DE2648542C2 - Wand für einen elektrischen Industrieofen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wand für einen elektrischen Industrieofen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Eine derartige Wand ist aus der DE-AS 15 65 575 bekannt.

Insbesondere elektrische Industrieöfen, die zum Vergüten verwendet werden, weisen große Hohlräume oder Kammern auf, an deren Innenseite Hängevorrichtunger. angeordnet sind, und weiterhin umfassen sie gewöhnlich eine serpentinenförmige Anordnung von elektrischen Widerstands-Heizbändern, die durch die Aufhängevorrichtungen gehaltert sind. Die Wände derartiger öfen sind üblicherweise aus einer äußeren tragenden Schicht, die häufig aus Stahlblech aufgebaut

M ist, und einer wärmeisolierenden inneren Schicht gebildet, an der die Hängevorrichtungen befestigt sind. Üblicherweise wird die innere Schicht aus Ziegel oder anderen dichten feuerfesten Materialien hergestellt. Diese dichten feuerfesten Materialien leiten wesentliche Wärmemengen vom Inneren des Ofens zum Außenmantel, der dadurch überhöhte Temperaturen annehmen kann. Wenn soviel Wärme den Außenmantel erreichen kann, wird der Gesamtwirkungsgrad des Ofens auf unakzeptable Werte gesenkt.

■to Bei normaler Verwendung nehmen die dichten feuerfesten Materialien oder der Ziegelstein, der bei bekannten elektrischen Öfen verwendet wird, und die darin verwendeten Hängevorrichtungen Schäden, beispielsweise durch thermische Schocks, wodurch ein periodischer Neubau der Wände erforderlich wird. Aufgrund des Gewichtes der feuerfesten Materialien, die für die Wände von bekannten elektrischen Öfen verwendet werden, und der Anzahl der erforderlichen Ziegelsteine ist dieser Neubau zeitraubend und sehr kostspielig, insbesondere in bezug auf das Dach, das gewöhnlich domförmig sein muß.

Der Ziegelstein und andere feuerfeste Materialien von bekannten elektrischen öfen halten wesentliche Wärmemengen. Deswegen erfordern bekannte elektri-

sehe Öfen überlange Zeiten, um die Betriebstemperatur zu erreichen und um sich von diesen abzukühlen, was ebenfalls den Gesamtwirkungsgrad des Ofens senkt und deshalb die Kosten von Fertigungsverfahren erhöht, bei denen eine Erhitzung in einem derartigen Ofen ein notwendiger Schritt ist.

Schließlich machen die hohen Dichten des Ziegels und der feuerfesten Materialien, die in bekannten Öfen verwendet werden, die Ofentüren extrem schwer und deshalb schwierig in der Handhabung.

ί)5 Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Wand für einen elektrischen Industrieofen derart auszugestalten, daß sie einerseits eine gute Wärmeisolation besitzt und andererseits mit relativ niedrigen

Kosten und in minimalen Zeiträumen neu aufgebaut und routinemäßig gewartet werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnc t.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Wand für einen elektrischen Industrieofen relativ leicht im Gewicht ist, relativ wenige Bauteile umfaßt und in relativ kurzen Zeiträumen neu aufgebaut oder gewartet werden kann. Dadurch können auch schadhafte Hängevorrichtungen oder einzelne Isoiierplatten schnell ausgewechselt werden. Das gennge Gewicht der Wand stellt auch sicher, daß jede Ofentür ein geringes Gewicht hat und deshalb leicht zu bedienen ist. Da die erfindungsgemäß verwendeten isolierenden Faserplatten keine wesentlichen Wärmemengen leiten, bleiben die Außenmäntel der öfen relativ kait, wodurch diese öfen einen besonders günstigen Wirkungsgrad haben. Der Wirkungsgrad von mit erfindungsgemäßen Wänden versehenen elektrischen Industrieöfen wird auch dadurch verbessert, daß die isolierenden Faserplatten keine wesentlichen Wärmemengen speichern und somit die erforderliche Zeit verkürzen, um den Ofen zu erhitzen oder abzukühlen.

Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht von einem elektrischen Ofen mit einer bekannten Wand.

Fig. 2 ist eine auseinandergezogene Ansicht von einer Wand gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

F i g. 3 ist eine perspektivische Ansicht der Wand, die teilweise demontiert ist, um die Einzelheiten einer dabei verwendeten Befestigungsvorrichtung zu zeigen.

F i g. 4 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 4-4 in Fig. 3.

Fig. 1 zeigt einen elektrischen Industrieofen 1 mit einer bekannten Wand. Der Ofen 1 umfaßt zahlreiche Seitenwände, von der eine bei 4 gezeigt ist, ein nicht gezeigtes Dach, einen Boden 6 und eine Tür 9, die für einen Zugang zum Inneren des Ofens sorgt. In typischer Weise sind die Wände und die Tür des bekannten elektrischen Ofens, wie er hier gezeigt ist, aus einer Schicht aus Stahlblech 12 aufgebaut, die mit einem dichten feuerfesten Material verkleidet ist, wie beispielsweise Ziegelsteine 15. In den Ofenwanden sind Aufhängevorrichtungen 17 gehaltert, die ihrerseits serpentinenförmige Anordnungen von elektrischen Widerstands-Heizbändern 17 tragen, die zur Erhitzung des Ofens auf seine Betriebstemperatur vorgesehen sind.

Fig. 2, 3 und 4 zeigen eine Wand gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung für einen elektrisehen Ofen, die mehrere Mineralfaserschichten über einem Außenmantel 25 aufweist. Der Außenmantel 25 ist aus Stahlblech oder einem anderen Material ähnlicher Festigkeit gebildet und ist auf seiner inneren Oberfläche von einem Satz 30 isolierender Mineralfaserplatten aus Wärmeisolierungsmaterial überdeckt, das aus Fasern aus Aluminiumdioxid-Siliziumdioxid-Schamotte gebildet ist. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt der Satz 30 aus isolierender Mineralfaserplatte eine äußere massive und wärmeisolierende Mineralfaserplatte 35 und eine mit Löchern versehene, wärmeisolierende Mineralfaserplatte 40, die innen von der Platte 35 angeordnet ist. Jedes Loch in der

Platte 40 ist so bemessen, daß es mit einem größeren Außenende 45 von einer keramischen, hohen Temperatur widerstehenden Hängevorrichtung 50 zusammenpaßt, die in Verbindung mit zahlreichen ähnlichen Hängevorrichtungen zur Halterung einer serpentinenförmig oder anders gestalteten Anordnung von elektrischen Widerstandsheizbändern 19 vorgesehen ist.

Vorteilhafterweise wird als Faserplattenisolation ein Material verwendet, das ein Agglomerat von Kaolinfasern mit Längen bis zu 25 cm ist, die ineinander verflochten sind, um eine starke elastische Verkleidung oder Platte mit hervorragenden Isoliereigenschaften zu bilden, ohne daß zusätzliche Binder verwendet werden müssen. Platten und Blöcke dieses Isoliermaterials hüben eine Dichte im Bereich von 0,225 bis 0,288 g/cm³, eine Arbeitstemperatur für kontinuierliche Verwendung bei 1260⁰C, einen Schmelzpunkt von mehr als 1700⁰C, einen Zerreißmodul von 3,9 bar, eine Druckfestigkeit bei 5% Verformung von 1,73 bar und eine lineare Schrumpfung von 0% bei 980⁰C und von 2% bei 1315°C. Die thermische Leitfähigkeit dieses Materials variiert von O₁O¹) bis 0,125 kcal/mh°C bei Temperaturen von 200 bis 870°C. Seine Zusammensetzung ist etwü wie folgt (in Gew.-%): 52% SiO₂, 42% Al₂G₃, 2% TiO₂, 1% Fe₂O₃,0.3% MgO, 0,006% Na₂O.

Auch wenn dieses Material bevorzugt ist für die wärmeisolierenden Faserplatten, so können auch andere leichte, wirksame und bei hohen Temperaturen beständige thermische Isolierungen verwendet werden, wie andere keramische Fasern, Asbest und ähnliches.

Insbesondere aus Fig. 2 wird deutlich, daß ein einzelner Satz 30 aus zusammengesetzten isolierenden Faserplatten eine V'elzahl von Hängevorrichtungen 50 aufnehmen kann. Deshalb kann die Wand gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung aus weit weniger einzelnen Bauteilen aufgebaut werden als bekannte Wandkonstruktionen, die aus einzelnen Ziegelsteinen gebildet sind. Da ferner die isolierenden Faserplatten gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel viel weniger dicht sind als der Ziegelstein und die anderen feuerfesten Materialien, die bei Wandkonstruktionen von bekannten elektrischen Öfen verwendet worden sind, ist eine erfindungsgemäß aufgebaute Wand im Gewicht viel leichter als bekannte Ofenwände. Das leichte Gewicht der Faserplatten in Verbindung mit den relativ wenigen einzelnen Faserplattensätzen, die zum Auskleiden einer Ofenwand erforderlich sind, ermöglichen einen Neubau und routinemäßige Wartungsarbeiten einer derartigen Wand, wie beispielsweise der Auswechselung der einzelnen Hängevorrichtungen, in einer viel kürzeren Zeit und diese Arbeiten sind wesentlich billiger als ähnliche Wartungsarbeiten, die bei einer bekannten Ofenwand erforderlich werden.

Über der mit Löchern versehenen mittleren Mineralfaserplatte 40 liegt eine innere isolierende Mineralfaserplatte 55 mit zahlreichen Öffnungen 60, die mit Mittelabschnitten 65 der Hängevorrichtungen 50 zusammenpassen. Diese Mittelteile haben einen kleineren Querschnitt als die äußeren Enden 45 der Hängevorrichtung 50. Wie am besten aus Fig.4 zu ersehen ist, begrenzt deshalb die innere Faserplatte 55 die Bewegung der Hängevorrichtungen 50 in horizontaleRichtung und verhindert, daß die Hängevorrichtungen aus der Wand herausgezogen werden. Die Hängevorrichtung 50 ist normalerweise aus einem relativ dichten Material gebildet und kann deshalb auf ihrer Länge eine gewisse Wärme leiten. Da die äußere isolierende Faserplatte 35 massiv ist, isoliert sie auf

wirksame Weise den Außenmantel 25 gegenüber dem größten Teil dieser Wärme, die entlang der Hängevorrichtung 50 geleitet wird, und verhindert, daß der Außenmantel 25 überhöhte Temperaturen erreicht.

Die liier beschriebene Ofenv.-.ind ist mit zahlreichen daran befestigten Mitteln versehen, um mit minimalem Wärmeverlust die isolierenden Faserplatten zu haltern. Diese umfassen beispielsweise Zapfen 70, die an der Innenfläche des Außenmantels 25 bei 75 beispielsweise durch Schweißen oder ähnliche Verfahren befestigt sind. Jeder Zapfen 70 weist mit Sicherungsscheiben zusammenarbeitende Mittel auf, um die entsprechenden Isolierplatten in ihrer Lage zu verriegeln. Hierzu gehört beispielsweise eine bogenförmige Rille 73 und eine in Längsrichtung verlaufende Rille 76. die zwischen der bogenförmigen Rille 73 und dem Innenende des Zapfens angeordnet ist. |ede Verriegelungsscheibe 80 weist mit den Befestigungszapfen zusammenarbeitende Mittel auf, um auf dem Zapfen verriegelt zu werden. Beispielsweise kann ein Verriegelungsansatz 83 an der Sicherungsscheibe vorgesehen sein. Jede Scheibe 80 wird dadurch mit einem passenden Zapfen 70 verriegelt, daß die Scheibe über den Zapfen geschoben wird, wobei der Ansatz mit der Rille 76 in Eingriff ist, bis der Ansatz auf die bogenförmige Rille 73 trifft. Die Sicherungsscheibe wird dann gedreht, so daß sich der Ansatz 83 innerhalb der Bogenrille 73 bewegt, wodurch die Scheibe mit dem Zapfen verriegelt wird. Die Zapfen 70 arbeiten so mit den Sicherungsscheiben 80 zusammen, um die isolierenden Faserplatten hei der Montage gegen den Außenmantel zu pressen. Selbst wenn nur ein bevorzugter Satz aus zusammenpassenden Mitteln auf den Zapfen und den Sichcrungsschciber. gezeigt ist. um diese miteinander zu verriegeln, so können auch andere Verriegelungsmittel verwendet werden. Die Sicherungsscheiben 80 in Verbindung mit den Zapfen 70 sorgen für zeitsparende Mittel bei der Montage und Demontage der Wand bei einer routinemäßigen Wartung. Um irgendwelche schadhaften Komponenten der Ofenwand auszuwechseln, beispielsweise eine zerbrochene Hängevorrichtung, brauchen nur die Sicherungsscheiben 80 gedreht zu werden, um sie von den Zapfen 70 zu lösen, und die innere Faserplatte 55 abgenommen zu werden. Alle Hängevorrichtungen, die ausgewechselt werden müssen, sind leicht zugänglich bei dieser Abnahme der inneren Faserplatte 55. Falls sich in ähnlicher Weise herausstellen sollte, daß irgendwelche Faserplatten so starken Schaden genommen haben, daß sie ausgewechselt werden müssen, so kann dies schnell dadurch geschehen, daß die Platten einfach über die Zapfer: 70 geschoben und aus der Baueinheit herausgenommen werden und dann irgendwelche Auswechselungsplatten in entgegengesetzter Richtung über die Zapfen geschoben werden, wodurch der Außenmantel 25 wieder verkleidet wird. Nachdem dann irgendwelche Wandteile, die ersetzt werden mußten, ausgewechselt worden sind, kann die Faserplatte 55 oder ihr Ersatz zurück auf die Zapfen 55 geschoben und die Sicherungsscheiben 80 auf den Zapfen 70 gesetzt werden, um die Komponenten der

-, nun neu gebauten Ofenwand im zusammengesetzten Zustand zu haltern.

Um den Wärmeverlust zu senken, sind die entsprechenden äußeren, mittleren und inneren Faserplatten versetzt angeordnet, so daß Stoßstcllen in benachbarten

κι Schichten nicht zusammenfallen.

Es können zwar unterschiedliche Dicken für die entsprechenden isolierenden Faserplatten 35, 40 und 55 der Wand erforderlich sein, was von der Wärme innerhalb des Ofens und von dem genauen Material

ü abhängt, aus dem die Faserplatten hergestellt sind. Es wurde jedoch gefunden, daß es bei Verwendung der beschriebenen Isolierplatten auf Kaolinbasis und bei einer Isolierung gegen eine Temperatur von 1260⁰C ausreicht, eine äußere Faserplatte 35 von etwa 5 cm

2(i Dicke, eine mittlere Faserplatte 40 von etwa 7,5 cm Dicke und schließlich eine innere Faserplatte von etwa 1.25 cm Dicke zu verwenden. Alle diese Faserplatten sind von geeigneten wärmebeständigen Zapfen 70 durchdrungen, die beispielsweise aus INCONEL601 bestehen können und an dem aus Stahl bestehenden äußeren Ofenmantel angeschweißt und durch zusammenarbeitende Verriegelungsmittel in ihrer Lage gehalten sind, wie beispielsweise Drehsicherungsscheiben, wie sie vorstehend beschrieben wurden.

ν Das Isolationssvstem kann jedoch auch in anderer Weise aufgebaut sein. Beispielsweise kann die Hauptisolation, die durch die 7.5 cm dicke mittlere Lochfaserplatte gebildet wird, alternativ durch eine bekannte weiche Verkleidung aus lose gepacktem Isoliermaterial auf Kaolinbasis oder einem äquivalenten leichten Material oder einer Keramikfaserisolation gebildet sein, und eine beispielsweise 1,25 cm dicke zusätzliche mit Löchern versehene Faserplatte kann unmittelbar innen von der Platte 35 angeordnet sein, um den äußeren Abschnitt der Hängevorrichtungen 50 zu verankern. In ähnlicher Weise können auch andere bekannte Faserplatten und Hoch emperatur-Isolationsmaterialien anstelle des beschriebenen Materials verwendet werden.

Zusätzlich zu dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel. wo eine weiche Isolierverkleidung teilweise anstelle der Platte 40 eingesetzt ist, kann eine Schicht aus dem gleichen Material noch zusätzlich eingesetzt werden. Ein spezieller Zusatz von bestimmtem Wert ist eine Schicht mit mittlerer Dicke.

beispielsweise etwa 1,25 cm, die zwischen den Platten 35 und 40 eingefügt ist. Eine derartige Schicht hat einen großen Wert zur Herabsetzung des Wärmeverlustes durch die Hängevorrichtungen 50 auf einen minimalen Wert. Ein derartiges Teil wird von einer endlosen Rolle eingebaut und unterstützt die Wärmeisolation von Stoßstellen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Wand für einen elektrischen Industrieofen mit Widerstandsheizeiemeruen, die an in der Wand befestigten Hängevorrichtungen gehaltert sind, wobei die Wand aus einem metallischen Außenmantel besteht und außerdem !soliermittel aus leichtem Fasermaterial enthält, dadurch gekennzeichnet, daß zahlreiche, nach innen ragende hitzebeständige metallische Zapfen (70) an dem metallischen Außenmantel (25) befestigt sind, an welchen die Isoliermittel (35,40,55) aufgenängt sind, daß zahlreiche Hängevorrichtungen (50) für die Heizelemente elektrisch isoliert vom metallischen Außenmantel (25) unabhängig voneinander in dem Isoliermaterial gehaltert sind und daß die Isoliermittel (35,40,55) durch Verriegelui.gsmittel (80) auf den Innenenden der Zapfen (70) fest in ihrer Lage gehallen sind.

2. Wand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isoliermittel ein durchgehendes äußeres Isolierteil (35), das die äußeren Enden der Hängevorrichtung (50) gegenüber dem Außenmantel (25) isoliert, ein mittleres Isolierteil (40) mit darin ausgebildeten Löchern zur formschlüssigen Aufnahme der einzelnen Hängevorrichtungen (50) und ein inneres, mit Öffnungen (60) versehenes Isolierteil (55) umfassen, dessen Öffnungen (60) kleiner sind als die Löcher des mittleren Isolierteils (40) und das die Hängevorrichtungen (50) in einer Richtung senkrecht zum Außenmantel (25) festlegt.

3. Wand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Hängevorrichtung (50) mit ihrem äußeren Ende gegen das äußere Isolierteil (35) anliegt und an ihrem mittleren Abschnitt, dessen Querschnittsfläche kleiner ist als am äußeren Ende, von den Öffnungen (60) des inneren Isolierteils (55) umschlossen ist.

4. Wand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungsmittel (80) Sicherungsscheiben umfassen, die mit den Zapfen (70) zusammenpassen.

5. Wand nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zapfen (70) eine zylindrische Form hat und eine bogenförmige Rille (73), die im Abstand vom Innenende des Zapfens angeordnet ist, und eine in Längsrichtung verlaufende Rille (76) aufweist, die sich vom Innenende zur bogenförmigen Rille (73) erstreckt, und daß jede Scheibe (80) eine Mittelöffnung und einen Verriegelungsansatz (83) aufweist, der sich in die Mittelöffnung hinein erstreckt, wobei der Verriegelungsansatz (83) in der in Längsrichtung verlaufenden Rille (76) aufnehmbar und in die bogenförmige Rille (73) bewegbar ist zum Verriegeln der Scheiben (80) mit den Zapfen (70) zur Halterung der Isolierteile (35,40,55).

6. Wand nach einem der Ansprüche 1 —5, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierteile (35,40, 55) feste und massive Platten aus zusammengepreßten Keramikfasern mit guten mechanischen Eigenschaften zur Halterung der Hängevorrichtungen (50) und mit schlechter thermischer Leitfähigkeit in dem Bereich bis zu etwa 1260⁰C sind.

7. Wand nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierteile (35,40,55) aus zusammengepreßten Mineralfasern hergestellt sind, die eine feste und massive Struktur bilden, die eine Isolierfähigkeit für eine Verwendung bei kontinuierlichem Betrieb bei wenigstens 1260⁰C, eine Druckfestigkeit, die bei einer Beanspruchung von etwa 1,73 bar zu einer Verformung von etwa 5% führt, und eine thermische Leitfähigkeit von etwa 0,125 kcal/min °C hat.

8. Wand nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierteile (35, 40, 55) aus Fasern hergestellt sind, die zu wenigstens 90 Gew.-% aus Silizium- und Aluminiumoxiden bestehen.

9. Wand nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattenstöße der äußeren, mittleren und inneren Isolierteile (35, 40, 55) zueinander versetzt sind.