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Die Erfindung betrifft einen feuerfesten Keilstein zur Ausmauerung
von gewölbten Feuerräumen, insbesondere von Drehrohröfen, mit am breiteren Ende
der etwa trapezförmigen Steinseiten vorgesehenen vorspringenden bzw. einspringenden
Kupplungsorganen.
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Im Bau von Drehrohröfen geht der Zug der Entwicklung zu immer größeren
Drehrohrdurchmessern. Mit dem Durchmesser des Drehrohres steigen indes auch die
Schwierigkeiten mechanischer Art, die sich der Herstellung eines haltbaren Futters
entgegenstellen. Im wesentlichen bestehen diese Schwierigkeiten darin, daß mit größer
werdendem Drehrohrdurchmesser die Keilung der die feuerfeste Auskleidung des Rohres
bildenden Steine schwächer wird. Da die Keilung die wesentliche Voraussetzung dafür
ist, daß die einzelnen Steine in dem sich drehenden Futter im Verband bleiben, d.
h. nicht aus dem Futter herausfallen, erfordern schwach gekeilte Steine besondere
Maßnahmen, die der Lockerung der Steine im Verband und einem Herausfallen derselben
aus dem Futter entgegenwirken. Zu diesen bekannten Maßnahmen zählen keilige Vorsprünge
an einer Seite des Steines, die in entsprechende Ausnehmungen der gegenüberliegenden
Seite des benachbarten Steines eingreifen und die bewirken, daß sich die Steine,
unabhängig von ihrer Keilung, gegenseitig stützen (österreichische Patentschrift
200 493).
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Derartig gekoppelte Ausmauerungen aus Steinen mit keiligen Ausnehmungen
und Vorsprüngen werden jedoch einer weiteren wichtigen Erscheinung nicht gerecht,
die bei einem Drehofen in einem je nach der Größe seines Durchmessers mehr oder
weniger starken Ausmaß auftritt. Dies ist die Walk arbeit, der die feuerfeste Auskleidung
unterworfen ist. Sie kommt dadurch zustande, daß sich der Ofenmantel unter dem Einfluß
seines Gewichtes von der theoretischen Kreisringform abweichend oval verformt, wobei
die Horizontallage der größeren Achse des Ovals bei der Rotation des Ofens ungefähr
beibehalten wird, was bedeutet, daß die rotierende zylindrische Auskleidung eben
einer Walkdeformation unterliegt. Diese führt in den Bereichen der größeren Krümmung,
also den Seitenzonen der Auskleidung zu einer erhöhten Pressung, während es in den
höchsten und tiefsten Bereichen des rotierenden Mantels eher zu einem Klaffen der
Radialfugen kommt. In dieser Walkarbeit und namentlich der erhöhten Pressung liegt
erfahrungsgemäß eine wesentliche Ursache für einen beschleunigten Verschleiß des
feuerfesten Futters.
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Diese Walkarbeit wirkt sich besonders dann aus, wenn die Auskleidung
größere Maßänderungen erfährt, wie sie beim Anheizen und Abstellen des Ofens auftreten.
Je größer der Durchmesser des Drehrohres ist, um so größer sind naturgemäß die Abmessungsunterschiede
zwischen kaltem und heißem Futter. Ein Ausführungsbeispiel wird dies deutlicher
machen: Eine Drehrohrofenauskleidung eines lichten Durchmessers von 4,8 m sei aus
Steinringen aufgebaut, die je aus 210 Ganzwölbern handelsüblicher Ausführung bestehen
sollen. Ganzvölber sind feuerfeste Steine, deren Mantel von zwei ungefähr quadratischen
bis rechteckigen Flächen und zwei schmalen Trapezen gebildet wird und deren feuerseitige
bzw. nachtseitige Deckfläche ein kleineres bzw. größeres Rechteck bilden. Im vorliegenden
Fall mögen diese Steine folgende Abmessungen besitzen: Breitseite 187 ;' 200 mm,
Schmalseiten (Trapeze) 75 (69) X 200 mm. In einem Ring aus 210 solchen Steinen werden
demgemäß auch 210 Mörtelfugen vorhanden sein. Für jede dieser Mörtelfugen wird eine
Dicke von 2,5 mm angenommen.
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Wird ein so beschaffenes Futter erstmalig angeheizt, so erfahren die
Mörtelfugen im Zuge der Wärmedehnungen des Ringes eine Verringerung um je etwa 0,5
mm. Kühlt ein solches Futter aus, so schrumpft es auf einen Durchmesser ein, der
geringer ist als der ursprüngliche Durchmesser des Ringes im zugestellten Futter.
Es kommt zu einem Klaffen zwischen dem Scheitelpunkt des Futters und dem Blechmantel,
und zwar entsteht dort ein Spalt von etwa 3,3 cm Höhe. In der Praxis werden jedoch
oft erheblich größere Spalte beobachtet. Wenn nun ein solcher Ofen im Zuge des Anheizens,
also bei noch kaltem Futter, in Drehung versetzt wird, so unterliegt dieses Futter
der bereits erwähnten dauernden, als Walken bezeichneten Deformation, die etwa auf
eine dynamische, elliptische Verflachung jedes Steinringes hinausläuft. Die alsdann
in dem Futter auftretenden mechanischen Beanspruchungen nähern sich bedenklichen
Werten.
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Es ist mit den bekannten, auf gegenseitige Verankerung der Steine
zielenden, vorspringenden und einspringenden keiligen Kupplungen der Steine bei
großen Drehrohrdurchmessern nicht möglich, eine zufriedenstellend sichere gegenseitige
Unterstützung der Steine zu erreichen und diese Walkarbeit hinreichend gering zu
halten, d. h., daß die bekanntgewordenen Steine dieser Art bei großen Drehrohrdurchmessern
keine zufriedenstellende Lebensdauer zeigen, obgleich diese Steine ihrem chemisch-physikalischen
Aufbau nach hochwertig sind.
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Diese Nachteile vermeidet das erfindungsgemäße Steinformat. Der besondere
Zweck der Erfindung besteht darin, für die in den etwa trapezförmigen Steinseiten
als Vorsprünge bzw. Vertiefungen ausgeführten Kupplungsorgane eine Form anzugeben,
die unter Wahrung der einfachen Herstellbarkeit den Zusammenhalt der insbesondere
eine Drehofenauskleidung ergebenden Steine auf eine `'eise gewährleistet, daß diese
Steine im Verband eine gewisse gegenseitige Beweglichkeit bewahren, um so der Waikarbeit
des Futters folgen zu können.
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Ausgehend von einer Steinart der eingangs angeführten Art ist der
erfindungsgemäße Keilstein dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsorgane an der
einen Steinseite eine vorspringende und an der gegenüberliegenden Steinseite eine
mit der vorspringenden parallelachsige, einspringende, je kreiszylindrische Begrenzungsfläche
besitzen, und zwar einer Umfangserstreckung von je etwa einem Halbzylinder und mit
gleichen Radien, wobei der eine dieser Halbzylinder in zwei Viertelzylinder geteilt
ist und diese beiden Viertelzylinder, gesehen in Richtung der Halbzylinderachsen,
zu beiden Seiten des ungeteilten zweiten Halbzylinders und im gleichen Abstand von
diesem angeordnet sind. Dabei bewirkt die halb-bzw. viertelzylindrische Form der
Vorsprünge und Ausnehmungen eine gewisse Verdrehbarkeit der ineinandergreifenden
Steine mit Bezug aufeinander, da sich diese Zylinderflächen zu Drehlagern ergänzen.
Wenn man nämlich nun Steine der erfindungsgemäßen Art ringweise verlegt, so greifen
die Kupplungsorgane der Steine des einen Ringes in die Steine der beiden benachbarten
Ringe ein, doch bleibt eine
gewisse, die Durchführung der Walkbewegung
erleichternde Gelenkigkeit der einem Ring zugehörenden Steine untereinander gewahrt.
Diese Art der gegenseitigen Verhängung der Steine schafft dabei, auch bei großem
Durchmesser des Drehrohres, eine erhöhte Sicherheit gegen das Einstürzen der Auskleidungsringe.
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Obgleich die vorliegende Erfindung als Formgedanke nicht an die Anwendung
eines bestimmten feuerfesten Ausgangsmaterials gebunden ist, erweist sie sich in
Anwendung auf basische feuerfeste Stoffe, besonders solche auf Magnesiagrundlage,
als besonders vorteilhaft, weil diese Stoffe unter erschwerenden Bedingungen, wie
extreme Brenntemperaturen und infolgedessen starke Wärmedehnungen, in Drehrohröfen
besonders großer Durchmesser bevorzugt angewendet werden.
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Die Zeichnungen zeigen in den F i g. 1 bis 3 eine Ausführungsform
des vorliegenden, neuartig geformten Querwölbers in Ansicht und in zwei schaubildlichen
Darstellungen, in F i g. 4 die Stirnansicht eines Teils eines Auskleidungsringes,
in den F i g. 5 und 6 zwei Möglichkeiten der Ausführung erfindungsgemäßer Steine
an Hand von Draufsichten auf einen Teil von Auskleidungsringen und in den F i g.
7 und 8 eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steines, und zwar die
der F i g. 6, in zwei schaubildlichen Darstellungen. Es soll dabei ausdrücklich
verstanden sein, daß der Ausdruck »Ring« nicht nur geschlossene Ringe aus erfindungsgemäßen
Steinen meint, sondern auch Gänge von schraubenlinienförmig verlegten Steinen; die
erfindungsgemäßen Steine eignen sich nämlich auch zur Herstellung (an sich bekannter)
Auskleidungen, die aus einer über die Drehrohrofenlänge reichenden, ein- oder auch
mehrgängigen Wendel aus Steinen bestehen.
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In den F i g. 1 bis 5 ist dargestellt, in welcher Weise ein Querwölber
1 von üblichen Grundproportionen auf der einen seiner Breitseiten 2 eine halbzylindrische
Vertiefung 3 geringer Höhe besitzt, wobei dieser Halbzylinder am breiteren, d. h.
dem kal-%-ten Ende des Steines ausgeführt ist. Die andere Breitseite 4 des
Steines trägt in ihren oberen Eckbereichen zwei Vorsprünge 5 von je viertelzylindrischer
Form und einer solchen Beschaffenheit, daß sich je zwei Viertelzylinder aneinanderstoßender
Steine zu einem vorspringenden Halbzylinder ergänzen (vgl. F i g. 4), der in die
Vertiefung 3 eines Steines des nächsten Ringes paßt, wobei die Steine benachbarter
Ringe voll auf Fuge verlegt sind, wie dies F i g. 4 deutlich macht. In welcher Weise
die einzelnen Steine alsdann ineinandergreifen, ist der F i g. 5 zu entnehmen. Dabei
ist in F i g. 2 und 3 derselbe Stein 1 dargestellt, und zwar in entgegengesetzten
Blickrichtungen. Im Ausführungsbeispiel nach den F i g. 6 bis 8 ist angenommen,
daß jeder Stein 1' mit einem halbzylindrischen Vorsprung 5' und zwei viertelzylindrischen
Vertiefungen 3' versehen ist, die sich im Verband zu einer halbzylindrischen Vertiefung
ergänzen, in welche der Vorsprung 5' eines Nachbarsteines paßt. F i g. 7 und 8 zeigen
wieder denselben Stein 1' in entgegengesetzten Blickrichtungen.
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Man erkennt, daß grundsätzlich zwei verschiedene Ausführungsformen
anmeldungsgemäßer Steine denkbar sind, eine erste, in der der Halbzylinder als einspringendes
Kupplungsorgan ausgeführt ist (F i g.1 bis 5), und eine zweite, wo der Halbzylinder
vorspringt und die beiden Viertelzylinder einspringen (F i g. 6 bis 8). Die eigentliche
Steinoberfläche, d. h. die Steingrundform, ist strichliert angedeutet. In allen
Fällen sind die Radien der Halb- und der Viertelzylinder annähernd gleich.
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In F i g.1 ist noch eine an sich bekannte Dehnungseinlage 6 ersichtlich,
die in den Radialfugen der einzelnen Steine angeordnet wird und die in F i g. 1
der oberhalb der Zeichenebene liegenden Steinlage angehört. Die Radialfugen sind
in den F i g. 5 und 6 mit 7 bezeichnet, jedoch ist dort die Einlage nicht dargestellt.
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Die Einlage bestehe aus einem in Querrichtung nachgiebigen Material,
vorzugsweise gewelltem Blech oder Streckmetall oder auch aus verbrennlichem Material,
wie Pappe, oder einem bloß nachgiebigen aber feuerfesten Material, wie Asbest. Erfindungswesentlich
ist, daß die Einlage an ihrem in der kalten Steinseite befindlichen Ende 6' verdickt
ist, was im Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 durch eine Falte erreicht wird. Der
Gedanke einer solchen Einlage ist, die während des Walkens auftretenden gegenseitigen
Stützkräfte zwischen benachbarten Steinen in den kalten, d. h. zur Aufnahme von
Druckkräften besser geeigneten Teil des Steines zu verlegen, und zwar in der Weise,
daß benachbarte Steine, die mit ihren Ansätzen in der Ausnehmung 3 ein Drehlager
finden, bei Durchführung der gegenseitigen relativen Drehungen, als welche sich
die Walkdeformation äußert, sich am kalten Ende abstützen.
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Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist demnach darin zu sehen,
daß nicht mehr Maßnahmen angestrebt werden, die die Walkarbeit verhindern sollen,
sondern es wird dieses Walken als eine besonders bei Öfen mit relativ großem Durchmesser
unvermeidliche Erscheinung hingenommen, jedoch in ihrer Wirkung weitgehend abgeschwächt,
indem das Futter der Walkarbeit folgen kann, ohne daß es im heißesten Bereich der
Steine zu übermäßigen Druckbeanspruchungen kommt.