DE2045223A1

DE2045223A1 - Verfahren zum Ausbessern von feuerfest ausgekleideten Ofen

Info

Publication number: DE2045223A1
Application number: DE19702045223
Authority: DE
Inventors: Alton Coleman Lewiston Miller William Alfred Jamestown NY Sleggs (V St A)
Original assignee: Carborundum Co
Current assignee: Unifrax 1 LLC
Priority date: 1969-10-15
Filing date: 1970-09-12
Publication date: 1971-04-22
Also published as: DE2045223B2; JPS4828172B1; DE2045223C3; SE367814B; GB1283495A

Description

The Carborundum Company 11. September 1970

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Niagara Falls/ New York,
U.S.A.

Verfahren zum Ausbessern von feuerfest ausgekleideten öfen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ausbessern von feuerfest ausgekleideten öfen, beispielsweise von Glaswannen oder Hochöfen.

Zum Auskleiden von Öfen, in denen Vorgänge bei sehr hohen Temperaturen ausgeführt werden, beispielsweise Glaswannen oder Hochöfen zum Erzeugen von Stahl werden vergossene feuerfeste Blöcke bzw. Bausteine verwendet. Diese Blöcke (ausgenommen solcher Blöcke, die große Poren aufweisen) besitzen ausgezeichnete. Dichte und Festigkeitseigenschaften, die diese Blöcke sehr widerstandsfähig für Erosion und Korrosion bei hohen Temperaturen machen. Als Erosion wird die mechanische Abnutzung bzw. der Abrieb der feuerfesten Blöcke bezeichnet, die von Schmelzen oder von Gasen verursacht wird, die über die Oberflächen der Blöcke strömen. Die Korrosion ist im wesentlichen ein chemischer Vorgang, wobei Schmelzen oder reaktive Gase mit den Oberflächen der feuerfesten Blöcke reagieren, wobei Reaktionsprodukte gebildet werden, die die Oberfläche der Blöcke fortschreitend in Lösung bringen. In den meisten öfen der beschriebenen Art werden die feuerfesten Blöcke langsam als Ergebnis der Kombination der beiden abbauenden Erscheinungen verbraucht. Vergossene feuerfeste Blöcke sind im allgemeinen sehr widerstandsfähig gegenüber der Erosion und Korrosion, neigen indessen zu einem thermischen Absplittern und Aufspalten, wenn sie schnellen Temperaturschwan-24.281 ■
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kungen ausgesetzt werden. Sobald indessen die heiße.; Fläche eines ■ vergossenen feuerfesten Blocks eine kritische Temperatur überschreitet, die von der besonderen Zusammensetzung des Blocks und anderen Paktoren abhängig ist und die etwa bei 1200° liegt, ist die Widerstandsfähigkeit der Blöcke gegen eine solche thermische Absplitterung gewöhnlich befriedigend.

Glaswannen und Hochöfen werden für eine ausgedehnte Betriebslebensdauer gebaut, die über die Zeitdauer von einigen Jahren währen kann. Allgemein werden solche Öfen im Betrieb gehalten bis die gesamte feuerfeste Auskleidung gefährlich dünn wird, wonach die Öfen abgestellt und wieder neu ausgekleidet werden.

Häufig ist es indessen erforderlich, wenn die feuerfeste Auskleidung des Ofens sich nur an einzelnen Stellen abnutzt, diese Stellen auszubessern bevor es erforderlich ist, die gesamte feuerfeste Auskleidung neu aufzubauen. Für diese Zwecke werden die abgenutzten Flächen der Auskleidung an den Stellen, an denen es möglich ist, ersetzt, ohne den Ofen abzustellen oder das Schmelzverfahren zu unterbrechen.

Die Erfindung ist somit hauptsächlich, jedoch nicht ausschließlich, auf ein Verfahren zum Ausbessern von Glaswannen gerichtet. Die kontinuierlich arbeitenden Glaswannen werden gewöhnlich verwendet, wenn große Mengen von Glas hergestellt werden sollen. Diese kontinuierlich arbeitenden Glaswannen werden an einem Ende mit Rohmaterialien in einem mehr oder weniger gleichmäßigen Ausmaß gespeist, und das geschmolzene Glas wird an dem anderen Ende kontinuierlich abgezogen. Der Ofen besteht aus einer Schmelzkammer, in die. Brennstoff und Verbrennungsluft durch Öffnungen eingeführt werden. Der Brennstoff und die Verbrennungsluft werden durch eine Reihe von Regeneratoren vorgeheizt, die in einem Arbeitsspiel von 20 Minuten betätigt werden. Die Schmelzkammer ist mit einem Läuterteil über einen Durchgang verbunden, der mittels eines Abschei-

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deblocks abgedeckt ist, der sich unterhalb der Oberfläche des flüssigen Glases erstreckt. Der Läuterteil erhält direkt oder indirekt Wärme durch Leitung und Strahlung von dem Schmelzteil·» Die Temperatur in dem Schmelzteil liegt bei I²FJO bis 1540°C. Der Läuterteil wird bei einer Temperatur von etwa 1260⁰C gehalten. Von dem Lauterteil wird das Glas in Vorkammern abgezogen, die häufig mittels besonderer Brenner beheizt werden, um eine gleichmäßige Temperatur des Glases aufrechtzuerhalten.

In modernen Glaswannen sind die Kammern* die Seitenwände* die vorspringenden Deckstücke, die Brennerblöoke, die Öffnungen, das Deckengewölbe und die Platten aus vergossenen feuerfesten Blöcken hergestellt. Die Blöcke, die am meisten abgenutzt werden, sind die Blöcke der Seitenwand an der "Metall-Linie" (Oberfläche des geschmolzenen Glases) und diejenigen, die Temperaturänderungen ausgesetzt sind, wie beispielsweise die vorspringenden Decksteine und Plattenblöcke unter der Öffnung. Wenn einer dieser Blöcke stark abgenutzt worden ist* ist es erforderlich entweder diesen Block zu ersetzen, beispielsweise im Fall von vorspringenden Decksteinen oder Ihn mit einem Mantelblock zu unterlegen, wie es bei den abgenutzten Seitenwandblöcken der Fall ist.

Da die feuerfesten Blöcke eine Tendenz haben* abzusplittern oder sich aufzuspalten aufgrund der thermischen Spannungen, die durch die TemperaturSchwankungen erzeugt werden, ist es außerordentlich schwierig, diese Blöcke in den Ofen einzusetzen* der sich noch auf Betriebstemperatur befindet. Bisher wurden verschiedene Verfahren angewendet, um die feuerfesten Blöcke in den Ofen bei Betriebstemperaturen einzusetzen. Beispielsweise wurden die Blöcke auf etwa 650⁰C in einem Hilfsofen vorgewärmt, aus dem Hilfsofen herausgenommen und mit einer Asbestdecke bedeckt. Hierauf wurden die Blöcke schnell zu der Glaswanne bewegt und in die Reparaturstelle eingesetzt. Ein solches Verfahren besitzt indessen verschiedene Nachteile. Der. erste Nachteil besteht darin, daß der

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feuerfeste Block sich aufsplittert oder aufspaltet nachdem er in den Ofen eingesetzt wurde. Außerdem ist es ein gefährliches Verfahren, da es erforderlich ist, erhitzte Blöcke, die etwa 20 bis 70 kg wiegen, unter ungünstigen Bedingungen zu manipulieren. Ein anderes Verfahren zum Einsetzen von Blöcken in heiße Öfen besteht darin, den Reparaturblock "einzupassen" ("inch") mit oder ohne eines vorhergehenden Vorheizens über eine ausgedehnte Zeitspanne. Das ist eine sehr unbequeme Art und führt ebenfalls zu abgesplitterten und aufgespaltenen Blöcken. Ferner gibt es Stellen in dem Ofen, in denen es nicht möglich ist, einen neuen Block in eine Stellung zu schieben oder "einzupassen".

Die Erfindung setzt sich zur Aufgabe, ein Verfahren zum Ausbessern von feuerfest verkleideten öfen zu schaffen, mit dem die oben erwähnten Nachteile beseitigt werden.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Beschichten des feuerfesten Blocks mit einem isolierenden Material, mindestens an denjenigen Flächen durchgeführt wird, die der Hitze im Inneren des Ofens ausgesetzt und die der bestehenden erhitzten Auskleidung zugewandt sind, wobei das isolierende Material derart gewählt wird, daß es mit dem Arbeitsvorgang verträglich ist, sowie derart bemessen ist, daß es solange unversehrt bleibt, bis der Block die kritische Temperatur (Absplittertemperatur) überschritten hat, und Einsetzen des derartig beschichteten Blocks in die Reparaturstelle. Hierdurch wird nach dem Einsetzen des Blocks jede Neigung zum Absplittern oder Aufspalten des Blockes während des Aufwärmens auf die Betriebstemperatur vermieden.

Vorzugsweise wird gemäß der Lehre der Erfindung die feuerfeste Beschichtung des Blockes an allen Flächen des Blockes durchgeführt. Die Beschichtung besteht aus einem feuerfesten Isoliermaterial, das mit dem Arbeitsvorgang in dem Ofen verträglich sein muß, mit anderen Worten, aufgrund der Tatsache, daß die Beschichtung dem Inneren des Ofens ausgesetzt ist und unter Um-

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ständen durch die Schmelze, beispielsweise durch das schmelzende Glas in Lösung geht, muß die Beschichtung eine Zusammensetzung haben, die die Schmelze nicht schädlich beeinflußt. Das feuerfeste Besehichtungsmaterial, obwohl es von begrenzter Lebensdauer ist, muß genügend feuerfest und derart bemessen sein, daß es unversehrt bleibt, bis die Öberflächentemperatur des Blockes eine vorbestimmte kritische Temperatur überschritten hat. Die kritische Temperatur ist von der Zusammensetzung und Gestalt des Blockes abhängig, liegt indessen bei etwa 120O⁰C. Es kann festgestellt werden, daß die Beschichtung bewirkt, daß der Block seine Betriebstemperatur in einer Art erreicht,, daß die Spannungen, die durch die verschiedenen thermischen Ausdehnungen entstehen, aufgenommen werden.

Die Beschichtung oder Schichtauftragung wird in verschiedener Art durchgeführt* Vorzugsweise besteht die Beschichtung aus einem feuerfesten Faserpapier, das an den gewünschten Flächen des Blockes mit einem geeigneten feuerfesten Zement befestigt wird, das beispielsweise Natriumsilikat oder Siliziumdioxidsol ist. Die Zusammensetzung der feuerfesten Fasern wird entsprechend der Temperatur des Ofens, der repariert werden soll, gewählt. In den meisten Fällen, beispielsweise, wenn eine Glaswanne repariert werden soll, sind die feuerfesten Fasern aas Aluminiumoxid-Siliziumdioxid hergestellt, beispielsweise durch Schmelzen und Zerfasern eines Gemische von Aluminiumoxid und.Siliziumdioxid mit annähernd gleichen Gewichtsteilen. In einigen Fällen, in denen die Tempera» tür des Ofens nicht sehr hoch ist, ist es auch möglich, feuerfestes Papier zu verwenden, das Asbestfasern enthält. Da die Zusammensetzung der meisten Glasarten Aluminiumoxid und Siliziumdioxid enthält, sind Aluminiumoxid- und Siliziumdioxidfasern mit dem Glasherstellungsverfahren verträglich. Gemäß einer anderen Art der Ausführung der Erfindung wird eine Beschichtung einer feuerfesten Faserpaste aufgetragen. Die Paste enthält geeignete feuerfeste Fasern und ein feuerfestes Bindemittel, beispielsweise

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als Natriumsilikat oder Siliziumdioxidsol.

Die Stärke der feuerfesten Faserbeschichtung oder Schicht ist von der Temperatur des Ofens, der repariert werden soll, von der Zusammensetzung und Gestalt des feuerfesten Blockes* der eingesetzt werden soll und ferner von der Wärmeleitfähigkeit der Schicht abhängig. Im allgemeinen ist die Beschichtung mindestens 0,8 mm stark und vorzugsweise in Fällen von sehr hohen Temperaturen mindestens 3,2 mm stark, wobei die Beschichtung eine Wärmeleitfähigkeit besitzt, die etwa zwischen 0,0017 bis 0,0069 eal/sec ' cm^'°C/cm bei Temperaturen von 530°C bis 1090⁰C liegt.

Das Verfahren soll nachstehend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden, in denen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Glaswanne mit einer regenerativen Arbeitsweise zeigt, und

Fig. 2 einen Querschnitt nach der Mittellinie der ersten öffnung der Glaswanne nach Fig. 1 angibt.

Eine typische Glaswanne, die in den Zeichnungen dargestellt ist, besitzt eine Kammer 1 und Seltenwände 2, die aus großen vergossenen feuerfesten Blöcken bzw. Bausteinen hergestellt sind. Der Ofen ist von Stirnwänden 3 und Endwänden 4 und einem Deckengewölbe 5 umschlossen. Die Glaswanne ist in einen Schmelzteil 6 und einen Läuterteil J unterteilt, die miteinander über einen Durchgang.8 verbunden sind. Das rohe Gemenge wird durch Einbringöffnungen 9 in den Ofen eingebracht. Das geschmolzene Glas wird von dem Läuterteil 7 durch öffnungen 10 in Vorkammern (nicht dargestellt) abgezogen. In der Nähe jeder Seite des Schmelzteils 6 sind Regeneratoren 11 vorgesehen, die eine Mehrzahl von Steigkanälen für Brennstoff 12 und für Luft 13 besitzen. Die Regeneratorsteigkanäle münden in den Schmelzteil 6 über eine Mehrzahl von öffnungen 14, die teilweise durch einen Deckenstein 15 und

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eine Schwellenplatte 16 gebildet werden. Vorspringende Decksteine 17 überbrücken den Spalt zwischen den öffnungen 14 und den Stirnwänden j5 sowie den Seitenwänden 2. Das Bezugszeichen 18 zeigt einen Mantelblock, der hinter der Seitenwand 2 in der Nähe des vorspringenden Decksteines 17 eingesetzt wurde. Eine andere Bezeichnung wird auch bisweilen verwendet, um die verschiedenen Blöcke zu kennzeichnen, die in einer Glaswanne enthalten sind, beispielsweise werden die Deckensteine an den Öffnungen oft als Schwellenblöcke oder als Öffnungsabdeckplatten bezeichnet. Selbstverständlich sind sehr viele AusführungsraÖglichkeiten für die Durchführung des Verfahrens gegeben.

Ausführungsbeispiel 1

Eine Glaswanne wurde bei Betriebstemperatur gemäß der Lehre der Erfindung wie folgt ausgebessert. Die Auskleidung der Glaswanne war bei dem Schwellenbloek oder der Öffnungsabdeckplatte 17 und der Nähe liegenden oberen tind Seitenwandblock 2 unter vier Öffnungen, durchgebrannt, und Mantelblöcke, die vorhergehend hinter der Auskleidung eingerichtet waren, waren außerdem noch abenutzt. Zur Zeit der Ausbesserung waren die öffnungen in der Auskleidung etwa 7,5 cm hoch und annähernd 50,5 cm breit. Der Ofen wurde während tier Ausbesserungszeit in Betrieb gehalten. Es wurde nur der Spiegel des geschmolzenen Glases um annähernd 7*5 cm gegenüber seiner Normalhöhe, die etwa 2,5 cm unterhalb der ursprünglichen Höhe der Seitenwandblöcke liegt, abgesenkt. Die abgenutzten Manteiblöcke an der "Mantellinie¹¹ wurden entfernt. Hierauf wurden die Blöcke mit Abmessungen von 50,5 * 7*6 * 15*25 cm aus vergossenen feuerfesten Blöcken von Aluminiumoxid-Zirkoniumdioxid- und Siliziumdioxid, die als feste Formstücke ausgebildet waren, derart ersetzt, daß keine Schwundlücken vorhanden waren. Die Blöcke wurden zuerst durch Umhüllen mit einem feuerfesten isolierenden Papier beschichtet. Das isolierende Papier wird unter dem

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Warenzeichen Fiberfrax von der Carborundum Company, Niagara Falls, New York gehandelt. Dieses Papier ist beispielhaft für andere geeignete feuerfeste Faserpapiere, die im Handel erhältlich sind. Das Papier besteht im wesentlichen aus Aluminiumoxid-Siliziumdioxidfasern und aus einem anorganischen Bindemittel. Das Papier

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besitzt eine Dichte von 0,24 g/errr und eine Wärmeleitfähigkeit von 0,00^²I- cal/sec · cm , °C/cm bei 815⁰C. Das Faserpapier war annähernd 0,8 mm stark und war am Formstück mittels eines feuerfesten Zementes von einer Natriumsilikatart befestigt. Der Zement wurde teilweise getrocknet und dann die beschichteten Blöcke in die Reparaturstellen ohne vorheizen eingesetzt. Annähernd 10 der feuerfesten Blöcke wurden eingesetzt, um die vier Löcher in fc der Auskleidung auszufüllen. Keine Absplitterung oder Aufspaltung bei den ersetzten Formstücken war feststellbar oder trat in Erscheinung, nachdem diese Blöcke einige Tage nach der Ausbesserung inspiziert wurden. Das war außerordentlich überraschend, da früher die Mantelblöcke aus Aluminiumoxid-Zirkoniumoxid-Siliziumdioxid die Neigung hatten sich zu spalten und abzusplittern, selbst wenn sie zuerst fortschreitend auf eine höhere Temperatur gebracht wurden oder wenn sie durch längsames Einpassen (inching) der Mantelblöcke in Stellung gebracht wurden, so daß sie fortschreitend der Temperatur des Ofeninneren ausgesetzt wurden. Ein großer Anteil dieser Blöcke wurde durch den intensiven thermischen Schock beim Aufwärmen erheblich beschädigt.

Ausführungsbeispiel II

Das Ersetzen von Mantelblöcken ist nur eine von vielen Anwendungen dieser Erfindung zum Ausbessern von Glaswannen, beispielsweise ist es möglich, solche schwierigen Teile des Ofens wie Schwellen und vorspringende Decksteine 17 zu ersetzen. Es war erforderlich, die vorspringenden Decksteine in einer Glaswanne während des Betriebes zu ersetzen, da sie aufgrund der sich wiederholenden Temperaturänderungen stark abgenutzt waren, denen sie

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unterworfen waren. Zwei 45,7 x 15*25 x 7,6 cm feuerfeste Formstücke aus Aluminiumoxid-Zirkoniumdioxid-Siliziumdioxid wurden von allen Seiten mit einer Schicht eines feuerfesten Faserpapiers von O₃8 mm Stärke beschichtet. Das Papier wurde an den Blöcken mit einem feuerfesten Zement befestigt. Die beschädigten Blöcke wurden entfernt und die Ersatzblöcke wurden an ihren Stellungen ohne jedes Vorheizen eingesetzt. Es wurde kein Aufsplittern oder Abspalten der Blöcke festgestellt. Dieses muß um so mehr aufgrund der Tatsache überraschend erachtet werden, da bisher alle anderen Verfahren zum Ausbessern des Ofens versagt hatten. Beispielsweise wurden ähnliche Formstücke ohne die feuerfeste Faserbeschichtung auf 65O⁰C in einem Hilfsofen vorgeheizt, zu der Glaswanne befördert, während sie mit einer Asbestdecke abgedeckt wurden, um die Wärmeverluste herabzusetzen und dann in die Glaswanne in ähnliche Stellungen eingesetzt und zwar 5 Minuten nachdem sie aus dem Hilfsofen herausgenommen wurden. Durch Vorheizen konnte das Absplittern der Blöcke innerhalb von 30 Minuten bis zu einer Stunde nach deren Einsetzen in die Schwelle oder den Deckstein der in Betrieb befindlichen Glaswanne nicht verhindert werden.

Während diese Erfindung vorzugsweise mit Bezug auf Glaswannen beschrieben wurde, kann sie selbstverständlich auch für jede andere Art von Öfen verwendet werden, in denen es erforderlich ist, vergossene feuerfeste Bausteine zu ersetzen. ·

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Ausbessern von feuerfest ausgekleideten öfen, beispielsweise Wannenofen zum Schmelzen von Glas, unter Verwendung von feuerfesten Blöcken, die ohne wesentliche Unterbrechung des Ofenbetriebes eingesetzt werden, gekennzeichnet durch, Beschichten des feuerfesten Blocks mit einem isolierenden Material, mindestens an denjenigen Flächen, die der Hitze im Inneren des Ofens ausgesetzt und die bestehenden erhitzten Auskleidung zugewandt sind, wobei das isolierende Material derart gewählt wird, daß es mit dem Arbeitsvorgang verträglich ist sowie derart bemessen wird, daß es solange unversehrt bleibt, bis der Block die kritische Temperatur (Absplittertemperatur) überschritten hat, und Einsetzen des derartig beschichteten Blocks in die Reparaturstelle.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Flächen des feuerfesten Blocks vor dessen Einbau in der genannten Weise beschichtet werden.

j5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Beschichtung aus einem feuerfesten Faserpapier besteht, das am Block mittels eines feuerfesten Zements befestigt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Beschichtung aus einer Paste besteht, die feuerfeste Fasern und ein anorganisches Bindemittel enthält.

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