DE1263799C2 - Wandkonstruktion an Industrieofen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

Int. α.:

Nummer:

Aktenzeichen:

Anmeldetag:

Auslegetag:

Ausgabetag:

C21c

Deutsche Kl.: 18 b-5/08

M46379VI a/18b
26. August 1960
21. März 1968
26. September 1968

Patentschrift stimmt mit der Auslegeschrift überein

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 ζ. 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 gleieher 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 Armierung 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 Wandkonstruktion an Industrieofen

Patentiert für:

Maerz Ofenbau A. G., Zürich (Schweiz)

Vertreter:

Dipl.-Ing. J. Buschhoff, Patentanwalt,

5000 Köln, Kaiser-Wilhelm-Ring 24

Als Erfinder benannt:

Alfred Slesaczek, Küsnacht, Zürich (Schweiz)

Beanspruchte Priorität:

Österreich vom 3. September 1959 (A 6387/59)

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 Abdichtung 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 zu 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

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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 Armierungsträgern 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 α aus eingesintertem Material (Dolomit oder Magnesit) bedeckt, welche das Metallbad 2 enthält. 3 sind die 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 Dehnfuge 6 ist zwischen der Wand 3 und dem Gewölbe 4 vorgesehen. Ein Wandarmierungssystem 7

ίο 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 angeschweißt 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 Gewölbeendstein 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 Fig. 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 Gewicbtskomponente der Wandsteine aufzunehmen. Solche Tragplatlen 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 Fig. 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 Armierungen 7 von zwei benachbarten Streifen jeweils durch Profilschienen 7 α und 7 b verbunden werden 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 miteiner 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 senk-

Claims (5)

1. 5 6

   recht stehenden Wänden eines Ofens zur Anwen- Bogenform hat, die Wand hingegen Polygonform, be-

   dung gelangen. Die Ausbildung entspricht im we- dingt durch das Aneinanderreihen der einzelnen

   sentlichen der in F i g. 1 dargestellten, wobei auch Steine.

   hier die Armierung 7 an ihrem oberen Ende an der In F i g. 6 ist mit 22 der Hohlraum bezeichnet,

   Fläche 13 anliegt, und zwar unter dem Gewicht der 5 durch den das Kühlmittel, z. B. Luft, zugeführt wird.

   Wand bzw. des Wandstreifens 3. Er ist begrenzt einerseits durch die Außenfläche der

   Die beschriebene Wandkonstruktion kann aus Steine 17', andererseits durch die Flansche 23 und

   Steinen aufgebaut werden, deren Länge gleich der den Steg 24 des Profils. Unterhalb der Flansche bil-

   Wanddicke ist, doch ist auch eine Kombination von den sich die seitlichen Austrittsöffnungen 25 für die

   kürzeren Steinen möglich, die sich gegenseitig halten io Luft. Die austretende Luft bestreicht somit auch die

   und von denen nur ein Teil an der Armierung be- zwischen den Profilen liegenden Wandflächen und

   festigt ist. Es ist auch nicht notwendig, alle Steine kühlt dieselben.

   an der Armierung direkt oder indirekt zu befestigen. Die auf den Stegen 24 angeschweißten Rippen 20

   So kann beispielsweise jede zweite Höhenlage aus erfüllen einen zweifachen Zweck. Sie verstärken

   nicht angehängten Steinen bestehen, wobei nur die 15 einerseits das Widerstandsmoment des Profils und

   dazwischenliegenden Lagen befestigt sind, weil die dienen andererseits als sogenannte Kühlrippen. Da

   eingeschobenen, nicht befestigten Lagen durch das die Profile an den Wänden anliegen, können sie bei

   Gewicht des darüberliegenden Mauerwerkes gehalten stärkerem Verschleiß der Wände auf eine unzulässig

   werden. Bei nach innen gekrümmten Wänden ist hohe Temperatur kommen und sich verziehen, was

   auch eine Kombination von Keilsteinen mit Recht- 20 für die nachfolgende Zustellung der Wand sehr nach-

   ecksteinen ohne Nachteil möglich. Auch kann bei teilig wäre, da beim beschriebenen Aufbau der Wand

   nach innen gekrümmten Wänden der Krümmungs- eine große Genauigkeit bei der Ausführung der Ar-

   radius der Wand und der Wandarmierung über die mierung verlangt wird. Die aufgeschweißten Rippen

   Höhe der Wand verschieden sein. Die Wahl eines verhindern jedoch eine unzulässige Erhitzung der

   kleineren Krümmungsradius für den oberen Teil der 25 Profile und gewährleisten somit die genaue Beibehal-

   Wand ist von besonderem Vorteil, weil dann die tung der Form der Wandarmierung.

   Trennfuge zwischen Wand und Gewölbe parallel oder Wie aus den F i g. 1 bis 5 ersichtlich ist, sind an

   fast parallel ausgeführt werden kann. diesen Rippen auch die gabelförmigen unteren Auf-

   Ein Beispiel für die Befestigung der Steine an der lager und die Gleitflächen der oberen Auflager ange-Wandarmierung zeigt Fig. 6. Die Wandsteine 17 und 30 bracht. Die Halteprofile brauchen dann nicht langer 17' haben an ihren kalten Enden eine waagerechte zu sein, als für die Befestigung der Steine nötig, und ■ Ausnehmung, die durch einen Blechbügel abgedeckt die über eine Profillänge nach unten hinausragenden ist (nicht dargestellt). In die so gebildete Ausnehmung Kühlrippen stützen den Mauerwerkssockel, der untergreifen Haken 18 ein, die an umgelegten I-Profilen halb der erfindungsgemäßen Wand liegt, ab. Ein 19 angehängt sind. Die zur Wandaußenfläche senk- 35 weiterer Vorteil ergibt sich bei Anordnung der Aufrecht stehenden Flansche stützen die unter dem Profi! lager an den Kühlrippen dadurch, daß etwaige Deliegenden Steine 17' direkt ab, während die außen- formationen der Flansche des Profils, die im rauhen liegenden Steine 17 über den Haken abgestützt sind. Stahlwerksbetrieb durch mechanische Beschädigun-Mit 20 sind die in der Mitte des Steges angeschweiß- gen vorkommen können, sich nicht nachteilig für ten Rippen bezeichnet, die zusammen mit den Pro- 40 die gesamte Wardarmierung auswirken,
   filen die Armierung bilden. In entsprechender Weise Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen sind auch die Steine des Gewölbes 4 an der Trag- Wandkonstruktion besteht darin, daß das gabelförkonstruktion 15 befestigt. mige untere Ende der Armierung auf einem horizon-

   AIs Steinqualitäten für die Wände eignen sich talen Rundeisen seitlich verschiebbar gelagert ist. Silikasteine, Schamottesteine und basische Steine. Für 45 Wenn beispielsweise die an die beweglich gelagerte die Wände von Siemens-Martin-Öfen sind besonders W_and angrenzenden Ofenteile sich stärker in Richgeeignet Steine aus Magnesit und Chromerz und von tung zur Wand ausdehnen, so kann diese auf ihren diesen wiederum ungebrannte Steine mit einem unteren Auflagern verschoben werden.
   Blechmantel und einer eingepreßten Ausnehmung, in Die Konstruktion gemäß Erfindung hat einen weidie der Hängehaken eingreift, oder mit einer am 50 teren Vorteil. Sollten die Gewölbeendsteine (Wider-Blechmantel befestigten Öse. lager) aus irgendeinem Grund, beispielsweise wegen

   Die dargestellte Ausbildung der Wandarmierung zu knapper Bemessung der Dehnfugen oder wegen macht es ferner möglich, mit einfachen Mitteln die Volumenvergrößerung durch Infiltration, seitlich Wand oder Teile derselben zu kühlen. Zu diesem stärker als vorgesehen hinausgeschoben werden, so Zweck sind die Profile, an denen die Steine befestigt 55 werden sie nicht an eine starre Wand gedruckt, sonsind, mit einem gegen die Außenfläche der Wand dem die Wand wird drehbar um ihr unteres Aufoffenen, seitlich durch das Profil, insbesondere durch lager ganz wenig nach außen geschoben und gibt dessen Flansche und Stege, begrenzten Hohlraum den notwendigen Platz für die Ausdehnung frei. Der ausgestattet, an dem endweise eine Leitung zum Zu- Widerstand, den die Wand dieser Bewegung entleiten eines unter Druck stehenden Kühlmittels, 60 gegensetzt, ist wegen der gegebenen Hebelverhältzweckmäßig Kühlluft, angeschlossen ist. Vorteilhaft nisse sehr gering. Er kann zu keiner stärkeren Pressind zwischen den seitlichen metallischen Begren- sung der Steine führen,
   zungsflächen der Hohlräume und der Außenseite der

   Wand Durchtrittsöffnungen für das Kühlmittel vor- Patentansprüche:

   gesehen, so daß letzteres seitlich austreten und somit 65 . 1. Wandkonstruktion an Industrieofen für

   die gesamte Außenfläche der Wand kühlen kann. praktisch vertikale oder nach einwärts geneigte

   Solche Austrittsöffnimgen ergeben sich beispielsweise Seitenwände, insbesondere von Siemens-Martin-

   bei gewölbten Wänden von selbst, da die Armierung öfen, mit einem Ai mierungssystem für das Wanö-

   mauerwerk, das verschiebbar und bezüglich der Ausdehnung des an die Wand anschließenden Mauerwerkes beweglich am Ofen gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Armierungssystem (7) bezüglich der Lagerung (12) annähernd in Richtung der vertikalen Ausdehnung des Herdmauerwerkes (1) verschiebbar ist und an seinem oberen Ende an Führungsmitteln (13) anliegt, die parallel zur Trennfuge (6) zwischen Wand (3) und Gewölbe (4) verlaufen.
2. 2. Wandkonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wandmauerwerk in mehrere übereinanderliegende horizontale Streifen (30, 31 und 32) unterteilt ist, wobei die einzelnen Mauerwerksstreifen über am Armierungssystem (7) befestigte Tragplatten (21) abgestützt sind.
3. In Betracht gezogene Druckschriften:
   Französische Patentschrift Nr. 1 182 625.
4. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
5. >09 519/441 3. M Q Bundesdruckerei Berlin