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Hängedecke für metallurgische Öfen, insbesondere Siemens-Martin-Öfen
Es sind Ofendecken für Siemens-Martin-Öfen bekannt, die als Gewölbe ausgebildet
sind, wobei sich alle Deckensteine gegeneinander abstützen. Es sind auch Kappengewölbe
bekanntgeworden, bei denen sich kürzere Gewölbeelemente jeweils gegen Rippen abstützen,
die wiederum gegen den nächsten kürzeren Gewölbeteil abgestützt sind, wobei die
Rippen die Querfestigkeit ergeben sollen.
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Die Kappengewölbe bedeuteten den Gewölben gegenüber keinen Fortschritt
und konnten sich ihrer komplizierten und aufwendigen Bauart wegen nicht durchsetzen.
Die Druckverhältnisse waren bei ihnen nicht besser als bei durchgehenden Gewölben.
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Es ist auch bereits ein Hängegewölbe bekanntgeworden, bei dem die
Rippensteine nasenartige Vorsprünge haben und mit Hilfe diese umfassender Drahtschlingen
aufgehängt sind. Die Feldsteine und die Rippensteine sind mit konvergierenden seitlichen
Flächen ausgebildet, da sie sich, wie bei Gewölben üblich, gegeneinander abstützen.
Ihre Flächen quer zur Richtung der Wölbung sind geneigt, so daß auch noch eine Abstützung
quer zur Rippenrichtung stattfindet. Auch hier treten, wie bei allen Gewölben, starke
Druckbeanspruchungen auf, da das Eigengewicht über die geschlossenen Steinreihen
in Gewölberichtung auf die Widerlager übertragen werden muß. Die Träger werden wirksam,
insbesondere zur Verhinderung von Verformung, beim Steigen oder Senken des Gewölbes
oder zur Ermöglichung der Reparatur einer Rippe. Gewölbe können nur mit Hilfe einer
Schalung verlegt werden, und die Aufhängung der Rippen kann erst nach dem Einbau
der Steine angebracht werden und einen Teil der Last übernehmen.
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Weiterhin ist auch bereits eine Hängedecke bekanntgeworden, bei der
Rippensteine mit vertikalen Seiten und horizontalen Schultern Verwendung fanden,
auf die sich Feldsteine gleichfalls mit vertikalen Seiten und horizontalen Schultern
abstützen. Hierbei wurde ein mittlerer Schließstein vorgesehen, der gleichfalls
vertikale Seiten, jedoch zwei überspringende Absätze zur Abstützung auf den Schulterteilen
der benachbarten Feldsteine besaß. Bei dieser Anordnung waren zwischen zwei Rippensteinen
jeweils drei Feldsteine vorgesehen.
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Diese Anordnung können bei Silika- und Schamottesteinen wirksam werden,
da derartige Steine im Betrieb zusammenschmelzen und einen gewissen Zusammenhalt
erhalten. Bei Magnesit- und Chrommagnesitsteinen tritt ein Zusammenschmelzvorgang
nicht ein, dagegen besitzen sie einen großen Ausdehnungskoeffizienten, so daß im
Betrieb außerordentlich hohe Gewölbepressungen auftreten würden, die zu Beschädigungen
führen können und schwierig zu handhaben sind. Um diese Nachteile zu beseitigen,
sind Hängedecken bekanntgeworden, bei denen die Steine paarweise an Haken aufgehängt
sind. Den bekannten großen chemischen und thermischen Vorteilen der Magnesit- und
Chrommagnesitsteine und der aus diesen zusammengesetzten schwarzen Decken steht
außer dem bereits genannten Nachteil des großen Ausdehnungskoeffizienten noch die
Schwierigkeit entgegen, daß ihre chemische Bindung nur bis etwa 400° C wirksam ist
und die keramische Bindung erst bei etwa 1000° C beginnt, in einem großen Zwischenbereich
der Stein also mürbe ist. Um diesen Mangel zu beheben, ist es bekannt, den Stein
entweder mit einer Armierung oder einer Blechhülle zu versehen, wobei der Blechmantel
noch den Vorteil hat, daß er im Verband ähnlich wie Mörtel wirkt und durch Verbindung
mit dem Stein beim Schmelzen in einem gewissen Bereich das erstrebte monolithische
Gefüge erreicht wird.
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Es ist natürlich auch möglich, den Stein zu brennen, doch ist hier
die erhebliche Schwierigkeit, seine Maßhaltigkeit über den Brennvorgang zu retten,
und weiterhin kann bei einem gebrannten Stein das Aufhängelager nicht so nahe an
der Oberkante angeordnet werden wie beim verstärkten oder blechummantelten Stein.
Jede Anordnung des Aufhängelagers entfernt von der Steinoberkante aber bedeutet
einen Verlust der so nicht ausgenutzten Steinlänge.
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Bei den bekannten Hängedecken haben sich noch weitere Nachteile herausgestellt.
Zunächst können beispielsweise beim unvorsichtigen Einfahren des Chargierkrans die
Steine herausgehoben werden, und andererseits ist bei den bekannten Hängedecken
ein Nachsetzen nicht möglich. Es ist jedoch sehr erstrebenswert,
nachsetzen
zu können, da erfahrungsgemäß die Decke nicht gleichmäßig abgenutzt wird, sondern
das »bursting « an der Feuerseite ungleichmäßig stattfindet, so daß einzelne, kleinere
Deckenteile bereits durchgebrannt sind, während die übrige Decke noch voll intakt
ist. Tritt ein derartiger Durchbruch bei den bekannten Hängedecken mit der großen
Zahl leichterer Einzelaufhängungen auf, so besteht die große Gefahr, daß die leichten
Metallaufhängungen von den durchbrechenden Flammen zerschmolzen werden und große
Deckenteile in den Ofen stürzen.
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Die vorliegende Erfindung vermeidet diese Nachteile und gibt eine
Hängedecke an, die die Steinlänge optimal ausnutzt, leicht zu montieren und zu reparieren
ist und ohne Steigerung des Gewichts eine erheblich robustere und sichere Aufhängung
als bisher ermöglicht. Gleichzeitig sind die Rippensteine der erfindungsgemäßen
Anordnung gegen Abheben gesichert, so daß Beschädigungen durch den Chargierkran
kaum noch auftreten können.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß eine Hängedecke für
metallurgische Öfen, insbesondere Siemens-Martin-Öfen # unter Verwendung von Rippensteinen,
auf deren etwa horizontalen Absätzen sich die Feldsteine mit gleichfalls horizontalen
Absätzen abstützen, so ausgeführt ist, . daß die, wie an sich bekannt, unterhalb
der Absätze allseitig mit vertikalen parallelen Flächen ausgebildeten Steine oberhalb
der Absätze mindestens zum Teil gegen die Vertikale geneigte Steinflächen aufweisen.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung besitzen die Nachsetz- oder
Reparatursteine, wie an sich bekannt, mindestens eine, vorzugsweise zwei Steinflächen
gleicher Neigung wie die geneigten Steinflächen der Rippen- und Feldsteine. Hierdurch
ist es möglich, daß die Nachsetzsteine in der Anordnung Halt haben, selbst wenn
die Rippen- und Feldsteine bereits bis über die horizontalen Absätze abgebrannt
sind. Bei der bekannten, eingangs geschilderten, aus Rippen-und Feldsteinen zusammengesetzten
Hängedecke war dies aber unmöglich, da oberhalb der horizontalen Absätze nur vertikale
Flächen vorhanden waren.
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Die Rippensteine sind durch an sich bekannte Mittel, wie Blechverkleidung,
insbesondere der parallelen Wände und/oder Armierung mit einem Aufhängelager in
unmittelbarer Nähe ihrer oberen Kante versehen. Es können mehrere, beispielsweise
zwei Feldsteine zu einem Reparaturstein zusammengefaßt sein, dabei wird es sich
empfehlen, die Breite nur halb so groß zu wählen wie bei den normalen Steinen, um
das Volumen des Steines nicht so stark zu vergrößern, daß bei der Herstellung Schwierigkeiten
auftreten und das Gewicht zu groß wird. Weitere Reparatursteine können so ausgebildet
sein, daß drei Seiten parallel und eine Seite durchgehend geneigt parallel zur Neigung
der geneigten Steinflächen der Rippen- und Feldsteine angeordnet sind. Die Nachsetzsteine
werden so geformt sein, daß zwei Seiten parallel und zwei Seiten gegeneinander geneigt
parallel zur Neigung der geneigten Steinflächen der Rippen- und Feldsteine angeordnet
sind.
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Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen
mit Hilfe von Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen stellen dar in Fig.1
einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Decke, Fig. 2 einen Längsschnitt entlang
der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 einen Querschnitt durch eine gewölbte Decke nach
der Erfindung, lediglich schematisch dargestellt, Fig. 4 die Seitenansicht eines
Rippensteines, Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V der Fig. 4, Fig. 6 die
Draufsicht auf Fig 4, Fig. 7 eine Fig. 4 entsprechende Seitenansicht eines veränderten
Rippensteines, Fig. 8 einen Schnitt entlang der Linie VIII-VIII durch Fig. 7, Fig.
9 eine Draufsicht auf Fig. 7, Fig. 10 eine Seitenansicht eines Feldsteines, Fig.
11 einen Schnitt entlang der Linie XI-XI in Fig. 10, Fig. 12 die Seitenansicht eines
etwas veränderten Feldsteines, Fig. 13 einen Schnitt entlang der Linie XIII-XIII
in Fig. 12, Fig. 14 eine Anordnung mit Reparatursteinen, die ein Feld ausfüllen,
Fig. 15 eine Anordnung mit anderen Reparatursteinen, die ein kleineres Feld ausfüllen,
und zwar in einer Situation, bei der der Abbrand bereits die horizontalen Absätze
überschritten hat, Fig. 16 eine ähnliche Anordnung bei einem großen Feld, Fig. 17
eine Anordnung mit einem Nachsetzstein. Die Ofendecke wird von Querträgern 1 getragen,
auf die sich Längsträger 2 abstützen. An den Längsträgern 2 sind Hängeschrauben
3 aufgehängt. Die Hängeschrauben sind an den Deckenlängsträgern verschiebbar, so
daß während der Verlegung der Decke ein genaues Einrichten der Deckenquerträger
4 möglich ist. Erst nach diesem Einrichten werden die Hängeschrauben durch Platten
an den Deckenlängsträgern 2 festgesetzt. Die Rippensteine 5 selbst sind an den Deckenquerträgern
4 befestigt, und zwar mit Hilfe von Hängebügeln 6, die die Deckenquerträger 4 umgreifen,
und von Bolzen 7, die durch Augen an den Enden der Hängebügel 6 und durch ein Aufhängelager
8 in den Rippensteinen treten. In den Rippensteinen 5 ist, wie insbesondere aus
den Fig. 4 bis 8 ersichtlich, ein Bandeisen 9 eingepreßt, das an seinem oberen Ende
das Aufhängelager 8 trägt. Außerdem ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel der
Rippenstein, wie auch mit Vorzug alle anderen Steine, von einem Blechmantel 10 umgeben,
der Öffnungen für das Aufhängelager 8 ausspart und die Zugfestigkeit des Steines
noch erheblich verstärkt. Im oberen Teil des Rippensteines 5 ist an einer Seite
eine geneigte Fläche 11 vorgesehen, die mit einem horizontalen Absatz 12 in die
vertikale Wand übergeht. Während die Rippensteine 5 für Felder mit vier oder mehr
Steinen vorgesehen sind, kann für die seitlichen Abschrägungen noch ein Rippenstein
13 vorgesehen werden, der ähnlich wie der Stein 5 ausgebildet ist, bei dem jedoch
die vertikalen Seiten bis fast nach oben durchlaufen und bei dem das Aufhängelager
8 über eine kurze vertikale Fläche 13a in eine kurze, beliebig geneigte Fläche 13
b übergeht, wobei diese Aussparung nur den Zweck hat, die gleiche Kopfbreite wie
beim Stein 5 zu ermöglichen.
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Außer den Rippensteinen sind zwei Arten von Feldsteinen 14 und 15
vorgesehen, die gleichfalls mindestens in ihren vertikalen parallelen Teilen mit
Vorzug blechummantelt sind, jedoch keine Armierung und kein Aufhängelager
besitzen. Im Oberteil der Feldsteine 14, 15 ist eine geneigte Fläche 16 vorgesehen,
deren Neigung die gleiche ist wie die der Fläche 11 der Rippensteine. Die geneigte
Fläche 16 geht über einen horizontalen Absatz 17 in die vertikale Wandfläche 18
über. Der Absatz 17 hat dabei etwa die gleiche Breite wie der Absatz 12. Beim Stein
15 ist auf der anderen
Seite eine geneigte Fläche 19 vorgesehen,
die den Flächen 16 und 11 parallel ist, sowie ein horizontaler Absatz 20, der in
seiner Länge dem Absatz 17 entspricht.
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Die Montage der erfindungsgemäßen Decke geht so vor sich, daß die
Deckenquerträger 4 über die Hängeschrauben 3 an den Deckenlängsträgern 9 aufgehängt
werden, die sich wiederum auf die Ouerträger 1 abstützen. Sodann werden mit Hilfe
der Hängebügel 6 und der Bolzen 7 die Rippensteine 5 oder 13 befestigt. Nunmehr
werden, wie insbesondere in Fig. 2 klar ersichtlich, für die großen Felder vier
Feldsteine, und zwar außen jeweils zwei Feldsteine 15 und innen je-,veils zwei Feldsteine
14, derart eingesetzt, daß sich die horizontalen Absätze aufeinander abstützen.
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In den schrägen Teilen der Hängedecke sind mit Vorzug Rippensteine
13 angeordnet, und es wird jeweils ein Feldstein 15 und ein Feldstein 14 eingehängt,
wobei sich der Feldstein 15 mit seinem horizontalen Absatz 17 auf einem horizontalen
Absatz 12 eines Rippensteines 15 abstützt, und der horizontale Absatz 17 des Feldsteines
15 gegen den horizontalen Absatz 20 des Feldsteines 15. Die durchlaufend glatte
Wand des Feldsteines 14 liegt an der durchlaufend glatten Wand des Rippensteines
13 an. Die gesamte Decke wird durch eine Federanordnung 21 unter gewisser Spannung
gehalten, wobei die Federanordnung 21 auf eine bewegliche Widerlagerplatte 22 wirkt
und die Decke sich auf der anderen Seite gegen eine starre Widerlagerplatte 23 abstützt.
Es werden keine Spannungen der Decke in Längsrichtung auftreten, da Seitendrücke
nicht oder nur insofern auftreten, als sie ein Kippen der an den horizontalen Absätzen
aufgehängten Steine verhindern und erst in der letzten Phase beim Nachsetzen ein
gewisser minimaler Seitendruck eben durch geringes Gewicht dann auftritt, wenn die
horizontalen Absätze abgebrannt sind.
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In der Schräge werden oftmals Felder aus nur zwei Steinen, beispielsweise
14, vorgesehen werden. Falls beim Schließen der Decke in der Längsrichtung die übliche
Anzahl der Feldsteine nicht paßt, ist es ohne weiteres möglich, auch Mittelfelder
mit nur zwei Steinen beispielsweise 14 oder drei Steinen, zweimal 14 und einmal
15, zu verlegen. Ebenso ist es möglich, die Felder auf fünf Steine zu verbreitern,
indem drei Steine 15 und zwei Steine 14 eingesetzt werden. Die Steine 14 arbeiten
untereinander lediglich mit ihren glatten durchlaufenden vertikalen Flächen zusammen.
Auch in den Herdschrägen ist gegebenenfalls eine Verbreiterung des Feldes auf drei
Steine, und zwar zwei Steine 15 und einen Stein 14, möglich.
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Durch die geneigten Flächen an den Köpfen der Rippensteine wird erreicht,
daß die Felder mit Hilfe von Einsetzsteinen 24 und 25 leicht zu reparieren sind.
Die Einsetzsteine 24 entsprechen dabei im wesentlichen der Zusammenfassung von je
einem Stein 14 und einem Stein 15. Sie werden jedoch mit Vorteil kürzer als diese
Steine sein, bzw. können sie vor der Montage verkürzt werden. Sie sind zusammengefaßt,
um leichter eingesetzt werden zu können, und werden so lange Verwendung finden,
als durch bursting noch nicht die vertikalen Absätze zerstört sind. Ist dies der
Fall, so werden Reparatursteine 25 Verwendung finden, bei denen eine geneigte Wand
26 mit der gleichen Neigung wie die Flächen 11,16 und 19 vorgesehen ist. Handelt
es sich um die Reparatur eines ganzen Feldes, so werden zwei Steine 25 gemeinsam
Verwendung finden (Fig. 16) ; handelt es sich um die Reparatur eines kurzen Feldes,
wie in Fig. 15 dargestellt, genügt ein Stein 25. Die Reparatursteine sind in üblicher
Weise mit Greiföffnungen 25 a versehen. Von besonderem Vorteil ist es, daß hier
auch mühelos die schrägen Deckenteile repariert werden können, was bei den bisher
bekannten Anordnungen so gut wie unmöglich war.
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Tritt ein stellenweiser Verschleiß ein, so werden natürlich die Feldsteine
vermöge ihrer kürzeren Länge zunächst verbraucht sein. In diesem Falle wird ein
Nachsetzstein 27 (Fig. 17) Verwendung finden, der zwei gegeneinander geneigte Flächen
28 und 29 besitzt und sich mit diesen gegen die geneigten Flächen 11 der Rippensteine
5 abstützt. Es bedarf also auch zum Einsetzen der Nachsetzsteine, die bisher bei
Hängedecken überhaupt nicht möglich waren, nicht mehr der horizontalen Absätze.
Durch die Nachsetzsteine 27 wird die gesamte Höhe der Decke, d. h. die gesamte Höhe
der Rippensteine, restlos ausgenutzt und die Haltbarkeit der Decke erheblich verlängert.
Dabei sind das Gewicht der Decke und der Materialbedarf wesentlich geringer, als
wenn etwa die ganze Decke so stark ausgebildet würde. Vielmehr wird diese Verstärkung
nur an den Stellen veranlaßt werden, an denen sie auch unbedingt notwendig ist.
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Es bedarf keiner besonderen Betonung, daß auch N achsetzsteine 30
(Fig. 2) vorgesehen werden können, die nichts anderes als halbierte Nachsetzsteine
27 sind und in den kürzeren Feldern Verwendung finden. Sie stützen sich durch eine
Fläche 28 oder 29 hinreichend ab.
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Im übrigen können an Stelle der Rippensteine 13 ohne weiteres, wie
in Fig. 2 gestrichelt angedeutet, auch Rippensteine 5 mit Vorteil verwendet werden,
wodurch die Vorratshaltung um eine weitere Steinform verringert wird. Da bei den
erfindungsgemäßen Reparatursteinen das Aufhängelager absolut an der Oberkante ist,
geht praktisch nur die Dicke dieser Aufhängelagerung verloren. Die übrige Steinlänge
kann restlos genutzt werden.
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Es ist auch möglich, im geraden Teil der Decke Feldsteine im Verband
zu verlegen, obwohl dies nicht unbedingt notwendig ist, da bei Hängedeckenkonstruktionen
die Haltbarkeit nur minimal vom Verband abhängig ist. Auf Wunsch kann die Decke
auch völlig gewölbt ausgeführt werden; es ist dann nur nötig, die Deckenquerträger
31, wie in Fig. 3 dargestellt, entsprechend gekrümmt auszubilden.
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Werden gebrannte ummantelte Chrommagnesitsteine verwendet, was nach
der Erfindung auch möglich ist, so ergibt sich erstmals die Möglichkeit, eine Hängedecke
mit derartigen Steinen herzustellen.