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Gefäß zur Aufnahme von Metall- oder Stahlschmelzen Die Erfindung beschäftigt
sich mit einem Gefäß zur Aufnahme von Metall- und Stahlschmelzen oder zur Durchführung
von Schmelzprozessen von Metall oder Stahl, bestehend aus einem Stahlmantel und
innerhalb desselben angebrachter feuerfester Auskleidung.
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Metallurgische Gefäße solcher Gattung besitzen eine Isolation auf
der Stahlmantel-Innenseite, ein Dauerfutter und ein Wechselfutter, das nach einer
bestimmten Anzahl von Schmelzchargen neu zugestellt werden muß. Die Wärmemengen
aus dem Inhalt der Schmelze durchdringen sämtliche Futterschichten und erwärmen
auch noch zum Teil den äußeren Mantel. Je nach Zustand des Futters bereiten abgenutzte
Futterstellen Schwierigkeiten, weil dort mehr Wärme als an den übrigen Flächenteilen
dem Gefäßmantel zugeführt wird. Oft fallen solche Stellen noch mit den Anschlußverbindungen
für Halterungen wie beispielsweise Kippzapfen der Kippgestelle zusammen, so daß
schwerwiegende Folgen und Unfälle entstehen können.
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Ganz allgemein unterliegt aber der Gefäßmantel der Wärmebeanspruchung
der Ausmauerung bedingt durch die Ausdehnungskraft. Die daraus resultierenden bleibenden
Verformungen sind unerwünscht, weil die Lagerung der Gefäße darunter leidet. Durch
während des Betriebes auftretende Gefäßmantelveränderungen treten schädliche Beanspruchungen
der Aufnahmegestelle ein. Es müssen dort besondere Vorkehrungen getroffen werden,
um diese Verformungskräfte von den Antriebs- und Bewegungseinrichtungen fern zu
halten.
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Der Gefäßmantel wird aber auch aus weiteren Gründen einer oft unzulässig
großen Spannung unterworfen. Das als »grünes Futter« bezeichnete Mauerwerk einer
Neuzustellung weist die Eigenschaft auf, in Haarrisse des Dauerfutters das zwischenliegende
Material zu drücken. Haarrisse des Dauerfutters sind bedingt durch häufige Erwärmungs-
und Abkühlungsvorgänge. Dabei spielen auch verschiedene Dehnungsvorgänge zwischen
Gefäßmantel und Dauerfutter eine Rolle. Das Eindringen der Stampfmasse zwischen
Dauerfutter und Neuzustellung in die Haarrisse jedenfalls läßt sich in der Praxis
kaum vermeiden und führt zu einem sogenannten Wachsen des Gefäßes. Dabei wächst
tatsächlich der Gefäßdurchmesser. Diese Überbeanspruchung muß vom Gefäßmantel aufgenommen
werden durch natürliche Dehnung unterhalb der Streckgrenze des Werkstoffes.
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Den Wärmedehnungen bei Gefäßen für Metallschmelzen wird mittels verschiedener
Maßnahmen entgegengewirkt. Nach einer bekannten Lösung (USA.-Patentschrift 1573
535) wird ein mit einem Ringflansch versehener Schmelztiegel nur am Mündungsrand
festgehalten und radiale und axiale Dehnung durch einen Luftspalt gestattet. Der
Spalt wird praktisch dadurch gebildet, daß einfach ein größeres, formgleiches zweites
Gefäß mit einem weiteren Ringflansch das erste Gefäß umhüllt. Eine solche Lösung
ist bei kleinsten Abmessungen gerade noch tragbar. Bei größeren Gefäßen, wie beispielsweise
Stahlwerkskonverter, Mischer od. dgl. würde der Gefäßinhalt eine solche Wandstärke
erfordern, daß das Eigengewicht des Gefäßmantels zu Kosten außerhalb jeglicher wirtschaftlicher
Tragbarkeit Veranlassung geben würde. Technisch betrachtet stellt das zweite Gefäß
lediglich einen doppelten Mantel dar, dessen Inneres nach Fertigmontage unzugänglich
bliebe und der erste Behälter keiner ausreichenden Kühlung ausgesetzt werden könnte.
Vor allen Dingen aber wäre die Größe der Tangentialkräfte im Werkstoff dieselbe
wie bisher.
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Bei Hauben für Glühöfen, die als Schutz gegen die Atmosphäre während
der Wärmebehandlung von Metallgut dienen, ist es bekannt (deutsche Patentschrift
967 077), den Mantel aus Wellblech zu bilden. Er wird von mehreren Bandagen um den
Umfang zusammengehalten. Man nutzt hierbei nur die gegenüber einem glatten Zylinder
vergrößerte Oberfläche aus, um die Hitze aus dem Innern besser an die Umgebung ableiten
zu können. Deshalb ist die radiale Elastizität weniger von Bedeutung. Eine solche
Glühhaube trägt auch keine Ausmauerung. Es stellen sich hier weniger die Probleme
des Eigengewichtes und der Kosten.
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Eine Verdoppelung der Wand eines Induktionsofens zum Schmelzen von
Magnesium geht auch aus der deutschen Patentschrift 903 266 hervor. Verbindungsstege
zwischen
Innen- und Außenmantel tragen zur Werkstoffersparnis bei. Außerdem absorbiert der
Außenmantel das elektromagnetische Feld. Zwischen den beiden Mänteln kann eine solch
intensive Kühlung angewendet werden, daß eine Wärmedehnung keine bedeutsame Rolle
mehr spielt. Außerdem stehen solche Induktionsöfen meist auf besonderen Unterlagen,
die selbst gekippt werden können. Die Schwierigkeiten der Gefäßbeanspruchung durch
Ausmauerung, Eigengewicht, Aufhängungs- und Wärmespannungen stellen sich demnach
hier nicht.
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Dagegen bezweckt die vorliegende Erfindung, den Stahlmantel des Gefäßes
von den Wärme-Ausdehnungskräften der Ausmauerung zu entlasten, um die bleibende
Deformierung zu verhüten. Insbesondere wird die Aufgabe .der Erfindung darin gesehen,
daß bei Rissen des Ofenfutters, hervorgerufen durch diese Formänderungen, Teeraustritt
und Durchbrände verhindert werden.
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Nach der Lehre der Erfindung kann die gestellte Aufgabe gelöst werden
durch einen unter Einhaltung eines Zwischenraumes gegenüber dem Gefäß-Stahlmantel
angeordneten, radial elastisch dehnungsfähigen ein- oder mehrteiligen Zwischenmantel
aus Stahlblech, auf den die feuerfeste Auskleidung aufgebracht ist. Der Zwischenmantel
hat die Aufgabe, unter dem Radialdruck der Wärmedehnungskräfte sich auszudehnen,
ohne daß diese Kräfte in voller Stärke auf den Stahlmantel übertragen werden. Der
Zwischenmantel einschließlich der Ofenzustellung kann im Bedarfsfalle ausgewechselt
werden, ohne daß das Gesamtgefäß aus seiner Halterung oder seiner Bewegungsvorrichtung
entfernt werden muß. Dadurch wird eine längere Lebensdauer der Gefäße ermöglicht,
und es werden erhebliche Kosteneinsparungen erzielt. Insbesondere bewirkt ein solcher
Zwischenmantel das Umlenken der radialen Dehnungskräfte in Tangentialkräfte, so
daß die Breite des Zwischenmantels geringer wird unter Vergrößerung des Umfanges
der Ausmauerung. Der Außendurchmesser des Gefäßes bleibt somit insgesamt unverändert.
Das Wachsen des Mauerwerks, Wärmespannungen u. dgl. werden innerhalb der Ofenwandung
elastisch aufgefangen.
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Nach einer besonderen Weiterbildung der Erfindung besteht der Zwischenmantel
aus etwa halbzylindrisch oder oval gestalteten, mit in Längsrichtung verlaufenden
Wellen oder Einbuchtungen versehenen Sektionen, die sich einzeln auf den Stahlmantel
abstützen. In Abwandlung dieser Ausbildung können die Sektionen des wellenförmigen
Zwischenmantels sich an den Stößen überlappen.
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Nach einer weiteren Ausführungsform kann der Zwischenmantel auch aus
sich in einer Umfangsrichtung aufeinander abstützenden Sektionen bestehen, von denen
jede gegen den Außenmantel mittels lamellenartiger, schräg verlaufender und sich
tangential an den Stahlmantel anlehnender Federenden oder federnder Rohrteile befestigt
ist. Bei dieser Ausbildungsweise kann sich jedes Sektionsglied mittels seines Lamellen-Stützelementes
gegenüber dem Stahlmantel bewegen und dem Radialdruck nachgeben.
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Eine weitere Ausbildungsform des Zwischenmantels besteht gemäß der
Erfindung aus einem glatt zylindrischen und/oder kegeligen, aus mehreren Teilen
oder Sektionen gebildeten Hohlkörper, dessen Stoßstellen sich überlappen und der
nachgiebig mit dem Stahlmantel verbunden ist. Als Verbindungselemente kommen federnde
Abstützungen, z. B. lamellenartige Streben in Betracht.
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Eine weitere Ausbildungsmöglichkeit nach der Erfindung besteht auch
noch darin,-daß der mit polygonartigem Querschnitt gebildete Zwischenmantel an den
Eckpunkten starr oder elastisch mit dem Stahlmantel verbunden ist. Diese Ausbildungsweise
kann auch in einer weiteren Abwandlung aus einzelnen ebenen, ein Polygon bildenden
Platten bestehen, die sich mittels Winkelstücken an den Ecken überlappen und einzeln
elastisch am Mantel befestigt sind.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele dargestellt, die im folgenden
näher erläutert sind.
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Der zylindrische oderkegeligeGefäßaußenmantell istgemäßderErfmdungmiteinem
elastisch dehnungsfähigen Zwischenmantel 2 a versehen (F i g. 1), der aus einzelnen
oval gestalteten Sektionen gebildet ist. Diese überlappen sich an den Stößen und
stützen sich mit dem überlappten Teil auf den Mantel 1 ab.
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Der elastisch dehnungsfähige Zwischenmantel kann auch aus sich einander
anlegenden einzelnen Teilen 2 b (F i g. 1) bestehen, die als halb-zylindrische Sektionen
ausgebildet und sich berührend nebeneinander am Stahlmantel l angeordnet sind. Auf
diesem mehrteiligen, elastisch dehnungsfähigen Zwischenmantel ist das Dauerfutter
3 aufgebracht.
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In einer anderen Ausführungsform besteht der elastisch dehnungsfähige
Zwischenmantel aus mehreren, sich überlappenden Sektionen 2 c, 2 d (F i g. 2 a,
2b), von denen jede einen mehr oder weniger großen Umfangsteil des Mantels bildet.
Die Sektionen2c, 2 d können mit sich einander anschließenden wellenförmigen Einbuchtungen
versehen sein und stützen sich mittels nachgiebiger, federnder, entsprechend gebogener
Ansätze 4 (ld) auf den Außenmantel 1 ab.
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In weiterer Abwandlung der Erfindung kann der elastisch dehnungsfähige
Zwischenmantel auch glatt zylindrisch, jedoch mehrteilig ausgebildet sein, wie aus
den F i g. 3 a, 3 b hervorgeht. Hierbei überlappen sich die Mantelabschnitte 2 e,
2 f an den Berührungsstellen. Die Abschnitte 2 e, 2 f des Zwischenmantels sind mittels
elastisch federnden Stützen oder Streben 5 (F i g. 3 b) auf den Außenmantel 1 abgestützt:
Die Abstützung kann auch aus schräg verlaufenden ebenen Streben 6 bestehen (F i
g. 3 a).
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Ferner ist es möglich, durch den ringförmigen Zwischenraum, der einerseits
vom Außenmantel, andererseits vom Zwischenmantel gebildet ist, ein Kühlmittel hindurchzuleiten,
insbesondere Kühlluft hindurchzublasen.