<Desc/Clms Page number 1>
" Voûte pour fours industriels.',
La prise en oonsidération de la dilatation et de la contrao- tion thermique des pierres d'une voûte, en particulier des voûtes à coupole ou hémisphériques des fours industriels tels que, par exemple, la calotte de fours électriques donne lieu à des diffi- cultés. La difficulté consiste avant tout à tenir compte de la di- latation thermique de la façon correcte. Si, d'une part, on tient trop peu compte de la dilatation thermique, la durée d'utilisation des pierres, qui sont sensibles à la pression, peut être influencée défavorablement de manière très sensible; cela peut aussi conduire à la destruction de l'armature (par exemple arrachage de l'anneau de la calotte du four électrique) ou de la maçonnerie.
Si, d'autre part, on tient suffisamment compte de la forte dilatation thermi- que, en particulier dans le cas de pierres basiques, il subsiste le danger qu'à la mise à feu, certaines pierres soient branlantes et que, lors des arrêts du fonctionnement, par lesquels il se pro- duit un fort refroidissement de la calotte avec une forte contrac- tion des pierres, la voûte s'écroule faute de tension.
<Desc/Clms Page number 2>
Pour éviter une élévation excessive de la pression de la voûte, on doit prendre des précautions particulières, ce qui peut être obtenu en employaht soit des sommiers ou culées élastiques, soit des remplissages de joints qui brûlent ou se ramollissent ou fondent et s'écoulent des joints lorsque la température monte.
La solution comportant des sommiers élastiques conduit à des difficultés d'ordre constructif ou fonctionnel. Au lieu de som- miers élastiques, on a aussi employé des sommiers souples (défor- mables), mais non élastiques (par exemple des cordes d'amiante ou de matière analogue). Un sommier souple seul sans possib'ilité de dilatation supplémentaire dans la voûte ne peut suffire à absorber la dilatation thermique de la voûte que pour de petites voûtes.
Une souplesse limitée de ce genre ne peut se concevoir que comme une sécurité oontre un accroissement par trop soudain et trop fort de la pression ; la résistance à la compression des intercalaires souples monte cependant rapidement en comparaison des apmmiers élastiques.
L'emploi connu d'intercalaires en carton ou en bois comme remplissages de joints a seulement pour conséquence qu'à la tempé- rature de combustion ou de carbonisation, relativement basse, ces intercalaires laissent des joints ouverts du côté du feu et que de ce fait la ligne des pressions se déplace vers l'extérieur, mais qu'alors - donc pour la plus grande partie du jeu de dilata- tion thermique qui s'ensuit - le problème à résoudre reste sans solution. La proposition de travailler avec des joints ouverts du côté du feu (donc sans intercalaires) appelle les mêmes objections.
Lorsqu'on emploie des intercalaires en plomb, au début il se pro- duit des pressions trop fortes du côté du feu. L'application dans les joints cunéiformes de tôles ondulées ou d'intercalaires en tôles avec saillies dont la section diminue de façon convenable à partir du côté du feu vers le côté extérieur, ne donne pas non plus une solution satisfaisante à cause du coût relativement élevé des intercalaires à adapter à la forme des pierres et à cause des pressions latérales différemment grandes.
A la suite d'essais, il s'est avéré qu'une construction sa- tisfaisante doit partir de l'emploi de sommiers fermes, et en corré- lation avec cela le problème doit être résolu en tenant oompte de la dilatation thermique de manière simple et peu coûteuse, de façon telle que la pression de la voûte ne soit pas soumise- à de trop grandes variationslors de l'élévation de la température, et cela malgré les sommiers fermes.
Selon l'invention, cela est obte-
<Desc/Clms Page number 3>
nu en employant dans les joints des pierres des remplissages de nature différentes telles que ceux-ci brûlent ou cèdent continû- ment d'une manière telle que la dilatation thermique est absorbée dans une mesure correspondant à son accroissement par une diminu- tion de l'espace occupé par les joints et cela avantageusement jusqu'à un reste ou exoédent désiré pour l'élévation de la voûte.
Selon l'invention on emploie utilement dans les joints, des intercalaires alternant de manière convenable en carton, en fer (par exemple en un réseau de fils ou en tôles) et des remplissages en mortier, c'est-à-dire des remplissages dont, dans l'exemple cité, le premier brûle ou se carbonise à environ 400 , tandis que le deuxième se ramollit à environ 900 - et de ce fait cède - et fond à environ 1200 - et de ce fait crée un espace supplémentai- re - tandis que le troisième genre de remplissage% à savoir celui du genre mortier cède ou se contracte aux températures plus hau- tes, suivant sa oomposition.
En restant dans l'exemple donné, on obtient ainsi ce qui suit: lors de la mise à feu, il se produit d'abord sous l'effet du commencement de la dilatation thermique une déformation ou compression par simple pressage des éléments de construction les uns contre les autres. Lorsqu'on atteint la température pour laquelle les intercalaires en carton brûlent ou se carbonisent, l'espace des joints remplis de carton est de ce fait mis à la disposition de la dilatation thermique ultérieure.
Le même processus se répète lorsqu'on atteint la température de ramollissement et plus tard la température de fusion des inter- calaires en fer et finalement lorsqu'on atteint des températures encore plus hautes, par le ramollissement ou la contraction ou la fusion hors des joints des remplissages en mortier. Il en résulte que, conformément à l'idée inventive, en peut teniompte de la dilatation thermique de manière convenable, pratiquement sans trop fortes variations de la pression de la voûte, un petit restant de la dilatation thermique pouvant avantageusement être utilisé pour provoquer une faible élévation de la voûte (excédent). Uti- lement, les sommiers peuvent aussi être réalisés de façon à pou- voir céder dans le but d'obtenir une sécurité contre un trop fort accroissement de la pression.
Le nombre et la répartition des intercalaires de natures différentes dans la voûte se règle sur le comportement de dilata- tion thermique des sortes de pierres utilisées, aux températures à prendre en considération. On peut employer des intercalaires en carton ordinaire ou en carton goudronné, du carton imprégné con-
<Desc/Clms Page number 4>
venablement, etc. ou des intercalaires en bois (bardeaux), on peut faire usage d'intercalaires en fer, en tôle pleine ou en réseaux de fils et on peut employer des mortiers de différentes composi- tions, par exemple avec ou sans addition de fer, ou, dans le cas des pierres en magnésite, gâcher des mortiers en farine de magné- site avec du verre soluble ou de la chaux; éventuellement avec ad- dition de fer, de farine de chamotte, d'argile et de matières ana- logues.
Il est évident qu'on peut s'adapter aux exigences particu- lières les plus diverses, en particulier également par le choix de différentes sortes de mortiers.
Par le,choix de la matière des remplissages et de la réparti- tion de ceux-ci, il faut, rien qu'en se conformant à l'idée de l'invention, qu'on soit assuré que les remplissages cèdent dans les joints suivant une progression conforme à l'élévation de tem- pérature, par carbonisation, combustion, ramollissement, fusion etc. des remplissages, de telle façon que la dilatation thermique puisse être absorbée par l'espace occupé par les joints avantageu- sement jusqu'à un certain excédent désiré pour l'élévation de la voûte.
Si l'on tâche avant tout de réaliser la répartition la plus uniforme possible de la pression dans la voûte, on peut davantage tenir compte de cette répartition par un développement supplémen- taire de l'idée inventive décrite ci-dessus. Ceci est réalisé par le fait que non seulement on empêche selon l'invention un accrois- sement excessif de la pression de la voûte par une diminution progressive de l'espace occupé par les joints, mais également qu'on prend en considération la dilatation thermique des éléments de construction limitant les joints en fonction de chutes de tem- pérature (dans la direction du rayon de la voûte), c'est-à-dire qu'on tient compte non seulement, dans une certaine mesure, du comportement des joints dans la zone située du côté du feu, mais aussi dans la zone extérieure froide et dans les zones intermédiai- res.
La règle technique donnée ci-dessus pour éviter de trop fortes variations de la pression de la voûte nécessite, pour la solution du problème complémentaire indiqué, la prise en considération de la forme des joints sur la base de la dilatation thermique oor- respondant aux chutes de température dans la pierre depuis le côté du feu jusqu'au côté extérieur. Selon l'invention, ce problème trouve une solution, avant tout en corrélation avec l'emploi de remplissages différents pour les joints, dans le fait que l'es- paoe d'un nombre convenable de joints reçoit une configuration telle que par sa dimi-
<Desc/Clms Page number 5>
nutionil soit tenu compte de l'effet de la dilatation thermique citée qui se produit dans la voûte et dépend de la chute de tempé- rature.
Dans ce but, on utilise avantageusement le remplissage en carton ou en matière analogue essentiellement cunéiforme ou en gradins, dont la base est du côté du feu. Le joint est alors le plus large du côté du feu, où se produit la plus grande dilatation thermique des éléments de construction par suite de la températu- re élevée,et se rétrécit vers les zones du côté extérieur en cor- respondance avec la dilatation thermique plus faible des éléments de construction dans ces zones. On peut, par exemple, intercaler deux ou plus de deux morceaux de carton de hauteurs différentes dans la direction du rayon de la voûte, qui donnent lieu à une réduction de section par gradins à partir du côté du feu vers le côté extérieur.
De tels intercalaires cunéiformes ou à gradins présentent également l'avantage de servir, lors de la construc- tion de la voûte, de gabarit de la forme désirée pour la forme des joints et de faciliter ainsi le maintien de celle-ci.
Enfin, si l'on tient encore compte de l'influence du re- froidissement et de la contraction des éléments de construction lors de l'emploi de sommiers rigides ou seulement souples (mais non élastiques en combinaison avec le remplissage des joints conforme à l'invention, il faut prendre en considération que, lors du refroidissement ou de la contraction des pierres, la ten- sion dans la voûte se perd, que la voûte s'affaisse fortement et qu'ainsi il y a danger d'écroulement. Selon l'invention, ceci est exclu par le fait que le choix des remplissages est effectué de façon telle que des joints restent toujours fermés dans la zone extérieure.
Ceci peut déjà être obtenu par la forme/Intercalaires, par exemple par des intercalaires en carton ou en bois essentiel- lement cunéiformes, les éléments de construction se joignant dans la zone extérieure ou des Intercalaires se trouvant dans cette zone étant'choisis de constitution telle que, même après usure prononcée de la voûte,ils ne puissent pas disparaitre de la zone extérieure par combustion ou par fusion.
Le dessin ci-annexé représente le développement d'une cer- taine longueur unitaire L d'une voûte selon une forme de réa- lisation de l'invention. A est le côté extérieur et F le côté du feu. Les différentes pierres de la voûte sont désignées par 1; 2 à 6 désignent les différents remplissages de joint, par exemple les intercalaires en carton, 3 les intercalaires en plomb, 4
<Desc/Clms Page number 6>
les remplissages en mortier, 5 les intercalaires en carton cunéi- formesà gradins; 6 les intercalaires en bois.
La règle technique selon l'invention peut naturellement être réalisée selon différentes conformations de la forme des joints,des remplissages des joints et de la matière de ces derniers, et s'adapte aussi évidemment à la matière des éléments de construction de la voûte, aux températures à envisager ou à des exigences particu- lières.
REVENDICATIONS.
================
1. Voûte pour fours industriels en pierres réfractaires mu- nies de remplissages (couches intermédiaires) caractérisée en ce qu'elle comprend des remplissages qui diffèrent quant à la nature de la matière de façon telle que par leur oomportement différent (soit qu'ils brûlent, soit qu'ils cèdent) lors d'une élévation de température, la dilatation thermique est absorbée dans une mesure correspondant à son accroissement par une diminution de l'espace occupé par les joints et cela avantageusement jusqu'à un excédent désiré pour l'élévation ou montée de la voûte.
<Desc / Clms Page number 1>
"Vault for industrial furnaces. ',
Taking into consideration the expansion and thermal constraint of the stones of a vault, in particular domed or hemispherical vaults of industrial ovens such as, for example, the domes of electric ovens, gives rise to difficulties. . The main difficulty lies in taking thermal expansion into account in the correct way. If, on the one hand, too little account is taken of thermal expansion, the service life of stones, which are sensitive to pressure, can be adversely affected very significantly; this can also lead to the destruction of the reinforcement (for example tearing of the ring of the cap of the electric furnace) or of the masonry.
If, on the other hand, sufficient account is taken of the high thermal expansion, in particular in the case of basic stones, there remains the danger that, when fired, some stones will be loose and that, during shutdowns. operation, by which a strong cooling of the cap occurs with a strong contraction of the stones, the vault collapses due to lack of tension.
<Desc / Clms Page number 2>
To avoid an excessive rise in the pressure of the vault, special care must be taken, which can be achieved by employing either resilient box springs or abutments, or joint fillings that burn or soften or melt and drain from seals when the temperature rises.
The solution comprising elastic bases leads to difficulties of a constructive or functional nature. Instead of elastic bed bases, flexible (deformable), but not elastic (eg asbestos or similar cords) ropes have also been used. A flexible base alone without the possibility of additional expansion in the arch can only be sufficient to absorb the thermal expansion of the arch for small arches.
A limited flexibility of this kind can only be conceived of as a security against too sudden and too strong an increase in pressure; however, the compressive strength of flexible spacers rises rapidly compared to elastic spacers.
The only consequence of the known use of cardboard or wood spacers as joint fillers is that at the relatively low combustion or charring temperature, these spacers leave the joints open on the fire side and therefore This causes the pressure line to move outwards, but then - so for the greater part of the resulting thermal expansion play - the problem to be solved remains unsolved. The proposal to work with open joints on the fire side (therefore without spacers) calls for the same objections.
When using lead spacers, at the beginning too much pressure is produced on the fire side. The application in the wedge-shaped joints of corrugated sheets or sheet spacers with projections, the section of which decreases suitably from the side of the fire to the exterior side, also does not give a satisfactory solution because of the relatively high cost. spacers to adapt to the shape of the stones and because of the different large lateral pressures.
As a result of tests, it turned out that a satisfactory construction must start from the use of firm box springs, and in corre- sponding with this the problem must be solved by taking into account thermal expansion in such a way. simple and inexpensive, in such a way that the pressure of the vault is not subjected to too great variations during the rise in temperature, and this in spite of the firm bed bases.
According to the invention, this is obtained
<Desc / Clms Page number 3>
bare by employing in the joints of the stones fillings of a different nature such that these burn or break continuously in such a way that the thermal expansion is absorbed to an extent corresponding to its increase by a decrease in the heat. space occupied by the joints and this advantageously up to a desired rest or excess for the elevation of the vault.
According to the invention is usefully employed in the joints, spacers suitably alternating cardboard, iron (for example in a network of wires or sheets) and mortar fillings, that is to say fillings of which , in the example cited, the first burns or chars at around 400, while the second softens at around 900 - and thereby yields - and melts at around 1200 - and thereby creates additional space - while the third type of infill, namely that of the mortar type, yields or contracts at higher temperatures, depending on its composition.
Staying in the example given, the following is thus obtained: during firing, under the effect of the onset of thermal expansion, a deformation or compression occurs by simple pressing of the structural elements. against each other. When the temperature at which the cardboard interleaves burn or char, is reached, the space of the cardboard-filled joints is thereby made available for subsequent thermal expansion.
The same process is repeated when reaching the softening temperature and later the melting temperature of the iron spacers and finally when reaching even higher temperatures, by softening or contraction or melting out of the joints. mortar fillings. As a result, in accordance with the inventive idea, thermal expansion can be adequately taken into account, practically without too great a variation in the pressure of the arch, a small remainder of thermal expansion being advantageously able to be used to cause a small amount of pressure. vault elevation (excess). Usefully, the box springs can also be made in such a way as to be able to yield in order to obtain a security against too strong an increase in pressure.
The number and distribution of interlayers of different types in the vault is adjusted according to the thermal expansion behavior of the types of stone used, at the temperatures to be taken into consideration. Plain or tar cardboard dividers, impregnated cardboard can be used.
<Desc / Clms Page number 4>
venably, etc. or wooden spacers (shingles), it is possible to use spacers made of iron, solid sheet metal or wire networks and it is possible to use mortars of various compositions, for example with or without the addition of iron, or, in the case of magnesite stones, mix mortars made of magnesium flour with water glass or lime; optionally with the addition of iron, chamotte flour, clay and the like.
It is obvious that the most diverse special requirements can be adapted, in particular also by the choice of different kinds of mortars.
By the choice of the material of the fillings and the distribution thereof, it is necessary, just by conforming to the idea of the invention, that it is ensured that the fillings give way in the joints. following a progression in accordance with the rise in temperature, by carbonization, combustion, softening, fusion, etc. infills, so that thermal expansion can be absorbed by the space occupied by the joints to advantage to some desired excess for the elevation of the arch.
If one tries above all to achieve the most uniform possible distribution of the pressure in the vault, this distribution can be taken more into account by a further development of the inventive idea described above. This is achieved by the fact that, according to the invention, an excessive increase in the pressure of the arch is not only prevented by a progressive decrease in the space occupied by the joints, but also that the thermal expansion is taken into account. construction elements limiting the joints as a function of temperature drops (in the direction of the radius of the vault), that is to say that not only is taken into account, to a certain extent, the behavior of the joints in the area next to the fire, but also in the cold outside area and in the intermediate areas.
The technical rule given above to avoid too great variations in the pressure of the vault requires, for the solution of the complementary problem indicated, the taking into account of the shape of the joints on the basis of the thermal expansion corresponding to the falls. temperature in the stone from the side of the fire to the outside. According to the invention, this problem is solved, above all in correlation with the use of different fillings for the joints, in the fact that the space of a suitable number of joints receives a configuration such that by its dimi -
<Desc / Clms Page number 5>
The effect of the aforementioned thermal expansion which occurs in the vault and depends on the temperature drop is taken into account.
For this purpose, use is advantageously made of cardboard or similar material essentially wedge-shaped or in steps, the base of which is on the fire side. The joint is then the widest on the fire side, where the greatest thermal expansion of the building elements as a result of the high temperature occurs, and narrows towards the areas on the outer side in correspondence with the thermal expansion. weaker building elements in these areas. It is possible, for example, to insert two or more pieces of cardboard of different heights in the direction of the radius of the vault, which give rise to a reduction in section by steps from the side of the fire to the exterior side.
Such wedge-shaped or stepped spacers also have the advantage of serving, during the construction of the arch, as a template of the shape desired for the shape of the joints and thus of making it easier to maintain the latter.
Finally, if we also take into account the influence of cooling and contraction of construction elements when using rigid or only flexible (but not elastic in combination with the filling of the joints according to According to the invention, it must be taken into account that, when the stones cool or contract, the tension in the vault is lost, the vault sags sharply and thus there is a danger of collapse. the invention, this is excluded by the fact that the choice of infills is made in such a way that the joints always remain closed in the outer zone.
This can already be achieved by the form / Interleaves, for example by cardboard or wooden interlayers which are essentially wedge-shaped, the construction elements joining in the outer zone or the dividers in this zone being chosen by constitution as that, even after pronounced wear of the arch, they cannot disappear from the external zone by combustion or by fusion.
The accompanying drawing shows the development of a certain unit length L of an arch according to one embodiment of the invention. A is the outer side and F the fire side. The different stones of the vault are designated by 1; 2 to 6 designate the different seal fillings, for example cardboard spacers, 3 lead spacers, 4
<Desc / Clms Page number 6>
mortar fillings, 5 wedge-shaped stepped cardboard dividers; 6 wooden spacers.
The technical rule according to the invention can naturally be produced according to different conformations of the shape of the joints, of the fillings of the joints and of the material of the latter, and obviously also adapts to the material of the construction elements of the vault, to the temperatures to be considered or to specific requirements.
CLAIMS.
================
1. Vault for industrial furnaces in refractory stones fitted with fillings (intermediate layers) characterized in that it comprises fillings which differ as to the nature of the material in such a way as by their different behavior (either that they burn , either that they yield) during a rise in temperature, the thermal expansion is absorbed to an extent corresponding to its increase by a decrease in the space occupied by the joints and this advantageously up to a desired excess for the rise or rise of the vault.