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Feuerfeste aufrechte Ausmauerung für etwa zylindrische oder teilzylindrische Hohlräume
Die Erfindung befasstsich mit dem Problem der Ausmauerung von lotrecht stehenden, etwa zylindrisch oder teilzylindrisch gekrümmten Wandungen von für die Durchführung von Brenn- oder Schmelzprozessen bestimmten Gefässen und Öfen, ohne jedoch auf zylindrische Gefässe beschränkt zu sein ; sie hat auch in allgemeinerer Sicht auf Ausmauerungen Bezug, deren Innenfläche als Rotationskörper hinsichtlich einer
Vertikalachse anzusehen ist. Zweck der Erfindung ist es, solche Ausmauerungen zu verbilligen, ohne dass damit eine entsprechende Einbusse an Lebensdauer des Mauerwerkes verbunden ist. Im besonderen bezieht sich die Erfindung auf zylindrische Ausmauerungen dieser Art, wenn sie aus basischen bis neutralen feuer- festen Steinen aufgebaut sind.
Bevorzugte Anwendungsgebiete der Erfindung sind die Seitenwandungen von Lichtbogenöfen, insbesondere zur Stahlerschmelzung, und die Ausmauerungen von Schachtofen zum
Brennen von KaIk. Dolomit, Magnesit u. dgl.
Auskleidungen dieses Verwendungszweckes werden aus standardisierten Keilsteinen hergestellt. Ganz allgemein wird der Preis eines im vorliegenden Zusammenhang interessierenden [euedesten Scell1es von dem Steinmaterial und der Steinform bestimmt. Die zur Ausmauerung gewölbter Flächen gebrauchten Steine in Keilformat sind zufolge ihrer aufwendigeren Herstellung teuerer als normale Rechtecksteine prismatischer Form. Es wäre daher wirtschaftlicher, auch gekrümmte Flächen ausschliesslich unter Verwendung prismatischer Steine auszumauern, doch ist dieser Weg nur bei sehr wenig gekrümmten Begrenzungswänden oder unter Verwendung von relativ flachen, also eher schon plättchenförmigen Auskleidungs- körpern gangbar, d. h. unter Voraussetzungen, die praktisch nur wenig Bedeutung haben.
Versucht man hingegen beispielsweise einen Lichtbogenofen herkömmlicher, wenn auch grösster Abmessungen mit Rechtecksteinen standardisierter Abmessungen auszumauern, so fUhrt dies zu Mörtelfugen ungleichmässiger, nämlich nach aussen zunehmender Stärke. Mit zunehmendem Verschleiss des Mauerwerkes werden daher immer dickere Mörtelfugen freigelegt. Eine zufriedenstellende Haltbarkeit der Auskleidung lässt sich auf diese Weise nicht erzielen.
Es ist auch bekannt, konische Ausmauerungen oder zylindrische Wände, die aus mehreren konzentrischen Ringen verschiedenen Durchmessers bestehen, durch Mischung von Keilsteinen verschiedenen Keilformats aufzubauen, wobei auch die gemischte Verwendung von Keil- und Rechtecksteineninregelmässi- ger Verteilung vorgeschlagen wurde. Ferner ist es bekannt, bei konischen Ausmauerungen, die aus übereinanderliegenden Ringen bestehen, zwischen je zwei Keilsteine einen oder mehrere plattenartige Rechtecksteine einzufügen. Wollte man auf diese Weise ein zylindrisches Mauerwerk der eingangs beschriebenen Art aufbauen und dabei zur Erzielung eines wirtschaftlichen Vorteiles einen erheblichen Anteil an Rechtecksteinen verwenden, so käme man zu einer Ausmauerung, die keine befriedigende Standfestigkeit aufweisen würde.
Durch die Mitverwendung zahlreicher Recktecksteine haben die aus Keil- und Rechtecksteinen bestehenden Ringe nur einen ungenügenden Schluss und wenn ein zylindrisches Mauerwerk zur Gänze aus solchen Ringen aufgebaut wäre, könnte es den Beanspruchungen des Betriebes, z. B. durch das absinkende Brenngut in einem Schachtofen oder durch das Kippen bei einem Lichtbogenofen, nicht standhalten. Um ein Herausfallen einzelner Steine oder ganzer Steinpartien zu verhindern, müsste eine zusätzliche Verankerung der Steine vorgesehen werden.
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Zur Vermeidung dieser Nachteile schlägt nun die Erfindung vor, eine feuerfeste aufrechte Ausmaue- rung der beschriebenen Art so aufzubauen, dass zwischen den aus Keilsteinen und prismatischen Steinen bestehenden Mauerungszonen im gegenseitigen axialen Abstand Ringe angeordnet sind, die ausschliesslich aus Keilsteinen bestehen. Diese letztgenannten Ringe bilden eine Art tragender Rippen und bewirken eine
Versteifung des gesamten Mauerwerkes, indem sie die Bereiche, die Rechtecksteine enthalten und festig- keitsmässig gefährdet sind, immer wieder unterbrechen.
Dadurch ist es möglich, in den zwischen diesen Ringen liegenden, aus Keil- und Rechtecksteinen bestehenden Mauerungszonen eine grössere Zahl an Rechtecksteinen zu verwenden, ohne einen Einsturz des Mauerwerkes befurchten zu müssen, und so insgesamt zu einem wirtschaftlichen Verhältnis von Keil- und Rechteckformaten zu kommen. Im Sinne einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es zweckmässig, wenn die prismatischen Steine zu Gruppen zu- sammengefasst und die KeiIsteine zwischen diesen Gruppen angeordnet sind und in der Höhenrichtung mindestens einseitig an einen nur aus Keilsteinen bestehenden Mauerungsring heranreichen. Durch das letztgenannte Merkmal wird die Standfestigkeit des Mauerwerkes weiter erhöht.
In den Zonen einer gemischten Mauerung wird die FlächenkrUmmung in eine Art Polygon aufgelöst, bestehend aus kürzeren geraden oder, wie noch gezeigt wird, gestaffelten Teilen, die von den Rechtecksteinen gebildet sind, und den dazwischenliegenden von den Keilsteinen gebildeten Übergangsteilen. Es muss also die gesamte Krümmung von diesen Keilsteinen aufgebraucht werden, was bedeutet, dass der Keilwinkel dieser Keilsteine bzw. Keilsteingruppe, wenn mehrere Keilsteine aufeinanderfolgen, grösser sein muss als der dem Umfang der Gruppe zugeordnete Zentriwinkel.
An Hand der im folgenden zu beschreibenden Ausführungsbeispiele verschiedener erfindungsgemässer Mauerungsarten, die in der schematischen Zeichnung in den Fig. 1 - 3 in Form von Abwicklungen und in Fig. 4 für ein weiteres Ausführungsbeispiel inDraufsicht dargestellt sind, wird ersichtlich werden, dass die Erfindung Ersparnisse an Keilsteinen zulässt, die gegenüber einem Mauerwerk, das nur aus Keilsteinen besteht, an die 30-65% beträgt, wobei dieser Erfolg nicht mit einer Einbusse an Festigkeit und auch nicht mit einem Mehraufwand an Mauerungsarbeit oder mit einer ungünstigen, weil ungleichmässigen Fugendicke verbunden ist.
Das aus Fig. 1 ersichtliche Mauerwerk besteht, in der Höhenrichtung gesehen, aus abwechselnd angeordneten aus Keilsteinen 1 aufgebauten Ringen und Ringen eines gemischten Verbandes. Letzterer umfasst Keilsteine 2 und prismatische Steine 3. Die Keilsteine 1 und 2 sind in der Zeichnung durch Punktierung kenntlich gemacht. Das Mauerwerk gemäss Fig. 1 besteht zirka zu 49% aus Format-, d. h. Keilsteinen, und zu 51% aus Normalsteinen. Die Ersparnis an Keilsteinen beläuft sich demnach auf etwa 50%.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind zwischen die aus Keilsteinen 1 bestehenden Ringe jeweils zwei Ringe in gemischter Bauweise gelegt. Das heisst, die Anordnung ist hier so getroffen, dass die zwei- schen den Gruppen prismatischer Steine 3 befindlichen Keilsteine 2 nur einseitig an die Keilsteinringe heranreichen und nicht zweiseitig wie gemäss Fig. 1. Das dargestellte Mauerwerk besteht zu etwa 38% aus Keilsteinen, und es beträgt die Ersparnis an solchen mithin zirka 620/0.
Gemäss dem Ausfl1ttrungsbeispiel der Fig. 3 schliessen die nur aus Keilsteinen 1 bestehenden Mauerangsringe drei aus Rechtecksteinen 3 und zwischengelegten Keilsteinen 2 bestehenden Mauerungsringe ein. Demnach ist der mittlere in gemischter Bauweise hergestellte Mauerungsring nicht mehr mit einem nur aus Keilsteinen bestehenden Ring in Berührung. Die Anwendung von Rechtecksteinen tritt in diesem Mauerwerk gegenüber den bereits beschriebenen Ausführungsformen noch weiter zurück. Die Ersparnis an Keilsteinen beträgt in diesem Fall über 661o.
DieRechtecksteine sind in der Zeichnung durchwegs in Dreiergruppen angeordnet, die sich in regelmässigen Abständen wiederholen. Es ist diese Art der regelmässigen Anordnung kein unbedingtes Erfordernis, sie ist aber zweckmässig.
Ferner ist es zweckmässig, wenn, wie aus der Zeichnung ersichtlich die Keilsteine 1, welche die Versteifungsringe bilden, breit und niedrig ausgeführt sind, wogegen die in den gemischten Mauerungszonen verwendeten Keilsteine 2 eher schmal und hoch gestaltet sind.
Die in den gezeichneten Beispielen jeweils zu Dreiergruppen zusammengefassten prismatischen Steine bilden eine in das Innere des Ofens od. dgl. weisende, ebene Stirnfläche und bestimmen mit den Stirnflächen der zwischengeschaltetenKeilsteine 2 eine polygonale Begrenzungszone des feuerfesten, durch den betrachteten Ring gegebenen Auskleidungsteiles.
In der Vertikalprojektion gesehen, werden also rein zylindrische Begrenzungsflächen der Auskleidung, gebildet von den nur aus Keilsteinen 1 gebildeten Ringen, und polygonale Begrenzungsflächen, gebildet von den gemischten Zonen, aufeinanderfolgen, was an den axialen Stossstellen von planen und gekrümmten Wandteilen zu Unstetigkeiten der Mauerwerksinnenseite führen muss ; es ist dies aber praktisch ohne nennenswerten Einfluss auf die Lebensdauer der Aus-
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kleidung. Auch kann man diese Unstetigkeitsstellen noch durch gestaffelt Verlegung der Rechtecksteine, wie dies Fig. 4 zeigt, mildern, wodurch auch die aus Rechtecksteinen 3 bestehenden Ausmauerungsabschnitte einer zylindrischen (oder sonstwie gekrümmten) HUllf1äche folgen.
Man erkennt ferner, dass unter der Voraussetzung, dass die feuerfesten Keilsteine 2 in den gewünschen Zonen eine so starke Keilung haben, dass zwei aufeinanderfolgende Keilsteine 2 den durch die Verwendung der Rechtecksteine 3 bedingten Fehlbetrag an Krümmung auszugleichen vermögen, die zwischen den Steinen bestehenden Mörtelfugen überall gleiche Dicke haben können. Es ist also ein erfindungsgemässes Mauerwerk gemischter Bauweise in dieser Hinsicht einem lediglich aus Keilsteinen bestehenden Mauerwerk nicht unterlegen.
Besonders vorteilhaft ist die Anwendung der erfindungsgemässen Ausmauerung dann, wenn es sich um Blechmantelsteine handelt. Einerseits ist bei diesen Steinen, die ohne Mörtelschicht verlegt werden, die Gefahr des Herausfallens besonders gross, solange sich die Blechmäntel noch nicht unter dem Einfluss der Ofenhitze mit dem Steinmaterial verbunden haben. Anderseits fallen gerade bei Blecb. mantelsteinendie Unterschiede in den Herstellungskosten von Keilsteinen und von Rechtecksteinen beträchtlich ins Gewicht,
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Rechtechsteine. Das gleiche giltfür Metalleinlagen.
In diesen Fällen ist die Ersparnis an teureren Blechmantelkeilsteinen auch dann ins
Gewicht fallend, wenn man auch die Rechlecksteine als Blechmantelsteine ausfuhrt. Überdies kommt nach der Verfrittung der Bleche mit dem Steinmaterial die versteifende Wirkung der erfindungsgemässen Aus- mauerung besonders zur Geltung.
Es ist ersichtlich, dass die Erfindung keineswegs auf Mauerungen beschränkt ist, die in irgendeinem senkrecht zur Achse genommenen Schnitt eine kreisförmige Innenbegrenzung zeigen. Ein Mauerwerk, das nur einen Zylinder (nicht nur Kreiszylinder) von weniger als 3600 Zentriwinkel besitzt, ist der Anwendung der Erfindung gleichfalls zugänglich.
Die erfindungsgemässe Anordnung von Keilsteinen und Rechtecksteinen kann auch beim Aufbau von Mauerungselementen verwendet werden, die ausserhalb ihres Verwendungsortes aus einzelnen Steinen zu grossformatigen Blöcken zusammengefUgt und dann in den Ofen eingesetzt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Feuerfeste aufrechte Ausmauerung für etwa zylindrische oder teilzylindrische Hohlräume, welche Ringe oder Ringteile umfasst, die aus in regelmässiger Verteilung angeordneten Keilsteinen und rein prismaischen Steinen bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen diesen aus Keilsteinen (2) und prismatischen Steinen (3) bestehenden Mauerungszonen im gegenseitigen axialen Abstand Ringe angeordnet sind, die ausschliesslich aus Keilsteinen (1) bestehen.