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Drehherdofen und Verfahren zum Aufbau desselben
In Industriebetrieben, z. B. in Verbindung mit Walzwerksanlagen, Schmiedebetrieben u. dgl., sind in den letzten Jahren zahlreiche Drehherdöfen aufgestellt worden. Diese Öfen sind durch einen ringförmig angeordneten Kanal charakterisiert, der an einer oder mehreren Stellen beheizt wird. Den unteren Abschluss dieses Drehherdes bildet ein auf einer Kreisbahn sich bewegender Herd, auf welchem das aufzuheizende Gut ruht.
Grundsätzlich besteht der sich drehende Herd in seinem Aufbau von unten nach oben aus einer ge- wöhnlich als"Fahrherd"bezeichneten Stahlkonstruktion, die in geeigneter Weise mit einer Antriebsvorrichtung verbunden ist. Über der erwähnten Stahlkonstruktion sind mehrere Lagen von wärmeisolierenden bzw. feuerfesten Steinen angeordnet. Den oberen Abschluss dieses feuerfest ausgebildeten Unterteiles bildet der eigentliche Herd, der auch als "Verschleissherd" bezeichnet wird. Auf beiden Seiten ist dieser Herdaufbau durch sogenannte Randsteine abgeschlossen, die in ihrem unteren Teil durch die erwähnte Stahlkonstruktion eingefasst sind.
Beim Betrieb solcher Drehherde haben sich sehr häufig Störungen ergeben. Vor allem brachen die erwähnten Randsteine in ihrem Oberteil weg ; die Bruchstücke klemmten sich zwischen Herd und Ofenwand ein, so dass der Betrieb des Ofens gestört oder gar auf längere Zeit unterbrochen wurde. Man hat zwar versucht, diese Nachteile dadurch zu beheben, dass die Höhe der Randsteine verringert wurde, so dass der erwähnte eigentliche Verschleissherd am Rande nicht mehr von den Randsteinen gefasst wurde.
Diese Abänderung brachte indes praktisch keine Besserung, da sehr häufig der Verschleissherd selbst infolge der erheblichen Temperaturspannungen nach aussen trieb, so dass durch Schleifen des Verschleissherdkörpers am Aussenmauerwerk des Ofens der weitere Betrieb desselben unmöglich wurde.
Die Erfindung betrifft einen Drehherdofen, u. zw. insbesondere eine neue Gestaltung seines Herdes, die auf Grund eingehender Untersuchungen der hier obwaltenden Vorgänge und Einflüsse die wesentlichen Ursachen der Störungen beseitigt und damit eine Ausbildung des Drehherdofens schafft, die unter allen Umständen betriebssicher ist.
Die erfindungsgemässe Herdgestaltung beruht einmal auf der Erkenntnis, dass unter den Betriebsbedingungen eines Drehherdofens die Randpartien des Herdes in bezug auf Expansion und elastisches Verhalten deutlich vom Mittelteil des Herdes verschieden sind.
Es wurde ferner erkannt, dass der eigentliche Verschleissherd, der bei jeder Umdrehung kältere und heissere Zonen durchläuft, ebenfalls Bewegungen ausführt, die durch seine reversible thermische Ausdehnung bedingt sind.
Es wurde schliesslich erkannt, dass es von besonderer Wichtigkeit ist, ein Hineinfallen von körnigen Stoffen, Bruchstücken u. dgl. in Fugen und Spalten der Herdkonstruktion zu verhindern.
Erfindungsgemäss wird der auf der unteren Kreisbahn des Drehherdes umlaufende Verschleissherd wie folgt gestaltet :
Auf die untere, durch die Stahlkonstruktion gebildete Tragplatte, die nach innen und aussen winkelförmig abgebogen ist, ist die Steinkonstruktion aufgebaut, die beiderseits nach aussen hin durch Randsteine begrenzt ist.
Den oberen Teil des Herdes bildet der eigentliche Verschleissherd, dessen Mittelteil und dessen Randteile erfindungsgemäss verschiedenartig ausgebildet werden, u. zw. derart, dass der Mittelteil aus gross-
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formatigen Platten guter Verschleissfestigkeit von zweckmässig mindestens 0, 5 m2 Fläche besteht. während die Abdeckung der Randsteine des Unterbaues aus porösen, weniger mechanisch widerstandsfähigen Körpern gebildet ist, die fest mit den Platten des Mittelteiles verbunden oder auch durch eine Fuge vom Mittelteil getrennt sein können und in diesem Falle fest mit den Randsteinen verbunden werden.
Zweckmässig wird bei der Ausbildung der Platten des Mittelteiles des Verschleissherdes darauf bedacht genommen, dass Zahl und Grösse der Dehnfugen auf ein Mindestmass begrenzt sind. Dies wird erfindunggemäss dadurch erreicht, dass bei einer Ringbreite des Herdes bis zu 2 m zur Überdeckung des Ringes nur eine einzige Herdplatte oder Verschleissplatte verwendet wird, während bei einer das Mass von 3 m übersteigenden Ringbreite zwei Verschleissplatten mit einer in der Mitte des Ringes verlaufenden kreisförmigen Fuge aneinanderstossend verwendet werden. Die Fugen werden vorzugsweise nach oben hin durch linsenförmige Körper, z. B. aus feuerfestem Mörtelmaterial bestehenden Körpern, abgedeckt, die zweckmässig versenkt angeordnet und vorzugsweise mit körnigem Füllmaterial überdeckt werden.
Auch können auf den linsenförmigen Abdeckkörpern noch plattenförmige feuerfeste Körper angeordnet sein, wobei der verbleibende Fugenraum ebenfalls mit körnigem Füllmaterial ausgefüllt wird.
Die Herdplatten des Mittelteiles können bei grösseren Abmessungen auf der Unterseite mit rippenför- migen oder leistenartigen Vorsprüngen, die z. B. Trapezquerschnitt oder Segmentquerschnitt besitzen, versehen sein. Diese Vorsprünge werden zweckmässig in entsprechende Aussparungen des Unterherdes eingepasst, wobei entweder zwischen Rippen und Unterherd oder in der Einbettung der Herdplatte im Unterherd Dehnfugen angeordnet sind.
Zweckmässig bestehen die Verschleissplatten aus korundhaltigem und mullitreichem Material, das, vorzugsweise keramisch und durch Aluminiumphosphat-Polymerisate gebunden, einen verhältnismässig geringen Porenraum, z. B. vonhöchstensSObisZS . auiweist.
Die Verschleissplatten können aus feuerfesten, feinkörnigen bis grobkörnigen Massen erdfeuchter Konsistenz aufgestampft oder auch in Form plastischer Massen an Ort und Stelle aufgebracht sein.
Hinter den Randsteinen dieser Herdkonstruktion kann auch eine zweite Randsteinreihe angeordnet sein.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind nachfolgend an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert, die schematisch verschiedene beispielsweise Ausbildungsformen eines Drehherdofens, insbesondere der Herdgestaltung für einen solchen Ofen, veranschaulichen.
Fig. l zeigt einen Längsschnitt durch einen Drehherd in schematischer Darstellung. Fig. 2 zeigt einen Teil des Verschleissherdes eines Drehherdofens in erfindungsgemässer Ausbildung in Draufsicht. Fig. 3 zeigt ebenfalls in Draufsicht einen Verschleissherd grösserer Abmessungen. Fig. 4,5 und 6 zeigen in schematischer Darstellung die Ausbildung der Fugen zwischen den Platten des Verschleissherdes. Fig. 7,8 und 9 zeigen besondere Ausführungsformen der Platten des Verschleissherdes und ihre Lagerung.
Gemäss Fig. 1 ist auf die untere Stahltragplatte, die nach innen und aussen winkelförmig abgebogen ist, die Steinkonstruktion des Herdunterbaues aufgebaut. Der Mittelteil dieses Unterbaues besteht in dem Ausführungsbeispiel aus fünf Steinlagen a, wobei die beiden unteren Lagen aus mechanisch festen Isoliersteinen gebildet sind, während die drei oberen Lagen aus leichten feuerfesten Steinen bestehen können.
Nach aussen hin sind diese fünf Steinlagen durch die Randsteine b und c begrenzt, die ihrerseits nach aussen hin in ihrem unteren Teil durch die Winkellage der Stahlkonstruktion gefasst sind.
Den oberen Teil des Herdes bildet der eigentliche Verschleissherd, der aus einem mittleren, aus grossformatigen Platten gebildeten Teil d mit den beiden Randpartien e besteht. Die Ausgestaltung dieses Oberteiles bildet die Grundlage der vorliegenden Erfindung. Der Teil d ist erfindungsgemäss in seinen Abmessungen so gehalten, dass er ausschliesslich auf dem Mittelteil des vorstehend erläuterten, aus den fünf Steinlagen bestehenden Unterbaues aufliegt. Selbst unter Berücksichtigung der thermischen Ausdehnung soll der aus Platten bestehende Mittelteil des Verschleissherdes niemals auf den Randsteinen b und c aufliegen.
Die aus den Draufsichten der Fig. 2 und 3 ersichtlichen grossformatigen Platten sollen bis zu einer Ringbreite des Verschleissherdes von etwa 2 m möglichst einstückig ausgebildet sein. Erst bei noch grösseren Abmessungen ist eine mittlere Dehnfuge gemäss Fig. 3 zulässig, die in jedem Falle sich empfiehlt, wenn die Ringbreite des Verschleissherdes das Mass von 3 m übersteigt.
Den seitlichen Abschluss des Verschleissherdes bilden die Randpartien e. Diese Partien, die ja beim Betrieb des Ofens mechanisch kaum beansprucht werden, können durch ein Material gebildet werden, das poröser und mechanisch weniger widerstandsfähig ist als das Material der Platten des Mittelteiles d. Die Randpartien e können ferner fest, d. h. fugenlos mit dem Mittelteil d des eigentlichen Verschleissherdes verbunden sein. Es ist aber auch möglich, insbesondere bei grösseren Breiten des Verschleissherdes, zwischen dem Mittelteil d und den Randpartien je eine Fuge zu belassen, die zweckmässig nach oben abzudecken ist, wobei die Randpartien e fest mit den Randsteinen b und c verbunden werden können.
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Durch die beschriebene Ausbildung des Herdes eines Drehherdofens wird erreicht, dass der Verschleiss- herd d stets satt aufliegt und während des Betriebes des Ofens praktisch ausschliesslich auf Druck beansprucht wird. Damit ist das Auftreten von Brüchen weitgehend ausgeschaltet. Die Randpartien e bilden dabei Zonen geringerer mechanischer Widerstandsfähigkeit. Wenn unter aussergewöhnlichen Verhältnissen Bruchgefahr eintritt, so werden von dieser ausschliesslich Teile der Randpartien e betroffen. Das ist jedoch immer leicht zu erkennen, so dass die etwa abgebrochenen Teile entfernt werden können. Ein Auswechseln oder eine Ausbesserung der Randpartien ist in Betriebspausen - auch bei heissem Ofen, wie praktische Versuche bewiesen haben-leicht möglich.
Da im übrigen die Randpartien aus mechanisch weniger widerstandsfähigem Material bestehen, würden sie, wenn wirklich einmal ein abgebrochener Teil in den Spalt zwischen Herd und Ofenmauerwerk geraten sollte, hier zermahlen, so dass sie keine Betriebsstörung verursachen können.
Besonders wichtig ist, dass zwischen dem Verschleissherd und den Randpartien nach oben offenliegende Fugen vermieden werden, da solche nach oben offenen Fugen stets eine Gefahr bilden.
In diesem Sinne werden bei der praktischen Ausführung der Erfindung für die Platten des mittleren Teiles des Verschleissherdes möglichst grosse Formate verwendet, so dass damit auch die Zahl der erforderlichen Dehnfugen und ihre Länge auf ein Mindestmass beschränkt wird.
Erfindungsgemäss wird weiter vorgeschlagen, die Fugen nach oben möglichst abzudecken.
Zu diesem Zweck sind die Fugen gemäss Fig. 4,5 und 6 in ihrem Unterteil g schmal gehalten und verbreitern sich nach oben. In dem breiteren Oberteil ist eine linsenförmige Abdeckung f z. B. Ú1 Form eines aus feuerfestem Mörtelmaterial gebildeten Körpers eingelagert. Die Linsenform des Abdeckkörpers, der keine Verbindung mit dem Verschleissherd besitzen soll, ergibt sich durch folgende Überlegungen :
Bei einer Dehnung der Herdplatten würden sich die Fugen verengen. In diesem Falle muss der Linsenkörper die Bewegung der Herdplatten unter Schliessung der Fugen zulassen, sich also auf der Auflage verschieben, aber immer noch die Fuge geschlossen halten. Hieraus ergeben sich Richtlinien für Grösse und Gestaltung von Fugen und Linsenkörper : Beträgt z.
B. bei der Betriebstemperatur die thermische Dehnung der Herdplatte 1 % und ist das Ausmass einer Platte 1,5 m, so muss die Fuge g in ihrem unteren Teil mit mindestens 15 mm bemessen sein. Der Winkel, der im Oberteil der Fuge die Auflage für den Linsenkörper bildet, soll dabei mehr als 1000 betragen. Bei einer Breite des Linsenkörpers von z. B. 60 mm bemisst man die Fugenbreite im Oberteil mit mindestens 75 mm (Linsenkörper und Mass des Unterteiles der Fuge). Wie aus Fig. 4 hervorgeht, kann die Anordnung so getroffen werden, dass der Linsenkörper mit der Herdoberfläche bündig liegt. Günstiger sind die in den Fig. 5 und 6 gezeigten Ausführungsarten, wonach der Linsenkörper f versenkt angeordnet ist.
Der freie Raum oberhalb des Linsenkörpers kann zweckmässig mit körnigem, feuerfestem Material h ausgefüllt werden, in das unter Umständen noch ein plattenförmiger feuerfester Körper l eingebettet sein kann. Bei Ausfüllung des Fugen-Oberteiles mit körnigem, feuerfestem Material empfiehlt es sich, die Seitenwände der Fugen in ihrem Oberteil zur Senkrechten geneigt auszubilden, damit auch hier eine möglichst freie Bewegung des körnigen Füllmaterials gegeben ist.
Eine besondere Ausführungsart des Verschleissherdes und der Platten seines Mittelteiles ist in den Fig. 7,8 und 9 veranschaulicht. Um stets die Lage der Platten im Unterherd zu sichern und um gleichzeitig die Widerstandsfähigkeit des am stärksten beanspruchten Teiles zu erhöhen, sind hier am Unterteil der einzelnen Herdplatten Rippen oder Leisten i angeordnet.
Nach Fig. 7 besitzt die Rippe i trapezförmigen Querschnitt, nach Fig. 8 die Form einzs Kreissegments oder Kugelabschnittes. In beiden Fällen der Fig. 7 und 8 erstreckt sich die Rippe oder Leiste über den Mittelteil der Herdplatten.
Dagegen zeigt die Fig. 9 eine Ausführungsart, bei welcher der untere Teil jeder Herdplatte über die ganze Breite der Platte die Form eines Kreisabschnittes besitzt.
Bei der Anordnung von Leisten oder Rippen ist noch zu bemerken, dass der aus Steinen aufzubauende Unterherd a in seiner Oberflächengestaltung den Rippen der Herdplatten zweckmässig angepasst werden muss. Er kann z. B., wie in Fig. 9 gezeigt, aus den Steinen abgetreppt werden und wird danach mit einer geeigneten Masse h entsprechend der gewünschten Rippenform abgeglichen. Weiter müssen auch in diesem Falle ausreichende Dehnfugen g belassen werden, u. zw. entweder, wie dies Fig. 7 zeigt, zwischen Rippe i und Unterherd a, oder aber gemäss Fig. 8 in der Bettung des Unterherdes selbst.
Um die Randsteine b und c weiterhin gegen Abscherung zu sichern, kann es sich auch empfehlen, hinter den eigentlichen Randsteinen, die hochkant stehen, eine zweite Reihe von hochkant stehenden Steinen anzuordnen. Ein von den Herdplatten oder dem Oberteil des Herdes auftretender Druck wird so zu einem mehr oder weniger grossen Teil verteilt. oder abgelenkt und kann daher nur in geringerem Umfange auf den oberen Teil der Randsteine b und c zur Wirksamkeit kommen. Diese zweckmässige Ausführungsart ist in Fig. 8 gemäss der Anordnung der Steine k gezeigt.
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Auch das Material, aus dem der Verschleissherd zu bilden ist, spielt eine wesentliche Rolle. Dasselbe muss ausreichende thermische Beständigkeit sowie auch genügend grosse mechanische Widerstandsfähigkeit besitzen. Wichtig sind weiter die Eigenschaften mässiger Wärmeausdehnung, guter Beständigkeit gegen- über wechselnden Temperatureinflüssen, ausreichender Raumbeständigkeit, auch unter den Bedingungen des Ofenbetriebes.
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samtporenraum von höchstens 20 bis 25 % aufweisen. Ganz besonders bewährt haben sich Platten, welche keramisch und durch Aluminiumphosphat-Polymerisate gebunden waren. Diese Aluminiumphosphat-Poly-
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festen Steinen und Platten bzw. Formstücken.
Zu empfehlen ist jedoch, die Platten d des Verschleissherdes aus fein-bis grobkörnigen feuerfesten Massen erdfeuchter Konsistenz an Ort und Stelle aufzustampfen oder aus entsprechender Masse plastischer Konsistenz aufzubringen. In diesem Falle würde das Einbrennen vor oder bei Inbetriebnahme des Ofens erfolgen. Der Aufbau des Herdes erfolgt dann z. B. in folgender Weise :
Der Teil a wird aus mehreren Lagen von Isolier- und Schamotte-Leichtsteinen unter Vermörtelung in den Lagerfugen gebildet ; die Randkörper b und c, (eventuell auch die Partien k), werden aus Schamottesteinen oder Hartschamottesteinen unter Vermörtelung, jedoch unter Belassung ausreichender Dehnfugen in radialer Richtung aufgebaut.
Der Verschleissherd d wird aus einer erdfeuchten feuerfesten Stampfmasse aufgestampft, deren stofflicher Aufbau der vorstehend erläuterten Kennzeichnung entspricht. Nach dem Aufstampfen wird der Herd getrocknet, dann bei hohen Temperaturen eingebrannt und betriebsmässig belastet.
Die Randpartien e können an den Herd d alsbald nach dessen Aufstampfung angearbeitet oder aber erst nach der ersten betriebsmässigen Belastung erstellt werden. Hiefür ist ein Mörtel zu verwenden, der eine gute Haftung an den Herdplatten oder den Randsteinen gewährleistet, im Übrigen aber eine wesentlich geringere mechanische Festigkeit im Brande. erlangt als die Herdplatte d.
Die im Verschleissherd anzuordnenden Fugen werden, z. B. in der Ausbildung nach den Fig. 4, 5 oder 6, beim Aufstampfen des Herdes d gebildet ; die Abdeckung f wird nach Beendigung der Stampfung plastisch eingearbeitet ; nach dem Einbrennen des Herdes werden das körnige Material und gegebenenfalls die Plattenkörper gemäss Fig. 6 eingebracht.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Drehherdofen für Industriebetriebe, z. B. Walzwerk-und Schmiede-Anlagen, bestehend aus einem gut wärmeisolierend ausgebildeten Mittelteil (a), der beiderseitig durch mechanisch widerstandsfähige Randsteine (b und c) begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung des Unterbaues (a, b, c) also der sogenannte Verschleissherd, unterteilt ist in einen mittleren Teil (d), der aus grossformatigen Platten von mindestens 0, 5 m2 Fläche, die - auch unter Berücksichtigung thermisch bedingter Dehnungen und Verschiebungen - ausschliesslich auf dem erwähnten Mittelteil (a) des Unterbaues aufliegen, und aus Randteilen (e) besteht, die aus mechanisch weniger widerstandsfähigem Materialgebildet sind und die Rand- steine (b, c)
des Unterbaus abdecken sowie mit den Platten des Mittelteils (d) fest verbunden oder durch eine Fuge von diesem getrennt sein sowie im letzteren Falle fest mit denRandsteinen (b, c) verbunden sein können.