DE1265177B - Ofendecke - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

C21c

Deutsche KL: 18 b-5/10

Nummer: 1265 177

Aktenzeichen: H 45313 VI a/18 b

Anmeldetag: 29. März 1962

Auslegetag: 4. April 1968

Die Erfindung betrifft eine Decke für einen metallurgischen Ofen in Schachbrettanordnung aus gebrannten und ungebrannten Steinen.

Bei derartigen Decken besteht die Schachbrettanordnung aus zwei verschiedenartigen Steinen, wobei die Decke oder Ofenausmauerung einmal aus gebrannten Steinen zweier verschiedener Arten und ein anderer Teil aus ungebrannten Steinen, wie ungebrannten Magnesitsteinen oder ungebrannten Steinen aus Magnesit unter Zusatz von Ferrosilicium, besteht. Ein Teil des Mauerwerkes besteht aus gebrannten basischen und neutralen Steinen und ein anderer Teil aus ungebrannten Steinen, wobei einmal z. B. Magnesit- oder Dolomitsteine und zum anderen neutrale Steine, wie z. B. Chromerzsteine oder Chromitsteine, Chrommagnesitsteine, Zementklinkersteine usw., vorgesehen sind. Es handelt also darum, daß einmal basische Steine und zum anderen neutrale Steine angewandt werden, jedoch keineswegs so, daß eine abwechselnde Anordnung von ungebrannten mit gebrannten Steinen angrenzend aneinander vorliegen soll.

Es ist weiterhin bekanntgeworden, daß bei einer Ofenausmauerung die Steine gruppenweise bezüglich einer Schlackenlinie in dem Ofen angeordnet sind, und so ist z. B. in diesem Fall vorgesehen, daß die Steine an einer Seite der Schlackenlinie insgesamt gebrannt und die Steine an der anderen insgesamt ungebrannte Steine sind.

Die erfindungsgemäße Decke für metallurgische Öfen ist nun dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die gebrannten als auch die ungebrannten Steine basisch sind, die Steine abwechselnd so angeordnet sind, daß jeder der ungebrannten Steine mit seinen Seiten nur an gebrannte Steine und jeder gebrannte Stein mit seinen Seiten nur an ungebrannte Steine angrenzt.

Bausteine auf Siliciumdioxydgrundlage werden seit vielen Jahren in Decken für basische Martinöfen für die Stahlerzeugung verwendet. In den letzten Jahren wurden jedoch die Betriebstemperaturen in solchen öfen erhöht, um die Produktionsgeschwindigkeiten zu steigern, und infolgedessen hat sich in immer stärkerem Maße gezeigt, daß ein Bedarf an feuerfesten Stoffen besteht, die höhere Temperaturen auszuhalten vermögen. Der feuerfeste Stoff muß nicht nur hohe Temperaturen aushalten können, sondern auch eine gute Beständigkeit gegenüber dem Verspratzen stark basischer Schlacken besitzen. Dadurch wird es nötig, feuerfeste Stoffe von basischem Charakter zu verwenden.

Die üblichen basischen feuerfesten Bausteine bestehen aus totgebranntem Magnesit oder Massen mit verschiedenen Mengenverhältnissen von Chromerz und totgebranntem Magnesit. Diese Steine ermöglichen Ofendecke

Anmelder:

Harbison-Walker Refractories Company,

Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. W. Meissner

und Dipl.-Ing. H. Tischer, Patentanwälte,

1000 Berlin 33, Herbertstr. 22

Als Erfinder benannt:

Francis Payson Shonkwiler, Bethai Park, Pa.

(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 5. April 1961 (100 895)

den Betrieb des Ofens bei höheren Temperaturen und während längerer Zeiträume als Steine auf Siliciumdioxydgrundlage. Die Gestehungskosten für diese beiden Arten von Steinen unterscheiden sich jedoch in so starkem Maße, daß der basische Baustein eine erheblich längere Lebensdauer besitzen muß, um in die Technik allgemein eingeführt werden zu können. Auf dem Gebiet der Herstellung von basischen feuerfesten Bausteinen wird daher ständig versucht, die Qualität solcher Steine zu verbessern und ihre Gebrauchsdauer zu erhöhen, um ihre Verwendung wirtschaftlich tragbar zu gestalten.

Die Erfahrung hat gelehrt, daß die Schwierigkeiten nicht nur in der feuerfesten Masse begründet sind, sondern daß es sich vielleicht in noch bedeutenderem Umfang um ein Konstruktionsproblem handelt, So hat sich bald gezeigt, daß der direkte Ersatz von Bausteinen auf Siliciumdioxydgrundlage durch basische Bausteine in einem einfachen Bogen nicht zu einem befriedigenden Ergebnis führt. Basische Bausteine haben andere Ausdehnungscharakteristika als Siliciumdioxydbausteine, und ein Gewölbe ist ständig Steigungen und Senkungen ausgesetzt, während die Temperaturen beim Betrieb des Ofens zu- und abnehmen (Siliciumdioxydbausteine erleiden zwischen etwa 540 und 1650° C keine

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merklichen reversiblen Größen Veränderungen). Infolgedessen neigt das einfache basische Gewölbe dazu, instabil zu werden.

Zur Lösung dieses Problems wurden mehrere Wege eingeschlagen. Eine Möglichkeit wurde darin erblickt, schwere Stahlteile oder Niederhaltevorrichtungen über dem basischen Gewölbe anzuordnen, um wenigstens eine Ungleichmäßigkeit in der Erhebung beim Ausdehnen der Bausteine zu verhüten. Diese Lösung ist kostspielig und wird von den mit solchen Öfen Arbeitenden nicht als besonders günstig angesehen. Eine weitere Möglichkeit, das mit basischen Martinofendecken verbundene Problem anzugehen, wurde darin erblickt, das frei tragende Gewölbe durch verschiedene Arten von aufgehängten Gewölben zu ersetzen, in denen die Steine einzeln oder in Gruppen an darüber befindlichen Stahlteilen aufgehängt sind. Diese Bauart hat den grundlegenden Vorteil, daß wenigstens zu Beginn jeder Stein nur sein eigenes Gewicht trägt. Auch in diesem Fall bedingt der Bedarf an Trägereinrichtungen aus Stahl erhebliche Nachteile, wie erhöhte Kosten und zusätzliches Gewicht.

Bei der Verwendung von feuerfesten Stoffen vom basischen Typ, vorzugsweise den aus Magnesia, Chromerzen u. dgl. hergestellten, haben sich zwei parallel verlaufende Richtlinien entwickelt, einmal für die Anwendbarkeit solcher feuerfester Stoffe, die vor Gebrauch gebrannt werden, und zum anderen für solche, die ohne vorheriges Brennen in den Ofen eingebaut werden. Die ersteren werden als gebrannte Steine und die letzteren als chemisch gebundene oder ungebrannte Steine bezeichnet.

Die in weitern Umfang erfolgte Anwendung unter den Bedingungen des Gebrauchs hat gezeigt, daß keiner dieser Typen von Nachteilen frei ist. Die Typen haben sehr unterschiedliche physikalische Eigenschaften, und die Entscheidung, ob die gebrannten oder die ungebrannten Steine für den jeweiligen Anwendungszweck besser geeignet sind, hängt von ausgedehnten und alle Möglichkeiten erschöpfenden Prüfungen und Versuchen unter den Bedingungen des Gebrauchs ab. Für ein ideales feuerfestes Material wäre es erwünscht, wenn es die guten Eigenschaften beider Typen in sich vereinigen würde, doch konnte dieses Ziel bis heute noch nicht erreicht werden. Im folgenden werden einige der Eigenschaften dieses Typs und ein qualitativer Vergleich unter der Annahme identischer Zusammensetzungen tabellenmäßig aufgeführt.

Eigenschaft

Ungebrannt	Gebrannt	Auf Grund der Unterschiede bevorzugter Typ
gering	hoch	ungebrannt
ausreichend	ausreichend	—
gering	hoch	gebrannt
mäßig	mäßig	—
gering — unter 8150C	mäßig	ungebrannt
gering	mäßig	ungebrannt
gut	schlecht	ungebrannt
hoch	mäßig	gebrannt
mäßig	hoch	je nach Verwendungs-

1. Gasdurchlässigkeit

2. Festigkeit beim Einbau

Festigkeit bei 540 bis HOO⁰C

Festigkeit bei 1370⁰C

3. Porosität

4. Absplitterungsneigung vor Nitrifizierung ..

' 5. Elastizität

6. Ablösungsneigung bei hohen Temperaturen

7. Wärmeleitfähigkeit

zweck

Aus der vorstehenden Tabelle der allgemeinen Eigenschaften und aus der tatsächlichen Erfahrung beim Gebrauch solcher feuerfester Steine in vielen Arten von Industrieöfen ergibt sich, daß chemisch gebundene feuerfeste Steine gegenüber gebrannten feuerfesten Steinen viele Vorteile besitzen, daß jedoch ihre geringe Festigkeit bei mittleren Temperaturen (540 bis 1100⁰C) und ihre Ablösungsneigung bei hohen Temperaturen weiterhin den Bereich ihrer Anwendung begrenzen. Es ist daher ein Ziel der Erfindung, eine Ofendecke zu bauen, die aus gebrannten und ungebrannten Bausteinen zusammengesetzt werden kann, um so die Vorteile beider auszunutzen.

Steine aus totgebranntem Magnesit weisen eine außerordentlich gute Beständigkeit gegenüber dem Angriff durch basische Schlacken auf und können bei sehr hohen Betriebstemperaturen verwendet werden. Es ist jedoch seit langem anerkannt, daß Magnesitsteine für thermische Stöße sehr empfindlich sind und bei Temperaturschwankungen eine Absplitterung erfahren können. Diese Absplitterungsneigung tritt bei gebrannten Bausteinen besonders in den Vordergrund, ist aber auch bei den chemisch gebundenen ein ernstes Problem.

Chrommagnesiabausteine, d. h. aus Gemischen von Chromerz mit gesinterter Magnesia mit Chromerz als überwiegendem Bestandteil hergestellte Bausteine, wei-.sen eine große Feuerfestigkeit unter Belastung und eine große Stabilität unter schwankenden Temperaturen auf. Diese Bausteine sind jedoch gegenüber dem chemischen Angriff durch die Schlacke verhältnismäßig wenig beständig und auch mechanisch weniger fest. Chromsteine, d. h. mit Chromerz als dem feuerfesten Anteil hergestellte Steine, zeichnen sich durch eine hohe Feuerfestigkeit und eine hohe Beständigkeit gegen metallurgische Schlacken aus. Ihr Wärmeleitvermögen ist verhältnismäßig gering.

Magnesiachromsteine, d. h. aus Gemischen aus Chromerz und gesinterter Magnesia mit Magnesia als überwiegendem Bestandteil hergestellte Bausteine, sind

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gegenüber chemischen Angriffen beständiger als die Das Gewölbe besteht aus Bausteinen, die in F i g. 1

Chrommagnesiasteine und letzteren auch hinsichtlich mit A bezeichnet sind, die im allgemeinen eine einheit-

ihrer mechanischen Festigkeit überlegen. liehe Größe, z. B. die übliche Größe von 228,6 · 114,3 ·

Erfindungsgemäß werden die Vorteile der gebrann- 76,2 mm, besitzen. Für die erfindungsgemäßen Zwecke ten und ungebrannten basischen oder nicht sauren 5 ist die Form ohne kritische Bedeutung, doch werden

Steine dadurch erreicht, daß die Steine abwechselnd wie im allgemeinen Bausteine mit rechteckigen Flächen

in einem Schachbrett angeordnet werden. Auf diese verwendet. Die Steine werden, wie auf diesem Gebiet

Weise berühren sich niemals zwei Steine des gleichen allgemein bekannt, unter Verwendung von Pappe oder

Bindungszustands in jeder Reihe einander außer in Holzkeilen (nicht dargestellt) zum Ausfüllen etwaiger einer Diagonalreihe. Die in Betracht kommenden Arten io Zwischenräume verlegt.

von Steinen sind die üblichen Steine auf Magnesia-, Erfindungsgemäß werden die verwendeten Steine so Chromerz-, Magnesiachrom- und Chrommagnesia- angeordnet, daß sich niemals zwei Steine des gleichen grundlage, die sowohl gebrannt als auch ungebrannt Zustands, wie oben beschrieben, außer an einer Ecke sein können. Auf diese Weise kann ein Gewölbe in berühren. Bei einer der besonderen Ausführungsforeinem Schachbrettmuster aus gebrannten und unge- 15 men wird selbst diese geringe Berührung gleicher Baubrannten Magnesiasteinen, aus ungebrannten Magne- steine möglichst weitgehend ausgeschaltet. Auf diese siasteinen mit ungebrannten Chrommagnesiasteinen, Weise werden die Vorteile jedes der verwendeten Steinaus ungebrannten Chrommagnesiasteinen mit ge- typen erzielt und die Nachteile der jeweils anderen brannten Magnesiachromsteinen und sofort errichtet Steintypen in dem fertigen Bau kompensiert,
werden, wobei auch jede weitere Kombination der in 20 Eine Schachbrettanordnung gemäß der Erfindung Betracht kommenden Typen von Steinen erfolgen kann. ist allgemein in F i g. 2 dargestellt. Es sind darin die

Bei der bevorzugten Ausführungsform der erfin- Stirnflächen von sechzehn Steinen mit den Bezugsdungsgemäßen Decke werden gebrannte Magnesia- ziffern 21 bis 36 gezeigt. Bezogen auf jede horizontale chrom- und ungebrannte Magnesiachromsteine ab- oder vertikale Reihe von Steinen wechseln sich gewechselnd in einem Schachbrettmuster angeordnet. 25 brannte und ungebrannte Steine in der Weise ab, daß Die Erfahrung hat gelehrt, daß Steine der Magnesia- niemals zwei Steine aneinanderliegen, die entweder chromzusammensetzung beim Gebrauch in Decken beide gebrannt oder beide ungebrannt sind. In den diavon Martinöfen die beste Lebensdauer ergeben. Die gonalen Steinreihen sind dagegen die Steine entweder ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber basischer alle gebrannt oder alle ungebrannt. Die Buchstaben Schlacke und die hohe mechanische Festigkeit der 30 »B« und »U« auf der Stirnfläche der Steine bedeuten Magnesia wird kombiniert mit der auf das Chromerz »gebrannt« bzw. »ungebrannt«. Damit kompensiert die zurückzuführenden Verbesserung der Beständigkeit Absplitterungsbeständigkeit des einen Typs der Steine gegen thermische Stöße. Die abwechselnden gebrann- die Absplitterungsneigung der jeweiligen Nachbarten und ungebrannten Einheiten dienen zur Ausbildung steine, während letztere durch eine andere günstige einer Decke, die die besten Eigenschaften der Magne- 35 Eigenschaft einen entsprechenden Nachteil der ersteren siachromzusammensetzungen besitzt. Die gebrannten kompensieren. Somit tritt ein Absplittern oder eine Steine teilen den ungebrannten Einheiten in dem mittle- Schrumpfung od. dgl. nicht überall in einheitlich nachren Temperaturbereich die nötige Festigkeit mit, wäh- teiliger Weise auf.

rend die Vorteile der chemisch gebundenen Einheiten, Der allgemeine Gedanke, der der Erfindung zuz. B. geringe Gasdurchlässigkeit und niedrige Porosität, 40 gründe liegt, kann dahingehend erweitert werden, daß die Eigenschaften der gebrannten Steine in dieser Hin- Steine aus mehr als einer oder zwei unterschiedlichen sieht ausgleichen. Auf diese Weise trägt jeder Typ von Massen verwendet werden. Von den in F i g. 2 dar-Steinen seine günstigen Eigenschaften bei, und die un- gestellten numerierten Bausteinen kann man beispielsgünstigen Eigenschaften jedes Typs werden durch die weise die Steine 21, 23, 29 und 31 aus gebrannten günstigen Eigenschaften des jeweils anderen Typs 45 Chromsteinen, die Steine 22, 24, 30 und 32 aus unwettgemacht. Diese Schachbrettanordnung führt dazu, gebrannten Chrommagnesiasteinen, die Steine 25, 27, daß die Kompensationswirkungen jedes Steintyps in 33 und 35 aus ungebrannten Magnesiachromsteinen beiden Hauptrichtungen des Deckengewölbes zur Gel- und die Steine 26, 28, 34 und 36 aus gebrannten Matung kommen. gnesiasteinen vorsehen, so daß sich nicht einmal an

Es sei darauf hingewiesen, daß diese Steine in Metall- 50 den Ecken zwei Steine mit identischen Eigenschaften

folien eingeschlossen sein oder darin eingebettete Me- berühren.

tallverstärkungsteile aufweisen oder zwischen den ein- Aus den vorstehenden Angaben ist ohne weiteres erzelnen Steinen eingefügte Abstandsplatten aus Metall sichtlich, daß viele Abwandlungen der Erfindung mögbesitzen können, wie dies auch sonst auf diesem Gebiet lieh sind und somit die für den jeweiligen metallurüblich ist. Die vorstehende Beschreibung und die 55 gischen Vorgang am besten geeignete Ofendecke unter Zeichnungen beziehen sich zwar auf Gewölbe, doch Berücksichtigung der im einzelnen bestehenden Beist die Erfindung in gleichem Maße anwendbar auf dürfnisse erzeugt werden kann.
Hängedecken oder eine Kombination beider. Wie bereits erwähnt, ist die Erfindung anwendbar

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen bei- auf alle Arten basischer feuerfester Zusammensetzun-

spielsweise näher erläutert. In 60 gen. Solche Zusammensetzungen und die Art der Her-

F i g. 1 ist ein Querschnitt durch eine Martinofen- stellung geformter Gegenstände daraus, sind auf dem

decke vom Gewölbetyp und in Gebiet der feuerfesten Massen allgemein bekannt. Die

F i g. 2 eine Aufsicht auf einen Teil des Gewölbes Massen können beispielsweise hauptsächlich aus tot-

nach F i g. 1 in vergrößertem Maßstab dargestellt. gebranntem Magnesit oder Gemischen aus Chromerz

Die Gewölbedecke wird auf abgeschrägten Blöcken 65 mit stark magnesithaltigen Stoffen, wie totgebranntem

4 und 6 der Seitenwände 8 und 10 des Ofens getragen. Magnesit, bestehen. Typische Beispiele für die letzt-

Stahlstreben (nicht gezeigt) dienen außerdem zur genannte Klasse basischer feuerfester Stoffe sind Ge-

Stützung der Seitenwände und der abgeschrägten Teile. mische aus 25 bis 75 Gewichtsprozent totgebranntem

Magnesit und 75 bis 25 Gewichtsprozent Chromerz. Weitere brauchbare Gemische können vom Fachmann ohne weiteres aus den bekannten ausgewählt werden.

Die gebrannten, geformten Gegenstände, die erfindungsgemäß verwendet werden können, werden auf übliche Weise hergestellt, indem eine Stammasse der gewünschten Zusammensetzung zubereitet und angemengt wird und aus der angemengten Stammasse geformte Körper gebildet und bei hohen Temperaturen gebrannt werden. Die chemisch gebundenen Körper werden auf ähnliche Weise durch Zubereiten der Stammasse, Zusatz eines üblichen chemischen Bindemittels und Verformen zu Körpern geeigneter Größe und Konfiguration erhalten. Diese Formkörper werden beim Stehen, Trocknen oder Härten, je nach dem im einzelnen verwendeten Bindemittel, fest, ohne daß sie vor dem Einbau in einen Ofenteil bei erhöhter Temperatur gebrannt werden.

Es sei darauf hingewiesen, daß andere als die oben beschriebenen Schachbrettanordnungen möglich sind. So kann beispielsweise durch Verwendung von wenigstens zwei verschiedenen Zusammensetzungen für die Herstellung der Steine eine Anordnung mit ausschließlich gebrannten Steinen oder mit ausschließlich ungebrannten Steinen getroffen werden, ohne daß zwei Steine mit der gleichen Zusammensetzung mit ihren Seiten aneinanderzustoßen brauchen. Diese Anordnung unterscheidet sich von der Erfindung, wobei die den gebrannten und den chemisch gebundenen, d. h. ungebrannten basischen feuerfesten Formkörpern innewohnenden Vorteile durch eine Schachbrettanordnung in einer einzigen Einheit miteinander vereinigt werden, wodurch eine Ofendecke geschaffen wird, die vielseitiger im Gebrauch ist und eine längere Lebensdauer aufweist als eine in bekannter Weise hergestellte Decke. Selbstverständlich kann, wenn dies aus einem bestimmten Grund erwünscht ist, auch nur ein Teil der Decke in der erfindungsgemäßen Schachbrettanordnung und der übrige Teil in beliebiger anderer Weise ausgebildet sein.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Ofendecke für einen metallurgischen Ofen in Schachbrettanordnung aus gebrannten und ungebrannten Steinen, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die gebrannten als auch ungebrannten Steine basisch sind, die Steine abwechselnd so angeordnet sind, daß jeder der ungebrannten Steine mit seinen Seiten nur an gebrannte Steine und jeder gebrannte Stein mit seinen Seiten nur an ungebrannte Steine angrenzt.

2. Decke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gebrannten Steine Magnesiachromsteine sind, worin Magnesia der überwiegende Bestandteil ist, und daß die ungebrannten Steine Chrommagnesiasteine sind, worin Chromerz der überwiegende Bestandteil ist.

3. Decke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle ungebrannten Steine in einer ersten waagerechten Reihe von Steinen Magnesiachromsteine sind, daß alle ungebrannten Steine in der nächstfolgenden Reihe aus ungebranntem Chrommagnesia bestehen, daß alle gebrannten Steine in der ersten horizontalen Reihe aus gebrannter Magnesia bestehen und alle gebrannten Steine in der nächstfolgenden Reihe gebrannte Chromsteine sind, wodurch die Steine in der ersten horizontalen Reihe nicht mit einem anderen Stein, der sowohl die gleiche Zusammensetzung als auch den gleichen Zustand hinsichtlich gebrannt oder ungebrannt aufweist, in Berührung stehen.

In Betracht gezogene Druckschriften: Österreichische Patentschriften Nr. 170 245,171 911.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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