AT392692B - Feuerfester, mit hohlraeumen versehener auskleidungsstein fuer industrieoefen - Google Patents

Description

AT 392 692 B

Die Erfindung betrifft einen feuerfesten, mit Hohlräumen versehenen Auskleidungsstein für Industrieöfen, wobei der Auskleidungsstein aus Keramikfasem und mindestens einem wärmefesten, gitterförmigen Verstärkungseinsatz besteht, dessen Längsachse parallel zur Ebene der Ofen-Kaltseite des Steins liegt. Derartige verstärkte Auskleidungssteine können z. B. Module, Brennblöcke, Rohrblöcke, Rahmen für Beobachtungsöffnungen und für Zutrittstüren und Träger für elektrische Heizelemente sein.

Die Verwendung von gitterförmigen Verstärkungselementen in wärmeisolierenden Platten ist an und für sich bekannt, jedoch sind hier die Elemente in der Mitte der Platten angeordnet. Nachteilig ist dabei, daß für den Zugang zum zentralen Befestigungsbolzen die Bildung eines Loches notwendig ist. Bei einer anderen bekannten Einrichtung sind in Blöcken Rillen ausgebildet und die Rillen aneinandergrenzender Blöcke liegen aufeinander und werden dann mit Mörtel gefüllt, um den guten Zusammenhalt zwischen den Blöcken zu gewährleisten. Es sind dabei viele einander sich kreuzende Rillen mit kleinen Querschnitten vorgesehen, sodaß ein Füllen mit Mörtel aufwendig ist und der gute Zusammenhalt nur schwer erreicht werden kann. Es ist auch bekannt, eine Keramikabdeckung aus einer Metallgitterplatte und einem hitzebeständigen, metallischen Überzug herzustellen, wobei Verankerungen die einzelnen Teile Zusammenhalten. Die Gitterplatten sind in nachteiliger Weise nicht in hitzebeständigem Material eingebettet, sondern in der Hauptschicht des feuerfesten Materials. Auch ist es bekannt, hitzebeständige Blöcke vorzuformen und dann zusammenzufügen, wobei keine Metallverstärkungskomponente in den Seitenwänden des Blocks eingegossen ist. Insbesondere beim Auftreten höherer Spannungen ist dann eine erforderliche Verstärkung in nachteiliger Weise nicht gegeben.

Erfindungsgemäß wird bei dem feuerfesten Auskleidungsstein vorgeschlagen, daß der Stein durch Vakuumformung aus einer Aufschlämmung von Keramikfasem gebildet ist und daß mindestens ein Verstärkungseinsatz während des Vakuumformungsprozesses in die Keramikfasem eingebettet ist, wobei der Verstärkungseinsatz in einer der ihm zugehörigen Begrenzungswand des Steines angeordnet ist. Der Verstärkungseinsatz ist dabei aus einer wärmebeständigen Metallegierung, Schamotteton oder rekristallisiertem Aluminiumoxid hergestellt. In der Praxis hängt das Material, aus dem der Verstärkungseinsatz oder die Verstärkungseinsätze hergestellt sind, vom Gewicht des Auskleidungssteines, von der Temperatur und der chemischen Zusammensetzung der Ofengase und der vom Ofen beim Betrieb aufgenommenen Schwingungen ab. Der erfindungsgemäße Auskleidungsstein stellt so einen statisch und dynamisch geschlossenen Körper dar, der allen auftretenden mechanischen und thermischen Belastungen stets gewachsen ist.

Es ist günstig, wenn der Verstärkungseinsatz bzw. die Verstärkungseinsätze den Querschnitt eines "U" aufweist(en), dessen (deren) beide Seitenflansche parallel zur Ebene der Ofen-Kaltseite angeardnet sind. Vorteilhaft ist es auch, daß die eine Seitenfläche des Seitenflansches des "U" in der Ofen-Kaltseite vorgesehen ist, um thermische Spannungen innerhalb des Auskleidungssteines ausgleichen zu können. Fernerhin wird auch vorgeschlagen, daß der Verstärkungseinsatz bzw. die Verstärkungseinsätze den Querschnitt eines T" mit einem Längsbalken und einem Querbalken aufweist(en) und das vom Querbalken abgekehrte Ende des Längsbalkens in der Ofen-Kaltseite und der Querbalken parallel zur Ebene der Ofen-Kaltseite angeordnet sind. Schließlich soll(en) der Verstärkungseinsatz bzw. die Verstärkungseinsätze den Querschnitt eines "L" auf weisen, wobei dessen (deren) einer Schenkel in der Ebene der Ofen-Kaltseite und der andere Schenkel davon abstehend vorgesehen sind.

Jeder der Verstärkungseinsätze in offenmaschiger Form, im folgenden Verstärkungen genannt, hat vorzugsweise eine dreidimensionale Gestalt, um zuerst zum Eigenwiderstand gegen Biegen des sie bildenden Materials beizutragen, so daß während der Bildung des Auskleidungssteins die Verstärkungen im Vakuum nicht nachgeben und bei Aufhören des Vakuums nicht zurückspringen, um so den nassen und weichen Auskleidungsstein zu verformen, und zweitens daß die Verstärkungen die Punktbelastung der Verankerungen in eine verteilte Belastung in einem Bereich des Auskleidungssteins überführen, in dem die Verstärkungen eingebettet sind, und zwar sowohl aus Gründen der durch die Formung erreichten verbesserten Festigkeit des Steines und der Vervielfältigung der Ebenen in der Faser, in welcher der Scherung widerstanden wird. Dies kann man erreichen, indem man die Verstärkungen im Querschnitt kanal-, trog-, T-, U- oder L-förmig macht.

Wenn derartige Querschnitte verwendet werden und wenn der Auskleidungsstein auf der Tragstruktur angeordnet wird, so wird die Verstärkung am besten so angeordnet, daß ein Flansch des Kanales oder der Steg des U-, T- oder L-Querschnittes sich entlang der kälteren Kante des Auskleidungssteines parallel zu jenem Abschnitt der Struktur erstreckt, an dem dieser verankert ist. Der Boden, im Falle eines Kanales wird am besten so angeordnet, daß er ungefähr mittig zur Wand des Auskleidungssteines liegt, so daß der andere Flansch näher der heißen Fläche der Ofenwand um die Breite des Bodens liegt.

Bei Verstärkungen, die aus wärmebeständigen Metallegierungen hergestellt sind, sind die Gittermaschen rautenförmig, wie dies üblicherweise bei Streckmetall der Fall ist. Bei Verstärkungen aus feuerfesten Materialen können die Gittermaschen oval oder rautenförmig sein. Diese öffnungsformen sollten weitgehend bevorzugt werden, da bei ihnen sämtliche Stränge der Gittermaschen eine Zugbelastung aufnehmen, so daß sie Belastungen widerstehen, welche die Gittermaschen durch das Gewebe der Fasern ziehen wollen, wohingegen bei quadratischen Gittern, die parallel zu den Seiten der Quadrate geschnitten sind, nur die Hälfte der Stränge Belastungen aufnimmt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der Zeichnungsfiguren beispielsweise beschrieben. Fig. 1 ist eine Vorderansicht eines erfindungsgemäßen, feuerfesten, mit Hohlräumen versehenen Auskleidungssteins für einen Industrieofen. Fig. 2 ist eine Draufsicht auf einen Schnitt entlang der Schnittlinie -2-

AT 392 692 B (Π-ΙΙ) der Fig. 1. Fig. 3 ist eine Draufsicht auf einen Schnitt entlang der Schnittlinie (ΠΙ-ΙΠ) der Fig. 1 und Fig. 4 zeigt eine mögliche Befestigungsvorrichtung zur Befestigung von Auskleidungssteinen an einer Ofenwand.

Die Zeichnung zeigt einen feuerfesten Auskleidungsstein, der einstückig aus Keramikfasem durch eine Vakuumformungstechnik geformt worden ist, wobei in eine Form für den Auskleidungsstein mit Hilfe eines starken Vakuums eine wässerige Aufschlämmung mit Keramikfasern der gewünschten mittleren Länge und Bindemitteln, entweder organisch oder anorganisch, oder auch eine Mischung von beiden (Stärke und/oder kolloidales Siliziumdioxid), und manchmal ein Füllstoff, wie tafelförmiges Aluminiumoxid, eingesaugt wird, wobei die Feststoffe und ein beträchtlicher Anteil des Bindemittels zuriickgehalten werden. Das feste Material wird durch Filter, die einen Teil der Form darstellen, im Formhohlraum zurückgehalten und die Flüssigkeit wird aus dem Hohlraum entfernt. Der geformte Auskleidungsstein hat eine Vorderwand (10) und sich nach hinten erstreckende Begrenzungswände (11), (12), (13) und (14), sowie eine mittige Öffnung (10a), von der aus sich ein zylinderförmiger Hohlraum nach hinten hin erstreckt, dessen Mantelfläche (15) mit der Vorderwand (10) und mit den Begrenzungswänden (11), (12), (13) und (14) zusammen einen Körper bildet, der nach hinten offen ist. Bei Verwendung wird der Auskleidungsstein so angeordnet, daß seine Begrenzungswände an da1 Innenseite einer Stahlstruktur des Ofengehäuses (nicht dargestellt) derart positioniert sind, daß die Begrenzungswände der einzelnen Auskleidungssteine miteinander in einer abgedichteten Seiten-Wand-Beziehung stehen, so daß die Vorderwand (10) des Blockes einen Teil der Ofenkammer darstellt. Zusätzliches feuerfestes und/oder wärmeisolierendes Material, das zur Erhöhung des Temperaturgradienten von der heißen zur kalten Seite des Auskleidungssteines hin gerichtet erwünscht sein kann, wird in die beiden von den Begrenzungswänden (11), (12), (13) und (14) und der Mantelfläche (15) umschlossenen Hohlräume eingebracht und durch eine wärmeisolierende rückwärtige Platte (nicht dargestellt) in seiner Lage gehalten. Der Auskleidungsstein wird am Stahlgehäuse (17) des Ofens mittels Befestigungsvorrichtungen (16) befestigt, von denen eine in der Fig. 4 gezeigt ist, und zwar in einer Weise, wie sie näher in der GB-PS 1 544 407 beschrieben ist. Die Befestigungsvorrichtungen erstrecken sich zwischen den beiden Begrenzungswänden (12) zweier benachbarter Auskleidungssteine zum Ofeninnem hin und besitzen entgegengesetzt gerichtete Zähne (16a), die in das weiche Material der beiden Auskleidungssteine gepreßt werden. Der hintere Endabschnitt (16b) der Befestigungsvorrichtung liegt parallel zur Wand des Stahlgehäuses und hat einen Schlitz (16c), in den ein mit dem Stahlgehäuse (17) verschweißter Zapfen eingreifen kann, wodurch die Befestigungsvorrichtung mit dem Gehäuse verbunden werden kann. Der Endabschnitt (16b) kann andererseits aber auch mit dem Stahlgehäuse (17) verschweißt werden. Die inneren Enden der Befestigungsvorrichtungen sind genügend weit von der heißen Vorderwand (10) des Auskleidungssteines angeordnet, so daß sie nicht in einem unangebrachten Ausmaß von der einwirkenden Temperatur geschwächt werden. Die Befestigungselemente sind durch den Teil des Auskleidungssteins aus Keramikfasem gegen Hitze geschützt, der zwischen den Zähnen (16a) und der Ofenkammer vorgesehen ist, sowie auch durch feuerfeste Abdichtungsstreifen, die zwischen den Begrenzungswänden der Auskleidungssteine vorgesehen sind, wobei eine Kühlung der Befestigungsvorrichtungen durch eine Wärmeleitung über das Stahlgehäuse des Ofens erfolgt.

Um die Sicherheit der Anordnung der Auskleidungssteine am Stahlgehäuse zu vergrößern, sind die vier Begrenzungswände (11) bis (14) des Auskleidungssteins durch ein starres, feuerfestes, in demselben eingebettetes Gitter verstärkt. Die Verstärkung in jeder dieser vier Begrenzungswände besteht aus einem starren, kanalförmigen Verstärkungseinsatz (18) aus einem steifen Gitter, das aus einer wärmebeständigen Legierung, rekristallisiertem Aluminiumoxid oder einem Schamotteton besteht und sich entlang der entsprechenden Begrenzungswand erstreckt, wobei es im vorliegenden Fall kurz vor den Außenkanten des Blockes endet, die selbstverständlich stärker sind als die mittleren Abschnitte der Seitenwände. Dm1 Boden (19) des Kanals liegt parallel zur jeweiligen Begrenzungswand, wohingegen die beiden Seitenflansche (20), (21) des Kanales sich in einer Richtung durch die Dicke der Begrenzungswand erstrecken und der Seitenflansch (21) des Kanales an der an das Stahlgehäuse angrenzenden Kante der Begrenzungswand vorgesehen ist, da dieser Seitenflansch (21) zur Befestigung des Verstärkungseinsatzes (18) in der Form während der Herstellung des Auskleidungssteins verwendet wird. Wie die Fig. 2 zeigt, hat das Gitter rautenförmige Gittermaschen und die Verstärkung ist so aus dem Gittermaterial herausgeschnitten und in der jeweiligen Begrenzungswand angeordnet, das die die rautenförmigen Gittermaschen begrenzenden Rautenseiten gegenüber der Normalen auf die Vorderwand (10) geneigt sind. Um die Ausbildung von Hohlräumen im Material des Auskleidungssteines im Bereich der Verstärkung während des Herstellungsprozesses zu vermeiden und um die Verstärkung sicher in die Keramikfasem einzubinden, sollten sich die Faserstränge durch die Gittermaschenöffnungen erstrecken und diese ausfüllen; aus diesem Grunde ist es vorteilhaft, Gittermaschen mit ziemlich großen Öffnungen zu verwenden. Je länger die Fasern sind, desto größer sollten die Öffnungen sein. Die Zähne (16a) der Befestigungsvorrichtungen (16) erstrecken sich vorzugsweise knapp außerhalb des kanalförmigen Verstärkungseinsatzes (18) jedoch nahe bis zum Inneren des Seitenflansches (20) desselben. Dort wo die Zähne (16a) einen kleinen und kompakten Querschnitt haben, können sie sich durch die Gittermaschenöffnungen im Boden des kanalförmigen Verstärkungseinsatzes (18) erstrecken.

Die erwähnte Neigung der Rautenseiten der rautenförmigen Gittermaschen aus feuerfestem Material gewährleistet, daß im wesentlichen das gesamte Material des kanalförmigen Verstärkungseinsatzes dazu dient, die punktförmigen Druckbelastungen durch die Zähne über einen größeren Teil des Wandaufbaues auszübreiten. -3-

Claims (6)

1. AT 392 692 B Die Verstärkungseinsätze können aus Schamotteton oder ähnlichen billigeren, feuerfesten Materialien hergestellt sein, wenn die Betriebsbedingungen des Ofens dies gestatten. Die Größe der Hohlraum-Öffnungen und die Rauheit der Stränge werden durch die allgemeine Länge der vakuumgebildeten Fasern gegeben. Die allgemeine Faserlänge ist wiederum durch die Größe und Empfindlichkeit des Auskleidungssteins bestimmt Dünne Wände kleinerer Auskleidungssteine können in vorteilhafter Weise aus im allgemeinen kurzen Fasern hergestellt worden, die sich um und durch kleine Öffnungen erstrecken. Größere Auskleidungssteine haben im allgemeinen längere Fasern und benötigen größere Öffnungen, wenn sich die Fasern ohne Zwischenräume formen sollen. Die Länge der Verstärkung erstreckt sich entlang der Wand des Auskleidungssteins und nähert sich den Ecken, wo das Gewebe dicker und somit stärker ist. Es konnte jedoch erkannt werden, daß bei gewissen Anwendungen die Verstärkung bei der Formung gebogen werden kann und dann eine Lage an einer oder mehreren Ecken des Auskleidungssteins einnimmt Bei der Anwendung von vakuumgefarmten Keramikfaserbrenneiblöcken oder Feuerflächenmodulen, bei denen es sich um fünfflächige Körper handelt, bei denen eine Seite offen ist (die Kaltfläche), vier schmälere Seiten einen Teil der Dicke der Ofenwand bilden und die fünfte größere Seite die Feuerfläche ist, bildet die Erfindung die Verstärkung in einer oder mehreren der vier schmäleren Seiten, die im wesentlichen senkrecht zur Feuerfläche stehen und die oben genannten Lagen einnehmen. Es ist selbstverständlich, daß die gleiche Art von Verstärkungen für Wandmodule und andere Auskleidungssteine eines Ofens verwendet werden können, bei dem die Steine aus Fasern mittels der Vakuumformtechnik hergestellt worden sind, wobei die Befestigung am Ofengehäuse mit jener Art von Befestigungsvorrichtungen »folgen kann, wie sie in der GB-PS 1544 407 beschrieben sind. PATENTANSPRÜCHE 1. Feuerfester, mit Hohlräumen versehener Auskleidungsstein für Industrieöfen, wobei der Auskleidungsstein aus Keramikfasem und mindestens einem wärmefesten, gitterförmigen Verstärkungseinsatz besteht, dessen Längsachse parallel zur Ebene der Ofen-Kaltseite des Steins liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Stein durch Vakuumformung aus einer Aufschlämmung von Keramikfasem gebildet ist und daß mindestens ein Verstärkungseinsatz (18) während des Vakuumformungsprozesses in die Keramikfasem eingebettet ist, wobei der Verstärkungseinsatz (18) in einer der ihm zugehörigen Begrenzungswand (11 bis 14) des Steines angeordnet ist.
2. 2. Auskleidungsstein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungseinsatz (18) bzw. die Verstärkungseinsätze (18) den Querschnitt eines "U" aufweist(en), dessen (deren) beide Seitenflansche (20,21) parallel zur Ebene der Ofen-Kaltseite angeordnet sind.
3. 3. Auskleidungsstein nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Seitenfläche des Seitenflansches (21) des "U" in der Ofen-Kaltseite vorgesehen ist.
4. 4. Auskleidungsstein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungseinsatz bzw. die Verstärkungseinsätze (18), den Querschnitt eines "T" mit einem Längsbalken und einem Querbalken aufweist(en) und das vom Querbalken abgekehrte Ende des Längsbalkens in der Ofen-Kaltseite und der Querbalken parallel zur Ebene der Ofen-Kaltseite angeordnet sind.
5. 5. Auskleidungsstein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungseinsatz bzw. die Verstärkungseinsätze (18) den Querschnitt eines "L" aufweist(en), wobei dessen (deren) einer Schenkel in der Ebene der Ofen-Kaltseite und der andere Schenkel davon abstehend vorgesehen sind.
6. 6. Auskleidungsstein in Form eines im Querschnitt rechteckigen Körpers (Fig. 2), der gegen die Ofen-Kaltseite hin Öffnungen aufweist und mit seiner ihnen gegenüberliegenden Vorderwand an der Ofen-Heißseite vorgesehen ist und vier sich von der Ofen-Heißseite weg zur Ofen-Kaltseite hin erstreckende Begrenzungswände aufweist, nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Begrenzungswand (11 bis 14) ein -4- AT 392 692 B kanalförmiger Verstärkungseinsatz (18) mit rautenförmigen Gittermaschen und dem Querschnitt eines "U" vorgesehen ist, wobei dessen einer Seitenflansch (21) in der Ebene der Ofen-Kaltseite angeordnet ist und sich der andere Seitenflansch (20) parallel zur Ebene dieser Kaltseite erstreckt und der Quersteg (19) des "U" durch die Mitte der Dicke der zugehörigen Begrenzungswand (11 bis 14) verläuft. 10 Hiezu 1 Blatt Zeichnung