DE1089319B

DE1089319B - Contact mass for expansion joints

Info

Publication number: DE1089319B
Application number: DED30789A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Dr Alfred Roeder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1959-06-03
Filing date: 1959-06-03
Publication date: 1960-09-15

Description

Kontaktmassen für Dehnfugen Die Erfindung betritt eine Kontaktmasse für Dehnfugen, insbesondere Kohlenstoffstampfmassen, die durch Beimengung von stückigen Metallteilchen bestimmter Formen und Abmessungen in variablen Mischungsverhältnissen neben einer absoluten Erhöhung des Wärmeleitvermögens ein definiertes Porenvolumen erhalten.Contact compounds for expansion joints The invention involves a contact compound for expansion joints, especially carbon rammed earths, which are caused by the addition of lumpy Metal particles of certain shapes and dimensions in variable mixing ratios in addition to an absolute increase in thermal conductivity, a defined pore volume obtain.

Zwischen der Herd- oder Ofenraumausmauerung von Hochtemperaturöfen, z. B. elektrothermischen Metallreduktions- oder Schmelzöfen, und der meist vollständig geschlossenen Luft- oder wassergekühlten, stark armierten äußeren Blechwand verbleibt stets eine Dehnfuge, die die thermische Ausdehnung des Mauerwerks aufnehmen soll. Das in die Dehnfuge eingebrachte, auch als Kontaktmasse bezeichnete Füllmaterial muß daher eine hohe prozentuale Stauehung zulassen und außerdem ein gutes Wärmeleitvermögen besitzen.Between the hearth or furnace chamber lining of high-temperature furnaces, z. B. electrothermal metal reduction or melting furnaces, and most of them completely closed air or water-cooled, heavily armored outer sheet metal wall remains always an expansion joint that is supposed to absorb the thermal expansion of the masonry. The filler material introduced into the expansion joint, also known as the contact compound must therefore allow a high percentage stowage and also a good thermal conductivity own.

Bisher wurde diese Dehnfuge mit losen Füllmaterialien, z. B. Schamottemehl, die meist eine sehr niedrige Wärmeleitzahl A, (unter 0,5 kcal/' C # h - m2) und ein hohes, undefiniertes Porenvolumen haben, ausgefüllt. Das Füllmaterial der Dehnfuge muß ein bestimmtes nutzbares Porenvolumen besitzen, das im allgemeinen nicht wesentlich größer sein soll als die Volumenverminderung der Dehnfuge durch die Ausdehnung des Ofenmauerwerks, damit nach beendigter Ausdehnung das Ofenmauerwerk über die kompriinierteHinterfüllmasse die Druckfestigkeit derAußenarmierung voll ausnutzt. Durch die hierdurch bedingte höhere Versparmung des Ofenmauerwerks ist eine beträchtliche Verlängerung der Lebensdauer des Mauerwerks zu erzielen. Von gleicher, wenn nicht sogar noch größerer Wichtigkeit ist ein gutes W firmeleitvermögen der Hinterfüllmasse, damit der Wärmewiderstand der Dehnfuge klein ist; je kleiner der Wärmewiderstand in der Dehnfuge ist, desto kleiner ist der Temperaturabfall an der Dehnfuge, bezogen auf gleichen Wärmestrom, und der Temperaturgradient im Mauerwerk steigt dadurch an. Dem geringsten Verschleiß an der Hochtemperaturseite unterliegt derjenige Ofenstein, der .bei sonst gleichen Verhältnissen im Ofen und gleicher Steindicke den höchsten Temperaturgradienten besitzt. Die Füllmasse sollte eine Wärmeleitzahl besitzen, die etwa so hoch wie die des Mauersteines ist (für Schamottestein A > 1, für Kohlenstoffsteine Z. _> 2,5). Diese Bedingung wird jedoch im allgemeinen nicht erfüllt, weil die Forderungen nach einem hohen Stauchungsvermögen und einer großen Wärmeleitzahl sich in gewisser Weise ausschließen; denn ein großes Stauchvermögen wird mit einem entsprechend hohen Porenvolumen erkauft, und eine Zunahme des Porenvolumens be"virkt stets eine Abnahme des Wärmeleitvermögens. Man muß also das nutzbare Porenvolumen auf das benötigte Mindestmaß beschränken und außerdem ein Füllmaterial mit hoher Wärmeleitzahl verwenden oder versuchen, die Wärmeleitzahl von Materialien mit schlechtem Wärmeleitvermögen durch Zusätze mit gutem Wärmeleitv ermögen zu verbessern.So far, this expansion joint has been filled with loose filler materials, e.g. B. fireclay flour, which usually have a very low coefficient of thermal conductivity A, (below 0.5 kcal / 'C # h - m2) and have a high, undefined pore volume, filled. The filling material of the expansion joint must have a certain usable pore volume, which is generally not essential should be greater than the volume reduction of the expansion joint due to the expansion of the Furnace masonry, so that after expansion is complete, the furnace masonry over the compressed backfill mass makes full use of the compressive strength of the external reinforcement. Due to the resulting higher savings in the kiln masonry is a considerable extension of the service life of the masonry. Of equal, if not greater, importance is a good thermal conductivity of the backfill compound, so the thermal resistance the expansion joint is small; the smaller the thermal resistance in the expansion joint, the more the temperature drop at the expansion joint is smaller, based on the same heat flow, and the temperature gradient in the masonry increases as a result. The least amount of wear and tear on the high-temperature side, that furnace stone is subject to that which is otherwise identical Conditions in the furnace and the same stone thickness have the highest temperature gradient owns. The filling compound should have a coefficient of thermal conductivity that is about as high as that of the brick is (for firebrick A> 1, for carbon bricks Z. _> 2.5). However, this condition is generally not met because of the requirements after a high compression capacity and a high coefficient of thermal conductivity to a certain extent Way to exclude; because a large compression capacity is combined with a correspondingly high one Pore volume is bought at the expense, and an increase in pore volume always results in a decrease of thermal conductivity. So you have to reduce the usable pore volume to what is required Limit the minimum size and also use a filler material with a high coefficient of thermal conductivity or try to reduce the thermal conductivity of materials with poor thermal conductivity to improve with additives with good thermal conductivity.

Es ist bekannt, Schamottemehlhinterfüllmassen mit Metalldrehspänen zu versetzen, um die Wärmeleitzahl zu verbessern.It is known to use fireclay backfilling masses with metal turnings to move to improve the coefficient of thermal conductivity.

Dieses Verfahren hat folgende Mängel: Die Wärmeleitzahl von geschütteter Schamottehinte-rfüllmasse liegt, wie durch Messung der Wärmeleitzahl gefunden wurde, unter 0,5 und steigt auch in lockeren Schüttungen, die mit 5 bis 10' Volumprozent Ei.sendrehspänen versetzt sind, nicht an. Offensichtlich steigt durch den Einbau sperriger Eisendrehspäne das die Wärmeleitung vermindernde Porenvolumen so stark an, daß sich die bessere Wärmeleitung der Drehspäne nicht auswirken kann. Außerdem ist ein höherer Prozentsatz als 10 bis 11 Volumprozent Eisendrehspäne auch bei sorgfältiger Schichtung nicht unterzubringen. Die Wärmeleitfähigkeit von Schamottemehl mit Drehspänen steigt erst bei stärkeren Preßdrücken, z. B. über 1 kg/cm2, über die des reinen Schamottemehls an, und zwar von etwa 0,8 auf 1,0. Der Absolutwert von 1,0 ist aber noch viel zu gering im Hinblick auf die hohe Wärmeleitfähigkeit der Ofensteine. So haben Hartschamottesteine ,-Werte um 1,5 und große Kohlenstoffrblöcke solche um 3,0, und nur diejenigen Hinterfüllmassen, die eine gleiche oder höhere Wärmeleitzahl besitzen, sind geeignet, die Ausmauersteine optimal zu schützen.This method has the following deficiencies: The thermal conductivity of poured fireclay back filler is, as was found by measuring the thermal conductivity, below 0.5 and does not increase even in loose fillings that contain 5 to 10 percent by volume of egg shavings. Obviously, through the installation of bulky iron turnings, the pore volume, which reduces the heat conduction, increases so much that the better heat conduction of the turnings cannot have any effect. In addition, a percentage higher than 10 to 11 percent by volume of iron turnings cannot be accommodated even with careful layering. The thermal conductivity of fireclay flour with turnings only increases at higher pressures, e.g. B. over 1 kg / cm2, over that of the pure fireclay flour, from about 0.8 to 1.0. However, the absolute value of 1.0 is still far too low in view of the high thermal conductivity of the furnace bricks. Hard fireclay bricks have values around 1.5 and large carbon blocks around 3.0, and only those backfilling compounds that have the same or higher thermal conductivity are suitable for optimally protecting the brickwork.

Alle diese Forderungen werden von der vorliegenden Erfindung erfüllt, ohne die oben aufgeführten Mängel der bekannten Massen bzw. Verfahren aufzuweisen. Gegenstand dieser Erfindung ist eine Kontaktmasse für Dehnfugen für Hochtemperaturöfen, z. B. elektrothermische Metallreduktions- oder -schmelzöfen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie aus einer Kohlenstoffstampfmasse mit stückigen metallischen Beimengungen, z. B. Plättchen, vorzugsweise mit einem Durchmesser von etwa 25 mm und einer Dicke von etwa 5 mm, oder Stäbchen, vorzugsweise mit einem Durchmesser von etwa 5 mm und einer Länge von 20- bis' 50 mm, besteht.All of these requirements are met by the present invention, without having the above-mentioned deficiencies of the known masses or processes. The subject of this invention is a contact compound for expansion joints for high-temperature furnaces, z. B. electrothermal metal reduction or melting furnaces, which are characterized is that they are made of a carbon rammed earth with lumpy metallic Admixtures, z. B. platelets, preferably with a diameter of about 25 mm and a thickness of about 5 mm, or rods, preferably with a diameter of about 5 mm and a length of 20 to 50 mm.

Diese Beimengungen metallischer Teile mit einem Verhältnis von Länge zu Durchmesser möglichst über 1, z. B. runde Eisenmetallplättchen, beispielsweise mit einem Durchmesser von 20 mm und einer Dicke von 5 mm, dienen einmal der absoluten Verbesserung der Wärmeleitung. DieWärmeleitung steigt ungefähr proportional mit der ,Masse der Beimengungen an, z. B. von 2,0 auf 2,5 kcal/' C - h - m2 für etwa 20 Volumprozent Metallbeimengung. Das nutzbare Porenvolumen steigt ebenfalls etwa linear mit den Beimengungen an, und zwar bis 20 Volumprozent Beimengung von 0 auf 100%.These admixtures of metallic parts with a ratio of length to diameter if possible over 1, z. B. round iron metal plates, for example with a diameter of 20 mm and a thickness of 5 mm, serve the absolute Improvement of heat conduction. The heat conduction increases approximately proportionally the, mass of admixtures, z. B. from 2.0 to 2.5 kcal / 'C - h - m2 for about 20 percent by volume of metal added. The usable pore volume also increases approximately linearly with the admixtures, namely up to 20 percent by volume admixture from 0 100%.

Unter nutzbarem Porenvolumen ist der Porenvolumenanteil zu verstehen, der mit einem bestimmten Preßdruck, meistens dem maximalen Druck auf den Ofenpanzer, also etwa 10 bis 20 kg/cm'!, noch zusammengestaucht werden kann. Das nutzbare Porenvolumen von stark gepreßter Kohlenstoffstampfmasse, z. B. 10 bis 20 kg/cm2, mit einem spezifischen Gewicht um 1,3 bis 1,5 g/em3 ist danach für diesen Druck gleich Null.The usable pore volume is to be understood as the proportion of pore volume, the one with a certain pressure, usually the maximum pressure on the furnace shell, So about 10 to 20 kg / cm '!, can still be compressed. The usable pore volume of heavily compressed carbon rammed earth, e.g. B. 10 to 20 kg / cm2, with a specific Weight around 1.3 to 1.5 g / em3 is then zero for this pressure.

Die Wärmeleitzahl verläuft für die porige Ausgangssubstanz umgekehrt proportional zum Porenvolumen, und zwar findet man .l-Werte von 1,75 bei 20% Poren und 1,5 bei 40% Poren, aber, bezogen auf den Feststoffanteil, den man nach der vollzogenen Pressung mit 10 bis 20 kg/cm2 in der Dehnfuge erhält, resultiert eine höhere Wärmeleitzahl (2. größer als 2,0) als in reiner, mit 10 :bis 20 kg/cm2 gepreßter Stampfmasse.The coefficient of thermal conductivity is reversed for the porous starting substance proportional to the pore volume, namely .l values of 1.75 are found with 20% pores and 1.5 with 40% pores, but, based on the solids content that one after the completed Presence of 10 to 20 kg / cm2 in the expansion joint results in a higher coefficient of thermal conductivity (2. greater than 2.0) than in pure ramming mass pressed with 10: to 20 kg / cm2.

Ergänzend sei angeführt, daß Metallbeimengungen von rein kugeliger Form und großem Radius die Wärmeleitung kaum beeinflussen und daß bei Verwendung von Kugeln mit kleinem und sehr kleinem Radius, z. B. Metallmehl, die Wärmeleitzahl durchweg stark absinkt. Beispiel Die Dehnfuge eines mit Kohlenstoffblöcken gemauerten rechteckigen Herdes eines 30 tato Zinkreduktion.sofens wird entsprechend einer benötigten Zusammenstauchbarkcit der 14 cm breiten Fuge von 10 Volumprozent (nutzbares Porenvolumen) mit Kohlenstoffstampfmasse aus gestampft, der 100% größere Metallstücke mit einem Verhältnis von Länge zu Durchmesser > 1 für Stellen mit 10 Volumprozent nutzbaren Porenvolumens beigemengt werden. Der wasserberieselte Panzer ist für einen Maximaldruck von 10 kg/cm2 ausgelegt.In addition, it should be noted that metal admixtures of purely spherical Shape and large radius hardly affect the heat conduction and that when used of balls with small and very small radius, e.g. B. metal powder, the coefficient of thermal conductivity drops sharply throughout. Example The expansion joint of a brick walled with carbon blocks rectangular stove of a 30 tpd zinc reduction oven is required according to a Compressibility of the 14 cm wide joint of 10 volume percent (usable pore volume) tamped with carbon rammed earth, the 100% larger pieces of metal with a Ratio of length to diameter> 1 for places with 10 volume percent usable Pore volume are added. The water-sprinkled tank is for a maximum pressure of 10 kg / cm2.

Nach längerer Betriebsdauer des Ofens zeigt sich, daß die Wärmedehnung des Mauerwerks voll durch Kompression des nutzbaren Porenvolumens aufgefangen wird. Der Panzer hat sich nicht gedehnt. Der Wärmekontakt der Kohlenstoffsteine zur Blechwand ist vorzüglich. Das Temperaturgefälle in den bis zu 1,5 m mächtigen Kohlenstoffsteinen fällt praktisch im Stein linear ab von -der maximalen Ofenraumtemperatur von 1400' C auf die Temperatur der gekühlten Blechwand von etwa 50' C. Wegen des guten Wärmekontaktes treten auch kaum Verschleißerscheinungen am Herdboden und an den Herdwänden auf. Die übliche Lebensdauer von etwa 2 bis 3 Monaten für solche Reaktionsöfen mit oxydhaltigen Schlackenbädern wird weit überschritten.After the furnace has been in operation for a long time, it becomes apparent that the thermal expansion of the masonry is fully absorbed by compressing the usable pore volume. The tank has not stretched. The thermal contact of the carbon bricks with the sheet metal wall is excellent. The temperature gradient in the up to 1.5 m thick carbon stones practically falls linearly in the stone from -the maximum furnace chamber temperature of 1400 ' C to the temperature of the cooled sheet metal wall of about 50 ° C. Because of the good thermal contact there are also hardly any signs of wear and tear on the oven base and on the oven walls. The usual service life of about 2 to 3 months for such reaction furnaces with oxide Slag baths are far exceeded.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Contact compound for expansion joints for high-temperature furnaces, z. B. electrothermal 'metal reduction or melting furnaces, characterized in that that these are made of a carbon rammed earth with lumpy metallic additions, z. B. platelets with a diameter of about 25 mm and a thickness of about 5 mm or rods with a diameter of about 5 mm and a height of 20 to 50 mm.

2. Contact mass according to claim 1, characterized in that the rods preferably have a length of 20 to 50 mm and a diameter of about 5 mm.

3. Contact compound according to claim 1 and 2, characterized in that its usable pore volume is adjusted by varying the shape and the amount of metal content. Considered publications: German Patent Specifications Nos. 255 523, 666 039, 733803.