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Gekühlte, feuerfeste Decken- oder Wandkonstruktion für Industrieöfen, insbesondere für Siemens-Martin-Öfen Die Wände und insbesondere die gewölbten Dek- ken von thermisch stark in Anspruch genommenen Industrieöfen, insbesondere der Siemens-Martin-Öfen, haben in bekannter Weise nur eine kurze Lebensdauer.
Ein Grund hiefür ist das Abschmelzen infolge der hohen Temperatur, was durch den sich im Ofen bildenden oder dorthin beförderten Staub begünstigt wird, da dieser Staub den Schmelzpunkt des feuerfesten Stoffes erniedrigt; ferner wird das Abschmelzen auch infolge der Risse verstärkt, die infolge der Temperaturschwankungen hervorgerufen werden und eine schichtenweise Absonderung verursachen. Neuerdings werden Decken mit grosser Wärmebelastung aus basischen Ziegeln, z. B. aus Chrommagnesit, hergestellt, bei welchen kein Abschmelzen vorkommt, doch ist auch bei diesem Material die Zerstörung der äusseren Schichten unvermeidlich.
In den letzten Zeiten hat man zur Erhöhung der Haltbarkeit der Decken von Industrieöfen eine künstliche Kühlung mit Hilfe von Ventilatoren angewendet, wodurch die Lebensdauer der Decken zwar verlängert werden kann, doch ist diese Kühlung insbesondere bei dünngewordenen Decken unwirtschaftlich, da durch diese Art der Kühlung grosse Wärmemengen dem Ofen entzogen werden, die wirtschaftlich unausgenützt bleiben.
Die vorliegende Erfindung besteht darin, dass im feuerfesten Stoff der Wand oder der Decke ein aus Rohren gebildetes Trägersystem eingebettet ist, das mit einer Kühlvorrichtung in Verbindung steht. Die Kühlung kann in einer beliebigen Weise, z. B. durch Verdampfung, erfolgen. Das Rohrsystem ist also einerseits ein Träger, welcher die Wand oder die Decke verstärkt bzw. versteift, anderseits ermöglicht dasselbe eine sehr vorteilhafte Kühlung, indem die Wärme des in den Rohren zweckmässig unter Druck zirkulierenden Kühlmediums zur Heizung oder zur Stromerzeugung benützt wird. Die Einrichtung arbeitet also sehr wirtschaftlich.
Die Decken- oder Wandkonstruktion wird zweckmässig in Einheiten eingeteilt, die einzeln entfernt und ausgewechselt werden können.
Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung können Decken oder Wände oder auch gewölbt ausgebildete Decken hergestellt werden, die infolge ihrer bogenförmigen Ausbildung an den Rändern in die Wandkonstruktion übergehen. Als feuerfestes Material können - der Temperatur des Feuerraumes entsprechend gewählte - feuerfeste Ziegel, oder ein durch ein saures, basisches oder neutrales Bindemittel zusammengehaltenes Metalloxyd, oder die Mischung solcher Oxyde angewendet werden, ferner sind Karbide und Mischungen dieser Stoffe hiezu geeignet.
Die Vorteile der erfindungsgemässen Decken- oder Wandkonstruktion mit einer Kühlvorrichtung können folgendermassen zusammengefasst werden: Der Verbrauch des Ofens an Brennstoff kann wesentlich herabgesetzt werden, die Reparatur der Wände und auch die Durchführung grösserer Reparaturarbeiten ist sehr leicht, die Betriebspausen werden also wesentlich verkürzt, der Energieverbrauch des Ofens wird zwar etwas vergrössert, aber nicht nur dieser Mehrverbrauch, sondern auch der ursprüngliche, bisher nicht ausgenützte Wärmeaufwand, also der sogenannte Wandverlust, kann ausgenützt werden, schliesslich kann die Wärmebelastung, also auch die Leistung des Ofens, stark erhöht werden, bei gleichzeitiger Erhöhung der Wirtschaftlichkeit und der Betriebssicherheit.
Auf der Zeichnung ist beispielsweise eine Ausführungsform der Erfindung schematisch dargestellt.
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Die Fig. 1 veranschaulicht einen Siemens-Martin-Ofen in senkrechtem Längsschnitt, und Fig. 2 ist die Oberansicht hiezu.
Fig.3 ist ebenfalls ein senkrechter, teilweiser Schnitt, längs der durch Pfeile in Fig. 1 angegebenen Linie. Schliesslich stellen die Fig. 4 und 5 je eine Dek- kenkonstruktion in grösserem Massstab in senkrechtem Schnitt dar, gleichzeitig den Querschnitt des eingebetteten, zum Kühlen benützten Rohrsystems veranschaulichend.
Gemäss Fig. 1 bis 3 geht die Decke 1 in die Rückwand 2 des Ofens über, wobei diese Teile mit einer Kühlvorrichtung versehen sind. Die Decke 1 ist sattelförmig und weist zwei gegen die Mitte sich erhöhende Teile 1n und 1b auf, wogegen die Wand 2 gewölbt ausgebildet ist. Das Kühlrohrsystem 3 ist in die Decke 1 und in die Wand eingebaut und ist zur Durchleitung eines Kühlmittels bestimmt. Das Kühlmittel bewegt sich in den Rohren 3 infolge des Unterschiedes im spezifischen Gewicht; die warme Flüssigkeit strömt also nach oben in die Trommel 4. Bei dieser Ausführungsform bildet das Rohrsystem 3 einen Teil eines mit natürlichem Umlauf arbeitenden Kühlsystems und enthält die Kühlflächen dieses Systems.
Die Trommel 4 dient zur Abscheidung des Wassers vom in den Rohren 3 gebildeten Dampf-Wasser- Gemisch. Nach der Abscheidung fliesst das Wasser durch das Fallrohr 5 und durch den Verteiler 6 in das Rohrsystem 3 zurück, wobei der Dampf aus der Trommel 4 durch eine Leitung 7 entfernt wird. Zur Kompensierung des Wasserverbrauchs wird mit Hilfe eines Rohres 8 Speisewasser eingepumpt.
Gemäss Fig.4 wird auf das Fachwerk 3 eine feaerfeste, aus Metalloxyden mit saurem Bindemittel hergestellte Umhüllung 9 aufgetragen, derart, dass dieser Stoff auf den Rohren abbindet. Um eine bessere Verbindung des feuerfesten Stoffes auf dem Kühlrohrsystem zu erzielen, werden auf den Rohren aus Metall hergestellte Dorne 10 oder Metallplatten 11 befestigt. Auf der feuerfesten Umhüllung 9 werden noch eine Deckschicht 12 aus wärmeisolierendem Stoff und eine Metallschutzplatte 13 angebracht. Bei dieser Ausführungsform ist das Rohrsystem im Oberteil der Decke in einer gewissen Entfernung von der zu kühlenden Oberfläche angebracht, damit auf diese Weise die nötige hohe Betriebstemperatur dieser Fläche gesichert werden kann.
In Fig. 5 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei welcher die Wand oder die Decke aus Ziegeln mit Hilfe eines an Ort und Stelle erhärtenden Bindemittels hergestellt wurde. Oberhalb der Rohre und zwischen den Rohren (in den sogenannten Gängen) sind aneinander und an den Rohren fest anliegende Ziegel oder Formsteine angeordnet, doch sind diese Ziegel oder Steine in Fig. 5 einzeln nicht dargestellt. Der Verband der Ziegel kann ein beliebiger sein, und die Formsteine sollen selbstverständlich der äusseren Fläche der Rohre entsprechen. Die zwischen den Ziegeln 14 und unterhalb der Rohre sich befindenden Zwischenräume werden mit feuerfesten Metalloxyden 16, unter Anwendung eines sauren Bindemittels ausgefüllt.
Es kann also mit dem Ausdruck eingebettet entweder ein Rohrsystem verstanden werden, das mit auf den Rohren abgebundenem Material umgeben ist, oder welches ganz mit Formsteinen ummantelt ist, oder es können diese beiden Arten gemeinsam angewendet werden, um die feuerfeste Wand oder die Decke zu bilden.
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Cooled, fireproof ceiling or wall construction for industrial ovens, especially for Siemens-Martin ovens. As is known, the walls and especially the arched ceilings of industrial ovens that are subject to high thermal stress, in particular Siemens-Martin ovens, only have a short service life .
One reason for this is the melting off as a result of the high temperature, which is favored by the dust that forms in the furnace or that is transported there, since this dust lowers the melting point of the refractory material; furthermore, the melting is also intensified due to the cracks which are caused by the temperature fluctuations and which cause layer-by-layer separation. Recently, ceilings with a high thermal load made from basic bricks, e.g. B. made of chromium magnesite, in which no melting occurs, but the destruction of the outer layers is also inevitable with this material.
In recent times, to increase the durability of the ceilings of industrial ovens, artificial cooling with the help of fans has been used, whereby the service life of the ceilings can be extended, but this cooling is uneconomical, especially with thinned ceilings, since this type of cooling makes large ones Heat quantities are withdrawn from the furnace that remain economically unused.
The present invention consists in that in the refractory material of the wall or the ceiling a support system formed from tubes is embedded, which is connected to a cooling device. The cooling can be done in any way, e.g. B. by evaporation. The pipe system is on the one hand a support that reinforces or stiffens the wall or ceiling, on the other hand it enables very advantageous cooling by using the heat of the cooling medium, which is expediently circulating under pressure in the pipes, for heating or for generating electricity. So the facility works very economically.
The ceiling or wall construction is expediently divided into units that can be individually removed and replaced.
With the help of the present invention, ceilings or walls or also vaulted ceilings can be produced which, as a result of their arcuate design, merge into the wall construction at the edges. Fireproof bricks, or a metal oxide held together by an acidic, basic or neutral binding agent, or a mixture of such oxides can be used as the refractory material, selected according to the temperature of the furnace; furthermore, carbides and mixtures of these substances are suitable for this purpose.
The advantages of the ceiling or wall construction according to the invention with a cooling device can be summarized as follows: The fuel consumption of the furnace can be significantly reduced, the repair of the walls and also the carrying out of major repair work is very easy, the breaks in operation are thus significantly shortened, the energy consumption of the furnace is increased a bit, but not only this additional consumption, but also the original, previously unused heat input, i.e. the so-called wall loss, can be used, and finally the heat load, i.e. also the output of the furnace, can be greatly increased while at the same time Increase in profitability and operational safety.
In the drawing, for example, an embodiment of the invention is shown schematically.
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Fig. 1 illustrates a Siemens-Martin furnace in vertical longitudinal section, and Fig. 2 is the top view thereof.
FIG. 3 is also a vertical, partial section along the line indicated by arrows in FIG. Finally, FIGS. 4 and 5 each show a ceiling construction on a larger scale in a vertical section, at the same time illustrating the cross section of the embedded pipe system used for cooling.
According to FIGS. 1 to 3, the ceiling 1 merges into the rear wall 2 of the furnace, these parts being provided with a cooling device. The ceiling 1 is saddle-shaped and has two parts 1n and 1b that rise towards the center, whereas the wall 2 is arched. The cooling pipe system 3 is installed in the ceiling 1 and in the wall and is intended for the passage of a coolant. The coolant moves in the tubes 3 due to the difference in specific gravity; the warm liquid thus flows upwards into the drum 4. In this embodiment, the pipe system 3 forms part of a cooling system working with natural circulation and contains the cooling surfaces of this system.
The drum 4 serves to separate the water from the steam-water mixture formed in the pipes 3. After the separation, the water flows back through the downpipe 5 and through the distributor 6 into the pipe system 3, the steam being removed from the drum 4 through a line 7. To compensate for the water consumption, 8 feed water is pumped in with the help of a pipe.
According to FIG. 4, a fiber-resistant covering 9 made of metal oxides with an acidic binder is applied to the framework 3 in such a way that this material sets on the pipes. In order to achieve a better connection of the refractory material on the cooling pipe system, mandrels 10 or metal plates 11 made of metal are attached to the pipes. A cover layer 12 made of heat-insulating material and a metal protective plate 13 are also attached to the fire-resistant casing 9. In this embodiment, the pipe system is attached in the upper part of the ceiling at a certain distance from the surface to be cooled, so that the necessary high operating temperature of this surface can be ensured in this way.
In Fig. 5, an embodiment is shown in which the wall or ceiling was made of bricks with the aid of a binder which sets in place. Above the pipes and between the pipes (in the so-called aisles), bricks or shaped stones are arranged firmly attached to one another and to the pipes, but these bricks or stones are not shown individually in FIG. The association of the bricks can be any, and the shaped bricks should of course correspond to the outer surface of the pipes. The spaces between the bricks 14 and below the pipes are filled with refractory metal oxides 16 using an acidic binder.
The term embedded can therefore be understood to mean either a pipe system that is surrounded by material that is set on the pipes, or that is completely encased with shaped bricks, or these two types can be used together to form the fire-resistant wall or ceiling .