DE2444553A1

DE2444553A1 - Keramikstein zur abdeckung einer rohrkonstruktion

Info

Publication number: DE2444553A1
Application number: DE19742444553
Authority: DE
Inventors: Jun Frank Campbell
Original assignee: Babcock and Wilcox Co
Current assignee: Babcock and Wilcox Co
Priority date: 1974-02-08
Filing date: 1974-09-18
Publication date: 1975-08-14
Also published as: GB1428336A; US3941160A; JPS5415557A; SE408952B; AU6959874A; DE2444553B2; CA1009035A; AR201152A1; FR2260750A1; BR7405720A; JPS50110407A; IT1018198B; SE7411215L; JPS5524491B2; DE2444553C3; AU461304B2; FR2260750B1

Description

PATENTANMELDUNG

Anmelder : THE BABCOCK & WILCOX COMPANY,

161 East 42nd Street, New York, N.Y. 10017 - USA

Titel : · Keramikstein zur Abdeckung einer Rohrkonstruktion

Die vorliegende Erfindung betrifft einen ff-Keramikstein zum Schutz und zur Isolierung der wassergekühlten Rohre, die als Tragkonstruktion in öfen verwendet werden.'

In Hlittenöfen, in denen Metall vor seiner Weiterverarbeitung wieder aufgewärmt wird, besitzt die Konstruktion, welche die wiederaufgewärmten Metall stücke trägt, gewöhnlich wasserge kühlte Rohre als tragende Teile. Seit vielen Jahren ist es
bekannt, daß solche wassergekühlten Rohre isoliert und ge schützt werden müssen, um die Lebensdauer der Teile zu ver längern bzw., was noch wichtiger ist, um die Wärmeverluste
des Ofens durch die Strömung des: Kühlmittels durch die Tragrohre zu vermindern.

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Eine der zweckmässigsten Formen von Schutz- und Isolierungsabdeckungen für solche wassergekühlten Rohre schließt eine Isoliermaterialschicht ein, die an der Aussenf1äche des wassergekühlten Rohres angeordnet und von einer aus vorgebranntem ff- Keramikstein bestehenden Aussenlage umhüllt wird.

Eine solche Steinabdeckung ist erforderlich, um das Isoliermaterial zu schützen, das gewöhnlich keine ausreichende chemische oder thermische Beständigkeit gegenüber den Ofenverhältnissen hat, um eine langfristige Nutzung zu ermöglichen. Notwendigerweise muß der Stein in Segmente unterteilt werden, und zwar nicht nur zum leichteren Einbau, sondern auch zur Berücksichtigung der Wärmedehnungen und -Schrumpfungen in der Keramik sowie zwischen der Keramik und dem Metall der Rohre während des Ofenbetriebes.

Gemäß der'Erfindung wurde festgestellt, daß bei richtiger Ausführung die ff- Keramiksteinabdeckung für die wassergekühlten Rohre in einem vereinfachten Profi.l hergestellt werden kann, wobei die große Mehrzahl solcher Steine gleichmäßig in der Gestelt ist, und daß weiterhin solche Steine mit einer viel geringeren Stärke und somit einem geringerern Gewicht hergestellt werden können als die bisher eingesetzten Steine.

Diese wünschenswerte Ausbildung kann erfindungsgeniäß dadurch genutzt werden, daß eine Verschränkung zwischen einem Profilpaar vorgesehen wird, das einen Ring oder eine Umfangseinheit der Rohrabdeckung bildet.Jede Umfangseinheit ist selbsttragend, wenn sie entweder auf einer horizontalen oder einer vertikalen Rohrtragkonstruktion angeordnet ist. Benachbarte Umfangseinheiten werden ebenfalls durch eine Verspundung verschräankt, um relative Drehbewegungen zwischen zusammengebauten Einheiten zu vermeiden; jede Einheit ist weiterhin mit

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radialen Muten versehen, um die Verwendung von aus hochhitzebeständigem Legierungsmetallbestehenden Bolzen zu erlauben, die an die Außenfläche des umhüllten Rohres geschweißt werden, um die richtige Lage des Keramik-Schutzgebildes zu gewährleisten. Die Bolzen vermindern weiterhin den eventuellen Ausfall von benachbarten Profilen des Gesamtgebildes, wenn ein Einzelprofil durch Abnutzung oder Bruch beschädigt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt :

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Teiles eines Ofens, einschließlich der wassergekühlten Rohrkonstruktion, die durch die ff-Abdeckung geschützt wird.

Fig. 2 eine Draufsicht *uf einen ff-Keramikstein, der

auf .ein'.wassecgekühltes .Rohe.gelegt ..ist»-... .... . .

Fig.3 eine StTrhansicht entlang der Linie 3-3 der Fig.2, wobeirdas Oberteil des Gebildes links auf der Zeichnung dargestellt ist.

Fig. 4 eine Seitenansicht eines einzelnen Keramiksteins.

Fig. 5 ist eine St.irnansicht des in Fig. 4 gezeigten Steines

Fig. 6 eine Seitenansicht eines ff-Keramiksteins, der gegenüber der Darstellung in Fig. 4 um 180° verdreht ist.

Fig. 7 eine Stirnansicht des in Fig. 6 dargestellten Steins.

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Die üfen, bei denen die Erfindung zur Verwendung kommen kann, sind in der Technik bekannt; sie sind in Fig. 1 dargestellt. Gewöhnlich ist der ff-Keramikstein gemäß der Erfindung besonders geeignet für vertikale und horizontale Stränge von wassergekühlten Rohren. Wie nachstehend eingehend beschrieben wird, kann die gleiche allgemeine Konzeption segmentartiger Steine oder Profile benutzt werden ohne Rucksicht darauf, ob ein Rohr abzudecken ist oder ob zwei Rohre, die parallel eng zueinander angeordnet sind, durch Isolierung und Steinschutz abgedeckt werden müssen.

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Bei den Zeichnungen zeigt Fig. 2 das zusammengebaute Gebilde, das aus zwei benachbarten, kreisförmigen Einheiten 10 und 11 besteht, wobei jede Einheit aus zwei verschränkten Elementen oder Profilen 24 und 12B gebildet wird, die einen vollständigen Schutzring um ein Rohr 13 ergeben. Wie sowohl in der Figur 2 als auch in der Figur 3 dargestellt, sind die Keramikprofile 12 mit Innenmaßen ausgebildet, die etwas größer sind als das Außenmaß des abzudeckenden Rohres 13. Eine aus Isoliermaterial bestehende Schicht 14 ist zwischen dem ff-Keramikstein und dem Rohr 13 angeordnet. Bei der dargestellten Ausführungsform hat das fasrige Isoliermaterial vorteilhafterweise die Form einer beim Einbau um das Rohr gewickelten Matte und wird durchnicht dargestellte Klebestreifen festgehalten. Danach werden die ff-Keramikprofile konzentrisch auf die fasrige Mattenlagegelegt, so daß es die Anordnung dem gesamten Gebilde erlaubt, sich ohne Schamottebruch bei Temperaturschwankungen während des Ofenbetriebes zu dehnen und zusammenzuziehen.

Der Ofen kann bei einer Temperatur von mehr als 1 30O⁰C betrieben werden, während .die Wassertemperaturen nur über hundert Grad betragen brauchen, je nach Kühlwasserströmungsmengen im Rohr. Unter diesen Umständen wird die Außenfläche der ff-Steine oder Profile 12 wegen ihres höheren Temperaturgebiets die Neigung haben, sich stärker zu dehnen als das metallische Rohr. Wie weiter unten im einzelnen beschrieben wird, werden die Steine mit entsprechenden Dehnungsvorkehrungen eingebaut, um einen Bruch des Schamottenmaterials durch die innewohnende Dehnung solcher Steine in dem Gebilde zu vermeiden.

Einer der besonderen Vorteile der dargestellten Keramiksteine liegt in der Verwendung von gleichen Elementen oder Profilen 12 innerhalb des gesamten Gebildes zur Abdeckung eines Rohrs mit gleichmäßigem Durchmesser.

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Beim Schutz von Rohren unterschiedlicher Außendurchmesser müssen verschiedene ff-Keramikstein-Größen verv/endet werden, jedoch wird die Ausbildung des Steins' bei den verschiedenen Größen die gleiche sein, selbst wenn die Durchmesser unterschiedlich sind.

Wie insbesondere in den Fig. 2 und 3 dargestellt, besteht, jede Einheit oder jedes Element 10 oder 11 aus zwei Profilen 12 A und 12 B, wobei das Gebilde einen Ring mit im allgemeinen zylindrischen Innen- und Außenflächen sowie einer im allgemeinen gleichmäßigen Wandstärke bildet. Die Kantenflächen des Elements sind im allgemeinen parallel und senkrecht zur Achse des Rohrs 13. Wie dargestellt, sitzen die verschränkten Teile der Profile 12A und 12B etwas locker, um die Dehnung und Schrumpfung der Profile zu erlauben, ohne daß das Element beschädigt wird. Insbesondere in den Fig. 4 bis 7 sind die Ausbildung und Einzelheiten eines einzelnen ff-Keramikprofils 12 dargestellt. Jeder Stein oder jedes Profil 12 wird nach konventionellen Scha-, mottherstel1 verfahren gebildet, wie z.b. Pressen, Gießen, Stampfen oder dergleichen. Wie besonders in den Fig. 6 und 7 dargestellt, ist eine Kantenfläche 15 des Profils im wesentlichen flach und mit einer -bogenförmigen Aussparung 16 sowie einem Paar radial verlaufender Nuten versehen, die auf den gegeniiberl legenden Seiten der bogenförmigen Aussparung· 16 auf Abstand angeordnet sind.

Die gegeniiberl iegende Kantenfläche 20 des Profils 12 ist in ihrer flachen Fläche begrenzt und mit einem ringförmigen Vorsprung 21 versehen, welcher in der Lage und der Form angepaßt ist, jedoch etwas kleinere Maße hat als die Aussparung 16in der Kante 15. Wenn benachbarte Ringe oder Umfangseinheiten zusammengebaut werden, dann wird der Vorsprung eines Profils lose in der Aussparung eines benachbarten Profils sitzen. Der lose Sitz ist erwünscht, um Wärmebewegungen der Profile und alle räumlichen Bewegungen der Rohrtragkonstruktion aufzunehmen. Wie dargestellt, ist die KantSnfläche 20

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des Profils außerdem mit einer inneren Einbuchtung in Form eines medifizierten "S" ausgestattet, um eine verschränkende Fläche zu bilden, wie sie nachstehend beschrieben wird.

Die Innenfläche 23 des Profils 12 ist ein um eine Achse X herum gebildeter Halbzylinder und mit symmetrisch verlaufenden, parallelen Armen 24 und 25 versehen, welche in die gegenüberliegenden Enden der haibzylinderförmigen Innenfläche 23 übergehen und über dieselben hinaus verlaufen. Die Außenfläche 26 hat die Form der zylindrischen Innenfläche 23 und arbeitet mit den Armverlängerungen der Innenfläche zusammen, um die Arme am offenen Ende eines jeden Profils zu bilden. Die Enden 27 und 28, die die Innenr und Außenflächen verbinden, liegen radial in bezug auf die gemeinsame Achse des Profils.

Die Stirn.kantenf lache 20 des Profils 12 ist am jedem Ende eingebuchtet, um ein hakenförmiges Gebilde 22 zu formen, das im allgemeinen die Form eines modifizierten "S" hat. Im einzelnen ist das Profil 12 bei 29 in radialer Richtung von der Kante 20 um etwa die Hälfte der Profilstärke einedbuchtet-(d.h. zwischen den Stirnflächen 15 und 20). Die Fläche ist danach bei 30 in Richtung auf die Kante 15 des Profils zu einer Mittellage 31 abgeschrägt,_xwo die einspringende Fläche 32 so ausgebildet ist, daß sie nach außerhalb des Profils verläuft. Die einspringende Fläche32 liegt in einer radialen Ebene in bezug auf die Achse des Profils und läuft zu einem kurvenförmigen Ende 33, von wo aus die Fläche wiederum bei 34 in Richtung auf die Stirnfläche des Profils zu dem Ende 28 des Arms 24 abgeschrägt ist. Im wesentlichen sind die beiden Schrägflächen 30 und 34 parallel und das Gebilde hat eine symmetrische, hakenartige Form

Es ist festzustellen, daß die Figuren 4 und 5 das Profil von der entgegengesetzten Seite gegenüber der Ansicht in den Figuren 6 und 7 zeigen; auf Grund der symmetrischen Anordnung eines jeden Profils 12 kann ein Paar gleicher Formen, wie z.B. 12A und 12B (Fig.2), verbunden werden, um eine

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Umfangshin le für das Rohr zu bilden, wie bei 10 oder 11 in Fig. 2 dargestellt. Beim Zusammenbau der beiden Teile oder Profile bildet der das Rohr umgebende Umfangsring einen Kragen, der im wesentlichen parallele Kantenflächen hat. Um die Dehnung und Schrumpfung der ff-Keramitteile zu erlauben, besteht gewöhnlich in den Teilen ein Spiel von etwa 1/16 Zoll, obwohl die benachbarten Flächen an irgendeinem Punkt ihrer Form aufliegen können, wie dies durch das Gewicht eines jeden Profils 12 verursacht wird.

Da jedes Segment des vollständigen Umhlil 1 ungsrings aus gleichen Teilen besteht, können die radialen Nuten 17 auf der im wesentlichen flachen Fläche 15 eines jeden Profils 12 durch die Verwendung eines geschweißten Bolzen 35 gehalten werden , der eingesetzt und verschweißt wird, nachdem die Keramikprofile verbunden sind. Die Verwendung der metallischen Bolzen hilft dabei., die lagemäßige Beziehung der Ringe aufrechtzuerhalten* und verhindert auch die Drehung von einzelnen Profilen bei Bruch eines anderen Profils. Ein solcher Brujch kann auf eine Beschädigung zurückzuführen sein, die dadurch eintritt, daß die metallischen Teile, welche in dem die wassergekühlte Rohrkonstruktion umschließenden Ofen erwärmt werden, zufällig auf die Keramikprofile treffen.

Bei der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform der Erfindung hat das Rohr 13 einen Aussendurchmesser von etwa 4.1/2 Zoll und der Innendurchmesser des ff-Keramikprofils beträgt etwa 5.1/2 Zoll. Somit lautet das radiale Maß zwischen der Achse X und der Fläche 23 : 2.3/4 Zoll. Die Wandstärke des Profils 12 beträgt etwa 1.1/2 Zoll (von der Fläche 23 zur Fläche 26), und die Länge des Profils parallel zur Achse X beträgt etwa 4.1/2 Zoll. Diese Maße haben nur erläuternden Charakter für ein praktisches Profil 12, das erfolgreich zum Einsatz gekommen ist; es können natürlich auch andere Maße benutzt werden.

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Bei der dargestellten Ausführungsform verläuft der S-förmige Haken, der in der Einbuchtung 22 ausgebildet ist, durch ei.nen Winkel von 6o° an jedem Ende eines jeden Profils 12, einschließlich eines jeden Arms 24 und 25. Dies ist in Figur 5 erläutert, wo der Winkel zwischen den radialen Ebenen der Flächen 29 und 32 3o Grad beträgt, während er zwichen den Flächen 28 und 32 ebenfalls 3o Grad um die Achse X beträgt. Außerdem würde eine'Mittelebene 4o (siehe Figur 4)zwischen den Kanten 15 und 2o die gekrümmten Enden zwischen den Flächen 28 und 34 schneiden. Eine solche Ebene würde auch durch den Mittelpunkt der Fläche 32 verlaufen.

Bei dem Einbau der offengelegten Schutz- und Isolieranordnung werden die verschränkten Verbindungsstellen 22 des Profilpaars 12, das ein zylindrische Einheit bildet, wie z.B. Io oder Hin Figur 2, vorzugsweise oben und unten an dem Rohr angeordnet, wie es dargestellt ist. Bei dieser Anordnung wird die obere Verbindungsstelle auf Zug und die untere Verbindungsstelle auf Druck beansprucht. Diese Kräfte werden minimal sein, und da Kercämik auf Druckbeanspruchung stärker ist, ist die Gesamtanordnung in der Lage, den Betriebsanforderungen voilzu genügen. Wahlweise ist es möglich, die Lage der Verbindungsstellen beim Ersteihbau"zu verändern und die Verbindungsstellen auf der Seite des Rohrs anzuordnen. Unter solchen Verhältnissen werden die Verbindungsstellen von dem Gewicht der Profile 12 auf Zug beansprucht.

Beim Einbau der vorgebrannten ff-KeramikprofiIe 12 gemäß der Erfindung auf der Isolierschicht 14 wird der erste Ring oder die erste Einheit gewöhnlich bei der Verbindungsstelle zwischen einer vertikalen und einer horizontalen Rohrtragkonstruktion angeornet. Die Profile 12A und!2B, die in der Gesamtausbildung gleich sind, werden durch die zusammenpassenden S-förmigen Haken verschränkt, und die Bolzen 35 werden auf das Rohr 13 geschweißt, nachdem die Profile verlegt sind. Danach wird das

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nächste Profilpaar, das einen Ring oder eine Einheit bildet, verschränkt und lose neben dem ersten Ring nach dem Prinzip der Verspundung angeordnet, indem die benachbarten ringförmigen Aussparungen 16 mit einem dazu passenden, ringförmigen Vorsprung 21 eine Verbindung eingehen.

Wie zuvor zum Ausdruck gebracht, ist es wünschenswert, ein Spiel von etwa 1/16 Zoll zwischen benachbarten Ringen oder-Umfangseinheiten zu lassen, um eine Wärmedehnung zwischen den Einheiten zu ermöglichen. Nacheinander werden in der beschriebenen Weise Ringe eingebaut, um die Isolierung auf der Länge des zu schützenden Rohrs abzudecken. Jeder Ring kann an dem Rohr befestigt werden, indem die Bolzen 35 entlang der Kantenflächen eingeschweißt werden, wenn jeder Ring auf dem Rohr sitzt. Es ist jedoch in der Praxis fest-gestellt worden, daß nur jeder dritte oder vierte Ring effektiv durch Verwendung der Bolzen angeschweißt werden muß, um im normalen Ofenbetrieb eine Beschädigung des Gebildes zu vermeiden. Die entgegengesetzten Enden der ff-Keramikabdeckung werden gewöhnlich geschlossen und die Isolierungsabdeckung der Rohrverbidnungen wird durch eine Lage anfänglich plastischer ff-Materialien geschützt.

Es ist zu erkennen, daß im Falle, in welchem eines oder mehrere Profile 12 dadurch beschädigt werden, daß ein in dem Ofen im Erwärmungsprozeß befindlicher Knüppel auf dasselbe bzw. dieselben stößt, das Gebilde repariert werden kann, ohne daß unbeschädigte Ringe oder Umfangseinheiten des Gebildes ausgebaut werden müssen. Dies kann durch die Verwendung von vorgegosseneh Profilen 12' erfolgen oder dadurch, daß ein oder mehrere Profile 12 auf der Baustelle geschnitten werden. Zu diesem Zweck kann man die Vorsprünge 21 an einem Profilpaar 12 in einem Ring entfernen sowie den S-förmigen Haken an einem der Profile 12. Dies ist durch die strichpunktierte Linie 38 im Profil 12A gemäß Figur 2 angedeutet. Zusätzlich wird, wenn sich das Profil 12B auf dem Rohr befindet, ein radialer Bolzen an das Rohr in der Nähe der Krümmung 31 angeschweißt,

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wie durch die strichpunktierten Linien 39 in Figur 2 angedeutet. Bei enner solchen Anorndung werden sich die hakenförmigen Verbindungsstellen zwischen dem Profilpaar auf den Seiten der Rohrkonstruktion befinden. Falls ein Paar paralleler Rohre in nachbarschaftlicher Beziehung angeordnet ist, wie es für die Zwecke der Ofenkonstruktionshaiterung erforderlich ist, dann können ähnliche Profile wie die mit 12 bezeichneten gebaut werden, jedoch werden dabei die ARme 24 und 25 in dem erforderlichen Maße verlängert. Die gleichen S-förmigen Verbindungsstellen können dann ,verwendet werden, um ein Paar derartiger Profile miteinander zu berbinden. Die Ausfiibr»ungsformen der Erfindung, ftrp d/e· ein ausschließ· liches Eigentum od-er Vorrecht beansprucjn wird, sind wie folgt gekennzeichnet:

1. Verschränkter feuerfester Keramikstein zur Abdeckung einer isolierten, wassergekühlten Rohrkonstruktion, dadurch gekennzeichnet, daß der feuerfeste Keramikstein aus einer Anzahl vorgebrannter Keramikprofile besteht, wobei jeweils ein Profilpaar verschränkt ist, um ein Umfangsteil zy bilden, das die

u Isolierung und ein Stück der Rohrkonstruktion umgibt und Vorrichtungen vorgesehen sind, um lose benachbarte Umfangsteile zu verschränken, wobei Bolzen vorgesehen sind, die an der Rohrkonstruktion befestigt sind und im wesentlichen radial entlang einer Kantenfläche der Profile verlaufen mit der Maßgabe, eine Drehung der Keramikprofile gegenüber dem Rohr zu verhindern.

2. Keramikstein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der verschränkten Profilpaare in der Ausbildung gleich ist.

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3. Keramikstein.nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Prö.fiil mit einer ringförmigen Aussparung und einem ringförmigen Vorsprung an gegenüberliegenden Kantenflächen zwecks Verspundung mit einem benachbarten Profil versehen ist.

4. Keramikstein nach Anspruch 1, dadurch g e -kennzeichnet, daß das wärmeisolierende Material aus faserigem Keramikmeterial besteht.

5. Keramikstein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeisolierdne Material aus einer Kaolinwollematte besteht.

6. Vorgebranntes ff-Keramikprofil, dadurch ge-

. kennzeichnet, daß es im wesentlichen parallele Kantenflächen aufweist und ein haibzylinerförmige Innenfläche, die im wesentlichen senkrecht zu den Kantenflächen liegt und parallele Arme besitzt, die in die Innenfläche des Profils übergehen und über diese hinaus verlaufen und weiter ein äußeres Segment einer zylinderförmigen Fläche koaxiJ.zu der inneren haibzylinderförmigen Fläche angeordnet und verlängert ist, um die Aussenflächen der Arme zu begranzen, wobei eine der Kantenflächen des Profils im wesentlichen flach auf ihrem gesamten Ausmaß ist, während die anderen Kantenflächen symmetrische, ausgesparte Abschnitte hat, die jeden Arm einschließen sowie je einen Haken.

7. Keramikprofil nach Anspruch 6, dadurch g e -kennzei chnet, daß die im wesentlichen flache Fläche des Profils mit einer ringförmigen Aussparung bei der haibzylinderförmigen Innenfläche versehen ist, wo· bei die Aussparung symmetrisch in bezug auf die Armver-

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längerlingen des Profils ist.

8. Keramikprofil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der ausgesparte Abschnitt der anderen Kantenfläche einen modifizierten S-förmigen Haken einschließt.

9. Keramikprofil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des ausgesparten Abschnitts im wesentlichen gleich dem Haken ist.

•10. Verfahren zur Abdeckung eines wassergekühlten Rohrs mit einer Schutzabdeckung aus Isoliermaterial und einer Außenlage aus vorgebranntem ff-Keramikmaterial , welches eine Anzahl veschrärikender Profile umfaßt, wobei jeder Profilring aus zwei im wesentlichen Reichen Profilen besteht, die verschränkt sind, um eine bestimmte Rohrlänge und die Isolierung auf dem Rohr abzudecken, und jeder Profilring lose mit einem benachbarten Ring verschränkt ist, gekennzeichnet durch folgende, teilweise bekannte Schritte:

a. Auflegen einer im wesentlichen kontinuierlichen Lage von Isoliermaterial auf die Rohrfläche

b. Auflegen von einem ersten Paar Keramikprofilen auf das durch das Isoliermaterial abgedeckte Rohr mit der Maßgabe, darauf einen Keramikring zu bilden.

c. Auflegen weiterer Keramikprofilringe, so daß sie

in Längsrichtung lose mit einem benachbarten Ring verschränkt . werden.

d. Anschweißen von Radial stiften an das Rohr an einer Kantenfläche von wenigstens einigen Ringen mit der Maßgabe die Ringe zueinander in eine feste verschränkte Beziehung zu bringen und an dem Rohr zu befestigen.

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