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Basische Hängedecke mit Isolierung für metallurgische Öfen und Feuerungen
In letzter Zeit hat sich insbesondere bei Ofenräumen mit größeren Spannweiten und
hohen Temperaturbeanspruchungen die Hängedecke gegenüber dem frei tragenden Gewölbe
mehr und mehr durchgesetzt, und zwar vor allem deshalb, weil beim Gewölbe die Stabilität
desselben durch örtlichen Verschleiß in Frage gestellt wird und Reparaturen dann
meist auf einen größeren Gewölbeteil ausgedehnt werden müssen, als dem Verschleiß
entsprechen würde, wogegen bei der Hängedecke stärker angegriffene Stellen nach
Belieben ohne Lehrgerüste, deren Verwendung bekanntlich die Abstellung des Ofens
zur Voraussetzung hat, leicht ausgewechselt werden können.
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Bei Decken von Gitterkammern für Siemens-Martin-Öfen oder auch anderen
Öfen, wie z. B. Stoßöfen, Kupferflammöfen usw., wird außer der Feuerfestigkeit auch
noch eine entsprechende Gasdichtheit sowie Wärmedämmung verlangt. Der Forderung
nach Feuerfestigkeit kann durch Verwendung von basischen Steinen, also von Steinen
auf Magnesit-bzw. Chrommagnesitbasis, Rechnung getragen werden; allerdings bedingt
die höhere Wärmeleitfähigkeit des feuerfesten Steinmaterials eine entsprechende
Stärke der Decke, die auch aus dem Grund erforderlich wird, damit die metallischen
Aufhängeglieder der Hängesteine weniger der Temperaturbeanspruchung und somit einer
Verzunderung ausgesetzt werden. Durch Verwendung von basischen Steinen in der entsprechenden
Steinstärke - üblicherweise 375 mm - wird aber anderseits eine solche Decke schwer
an Gewicht und für manche Anwendungsgebiete verhältnismäßig teuer. Dazu kommt noch,
daß solche Decken vor allem in der ersten Betriebsperiode bzw. so lange, bis die
Fugen z. B. bei blechummantelten Steinen durch Verschweißen bzw. durch Oxydation
der Bleche geschlossen werden, nur eine beschränkte Gasdichtheit haben, also die
zweite der obenerwähnten Forderungen nicht befriedigend erfüllen.
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Es hat sich nun weiterhin gezeigt, daß basische Steine den hohen technischen
Beanspruchungen z. B. bei Decken von Gitterkammern an sich außerordentlich gut widerstehen,
und zwar in einem solchen Ausmaß, daß die Deckenstärke vom Standpunkt der Widerstandsfähigkeit
des Materials von Anfang an wesentlich geringer gehalten werden kann. Dadurch wird
aber gerade bei solchen Kammerdecken das Erfordernis einer guten Wärmeisolierung
sowie einer möglichst großen Gasdichtheit besonders von Bedeutung.
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Die vorliegende Erfindung zielt nun darauf ab, eine basische Hängedecke
von verhältnismäßig niedrigem Gewicht mit einer guten Wärmeisolierung und einer
hohen Gasdichtheit zu schaffen, die aus leicht herstellbaren, mechanisch widerstandsfähigen
Steinen von guter Feuerfestigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit aufgebaut ist,
mit diesen Steinen rasch und einfach zugestellt werden kann und deren Isolierung
sich in kurzer Zeit mit einfachen Mitteln durchführen läßt. Dieses Ziel wird gemäß
der Erfindung dadurch erreicht, daß die basische Hängedecke mit Isolierung für metallurgische
Öfen und Feuerungen, insbesondere für Gitterkammern von Siemens-Martin-Öfen, Stoßöfen,
Kupferflammöfen od. dgl., unter Verwendung von aneinandergereihten Steinen, die
so geformt sind, daß sie einen glatten Steg für den Eingriff der Hängemittel und
glatte, verbreiterte flanschartige Teile aufweisen, deren Stoßfugen von einer isolierenden
Auflage abgedeckt sind, aufgebaut und durch die Kombination folgender an sich bekannter
Merkmale gekennzeichnet ist: a) Die Decke ist ausschließlich aus einzelnen v-förmig
ausgebildeten Hängesteinen eines einzigen Formats aufgebaut; b) die Hängesteine
sind mit Hilfe von an der waagerechten Stegfläche in das Innere des Steges eingreifenden
Hängemitteln an fest verankerten, unbeweglichen Trägern einzeln oder paarweise aufgehängt;
c)
die Hängesteine sind in parallelen Reihen so angeordnet, daß ihre Stege durchgehende
parallele Rippen und ihre aneinanderstoßenden Flanschteile breite parallele Furchen
bilden, und d) auf der waagerechten Bodenfläche der Furchen ist über die gesamte
Furchenbreite und -länge zwischen den Stegen eine Schicht aus Isoliermasse aufgebracht.
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Die ausschließliche Verwendung von T-förmigen Hängesteinen eines einzigen
Formats hat einerseits den Vorteil, daß das Aufbauen der Decken keine Komplikationen
mit sich bringt und sehr rasch erfolgen kann, und andererseits den Vorteil, daß
sich die Herstellung der Steine wirtschaftlicher stellt als im Falle der Verwendung
von mehreren Steinformaten. Dieser zuletzt genannte Vorteil kommt dadurch besonders
zur Geltung, daß die Steine eine außerordentlich einfache Form, nämlich eine T-Form
mit einem glatten Steg für den Eingriff der Hängemittel und mit glatten, verbreiterten
flanschartigen Teilen aufweisen, wodurch weiterhin noch ihre mechanische Festigkeit
und Temperaturwechselbeständigkeit sehr gut ist. Auf Grund des Umstandes, daß die
Hängemittel an der waagerechten, also in der Decke obengelegenen Stegfläche in das
Innere des Steges eines Steines eingreifen, brauchen die Steine demnach in die Hängemittel
bloß eingehängt zu werden und werden von diesen nur auf Zug, jedoch nicht wie z.
B. im Falle einer die Steine von außen umfassenden Halterung auch auf Druck beansprucht.
Diese Art der Aufhängung ist schonend und ermöglicht gleichzeitig, da die Steine
mit Hilfe der Hängemittel einzeln oder paarweise an fest verankerten, unbeweglichenTrägem
aufgehängt sind, ein Austauschen einzelner Steine ohne Schwierigkeiten. Für die
Zugänglichkeit der Aufhängung ist es auch von Bedeutung, daß die Hängesteine in
parallelen Reihen so angeordnet sind, daß ihre Stege durchgehende parallele Rippen
und ihre aneinanderstoßenden Flanschteile breite parallele Furchen bilden. Durch
das Herausragen der Tragköpfe der Steine, d. h. der oberen Teile der Stege, sind
die Hängeglieder einer geringeren Temperaturbeanspruchung ausgesetzt, sie können
leicht gereinigt und zum Vermeiden einer Verzunderung bequem abgeblasen werden.
Auf Grund der Anordnung der Steine in parallelen Reihen und deren Form ist jeder
beliebige Teil der Decke jederzeit zugänglich und kann für sich ausgebessert werden;
ferner wird hierdurch auch die Anordnung der Isoliermasse vereinfacht, die lediglich
auf die waagerechte Bodenfläche der Furchen aufgebracht zu werden braucht. Diese
Isoliermasse überdeckt demnach alle Fugen zwischen den flanschariigen Teilen der
Steine und reicht bis zu den Stegen der Steine, deckt also die zwischen den Rippen
verlaufenden Längsfugen und auch die zwischen den Rippen liegenden Teile der Querfugen,
wodurch die Wärmeverluste im Furchenteil der Decke um bis zu 50m/a verringert werden
können und eine sehr gute Gasdichtheit der Decke in ihrer Gesamtheit gewährleistet
ist, da die noch verbleibenden kleinen Teile der Querfugen im Bereich der Rippen
kaum ins Gewicht fallen. Schließlich wird durch die einfache Form der einheitlichen
Steine und die Art ihrer Anordnung in der Decke gemäß der Erfindung gegenüber den
üblichen Decken eine Senkung des Steingewichtes auf etwa die Hälfte und dadurch
allein schon eine bedeutende Verbilligung der Deckenbauweise möglich; es kann hier
erwähnt werden, daß die Steinstärke einer solchen Hängedecke gegenüber den üblicherweise
verwendeten Steinsorten von etwa 375 mm wesentlich verkleinert werden und z. B.
nur 150 mm betragen kann. Als Folge des geringeren Steingewichtes kann weiterhin
die Tragkonstruktion einfacher und leichter gehalten und dadurch Armierungsmaterial
eingespart werden. Die Aufhängung der Steine erfolgt zweckmäßig durch Hängemittel,
die etwa in der Längsmittelachse der Rippen in Verhängeöffnungen der Steine eingreifen.
Diese Verhängung hat den Vorteil, daß keine ihrer Teile in die Zwischenfelder hineinragen.
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Bei einem Vergleich der Decken gemäß der Erfindung mit den bisher
verwendeten Decken ergibt sich im einzelnen folgendes: Hängedecken für metallurgische
Öfen und Feuerungen unter Verwendung von aneinandergereihten Steinen, die so geformt
sind, daß sie einen glatten Steg für den Eingriff der Hängemittel und glatte, verbreiterte
Flanschteile aufweisen, deren Stoßfugen von einer isolierenden Auflage abgedeckt
sind, sind bereits bekannt (französische Patentschrift 639 747). Diese Decken sind
zwar aus Steinen eines einzigen Formats aufgebaut, doch sind die Steine keine basischen
oder T-förmigen Steine, und sie sind auch nicht mit Hilfe von an der waagerechten
Stegfläche in das Innere des Steges eingreifenden Hängemitteln an fest verankerten,
unbeweglichen Trägern aufgehängt; vielmehr weisen diese Steine einen breiten unteren
Flanschteil auf, der über einen pyramidenstumpfförmigen Mittelteil in einen schmäleren
Steg bzw. Kopfteil übergeht, und ihre Aufhängung erfolgt einzeln mit Hilfe von den
Kopfteil außen umfassenden Klammern an beweglichen bzw. verschiebbaren Trägern.
Durch die außen an den Stein angreifenden Klammern kommt es jedoch zu einer stärkeren
Beanspruchung und somit höheren Abnutzung der Steine als in den Decken gemäß der
Erfindung, in welchen die Hängemittel in das Innere des Steges und somit in das
Steininnere eingreifen. Ein weiterer Nachteil der erwähnten bekannten Decken besteht
darin, daß die zwischen den in parallelen Reihen angeordneten Steinen vorliegenden
Furchen, die von den pyramidenstumpfförmig und schräg verlaufenden Mittelteilen
der Steine gebildet werden, ziemlich schmal sind und trichterförmig verengt nach
unten, d. h. gegen das heiße Steinende zu, ausgebildet sind, so daß das darin angeordnete
Isoliermaterial einerseits nur in verhältnismäßig geringen Mengen vorliegen und
anderseits sehr leicht in die Steinfugen hineinrieseln kann, wodurch sich in beiden
Fällen zumindest eine schlechte Isolierwirkung ergibt.
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Es sind ferner Hängedecken, für Feuerungen mit an Hängeeisen aufgehängten
Steinen bekannt, wobei die Steine zur Aufnahme von Tragringen Nuten aufweisen, die
unten über die ganze Steinbreite mit einer waagerechten Fläche abschließen, und
eine oder mehrere Steinflächen der Steine, in der Höhe der Nuten über die ganze
Flächenbreite durchgehend, der senkrechten Steinachse genähert sind (deutsche Patentschrift
586184). Steine dieser Art können kaum als T-förmige Steine bezeichnet werden, da
sie höchstens nur annähernd eine T-Form aufweisen. Für ihre Herstellung kommt ein
basisches feuerfestes Material nicht in Betracht, weil, abgesehen von den erheblichen
Schwierigkeiten, welche sich bei der Formung eines basischen Materials zu Steinen
mit Nuten und Vorsprüngen der angeführten Art ergeben
würden, solche
basischen Steine eine durch ihre komplizierte Form bedingte, zu geringe mechanische
Festigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit aufweisen würden. Die gemäß der Erfindung
verwendeten Steine sind im Vergleich mit den bekannten Steinen wesentlich einfacher
herzustellen und haben infolge ihrer glatten Flächen eine gute mechanische Widerstandsfähigkeit
und Temperaturwechselbeständigkeit. Ferner ist auch noch festzuhalten, daß bei den
erörterten bekannten Steinen die Steinköpfe gegenüber der Steinbasis an drei Flächen
zurücktreten und zwischen diesen Steinen in den aus ihnen aufgebauten Decken nur
schmale Kanäle vorliegen, die nicht mit Isoliermaterial abgedeckt sind, wogegen
bei den für den Aufbau der Decken gemäß der Erfindung verwendeten Steinen die Stege
nur auf zwei Seiten gegenüber den Flanschteilen zurücktreten und breite Furchen
frei lassen, die mit Isoliermaterial gefüllt sind.
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Eine andere zum Stand der Technik gehörende Hängedecke ist aus basischen
Hängesteinen aufgebaut, die in der Weise zweistufig ausgebildet sind, daß die Breite
eines Steines in der unteren Stufe ein Vielfaches der Breite in der oberen Stufe
beträgt, die Dicke eines Steines nur einen Bruchteil der Breite in der unteren Steinstufe
ausmacht und die obere Steinstufe einseitig und derart bündig mit der einen Begrenzungsseite
der unteren Steinstufe angeordnet ist, daß die Paare gegenüberliegender Steine zwischen
den Rippen eine breite Furche bilden (deutsche Patentanmeldung V 1496Ia/24k). Diese
Steine, die nicht T-förmig ausgebildet sind, sondern erst durch entsprechende Aneinanderreihung
eines zweiten Steines eine T-Form ergeben, sind paarweise an in ihrer oberen Stufe
vorgesehenen Nasen aufgehängt, und dadurch ergibt sich eine Neigung der Decken zu
einem Klaffen am heißen Steinende. Die breiten Furchen zwischen den Steinen haben
den Zweck, eine entsprechende Luftkühlung der Hängeglieder zu gewährleisten. Demnach
ist in den Furchen auch keine Isolierung vorgesehen, so daß deren Gasdichtheit zu
wünschen läßt. Im übrigen ist die Dichtheit der Decken aber auch noch auf Grund
der nicht abgedeckten Fugen zwischen den Köpfen zweier aneinandergrenzender Steine
mangelhaft.
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Bei einer ähnlichen Deckenkonstruktion werden zwei Sorten von Hängesteinen
verwendet, die beide einen quaderförmigen Unterteil und einen mit diesem aus einem
Stück bestehenden und mit einer Hängerausnehmung versehenen kleineren Oberteil aufweisen,
wobei der Oberteil des einen Hängesteines innerhalb der Dimensionen des betreffenden
Unterteiles liegt, der Oberteil des anderen Hängesteines aber in entsprechendem
Maße über den Unterteil hinausragt, so daß sich die beiden Steine bei entsprechender
Aneinanderreihung ergänzen (USA.-Patentschrift 2 294108). Keine der beiden Sorten
der komplementären Hängesteine weist T-Form auf, und diese Steine sind schwierig
herzustellen und infolge ihrer Form in mechanischer Hinsicht wenig widerstandsfähig.
überdies ergibt sich durch die Art der Aufhängung, wobei jeweils ein Paar komplementärer
Steine gemeinsam mit Hilfe eines die Oberteile beider Steine umgreifenden Hängeeisens
aufgehängt wird, eine starke Beanspruchung der Steine und eine Neigung der Decke
zum Klaffen. Die Fugen zwischen den einzelnen Steinpaaren sind durch zwei verschiedene
Arten von Füllsteinen abgedeckt, die das Gewicht der Decke beträchtlich erhöhen,
jedoch dennoch keine ausreichende Gasdichtheit gewährleisten können.
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Es kann hier erwähnt werden, daß die Verwendung von komplementär ausgebildeten
Steinen für den Aufbau von Decken eine übliche Maßnahme darstellt. So können z.
B. Feuerraumdecken aus T-förmigen, komplementär ineinandergreifenden Steinen und
darüber angeordneten Hängesteinen eines anderen Formates zusammen mit z. B. blockförmigen
Steinen aufgebaut werden (französische Patentschrift 507189).
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Eine weitere Art von Hängedecken ist aus aufgehängten Rippensteinen
mit etwa horizontalen Absätzen und von den Rippensteinen durch Abstützung auf diesen
Absätzen getragenen Furchensteinen aufgebaut, wobei auf den Furchensteinen noch
eine Isolierschicht und auf dieser Isoliersteine aufgebracht sind (französische
Patentschrift 866 284 und deutsche Patentanmeldung St 903 I a/ 24k). Für die Zustellung
dieser Decken werden außer den Rippensteinen zwei Arten von Furchensteinen, nämlich
eine Art für die Gewölbelängsrichtung und die zweite Art für die Gewölbequerrichtung,
und ferner die Isoliersteine benötigt, so daß die Decken gemäß der Erfindung wesentlich
einfacher und weniger kostspielig sind. Ein weiterer Nachteil der bekannten Decken
besteht darin, daß sich die Flanschteile der Rippensteine nicht berühren, sondern
in beiden Richtungen der Decke durch die dazwischenliegenden Furchensteine getrennt
sind. Die Folge davon ist, daß die in den Furchen vorgesehene Isolierung die Fugen
nicht abdeckt, sondern nur bis an die Fugen heranreicht und für die Rippensteine
praktisch keine Isolierwirkung vorliegt, sondern nur für die Furchensteine. Das
gleiche gilt auch bezüglich einem weiteren Typ von Hängedecken, die sich von dem
erörterten Typ dadurch unterscheidet, daß die Furchensteine am heißen Steinende
länger sind als die Rippensteine (»Brennstoff- und Wärmewirtschaft«, 1927, S. 27).
Auch in diesen Decken wird ebenso wie ganz allgemein in Hängerippendecken, inwelchen
das Isoliermaterial nur über den Furchensteinen vorliegt und bis zu den Rippensteinen
reicht (vergleiche z. B. deutsche Patentschrift 941809 und österreichische
Patentschrift 165 584), nur für die Furchensteine eine Isolierung erzielt.
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Schließlich ist noch ein Hängegewölbe für metallurgische Öfen zu erwähnen,
das eine Serie von Trägern aufweist, die zum Aufhängen von Reihen von im wesentlichen
rechtwinkeligen feuerfesten Steinen mit Hilfe von Hängemitteln in der Weise dienen,
daß die Steine jeder Reihe jeweils in Gruppen bzw. Bündeln aufgehängt sind, wobei
von jedem Träger jeweils der erste Stein zweier einander benachbarter Bündel, die
sich von einem Zentrum aus nach entgegengesetzten Richtungen erstrecken, mit Hilfe
eines Haupthängers aufgehängt ist und an diesem Stein die nachfolgenden Steine der
betreffenden Gruppe hängen (USA.-Patentschrift 2126 90l). Jeder der nachfolgenden
Steine einer Gruppe bzw. eines Bündels ist dabei für sich mit Hilfe eines Hängers
auf dem Hänger des benachbarten Steines, der dem Haupthänger zunächst liegt, aufgehängt.
Auf diese Weise ist jeweils nur der erste Stein eines Steinbündels direkt auf einem
Träger aufgehängt, wogegen alle anderen Steine lediglich an ihrem jeweiligen Nachbarstein
hängen. Die einander berührenden Flächen der jeweils ersten Steine von zwei benachbarten
Steinbündeln sind glatt, doch die gegenüberliegenden Flächen weisen eine Zunge auf,
und in diese Zunge greift der nächste Stein mit einer
Ausnehmung
ein. Dieser nächste Stein hat auf der der Ausnehmung gegenüberliegenden Seite eine
Zunge, und alle weiteren Steine eines Steinbündels sind in der gleichen Weise ausgebildet,
bis auf die beiden mittleren Steine, die mit einer Schulter bzw. einer in diese
passende Ausnehmung versehen sind. In Richtung der Steinbündel liegen zwischen je
zwei Steinbündeln von Isoliermaterial erfüllte Furchen vor. Diese Hängedecken weisen
unter anderem den Nachteil auf, daß für ihren Aufbau verschiedene Steingrößen bzw.
Steinformate verwendet werden müssen und daher die Zustellungskosten sehr hoch und
die Zustellungszeiten ziemlich lang sind. Ferner können die Steine nicht ohne weiteres
ausgetauscht werden, weil jeder Stein einen Nachbarstein trägt und daher dann, wenn
ein Stein entfernt werden soll, zwangläufig auch sämtliche nachfolgenden Nachbarsteine
des betreffenden Steinbündels entfernt werden müssen. Dadurch wird die Reparatur
solcher Decken aber außerordentlich kompliziert und teuer. Weiterhin sind die verwendeten
Steine gegen mechanische Beanspruchungen und Angriffe sehr empfindlich, weil ihre
Schultern, Nasen und Ausnehmungen nicht sehr widerstandsfähig sind, und diese Schultern
usw. bringen auch die Gefahr mit sich, daß die Decken nicht in ausreichendem Ausmaß
gasdicht sind, auch wenn in den Furchen ein Isoliermaterial vorhanden ist.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. In dieser
Zeichnung ist die Hängedecke gemäß der Erfindung in einer beispielsweisen Ausführungsform
in schaubildlicher Ansicht dargestellt.
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In der Zeichnung sind mit 1 die Hängesteine bezeichnet; diese haben
T-Form und sind so aneinandergereiht, daß ihre dem Steg der T-Form entsprechenden
Teile 1 a durchgehende Rippen 2 bilden. Zwischen den Rippen 2 verlaufen Furchen
3, in die eine Schicht 4 aus Isoliermasse eingebracht ist. Die Furchen 3 sind nach
unten hin durch die Teile 1 b begrenzt, das sind jene Teile, die den Flanschen der
T-Form entsprechen.
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Die Steine 1 sind im Bereich ihrer die Rippen 2 bildenden Teile 1
a aufgehängt. Die Aufhängung erfolgt mittels Hängeglieder 5, z. B. von Stangenform,
deren eine Enden zu Haken 6 ausgebildet sind. Die Haken 6 umgreifen Tragschienen
7, die sich über den Steinrippen 2 erstrecken und mittels ihrer hakenartig ausgebildeten
Enden 8 in den Flansch eines Trägerprofils 9 eingehängt sind.
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Die Verhängung der Hängeglieder 5 mit den Steinen 1 kann auf die verschiedenartigste
Weise erfolgen; zweckmäßig wird eine Verhängeart gewählt, die sich so schmal bauen
läßt, daß sie innerhalb der Projektion der Rippen 2 verbleibt. Bei dem gezeichneten
Ausführungsbeispiel erfolgt die Aufhängung der Steine in der Längsmittelachse der
Steinrippen, und zwar sind die Steine in der Längsrichtung der Rippen paarweise
aufgehängt. Zu diesem Zwecke weisen die Steine jedes Steinpaares gegenüberliegende
Einhängetaschen 11 auf, in die die hammerkopfartigen zweiten Enden 12 der Hängeglieder
5 eingreifen. In den Einhängetaschen können Metalleinsätze 13, z. B. in Form von
U-förmigen Blechen, eingebettet sein. Die Einbettung erfolgt zweckmäßig im Zuge
der Herstellung der Formsteine 1 durch Mitverpressen der Metalleinsätze mit dem
Steinmaterial.
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Auch in Lochsteine eingelegte Bolzen an den Hängegliedern können zum
Aufhängen der Deckensteine benutzt werden.
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Die Hängesteine bestehen aus basischem Material, z. B. aus Material
auf Magnesit- oder Chrommagnesitbasis. Die Isoliermasse 4 besteht aus beliebigem
feuerfestem Material. Diese Masse überdeckt die zwischen den Steinreihen verlaufenden
Längsfugen und dichtet auch die Querfugen zwischen den Rippen ab, wodurch eine hinreichende
Gasdichtheit geschaffen wird.