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Verfahren und Vorrichtung zur Kontrolle der Spannungen in heißgehenden
Gewölben, insbesondere in Gewölben von Flammöfen, wie Siemens-Martin-Öfen Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kontrolle der Spannungen
in heißgehenden Gewölben, insbesondere in Gewölben von Flammöfen, wie Siemens-Martin-Öfen.
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Heißgehende Gewölbe, insbesondere Flammofengewölbe von Hochtemperaturöfen,
z. B. Siemens-Martin-Ofen oder anderen Industrieöfen, werden vorzugsweise wegen
der auftretenden hohen Temperaturbeanspruchungen aus hochfeuerfestem Steinmaterial,
z. B. aus Magnesit- oder Chrommagnesitsteinen, hergestellt. Diese Gewölbe setzen
sich aus Längs- und Querwölbersteinen zusammen und weisen Widerlager auf, die gewöhnlich
auf der einen Ofenseite fest angeordnet, dagegen auf der anderen Ofenseite beweglich
aufgehängt sind, wobei diese beweglichen Widerlager unter der Wirkung von Pufferfedern
stehen, um den bei Temperaturänderungen erfolgenden Ausdehnungen und Zusammenziehungen
des Gewölbes Rechnung zu tragen. Bei der Herstellung solcher Gewölbe mit beweglichen
Widerlagern erfolgt vor dem `'Wegnehmen des Lehrgeriistes eine »Vorspannung« des
Gewölbes, indem die hinter den Pufferfedern vorgesehenen Spannmuttern angezogen
und die Pufferfedern dadurch gespannt werden.
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Bislang konnte die jeweils notwendige und richtige Vorspannung nicht
genau festgestellt werden. Dies ist insofern bedenklich, als sowohl eine zu geringe
Spannung als auch eine zu große Spannung verschiedene Nachteile mit sich bringen.
War die Vorspannung zu gering, so tritt als Folgeerscheinung ein Absenken des Gewölbes
am Scheitel ein. Da sich dieses Absenken des Gewölbescheitels gewöhnlich schon im
Zuge der Ausschalung des Gewölbes zeigt, so könnten in diesem Fall noch verhältnismäßig
leicht die notwendigen Maßnahmen zur Erhöhung der Vorspannung vorgenommen werden,
sofern es gelingt, die Absenkbewegungen des Gewölbescheitels festzustellen. Bleibt
jedoch die Scheitelhöhe nach dem Ausschalen des Gewölbes bestehen, so ist es völlig
unbestimmt, ob die Vorspannung in die Gewölbe gerade richtig oder aber zu groß ist.
Eine zu große Vorspannung wirkt sich aber während des Anheizens des Ofens ungünstig
auf die Gewölbesteine aus, zumal die Pufferfedern, die je nach der Spannweite, dem
Halbmesser und dem Gewicht des Gewölbes eine Tragfähigkeit von 10 bis 25 t besitzen
müssen und demzufolge wenig elastisch sind, erst bei größerer Druckzunahme elastisch
nachgeben. Beim Anheizen des Ofens wird sich insbesondere die Gewölbeinnenseite
stärker erwärmen; die aus den Wärmedehnungen sich ergebenden Druckkräfte sind aber
noch zu klein, um die Pufferfedern, wenn überhaupt, so doch in einem Maße zusammenzudrücken,
das von außen erkennbar wäre; denn erst dann können Maßnahmen zur Entspannung der
Federn vorgenommen werden. Weit empfindlicher reagiert auf Überdrücke der Scheitel
des Gewölbes. So wurde festgestellt, daß ein Ansteigen des Gewölbescheitels schon
eintritt, bevor an den Pufferfedern ein Zusammendrücken erkennbar ist. Durch dasAnsteigen
des Gewölbescheitels treten aber Schädigungen im Gewölbe auf, indem die ursprüngliche
Flächenberührung zwischen benachbarten Steinen zu einer Art Linienberührung wird,
was bedeutet, daß der auf eine Steinfläche entfallende Druck von z. B. 400 kg von
einer schmalen Streifenzone an der Steininnenseite aufgenommen werden muß. Diese
große Flächenbelastung führt zum Abdrücken größerer Steinpartien und somit zum vorzeitigen
Verschleiß des Gewölbes.
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Es ist bereits bekannt, zur Durchführung von Druckmeßversuchen an
Gewölben an mehreren Stellen des Gewölbes zwischen je zwei wassergekühlte Platten
(Blindsteine) Druckdosen einzubauen, die an einen Druckmesser (Bourdon-Druckmesser)
angeschlossen sind. Diese Meßmethode erfordert aber ein direktes Einbauen der Meßgeräte
bzw. der Druckdosen in das Gewölbe, wobei die Druckdosen zur Gänze im Gewölbe selbst
eingebettet sind, so daß sich darin Schwächestellen ergeben. Ferner ist noch zu
berücksichtigen, daß durch den Einbau der wassergekühlten Blindsteine Veränderungen
in der Umgebung der Einbausteile
herbeigeführt werden, so daß die
Meßgenauigkeit zwangläufig leidet.
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Es ist weiterhin auch bekannt, zur Messung des in feuerfesten Ofen
vorherrschenden Gasdruckes in der Mitte des Gewölbes ein Meßrohr einzuführen, das
mit einer außerhalb des Ofens angeordneten Apparatur zur Messung des Gasdruckes
in Verbindung steht. Auch dieses Meßverfahren weist den Nachteil auf, daß durch
die Einführung des Meßrohres in die Gewölbemitte Schwächestellen im Gewölbe auftreten.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, schon im Zuge der Ausschalung
des Gewölbes, aber auch später, die Spannungen im Gewölbe ohne Schädigung desselben
und unter- Gewährleistung einer großen Genauigkeit so zu kontrollieren, daß stets
die richtige Gewölbespannung eingestellt werden kann. Verfahrensmäßig wird dies
dadurch erreicht, daß der Gewölbescheitel auf radiale Hub- und Senkbewegungen abgefühlt
wird und die sich aus dieser Abfühlung ergebenden Bewegungen vergrößert oder/und
verstärkt zur Anzeige gebracht werden. Die Abfühlbewegungen können hierbei entweder
auf mechanischem Wege oder aber auch auf anderem, z. B. elektrischem Wege in vergrößerte
oder/und verstärkte Anzeigewerte umgesetzt werden. Bei diesem Kontrollverfahren
werden sohin schon geringfügige, sonst mit freiem Auge nicht wahrnehmbare Hub- oder
Senkbewegungendes GewölbescheitelszurAnzeige gebracht; damit besteht insbesondere
auch die Möglichkeit, die richtige Vorspannung beim Ausschalen des Gewölbes einzustellen,
indem zweckmäßig die stärker angespannte Pufferfeder allmählich und so lange nachgelassen
wird, bis der Gewölbescheitel gerade im Begriff ist, sich zu senken.
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Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Kontrollverfahrens besteht
darin, daß es zu seiner Durchführung nur einfacher, wenige Bauteile umfassender
Vorrichtungen bedarf. Eine solche Vorrichtung, bei welcher mittels eines beweglichen
Gliedes die Gewölbebewegungen auf einen Zeiger übertragen werden, ist im Wesen dadurch
gekennzeichnet, daß sie für die Übertragung der Bewegungen einen in Richtung der
radialen Hub- und Senkbewegungen des Gewölbescheitels beweglichen und mit diesem
Scheitel zusammenwirkenden Fühler aufweist, der mit dem Zeiger durch eine die Fühlerbewegungen
in vergrößerte Steilbewegungen des Zeigers umsetzende Einrichtung verbunden ist.
Zweckmäßig weist die die Fühlerbewegungen in vergrößerte Steilbewegungen des Zeigers
umsetzende Einrichtung wenigstens einen Übersetzungshebel auf, dessen kleinererHebelarm
mit dem Fühler und dessen erheblich größerer Hebelarm mit dem Zeiger auf Bewegung
verbunden ist; hierbei kann der Übersetzungshebel auch als Zeiger selbst ausgebildet
sein. Der Fühler besteht bei einer bevorzugten Ausführungsform aus einer mittels
Führungen radial zum Gewölbe beweglich geführten und hinsichtlich ihrer wirksamen
Länge einstellbaren Stange.
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In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, daß es bereits bekannt
ist, zur Durchführung eines Verfahrens zur Verhütung der Zerstörung von Gewölbe-
und Hängedecken für metallurgische Ofen, bei welchem die den Zusammenhalt des Mauerwerks
bewirkenden Kräfte eingeregelt werden, eine Vorrichtung zu verwenden, bei der mittels
eines Hebelarmes ein beweglich angeordnetes Gewicht gegen ein Widerlager des Mauerwerks
der Decke angepreßt wird. Ferner ist eine Einrichtung zur Kontrolle und Regelung
des auf einer Ofenverankerung lastenden Druckes bekannt, die in ihrem Wesen darin
besteht, daß sie eine ringförmige Drucktasse mit einem darin gleitenden ringförmigen
Kolben aufweist, wobei an den gebildeten Flüssigkeitsdruckraum ein Manometer angeschlossen
ist. Diese Vorrichtungen haben sich jedoch in der Praxis nicht bewährt, da brauchbare
Anhaltswerte für die Einregelung der Gewölbespannung mit Sicherheit nur durch Messung
im Gewölbescheitel erhalten werden können.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich unter anderem durch
einfache Bauart und große Betriebssicherheit aus. Auch kann die Vorrichtung leicht
an einer gut sichtbaren Stelle angeordnet werden. Von diesem Gesichtspunkt aus ist
es zweckmäßig, daß der Fühler samt seinen Führungen, die Anzeigeeinrichtung und
die Übertragungseinrichtung zu einem über dem Gewölbescheitel auf der Ouerverankerung
des Ofens befestigbaren Gerät vereinigt sind.
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Wie bereits erwähnt, können dieAbfühlbewegungen auch auf anderem als
mechanischem Wege, z. B. auch auf elektrischem Wege, in vergrößerte Anzeigewerte
umgesetzt werden. Die konstruktive Durchbildung einer solchen Kontrollvorrichtung
ist verhältnismäßig einfach. Durch einen mit dem Gewölbescheitel zusammenwirkenden
Fühler werden Stromimpulse oder Stromänderungen hervorgerufen und diese dann in
einem nach Art eines elektrischen Meßgerätes ausgebildeten Zeigerinstrument in vergrößerte
Anzeigewerte umgesetzt.
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Die Zeichnung stellt das Kontrollgerät gemäß der Erfindung in beispielsweise
Ausführung und Anwendung bei einem Hängestützgewölbe eines Siemens-Martin-Ofens
dar.
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Fig. 1 zeigt in einem Querschnitt durch den Siemens-Martin-Ofen die
Ausbildung und Anordnung der Kontrollvorrichtung in Form eines auf der Querverankerung
des Ofens befestigten Gerätes; in Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch den oberen Teil
des Ofens nach Linie II-II in Fig.1 in etwas größerem Maßstab dargestellt; Fig.3
zeigt das Kontrollgerät in Ansicht in vergrößertem Maßstab.
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Das Gewölbe 1 des Ofens stützt sich mit seinem Widerlager gegen die
beiden Widerlagerträger 2, 3 ab, von denen der Widerlagerträger 2 fest an den zur
einen Seite des Ofens verlaufenden Armierungssäulen 6 anliegt. Der andere Widerlagerträger
3 ist an Augenschraubenspindeln 4 angelenkt, die unter Vermittlung von Gelenken
5 an den oberen Querträgern 7 der Ofenarmierung aufgehängt sind. Außerdem ist der
beweglicheWiderlagerträger3 elastisch gegenüber den Armierungssäulen6' abgestützt.
Diese Abstützung besteht aus einem Führungskörper 8 mit Langlochschlitz 8', durch
den ein Drehbolzen 9 hindurchgreift. An diesen Bolzen greift das Auge einer Schraubenspindel
10 an, welche eine Pufferfeder 11 trägt, die sich mit ihrem einen Ende am Führungskörper
8 und mit ihrem anderen Ende an ein durch Schraubenmuttern 12 verstellbares Widerlager
der Schraubenspindel 10 abstützt. Durch Anziehen oder Nachlassen der Muttern 12
kann die Spannung der Pufferfeder 11 und damit die Spannung im Ofengewölfe erhöht
oder verkleinert werden.
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Das Gewölbe 1 ist bei dem gezeichneten Ausführungsbeispiel als Hängestützgewölbe
ausgebildet; es besteht aus den Rippensteinen 15 größerer Länge und den Zwischensteinen
1:6 von kleinerer Länge. Auf den von den Rippensteinen 15 gebildeten Rippen liegen
Stützträger 17 auf, an denen die Rippensteine z. B. durch Drähte 18 aufgehängt sind.
Die Stützträger 17 werden von Stangen 19 getragen, die wieder an Längsträgern
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befestigt sind. Diese Längsträger stützen sich auf den Querträgern 7 der Ofenarmierung
ab.
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Die zur Kontrolle der Spannungen im Gewölbe dienende Vorrichtung 21
besteht, wie insbesondere Fig. 3 zeigt, aus einer am Gewölbescheitel a sich abstützenden,
im wesentlichen radial zum Gewölbe stehenden Stange 22, die in Führungsrollen 23,
24 verschiebbar geführt ist. An einer zwischen den Führungen 23, 24 liegenden Stelle,
zweckmäßig in der Mitte, ist die Stange 22 mit einem Querzapfen 25 ausgestattet,
der in einen Schlitz 26 eines bei 27 drehbar gelagerten Zeigers 28 eingreift.
Der Zeiger 28 ist als zweiarmiger Hebel mit ungleich langen Hebelarmen ausgebildet.
An dem kürzeren Hebelarm greift mittels des Gelenkes 25, 26 die Stange22 an; der
wesentlich längere, z. ß. zehnfach längere, andere Hebelarm bildet den eigentlichen
Zeiger mit der Zeigerspitze 28', die au: eine Skala 29 einspielt. Diese Skala befindet
sich auf einer Grundplatte 30, welche den Drehbolzen 27 sowie die Führungen 23,
24 trägt und lösbar oder fest auf dein oberen Ouerträger 7 befestigt ist. Die wirksame
Länge der Stange 22, das ist die Länge zwischen dem unteren, am Gewölbescheitel
a. aufliegenden Ende und dem Gelenkzapfen 25, kann verstellt werden. Zu diesem Zwecke
ist der untere Stangenteil 22' längs verschiebbar in einem rohrförmigen Stangenteil
22" gelagert und kann durch eine Stellschraube 31 in der jeweils eingestellten Lage
festgestellt werden.
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Durch die Stange 22 wird der Gewölbescheitel a auf radiale Hub- und
Senkbewegungen abgefühlt. Diese radialen Hub- und Senkbewegungen sind ein Zeichen
dafür, daß die Spannung im Gewölbe zu groß oder zu klein ist. Senkt sich der Gewölbescheitel
a auch nur um ein ganz kleines Maß, so wird diese Senkbewegung durch den Zeiger
28 auf der Minusseite der Skala 29 erheblich vergrößert zurAnzeige gebracht. Umgekehrt
wird bei einer auch nur sehr geringen Hubbewegung des Gewölbescheitels der Zeiger
28 nach der entgegengesetzten Seite, also der Plusseite der Skala, ausschlagen.
Man hat es hierdurch in der Hand, sofort die erforderlichen Gegenmaßnahmen zu ergreifen,
d. h. durch Anziehen oder Nachlassen der Muttern 12 den Druck der Pufferfedern 11
und damit die Spannung im Gewölbe zu erhöhen oder zu verkleinern.
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Bei der Herstellung eines Gewölbes mit abgefederten Widerlagern wird
dem Gewölbe vor der Ausschalung, also vor der Wegnahme des Lehrgerüstes, eine Vorspannung
durch Anziehen der Muttern 12 gegeben. Zeigt sich im Zuge der Ausschalung ein wenn
auch sehr kleiner Zeigerausschlag nach der Minusseite, so ist dies ein Zeichen dafür,
daß das Gewölbe die Tendenz hat, sich im Scheitelpunkt zu senken, «-as bedeutet,
daß die Spannung der Pufferfedern und damit die Spannung im Gewölbe zu gering ist.
In diesem Fall werden die Muttern angezogen, bis der Zeiger seine Nullstellung erreicht
hat. Zweckmäßiger ist es aber, die Vorspannung von vornherein größer zu wählen und
nach dem Ausschalen des Gewölbes die Spannung der Pufferfedern allmählich nachzulassen,
bis die richtige Spannung erreicht ist. Dies zeigt der Zeiger dadurch an, daß er
schwach zu vibrieren beginnt.
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Das beschriebene Gerät stellt nur eine der vielen möglichen Ausführungsformen
dar und kann auch geändert werden. So kann z. B. der Fühler aus einem Hebel bestehen
und gegebenenfalls mit dem Zeiger unmittelbar vereinigt sein. Auch kann zwischen
Fühler und Zeiger ein besonderes Zwischenhebelwerk oder ein anderer Übertragungsmechanismus
vorgesehen sein, der zumindest eine Übersetzung in sich schließt. Ferner können
auch zusätzliche optisch oder/und akustisch wirkende Alarmvorrichtungen vorgesehen
sein. Auch akustische Signalgebung ist möglich; die übertragenen Werte kommen verstärkt
zur Anzeige. Auch können neben mechanisch auch elektrisch oder sonstwie betätigte
Anzeigegeräte mit oder ohne Alarmvorrichtung vorgesehen werden.