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Ausmauerung für Drehrohröfen großer Durchmesser mittels Keilsteinen
Im Bau von Drehrohröfen ist man bestrebt, den Ofendurchmesser zu vergrößern. Bei
der Ausmauerung solcher Ofen mit Durchmessern von etwa 3 bis 4m, und darüber verursacht
die Sicherung der feuerfesten Auskleidung vor dem Einstürzen, zur dem es unter anderem
als Folge der bei Rotation des Ofens auftretenden lockernden Kräfte kommen kann,
Schwierigkeiten, welche hauptsächlich dadurch bedingt sind, daß die der Ausmauerung
dienenden Gewölbesteine wegen der geringen Krümmung der Ausmauerung eine geringe
Keiligkeit aufweisen.
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"hur sicheren gegenseitigen Verankerung benachbarter Steine sind zahlreiche
Maßnahmen bekannt. Diese Verankerung kann dadurch erreicht werden, daß die Keilsteine
eine Blechauflage erhalten, die in der Hitze zu einer die Steine monolithisch verbindenden
Verkittung führt, oder aber dadurch, daß man die Gewölbesteine mit einer seitlichen
Profilierung versieht. Hierher gehört auch jener feuerfeste Stein, der eine in Draufsicht
spitzwinkelige Dreiecknut auf der einen und eine entsprechende Feder auf der gegenüberliegenden
Seite aufweist.
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Es sind auch Blechmantel-Keilsteine bekannt, das sind Keilsteine mit
Blechauflagen, die mit dem feuerfesten Material fest verbunden sind. Diese Steine
haben zwar den Vorteil großer Maßhaltigkeit, was für die Herstellung von Drehrohrofenausmauerungen
großen Durchmessers wichtig ist, aber bei schwach gekrümmter Auskleidung gewährleistet
die bloße Keilform derartiger Steine noch keine sichere Verankerung untereinander,
besonders nicht, solange die Steine noch nicht durch Oxydation ihrer Blechauflagen
verkittet sind. Die genannten Keilsteine mit spitzwinkeligem dreieckigem Vorsprung
und ebensolcher Ausnehmung lassen grundsätzlich eine bessere Verankerung untereinander
erwarten, besonders wenn es sich um gebrannte Steine handelt; diese besonders profilierten
Steine sind aber des Brandes wegen nicht mit der Maßhaltigkeit herstellbar, wie
sie für die Erzielung von schwachgewölbten, ringförmigen, rotierenden Ausrnauerungen,
an welche die Forderung hinreichender Festigkeit gestellt werden muß, nötig wäre,
um kleinste Relativbewegungen zwischen den Steinen auszuschließen. Die Verwendung
von Mörtel würde zwar diese Bewegungen beseitigen, aber andererseits die Wirkung
der Profilierung wieder abschwächen. Hingegen zeigen ungebrannte Steine dieser Art
zu Beginn der Ofenreise eine verminderte Festigkeit, und dies ist dann bedenklich,
wenn eine aus solchen Steinen bestehende Ausmauerung jener zusätzlichen Wechselbeanspruchung
unterworfen wird, wie sie als Folge der Drehung des Ofenfutters auftritt.
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Bei der Ausmauerung großer Rotieröfen für Hochleistungsbetrieb, d.
h. Öfen mit großem Durchmesser und bereichsweise höchsten Arbeitstemperaturen, wirken
neben den mechanischen Beanspruchungen auf das Futter noch besondere Wärmebeanspruchungen,
die sich einerseits in Wärmespannungen umsetzen, andererseits eine örtliche Festigkeitsherabsetzung
bewirken. Es wirkt also auf die Auskleidung a) das Eigengewicht derselben, b) das
Gewicht des Brenngutes und c) die Wärmebeanspruchung. Die Beanspruchungen a) und
b) wirken sich dynamisch aus, weil der Ofen rotiert. Festigkeitstechnisch gesehen
liegt der Fall der Beanspruchung eines Ringes durch äußere und innere umlaufende
Kräfte, also solche periodisch wechselnder Richtung, vor.
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Die Beanspruchungen a) und b) wirken, gesehen im Querschnitt senkrecht
zur Ofenachse, auf eine elliptische Deformation ebenfalls mit ständig wechselnder
Richtung hin; im Längsschnitt durch die Ofenachse betrachtet, kommt es zu einem
Durchhang des gesamten Ofens und damit auch des Futters zwischen den jeweiligen
Auflagern, ebenfalls mit dauernd wechselnder Richtung.
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Als man im Bau von Rotieröfen daranging, zwecks Vergrößerung des Durchsatzes
den Ofendurchmesser und die Arbeitstemperaturen zu steigern, ist man vielfach der
Auffassung gewesen, daß man den auftretenden Anforderungen mit einer Auskleidung
aus blechummantelten Keilsteinen genügen könne, besonders wenn man auf basisches
oder neutrales hochwertiges, feuerfestes Material (Magnesit, Chromit usw.) übergeht.
Man erwartete, gestützt auf die Erfahrungen
aus dem Stabilofenbau,
daß sich die blechummantelten Steine zu einem monolithischen Körper verbinden würden.
Diese Erwartungen haben sich aber nur in einem beschränkten Ausmaß erfüllt und keineswegs
bei großen Ofendurchmessern; der erwähnte Durchhang und die Deformationsarbeit wirken
nämlich einer Monolithbildung entgegen; teilweise führen sie nachträglich wieder
zu Rissen. Wenn jetzt der Keilwinkel der einzelnen Steine nicht groß genug ist,
kann es dazu kommen, daß solche Steine in das Innere des Rohres stürzen. Der Absturz
von Ausmauerungsteilen bedingt Betriebsstillstände, die um so nachteiliger sind,
je größer der Durchsatz des Ofens ist.
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Um diese nachteiligen--Erscheinungen auszuschalten, bieten sich verschiedene
Möglichkeiten an: Man könnte die Wandstärke- und--. Steifheit des Ofenrohres vergrößern,
um den Durchhang zu verkleinern, doch bedingt dies einen beträclitlichen Materialaufwand;
man könnte. ferner den Keilwinkel der -Auskleidungssteine vergrößern, aber dies
bedeutet wegen der geringen Krümmung des Ofenmantels großer Ofen eine sehr beträchtliche
Vergräßerung der Steinformate und damit Herstellungsschwierigkeiten und Verteuerungen
auf der Seite des Steinherstellers; auch leidet die Oualität der Steine unter einer
übermäßigen Vergrößerung derselben.
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Hier setzt nun die Erfiridüng ein. Die vorliegende Ausmauerung kennzeichinet
sich dadurch, daß die Keilflächen der Keilsteine-einerseits keilförmige Ausnehmungen,
andererseits dazu passende Vorsprünge besitzen, mindestens eine der Keilflächen
jedes Steines eine mit dem Steinmateriäl-innig verpreßte oxydierbare ,Metallauflage
aufweist und die Flanken der Vorsprünge bzw. Ausnehmungen mit den jeweils zugehörigen
übrigen Keilflächen einen Winkel von 30 bis 50° einschließen.
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Keilnutsteine, das sind Steine mit in Draufsicht spitzwinkeligen Verankerüngsvorsprüngen
und ebensolchen Ausnehmungen mit Blechauflage, sind nicht neu. Die Erfindung besteht
aber zum Teil auch darin, bei . derartigen Steinen mit Blechauflagen den Verankerungsvorsprüngen
und -ausnehmungen einen ganz bestimmten Verlauf ihrer Flanken zu erteilen. Dadurch,
daß diese Flanken zu der sie verbindenden Stirnfläche des Steines unter einem relativ
kleinen, d. h. von 90° erheblich abweichenden Winkel geneigt sind, erzielt man (neben
preßtechnischen Vorteilen) eine vereinfachte Verlegung der das Futter bildenden
Steine, indem es nunmehr nicht nötig ist, jeden Stein auf den Nachbarstein, der
das Komplement des Vorsprunges bzw. der Ausnehmung aufweist, in Richtung senkrecht
zur Steinoberfläche aufzusetzen; es gelingt jetzt dank der genannten Neigung, ihn
seitlich schief in seine Endlage zu bringen. Es hat sich ergeben, daß dies einerseits
die Verlegungsarbeit vereinfacht und daß andererseits im fertigen, noch kalten Mauerwerk
gewisse geringfügige Bewegungsmöglichkeiten verbleiben, die zur Folge haben, daß
sich die Steine im Zuge des Anheizens gegenseitig in die bestmögliche Endlage verschieben,
in der sie schließlich verfritten, womit eine wesentliche Ursache eines vorzeitigen
Versagens der Ofenauskleidung weitestgehend ausgeschaltet wird; diese vorübergehende
Bewegungsmöglichkeit reduziert unerwünschte innere Spannungen des Futters und ist
nicht mit den schädlichen, dauernd bestehenden Bewegungsmöglichkeiten . früherer
Ausführungen zu verwechseln. Das Ziel der Wahrung einer anfänglichen gegenseitigen
Beweglichkeit der Steine wird noch besser erreicht, wenn man sie unter Zwischenlegung
nachgiebiger Zwischenlagen verlegt oder die Blechauflagen bereichsweise deformierbar
ausbildet.
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Für manche Ofen hat man die Steine so ausgebildet, daß sie aus zwei
Zonen aufgebaut sind, wobei der feuerseitige Bereich aus hochfeuerfestem, z. B.
Magnesit, Chrommagnesit u. dgl., der dem Ofenmantel zugekehrte Bereich aus wärmedämmendem
Material besteht. Dieser an sich bekannte Steinaufbau kann auch vorliegendenfalls
angewendet werden.
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Bei großen Innentemperaturen kommt es Bekannterweise im feuerseitigen
Steinbereich zu Abplatzungen, die durch metallische Einlagen vermindert werden können.
Auch dieser Steinaufbau kann im Rahmen der Erfindung verwendet werden.
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Bei der Zustellung von Öfen ist es von besonderer Wichtigkeit, die
Zustellungszeit möglichst zu verkürzen. Aus diesem Grunde schlägt die Erfindung
vor, daß die Steine in Ofenlängsrichtung mindestens doppelt so lang wie breit sind.
Solche Steine können so ausgeführt werden, daß sie auf der doppelt langen Seitenfläche
ebenfalls nur einen trapezförmigen Vorsprung und eine entsprechende Ausnehmung auf
der gegenüberliegenden Seite aufweisen oder aber den Stein mit zwei Vorsprüngen
oder einem Vorsprung und einer Ausnehmungen in Trapezform auf der einen und zwei
entsprechende Ausnehmungen bzw. eine entsprechende Ausnehmung und einen entsprechenden
Vorsprung auf der gegenüberliegenden Seitenfläche aufweisen. Mit solchen Steinen
ist es dann auch möglich, verschiedenartige Ausmauerungssysteme zu entwickeln, indem
man die Steine direkt hintereinander oder um eine halbe Steinlänge versetzt anordnet
oder aber die trapezförmigen Vorsprünge bzw. Ausnehmungen auf der Steinoberfläche
in gleicher oder verschiedener Richtung konvergieren läßt. Für jede Variante sind
alsdann bestimmte Anordnungen von besonderem Vorteil, andererseits bestimmte Anordnungen
nicht durchführbar.
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Bei der Ausmauerung von Öfen ringförmigen Querschnittes, insbesondere
Drehrohröfen, ist es oft von großem Vorteil, bei der Verwendung erfindungsgemäßer
Steine im gesamten Ofen oder in bestimmten Ofenpartien die in der Längsrichtung
der Ausmauerung aufeinanderfolgenden Steine aus unterschiedlichem Material zu verwenden,
um durch diese Anordnung für bestimmte Fälle-verbesserte Ofeneigenschaften, sei
es bessere mechanische Eigenschaften, Ansatzbildung od. dgl., zu erhalten. Im Sinne
der Erfindung werden gegebenenfalls abwechselnd saure und basische, neutrale und
basische Magnesit-Chrom- und Chorm-Magnesit-Steine und andere Zusammenstellungen
verwendet werden können.
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In der schematischen Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt.
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Fig. 1 bis 3 zeigen einen Keilstein in Vorderansicht bzw. im Grundriß
und in Seitenansicht, teilweise geschnitten; Fig. 4 ist die der Fig. 3 entsprechende
Seitenansicht eines Steines, dessen Keiligkeit durch Divergenz der Schmalseiten
entsteht; Fig. 5 und 7 zeigen zwei erfindungsgemäße Steine, die doppelt so lang
wie breit sind, und Fig. 6, 8 und 9 damit mögliche Verlegungsarten. Im Grundriß
nach Fig. 2 sieht man die Stirnfläche 1 eines erfindungsgemäßen Steines mit einem
Vorsprung 2 und einer Ausnehmung 3, bei welcher der Flankenwinkel ß gegenüber der
zugehörigen Steinfläche etwa zwischen 30 und 50 und zweckmäßig 45° beträgt. 4 zeigt
die metallische Auflage, die sich in diesem besonderen Falle über die Seitenfläche
mit dem
Vorsprung und eine an diese Seite senkrecht anschließende
Schmalseite erstreckt, aber auch drei oder alle vier Seiten des Steines bedecken
kann. Der Aufriß (Fig. 1) zeigt die Trapezform der Ausnehmung 3 mit den Flanken
5. Fig. 3 zeigt einen aus zwei Bereichen verschiedenen Materials bestehenden Stein,
wobei z. B. 8 Isoliermaterial und 9 hochfeuerfestes Material sein könnte.
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Fig. 5 zeigt den doppelt langen Stein 10 mit zwei Vorsprüngen 11 auf
der einen und zwei Ausnehmungen 12 auf der gegenüberliegenden Seite und in Fig.
6 die mit solchen Steinen möglichen Ausmauerungsarten. Diese feuerfesten Steine
können direkt aufeinander gemauert sein, 13, oder aber um eine halbe Steinlänge
versetzt, 14, eingebaut werden.
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In Fig.7 stellt 20 ebenfalls einen doppelt langen Stein dar, der jedoch
auf den zwei gegenüberliegenden Seiten je einen Vorsprung 21 und eine Ausnehmung
22 besitzt. Mit einem solchen Stein ist nur eine Verlegung 23 (Fig.8) möglich, bei
der Stein auf Stein unversetzt folgt. Ein Versetzen um die halbe Steinlänge wäre
nur bei Verwendung von zwei Steinformaten möglich. Die Anordnung des Vorsprunges
und der Ausnehmung nach Fig.9 (strichliert, 24, in Fig.7) erlaubt wiederum nur die
um eine halbe Steinlänge versetzte Ausmauerungsart, wie sie Fig. 9 zeigt.