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Technischer Bereich
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Der Gegenstand der technischen Lösung ist ein Aufbau für einen Ofenwagen, der vor allem für die Verkalkung von Kaolinprodukten und Additiven in Form eines Granulats oder eines Pulvers zur Beförderung dieser Produkte durch einen Durchlaufbrennofen bestimmt ist.
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Bisheriger Stand der Technik
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Derzeit ist ein Ofenwagenaufbau als Bestandteil der Ausstattung einer Verkalkungslinie für Kaolinprodukte bekannt, der aus hochqualitativem feuerbeständigem Material auf Basis von umkristallisiertem SiC mit der Bezeichnung Halsic – R für Anwendungen mit einer Temperatur bis zu 1650°C besteht. Er ist in Bild 1 dargestellt. Der Aufbau besteht aus einem Behälter, der auf Quer- und Längsträgern liegt und aus zwei Stück Seitenwänden mit den Abmessungen 1995 × 180 × 20 mm, zwei Stück Stirnwänden mit den Abmessungen 960 × 150 × 20 mm und zehn Stück Bodenplatten mit den Abmessungen 478 × 420 × 8 mm besteht. Außer den Bodenplatten sind alle diese Teile als Hohlteile mit einer Wanddicke von ca. 8 mm hergestellt. In den Seitenwänden sind Schlösser für die Lagerung der Bodenplatten und der Stirnwände integriert. Die Baugruppe ist am äußeren Rand, in den Ecken, mit 4 gerillten Winkelformstücken mit der Abmessung von 100 × 100 mm aus demselben Material versteift. Die ganze Baugruppe ist in ihrer Achse mit einem Hohlträger mit dem Querschnitt 60 × 30 mm mit der Länge von 2020 mm unterlegt, wird durch Träger mit einer Länge von 1020 mm mit dem gleichen Querschnitt unterstützt und auf senkrechten Säulen gelagert, die in der Isolierausmauerung des Wagens verankert sind. Der innere Arbeitsbereich des Aufbaus ist mit einer Schutzbeschichtung auf Basis von Aluminiumoxyd versehen. In der Verkalkungslinie zirkulieren insgesamt 57 Wagen, zwei Stück bilden eine Reserve für Reparaturen. Der Durchlauf des Wagens durch den Brennofen dauert je nach der geforderten Verkalkungsgröße und der Haltezeit der Verkalkungstemperatur 10–12 Stunden.
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Es wurde festgestellt, dass relativ große Teile aus umkristallisiertem SiC an diesem Ofenwagenaufbau, wenn sie entsprechenden Temperaturen ausgesetzt werden, schon bei den ersten Durchlaufen durch den Brennofen brechen, und zwar sowohl beladen mit Einsatzgut als auch leer ohne Einsatzgut. Die Risse entstehen sowohl bei der Erhitzung als auch bei der Abkühlung. Die Anzahl der beschädigten Teile bei mit Einsatzgut betriebenem Aufbau ist aber höher. Hier wirkt sich der Einfluss der Wärmeträgheit des Einsatzguts aus, welche die Ungleichmäßigkeit des Temperaturabfalls erhöht. Die Anzahl der Mängel ist aber in beiden Fällen direkt proportional zur Größe des Aufbauteils. Die meisten Störungen wurden deshalb bei den Seitenwänden, dann bei den Stirnwänden und weniger bei den Bodenplatten verzeichnet. Die Stützträger mit den Abmessungen von 60 × 30 mm, die einen relativ kleinen Querschnitt haben und regelmäßiger in ihrer ganzen Länge erwärmt oder abgekühlt werden können, sind nur vereinzelt beschädigt. Aus dem Obengenannten ist ersichtlich, dass die zukünftigen Betriebsbedingungen bei der Planung des Ofenwagens nicht ausreichend berücksichtigt wurden und dass die technischen Möglichkeiten des sonst hervorragenden feuerbeständigen Materials Halsic-R überschritten wurden. Eine Änderung der Temperaturverhältnisse im Ofen auf Parameter, die für das in diesen Abmessungen entworfene feuerbeständige Material günstiger wären, kann nur durch wesentliche Verlangsamung des Ofendurchlaufs erreicht werden, wodurch die Steilheit der Brennkurve reduziert wird. Damit sinkt jedoch wesentlich die Leistung der ganzen Verkalkungslinie, da hier der Verkalkungsdurchlaufofen das entscheidende Element ist, der durch die Länge der einzelnen Temperaturbereiche begrenzt ist. Der Betrieb der Verkalkungslinie unter den oben genannten Bedingungen wurde dadurch zu einer sehr kostenaufwendigen Angelegenheit.
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Ziel dieser technischen Lösung ist es, eine derartige Konstruktion, Form und Anordnung der Abmessungen des Ofenwagenaufbaus zu schaffen, die es ermöglichen, dass ein zuverlässiger und wirtschaftlicher Betrieb der Verkalkungslinie erzielt wird.
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Diese Anordnung der Einzelteile des Aufbaus besteht in der Aufteilung der Funktionen auf den tragenden Teil und den Arbeitsteil, der wesentlich mehr belastet wird.
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Grundsätze der technischen Lösung
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Gegenstand der technischen Lösung ist ein Ofenwagenaufbau für die Verkalkung von Kaolinprodukten und Additiven in Form von Granulat oder Pulver zur Beförderung dieser Produkte durch einen Durchlaufbrennofen, der aus einem auf Quer- und Längsträgern liegenden Behälter besteht, wobei die Fläche des Bodens dieses Behälters aus frei liegenden kompakten feuerbeständigen Platten besteht, die mit einem Schloss miteinander verbunden sind. Die technische Lösung besteht darin, dass die Außenwand des Behälters auf der Fläche des Bodens aus frei liegenden, ineinander eingesetzten und abnehmbaren feuerbeständigen Außenwandplatten (geraden und Eckplatten) mit L-förmigem Querschnitt besteht, die mit senkrechten Schlössern miteinander verbunden sind. Jede Außenwandplatte kann an einem Ende eine Nase und am anderen Ende eine formkomplementare Rille haben, die massive senkrechte Schlösser zur Gewährleistung ihrer Stabilität, Dehnung und der gegenseitigen Verbindung sowie zur Vermeidung der Freisetzung des bearbeiteten Materials bilden. Bei der Grundlinie jeder Außenwandplatte kann eine horizontale Reinigungshalbnut vorgesehen sein, die nach außen offen ist, um die Reinigung mit dem Staubsauger zu erleichtern. Alternativ kann an Stelle der Stoßfuge der Außenwandplatten (geraden und/oder Eckplatten) ein Z-förmiges gefalztes Schloss vorgesehen sein.
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Die Außenwände der Außenwandplatten können mit Kühlrippen versehen werden. Sie können auch mit Entlastungsdurchpressungen versehen werden. Die Außenwandplatten können aus einer dünnwandigen Schale bzw. einem dünnwandigen L-Profil bestehen, wo an Stelle der Stoßfuge dieser Platten ein Z-förmiges gefalztes Schloss ist.
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In der nächsten Ausführung besteht die Außenwand des Behälters auf der Fläche des Bodens aus frei liegenden, ineinander eingesetzten und feuerbeständigen Außenwandplatten (geraden und Eckplatten) mit L-förmigem Querschnitt, die mit Verbindungsstiften oder Nasen miteinander verbunden sind.
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Die Außenwandplatten bestehen aus einem feuerbeständigen Material, das aus der Materialgruppe ausgewählt wurde, die Schamotte, Mullit, Cordierit, Aluminiumoxyd, Zirkonsilikat und Silliziumkarbid bzw. die Kombination der genannten Materialien einschließt.
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Der Boden des Behälters des Ofenwagens besteht aus Platten mit Schlossverbindungen, die im Gegensatz zum heutigen Stand der Technik deutlich kleiner sind, wodurch sie den entstandenen Temperaturabfall stärker respektieren. Die zusammengebauten Platten bilden auch in den Fugen eine glatte Fläche ohne Nasen und erleichtern dadurch die Entnahme des fertigen Produktes. Die feuerbeständigen Platten, die den Boden des Behälters bilden und miteinander verbunden werden, haben die Abmessungen 15 × 260 × 333 mm.
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Auf dieser Fläche sind dann die oben genannten geformten Platten mit dem L-förmigen Querschnitt frei verlegt, die die Außenwand des Behälters bilden. Ihre Stabilität und gegenseitige Verbindung wird durch massive senkrechte Schlösser sichergestellt, welche gleichzeitig die Freisetzung des bearbeiteten Materials verhindern. Für die Reinigung der senkrechten Fuge in den Schlössern sorgt automatisch die quer orientierte halbe Nut in der Grundlinie des Formstücks. Diese Formstücke sind die thermisch meistbelasteten Teile und die vorgelegte technische Lösung unterstützt ihren ausgesprochen einfachen Austausch. Bei einer Störung wird das neue Teil durch bloßes Herausschieben und Aufschieben in vertikaler Richtung, ohne Anwendung feuerbeständigen Kitts, ausgewechselt.
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Erklärung der Zeichnungen
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Im Bild 1 ist die bisher bekannte Lösung des Ofenwagenaufbaus dargestellt, wobei die Schlösser für die Verlegung der kompakten Bodenplatten mit vollem Querschnitt und der Stirnwände in die Seitenwände des Aufbaus integriert sind. Der Aufbau ist aus einem Material auf Basis von umkristallisiertem SiC mit der Bezeichnung Halsic – R hergestellt. Mit Ausnahme der Bodenplatten sind alle Teile als Hohlteile mit einer Wanddicke von ca. 8 mm ausgeführt. Die Seitenwände des Systems werden in den Ecken mit einem gerilltem Winkelformstück versteift. Es gibt hier zwei quer orientierte Stützträger 1 mit den Abmessungen von 30 × 60 × 1020 mm, einen Längsträger 2 mit der Abmessung von 30 × 60 × 2020 mm. Weiterhin gibt es hier zehn Stück Bodenplatten 3 des bestehenden Aufbaus, jede von diesen Bodenplatten hat die Abmessung von 478 × 420 × 8 mm. Jede von zwei Stirnwänden 4 des Aufbaus ist hohl und hat die Abmessungen von 20 × 150 × 960 mm. Beide Seitenwände 5 des Aufbaus sind auch hohl und haben die Abmessungen von 20/40 × 180 × 1995 mm. Schließlich gibt es hier vier Stück gerillte Winkelformstücke 6 mit den Abmessungen von 100 × 100 mm.
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Auf den Bildern 2 und 3 ist ein Beispiel der Ausführung des Ofenwagenaufbaus nach dieser technischen Lösung dargestellt, wobei auf Bild 2 der Querschnitt des oberen Teils des Ofenwagensaufbaus und auf Bild 3 ein Beispiel der Ausführung der vollen Außenwandplatten (geraden und Eckplatten) mit L-förmigem Querschnitt mit massiven senkrechten Schlössern zur Verbindung der Reihe dieser Platten ist.
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Ausführungsbeispiele der technischen Lösung
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Die Anordnung der einzelnen Teile des Ofenwagenaufbaus für den Transport der Kaolinprodukte und der Additive in Granulat- oder Pulverform durch den Durchlaufbrennofen besteht in einer Aufteilung der Funktionen auf den Arbeitsteil und den tragenden Teil. Für den Arbeitsteil, der wesentlich mehr belastet wird, wurde ein neues Konstruktionssystem entworfen, das nachstehend detailliert beschrieben und auf den Bildern 2 und 3 dargestellt ist.
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Der Arbeitsteil des Ofenwagenaufbaus, der auf dem tragenden Teil steht, der die Querträger 1 und die Längsträger 2 enthält, besteht aus einem Behälter, dessen Außenwand aus geraden Platten 9 und Eckplatten 10 (Formstücken) mit kleinem Format mit L-förmigem Querschnitt nach Bild 3 besteht. Es gibt insgesamt zwanzig gerade Platten 9 und vier Eckplatten 10. Der Boden des Behälters besteht aus Schlossplatten 7, die im Gegensatz zur ursprünglichen Lösung wesentlich kleiner sind (es gibt insgesamt 24 Schlossplatten mit der Abmessung von 15 × 260 × 333 mm), wodurch sie den entstandenen Temperaturabfall besser respektieren. Die zusammengebauten Platten 7 am Boden des Behälters bilden auch in den Fugen eine glatte Fläche ohne Nasen und erleichtern dadurch die Entnahme des fertigen Produktes. Auf dieser Fläche sind dann die oben genannten Formstücke (gerade Platten 9 und Eckplatten 10) mit L-Querschnitt frei verlegt, die die Außenwand des Behälters bilden. Ihre Stabilität und gegenseitige Verbindung wird durch das massive senkrechte Schloss A erreicht, das gleichzeitig die Freisetzung des bearbeiteten Materials verhindert. Für die Reinigung der senkrechten Fuge in den Schlössern A sorgt automatisch die quer orientierte halbe Nut B in der Grundlinie des Formstücks. Diese Außenwandformstücke sind die thermisch meistbelasteten Teile und die vorliegende technische Lösung unterstützt ihren ausgesprochen einfachen Austausch. Bei einer Störung wird das neue Teil durch bloßes Herausschieben und Aufschieben in vertikaler Richtung, ohne Anwendung feuerbeständigen Kitts, ausgewechselt.
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Die ganze Baugruppe des Behälters liegt frei auf Längs- und Querträgern 1, 2 mit dem Querschnitt 60 × 30 mm, wobei die Anzahl der Längsträger 2 (vier, mit einer Länge von 2020 mm) so gewählt ist, dass die hinzugefügte Mittelreihe der Bodenplatten 7 in der Fuge abgestützt wird. Es gibt zwei Querträger 1 mit einer Länge von 1020 mm. Der tragende Teil bleibt ohne größere Veränderungen und es kann also das bewährte feuerfeste Material Halsic-R verwendet werden.
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Die oben beschriebene technische Lösung ermöglicht eine freie Dehnung der Einzelteile des Ofenwagenaufbaus, und zwar vor allem im Arbeitsteil, dem meistbelasteten Teil. Eine deutliche Reduzierung der Kraftbelastung einzelner Teile des Arbeitsteils erlaubt dann die Verwendung von anderen, preisgünstigeren feuerfesten Materialien. Vor allem dort, wo eine gute Rohstoffplattform genutzt werden kann – zum Beispiel eine schon eingeführte Produktion von dichten und entlasteten Kaolinmagerstoffen. Für den Einsatz im Bereich der niedrigeren Temperaturen können auch die hergestellten Magermittel auf Basis von Cordierit verwendet werden.
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Die L-förmigen Außenwandplatten 8, 9 (Formstücke) sind aus feuerfestem Material hergestellt, das eine der Komponenten der Gruppe von Schamotte, Mullit, Cordierit, Aluminiumoxyd, Zirkonsilikat und Siliziumkarbid enthält. Sie können auch mit der Vakuumtechnologie oder einer ähnlichen Technologie aus Material hergestellt werden, das keramische Fasern als Hauptkomponente enthält.
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In Bezug auf den Charakter des eingesetzten Materials, das mit seiner Zusammensetzung identisch mit kommerziell hergestellten Magerstoffen ist, ist praktisch ein 100%iges Recycling der Formstücke nach Ablauf ihrer Standzeit möglich, sodass sie in Form von zerkleinertem und sortiertem Material als vollwertiger Rohstoff in die Produktion zurückfließen oder auch als Magerstoff der Reihe KPS ausgeliefert werden können. Aus dieser Sicht wird deshalb die Produktion aus Schamotte auf Basis von kommerziell hergestellten Magerstoffen bevorzugt.
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Falls es, aus auf Grund neuer Anforderungen entstandenem technologischem Bedarf erforderlich wird, für diese Produktion Materialien mit höherer Feuerbeständigkeit oder noch größerer Beständigkeit gegen plötzliche Temperaturänderungen einzuführen, stehen Rezepturen von Schamotten zur Verfügung, die mit Zumischungen von Aluminiumoxyd, Zirkonsilikat usw. angereichert sind. Weiterhin stehen Rezepturen auf Basis von Mullit oder SiC zur Verfügung. Außer SiC sind alle diese Materialien sehr gut recycelbar und dadurch auch sehr umweltfreundlich. Aus wirtschaftlicher Sicht kommt es nach der Einführung dieser technischen Lösung zur deutlichen Senkung der Beschaffungskosten und dadurch auch zur Senkung der Betriebskosten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Querträger
- 2
- Längsträger
- 3
- Bodenplatte des bestehenden Aufbaus
- 4
- Stirnwand des Aufbaus
- 5
- Seitenwand des Aufbaus
- 6
- Rillenformstück
- 7
- Bodenplatte
- 8
- Außenwandplatte (Formstück) mit L-förmigem Querschnitt – gerade
- 9
- Außenwandplatte (Formstück) mit L-förmigem Querschnitt – Eckplatte
- A
- senkrechtes Schloss
- B
- senkrechte halbe Nut, welche die Reinigung der Stoßfuge des senkrechten Schlosses erleichtert.
