DE1758785C3 - Feuerfeste Ummantelung für Stützglieder von Wärmebehandlungsöfen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine feuerfeste Um mantelung für Stützglieder, insbesondere für Stützrohre oder Gleitschienenrohre von Wärmebehndlungsöfen bestehend aus einer auf das Metallrohr aufgelegten Innenlage eines feuerfesten, faserartigen Materials und einer auf diese aufgebrachten Außenlage von miteinander in Eingriff stehenden feuerfesten Blöcken.

Feuerfeste Ummantelungen für Stützglieder dieser Art sind für Wärmebehandlungsöfen bekannt (US-PS 26 101). Die Blöcke werden dabei auf dem Rohr durch an diesem befestigte Verriegelungselemente in Stellung gehalten. Zwar sind an den Blöcken halbkreisförmige Nuten und entsprechende Ausnehmungen vorgesehen, doch dienen diese im wesentlichen der Führung der Blöcke beim Aufschieben auf das Rohr. Radiale oder circumferentielle Kräfte werden von diesen Nuten bzw. Ausnehmungen nicht aufgenommen oder auf benachbarte Blöcke übertragen. Das ist technisch auch ho gar nicht möglich. Die Kräfte werden vielmehr allein fön den am ummantelten Rohr befestigten Verriegellingselementen aufgenommen. Bei Anwendung der be- |«nnten Ummantelung für Gleitschienenrohrc werden <ie Blöcke der Außenlage in Form eines Kreisbogens fts fm das Gleitschienenrohr gelegt. Die dem Gleitschieicnrohr benachbarten Blöcke bestehen dabei aus gießfcsrem. Dlastischem Material und werden an Ort und Stelle hergestellt. Nachteilig an der bekannten Ummantelung ist die Tatsache, da3 das Auswechseln der feuerfesten Blöcke im Ofen schwierig und zeitraubend ist. Es kann deshalb in der Regel nur nach vollständiger Abkühlung des Ofens durchgeführt werden. Das führt aber zu erheblichen, wirtschaftlich unerwünschten Stillstandszeiten. Weiter wird die feuerfeste Ummantelung der Rohre durch die mit dem Rohr verbundenen wärmeleitenden Verriegelungselemente an vielen Stellen geschwächt. Das macht entweder eine Erhöhung der Stärke der Ummantelung erforderlich oder führt zu einer Verminderung der Lebensdauer der Stützglieder.

Bei einer anderen bekannten Ummantelung für Stützglieder (US-PS 28 84 879) tragen die Blöcke jeweils auf ihrer Innenseite eine mit ihnen fest verbundene Innenlage von Fasermaterial, die eine geringe Stärke aufweist. Benachbarte Blöcke greifen in Längsrichtung durch stirnseitige Vorsprünge ineinander, womi! auf bekannte Weise zugleich die Fixierung in Umfangsrichtung erfolgt. Zum Fixieren der Ummantelung auf dem Stützrohr muß dabei an beiden Enden der Ummantelung jeweils ein Ring mit Zapfen angeschweißt werden, um den ganzen Stapel von Rlöcken auf dem Rohr festzulegen. Diese Art der Fixierung stellt wiederum eine lokale Schwächungsstelle der Isolation dar. Nachteilig ist aber die Tatsache, daß für ein Auswechseln von einzelnen Blöcken der Zapfenring abgeschweißt werden muß. Ein Arbeiten mit einem Schweißgerät ist im Wärmebehandlungsofen jedoch erst möglich, wenn dieser ganz ausgekühlt ist. Das führt wieder zu aus Wirtschaftlichkeitsgründen unerwünschten langen Stillstandszeiten. Überdies ist der Aufbau der Blöcke zu einer Ummantelung dadurch erschwert, daß die Innenlage aus Fasermaterial mit den Blöcken fest verbunden ist. Schließlich ist eine solche Verbindung so für Innenlagen relativ geringer Stärke möglich, was die Ausnützung des guten Wärmeisolationseffektes des Fasermate^rials erschwert.

Auigabe der Erfindung ist es, eine Ummantelung der eingangs genannten Art für Stützglieder in Wärmebehandlungsöfen zu schaffen, die ohne jede Verwendung von die Isolation schwächenden zusätzlichen Halterungselementen selbsttätig in ihrer Lage zu fixieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Innenlage durch die Außenlage derart federnd zusammengedrückt gehalten ist, daß die Innenlage auf Grund des durch das Zusammendrücken erzielten Gegendrucks die Blöcke durch in Umfangsrichtung unter Spannung stehende Verriegelungsverbindunger benachbarter Blöcke in ihrer Lage fixiert.

Man erkennt, daß hier die Innenlage aus Fasermate· rial in einem Durchmesser aufgebracht ist, der größei als der Innendurchmesser des Rings der Blöcke ist. Au diese Weise drücken die Blöcke die aus Fasermateria bestehende Innenlage zusammen, was eine entspre chende Reaktionskraft der Innenlage auf die aus der Blöcken bestehende Außenlage ■'ur Folge hat. Da nut die Blöcke in Umfangsrichtung oder Längsrichtunj versetzt sein können und in jedem Fall benachbart! Blöcke über Verriegelungsvcrbindungcn in Eingriff stc hen, hat die Reaktionskraft der Innenlage auf dii Außenlage zur Folge, daß sich benachbarte Blöcke mit einander verriegeln und so die Ummantelung voi selbst in Stellung gehalten wird. Man erkennt, daß da für keinerlei zusätzliche Halterungselemente erforder lieh sind, die mit dem ummantelten Rohr 7u verbinde wären und die erzielte Isolation schwächen würder Auch sind für das Instcllungbringen der Ummantelun.

überhaupt keine Arbeitsgänge erforderlich, die einen größeren Zeitaufwand mit sich bringen. Es muß weder geschweißt noch vergossen werden. Es genügt statt dessen das Aufbringen der Faserschicht und das Anbringen der Blöcke auf dieser, was in Anbetracht des mühelosen Zusammendrückens der Fasermaterial-Innenlage, die eine beträchtliche Stärke aufweist, einen einfachen Arbeitsgang darstellt. Die Ummantelung kann so leiern aufgebaut und insbesondere auch in einem noch hochwarmen Ofen durch Austausch einzelner Blöcke repariert werden, da dafür nur ein kurzzeitiger Aufenthalt im Bereich der höheren Temperaturen notwendig ist. Die für die Reparatur erforderlichen Stillstandszeiten werden damit beträchtlich vermindert, die Wirtschaftlichkeit erhöht. In Anbetracht der fehlenden Schwächungsstellen in der Isolation wird aber auch die Lebensdauer der Ummantelung insgesamt erhöht, da keine Steilen mit lokal stark angehobenem Temperaturgradienten vorliegen, die naturgemäß einer höheren Belastung und damit einer größeren Zerstörungsgefahr ausgesetzt sind.

Wird die Ummantelung für Gleitschienenrohre ver wendet, bei denen die Blöcke der Außenlage in Form eines Kreisbogens um das Gleitschienenrohr gelegt sind, so ist es zweckmäßig, wenn sich die Innenlage und die Außenlage beidseits bis zu den Flanken der Gleitschiene erstrecken und der Kreisbogen der Außenlage durch den Gegendruck des Materials der Innenlage mit einer in Umfangsrichtung wirkenden Kompressionskraft festgelegt ist. Das oben erläuterte Prinzip ist also auch dann anwendbar, wenn die Ummantelung keinen Vollkreis um das zu ummantelnde Rohr herum bildet. In diesem Fall genügt es, wenn zusätzlich zu den Reaktionskräften der Innenlage auf die Außenlage eine gewisse Abstützung der Ummantelung an den Flanken der Gleitschiene stattfindet. Selbstverständlich müssen auch hier die Verriegelungsverbindungen so ausgebildet sein, daß sie eine vollständige Abstützung der in Umfangsrichtung oder Längsrichtung versetzten benachbarten Blöcke unter Wirkung der auf sie einwirkenden Kräfte ermöglichen.

Bei Ummantelungen für Stützrohre ist es zweckmäßig, wenn die Außenlage durch sich kettenartig über den Umang erstreckende, mit komplementär ausgebildeten, ein begrenztes wechselseitiges Winkelspiel zulassenden Verriegelungsverbindungen ineinandergreifende gleichartige Blöcke gebildet ist. Da hier keine Gleitschiene vorliegt, kann die aus den Blöcken gebildete Kette um den gesamten Umfang des Stützrohres herumgeschlossen sein. Das Winkelspiel zwischen benachbarten Blöcken bewirkt, daß diese sich unter Einfluß der von der Innenlage auf die Außenlage ausgeübten Reaktionskräfte wirkungsvoll verriegeln und damit selbsttätig in ihrer Lage fixieren. Die Verriegelung kann auch hier zwischen in Umfangsrichtung bzw. in Längsrichtung benachbarten oder versetzten Blöcken erfolgen. Das. Winkelspiel macht es überdies möglich, daß die Ummantelung mechanische Erschütterungen oder Vibrationen ohne Schaden aufnimmt und auch sprunghafte Temperaturände:rungen ohne Beeinträchtigung übersteht, wie sie durch Gleitbewegungen schwerer Platten auf den Gleitschienen des Wärmebehandlungsofens bzw. durch die Temperaturänderungen beim Anheizen bzw. beim Abkühlen durch Einspritzen von kaltem Wasser eintreten.

Bezüglich des Aufbaus der Ummantelung gibt es zwei in gleicher Weise einfache Verfahren: Entweder wird das in vorgeformten Teifeln vorliegende Fasermaterial zunächst Stück für Stück um das Rohr herumgewickelt und durch die danach einzeln in Stellung gebrachten Blöcke unter Ausübung eines radial nach innen gerichteten Druckes fixiert, bis der jeweils letzte Block in Stellung ist und durch die Reaktionskraft der Innenlage auf die Außenlage die Ummantelung fixiert wird, oder man baut zunächst die Blöcke zu einer vollständigen Ummantelung um das Rohr herum zusammen und stopft sodann das faserige Material für die Innenlage in den Zwischenraum zwischen die Blöcke und das Rohr, bis die Blöcke nach außen gedrückt und dadurch von selbst in ihrer Lage festgehalten werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine schematisierte Darstellung des Innenraums eines Nachglühofens für Platten, in dem erfindungsgemäße Stützglieder für Gleitschienen vorgesehen sind,

F i g. 2 eine in einem größeren Maßstab gehaltene Schnittansicht in einem in einer Ebene senkrecht zur Achse eines Stützgliedes gelegten Schnitt, beispielsweise also in einem Schnitt entlang der Lin>e A-A oder der Linie fi-ßder Fi g. 1,

F i g. 3 eine in einem größeren Maßstab gehaltene Ansicht in einem Ausschnitt der F i g. 2,

F i g. 4 eine Ansicht ähnlich der F i g. 2, wobei jedoch eine abgeänderte Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist,

F i g. 5 eine in einem größeren Maßstab gehaltene Ansicht in einem Ausschnitt der F i g. 4,

F i g. 6 und 7 schematisierte perspektivische Ansichten zur Darstellung des unteren Teils eines vertikalen Stützgliedes, wobei unterschiedliche Anordnungen der Außenlage der Ummantelung gezeigt sind, und

Fig.8 eine Querschnittsansicht eines in erfindungsgemäßer Weise ummantelten Gleitschienenrohres.

F i g. 1 zeigt in schematisierter Form einen Teil eines Nachglühofens 10 für Platten, in dem Gleitschienen 11 vorgesehen sind, auf denen Platten 12 in der durch den Pfeil 13 angedeuteten Richtung entlangbewegt werden. Die Platten werden durch eine (nicht dargestellte) Zuführöffnung eingeführt und durch eine Auslaßöffnung 14 entnommen.

Die Gleitschienen ruhen auf horizontal angeordneten, wassergekühlten Stützrohren 15, die ihrerseits von vertikalen, ebenfalls wassergekühlten Stützrohren 16 getragen werden, die auf Sockeln 17 aus Schamottesteinen abgestützt sind.

Die Anordnungsweise eines oberen und eines unteren Brenners ist durch die Bezugszahlen 18 beziehungsweise 19 verdeutlicht und der Figur ist zu entnehmen, daß die Stützglieder für die Gleitschienen in der Strömungsbahn der heißen Gase des unteren Brenners 19 angeordnet sind.

Die F i g. 2 und 3 zeigen eine Ausführungsform der Erfindung in der Anbringung an einem wassergekühlten Roht, bei dem es sich beispielsweise um eines der Rohre 15 oder 16 handeln kann, wobei im Rahmen dieser Ausführungsform ein Metallrohr 25 vorgesehen ist, das von einer Innenlage 26 eines elastisch deformierbaren, faserartigen Isoliermaterials wie beispielsweise Keramikfaser umgeben ist, während diese Innenlage wiederum von einer Einfassung 27 aus feuerfesten Blöcken umhüllt ist, die eine Außenlage bilden. Bei der in den F i g. 2 und 3 dargestellten Ausführungsform wird diese Einfassung 27 durch wechselseitig ineinandergreifende Blöcke 28 gebildet, von denen jeder mit einem Kopfstück in Form eines äußeren Flansches 31,

der sich in Richtung der Rohrachse radial einwärts erstreckt, und mit einem Endstück in Form eines inneren, von der Rohrachse aus gesehen sich radial nach außen erstreckenden Flansches 32 ausgebildet ist. Die Flansche 31 und 32 bestimmen hierbei eine äußere Aussparung 33 beziehungsweise eine innere Aussparung 34. Die Art und Weise des wechselseitigen Ineinandergreifens der feuerfesten Blöcke 28 zur Ausbildung der Einfassung ist in F i g. 2 allgemein und in F i g. 3 in den Einzelheiten dargestellt.

Zur Darstellung der F i g. 3 ist zu bemerken, daß zwischen dem äußeren Flansch 31 und der äußeren Aussparung 33 sowie zwischen dem inneren Flansch 32 und der inneren Aussparung 34 jeweils Zwischenräume verbleiben, die ein begrenztes Bewegungsspiel der Blöcke 28 in bezug aufeinander gestatten, so daß die infolge Wärmeeinwirkung auftretenden Spannungskräfte und die beim Betrieb des Plattennachglühofens erzeugten Vibrationserscheinungen absorbiert werden können. Gleichzeitig geht aus der Figur hervor, daß die einander jeweils benachbarten Flansche 31 und 32 fest gegeneinander gedruckt werden, so daß die Einfassung in Anlage gegen die Schicht oder Lage 26 gehalten wird.

Die F i g. 4 und 5 zeigen eine Anordnung ähnlich derjenigen der F i g. 2, wobei jedoch feuerfeste Blöcke 29 Verwendung finden, die jeweils mit einem vorspringenden Kopfstück 36 ausgebildet sind, das ein vorderes Teil 37 mit einem verhältnismäßig kleinen Krümmungsradius und ein rückwärtiges Teil 38 mit einem größeren Krümmungsradius aufweist. Schultern 39a und 396 bilden zusammen mit dem Kopfstück 36 zwei Vertiefungen 40 in Form eines Halses. Es sei darauf hingewiesen, daß sich die Schultern 39a und 396 entlang einer allgemein geraden Linie erstrecken, die von der Außenkante des Blockes 29 nach dessen Innenkante in Richtung des Blockendes geneigt verläuft. Dieser Umstand erlaubt das Eingliedern des Blockes 29 in eine das Rohr umgreifende Einfassung. Die Neigung der Schultern 39a und 39b könnte auch anders verlaufen und sie könnten beide eine Neigung nach hinten, also in Richtung des Blockendes aufweisen. Als Haupterfordernis bleibt lediglich festzuhalten, daß die Anordnung der Schultern ein Zusammenwirken mit dem Blockende in der Weise gestatten muß, daß die Blöcke eine um das Rohr herumgeführte Einfassung zu bilden vermögen. Im Endteil eines jeden Blockes 29 ist eine Auskehlung 41 vorgesehen, die im Querschnitt einen Krümmungsradius aufweist, der etwas größer ist als der Krümmungsradius des Kopfteils 38. Diese Auskehlung 41 ist nach außen hin zum Teil durch Lippen 42 verschlossen, und sobald erst einmal das Kopfstück 36 eines benachbarten Blockes 29 in der Achsrichtung in die Auskehlung 41 eingeschoben worden ist, können die beiden Blöcke demzufolge nicht mehr in der Umfangsrichtung auseinandergezogen werden.

Die durch den kleineren Krümmungsradius des vorderen Teils 37 freigelassene Aussparung gestattet ein Verschieben des Kopfstücks 36 in der Auskehlung 41, so daß die durch Wärmeeinwirkung hervorgerufenen Spannungskräfte und die auftretenden Vibrationserschütterungen aufgenommen werden können, während die Blöcke gleichwohl in ihrer Anordnung auf der Lage des Isoliermaterials 26 fest in ihrer Stellung gehalten werden. Es ist zu ersehen, daß die Schultern 39a und 39b Verschiebungen in der Winkelstellung der Blöcke zueinander nicht behindern.

In den F i g. 6 und 7 sind zwei mögliche Formen der Anordnung dargestellt, wie sie für das Zusammenbauen der feuerfesten Ummantelungsblöcke zum Umkleiden eines Stützrohres in Betracht kommen. In F i g. b sind die Blöcke in der Längsrichtung reihenweise gegeneinander versetzt angeordnet. Bei dieser Anordnung weist jeder Block normalerweise die gleiche Breite auf (beispielsweise die Breite Di), wovon lediglich die endseitig angeordneten Blöcke in alternierenden Reihen ausgenommen sind, deren Breite geringer ist (beispielsweise also der Breite Lh entspräche). Bei dieser Anordnung

ίο können sämtliche Blöcke ein und derselben Längsreihe zum Ersetzen eines zerbrochenen Blocks in dieser Reihe verschoben werden, wobei die übrigen Blockreihen an Ort und Stelle verbleiben können.

F i g. 7 zeigt demgegenüber eine Anordnung, bei der sämtliche Blöcke ausnahmslos die gleiche Breite aufweisen (beispielsweise eine Breite Di) und in Reihen angeordnet sind, die sich in der Umfangsrichtung erstrecken.

Ein Beispie! für die Anwendung der Erfindung auf die Ummantelung eines Gleitschienenrohres selbst ist in Fig. 8 dargestellt, in der ein wassergekühltes Metallrohr 43 gezeigt ist, an dem in einstückiger Ausbildung eine Gleitschienenrippe 44 vorgesehen ist und das mit einer Innenlage 45 eines elastisch deformierbaren, feuerfesten Fasermaterials umkleidet ist, welches um das Rohr 43 herum durch eine Außcnlage segmentförmiger, feuerfester Blöcke 46 federnd zusammengedrückt wird, wobei die Blöcke zum wechselseitigen Eingriff mit Nut- und Federverbindungen 47, 48 ausgebildet sind und durch den federnden Gegendruck der Innenlage 45 in der Umfangsrichtung in kreisbogenförmiger Erstreckung in der Weise gegeneinander gedrückt werden, daß die Radialflächen einander benachbarter Blöcke mit ihren Außenkanten 49 aneinanderstoßen.

Bei der praktischen Anwendung der Erfindung werden die Größe der feuerfesten Blöcke und die Stärke der inneren Isolierschicht jeweils im Hinblick auf die im Einzelfall zu lösenden Konstruktionsaufgaben zweckentsprechend festgelegt.

So kann beispielsweise die innere Isolierschicht aus einer Lage einer Keramikfaser in Stärke von annähernd 2,5 cm im nicht zusammengedrückten Zustand bestehen, während sich deren Stärke auf 1.9 cm bemißt. wenn das Material in der Ummantelung durch die

feuerfeste Außenschicht zusammengedrückt ist.

Als Keramikfasermaterial können für diese Zwecke handelsübliche Produkte Verwendung finden. Die Eigenschaften des Keramikfasermaterials sind eingehend in der US-PS 26 36 723 erläutert.

Die feuerfesten Blöcke für die Außenlage können als

im wesentlichen segmentförmige Blöcke aufgebaut

sein, die in geeigneter Anzahl je Ring für eine Vielzahl von Rohrdurchmessern eingesetzt werden können.

Es entspricht dem bekannten Stand der Technik, den feuerfesten Blöcken ihre Gestalt durch Stampfen oder Pressen in Formen oder durch Extrusion zu geben, wobei die Querschnittsausbildung des Extrusionswerkzeugs die Querschnittsform der Blöcke bestimmt, wie diese in den F i g. 2 bis 5 und 8 gezeigt ist. Bei einer

typischen Ausführungsform der Erfindung sind die Blöcke auf Längenabmessungen von 15 cm und von 7,5 cm zurechtgeschnitten. Dies bedeutet, daß die Abmessungen Di und Dj sich hierbei auf 15 cm belaufen können, während die Abmessung D2 7,5 cm betragen kann.

Die feuerfesten Blöcke können aus einem beliebigen, geeigneten Schamottematerial bestehen. Ein geeignetes feuerfestes Material besteht beispielsweise zu 70 bis

80 Pro/ent aus MuIIh, der mit einem plastischen, feuerfesten Ton (20 bis 30 Prozent) gebunden ist. Mullit ist ein bekanntes feuerfestes Material, das durch Brennen von calciniertem Kyanit, einem natürlich vorkommenden Aluminiunisilicat, bei etwa 1450"C erhalten wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

17 Patentansprüche:

1. Feuerfeste Ummantelung für Stützglieder, insbesondere für Stützrohre oder Gleitschienenrohre von Wärmebehandlungsöfen, bestehend aus einer auf das Metallrohr aufgelegten Innenlage eines feuerfesten, faserartigen Materials und einer auf diese aufgebrachten Außenlage von miteinander in Eingriff stehenden feuerfesten Blöcken, dadurch to gekennzeichnet, daß die Innenlage (26.45) durch die Außenlage (27,46) derart federnd zusammengedrückt gehalten ist, daß die Innenlage auf Grund des durch das Zusammendrücken erzielten Gegendrucks die Blöcke (28, 29, 46) durch in Umfangsrichtung unter Spannung stehende Verriegelungsverbindungen benachbarter Blöcke in ihrer Lage fixiert.

2. Ummantelung nach Anspruch 1 für Gleitschienenrohre, bei der die Blöcke der Außenlage in Form eines Kreisbogens um das Gleitschienenrohr gelegt sind, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Innenlage (45) und die Außenlage (46) beidseits bis zu den Flanken der Gleitschiene (44) erstrecken und der Kreisbogen der Außenlage durch den Gegendruck des Materials der Innenlage (45) mit einer in Umfangsrichtung wirkenden Kompressionskraft festgelegt ist.

3. Ummantelung nach Anspruch 1 für Stützrohrc, dadurch gekennzeichnet, daß die Außeniagen (27) durch sich kettenartig über den Umfang erstreckende, mit komplementär ausgebildeten, ein begrenztes wechselseitiges Winkelspiel zulassenden Verriegelungsverbindungen ineinandergreifende gleichartige Blöcke (28,29) gebildet sind.

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