DE2045223C3

DE2045223C3 - Verfahren zur Heißreparatur von feuerfest ausgekleideten öfen

Info

Publication number: DE2045223C3
Application number: DE19702045223
Authority: DE
Inventors: William Alfred Jamestown Miller; Alton Coleman Lewiston Sleggs
Original assignee: Carborundum Co Niagara Falls Ny (vsta)
Current assignee: Carborundum Co Niagara Falls Ny (vsta)
Priority date: 1969-10-15
Filing date: 1970-09-12
Publication date: 1979-01-18
Also published as: DE2045223B2; JPS4828172B1; SE367814B; DE2045223A1; GB1283495A

Description

Die Erfindung bezieht sie}/ auf ein Verfahren zur Heißreparatur von feuerfest ausgekleideten Öfen, beispielsweise Wannenofen zum Schmelzen von Glas.

Die Heißreparatur von öfen, d. h. das Auswechseln schadhafter feuerfester Steine bei Belriebstemperaturen, wirft besondere Probleme auf, da insbesondere die mangelhafte Temperaturwechselbeständigkeit der feuerfesten Steine eine Gefahr des Absplitterns des Steinmaterials mit sich bringt. Bevor im einzelnen aiii diese spezielle Problematik eingegangen wird, bleibt zu erwähnen, daß es bei der Kaltzustellung von öfen Stand der Technik ist, die Feuerfeststeine vor dem Einbau in den Ofen mit einer Schutzhülle aus Fasermaterial, wie Pappe oder Asbest zu versehen, um durch Schwindungsausgleich beim späteren Einsatz ein Reißen der Steine zu verhindern. So schlägt die DE-AS 13 01 011 vor, in der sich radial erstreckenden Fuge zwischen zwei Keilsteinen ein nachgiebiges Material, z. B. verbrennliches Material wie Pappe oder Asbest, anzuordnen. Diese Zwischenlage soll bei Bewegung der Steine die Funktion eines Lagers erfüllen. Die DE-PS 3 94 835 srhlägt für ungebrannte Silikasteine eine Umhüllung aus Pappe vor, die bei höheren Temperaturen verbrennt und damit Raum für das unvermeidliche Wachsen der Silikasteine gibt. Schließlich ist es auch bekannt (DE-PS 6 26 972), die schmelzseitige Schicht der feuerfesten Steine mit einer bleibenden Schutzschicht zu überziehen, die je nach Verwendungszweck der Steine aus dem Einsatzgut oder den Rückständen von Brennstoffen, mit welchen die Steine im Betriebe in Berührung kommen, zusammengesetzt ist.

Zum Auskleiden von öfen, beispielsweise Galswannen oder Hochöfen, werden feuerfeste Blöcke verwendet, die eine ausgezeichnete Dichte und Festigkeitseigenschaft aufweisen, so daß die Blöcke gegen Erosion und Korrosion bei hohen Temperaturen sehr widerstandsfähig sind. 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 Temperaturschwankungen ausgesetzt werden. Sobald indessen die heiße Fläche eines vergossenen feuerfesten Blocks eine kritische Temperatur überschreitet, die von der besonderen Zusammensetzung des Blocks und anderen Faktoren 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 zur Heißreparatur 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 Gb.s wird an dem anderen Ende kontinuierlich abgezogen. Der Ofen besteht aus einer Schmelzkammer, in die Brennstoff und Verbrennungsluft durch öffnungen eingeführt werden. Der Brennstoff L.nd 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 Abscheideblocks abgedeckt ist, der sich unterhalb der Oberfläche des flüssigen Gases erstreckt. Der Läuterteil erhält direkt oder

M indirekt Wärme durch Leitung und Strahlung von dem Schmelzteil, Die Temperatur in dem Schmelzteil liegt bei 1430 bis 1540⁰C. Der Läuterteil wird bei einer Temperatur von etwa 126O°C gehalten. Von dem Läuterteil 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 Cleckstücke, die Brennerblöcke, 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 »Mantel-Linie« (Oberfläche des geschmolzenen Glases) und diejenigen die Temperaturänderungen ausgesetzt sind, wie beispielsweise die vorspringenden Decksteine und Plattenblöcke unter der öffnung. Wenn einer diese Blöcke stark abgenutzt worden ist, ist es erforderlich, jo entweder diesen Block zu ersetzen, beispielsweise im Fall von vorspringenden Decksteinen oder ihn mit einem Mantelblock zu unterlegen, wie es bei den abgenutzten Seitenwanrtblöcken 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 werden 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 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« mit oder ohne eines vorhergehenden Vorheizens über eine ausgedente 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 zur Heißreparatur von feuerfest ausgekleideten öfen anzugeben, bei welchem der auszuwechselnde schadhafte Feuerfeststein rieht die Neigung zeigt, aufzusplittern oder aufzuspalten. Das Verfahren soll die eingangs geschilderten Nachteile der bekannten Verfahren zur Heißreparatur überwinden.

Die Aufgabe wird daihirch 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 isoliersnde 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 dtrartig 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. Die erfindungsgemäße Lehre bezieht sich nicht darauf, feuerfeste Fasermatten zum Zwecke der allgemeinen Isolierung in öfen zu verwenden, sondern auf die spezielle Lehre einer Absplitter-Schutzfunktion bei der HeißreDaratur während des Aufwärmens des neuen Blocks auf die Betriebstemperatur. Gegenüber den herkömmlichen Verfahren der Heißreparatur ist der besondere technische Fortschritt der erfindungsgemäßen Lehre darin zu sehen, daß die Blöcke ohne Vorheizen bei der Heißreparatur eingesetzt werden können und trotzdem nicht die Gefahr besteht, daß es zum Absplittern oder Aufspalten der Blöcke während des Aufwärmens auf Betriebstemperaturen kommt

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 Umständen 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 Beschichojngsmateria], obwohl es von begrenzter Lebensdauer ist, muß genügend .-suerfest und derart bemessen sein, daß es unverseiirt bleibt, bis die Oberflächentemperatur des Blockes eine vorbestimmte kritische Temperatur überschritten hat Die kritische Temperatur ist von der Zusammensetzung und Gestalt des B:uckes abhängig, liegt indessen bei etwa 1200° C. 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 lüpariert werden soll, gewählt. In den meisten Fällen, beispielsweise, wenn eine Glaswanne repariert werden soll, sind die feuerfesten Fasern aus Aluminiumoxid-Siliziumdioxid hergestellt, beispielsweise durch Schmelzen und Zerfasern eines Gemisches von Aluminiumoxid und Siliziumdioxid mit annähernd gleichen Gewichtsteilen. In einigen Fällen, in denen die Temperatur 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 Siliziurnoxidfasern mit dem Glasherstellungsverfahren verträglich. Gemäß einer anderen Art der Ausführung der Erfindung wird eine Beschichtung in Geilalt einer feuerfesten Faserpaste aufgetragen. Die Paste enthält geeignete feuerfeste Fasern und ein feuerfestes Bindemittel, beispielsweise als Natriumsilikat oder Siliziumdioxidsol.

Die Stärke der feuerfesten Faserbeschichtung oder Schicht ist von d*"r 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 Schient 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 Wärmeleifähigkeit besitzt, die etwa zwischen 0,0017 bis 0,0069 cal/s χ cm² χ °C/cm bei Temperaturen von 530° C bis 109O⁰C liegt

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

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

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

Line typische Glaswanne, die in den Zeichnungen dargestellt ist, besitzt eine Kammer 1 und Seitenwände 2, die aus großen vergossenen feuerfesten Blöcken bzw. Bausteinen hergestellt sind. Der Ofen ist von Stirnwänden 3 und Endwänden 4 und einem Deckengewölbc 5 umschlossen. Die Glaswanne ist in einen Schmelzteil 6 und einen Läuterteil 7 unterteilt, die miteinander über einen Durchgang 8 verbunden sind. Das rohe Gemenge wird durch Einbringöffnungen 9 in den Ofen eingebracht. Das geschmol/.ene Glas wird von dem Läuterteil 7 durch öffnungen 10 in Vorkammern (nicht dargestellt) abgezogen. In der Nähe jeder Seile des Schmeizteiis 6 sind Regeneratoren 11 vorgesehen, die eine Mehrzahl von Steigkanälen für Brennstoff 12 und für Luft 13 besitzten. Die Regeneratorsteigkanäle münden in den Schmelzteil 6 über eine Mehrzahl von Öffnungen 14, die teilweise durch einen Deckenstein 15 und eine Schwellenplatte 16 gebildet werden. Vorspringende Decksteine 17 überbrücken det. Spalte zwischen den Öffnungen 14 und den Stirnwänden 3 sowie den Seitenwänden 2. Da^. Bezugszeichen IS -cig! 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 öffnungsabdeckplattcn bezeichnet. Selbstverständlich sind sehr viele Ausführungsmöglichkeiten für die Durchführung des Verfahrens gegeben.

Ausführungsbeispiel I

Eine Glaswanne wurde bei Betriebstemperatur gemäß der Lehre der Erfindung wie folgt ausgebessert. Die Auskleidung der Glaswanne war bei dem Schwellenblock oder der Öffnungsabdeckplatte 17 und der Nähe liegenden oberen und Seitenwandblock 2 unter vier Öffnungen, durchgebrannt, und Mantelblökke, die vorhergehend hinter der Auskleidung eingerichtet waren, waren außerdem noch abgenutzt. Zur Zeit der Ausbesserung waren die öffnungen in der Auskleidung etwa 7,5 cm hoch und annähernd 305 cm breit. Der Ofen wurde während der Ausbesserungszeit in Betrieb gehalten. Es wurde nur der Spiegel des geschmolzenen Glases um annähernd 75 cm gegenüber seiner Normalhöhe, die etwa 25 cm unterhalb der ursprünglichen Höhe der Seitenwandblöcke liegt, abgesenkt Die abgenutzten Mantelblöcke an der »Mantellinie« wurden entfernt Hierauf wurden die Blöcke mit Abmessungen von 305 x 7,6 χ 15,25 cm aus vergossenen feuerfesten Blöcken von Aluniniumoxid-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 Derartige feuerfeste Faserpapicrc sind irr. Handel erhältlich. Das Papier besteht im wesentlichen aus Aluminiumoxid-Siliziumdioxidfasern und aus einem anorganischen Bindemittel. Das Papier besitzt eine Dichte von 0.24 g/cm¹ und eine Wärmeleit fähigkeil von 0,0034 cal/s χ cm², ^oC/cm bei 815°C. Da; lascrpapier war annähernd 0,8 mm stark und war an' Formstück mitteis eines feuerfesten Zementes von einei Natriumsilikatari befestigt. Der Zement wurde teilweise getrocknet und dann die beschichteten Blöcke in die Reparaturstellen ohne Vorheizen eingesetzt. Anna hemd 10 der feuerfesten Blöcke wurden eingesetzt, urr die vier Löcher in der Auskleidung anzufüllen. Keine Absplitterung oder Aufspaltung bei den ersetzter Formstüekcn war feststellbar oder trat in Erscheinung nachdem diese Blöcke einige Tage nach der Ausbcssc rung inspiziert wurden. Das war außerordentlich überraschend, da früher die Mantelblöcke au:

'^ Aluminiumoxid-Zirkoniumoxid-Siliziumdioxid die Nci gung hatten, sich zu spalten und abzusplittern, selbs wenn sie zuerst fortschreitend auf eine höhe ■ ΐ üiTipCrSiUr gcbröCfii "würden OdCT WCrin StC t'ürCi langsames Einpassen der Mantelblöcke in Stelliinf gebracht wurden, so daß sie fortschreitend de Temperaiur des Ofeninneren ausgesetzt wurden. V.u großer Anteil dieser Blöcke wurde durch den iniensivci thermischen Schock beim Aufwärmen erheblich beschä digi.

Aii«:fühningsbeispiel Il

Das f. ,setzen von Mantelblöcken ist nur eine voi

vielen Anwendungen dieser Erfindung zum Ausbessen von Glaswannen, beispielsweise ist es möglich, solchi schwierigen Teile des Ofens wie Schwellen um vorspringende Decksteine 17 üu ersetzen. Es wa erforderlich, die vorspringenden Decksteine in eine Glaswanne während des Betriebes zu ersetzen, da sii aufgrund der sich wiederholenden Temperaturänderun gen stark abgenutzt waren, denen sie unterworfei waren. Zwei 45,7 χ 15,25 χ 7,6 cm fetierfesti Formstücke aus Aluminiumoxid-Zirkoniumdioxid-Siüzi umdioxid wurden von allen Seiten mit einer Schien eines feuerfesten Faserpapiers von 0,8 mm Stärki beschichtet. Das Papier wurde an den Blöcken mi einem feuerfesten Zement befestigt. Die beschädigtei Blöcke wurden entfernt und die Ersatzblöcke wurden ai ihren Stellungen ohne jedes Vorheizen eingesetzt. E wurde kein Aufsplittern oder Abspalten der Blöcki festgestellt. Dieses muß umso mehr aufgrund de Tatsache überraschend erachtet werden, da bisher aiii anderen Verfahren zum Ausbessern des Ofens versag hatten. Beispielsweise wurden ähnliche Formstück ohne die feuerfeste Faserbeschichtung auf 650°C ir

einem Hilfsofen vorgeheizt, zu der Glaswanne ueför dert, während sie mit einer Asbestdecke abgedeck wurden, um die Wärmeverluste herabzusetzen und danr in die Glaswanne in ähnliche Stellungen eingesetzt unc zwar 5 Minuten nachdem sie aus dem Hilfsofer herausgenommen wurden. Durch Vorheizen konnte da:

Absplittern der Blöcke innerhalb von 30 Minuten bis zi einer Stunde nach deren Einsetzen in die Schwelle odei den Deckstein der in Betrieb befindlichen Glaswannf nicht verhindert werden.

Während das erfindungsgemäße Verfahren im einzel nen mit Bezug auf die Heißreparatur von Glaswanner beschrieben wurde, kann sie selbstverständlich auch füi die Heißreparatur anderer öfen verwendet werden, ir denen es erforderlich ist schadhafte feuerfeste Steine zi ersetzen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Heißreparatur 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 der 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 Einb.iu in der genannten Weise beschichtet werden.

3. 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.