DE2236258A1

DE2236258A1 - Woelbsteine fuer feuerfeste gewoelbe und mit diesen woelbsteinen ausgefuehrte gewoelbe

Info

Publication number: DE2236258A1
Application number: DE19722236258
Authority: DE
Inventors: Pierre Blanchet; Serge Dodard; Guy Gasparini
Original assignee: Electro Refractaire SA
Current assignee: Societe Europeenne des Produits Refractaires SAS
Priority date: 1971-07-27
Filing date: 1972-07-24
Publication date: 1973-02-08
Also published as: CA974758A; DE2236258C3; FR2147421A5; GB1376969A; DE2236258B2; IT963402B; JPS5213202B1

Description

DIPL-ING. R. SCHLEE '

DR.-ING. J. BOECKER

63 GIESSEN₁ Bismarckstraße 43 O O O C O C Q

L'SIiEOgRO-REgRACTAIRE. 75-PARIS/ffrankreich, Rue Cambon 39

Wölbsteine für feuerfeste Gewölbe und mit diesen Wölbsteinen ausgeführte Gewölbe

Es ist bekannt, daß bei vielen Industrieöfen, wie sie in der Glasindustrie und in der Metallurgie verwendet werden, die obere Wand als eine mehr oder weniger flache, gewölbte Steindecke ausgebildet ist, die sich auf den Seitenwänden des Ofens abstützt.

Die dieses Gewölbe bildenden, einer sehr starken Wärmestrahlung ausgesetzten Wölbsteine oder Keilsteine, müssen in ausreichendem MaBe feuerfest sein, um den auftretenden Temperaturen standhalten zu können; außerdem werden sie bei diesen Temperaturen durch die Einwirkung von in den Ofengasen enthaltenen aggressiven Stoffen angegriffen·

Die Wölbsteine sind im allgemeinen als Preßlinge aus Siliziumoxid ausgebildet und ergeben nahezu befriedigende Gewölbe, allerähgs unter der Voraussetzung, daß sie eine große Dicke aufweisen und die Wärmeisolation des Gewölbes nach außen begrenzt

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wird. Denn die mechanische Widerstandsfähigkeit der Siliziumoxidpreßlinge nimmt bei hohen Temperaturen sehr schnell ab. Es ist deshalb erforderlich, sowohl Wärmeverlust des Gewölbes nach außen als auch eine ausreichende Dicke des Gewölbes in Kauf zu nehmen, sodaß die Temperatur der Wölbsteine des Gewölbes eine noch ausreichende mechanische Festigkeit der Steine zuläßt. Im allgemeinen ist die Wärmeisolierung so angepaßt, daß diese Temperatur 1100° C nicht überschreitet, während die Temperatur der inneren Wölbfläche etwa 1500° C beträgt.

Hieraus ergibt sich ein ungünstiger thermischer Wirkungsgrad

des Ofens.

Sie Anmelderin hat gefunden, daß die öfen mit feuerfesten Gewölben in weitgehendem Maße und in überraschender Weise sowohl in Bezug auf ihren thermischen Wirkungsgrad als auch in Bezug auf ihre Lebensdauer verbessert werden können, wenn die Gewölbe nicht mehr aus gepreßten, sondern aus gegossenen Wölbsteinen zusammengesetzt werden, die aus einem oder mehreren zuvor geschmolzenen, hochschmelzenden Oxiden bestehen.

Als geeignete hochschmelzende Oxide können Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Magnesiumoxid, Chromoxid etc. einzeln oder als Mischungen genannt werden; dabei wird die Auswahl

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des Oxides oder die Zusammenstellung der Mischungen entsprechend der Art und den besonderen aggressiven Eigenschaften der Gase oder Rauchgase festgelegt, die mit dem Gewölbe im Ofen in Beaihrung kommen. Beispiele werden nachstehend angegeben.

Bei Verwendung von Wölbsteinen aus geschmolzenen und gegossenen Oxiden kann einerseits eine beliebig hochwertige Wärmeisolierung des Gewölbes geschaffen werden, sodaß die thermischen Verluste durch das Gewölbe hindurch bis zum äußerst Möglichen verringert werden, und andererseits kann die Dicke der Wölbsteine im Verhältnis zu derjenigen der gepreßten Wölbsteine reduziert werden.

Die gegossenen leile aus hochschmelzenden Oxiden sind relativ teuer, aber die inmelderin hat gefunden, daß die Wölbsteine aus geschmolzenem Oxid längs ihren rückseitigen Kanten parallel zum Wölbungsbogen abgeschnitten oder ausgespart sein können, wodurch unter Beibehaltung einer ausreichenden mechanischen Festigkeit für die Stabilität des Gewölbes der Verbrauch an Rohstoff verringert wird. Die dadurch an der Außenfläche des Gewölbes nach dem Zusammenbau der Keilsteine in mehreren Bögen nebeneinander entstehenden Hohlräume werden mit einem feuerfesten, wärmeisolierenden Beton sorgfältig wärmeisoliert, der die volle Form der Wölbsteine wiederherstellt. Das Gewölbe

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wird schließlich mit einer Wärmeisolierung überzogen, beispielsweise mit einer Schicht aus feuerfestem, wärmeisolierendem Beton, feuerfesten, porösen Schamottesteinen etc. .

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung weist aufgrund von Vorteilen, die sie bietet, an jedem Wölbstein auf seiner äußeren Wölbfläche in der Masse des geschmolzenen Oxids eine parallel zur Richtung der inneren Wölbfläche und zwischen zwei Rippen angeordnete Aussparung derart auf, daß beim Aufbau des Gewölbes die Rippen der Wölbsteine eines Gewölbebogens an den Rippen der Wölbsteine der benachbarten Bögen anliegen. Bei dieser Ausführungsform ist es möglich und vorteilhaft, die Aussparung jedes Wölbsteines bei der Herstellung mit einem feuerfesten Beton auszufüllen, der nach dem Abbinden die volle Form des Wölbsteines wiederherstellt. Die Konstruktion des Gewölbes wird auf diese Weise vereinfacht und seine Herstellung kann einfach und wirtschaftlich gemacht werden, indem zuerst die Füllungen aus feuerfestem Beton gegossen werden und dann eine derartige Füllung in jede Gußform für einen Wölbstein eingebracht wird; hier bildet dann diese Füllung einen Kern, auf den das geschmolzene Oxid gegossen wird und sich am Kern festsetzt.

Nicht beschränkende Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

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Fig. 1 den Aufriß eines Bogens eines Ofengewölbes, wobei einer der Wölbsteine des Bogens mit verstärkten Linien gezeichnet ist,

Pig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Pig. 1, der

mehrere aufeinanderfolgende Bögen des Gewölbes - zeigt,

Pig. 3 eine Teilansicnt eines Gewölbes, die einen fertiggestellten Wölbstein, teils im Aufriß, teils im Schnitt, zeigt,

Pig. 4 eine Ansicht dieses Wölbsteines in Richtung des Pfeiles P in Pig. 3,

Pig. 5 eine Draufsicht auf den Wölbstein und

Pig. 6 das Gießverfahren zur Herstellung des Wölbsteines nach den Piguren 3 bis 5.

Der in Pig. 1 dargestellte Gewölbebogen weist eine bestimmte Anzahl von Wölbsteinen a auf, die zur Vereinfachung ihrer Herstellung untereinander gleich sein können.

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Die äußeren Wölbsteine stützen sich in an sich bekannter Weise auf Anwölbern 1 ab, die ihrerseits auf den Seitenwänden des Ofens aufliegen; zur Aufnahme der Wärmeausdehnungen und -kontraktionen können Vorrichtungen in bekannten technischen Ausführungen vorgesehen sein.

Die verschiedenen Wölbsteine sind, ebenso wie die Anwölber, kompakte Gußstücke, die durch Gießen aus einem oder mehreren hochschmelzenden, zuvor im allgemeinen im Elektroofen geschmolzenen Oxiden, hergestellt sind.

Jeder Wölbstein weist auf seiner äußeren Wölbfläche zwei symmetrisch angeordnete Ausschnitte oder Aussparungen 2 in Form von Zylinderabschnitten mit zur Richtung des Wölbungsbogens parallellaufenden Mantellinien auf. Die Dicke e in der Mitte des Wölbsteins ist so gewählt, daß die erforderliche mechanische Festigkeit und Stabilität des Gewölbes erreicht wird. Diese Dicke kann bis auf 200 mm reduziert werden, während sie bei gepreßten Wölbsteinen aus Siliciumoxid mehr als 300 mm betragen muß. Die Tiefe der Aussparungen, in zur Dicke e in der Mitte paralleler Richtung kann die Hälfte dieser Dicke überschreiten, wie dies aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich ist.

Beim Zusammenbau der Wölbsteine eines Bogens werden die Aussparungen 2 so angeordnet, daß die eine Aussparung die Ver-

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Verlängerung der vorhergehenden Aussparung bildet, wobei auf dem Bogen eine in der Mitte liegende fortlaufende Rippe 3 geschaffen wird.

¥on einem Bogen zum benachbarten Bogen bilden die nebeneinander angeordneten Wölbsteine eine ixt von Rinnen, die durch die Rippen 3 voneinander getrennt sind, wie dies aus fig» 2 ersichtlich ist.

Wenn sich alle Wölbsteine an ihrem richtigen Platz befinden, werden die lugen. am Grunde der Rinnen vorteilhaft mit einem feuerfesten, dünnen Zementbeton ausgestrichen; dann werden die Rinnen selbst mit einer Raupe aus feuerfestem, wärmeisolierendem Beton 2a ausgefüllt, die an Ort und Stelle eingegossen oder vorher in einer Porm gegossen xtfird«, Schließlich wird das Gewölbe mit irgendeiner gewünschten Wärmeisolierung 4 aus feuerfestem Beton, porösen Ziegeln oder abwechselnden Schichten aus Beton und Zie-rgeln, etc. überdeckt. Bs spricht nichts dagegen, die Wärmeisolierung so dick wie möglich auszuführen. Im Gegenteil, die Wölbsteine aus geschmolzenem, hochschmelzendem Oxid können eine" sehr wirkungsvolle Wärmeisolierung aushalten.

Der für die Ausfüllung der Rinnen bestimmte Beton kann irgendeine bekannte Zusammensetzung aufweisen. Zur Zeit verfügt man auf dem Markt über tonerdehaltige, etwa 70 % Aluminiumoxid ent-

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haltende Zemente, durch, die mit einem Granulat aus weißem Korund Betonsorten erhalten werden können, die bis zu einer Temperatur von 1800° C widerstandsfähig sind, und selbst bis zu Temperaturen von 2000° C, wenn man im Zuschlagstoff Aluminiumoxid intamellenform verwendet. Derartige Betonarten können ebenso wie diejenigen auf der Basis von Aluminiumoxid und Phosphorsäure verwendet werden. Da in diesem Pail das Abbinden oberhalb von 250° C stattfindet, ist es erforderlich, eine Vorwärmung des Gewölbes vorzunehmen, damit das Abbinden vor sich gehen kann. Zur Verbesserung der Wärmeisolierungsgüte des Betons können in ihn bei seiner Aufbereitung kleine Hohlkugeln aus ALuminiumoxid eingelegt werden.

Bei der in den Figuren 3 bis 5 dargestellten Ausführungsform des Wölbsteines weist dieser, wie aus Fig. 4 ersichtlich, auf seiner äußeren Wölbfläche eine einzige Aussparung 5 auf, wobei zwei Rippen 6 an den Verbindungsflächen mit den Wölbsteinen der benachbarten Gewölbebögen bestehen bleiben.

Bei dieser Ausführungsform kann die Aussparung 5 jedes Wölbsteines mit feuerfestem, wärmeisolierendem Beton 7 vor der

\ Lieferung an die Baustellen oder sogar bei der Herstellung gefüllt werden. Auf diese Weise hat jeder Wölbstein vor dem Bau des Gewölbes seine volle Form, was die Herstellung erleichtert.

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Wie es aus Fig. 3 bei 8 ersichtlich ist, Weist die Aussparung in der Mitte eine etwas größere Tiefe auf, wodurch an den Seitenflächen des WöTbsteines zwei Backen 9 gebildet werden. Diese Anordnung erleichtert das Einbringen des feuerfesten Betons in den Hohlraum des Wölbsteines.

Eine derartige Ausführung bietet einen weiteren Vorteil.

Man kann in der Praxis mit der Herstellung der feuerfesten Betonfüllung jedes Wölbsteines, beispielsweise durch Gießen, beginnen und dann nach der Durchhärtung der Füllung zur Herstellung des Wölbsteins die Füllung in umgekehrter Lage auf den Boden der Gußform 10 aufsetzen, bevor das geschmolzene, hochschmelzende Oxid in die Gußform gegossen wird. Wenn das Oxid einmal erstarrt ist, wird der Wölbstein in Gestalt eines einzigen Stückes mit seinem Körper aus geschmolzenem Oxid und seiner Füllung aus feuerfestem Beton der Gußform entnommen.

Für Gewölbe der Glasindustrie hat die Anmelderin ein gutes Resultat dutch Schmelzen einer Charge mit folgender Zusammensetzung des Gießmaterials im Elektroofen erreicht:

SiO₂ 16 ^

Al₂O₃ 50

ZrO₂ 35

Rest ₂

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Mit einer solchen Zusammensetzung konnten weitgehend ausgesparte Wölbsteine erhalten werden, wie derjenige, der in den Figuren 3 Ms 5 dargestellt ist. Solche Steine ergeben sehr dauerhafte und relativ wirtschaftliche Gewölbe, die imstande sind, bei einer Dicke e von 250 mm an den Rippen eine sehr wirksame Wärmeisolierung zu ertragen; dies ist ein bemerkenswertes Resultat.

Im Rahmen der Erfindung können auch andere Zusammensetzungen angewendet werden.

Pur Ofengewölbe der Glasindustrie und der Metallurgie kann beispielsweise ein Guß mit folgender Zusammensetzung angewendet werden:

SiO₂ 20 ic, O₃ 70 £

ZrO₂ 5 %

Rest Fe₃O₃, TiO₂, CaO und Na₂O;

oder man kann für Gewölbe von metallurgischen öfen zweck mäßigerweise wählen:

Al₂O₃ 96 %

Na₂O 4 Io

oder noch Al₃O₃, praktisch rein.

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Claims

Patentansprüche:

1. Wölbstein oder Keilstein für die Anfertigung eines feuerfesten G-ewölbes, dadurch gekennzeichnet, daß er, ausgehend von einem oder mehreren zunächst erschmolzenen Oxiden mit hoher Schmelztemperatur, gegossen ist, und daß er auf säier äußeren Wölbfläche mindestens eine sich im wesentlichen parallel zur Richtung des Wölbungsbogens erstreckende Aussparung (2j 5) aufweist.

2. Wölbstein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er auf seiner äußeren Wölbfläche zwei durch eine zentrale Rippe (3) getrennte Aussparungen (2) aufweist.

3. Wölbstein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine Aussparung (5) im zentislen Teil des Wölbsteins befindet und dadurch zwei auf gegenüberliegenden Seiten des Wölbsteins angeordnete Rippen (6) entstehen.

4. Wölbstein nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung (5) des Wölbsteins in ihrem Mittelabschnitt (8) vertieft ist.

5. Wölbstein nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß seine Aussparung (5) mit feuerfestem, wärmeiso-

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lierendem Beton (7) ausgefüllt ist, der die volle Form des Wölbsteins wiederherstellt.

6. Verfahren zur Herstellung eines Wölbsteines nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung des Hohlraumes (5) jedes Wölbsteines bei der Herstellung des Wölbsteines vor der Anfertigung des Gewölbes stattfindet.

7. Wölbstein nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er nach dem Schmelzprozeß entstehende Erstarrungsprodukte eines oder mehrerer der nachfolgend genannten Oxide enthält: Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Zirkonoxid, Magnesiumoxid, Chromoxid.

8. Wölbstein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß seine Dicke (e) im Bereich der Rippe (3) weniger als 300 mm beträgt.

9. Feuerfestes, mit Hilfe von Wölbäbeinen nach Anspruch 1 hergestelltes Gewölbe, dadurch gekennzeichnet, daß die fortlaufenden, durch die nebeneinander liegenden Aussparungen (2) der Wölbsteine mehrerer Bögen des Gewölbes gebildeten Rinnen mit feuerfestem, wärmeisolierendem Beton (2a) ausgefüllt sind.

- 13 Π 9 W BG /COP/,

10. Verfahren zum Herstellen eines Wölbsteines nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst der aus feuerfestem Beton bestehende !Teil (7) hergestellt wird und dieser Teil dann auf den Boden der Gußform (10) für die Aufnahme der Gußmasse aus geschmolzenem Oxid angeordnet wird, wonach schließlich der Wolbsbein mit seinem Körper aus Oxid und seiner !Füllung aus feuerfestem Beton in Gestalt eines einzigen Stückes aus dieser Gußform herausgenommen wird.

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