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Die Erfindung betrifft eine Ofendecke zur Abdeckung eines Schmelzofens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Abdeckglieds einer Ofendecke mit den Merkmalen des Anspruchs 11.
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EP 1 069 389 A1 beschreibt ein wassergekühltes Segment für die Wand eines Schmelzofens, bei dem wasserdurchströmte Kühlmittelkanäle in einem massiven Metallblock angeordnet sind, der ein Segment einer Ofenwandung ausbildet. In dem Metallblock sind zudem vereinzelte Ausnehmungen vorgesehen, in denen jeweils ein Stein formschlüssig aufgenommen ist. Die Steine ragen über die Oberfläche der Metallblöcke vor, wobei an den Metallblöcken zudem vorragende Zapfen ausgeformt sind. Im Betrieb eines solchen Ofens lagert sich Schlacke und anderes geschmolzenes Material an den Metallblöcken an, wobei die Haftung des Materials durch die vorragenden Steine und die Zapfen vermittelt wird. Diese anhaftenden Materialien bilden eine zusätzliche, thermisch isolierende Schicht aus.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Ofendecke zur Abdeckung eines Schmelzofens, besonders bevorzugt eines Lichtbogenofens, anzugeben, bei der eine besonders gute Hitzebeständigkeit gegeben ist.
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Diese Aufgabe wird für eine eingangs genannte Ofendecke erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch die Überdeckung der Deckfläche des Abdeckgliedes mittels der Steine zu wenigstens drei Vierteln, bevorzugt zu wenigstens vier Fünfteln, wird ein besonders guter Schutz der unmittelbaren Oberfläche des Abdeckgliedes erzielt, wobei im Allgemeinen die Oberflächen der Steine besonders unempfindlich gegen thermische, mechanische und/oder chemische Einwirkung durch das Schmelzgut sind. Unter Steinen im Sinne der Erfindung werden sämtliche für den jeweiligen Anwendungsfall ausreichend hitzebeständige, insbesondere nicht-metallische Verkleidungselemente verstanden, insbesondere Ausmauerungssteine auf Basis von Aluminiumoxyd und/oder Magnesiumoxyd, Korundstein oder ähnliches.
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Allgemein bevorzugt wird im Sinne der Erfindung eine möglichst umfassende Überdeckung der Deckfläche des Abdeckgliedes durch die Steine vorgesehen. Dabei kann die Überdeckung bis auf toleranzbedingte Fugenspalte vorgesehen sein oder auch eine vollständige Überdeckung erreichen, z. B. durch geometrische Überlappung benachbarter Steine durch geeignete Vorsprünge etc.. Hierdurch wird das Abdeckglied bzw. seine dem Ofeninneren zugewandte Oberfläche wirkungsvoll vor dem Einfluss von thermischer Strahlung und/oder reaktiven Ofeninhalt geschützt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Abdeckglied als ein Modul ausgebildet ist, wobei zumindest ein überwiegender Teil der Ofendecke aus einer Mehrzahl der Module zusammengesetzt ist. Ein solcher modularer Aufbau einer Ofendecke erlaubt eine effektive und kostengünstige Fertigung auch großer Ofendecken. Insbesondere kann eine erfindungsgemäße Ofendecke dabei eine Mehrzahl von baugleichen Modulen aufweisen, wodurch die Fertigungskosten weiter verringert werden. Die Module können zu Zwecken der Wartung und/oder Reparatur so ausgebildet sein, dass sie einzeln der Ofendecke entnehmbar sind. Dies schließt nicht aus, dass benachbarte Module z. B. durch Verschweißung miteinander verbunden sind, so dass zur Entnahme eines Moduls die Schweißnähte aufgetrennt werden. Grundsätzlich ermöglicht ein solcher modularer Aufbau eine Platzersparnis oberhalb der Ofendecke durch weniger Stahlbau. Die Module sind mit einfachen Mitteln und Platz sparend an einer Deckenkonstruktion aufhängbar. Die Module können bevorzugt zumindest teilweise vorgefertigt werden und am Ort des Schmelzofens zu der Ofendecke zusammengesetzt und gegebenenfalls vervollständigt werden.
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Bei einer alternativen oder ergänzenden Ausführungsform der Erfindung ist zwischen den Steinen und dem Abdeckglied eine Schicht aus einer Füllmasse angeordnet. In besonders bevorzugter Weiterbildung ist dabei ein Wärmetransport von den Steinen zu dem Abdeckglied durch die Füllmasse verbessert. Bei der Füllmasse kann es sich um eine an sich bekannte Stampfmasse handeln, wie sie beim Bau von Schmelzöfen Verwendung findet. Solche Stampfmassen werden häufig, aber nicht notwendig, von einem grünen Zustand durch Ausbacken in einen temperaturfesten Endzustand überführt. In dem grünen Zustand können solche Stampfmassen insbesondere von pastöser oder zähflüssiger Konsistenz sein. Beispiele für bekannte Stampfmassen sind Produkte der SGL-Carbon-Group unter den Produktbezeichnungen RST 16/1 (grafit-basiert) oder RST 17/1 (anthrazitbasiert).
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung einer erfindungsgemäßen Ofendecke wird die Füllmasse nach einer Festlegung der Steine an dem Abdeckglied in einen Zwischenraum zwischen den Steinen und dem Abdeckglied eingefüllt. Durch diesen konstruktiven Aufbau der Ofendecke wird eine besonders gute Verbindung von Abdeckglied und Steinen mittels des Füllmittels sichergestellt.
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In allgemein vorteilhafter Detailgestaltung ist ein von dem Kühlmittel beströmter Bereich des Abdeckgliedes von den Steinen überwiegend überdeckt. Hierdurch lässt sich vorteilhaft eine gute Homogenität der Wärmeverteilung in der Ofendecke sicherstellen. Zugleich können hierdurch thermische Spannungen einer erfindungsgemäßen Ofendecke verringert werden. Insbesondere können sich dabei kühlmittelführende Kanäle des Abdeckgliedes und Steine in Überdeckung befinden.
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Bei einer einfachen und zweckmäßigen Konstruktion der Erfindung umfasst das Abdeckglied eine Metallplatte, wobei die Metallplatte eine zumindest teilweise von dem Kühlmittel beströmte Fläche ausbildet.
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Ein geeignetes Kühlmittel einer erfindungsgemäßen Ofendecke kann sowohl flüssig als auch gasförmig sein. So kann das Abdeckmittel z.B. durch Kühlluft beströmt werden, durch Kühlwasser oder auch durch Kühlluft und Kühlwasser.
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Bei einer möglichen Ausführungsform der Erfindung sind an dem Abdeckglied Kanäle zur Führung des Kühlmittels angeordnet. Die Anordnung der Kanäle erfolgt bevorzugt auf einer den Steinen abgewandten Seite des Abdeckgliedes. Bei einer einfachen und zweckmäßigen Konstruktion kann das Abdeckglied im Wesentlichen eine Metallplatte umfassen, auf deren einen, zur Innenseite des Ofens gerichteten Seite die Steine angeordnet sind und auf deren anderen, von der Innenseite des Ofens weg gerichteten Seite Kühlmittel führende Kanäle vorgesehen sind. Diese Kanäle können auf die Metallplatte aufgebracht und auf verschiedene Weise konstruktiv ausgebildet sein, z. B. durch aufgeschweißte Blechprofile, die zusammen mit der Metallplatte einen Hohlraum ausbilden oder auch durch aufgeschweißte Rohrleitungen, die bereits an sich eine geschlossene Kühlmittelführung bereit stellen. Allgemein vorteilhaft ist der Verlauf der Kanäle dabei so ausgebildet, dass das Abdeckglied möglichst umfassend und gleichmäßig von der wärmeableitenden Wirkung des Kühlmittels erfasst wird. So können die Kühlmittelkanäle zum Beispiel, aber nicht notwendig, als mäandrierende Kanäle angeordnet sein.
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Allgemein vorteilhaft ist an dem Abdeckglied eine Mehrzahl von Haltegliedern angeordnet, die besonders bevorzugt in Richtung des Innenraums des Ofens vorragen, und an denen die Steine festgelegt sind. Hierdurch ist eine sichere Halterung der Steine gewährleistet, wobei bei geeigneter Ausformung der Halteglieder zugleich eine vollständige oder nahezu vollständige Überdeckung des Abdeckgliedes durch die Steine ermöglicht ist. In bevorzugter Weiterbildung haben die Steine dabei zumindest eine Ausnehmung oder Durchbrechung, in die die Halteglieder formschlüssig eingreifen. Solche Ausnehmungen oder Durchbrechungen in den Steinen sind ohne großen Aufwand herstellbar und stellen zudem eine optimale Halterung der Steine sicher.
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Bei einer allgemein bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Ofendecke zumindest im Bereich der Abdeckglieder gasdicht ausgebildet. Die erfindungsgemäßen Abdeckglieder bieten an sich eine besonders gute Möglichkeit einer gasdichten Konstruktion über die Querschnittsfläche eines jeweiligen Abdeckgliedes. Durch geeignete gasdichte Aneinanderfügung mehrerer Abdeckglieder, zum Beispiel bei Ausbildung dieser Abdeckglieder als Module, lässt sich zudem eine gasdichte Ausführung der gesamten Ofendecke erzielen. Je nach Anforderungen an den Grad der Dichtheit können benachbarte Abdeckglieder miteinander verschweißt sein oder auch kraftschlüssig aneinander angrenzen. Bei Bedarf können zwischen benachbarten Abdeckgliedern Dichtmittel vorgesehen sein.
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Die Aufgabe der Erfindung wird für ein Verfahren zur Herstellung eines Abdeckglieds einer Ofendecke zudem mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Insbesondere durch die Einbringung des fließfähigen Füllmittels in den Zwischenraum zwischen den Steinen und dem Abdeckglied lässt sich ein bezüglich Hitzefestigkeit und Lebensdauer optimiertes Abdeckglied fertigen. Besonders bevorzugt, aber nicht notwendig, wird durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ein Abdeckglied nach einem der Ansprüche 1 bis 10 hergestellt.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie aus den abhängigen Ansprüchen.
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Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
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1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht durch ein Abdeckglied einer erfindungsgemäßen Ofendecke.
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2 zeigt eine Draufsicht auf das Abdeckglied aus 1.
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3 zeigt eine schematische Darstellung einer Halterung von Steinen des Abdeckgliedes aus 1.
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Das in 1 und 2 dargestellte Abdeckglied 1 überdeckt gemäß der Draufsicht nach 2 eine im Wesentlichen quadratische Fläche, die als Abdeckfläche eines Teiles einer zu überdeckenden Fläche eines Innenraums eines Schmelzofens (nicht dargestellt) anzusehen ist. Die quadratische Deckfläche des Abdeckglieds 1 wird gemäß der vorliegenden Konstruktion eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im Wesentlichen von einer massiven Metallplatte 2 überdeckt.
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Die durchgehende Metallplatte 2 weist an einer dem Innenraum des Ofens zugewandten Seite eine Anzahl von Steinen 3 auf, die über eine Mehrzahl von Haltegliedern 4 an der Metallplatte 2 aufgehängt sind.
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Auf der gegenüberliegenden, dem Innenraum des Ofens abgewandten Seite der Metallplatte 2 ist ein mäandrierend geführter Kühlmittelkanal 5 angeordnet, durch den je nach Auslegung und Bedarf gasförmiges (Luft) oder flüssiges (Wasser) Kühlmittel geführt werden kann. Der Kühlmittelkanal 5 ist aus U-förmigen Profilblechen auf die Oberfläche der Metallplatte 2 aufgeschweißt, wobei er zumindest einen Eintritt 5a und einen Austritt 5b für das Kühlmittel aufweist.
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Die Steine 3 überdecken in der Draufsicht von unten (nicht dargestellt) die Oberfläche der Metallplatte 2 bzw. die Deckfläche des Abdeckgliedes 1 im Wesentlichen vollständig. Lediglich Toleranzfugen zwischen aneinander angrenzenden Steinen 3 würden bei solcher Anordnung ermöglichen, dass Wärmestrahlung aus dem Inneren des Ofens an den Steinen 3 vorbei auf die Deckfläche bzw. Metallplatte 2 fällt. Die Überdeckung der Deckfläche durch die Steine beträgt im vorliegenden Beispiel mehr als 90%.
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Aufgrund des gegebenen Höhenverhältnisses der Steine 3, deren Länge in der Senkrechten wenigstens dem Doppelten ihrer Breite in der waagerechten Stapelrichtung beträgt, ist ein solcher Einfall von Strahlungswärme praktisch verhindert. Zugleich wird eine Beströmung der Metallplatte 2 mit reaktiven Substanzen aus dem Ofeninneren durch die Steine 3 wirksam vermindert.
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Ferner ist zwischen den im Wesentlichen dicht gepackten Steinen 3 und der Metallplatte 2 des Abdeckglieds 1 eine Schicht aus einer Stampfmasse 6 angeordnet, die als Füllmasse zwischen die Steine und die Abdeckplatte 2 eingefüllt wird.
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Dies erfolgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel nach einer Montage der Steine 3 mittels der Halteglieder 4 an der Metallplatte 2. Zum Befüllen weist die Metallplatte 2 Öffnungen auf (nicht dargestellt), durch die die Füllmasse 6 zwischen die Steine 3 und der Metallplatte 2 eingepresst wird. Die Füllmasse 6 ist zumindest in einem ersten, „grünen“ Zustand fließfähig, wenigstens pastös oder zähflüssig, so dass ein Einpressen in den Zwischenraum zwischen den Steinen 3 und der Metallplatte 2 erfolgen kann.
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Nach dem Einfüllen der Füllmassen, die z. B. als herkömmliche Stampfmasse ausgebildet sein kann, erfolgt bevorzugt ein Aushärten der Füllmasse. Dies kann im Zuge einer Vorfertigung der Abdeckglieder erfolgen oder auch im Zuge einer ersten Inbetriebnahme des Schmelzofens durch die vom Schmelzofen erzeugte Hitze.
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Die nicht dargestellten Befüllöffnungen können wiederverschließbar ausgebildet sein, so dass bei einer fertig montierten Ofendecke zu Wartungszwecken Füllmasse nachgefüllt werden kann.
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Die Halteglieder 4 sind wie folgt aufgebaut:
Eine Mehrzahl von Flacheisen 4a sind im Abstand benachbarter Steine an der Metallplatte 2 angebracht und ragen in Richtung des Ofeninnenraums vor. An jedem der Flacheisen 4a ist ein quer stehender Haltebolzen 4b angeordnet, der sich auf jede Seite eines Flacheisens 4a um etwas weniger als die Hälfte der Dicke eines der Steine 3 erstreckt und durch eine Bohrung des Flacheisens geführt ist.
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Die Steine 3 weisen jeweils eine Durchbohrung 3a in Querrichtung auf, welche der formschlüssigen Halterung der Steine 3 an den Haltegliedern 4 dient. Hierzu werden die Steine 3 zwischen zwei benachbarte Flacheisen 4a eingesetzt, wonach die Bolzen 4b durch die Durchbrechungen 3a der Steine und Bohrungen in den Flacheisen 4a gesteckt werden.
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Nach Einsatz der die Metallplatte 2 überdeckenden Steine 3 mittels der Halteglieder 4 kann eine abschließende Sicherung der Steine 3 z. B. dadurch erfolgen, dass ein das Abdeckglied 1 umlaufender Rand 7 an der Metallplatte 2 angeschweißt wird. Dieser hält die äußeren Steine 3 seitlich formschlüssig, so dass insgesamt keiner der Steine 3 aus der Ausmauerungsschicht herausfallen kann.
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Die Metallplatte 2 kann auch auf der dem Innenraum des Ofen abgewandten Seite aufgeschweißte Randbleche 8 aufweisen, z. B. um das Abdeckglied 1 an einer Tragstruktur der Ofendecke abzuhängen.
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Es versteht sich, dass das gezeigte Abdeckglied 1 von idealisiertem, quadratischem Querschnitt auch eine beliebige andere Umrissform aufweisen kann, um nach Art von gleichen und/oder verschiedenen Modulen eine Ofendecke aufzubauen. Die Kühlmittelkanäle 5 können über ihre Anschlüsse 5a, 5b seriell oder parallel miteinander verbunden sein.
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Bei einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform kann die Beströmung der Metallplatte 2 auch ohne geschlossene Kühlmittelkanäle 5 erfolgen. Zum Beispiel kann das Kühlmittel aus oberhalb angeordneten Düsen flächig auf die Metallplatten 2 geleitet werden. Hierzu können z. B. zur Verbesserung der Wärmeableitung Bleche nach Art von Kühlrippen auf der nach oben gewandten Seite der Metallplatte 2 aufgeschweißt sein. Die Beströmung einer solchen Ausführungsform kann ebenfalls mittels gasförmigem oder flüssigem Kühlmittel erfolgen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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