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Stampfmassenverkleidung der Rohre von Feuerräumen Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Herstellung einer Stampfmassenverkleidung der Rohre von Feuerräumen,
insbesondere in Schmelzkammern oder im Zündgürtel von Feuerräumen mit trockenem
Aschenabzug.
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Man hat solche Rohrverkleidungen bereits unter Verwendung abbindender
Stampfmassen hergestellt, die in mehreren miteinander in Berührung stehenden Schichten
auf die auf der- Feuerseite mit Haltestiften versehenen Rohre aufgebracht werden.
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Die Länge der auf den Rohren aufgeschweißten Stifte liegt zwischen
12 und 20 mm. Die Stampfmasse wird in einer Stärke von etwa 3 bis 5 mm über die
Stifte hinaus, z. B. von Hand oder mittels eines Spritzgeräts aufgetragen oder mit
Preßlufthämmern eingestampft.
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Allgemeine Hinweise für die Zusammensetzung und Verwendung feuerfester,
als Rohrverkleidung verwendbarer Stampfmassen finden sich z. B. in der Zeitschrift
»Energie«, 1956, Nr. 1, S. 10.
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Die Wärmeleitfähigkeit der verschiedenen in der Praxis gebrauchten
Stampfmassen ist sehr unterschiedlich. Hydraulisch abbindende Stampfmassen haben
eine Wärmeleitzahl von etwa 1, während alle Stampfmassen auf der Basis von Siliziumkarbid
eine Wärmeleitzahl von etwa 9 aufweisen. Solche Massen haben also eine etwa achtmal
bessere Wärmeleitfähigkeit als hydraulisch abbindende Massen.
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Die meist für die Auskleidung von Schmelzkammern bzw. für den Schutz
der Rohrwände von Schmelzkammern im allgemeinen verwendete Stampfmassen sind Chromerz-Stampfmasse,
normaleSiliziumkarbid-Stampfmasse, Siliziumkarbid-Stampfmasse mit korrosionsschützenden
vanadiumhaltigen Zusätzen.
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Die Massen sind keramisch abbindend, d. h., es tritt erst bei hohen
Temperaturen eine Sinterung und Verfestigung der Masse ein. Bisher hat man Auskleidungen
mit diesen Massen meist in einer einzigen verhältnismäßig starken Schicht, welche
die an den zu verkleidenden Rohren vorgesehenen Stifte genügend bedeckte, hergestellt.
Bei dieser bisher ausgeführten Art der einschichtigen Stampfung ist der vordere
Teil der Stampfmasse fest, während der dahinter liegende Stampfmasseteil in einer
krümeligen bis staubförmigen Form auf den Rohren liegt. Dies erklärt sich dadurch,-
daß zu den Rohren hin der Temperaturabfall so groß ist, daß eine Verfestigung nicht
mehr eintritt. Dieser Zustand der Stampfmassenverkleidung ist sehr von Nachteil,
weil er die Halterung und Festigkeit derselben ungünstig beeinflußt. Auch läßt die
krümelige Schicht Diffusionsstoffe, die in der Feuerung entstehen bzw. frei werden,
ohne weiteres durch, so daß solche Stoffe auf die Rohre einwirken können.
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Ein weiterer Nachteil ergibt sich, wenn z. B. durch unterschiedliche
Anordnung der Brenner innerhalb der Schmelzkammer die Flamme auf die Stampfmasse
aufschlägt und wenn bei nicht richtiger Mischung und Zusammensetzung von Kohle und
Luft entweder ein reduzierende oder eine oxydierende Atmosphäre entsteht. Dabei
wird dann die Stampfmasse auch in chemischer Hinsicht hoch beansprucht.
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Wenn durch solche Einflüsse die obere feste Schicht der Stampfmasse
abgenutzt ist, schützt die Barunterliegende krümelige Schicht die Rohre nicht mehr
wirksam, und der Verschleiß der Masse geht dann schnell vor sich.
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Zwecks Vermeidung der mit der Krümelung der an den Rohren liegenden
Masse verbundenen Nachteile wurde bereits vorgeschlagen, nach Verkleidung der wandbildenden
Stiftrohre mit feuerfester Stampfmasse diese auf der Feuerseite mit feuerfesten
Platten abzudecken, die vorzugsweise aus demselben Grundstoff wie die Stampfmasse
hergestellt waren und vor dem Einsetzen gebrannt wurden. Eine solche Verkleidung
ist kostspielig, da eine derartige Plattenverkleidung immer in erheblicher Stärke
ausgeführt werden muß. Aus diesem Grund hat man auch die feuerfesten Platten nach
angemessener Betriebsdauer wieder entfernt, da man annahm, daß die Stampfmasse nach
dieser Zeit zumindest an der Oberfläche genügend gesintert sei. Ein solches Verfahren
ist indes mit einem erheblichen Unsicherheitsfaktor bezüglich der Standfestigkeit
der gesinterten Verkleidungsmasse behaftet. Auch ist es mit erneutem Arbeitsaufwand
und zusätzlichen Kosten sowie gegebenenfalls betriebsstörenden Arbeiten verbunden.
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Man hat ferner bereits eine Ausführungsform einer Verkleidung der
Rohre von Feuerwänden angewandt, bei welcher mehrere aufeinanderliegende Schichten
aufgebracht
werden. Dabei wird eine aus Isolationsmaterial bestehende Schicht auf die nicht
beheizte Seite bis zur Mitte der Rohre aufgetragen, während von der beheizten Seite
her eine aus feuerfester Masse bestehende Schicht aufgetragen wird, die durch Stifte
gehalten wird. Eine Behebung der von der durch nicht genügende Erhärtung und Bindung
der an den Rohren liegenden Masse bedingten Nachteile findet hierbei nicht statt.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die geschilderten Nachteile dadurch
zu beheben, daß die Stampfmassenverkleidung von der beheizten Seite der Rohre her
in mehreren, mindestens zwei, aufeinanderfolgenden Schichten mit solchem zeitlichem
Abstand aufgebracht wird, daß eine bereits hergestellte, z. B. die erste Schicht
genügend Zeit zum Abbinden und Erhärten hat, ehe eine folgende Schicht aufgebracht
wird. Bei der Ausführung dieser erfindungsgemäßen Arbeitsweise wird zunächst eine
hydraulisch abbindende Stampfmasse als erste Schicht auf die Rohrwand vorgeworfen
bzw. eingestampft, so daß die bei Rohrwänden immer vorhandenen Zwickel hierbei gefüllt
werden. Mittels einer geeigneten Vorrichtung, z. B. eines Schabers, dessen Klinge
den Haltestiften entsprechende Aussparungen aufweist, wird ein Teil der aufgeworfenen
Masse unmittelbar nach der Aufbringung wieder abgenommen, und zwar so weit, daß
die durch die Masse nunmehr hindurchragenden Stifte noch etwa 8 bis 10 mm frei liegen.
Die hydraulisch abbindende Masse bleibt dann etwa 5 bis 6 Stunden stehen, damit
sie abbinden kann. Nach diesem Abbinden kann jetzt die zweite Schicht (z. B. normale
Siliziumkarbidmasse oder vanadiumhaltige korrosionsschützende Siliziumkarbidmasse)
etwa 3 bis 5 mm über Stifthöhe eingestampft werden. Diese Zweischichtstampfung hat
folgende Vorteile: Die erste, verhältnismäßig dünne Schicht aus hydraulisch abbindender
Stampfmasse erreicht auf den Rohren eine sehr hohe Festigkeit und wirkt dabei noch
isolierend. Die zweite Schicht, bestehend aus aufgebrachter Siliziumkarbidmasse,
hat gegenüber der hydraulisch abbindenden Masse eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit.
Die hydraulisch . abbindende Masse dient also als Wärmepolster. Dadurch erhält die
aufgebrachte Siliziumkarbidmasse eine höhere Temperatur und erreicht dadurch eine
höhere Festigkeit in der Gesamtstruktur.
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Wenn jetzt auch stellenweise innerhalb der Kammer die Beanspruchung
der Masse unterschiedlich ist, kann diese infolge der gleichmäßigeren Verfestigung
und Erhärtung beider Schichten der Masse sich nicht mehr ungünstig auswirken, so
daß Abnutzung und Verschleiß der Masseschichten gegenüber der bisherigen Ausführung
wesentlich verringert sind.
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Bei der beschriebenen Mehrschichtstampfung wird also die hydraulisch
abbindende Masse als erste Schicht auf die Rohre aufgetragen, da sie außer der Verfestigung
bei tiefen Temperaturen - welche bei den »keramisch abbindenden« Massen nicht möglich
ist - einen Wärmestau mit sich bringt, so daß die nunmehr in zweiter Schicht aufgetragenen
normalen Siliziumkarbidmassen oder korrosionsschützenden Massen höhere Temperaturen
erhalten und somit fester und dichter werden. Mit der beschriebenen Mehrschichtstampfung
wird also erreicht: 1. daß eine gut abgebundene Stampfmasse auf dem Rohr liegt,
2. daß die zweite aufgebrachte Schicht in ihrer Festigkeit durch die darunterliegende
Schicht schlecht wärmeleitender, hydraulisch abbindender Stampfmasse erhöht wird,
3. daß den Diffusionsstoffen weit größere Hemmnisse als bisher in den Weg gelegt
werden, durch die Masse auf das Rohr zu diffundieren und dieses ungünstig zu beeinflussen.
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Für die Zusammensetzung der erfindungsgemäß als erste Verkleidungsschicht
benutzten hydraulisch abbindenden Stampfmassen kann man feuerfeste Steine verwenden,
die in Form von Brocken gemahlen werden, so daß in der Verkleidungsmasse ein Kornaufbau
von 0 bis etwa 6 bis 7 mm vorhanden sein kann. Außerdem werden dieser Stampfmasseschicht
ein kleiner Anteil an Bindeton sowie etwa 20 bis 25 % Tonerdeschmelzzement beigegeben,
um eine hydraulische Abbindung zu erreichen.
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Nach der erwähnten zweiten;, aus normaler Siliziumkarbidmasse oder
korrosionsschützenden Masse bestehenden Schicht können gegebenenfalls noch weitere
Schichten aufgestampft werden. An Stelle von Siliziumkarbidschichten können auch
andere Stampfmassen ähnlicher Eigenschaften, insbesondere ähnlich guter Temperaturleitfähigkeit,
z. B. auf der Grundlage von Korund oder eines anderen hochwertigen feuerfesten Stoffs
aufgebaute Stampfmassen, Verwendung finden.
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Die Haftung der beiden ersten Stampfmasseschichten aneinander wird
dadurch begünstigt, daß durch die teilweise Fortnahme der ersten Schicht und durch
das dabei erfolgende Freilegen der Stifte gewisse Unebenheiten in der zuerst gestampften
Masse verbleiben. In diese Masse wird dann, nachdem dieselbe während der erforderlichen
Zeit, praktisch während etwa 5 bis 6 Stunden, abgebunden hat, die zweite Stampfmasseschicht
eingestampft, wobei die erste Schicht einen festen Untergrund für die neu einzustampfende
zweite Schicht bildet.
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Die Zeichnung stellt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäß hergestellten
Stampfmassenverkleidung einer Rohrwand beispielsweise dar.
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An den dampfführenden Rohren sind aus normalem oder legiertem Stahl
bestehenden Haltestifte 2 angebracht. Von der Stiftseite her wird eine hydraulisch
abbindende Stampfmasse, die mit 3 bezeichnet ist, eingebracht, so daß sie die Zwischenräume
zwischen den Rohren gut ausfüllt. Diese erste Stampfmasseschicht wird an ihrer Oberfläche
so weit abgenommen, daß die Stifte 2 noch etwa 8 bis 10 mm über die gebildete
Oberfläche hinausragen.
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Die auf der Hinterseite der Rohre 1 aufgetragene Schicht 4 besteht
ebenfalls aus hydraulisch abbindender Stampfmasse. Diese Schicht 4 wird zweckmäßig
in einem besonderen Arbeitsgang vor Aufbringung der ersten Verkleidungsschicht 3
eingebracht, und zwar gleichzeitig mit dem Hochziehen der Einmauerung, die aus Schamotteplatten
6, einer Kieselgurisolierschicht 7 und einer Mattenisolierung 8 bestehen kann.
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Nachdem die von der Stiftseite her eingebrachte, aus hydraulisch abbindender
Stampfmasse bestehende Schicht 3 während einer zum Abbinden und Erhärten genügenden
Zeit sich selbst überlassen wurde, erfolgt die Aufstampfung der zweiten Schicht
9 der Stampfmassenverkleidung, die aus einer normalen Siliziumkarbidmasse oder aus
korrosionsschützender Stampfmasse,
z. B. auf Vanadium- oder Vanadiumoxydbasis,
hergestellt ist.
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Die Anwendbarkeit des beschriebenen Verfahrens ist nicht auf die Herstellung
von Rohrverkleidungen in den Schmelzkammern einer Kesselanlage beschränkt. Bei einer
solchen Anlage werden die Kohleteilchen im Feuerraum so hoch erhitzt, daß sie in
flüssiger Form ablaufen, da Temperaturen gefahren werden, die im Flammenkern bei
etwa 1650 bis 1750° C liegen. Beim Betrieb einer solchen Schmelzkammer mit Kohlenstaubbrennem
legt sich die Schlacke an den Wänden ab und läuft herunter auf den Boden und zum
Schlackenauslauf. Die Anwendung der beschriebenen Mehrschichtstampfung empfiehlt
sich indes auch bei Feuerräumen anderer Art, z. B. im Zündgürtel der Feuerräume
von Kesselanlagen mit trockenem Ascheabzug.