-
Wandkonstruktion an Industrieofen Gegenstand... der vorliegenden Erfindung
ist eine Wandkonstruktion -an einem Industrieofen und insbesondere an einem Siemens-Martin-Ofen.
-
Das feuerfeste Mauerwerk von Industrieöfen dehnt sich bei der Erwärmung
im allgemeinen aus. Eine Ausdehnung der feuerfesten Steine kann aber auch hervorgerufen
werden durch metallische oder oxydische Infiltrationen. Beispielsweise dehnt sich
das Herdmauerwerk von Kupferschmelzöfen während des Betriebes laufend aus, weil
die Magnesitsteine des Herdes durch Aufnahme von Kupfer ihr Volumen allmählich vergrößern.
Beim Siemens-Martin-Ofen z. B. bewirkt die Eisenoxydaufnahme aus der Ofenatmosphäre
eine allmähliche Vergrößerung des Volumens der basischen Steine, die gewisse Zeit
auf hoher Temperatur gehalten werden, allmählich nachschwinden, und führen zu einem
Schrumpfen des Mauerwerkes. Das Mauerwerk des Ofens kann also wachsen oder/und schwinden.
Der Volumenvergrößerung der Steine bei der Erwärmung oder unter dem Einfluß des
Betriebes wird durch Anordnung von Dehnfugen Rechnung getragen. Wenn nach jedem
Stein eine für die Ausdehnung ausreichende Dehnfuge vorgesehen wird, bleibt das
Mauerwerk in seiner ursprünglichen Lage erhalten. Die Anordnung vieler verteilter
Dehnfugen ist aber sehr oft nicht möglich, und häufig können nur nach gewissen Mauerwerkslängen
Dehnfugen angeordnet werden. Beispielsweise können im Herd eines Schmelzofens, der
das flüssige Metall aufnimmt, für die Ausdehnung der Steine keine Dehnfugen vorgesehen
werden, weil das Metall durch nicht vollkommen geschlossene Fugen ausfließen würde.
Bei der Ausdehnung der Steine steigt deshalb das Herdmauerwerk an, und die auf dem
Herdmauerwerk aufgesetzten Wände werden in gleicher Weise mitgehoben. Sie bewegen
sich in der Richtung einer vorgesehenen Dehnfuge, die beispielsweise zwischen Wand
und Gewölbe angeordnet sein kann.
-
Die Armierung der öfen ist im allgemeinen starr und macht die Bewegung
des Mauerwerkes nicht mit. Es kommt daher beim Anheizen der öfen oder bei einer
späteren Ausdehnung der Steine oder beim Nachschwinden zu einer Relativbewegung
zwischen der feststehenden Armierung und dem feuerfesten Mauerwerk. Bei Wänden,
die an der Armierting lose anliegen, hat diese Relativbewegung keine nachteiligen
Folgen. Sehr schädlich hingegen wird die Relativbewegung, wenn das Mauerwerk der
Wand an der Armierung befestigt wird. Es ist dabei gleichgültig, ob alle Steine
der Wand an der Armierung befestigt sind oder nur ein Teil der Steine. Die an der
Armierung befestigten oder angehängten Steine werden der Bewegung Widerstand entgegensetzen.
Es kann zu einer sehr gefährlichen Auflockerung des Mauerwerkes der Wand kommen,
oder es entstehen zusätzliche, für die Haltbarkeit der Wand schädliche Spannungen.
-
In gewissen Fällen ist es möglich, zum Ausgleich des Steigens der
Wand zwischen ihr und dem anschließenden Gewölbe waagerechte Dehnfugen vorzusehen,
die groß genug bemessen werden können, weil deren Abdichtung relativ einfach ist.
Ist die Wand an das Gewölbe jedoch längs einer geneigten Fläche angeschlossen, so
ist die Ausbildung und Ab-
dichtung der Fugen schwierig. Die elastische Abdichtung
einer geneigten Fuge ohne nachteilige Folgen für die Haltbarkeit ist bei hohen Wandtemperaturen
eine noch nicht gelöste Aufgabe. Wird die Fuge sehr reichlich bemessen, um allen
Eventualitäten des Steigens des Mauerwerkes Rechnung züi tragen, so kann sie, zumindest
eine Zeitlang, offenbleiben und Ursache eines vorzeitigen Verschleißes dieser Stelle
sein. Ist sie zu eng bemessen, so kann beim Hochsteigen der Wand das Gewölbe mitgehoben
werden. In diesem Fall wird die feuerfeste Wand zusätzlich belastet und vorzeitig
zerstört. Wenn das Gewölbe nicht beweglich ist, so führt der durch die Ausdehnung
der Steine entstehende Druck zu einer Zerstörung sowohl der Wand als auch des Gewölbes.
Nicht geschlossene oder schlecht abgedichtete Dehnfugen können ferner zu einem Einsaugen
von Falschluft oder zu einem Austritt der Flammen Anlaß geben, je nach dem
Druckverhältnis
im Ofen. Beides ist für den Betrieb und die Haltbarkeit schädlich.
-
Es ist zwar schon eine Wandkonstruktion an einem Siemens-Martin-Ofen
mit nach einwärts geneigten Seitenwänden bekanntgeworden, bei welchem Mauerwerkstreifen
an Armierungsträgem befestigt sind, wobei diese Armierungsträger parallel zur Richtung
der Seitenwände verschiebbar und um eine horizontale Achse verschwenkbar am,Ofen
gelagert sind. Damit ist es möglich, die Wandsegmente einzeln nach außen zu verschwenken,
z. B. zum Austausch derselben. Im weiteren gestattet die Verschiebbarkeit der Armierungsträger
auch eine seitliche Verschiebung der Wandsegmente. Diese Konstruktion hat allerdings
den Nachteil, daß bei einer Ausdehnung des Herdmauerwerkes in vertikaler Richtung
die an sich erwünschte Ausweichbewegung des Wandmauerwerkes bzw. der Wandsegmente
in einer Verschwenkung derselben um die horizontale Achse der Armierungsträger resultiert,
bei welcher sich die Trennfuge zwischen Wandmauerwerk und Gewölbe nach Maßgabe dieser
Verschwenkung sich erweitert.
-
Die vorliegende Erfindung bezweckt nun die Schaffung einer Wandkonstruktion
an Industrieöfen, welche unter Vermeidung des vorgenannten Nachteiles eine Ausweichbewegung
des Wandmauerwerkes unter dem Einfluß einer vertikalen Ausdehnung des Herdmauerwerkes
gestattet. Die erfindungsgemäße Wandkonstruktion zeichnet sich dadurch aus, daß
das Armierungssystem bezüglich der Lagerung annähernd in Richtung der Vertikalausdehnung
des Herdmauerwerkes verschiebbar ist und an seinem -oberen Ende an Führungsmitteln
anliegt ' die parallel zur Trennfuge zwischen Wand und Gewölbe verlaufen.
-
Dadurch, daß dem Armierungssystem eine Verschiebung in annähernd vertikaler
Richtung unter der Einwirkung der Ausdehnung des Herdmauerwerkes gestattet wird
und infolge des Verlaufes der Führungsmittel parallel zur Trennfuge führen die Wandsegmente
bei der Ausdehnung des Herdmauerwerkes mit ihren oberen Enden praktisch eine parallele
Verschiebung in der Ebene der Trennfuge aus. Somit bleibt in jeder Lage der Wandsegemente
die Spaltbreite, der Trennfuge konstant. Diese Anordnung gestattet selbstverständlich
auch den Ausbau der Wandsegmente zusammen mit ihren Armierungen in einfacher Weise.
-
In der Zeichnung sind mehrere beispielsweise Ausführungsformen der
erfindungsgemäßen Wandkonstruktion dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen Vertikalschnitt
durch einen Siemens-Martin-Ofen mit einer Wandkonstruktion gemäß der ersten Ausführungsform,
F i g. 2 ein Streifenelement der Wandkonstruktion gemäß F i g. 1 im
Aufriß, F i g. 3 eine Wandkonstruktion mit gruppenweise vereinigten Streifenelementen
im Aufriß, F i g. 4 eine weitere Ausführungsform einer Wandkonstruktion im
Querschnitt, - F i g. 5 eine Wandkonstruktion für eine vertikale Seitenwand
im Querschnitt, F i g. 6 einen Horizontalschnitt durch die Wandkonstruktion
nach F i g. 5.
-
Beim dem in F i g. 1 dargestellten Querschnitt ist das Herdmauerwerk
1 des Ofens - bei Siemens-Martin-öfen beispielsweise aus Magnesitsteinen
hergestellt - von einer mehr oder weniger dicken Auflage 1 a aus eingesintertem
Material (Dolomit oder Magnesit) bedeckt, welche das Metallbad 2 enthält.
3 sinddie Vorder- und Rückwände des Ofens, während dessen Oberseite durch
das Gewölbe 4 abgeschlossen ist. Die Wände 3 sind nach innen geneigt und
ebenso wie das Gewölbe 4 abhebbar angeordnet. Eine Armierung 5 umschließt
das Herdmauerwerk. Eine Dehüfuge 6 ist zwischen der Wand 3 und dem
Gewölbe 4 vorgesehen. Ein Wandarmierungssystem 7
besitzt bei 8 ein
unteres Auflager, während 9 das obere Auflager der Wandarmierung bezeichnet.
Oberhalb der Wand verlaufen Längsträger 10 der Ofenarmierung, an denen das
Gewölbe aufgesetzt ist und gegen die sich die Wandarmierung 7 anlegt Die
Gleitfläche 9 der Wandarmierung 7 ist parallel zur Fuge
6.
-
In F i g. 1 ist strichpunktiert schematisch eingezeichnet,
wie die Seitenwand beim Steigen des Herdmauerwerkes bewegt bzw. gehoben-wird. Dabei
hebt sich die Gabel 11 vom Lager 12 ab, während das obere Auflager
9 auf einer metallischen Auflagerfläche 13 gleitet, die an der Armierung
10 ange-r schweißt ist. Die Gewölbesteine sind in später näher beschriebenen
Weise an der Armierung 15. aufgehängt. Der mit 14 bezeichnete Endstein des
Gewölbes wird durch eine begrenzt deformierbare Platte 16 gehalten. Wenn
aus irgendeinem Grund im Gewölbe zuwenig Dehnung vorgesehen ist, drückt der Gewölbeendstdin
14 die Platte 16 am unteren freien Ende nach außen, und diese kann, ohne
zu großen Widerstand zu finden, die Wand 3 um.das Auflager 8
etwas
hinausdrehen, wobei sich natürlich die Gleitfläche 9 der Wandarmierung von
der Gleitfläche 13
der Ofenarmierung etwas abheben wird.
-
Wie aus F i g. 1 weiter hervorgeht, ruht das Mauerwerk der
Wand 3 an seinem unteren Ende auf Tragplatten-21, die an der Armierung befestigt
sind. Die senkrecht zu den Armierungen angeordneten Tragplatten sind notwendig beim
Transport der einzelnen ausgemauerten Streifen und um die Gewichtskoraponente der
Wandsteine aufzunehmen. Solche Tragplatten können auch über die Höhe der Wand verteilt
an den einzelnen Profilen angeordnet werden, um das darunterliegende Mauerwerk vom
Gewicht des darüberliegenden zu entlasten. Sie sind unbedingt notwendig bei Unterteilung
der Wand in waagerechte Streifen, um das Gewicht der einzelnen Mauerwerkstreifen
zu übernehmen.
-
Währenddem bei der in F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform
das Mauerwerk durch einzelne streifenförmige Elemente gebildet ist, welche unabhängig
voneinander gelagert sind, ist gemäß F i g. 3
vorgesehen, je zwei Streifen
zu einem Element bzw. einer Gruppe zusammenzufassen, indem die Arinierungen
7 von zwei benachbarten Streifen jeweils durch Profilschienen 7 a
und' 7 b verbunden -wdrden und sich auf einen gemeinsamen Rundstab 12 abstützen.
-
Gemäß der in F i g. 4 dargestellten Ausführungsform ist eine
Unterteilung der Seitenwand 3 der Höhe nach vorgesehen, wobei die
entsprechenden horizontalen Streifen 30, 31, 32 an einer entsprechend unterteilten
Armierung abgestützt sind, die durch die lösbar miteinander verbundenen Teile
33, 34 und 35
gebildet wird. Jeder der Teile ist mit -einer Tragplatte
21 versehen, die das Gewicht des einzelnen Streifens an diesen übertragen kann.
-
Wie aus F i g. 5 hervorgeht, kann die Wandkonstruktion selbstverständlich
auch bei annähernd senkrecht
stehenden Wänden eines Ofens zur Anwendung
gelangen. Die Ausbildung entspricht im wesentlichen der in Fig. 1 dargestellten,
wobei auch hier die Armierung7 an ihrem oberen Ende an der Fläche 13 anliegt,
und zwar unter dem Gewicht der Wand bzw. des Wandstreifens 3.
-
Die beschriebene Wandkonstruktion kann aus Steinen aufgebaut werden,
deren Länge gleich der Wanddick-- ist, doch ist auch eine Kombination von kürzeren
Steinen möglich, die sich gegenseitig halten und von denen nur ein Teil an der Armierung
befestigt ist. Es ist auch nicht notwendig, alle Steine an der Armierung direkt
oder indirekt zu befestigen. So kann beispielsweise jede zweite Höhenlage aus nicht
angehängten Steinen bestehen, wobei nur die dazwischenliegenden Lagen befestigt
sind, weil die eingeschobenen, nicht befestigten Lagen durch das Gewicht des darüberliegenden
Mauerwerkes gehalten werden. Bei nach innen gekrümmten Wänden ist auch eine Kombination
von Keilsteinen mit Rechtecksteinen ohne Nachteil möglich. Auch kann bei nach innen
gekrümmten Wänden der Krümmungsradius der Wand und der Wandarmierung über die Höhe
der Wand verschieden sein. Die Wahl eines kleineren Krümmungsradius für den oberen
Teil der Wand ist von besonderem Vorteil, weil dann die Trennfuge zwischen Wand
und Gewölbe parallel oder fast parallel ausgeführt werden kann.
-
Ein Beispiel für die Befestigung der Steine an der Wandarmierung zeigt
F i g. 6. Die Wandsteine 17 und 17' haben an ihren kalten Enden
eine waagerechte Ausnehmung, die durch einen Blechbügel abgedeckt ist (nicht dargestellt).
In die so gebildete Ausnehmung greifen Haken 18 ein, die an umgelegten I-Profilen
19 angehängt sind. Die zur Wandaußenfläche senkrecht stehenden Flansche stützen
die unter dem Profil liegenden Steine 17' direkt ab, während die außenliegenden
Steine 17 über den Haken abgestützt sind. Mit 20 sind die in der Mitte des
Steges angeschweißten Rippen bezeichnet, die zusammen mit den Profilen die Armierung
bilden. In entsprechender Weise sind auch die Steine des Gewölbes 4 an der Tragkonstruktion
15 befestigt.
-
Als Steinqualitäten für die Wände eignen sich Silikasteine, Schamottesteine
und basische Steine. Für die Wände von Siemens-Martin-öfen sind besonders geeignet
Steine aus Magnesit und Chromerz und von diesen wiederum ungebrannte Steine mit
einem Blechmantel und einer eingepreßten Ausnehmung, in die der Hängehaken eingreift,
oder mit einer am Blechmantel befestigten Öse.
-
Die dargestellte Ausbildung der Wandarmierung macht es ferner möglich,
mit einfachen Mitteln die Wand oder Teile derselben zu kühlen. Zu diesem Zweck sind
die Profile, an denen die Steine befestigt sind, mit einem gegen die Außenfläche
der Wand offenen, seitlich durch das Profil, insbesondere durch dessen Flansche
und Stege, begrenzten Hohlraum ausgestattet, an dem endweise eine Leitung zum Zu--leiten
eines unter Druck stehenden Kühlmittels, zweckmäßig Kühlluft, angeschlossen ist.
Vorteilhaft sind zwischen den seitlichen metallischen Begrenzungsflächen der Hohlräume
und der Außenseite der Wand Durchtrittsöffnungen für das Kühlmittel vorgesehen,
so daß letzteres seitlich austreten und somit die gesamte Außenfläche der Wand kühlen
kann. Solche Austrittsöffnungen ergeben sich beispielsweise bei gewölbten Wänden
von selbst, da die Armierung Bogenform hat, die Wand hingegen Polygonform, bedingt
durch das Aneinanderreihen der einzelnen Steine.
-
In F i g. 6 ist mit 22 der Hohlraum bezeichnet, durch den das
Kühlmittel, z. B. Luft, zugeführt wird. Er ist begrenzt einerseits durch die Außenfläche
der Steine 17', andererseits durch die Flansche 23 und den Steg 24
des Profils. Unterhalb der Flansche bilden sich die seitlichen Austrittsöffnungen
25 für die Luft. Die austretende Luft bestreicht somit auch die zwischen
den Profilen liegenden Wandflächen und kühlt dieselben.
-
Die auf den Stegen 24 angeschweißten Rippen 20 erfüllen einen zweifachen
Zweck. Sie verstärken einerseits das Widerstandsmoment des Profils und dienen andererseits
als sogenannte Kühlrippen. -Da die Profile an den Wänden anliegen, können sie bei
stärkerem Verschleiß der Wände auf eine unzulässig hohe Temperatur kommen und sich
verziehen, was für die nachfolgende Zustellung der Wand sehr nachteilig wäre, da
beim beschriebenen Aufbau der Wand eine große Genauigkeit bei der Ausführung der
Armierung verlangt wird. Die aufgeschweißten Rippen verhindern jedoch eine unzulässige
Erhitzung der Profile und gewährleisten somit die genaue Beibehaltung der Form der
Wandarmierung.
-
Wie aus den F i g. 1 bis 5 ersichtlich ist, sind an
diesen Rippen auch die gabelförmigen unteren Auflager und die Gleitflächen der oberen
Auflager angebracht. Die Halteprofile brauchen dann nicht länger zu sein, als für
die Befestigung der Steine nötig, und die über eine Profillänge nach unten hinausragenden
Kühlrippen stützen den Mauerwerkssockel, der unterhalb der erfindungsgemäßen Wand
liegt, ab. Ein weiterer Vorteil ergibt sich bei Anordnung der Auflager an den Kühlrippen
dadurch, daß etwaige Deformationen der Flansche des Profils, die im rauhen Stahlwerksbetrieb
durch mechanische Beschädigungen vorkommen können, sich nicht nachteilig für die
gesamte Wandarmierung auswirken.
-
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Wandkonstruktion besteht
darin, daß das gabelförmige untere Ende der Armierung auf einem horizontalen Rundeisen
seitlich verschiebbar gelagert ist. Wenn beispielsweise die an die beweglich gelagerte
Wand angrenzenden Ofenteile sich stärker in Richtung zur Wand ausdehnen, so kann
diese auf ihren unteren Auflagern verschoben werden.
-
Die Konstruktion gemäß Erfindung hat einen weiteren Vorteil. Sollten
die Gewölbeendsteine (Widerlager) aus irgendeinem Grund, beispielsweise wegen zu
knapper Bemessung der Dehnfugen oder wegen Volumenvergrößerung durch Infiltration,
seitlich stärker als vorgesehen hinausgeschoben werden, so werden sie nicht an eine
starre Wand gedrückt, sondem die Wand wird drehbar um ihr unteres Auflager ganz
wenig nach außen geschoben und gibt den notwendigen Platz für die Ausdehnung frei.
Der Widerstand, den die Wand dieser Bewegung entgegensetzt, ist wegen der gegebenen
Hebelverhältnisse sehr gering. Er kann zu keiner stärkeren Pressung der Steine führen.