DE283513C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 18#. GRUPPE

NORMAN ERSKINE MACCALLUM in PHOENIXVILLE, Penns._; V. St. A.

Ofen, insbesondere für Stahlerzeugung. Patentiert im Deutschen Reiche vom 8. Mai 1914 ab.

Bisher wurde beim Bau von'Stahlöfen der obere Teil oder das Gewölbe des Ofens oder wenigstens der innere, am meisten exponierte Teil des Gewölbes fast stets aus Kieselsäure-Ziegelsteinen hergestellt, während der Boden, der Herd oder die Mulde des Ofens aus einem sauren Material oder auch aus einem basischen Material gebildet wurde, je nachdem, ob der Ofen nach dem sauren oder basischen Verfahren arbeiten sollte. Ungefähr das einzige saure Material, welches sich für diesen Zweck als befriedigend herausgestellt hat, ist Kieselsäuresand, und während verschiedene basische Materialien, wie Kalk, Dolomit 0. dgl., in dieser Verbindung benutzt wurden, ist bisher gebrannter Magnesit als das.beste Material für basische offene Herdöfen angesehen worden, und bis zu dieser Erfindung sind praktisch alle basischen Herdstahlöfen gewöhnlich mit Böden ausgestattet worden, die im Innern mit Magnesitziegeln ausgekleidet, sind, wobei die inneren Flächen der Magnesitziegel mit ver-

• schiedenen Lagen von Magnesit, welche den eigentlichen Herd bilden, bedeckt wurden. Die Verwendung von Kieselsäureziegeln und Magnesitziegeln beim Bau von Herd- und anderen Stahlöfen ist so allgemein gewesen, daß gegenwärtig mehrere große Projekte gemacht worden sind, um die Nachfrage nach diesen beiden Ziegelarten zu decken. ■

Obgleich bisher Kieselsäureziegel als das beste für die geschilderten Zwecke anwendbare Material betrachtet worden sind, so sind sie doch durchaus nicht in jeder Weise zufriedenstellend, wenn sie in einem Stahlofen benutzt werden; denn sie werden allmählich abgenutzt und brennen unter der Wirkung der chemischen und mechanischen Einflüsse, welchen sie unterworfen sind, weg, und weiterhin schmelzen die kieselsauren Ziegel unter der Wirkung der großen Ofenhitze allmählich und verschlacken mit dem Eisenoxyd, welches während des Ofenbetriebes gebildet wird, indem ein schmelzbares Eisensilikat entsteht, welches herabfließt und den Herd beschädigt, wenn der Herd aus Magnesitziegeln, die mit Magnesit bedeckt sind, konstruiert ist.

Es sind bereits Versuche gemacht worden, Magnesitziegel an Stelle der Kieselsäureziegel in den oberen, der chemischen . und physikalisehen Einwirkung der Ofenhitze besonders ausgesetzten Teilen der Herdöfen zu verwenden, jedoch sind die Magnesitziegel leicht zerreiblich. Sie zerbröckeln daher und werden abgenutzt, so daß sie keine Verbesserung gegenüber den Kieselsäureziegeln darstellen.

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Außerdem sind Magnesitziegel ungefähr fünfmal so teuer als Kieselsäureziegel, so daß ihre Benutzung mit Rücksicht auf die Tatsache, daß sie keine praktischen Verbesserungen gegenüber ersteren darstellen, sich verbietet. Die Magnesitziegel bieten jedoch ein einigermaßen gutes Material für den Herd dar. Sie können, wenn sie zu diesem Zweck benutzt werden, wie oben beschrieben, mit Lagen von

ίο Magnesit bekleidet und der direkten Einwirkung der Flamme im Ofen entzogen werden, wodurch eine Abnutzung und Zerstörung so lange verhindert wird, als die Magnesitbekleidung hält. Diese Verkleidung wird zweckmäßig nach jeder Charge geflickt und ausgebessert.

Bei dem Ofen, in welchem das Gewölbe, die Seiten- und Endwände oder andere Ofenteile aus Kieselsäureziegeln hergestellt sind, brennen die Ziegel bis zu solchem Grade weg, daß der Ofen sehr häufig zwecks Ausbesserungen stillgelegt werden muß oder sogar zwecks Ersetzung des ganzen Gewölbes oder Oberteiles. Der Ausnutzungsgrad des Ofens ist daher ein geringer, und mit sinkendem Wirkungsgrad des Ofens steigt also der Preis des hergestellten Stahles.

Es sind bereits verschiedene Versuche gemacht worden, um die Abnutzung und das Ausbrennen der besonders der chemischen und physikalischen Einwirkung der Ofenhitze ausgesetzten Ofenwände zu verhindern oder doch wenigstens zu verringern. Z. B. ist es zur Verhinderung des schnellen Ausbrennens der Wände, welche die Luft- und Gasöffnungen des Stahlofens trennen, und welche sehr hoher Hitze ausgesetzt sind, allgemein üblich, diese Wände künstlich durch Wassersäcke oder Wasserrohre, welche mit diesen Wänden in Berührung stehen, und in denen eine Wasserzirkulation aufrechterhalten wird, zu kühlen. Es ist auch vorgeschlagen worden, Wasserrohre zum gleichen Zweck in das Gewölbe von Stahlöfen einzubauen, jedoch be\virkt die Verwendung von Wasserkühlungen in dieser Weise, insbesondere wenn sie zur Kühlung des Gewölbes benutzt werden, eine Erniedrigung der Ofentemperatur und demzufolge eine Verringerung seines Wirkungsgrades, was natürlieh schädlich ist. Um die Verluste zu verringern, welche durch das Schwinden der Kieselsäureziegel entstehen, wird das Gewölbe der Öfen gewöhnlich dicker gemacht, als es eigentlich notwendig ist, wodurch die Herstellungskosten des Ofens über das Maß hinaus steigen, welches nur erreicht würde, wenn der Ofen aus einem Material konstruiert werden könnte, dessen Dicke durch die Wirkung des Ofens nicht verringert würde.

Das eine Ziel der Erfindung ist nun, die vorbeschriebenen Nachteile zu beseitigen, welche allen bisher bekannten Stahlöfen eigen sind. Genauer gesprochen ist Gegenstand der Erfindung eine verbesserte Ofenbauweise, die insbesondere für die Verwendung bei Stahlöfen geeignet ist und dort wieder für die Konstruktion des Gewölbes, des Herdes, der Seitenoder Endwände, der Wände oder Bögen, welche die Luft- und Gasöffnungen trennen, sowie aller anderen Teile. Diese Bauweise ist geeignet, die ursprüngliche Form dauernd aufrechtzuerhalten und den Wirkungsgrad des Ofens für praktisch unbegrenzte Betriebs-. dauer unverändert zu lassen, selbst wenn die fraglichen Teile, außerordentlich hohen Temperaturen und anderen physikalischen Einflüssen des Ofeninnern ausgesetzt sind.

Die Erfindung besteht in einer ihrer Ausführungsformen, kurz gesagt, aus einer Wand, die aus einer Mehrzahl von Behältern, von denen jeder von einem festen Kern aus einem geeigneten Material oder Mischung gefüllt ist. Diese Behälter sind vorzugsweise dicht nebeneinander angeordnet und werden durch ein geeignetes Bindemittel 0. dgl. zusammengehalten. Sie haben vorzugsweise offene Enden, welche nach innen zeigen, und in welchen die Kerne freiliegen und also Teile der inneren Wandfläche bilden.

In der Zeichnung ist Fig. 1 ein teilweiser Längsschnitt durch einen Herdstahlofen, welcher gemäß der Erfindung ausgebildet ist, Fig. 2 ein teilweiser Horizontalschnitt durch denselben, Fig. 3 ein teilweiser senkrechter Querschnitt. Fig. 4 und 5 sind teilweise senkrechte Querschnitte und eine Aufsicht eines Ofenteiles. Fig. 6 ist ein weiterer Schnitt durch einen Teil in vergrößertem Maßstabe. Fig. 7 zeigt einen Längsschnitt und eine entsprechende Endansicht eines Ofenteiles, · und Fig. 8 bis 10 zeigen Längsschnitte und Endansichten von drei Ausführungsformen der gemäß der Erfindung ausgebildeten Behälter.

Eine Ausführungsform der Erfindung besteht aus einem Stahlofen, welcher im ganzen der gebräuchlichen Form entspricht, bestehend aus einem länglichen Herd 1, der von einer flachen horizontalen Stahlplatte 2 getragen wird. Die Stahlplatte liegt auf Doppel-T-Trägern 3, die ihrerseits auf nicht dargestellten no Fundamenten ruhen. Der Herd 1 hat nach oben divergierende Endwandungen 4 und ist überbrückt durch ein Gewölbe 5. Seitenwandungen oder Ausfütterungen 6 und 7 verbinden das Gewölbe 5 und den Herd ϊ und bilden mit diesen einen Feuerraum 8, dessen Wände 6 und 7 mit den üblichen Öffnungen 9, die von beweglichen Türen 10 verdeckt sind, ausgestattet sind. Der Verbrennungsraum 8 ist an jedem Ende mit dem üblichen Luftkanal 11

und Gaskanal 12 versehen, die durch eine Brücke 13 voneinander getrennt sind. Luft- ' und Gaskanäle sind durch Kanäle 14 und 15 i mit entsprechenden Luft- und Gasregeneratoren 16 und 17 verbunden.

Gemäß der Erfindung sind nun die Seitenwände 6 und 7 der Verbrennungskammer 8 anstatt, wie bisher üblich, aus Kieselsäureziegeln aus einer Mehrzahl von Einzelelementen hergestellt, von denen jedes aus einem Behälter 20, der mit einem Kern 21 gefüllt ist, besteht. Diese Behälter sind vorzugsweise aus Eisen oder Stahl hergestellt und können jede beliebige geeignete Gestalt haben, am passendsten und billigsten eine im wesentlichen zylindrische Form, die durch Umbiegen von flachen, rechtwinkligen Eisen- oder Stahlblechstücken-, die sich an ihren Kanten überlappen (Fig. 7), gebildet ist. Die Behälter können j aber auch in der Weise konstruiert sein, daß Eisen- oder Stahlrohre in lange Stücke zerschnitten werden, wobei die Rohre entweder nahtlos oder mit geschweißter Naht ausge- ' . stattet sein können. Wenn ein im wesent- j liehen zylindrischer Behälter verwandt wird, j so können, wie durch Versuche festgestellt ist, gute Resultate erzielt werden, wenn die Behälterwandung ungefähr V₄ mm und der Durchmesser des Behälters ungefähr 50 mm beträgt.' I

Diese Behälter 20 können mit Kernen 21 aus j einem geeigneten Material hergestellt sein, j Bevorzugt werden jedoch Kerne aus basischem | Material oder einer Mischung von basischem | mit neutralem Material, oder endlich aus neu- j

tralem Material allein. Einige der basischen j Materialien, welche in dieser Verbindung ver- j wandt werden können, sind Magnesit, Dolomit und Kalk, von denen wiederum Magnesit bevorzugt wird. Unter den brauchbaren Materialien sind Chromit, gewöhnlich als Chromerz bezeichnet, Bauxit (Aluminiumhydroxyd) j und Kohle. Von diesen wird wieder Chromit j bevorzugt. Bei der Herstellung der Kerne aus obigen Materialien wird der Magnesit oder anderes basisches Material vorzugsweise zunächst gebrannt, um es in Oxyd umzuwandeln, und wenn Chromit oder anderes neutrales Material mit basischem Material gemischt j werden soll, wird es, wenn nötig, eben- j falls zunächst gebrannt, um es in Oxyd um- j zuwandeln. Das Magnesiumoxyd oder anderes geeignetes basisches Material wird alsdann pulverisiert und darauf zu einer plastischen Masse verarbeitet, mit oder ohne Untermischung von pulverisiertem Chromoxyd oder anderem, neutralem Material durch Vermischung mit Wasser oder sonstigen Flüssigkeiten. Die so gebildete plastische Masse wird alsdann in die Behälter 20 eingefüllt und bildet in diesen die Kerne 21. Die Wandungen des Behälters sind vorzugsweise mit einer Mehrzahl von Löchern 23 ausgestattet, in welche das Kernmaterial eindringt, wodurch dieses fest in seiner Lage gehalten wird. Diese Löcher gestatten außerdem eine Berührung des Kernmaterials mit dem Bindemittel zwischen den zusammengebauten Behältern; doch ist die Perforierung nicht durchaus notwendig.

Nachdem die Behälter 20 mit den Kernen 21 gefüllt sind, werden die Seitemvände des Ofens durch Aufeinanderbauen der Behälter nach Art eines gewöhnlichen Ziegelmauerwerkes aufgeführt, indem die Behälter durch Zement oder andere geeignete Bindemittel miteinander verbunden werden. Zweckmäßig wird das gleiche Material als Bindemittel verwandt, aus welchem auch die Kerne hergestellt sind.. Die Behälter liegen quer zur Wand, und ihre offenen Stirnflächen bilden die innere Wandfläche. Die inneren Enden der Behälter können auch durch dasselbe Material geschlossen werden, aus dem die Wandungen der Behälter bestehen, also vorzugsweise Eisen oder Stahl. Die äußeren Enden der Behälter liegen an der Luft und sind entweder offen oder geschlossen.

Wenngleich diese verbesserte Wandkonstruktion in erster Linie für die besonders der chemischen und physikalischen Einwirkung der Ofenhitze ausgesetzten Teile der Ofenseitemvände bestimmt ist, kann sie doch vorteilhaft für andere, besonders in gleicher Weise ausgesetzte Teile des Ofens verwandt werden, beispielsweise für die Wandungen der Luft- und Gaskanäle it und 12, 14 und 15 und die Endwandungen 4 des Herdes. Jede der Türen 10 der Verbrennungskammer kann gleichfalls aus einer Mehrzahl von perforierten Behältern 20, die mit Masse 21, wie oben beschrieben, gefüllt sind, hergestellt sein, indem diese Behälter als Ausfütterung für einen Stahlraum oder -kasten verwendet sind, der aus einer senkrechten Platte 25 besteht, die mit einem sich nach innen erstreckenden Flansch 26 ausgestattet ist. Hierbei Averden die Behälter gegen die innere Fläche der flachen Platten 25 vorzugsweise durch T-BoI-zen 27 gehalten, die mit den Behältern bei 28 verbunden sind und durch die äußeren Enden der Kerne 21 der Behälter sowie durch die flache Platte 25 hindurchgehen, um ein Verwerfen bzw. Verziehen zu verhindern. Die äußeren Enden der Bolzen sind mit Muttern 29 versehen. Die so jede Tür 10 bildenden Behälter 20 sind unter Benutzung desselben plastischen Materials, wie oben beschrieben, miteinander verbunden.

Anstatt das plastische, basische Material oder die plastische Mischung der basischen oder neutralen Materialien in getrennten Behältern unterzubringen, wie oben beschrieben,

kann das plastische Material auch in Abteilungen untergebracht sein, welche aus einem geeigneten Rahmen bestehen, um entsprechend geformte Ofenteile zu bilden. Beispielsweise sind die Brücken oder Bogen 13 zwischen den Luft- und Gasöffnungen 11 und 12, wie in Fig. 4 und 5 dargestellt, aus einem Metallblechrahmen gebildet, der aus einer gekrümmten verhältnismäßig dünnen' Platte 30 aus Eisen oder Stahl, welche die äußere Oberfläche des Bogens bildet, und nach innen ragenden flachen radialen Trennwänden oder Lippen 31 aus demselben Material besteht, die sich in der Längsrichtung des Bogens erstrecken und an der gekrümmten Platte 30 befestigt sind. Diese bilden somit eine Mehrzahl von Abteilungen oder Behältern 32, welche mit einem plastischen, basischen Material oder basischen und neutralen Materialien, wie oben beschrieben, gefüllt sind.

Die Scheidewände 31 sind vorzugsweise jede mit einer Mehrzahl von Öffnungen 33 \^rersehen, in die das plastische Material eindringt und so in den Abteilungen festgehalten oder verankert wird. Es ist klar, daß an Stelle der besonderen Form des Metallrahmens in Fig. 4 und 5 irgendein anderer geeigneter Blechmetallrahmen verwandt werden kann, der gleichfalls eine Mehrzahl λόιι Abteilungen oder Taschen zur Aufnahme des plastischen Materials besitzt, um damit gebogene Wände oder auch anders gestaltete flache Wände zu konstruieren.

Anstatt die Behälter aus im wesentlichen zylindrischen Rohren, wie oben beschrieben, zu bilden, können sie auch aus Eisen- oder Stahldraht konstruiert werden, welcher in Schraubenform gewunden ist, um ein röhrenförmiges Gebilde 35 nach Fig. 8 zu erzeugen, oder es können kurze Rohrstücke 36 mit ringförmigen Nuten 37, wie in Fig. 9 dargestellt, benutzt werden. Diese beiden letzteren Ausführungsformen sind besonders gut geeignet, den Kern fest in seiner Lage zu halten.

Naturgemäß brauchen die Behälter nicht von einer ganz bestimmten Form zu sein. Sie können zylindrisch, rechtwinklig, sechs- oder achteckig oder sonst beliebig ausgebildet sein. Sie können perforiert, genutet oder mit inneren Absprüngen oder Brücken versehen sein. Beispielsweise kann, wie in Fig. 10 veranschaulicht, ein schraubenförmig gebogener Draht 38 in jedem Behälter vorgesehen sein, um die Kerne in ihrer Lage zu halten. Um eine atmosphärische Oxydation des Eisens oder Metalles zu verhindern, können die Behälter galvanisiert sein.

Das gebogene Gewölbe 5 des Ofens kann aus einer Mehrzahl von Eisen- oder Stahlbehältern hergestellt sein, die vorzugsweise durchlocht oder genutet sind, gefüllt, sowie durch das Kernmaterial in ähnlicher Weise, wie bei den Seitenwänden 6 und 7 beschrieben, zusammengehalten werden; oder aber das Gewölbe 5 kann aus einer Kombination einer 6g Stahl- oder Eisenplatte mit gefüllten, daran in ähnlicher Weise, wie bei den Türen 10 beschrieben, befestigten Behältern konstruiert sein. Endlich kann das Gewölbe auch bestehen aus einem einheitlichen Metallrahmen, der eine Mehrzahl von Taschen aus Stahl- oder Eisenblech besitzt und in diesen Taschen mit perforierten Rippen ausgestattet ist. Die Taschen werden alsdann in ähnlicher Weise wie bei den Bögen 13 zwischen den Luft- und Gasöffnungen in beschriebener Weise mit Kernmaterial gefüllt.

Der Herd 1 kann, wie bisher üblich, mit einem Grund 40 aus Magnesitziegeln und einer inneren Auskleidung 41 λόιι verschiedenen Lagen kalzinierten Magnesits ausgestattet sein, oder, wenn gewünscht, kann eine der oben beschriebenen verbesserten Bauweisen an Stelle der Magnesitziegel bei der Bildung des Herdgrundes treten. So kann beispielsweise der Boden aus einer Mehrzahl von senkrecht angeordneten Eisen- oder Stahlbehältern, die gefüllt und zusammengefügt sind, hergestellt sein, oder aber er kann bestehen aus einer einheitlichen Eisen- oder Stahlstruktur mit einer Mehrzahl sich nach oben öffnender, mit geeignetem Kernmaterial gefüllter Taschen.

Beim Betriebe des gemäß der Erfindung konstruierten Ofens ist beabsichtigt, daß die inneren Enden der Eisenbehälter, welche der Hitze und chemischen Wirkung der Verbrennungskammer ausgesetzt sind, in Eisenoxyd umgewandelt werden, und daß die Behälter allmählich bis zu größerem oder geringerem Grade in ihrer ganzen Länge in Eisenoxyd umgewandelt werden. Diese Umwandlung entsteht durch die Wirkung des heißen Ofeninhaltes in Verbindung mit der dauernden Einwirkung des basischen Materials innerhalb des Behälters auf das Eisen. Das so gebildete Eisenoxyd ist natürlich basisch und wird das basische Magnesiumoxyd oder die Mischung von basischem und neutralem Material, mit dem die Behälter gefüllt sind, nicht angreifen. Fernerhin sind die festen Massen, mit denen die Behälter gefüllt sind, praktisch unschmelzbar, selbst bei der höchsten Ofentemperatur. Sie bilden daher auch keine Schlacken. Dies ist offensichtlich eine bedeutende Verbesserung gegenüber den Kieselsäureziegeln, welche im geschmolzenen Zustande eine saure Verbindung bilden, die jedes basische Futter angreift.

Die Erfindung ist nicht auf eine besondere Form des Behälters oder ein besonderes Material desselben beschränkt. Desgleichen ist ihre

Anwendung nicht nur möglich bei offenen Herdstahlöfen, sondern auch bei Öfen beliebiger Konstruktion.

Claims (3)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Ofen, insbesondere für Stahlerzeugung, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einer Mehrzahl von metallischen Behältern (20) zusammengebaut ist, die Kerne (21) eines basischen oder neutralen Materials oder eine Mischung beider enthalten.
2. 2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behälter (20) mittels eines plastischen Materials von der gleichen Zusammensetzung wie die Kerne zusammengehalten werden.
3. 3. Öfen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behälter (20) mit Öffnungen oder Vertiefungen versehen sind, in welche das Kernmaterial (21) eindringt und
   wird.

   infolgedessen festgehalten

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.