen, Rädern oder Kugeln, auf dem Traggerüst für die Decke leicht verschiebbar gelagert sind.