DE2010674C3 - Isolierwand für Hochtemperatur-Industrieöfen - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Isolierwand für Hochtemperatur-Industrieöfen, bestehend aus einer direkt der hohen Temperatur ausgesetzten Innenauskleidung aus isolierendem Material und einer diese tragenden Platte der Ofenwand.

Derartige Isolierwände müssen mit Temperaturen bis 1650⁰C direkt und dauerhaft beaufschlagt werden können, wie sie z. B. in Hochöfen, Tunnelofen, Ringöfen und dergleichen Industrieöfen vorliegen.

Schwierigkeiten treten hier bei der Konstruktion solcher selbsttragenden aber auch der nicht selbsttragenden Isolationsaufbauten auf, die sich beispielsweise aus feuerfesten Fasern oder anderen gegen hohe Wärmebelastungen und Temperaturschwankung resistenten Materialien und den tragenden Teilen aus Stahl od. dgl. zusammensetzen, weil unterschiedliche Wärmedehnungen kompensiert werden müssen.

Bekannte Isolierwände für Hochöfen, Ringöfen u. dgl. sind aus feuerfesten Steinplatten zusammenge- fio setzt, die an Metallstrukturen befestigt von diesen getragen werden. Das spezifische Gewicht, dieser Isolierwände liegt bei etwa 0,4 bis etwa 1 g/cm³, der Bereich der maximal aufnehmbaren Temperatur bei etwa 870⁰C bis etwa 1640⁰C.

Ein wesentlicher Nachteil in der Verwendung solcher herkömmlichen Konstruktionen liegt in den hohen Material- und Aufbaukosten. Die schweren Aufbauten aus ziegelsteinartigen Blöcken, die mit feuerfestem Mörtel von geschulten Maurern auszuführen sind, komplizieren den tragenden Teil der isolierwand und neigen, abgesehen von den hohen Fertigungskosten und dem hohen Gewicht, zur Brüchigkeit und Rißbildung und damit zu häufiger Reparatur.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Isolierwand der eingangs genannten Art, deren tragende Teile und die Temperaturen aufnehmende Innenauskleidung eine Einheit bilden, in ihrem Gesamtaufbau einfacher montierbar und weniger anfällig zu gestalten, wobei ein Aufmauern einzelner Isolierblöcke zu einer Wand vermieden werden soll.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß das Isoliermaterial an der Tragplatte mittels einer Vielzahl von Keramikstiften befestigt ist, wobei das eine Ende der Stifte mit der Tragplatte fest verbunden ist und das gegenüberliegende Ende sich durch das Isoliermaterial hindurch und über dessen Oberfläche hinaus erstreckt und einen schulterartigen, das Isoliermaterial in seiner Stellung haltenden Ansatz besitzt.

Damit entfallen jegliche Maurerarbeiten, und die Verwendung des zu Rißbildungen neigenden Mörtels und unterschiedliche Temperaturkoeffizienten der verschiedenen Materialien sind kompensierbar.

Es isi vorteilhaft, die Stifte jeweils aus einem an der Tragplatte befestigten Metallteil und einem aus Keramikmaterial bestehenden Teil zusammenzusetzen.

Dadurch ergibt sich ein besonders leichter und einfacher, gegen Temperaturschwankungen unempfindlicher Aufbau der Einheit und eine einfache Befestigungsmöglichkeit. Unerwünschte Wärmeleitung und Wärmeübertragungen auf die äußere Struktur werden vermieden. Das Keramikmaterial bildet das der Hochtemperaturumgebung ausgesetzte Ende des Stiftes. Die eine Einheit bildende isolierende und selbsttragende Isolierwand kann für sich als Bauelement in einem Hochofen oder entsprechenden Hochtemperaturkammern eingebaut werden. Die Stifte aus Keramikmaterial ermöglichen das Instellungbringen und die mühelo- . se Befestigung von Isolationsmaterialien sowohl niedriger Dichte, wie weichem und flexiblem faserigem filzartigen Stoffen oder Dämpfungsmaterial als auch fester oder steifer halb strukturierter Körper mit einer tragenden Metallplatte od. dgl.

In einer vorteilhaften Weiterbildung kennzeichnet sich die Erfindung noch dadurch, daß der schulterartige Ansatz eine keramische Verriegelungs- bzw. Beilagescheibe ist, wobei die keramische Beilagescheibe Schlitze aufweist und in ihrer Stellung mittels der am Stiftende angebrachten Ansätze nach Art einer Bajonettkupplung gehalten ist.

Erleichtert wird der Zusammenbau der Isolierwand noch dadurch, daß der keramische Teil an dem metallischen Abschnitt des Stiftes durch Schraubverbindung zu einer Einheit zusammenfügbar ist, und daß der Metall-Keramik-Stift an einem Ende ein Gewinde hat, auf das eine Mutter aufschraubbar ist.

Die beiliegenden Zeichnungen zeigen beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung und es zeigt

F i g. la einen Teilquerschnitt durch eine Isolierwand nach der Erfindung,

Fig. Ib eine Beilagescheibe mit von vorn gesehenen in F i g. la in Seitenansicht wiedergegebeneni Stift,

F i g. 2 eine perspektivische Darstellung des keramiüchen Teils des Stiftes von Fig. la mit zugehöriger Verriegelungs- bzw. Beilagescheibe, F i g. 3 einen Seitenaufriß in Teildarstellung eines

weiteren Ausführungsbeispiels,

ρ i g. 4 eine weitere Seitenansicht in Teildarstellung einer anderen Ausführungsform eines Stiftes und

F i g. 5 eine seitliche Textdarstellung einer noch weiteren Ausführungsform.

Die Isolierwand nach F i g. 1 bildet im wesentlichen ein selbsttragendes Strukturelement, weiches stiftartige, die Zusammenfügung zu einer kompletten Einheit ermöglichende Befestigungsglieder, die wenigstens teilweise aus Keramikmaterial bestehen, aufweist. Die Isolierwand beinhaltet sowohl die isolierende Innenauskleidung der Wind als auch die tragenden Elemente. Die Stifte erstrecken sich vollständig durch die Isolationsschicht hindurch und ragen hierbei über die Oberfläche der Hochtemperaturseite hinaus. Das Schichtgefüge der Isolierwand wird mittels der Stifte wirkungsvoll gesichert und zusammengehalten, ohne daß Rückwirkungen auf die Beständigkeit oder Dichte der Struktur auftreten.

In Übereinstimmung mit dem in F i g. 1 a wiedergegebenen Aufbau einer Ausführungsform der lsolierwar.d besteht der tragende Teil der Einheit aus einer Tragplatte 10 aus Stahl oder anderem geeigneten· Metall und einem Schichtkörper aus Isoliermaterial 11, welches an der Tragplatte befestigt ist. Der Befestigung dienen Keramikstifte 14, deren einer Abschnitt 13 aus Metall und ein zweiter Teil 12 aus Keramik besteht. Der Metallabschnitt 13 des Stiftes ist mit der don Gesamtaufbau stützenden Tragplatte 10 in fester Verbindung und ist der äußeren oder kalten Oberfläche der Isolierwand zugeordnet, während der Keramikstift J4 sich durch über die Isolationsoberfläche in Richtung auf die innere oder heiße Oberfläche erstreckt und dort mit einem Halterungsorgan versehen ist. Der Keramikstift 14 kann maximalen Hochtemperaturwerten ausgesetzt werden, ohne daß hierdurch Schäden auftreten können. Der aus Metall bestehende Abschnitt 13 kann an der Tragplatte 10 in irgendeiner geeigneten Weise, etwa durch Schweißung 15, befestigt sein. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die schraubbolzenartigen Abschnitte 13 mit dem Keramikstift 14 durch Gewinde 16 miteinander verbindbar. Wie dargestellt kann der Bolzen ein gewöhnlicher Flachkopfbolzen sein, welcher in den Keramikstift 14 einschraobbar ist. Diese Ausführungsform erleichtert die Montage des lsolationsmaterials an der Tragplatte, das mittels Durchbohrungen auf die Stifte aufsteckbar ist.

Die Keramikstifte 14 können neben der dargestellten Ausführungsform mit Innengewinde auch mit Außengewinde versehen werden, wobei eine hiermit in Schraubeingriff bringbare Metallhülse mit Innengewinde eine Überwurfmutter für das wesentlich zerbrechlichere Keramikmaterial darstellt und damit eine besonders widerstandsfähige Verbindung liefert. Zur Erleichterung der Montage und Anbringung des Isolationsmaterials sind die Stifte so ausgebildet, daß ihre Enden Spitzen 17 aufweisen.

Darüber hinaus sind bei einer bevorzugten Ausführungsform angrenzend an das spitze Ende 17 des Keramikstiftes 14 ein oder mehrere Paare von Ansätzen 18, 18' vorgesehen, welche sich direkt vor der inneren bzw. heißen Oberfläche des Isoliermaterials 11 an den Stiften befinden und welche mit Beilagescheiben 19 in Eingriff bringbar sind. Jede Verriegelungs- oder Beilagescheibe 19 ist mit einer mittleren Lochung 20 und sich von dieser radial nach außen erstreckenden Schlitzen 21 und 2V versehen, die in ihrer Größe und Stellung Keramikstift 14 und den Ansätzen 18 und 18' entsprechen, wobei jede Beilagescheibe über das Ende des Keramikstiftes 14 bis hinter die Ansätze 18 und 18' gesteck!, werden kann und dann um etwa 90° gedreht wird, um einen bajonettartigen Verschluß zu bilden. Einzelheiten des Bajonettverschlusses sind der perspektivischen Darstellung von F i g. 2 zu entnehmen.

Die bevorzugte Ausführungsform nach F i g. 1 a einer Isolierwand kann durch Anschweißen von Metallbolzen 13 an eine Metallplatte 10 realisiert werden, wobei auf die Bolzen dann die Keramikstifte 14 geschraubt werden, die das Isoliermaterial 11 durchgreifen und wobei eine Vielzahl von beispielsweise faserigen Abschirmungsplatten oder -schichten 22, 23, 24, 25 über die zusammengeschraubten Stifte geschoben wird. Anschließend werden die Verschluß- oder Beilagescheiben 19 über die Enden der Stifte geschoben und direkt hinter den Ansätzen 18 und 18' durch Drehen um etwa 90° verankert

Die F i g. 3 und 4 stellen abgewandelte Ausführungsbeispiele dar, wobei Keramikstifte Verwendung finden, die in ihrem Aufbau gewöhnlichen Bolzen gleichen. Nach F i g. 3 ist das Isoliermaterial 11 an die Tragplatte

10 durch ein? Vielzahl von Lochungen 26, welche Keramikbolzen 27 mit im Durchmesser vergrößertem Kopf 28 aufnehmen, befestigt. Die flächigen Köpfe der Bolzen 27 bilden schulterartige Halterungen zur Befestigung des Isolationsmaterials. Die Bolzen 27 sind vorzugsweise mit einem Schaft 29 großen Durchmesser versehen, der in seiner Länge etwa der Tiefe der Isolationswandung entspricht, wobei schulterartige Ansätze 30 mit einem Durchmesser vorgesehen sind, der größer ist als derjenige der Lochungen 26 in der Tragplatte 10. Durch die Lochungen 26 sind die der Halterung und Befestigung für die lnstellungbringung der Bolzen dienenden Abschnitte der Keramikbolzen 27 hindurchgeführt, die mit Gewinde 31 versehen sind, über welches eine Mutter 32 schraubbar ist, die eine dauerhafte Halterung und Befestigung des Keramikbolzens 27 gewährleistet. Da die Mutter 32 an der kalten Oberfläche der Einheit vorgesehen ist, kann diese aus Metall oder anderen nur für geringe Temperaturen widerstandsfähigen Material bestehen. Bei dieser Anordnung kann ein Isolationsmaterial niedriger Dichte und höherer Resistenz verwendet werden, ohne daß ein unerwünschtes Zusammendrücken desselben zu befürchten wäre.

F i g. 4 zeigt einen weiteren bolzenartigen Keramikstift 33, welcher durch eine Ausnehmung 26 in der Tragplatte 10 hindurchgeführt ist und einen Kopf 34 aufweist, dessen Durchmesser größer als die Ausnehmung 26 ist. Das entgegengesetzte begrenzende Ende des Keramikstiftes 33 ist mit Gewinde 35 beaufschlagt, auf welches eine Keramikbeilagescheibe 36 und eine Keramikmutter 37 zur Halterung der Beilagescheibe 36 aufbringbar ist. In dem Ausführungsbeispiel gemäß F 1 g. 4 ist, wie in demjenigen von F i g. 3, das Isoliermaterial 11 und die Tragplatte 10 an den Lochungen 26 in Stellung gebracht und in Nebeneinanderlage zusammengefügt, wobei die Bolzen durch das Isoliermaterial

11 durch einfache Kraftaufwendung hindurchgesteckt werden können, wenn dieses von niedriger Dichte ist, während vorgebohrte Löcher fluchtend zu den Ausnehmungen 26 in das Isoliermaterial zuvor eingebracht werden, falls dieses zufolge der Widerstandsfähigkeit des Materials erforderlich sein sollte. Die Beilagescheiben wie auch die Muttern werden auf den Keramikbolzen 27 oder 33 aufgeschraubt.

In der Ausführungsform nach F i g. 5 sind mit Gewinde versehene Stutzen 38 an die Tragplatte 10 ange-

schweißt, wobei ein Keramikstift 39 auf die Stutzen aufgeschraubt werden kann. Der Keramiksehaft 39 ist für diesen Zweck hülsenförmig ausgeführt und mit Innengewinde versehen. Das Ende des Keramikschaftes 39 ist gegenüberliegend zu dem Stutzen 38, falls erforderlich, mit einem Paar von vorzugsweise sich gegenüberstehenden Ansätzen 40 und 40' versehen, die mit Schlitzen der Beilagescheibe 41 eine Bajonettkupplung bildend in Eingriff bringbar sind und das Isoliermaterial 11 sicher und dauerhaft halten. Für den Fall, daß steifes Material 42 Verwendung findet, können zuvor in dieses Lochungen 43 eingebohrt werden.

Die Keramik-Metallstift-Anordnung ist so getroffen, daß sich der Keramikstift von der heißen Innenfläche aus durch das Isoliermaterial bis dorthin erstreckt, wo die Temperatur genügend reduziert ist, so daß der Metallstift keiner zu großen Wärme ausgesetzt ist. Für ein Metall mit hoher Widerstandsfähigkeit, etwa rostfreien Stahl, kann die maximale Temperatur bis zu etwa 816°C betragen. Diese Temperatur sollte jedoch nicht überschritten werden, während bei gewöhnlichem Stahl die Temperatur kleiner als 260°C sein muß, um eine dauerhafte wirkungsvolle Befeuerung des Ofens oder einer entsprechenden Hochtemperaturkammer zu ermöglichen.

Die beschriebenen Einheiten der Isolierwand können zu vollständigen Ofenwandungen oder anderen Hochtemperaturkammern zusammengesetzt werden.

Die Verwendung geeigneter Keramikmaterialien für die Keramikstifte oder wenigstens für den an die heißt Innenfläche angrenzenden Teil jedes Stiftes ermöglich] die vollständige Durchbringung des Isolationskörpcr« mit auch für hohe Temperaturen unempfindlichem Ma terial, ohne daß die einzelnen Teile hierdurch Beschädigungen erleiden können. Die Keramikleile könner Temperaturen ausgesetzt werden, die bei 1370⁰C liegen.

Als isolationsmaterial hoher Temperaturresisteni

ίο können sowohl filzartige als auch plattenartige, hoch feuerfeste Fasermaterialien aus Aluminiumsilikat od. ä. im Bereich der Hochtemperaturinnenfläche Verwendung finden.

Die einzelnen Schichtungen des Isolierkörpers sind so aufgebaut, daß weiter zurückliegend, d.h. zwischen den Hochtemperaiurisolationsschichten und der Metallplatte, kostensparend Isolationsmaterialien von geringerer Temperaturfestigkeit, etwa Glas oder Mineralwolle, Anwendung finden.

Das zur Anwendung kommende Isolationsmaterial kann z. B. eine Magnesiumverbindung, hydriertes Kalziumsilikat, vorzugsweise jedoch faseriges Isolationsmaterial, welches im wesentlichen Aluminium und Silikat enthält, sein.

Für die Keramikstifte kommen etwa Aluminiumzusammensetzungen oder Mullite, gesinterte Aluminiumoxide, Magnesium-Titanspinells, synthetischer Saphir (Synthetic sapphire), Magnesium, Zirkon oder Zirkonerde, Silikonkarbit usw. in Betracht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

20 10 Patentansprüche:

1. Isolierwand für Hochtemperatur-Industrieöfen, bestehend aus einer direkt der hohen Temperatur ausgesetzten Innenauskleidung aus isolierendem Material und einer diese tragenden Platte der Ofenwand, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermaterial (11) an der Tragplatte (10) mittels einer Vielzahl von Keramikstiften (14) befestigt ist, wobei das eine. Ende der Stifte mit der Tragplatte (10) fest verbunden ist und das gegenüberliegende Ende sich durch das Isoliermaterial (11) hindurch und über dessen Oberfläche hinaus erstreckt und einen schulterartigen, das Isoliermaterial (11) in seiner Stellung haltenden Ansatz besitzt

2. Wand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte (14) jeweils aus einem an der Tragplatte (10) befestigten Metallteil und einem aus Keramikmaterial bestehenden Teil zusammengesetzt sind.

3. Wand nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der schulterartige Ansatz eine keramische Verriegelungs- bzw. Beilagescheibe (19) ist.

4. Wand nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die keramische Beilagescheibe (19) Schlitze (21, 21') aufweist und in ihrer Stellung mittels der am Stiftende angebrachten Ansätze (18, 18') nach Art einer Bajonettkupplung gehalten ist.

5. Wand nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der keramische Teil an dem metallischen Abschnitt des Stiftes durch Schraubverbindung zu einer Einheit zusammenfügbar ist.

6. Wand nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Metall-Keramik-Stift an einem 3S Ende ein Gewinde hat, auf das eine Mutter aufschraubbar ist.