AT389939B - Ofen - Google Patents

Description

Nr. 389939

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des Verschleißschutzes der feuerfesten Ofenauskleidung (Ofenausmauerung) durch ein elektrisches Feld und betrifft insbesonere Industrieöfen, die im Eisen· und Nichteisenhüttenwesen sowie beim Glasschmelzen Verwendung finden.

Die Hauptfaktoren, die beim Betrieb von Industrieöfen zum Verschleiß der feuerfesten Auskleidung führen, 5 sind Wärmebelastungen und Hochtemperaturkonosion durch Einwirkung von Schmelzen und Gasen, die sich bei der Verbrennung von Brennstoff, flüssigen und gasförmigen Schmelzprodukten bilden.

Die Wärmebelastungen der Ofenauskleidung sind durch ungleichmäßige Wärmeströmungen und Temperaturfelder sowie häufige Wärmewechsel gekennzeichnet, was zum Auftreten von mechanischen Spannungen in der Auskleidung und letzten Endes zu deren Abspalten führt 10 Der Hauptschaden der Korrosion besteht darin, daß sie das Gefüge der dem Ofeninneren zugekehrten Fläche der

Auskleidung, die mit der Schmelze und der Ofenatmosphäre in Berührung steht zerstört und somit die Haltbarkeit der Auskleidung vermindert, wodurch der Abspaltvorgang der Ofenauskleidung wiederum wesentlich beschleunigt wird.

Beim Ofenbetrieb wird die Oberfläche des Feuerfeststoffes, der in seiner Basis schwer schmelzbare Metalloxide 15 (z. B. AI2O3, CaO, MgO, ZrO und andere) enthält, mit unterschiedlichen Stoffen, wie mit Metallschmelze,

Schlacken in metallurgischen Schmelzöfen, mit Silikatmasse in Glasschmelzöfen, mit Wärmeträgerschmelze in Wärmeöfen sowie in allen Fällen mit gasförmigen Produkten getränkt. Es bildet sich ein Bereich mit einem komplizierten Gefüge einer komplizierten chemischen Zusammensetzung aus, die die Eigenschaften sowohl von Halbleitern, als auch von festen Elektrolyten aufweisen kann. An verschiedenen Punkten ist die Temperatur in 20 diesem Bereich ungleich; die einen Stellen sind stärker als die anderen erwärmt. Zwischen verschiedenen Abschnitten der Oberfläche entsteht deshalb eine thermoelektromotorische Kraft (Thermo-EMK), die zum Entstehen eines eine verstärkte elektrochemische Korrosion des Feuerfeststoffes verursachenden elektrischen Stromes in der Auskleidung führt.

Die Größe und Richtung dieser EMK ist von der chemische Zusammensetzung des mit den im Ofen 25 befindlichen Produkten getränkten Feuerfeststoffes und der Temperaturdifferenz abhängig. Wenn die Temperaturdifferenz gering ist, so kann man E = AlphaAT annehmen, worin E die Größe der Thermo-EMK zwischen zwei Punkten, ΔΤ die Temperaturdifferenz zwischen diesen Punkten, und

Alpha ein gleichbleibender Koeffizient, der die Stoffzusammensetzung berücksichtigt, ist. Beim 30 Ofenbetrieb beträgt die Thermo-EMK üblicherweise 0,5 bis 2,0 V.

Der Mechanismus und die Geschwindigkeit der elektrochemischen Korrosion sind verschieden und von der Leitfähigkeit des jeweiligen vom elektrischen Strom durchflossenen Bereiches abhängig. In der Regel ist die Leitfähigkeit gemischter Art: Elektronen- und Ionenleitfähigkeit

Bei der Korrosionsbekämpfung der feuerfesten Ofenauskleidung gelangen verschiedene Verfahren zum Einsatz. 35 Nach einem dieser Verfahren (DE-PS 1 198 501) wird mindestens eine Elektrode aus einem beständigen Werkstoff ins Schmelzbad getaucht, die zu schützenden Feuerfeststoffe auf der Zirkonoxidbasis werden mit metallischen Leitern in Berührung gebracht und zwischen diesen Leitern und der ins Schmelzbad eingetauchten Elektrode wird eine konstante elektromotorische Kraft von einer Außenquelle angelegt, so daß im Bad ein von der Elektrode zu den zu schützenden Feuerfeststoffen fließender elektrischer Strom entsteht. Die EMK wird so 40 geregelt, daß sich ein elektrolytischer Strom von etwa 10 mA/cm^ Feuerfeststoffflächen ergibt. Auf diese Weise wird die Korrosion infolge des durch die chemische Potentialdifferenz zwischen den Schmelzstoffen und der Feuerfeststofffläche verursachten Ionenaustausches verzögert

Ein Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß sie nur für Feuerfeststoffe auf Zirkonoxidbasis anwendbar ist. Außerdem gewährleistet diese Lösung keine wesentliche Erhöhung der Futterhaltbarkeit, weil nur eine 45 Korrosionsart verzögert wird und sonstige Arten der Korrosion nicht beeinflußt werden. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß in Glasschmelzöfen die Qualität der Glasmasse wegen ihrer elektrolytischen Zersetzung durch

Einwirkung eines Stromes von etwa 10 mA/cm^ verschlechtert wird.

Gemäß einer weiteren bekannten Lösung (CS-PS 136 876) wird der Korrosionsschutz mit Hilfe von Elektroden im Schmelzbad und leitenden Elementen in einem Übergangsglasurüberzug am Feuerfeststoff 50 durchgeführt, die an die Gegenpole einer Gleichstromquelle angeschlossen sind, wobei die EMK der Quelle derart geregelt wird, daß die Stromdichte an der Berührungsfläche von Schmelze und Feuerfeststoff weniger als 1 rnkjcrc? beträgt.

Durch diese Lösung kann ebenfalls keine wesentliche Erhöhung der Futterhaltbarkeit sichergestellt werden, weil dabei nur die elektrolytische Korrosion der Arbeitsfläche des Feuerfeststoffes an deren Kontaktstelle mit der 55 Schmelze verzögert wird.

Bekannt ist auch eine Ofenbauart, die die Aufgabe der Erhöhung der Haltbarkeit der feuerfesten Auskleidung löst (SU-Urheberschein Nr. 733 294). Der Ofen enthält eine Wanne mit feuerfester Auskleidung für eine Silikatschmelze und in der Auskleidung angeordnete und jeweils mit Plus- und Minuspol einer Gleichstromquelle verbundene stromführende Elemente, welche an der dem Ofeninneren zugekehrten Fläche unter- und oberhalb des 60 Spiegels der Schmelze austreten. -2-

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In dieser Einrichtung wird die Thermo-EMK zwischen verschiedenen Abschnitten der Arbeitsfläche der feuerfesten Auskleidung ausgeglichen.

Die längs der Oberfläche fließenden Ströme, die die Korrosion des Feuerfeststoffes hervorrufen, werden also vermindert. Es gibt jedoch auch andere Korrosionsmechanismen. In der genannten Einrichtung ist deren Bekämpfung nicht möglich, und die Erhöhung der Futterhaltbarkeit erweist sich daher als unzureichend.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Industrieofen mit einer derartigen konstruktiven Ausführung und Anordnung von stromleitenden Elementen zu schaffen, daß die feuerfeste Auskleidung des Ofens über lange Zeiträume unversehrt bleibt und eine Steigerung der Ofenleistung durch die Verkürzung der reparaturbedingten Stillstandzeiten erzielt werden kann.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in einem Ofen, der eine Wanne mit feuerfester Auskleidung für eine Schmelze und stromleitende Elemente enthält, die in der Auskleidung angeordnet sind und aus der dem Ofeninneren zugekehrten Fläche unter- und oberhalb des Spiegels der Schmelze austreten und jeweils an entgegengesetzt gepolte Klemmen einer Gleichstromquelle angeschlossen sind, erfindungsgemäß vorgesehen wird, daß der Ofen zusätzliche stromleitende Elemente enthält, die innerhalb des Körpers der Auskleidung im Abstand von der dem Ofeninneren zugekehrten Seite der Auskleidung angeordnet und an Klemmen der Gleichstromquelle angeschlossen sind, deren Polarität dem Anschluß der ersterwähnten stromleitenden Elemente der jeweiligen Auskleidungsfläche entgegengesetzt ist

Es ist zweckmäßig, wenn unterhalb des Spiegels der Schmelze zumindest drei stromführende Elemente angeordnet sind, wobei zwei von diesen Elementen aus der dem Ofeninneren zugekehrten Fläche der Auskleidung in unterschiedlicher Höhe austreten und das dritte Element dazwischen liegt und innerhalb des Körpers der Auskleidung angeordnet ist. Für einen besonderen wirkungsvollen Korrosionsschutz der Wannenauskleidung sieht man vor, daß die aus der dem Ofeninneren zugekehrten Fläche der Auskleidung der Wände der Wanne austretenden stromleitenden Elemente vom Spiegel der Schmelze und vom Boden der Wanne jeweils einen Abstand haben, welcher ein bis zwei Zehnteln der Auskleidungsdicke entspricht, und das innerhalb des Körpers der Auskleidung angeordnete stromleitende Element von den erstgenannten stromleitenden Elementen in einem gleichen Abstand liegt.

Durch eine derartige Ausführung der Erfindung wird der Korrosionsschutz der feuerfesten Auskleidung am besten ermöglicht und eine besondere Erhöhung der Haltbarkeit der Auskleidung gewährleistet.

Das Wesen der Erfindung besteht im folgenden.

Beim Ofenbetrieb entsteht ein starkes Temperaturgefälle zwischen der dem Ofeninneren zugekehrten Fläche der feuerfesten Auskleidung und dem Inneren der Auskleidung. Zwischen der dem Ofeninneren zugekehrten Fläche der Auskleidung und dem Innenbereich der Auskleidung entsteht deswegen eine Thermo-EMK und, als Folge davon, ein elektrischer Strom. Dieser Strom verursacht eine verstärkte elektrochemische Korrosion im Raum der Auskleidung, was zum Entstehen einer fehlerhaften Struktur in dicken oberflächennahen Schichten und zu einem Festigkeitsverlust, der sofort in große Tiefe reicht, führt.

Es wurde durch Untersuchungen festgestellt, daß die Volumenkorrosion durch die in der Auskleidung vorhandenen, im Körper der Auskleidung im Abstand von der dem Ofeninneren zugekehrten Seite der Auskleidung angeordneten stromleitenden Elemente, welche an Klemmen der Gleichstromquelle angeschlossen sind, deren Polarität dem Anschluß der anderen stromleitenden Elemente entgegengesetzt ist, die aus der betreffenden, dem Ofeninneren zugekehrten Fläche der Auskleidung aus treten, erheblich geschwächt wird.

Es wurde ebenfalls festgestellt, daß dabei die Eindringtiefe von Schmelz- und Verbrennungsprodukten des Brennstoffes in den Feuerfeststoff verringert, und der Änderungsvorgang der chemisch-mineralogischen Zusammensetzung des Feuerfeststoffes sowie die Bildung einer Zonenstruktur in der Auskleidungstiefe verzögert wird. Eine fehlerhafte Struktur bildet sich ebenfalls viel langsamer aus. Durch all das bleibt die Festigkeit des Feuerfeststoffes auf hohem Niveau während einer langen Zeit erhalten, das Abspalten des Feuerfeststoffes wird verhindert und eine Dauerhaltbarkeit der Auskleidung gewährleistet.

Die mindestens drei vorhandenen, unterhalb des Spiegels der Schmelze angeordneten stromleitenden Elemente, von denen zwei in verschiedener Höhenlage aus der dem Ofeninneren zugekehrten Fläche der Auskleidung austreten, und das dritte Element dazwischen liegt und innerhalb des Körpers der Auskleidung im Abstand von der dem Ofeninneren zugekehrten Seite der Auskleidung angeordnet ist, gestattet es, das von einer Außenquelle gebildete elektrische Feld längs der Höhe der Wannenwände zu verteilen und somit die Auskleidung der Wannenwände über ihre Höhe gegen Korrosion vollkommen zu schützen.

Durch die Anordnung der stromleitenden Elemente, die aus der dem Ofeninneren zugekehrten Fläche der Wandauskleidung der Wanne austreten, in einem Abstand vom Spiegel der Schmelze und vom Wannenboden, der ein bis zwei Zehnteln der Auskleidungsdicke entspricht, und durch die Anordnung des innerhalb des Körpers der Auskleidung befindlichen stromleitenden Elementes in einem gleichen Abstand von den ersterwähnten Elementen bietet sich die Möglichkeit, eine Gestaltung des von einer Außenquelle gebildeten elektrischen Feldes zu schaffen, die es gestattet, jene Teile der Wannenwände auf die beste Weise gegen Korrosion zu schützen, die im höchsten Grad korrosionsanfällig sind, und zwar in der Nähe der oberen und unteren Grenze der Schmelze, wo intensive physikalisch-chemische Vorgänge ablaufen. Zugleich wird ein gleichmäßiger Schutz der Wandauskleidung der Wanne über die gesamte Resthöhe geschaffen. -3-

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Im ganzen gestattet es die erfindungsgemäße Ausbildung, die Haltbarkeit der feuerfesten Auskleidung um das 1,5-fache bis 2-fache zu erhöhen. Dadurch steigt die Ofenleistung, weil die Ofenreise länger wird. Die Stillstandzeit, während der die verschließende Auskleidung ausgewechselt wird, wird kürzer. Ein wichtiger Vorteil besteht darin, daß eine Modernisierung eines Ofens durch Ausbildung desselben nach der Erfindung überaus billig 5 ist, weil sie keine Umänderung der Hauptbauelemente des Ofens verlangt. Daher sind keine Kapitalauslagen erforderlich. Zu gleicher Zeit gehen die Reparaturkosten zurück. Ein weiterer Vorteil besteht im einfachen Betrieb des erfindungsgemäß ausgebildeten Ofens.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung, in der konkrete Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Ofens dargestellt sind, weiter erläutert. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt 10 durch einen Industrieglasschmelzofen mit zusätzlichen stromleitenden Elementen und ein Anschlußschema dieser

Elemente an eine Stromquelle, und Fig. 2 einen solchen Ofen, aber mit stromleitenden Elementen, die unterhalb des Schmelzspiegels derart angeordnet sind, daß zwei von ihnen aus der dem Ofeninneren zugekehrten Fläche der Auskleidung austreten und das dritte dazwischen liegt und innerhalb des Körpers der Auskleidung im Abstand von der dem Ofeninneren zugekehrten Seite der Auskleidung angeordnet ist 15 Ein Ofen, wie er in Fig. 1 und Fig, 2 dargestellt ist, enthält eine durch Wände (2) und einen Herd (3) aus feuerfester Auskleidung gebildete Wanne (1) für eine Glasflußmasse (4), weiter Wände (5) des Ofenoberteils und ein Gewölbe (6), die ebenfalls aus feuerfester Auskleidung bestehen. In der feuerfesten Auskleidung des Gewölbes (6) und der Wände (5) sind oberhalb des Schmelzspiegels stromleitende Elemente (7), die aus der dem Ofeninneren zugekehrten Fläche der Auskleidung im Abstand von der dem Ofeninneren zugekehrten Seite der 20 Auskleidung angeordnete stromleitende Elemente (8) vorgesehen. In der Herd- und Wandauskleidung der Wanne (1) sind unterhalb des Schmelzspiegels mindestens drei stromleitende Elemente vorgesehen; von diesen treten zwei Elemente (7a) aus der dem Ofeninneren zugekehrten Fläche der Auskleidung aus und ein zusätzliches stromleitendes Element (8a), welches dazwischen liegt, ist im Abstand von der dem Ofeninneren zugekehrten Seite der Auskleidung innerhalb des Körpers der Auskleidung angeordnet. 25 Sämtliche stromleitende Elemente sind aus 1,5 bis 2,0 mm starken Nirosta-Platten gebildet, wobei diese Elemente auch aus anderen allbekannten beständigen Werkstoffen, wie z. B. Platin, Molybdän u. a., hergestellt werden können.

Die stromleitenden Elemente (7a), die aus der dem Ofeninneren zugekehrten Fläche der Auskleidung der Wände (2) der Wanne (1) austreten, sind in einem dem 0,1- bis 0,2-fachen der Auskleidungsdicke entsprechenden 30 Abstand vom Spiegel der Schmelze (4) und dem Boden (3) der Wanne (1) angeordnet, während das stromleilcnde Element (8a), das im Inneren des Körpers der Auskleidung im Abstand von der dem Ofeninneren zugekehrten Seite der Auskleidung angeordnet ist, von den obenerwähnten Elementen (7a) gleichfalls einen Abstand, welcher ein bis zwei Zehnteln der Auskleidungsdicke entspricht, hat

Die Einrichtung enthält auch eine Gleichstromquelle (9) mit einer positiv gepolten Klemme (10) und einer 35 negativ gepolten Klemme (11). Die stromleitenden Elemente (7a) und (8) sind an die Klemme (10) und die stromleitenden Elemente (7) und (8a) an die Klemme (11) angeschlossen. Der Anschluß erfolgt mittels Drähten (12).

Der obenbeschriebene Ofen wird wie folgt betrieben.

Beim Schmelzen von Glasflußmasse (4) entsteht in der feuerfesten Auskleidung der Wände (2), (5) des 40 Ofenherdes (3) und in der feuerfesten Auskleidung der Wände (2), (5) des Ofenherdes (3) und in der Auskleidung des Ofengewölbes (6) zwischen der dem Ofeninneren zugekehrten Fläche der Auskleidung und dem im Inneren der Auskleidung liegenden Bereich eine Thermo-EMK aufgrund der Temperaturdifferenz und aufgrund von Unterschieden in der chemischen Zusammensetzung, die durch Tränken des Feuerfeststoffes mit Schmelze und in der Ofenatmosphäre befindlichen Schmelzprodukten sowie durch Strukturunterschiede von Oberflächen- und 45 Tiefenschichten verursacht sind. Zwischen der dem Ofeninneren zugekehrten Fläche der Auskleidung entsteht ober- und unterhalb des Schmelzspiegels ebenfalls eine Thermo-EMK, die in erster Linie durch einen Unterschied in der chemischen Zusammensetzung der in diesen Zonen die Oberfläche der Auskleidung imprägnierenden Ofenprodukte hervorgerufen ist Dabei ist die Ladung der Oberfläche der Wände (5) und des Gewölbes (6) oberhalb des Schmelzspiegels und die Ladung des im Inneren der Auskleidung liegenden Bereiches der 50 Auskleidung der Wände (2) unterhalb des Schmelzspiegels positiv, sowohl in bezug auf die Ladung des im Inneren der Auskleidung liegenden Bereiches der Wände (5) und des Gewölbes (6) oberhalb des Schmclzspicgcls als auch in bezug auf die Ladung der Oberfläche der Wände (2) unterhalb des Schmelzspiegels. Der Wert des Potentialunterschiedes beträgt 0,7 bis 1,0 V.

Wie Fig. 1 und 2 veranschaulichen, wird eine Spannung, welche einen Wert von 3,0 bis 4,0 V hat, über 55 Verbindungsdrähte (12) von den Klemmen (10) und (11) der Gleichstromquelle (9) an sämtliche stromleilcnde Elemente (7), (7a), (8), (8a) angelegt.

Das elektrische Feld, das dabei durch die stromführenden Elemente in der Auskleidung erzeugt wird, ist in allen Auskleidungszonen in bezug auf die Thermo-EMK entgegengesetzt gerichtet

Dadurch, daß von der Quelle eine die Größe der Thermo-EMK überschreitende Spannung zugeführt wird, 60 erweitert sich das durch die stromführenden Elemente erzeugte Feld stark genug, um trotz einer diskreten Anordnungsart der stromführenden Elemente in der Auskleidung und trotz eines gewissen Spannungsabfals in den -4-

Claims (3)

1. Nr. 389939 Verbindungsdrähten einen Korrosionen hervorrufenden Strom zuverlässig zu unterdrücken. Auf diese Weise wird die Zerstörung der feuerfesten Ofenauskleidung verzögert. Wie ersichtlich, weist der erfindungsgemäße Ofen im Vergleich zu den bekannten wesentliche Vorteile auf, da es möglich ist, die Haltbarkeit der feuerfesten Auskleidung des Ofens zu erhöhen und dadurch dessen 5 wirtschaftliche Kennzahlen zu verbessern. Der erfindungsgemäße Ofen kann auf verschiedenen Gebieten der Technik Verwendung finden. Vorzugsweise gelangt der Ofen im Eisen- und Nichteisenhüttenwesen sowie beim Glasschmelzen, wo mechanische Spannungen und Volumenkorrosion stark in Erscheinung treten, zum Einsatz. 10 15 PATENTANSPRÜCHE 20 1. Ofen, enthaltend eine Wanne mit feuerfester Auskleidung für eine Schmelze und stromleitende Elemente, die in der Auskleidung angeordnet sind und aus der dem Ofeninneren zugekehrten Fläche unter- und oberhalb des Spiegels der Schmelze austreten und jeweils an entgegengesetzt gepolte Klemmen einer Gleichstromquelle angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen zusätzliche stromleitende Elemente (8), (8a) enthält, die innerhalb des Körpers der Auskleidung im Abstand von der dem Ofeninneren zugekehrten Seite der 30 Auskleidung angeordnet und an Klemmen der Gleichstromquelle (9) angeschlossen sind, deren Polarität dem Anschluß der ersterwähnten stromleitenden Elemente (7), (7a) der jeweiligen Auskleidungsfläche entgegengesetzt ist.
2. 2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Spiegels der Schmelze (4) zumindest 35 drei stromführende Elemente (7a), (8a) angeordnet sind, wobei zwei von diesen Elementen (7a) aus der dem Ofeninneren zugekehrten Fläche der Auskleidung in unterschiedlicher Höhe austreten und das dritte Element (8a) dazwischen liegt und innerhalb des Körpers der Auskleidung angeordnet ist
3. 3. Ofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Ofeninneren zugekehrte Fläche der 40 Auskleidung der Wände (2) der Wanne (1) austretenden stromleitenden Elemente (7a) vom Spiegel der Schmelze (4) und vom Boden (3) der Wanne (1) jeweils einen Abstand haben, welcher ein bis zwei Zehnteln der Auskleidungsdicke entspricht, und das innerhalb des Körpers der Auskleidung angeordnete stromleitende Element (8a) von den erstgenannten stromleitenden Elementen (7a) in einem gleichen Abstand liegt. 45 Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 50