DE3012892A1 - Industrieofen mit keramischen isolierbausteinen, die im inneren ein stuetzgitter besitzen - Google Patents

Description

Industrieofen mit keramischen Isolierbausteinen, die im Inneren ein Stützgitter besitzen

Die Verwendung von keramischen Faserbausteinen zur Isolierung von Hochtemperatur-Industrieöfen ist aus verschiedenen Gründen vorteilhaft, insbesondere, da eine derartige Konstruktion im Vergleich zu üblichen für Ofenauskleidung verwendeten feuerfesten Steinen wesentliche Energieersparnisse ermöglicht. In der US-PS 3 500 444 ist eine Art eines Keramikbausteines von geringem Gewicht beschrieben, wobei ein Vakuumprozeß zur Ausformung eines derartigen Bausteines aus einer flüssigen Aufschlämmung eines anorganischen, feuerfesten, faserförmigen Materials erläutert ist. Derartige Bausteine haben ein elektrisches Heizelement, das während des Formprozesses in dem Baustein eingebettet ist. Alternativ können

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Bausteine nur aus Isolierungsgründen beispielsweise in öl- oder gasgefeuerten Öfen verwendet werden.

Derartige keramische Isolierbausteine besitzen keine große mechanische Festigkeit. Aus diesem Grund sind Schwierigkeiten aufgetreten bei der Befestigung der Bausteine in einem Ofen. Dies ergibt sich insbesondere da, wo es erwünscht ist, daß die Bausteine von einem Ofenoberteil oder Ofendach herunterhängen, da das gesamte Gewicht des Bausteines einschließlich irgendwelcher eingebetteter Heizelemente oder dergleichen durch die Anordnung zur Halterung des Bausteines aufgenommen werden muß. Die Bausteine müssen über viele Jahre bei hohen Temperaturen, beispielsweise bei ca. 1093° C (2000⁰E) und darüber,an ihren Stellen festgehalten werden.

Demgemäß ist es ein Ziel der Erfindung, verbesserte Mittel zur Befestigung von keramischen Bausteinen mit geringem Gewicht an der Oberseite oder Decke eines Industrieofens zu schaffen. Ein besonderes Ziel der Erfindung ist es, Mittel zur Halterung eines Bausteines zu schaffen, die in der Lage sind, das gesamte Gewicht des Bausteines an der Decke eines Ofens über lange Zeiträume bei hohen Temperaturen in dem Ofen zuverlässig abzustützen. Andere Ziele, Grundgedanken und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie aus der zugehörigen Zeichnung.

Gemäß der Erfindung ist entsprechend einem Grundgedanken in einem Isolierbaustein aus keramischen Fasern ein Stangenrahmen eingebettet. Der Rahmen hat Verlängerungen, die über die Fläche des Isolierbausteines hinausstehen und die sich durch eine Ofenkonstruktion erstrecken können und an dieser befestigt sein können.

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Gemäß einem anderen Grundgedanken der Erfindung ist der eingebettete Rahmen ein Gitter mit Zweigen, die sich, im allgemeinen rechtwinklig zu der Fläche des Isolierbausteines erstrecken und wobei Seiten- und Endstangen die Zweige zur Vervollständigung des Gitter untereinander verbinden.

Noch ein weiterer Grundgedanke der Erfindung ist es, daß die Rahmenverlängerungen mit Gewinde versehen sind, so daß nach dem Hindurchstecken durch Löcher in der Ofendecke Muttern auf den Gewindeverlängerungen aufgesetzt werden können, um die Isolierbausteine an der Ofendecke zu befestigen.

Die Vorteile der Erfindung bestehen in der kraftschlüssigen und sicheren Halterung eines keramischen Isolierbausteines an der Decke,ohne daß der Baustein sich von der Aufhängung lösen kann. Dies ist darüber hinaus ohne Klebstoffe oder dergleichen erreicht, die dazu neigen, bei hohen Temperaturen zu ermüden.

Im nachfolgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, das in der Zeichnung dargestellt ist. In der Zeichnung sind:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung, die einen Industrieofen zeigt, der mit keramischen Bausteinen von geringem Gewicht sowohl an den Seitenwänden als auch an der Decke isoliert ist,

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Deckenplatte,'die eine Reihe von nebeneinander angebrachten Isolierbausteinen trägt,

Fig. 3 ein Schnitt längs der Linie 3-3 in der Fig.2,

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Fig. 4 eine Draufsicht auf einen Baustein,

Fig. 5 eine Seitenansicht des Bausteines der Fig.4,

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung eines überlappenden Isolierbausteines aus Keramik mit einem eingebetteten Stützgitter,

Fig. 7 eine Draufsicht auf das Stützgitter für den in Fig.6 gezeigten Baustein,

Fig. 8 eine Seitenansicht des Stützgitters der Fig.7i

Fig. 9 eine Draufsicht auf einen anderen Isolierbaustein aus Keramik ähnlich dem der Fig,7, der jedoch eingebettete Heizspulen besitzt und

Fig.10 eine teilweise geschnittene Seitenansicht, die den Baustein der Fig.9 zeigt, der an einer Ofendecke befestigt ist.

Gemäß Fig.1 ist ein Industrieofen 20 mit seinen allgemein mit 22 bezeichneten Seitenwänden und allgemein mit 24 bezeichneten Decke dargestellt. Die Seitenwände und die Decke sind beide durch nebeneinander angeordnete Paneele 26 und 28 ausgebildet. Jedes Seitenpaneel 26 hat ein Paar von senkrechten Ankerstreben 30, die eine starre Halterung für eine aufeinandergestapelte Gruppe von rechteckigen Isolierbausteinen 32 bilden, die wie nachstehend beschrieben ausgebildet und hergestellt sind. Jedes Deckenpaneei 28 besteht in ähnlicher Weise aus waagerechten Ankerstreben 30, an denen,wie nachstehend beschrieben, entsprechende Gruppen von Isolierbausteinen 32 aufgehängt sind.

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Die Bausteine 32 können Abmessungen haben von ca. 91 »4 cm Breite (36 Zoll), ca. 45,2cm Höhe (18 Zoll) und ca.12,7cm (5 Zoll) Tiefe, wobei die Ankerstreben 30 entsprechend dem Abstand angeordnet sind. Die Paneele 26 und 28 bilden die Standsrdbasis für die Seitenwand- und Deckenkomponenten für öfen verschiedener Größe, wobei ein Vielfaches der normalen Breite und des Bausteines verwendet wird, d.h. 91,4cm χ 45,2cm (36 Zoll χ 18 Zoll). Typischerweise sind diese Paneele fabrikmäßig montiert und vorverdrahtet. Bei der Baustellenmontage ist es dann lediglich erforderlich, daß die Paneele zusammengeschraubt werden und zwischen Paneelen aus Isoliermaterial, wie nachfolgend beschrieben, angebracht werden. Eine derartige Anordnung ist insbesondere für öfen von Vorteil, die zu groß sind, um vollständig in der Fabrik montiert und dann transportiert zu werden.

Gemäß Fig.2 und 3 hat jedes Deckenpaneel 28 ein Paar von parallelen, an den Ankerstreben 30 befestigten Querträgern 40. Die Querträger haben einen Abstand voneinander, der der Breite eines zugeordneten Bausteines 32 entspricht, d.h. ca 45,2cm (18 Zoll). Diese Querträger 40 haben in der Nähe ihrer Enden Durchgangslöcher, durch die zugeordnete senkrechte Stangen 42 zum Aufhängen hindurchgehen. Die Stangen 42 haben Gewinde zur Aufnahme von Muttern 44. Die Aufhängstangen 42 erstrecken sich nach unten in den Keramikbaustein zu einem Stützgitter oder einer Rahmenkonstruktion, die in dem Baustein eingebettet ist und allgemein mit 46 bezeichnet ist.

Aus den Pig.4 und 5 ist ersichtlich, daß das Stützgitter 46 grundsätzlich aus vier Haltestangen besteht, die im Rechteck angeordnet sind. Diese Stangen haben ein erstes Paar von parallelen Seitenstangen 48, die an einem zweiten Paar von parallelen Endstangen 50 befestigt sind, die rechtwinklig zu den Seitenstangen angeordnet sind. Die Ebene des

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zweiten Paares der Stangen verläuft parallel, jedoch etwas versetzt zu der Ebene des ersten Paares. Diese eingebetteten Haltestangen sind durch Schweißen an vier Ecken des Stützgitters fest miteinander verbunden. Die vier senkrechten Aufhängestangen 42 sind ebenfalls mit dem ßtützgitter jeweils an den vier Ecken verschweißt. Diese Aufhängestangen erstrecken sich durch die Oberfläche jedes Bausteines rechtwinklig zu dieser Fläche nach außen.

Beim Herstellen des Bausteines aus keramischen Fasern wird das vorher verschweißte Stützgitter 46 mit den Aufhängestangen 42 in der Form in der richtigen Höhe aufgehängt und zentriert, wobei die Haltestangen 48, 50 parallel zu den entsprechenden Seiten der Bausteine und die Ebenen jedes Paares parallel zu der Bausteinfläche angeordnet werden. Der flüssige Brei wird dann über den Rahmsn in die Form eingebracht, und es wird ein Druckunterschied (Vakuum) aufgebracht, um die Flüssigkeit aus der Form zu ziehen. Nachdem die Flüssigkeit aus der Form herausgetrieben worden ist, bleibt das Stützgitter 46 fest in dem keramischen Faserkörper eingebettet.

Es wurde festgestellt, daß ein Stützgitter in der Form einer Rahmenkonstruktion wie oben beschrieben eine ausgezeichnete Möglichkeit bietet, das Gewicht eines keramischen Isolierbausteines ohne wesentliches Risiko für ein Ablösen des Bausteines von dem Stützgitter zu halten. Diese Eigenschaft scheint zum Teil von der länglichen Form der getrennten Haltestangen herzurühren. Jede dieser Stangen ist annähernd so lang wie die benachbarte zugehörige Bausteinseite mit einer dementsprechend relativen Breiten Verteilung der Stützlast über einen größeren Teil des Bausteines. Auch die Anordnung der Seitenstangen und der Endstangen in leicht versetzten Ebenen (Fig.5) dient weiterhin dazu, die Stütz-

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last in verschiedene Scherebenen des Bausteines zu verteilen, um auf diese Weise zur Reduzierung der Belastungskonzentrationen beizutragen, um so die Möglichkeit eines Ablösens der keramischen Faserisolierung zu verringern.

In Fig.6 ist eine perspektivische Darstellung eines Stützgitters 46 gezeigt, das in einem Baustein 70 in etwas abgewandelter Form, nämlich in einer überlappenden Konstruktion eingebettet ist. Wie bei dem anderen Ausführungsbeispiel verlaufen die Seiten- und Endstangen 48 und 50 parallel zu den jeweiligen Seiten des Bausteines. Die Einzelheiten der Gitterkonstruktion sind aus den Fig.7 und ersichtlich.

Die Fig.9 und 10 zeigen das Stützgitter 46 eingebettet in einem überlappten Baustein, nämlich dem der Fig.6. Jedoch in diesem Fall hat der Baustein ebenfalls eine eingebettete Heizspule 72 angrenzend an die Oberfläche, die zum Inneren des Ofens zeigt. Wie in der noch nicht veröffentlichten älteren Anmeldung P 28 55 382 mit Prioritätsbeanspruchung vom 28.06.1979 näher erläutert ist, hat die Spule 72 einen Satz von in Reihe geschalteten, nebeneinander angeordneten Abschnitten, die an eine elektrische Kraftquelle mittels Anschlußstiften 74,76 angeschlossen werden können, die sich durch den keramischen Isolierkörper erstrecken und durch die obere Oberfläche 78 vorstehen. Die Anschlußstifte können an dem keramischen Faserkörper durch an den Stiften befestigte Verankerungsbänder 80,82 verankert werden.

Wenn einer der beiden Isolierbausteine 42 oder 70 aus keramischen Fasern auf der Innenseite einer Ofendecke 84 befestigt werden soll (Fig.10),werden Löcher 86 durch die Ofendecke in den gleichen Stellungen gebohrt, die die mit Gewinde versehenen Aufhängestangen 42 für das Stütz-

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gitter 46 haben. Für einen Baustein mit Anschlußstiften werden durch die Ofendecke an den entsprechenden richtigen Stellen zwei Durchgangslöcher 88 gebohrt. Der Isolierbaustein wird dann nach oben gegen die Ofendecke 84 so angeordnet, daß die Gewindeverlängerungen der Aufhängestangen (und auch die Anschlußstifte der Heizspule) durch die entsprechenden Löcher hindurchgehen. Auf die sich über die Ofendecke hinausauserstreckenden Gewindeabschnitte werden Muttern 44 aufgesetzt, und der Isolierbaustein aus keramischen Fasern an vier Stellen fest mit der Decke verbunden. Ia Fall der elektrischen Heisspule können die Anschlußstifte dann mit der elektrischen Kraftquelle verbunden werden.

Es ist ersichtlich, daß der Isolierbaustein aus keramischen Fasern mit dem darin eingebetteten Stützgitter und darin eingebetteten elektrischen Heizspulen schnell und leicht an einer Ofendecke befestigt werden kann. Die Ofendecke braucht nicht starr oder stabil zu sein, ehe sie mit den Isolierbausteinen bekleidet wird. Wie dargestellt, kann die Ofendecke aus einem einfachen ßahmenwerk bestehen, das mit der Isolierung das geschlossene Gehäuse bildet. Zur Anwendung können sehr große Keramikbausteine verwendet werden. Es kann wünschenswert sein, eine mögliche Durchbiegung durch Hinzufügung von Keramikstutzenhaltern 92 von üblicher Konstruktion zu begrenzen, wie sie in Fig.3 gezeigt sind.

Der Abstand zwischen benachbarten Bausteinen 32 wird durch zusammengerollten Isolierstoff 100 ausgefüllt. Dieser Isolierstoff dient zum Abschirmen, da sich sonst aus einer Durchgangsverbindung ein Kanal ergeben würde, der einen hohen Wärmeverlust zur Folge hätte. Dieser Isolierstoff ist vorzugsweise aus anorganischem, faserigem Keramikmaterial ausgebildet, Jedoch ohne Bindemittel, wie sie in der flüssigen Aufschlämmung verwendet werden, um die starren Keramikbaufiteine 52 zu binden. Der Isolierstoff ist somit ausreichend flexibel, so daß er leicht in eine dicht zusammengepreßte

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Form gerollt werden kann, wie dies in der Zeichnung gezeigt ist. In gleicher Weise zusammengerollte Isolierstoffe werden zwischen die Seiterikanten der Keramikbausteine in den benachbarten Paneelen eingesetzt.

Die Seitenwandpaneele 26 haben ebenfalls gerollte Isolierstoffe 100 zwischen den benachbarten Bausteinen 32 aus dem gleichen Zweck. Die Seitenwandbausteine können jedoch durch eine abweichende Haltekonstruktion an ihrem Platz gehalten werden. In dem in Fig.3 gezeigten Ausführungsbeispiel umfaßt diese Konstruktion Querträger 102 von im Querschnitt umgekehrter L-Form, die so angeordnet sind, daß die flache horizontale Fläche jedes Querträgers eine Halterung für den unmittelbar darüber angeordneten Baustein bilde t. Halter 104 mit scharf umgebogenen Klauen 106 sind in jeden Baustein eingesetzt. Diese Halter haben auch Federklammern 108, die zur Befestigung der Bausteine in ihren Stellungen Sperrschienen 110 aufnehmen und ergreifen.'

Während die Erfindung an Hand von speziellen Ausführungsbeispielen im einzelnen beschrieben worden ist, sei für den Fachmann bemerkt, daß verschiedene Veränderungen in der Ausführungsform und in Details ausgeführt werden können, ohne daß dadurch der in den Ansprüchen enthaltene Grundgedanke der Erfindung verlassen wird. Beispielsweise können angepaßt an spezielle Anwendungen unterschiedliche Gitterformen verwendet werden. Obwohl das Stützgitter so gezeigt ist, daß es nur für die Deckenbausteine verwendet wird, kann die Gitteranordnung nach Wunsch auch für die Seitenwtmdbausteine verwendet werden.

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Claims (8)

Patentansprüche

1. Industrieofen zur Wärmebehandlung oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paneel eine Anzahl von Isolierbausteinen aus keramischen Fasern hat, daß jeder der Isolierbausteine in seinem Inneren einen Stützrahmen mit einer Mehrzahl von untereinander verbundenen Stangen hat, die in dem Isolierkörper aus keramischer Paser fest eingebettet sind, daß an dem Stützrahmen im Abstand voneinander angeordnete Mittel befestigt sind, die von einer Oberfläche des Isolierkörpers nach außen vorstehen,und daß Mittel an den in Abstand voneinander angeordneten Mitteln für eine Befestigung der Bausteine an dem Ofen angebracht sind.

2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Abstand voneinander angeordneten Mittel mit Gewinde versehene Vorsprünge zur Aufnahme von Muttern haben.

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3- Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die . im Abstand voneinander angeordneten Mittel eine Mehrzahl von Schenkeln haben, die sich im allgemeinen rechtwinklig zu der Oberfläche des Isolierkörpers erstrecken und die von der Fläche zur Bildung von Verlängerungen nach außen vorstehen und daß der Stützrahmen eine Anzahl von Haltestangen hat, die sich zwischen den Schenkeln erstrecken und an jeweils einem Schenkel befestigt sind.

4-. Ofen nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Verlängerungen zur Aufnahme von Muttern mit Gewinde versehen sind.

5. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Abstand befindlichen Mittel vier Schenkel haben, die sich im allgemeinen rechtwinklig zu der Oberfläche des Isolierkörpers erstrecken und die von der Oberfläche zur Bildung von Verlängerungen nach außen vorstehen, und daß der Stützrahmen eine erste Seitenstange hat, die sich zwischen dem ersten und zweiten der Schenkel erstreckt und an diesen befestigt ist, und eine zweite Seitenstange hat, die sich zwischen dem dritten und vierten der Schenkel erstreckt und an diesen befestigt ist, und eine erste Endstange hat, die sich zwischen dem ersten und dritten Schenkel erstreckt und an diesem befestigt ist, sowie eine zweite Endestange hat, die sich zwischen dem zweiten und vierten Schenkel erstreckt und an diesen befestigt ist.

6. Ofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlängerungen zur Aufnahme von Muttern mit Gewinde versehen sind.

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7« Isolierbaustein aus keramischen Pasern zur Verwendung in Industrieöfen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gitter eine Anzahl von untereinander verbundenen Stangen hat, die am Ort in dem Isolierkörper aus keramischen Fasern eingebettet sind,daß das Gitter eine Anzahl von im Abstand voneinander befindlichen Verlängerungen hat, die von einer Oberfläche des Isolierkörpers aus keramischen Fasern nach außen zur Befestigung des Bausteines an einer Ofenwand vorstehen, daß die Verlängerungen an Schenkeln ausgebildet sind, die sich im allgemeinen rechtwinklig zu der Oberfläche des Isolierkörpers erstrecken und zur Aufnahme von Befestigungsmuttern für den Baustein mit Gewinde versehen sind, daß die Stangen eine erste Seitenstange haben, die sich zwischen dem ersten und zweiten der Schenkel erstreckt und an diesen befestigt ist, und eine zweite Seitenstange hat, die sich zwischen dem dritten und vierten der Schenkel erstreckt und an diesem befestigt ist, wobei die ersten und zweiten Seitenstangen innerhalb einer Ebene der Seitenstangen liegen, die im allgemeinen parallel zu der Oberfläche des Isolierkörpers verläuft, und daß die Stangen weiterhin eine erste Endstange haben, die sich zwischen dem ersten und dritten der Schenkel erstreckt und an diesen befestigt ist, sowie eine zweite Endstange hat, die sich zwischen dem zweiten und vierten der Schenkel erstreckt und an diesen befestigt ist, wobei die erste und zweite Endstange innerhalb einer Endstangenebene liegen, die im allgemeinen parallel zu der Oberfläche des Isolierkörpers, jedoch versetzt zu der Seitenstangenebene liegt.

8. Verfahren zur Isolierung einer Ofenwand, gekennzeichnet durch die Schaffung eines Isolierbausteines aus kera-

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mischen Fasern mit einem in einem Isolierkörper aus
keramischen Fasern eingebetteten Stangenrahmen, wobei Verlängerungen des Rahmens von einer Oberfläche des
Isolierkörpers aus Fasern nach außen vorstehen, durch die Schaffung von Löchern in der Ofenwand zur Aufnahme der Verlängerungen, durch die Anordnung des Isolierbausteines aus keramischen Fasern gegen die Ofenwand, wobei die Verlängerungen durch die Löcher vorstehen und durch die Befestigung der Verlängerungen an der Ofenwand auf der Ofenwandseite, die den in Stellung gebrachten Isolierbaustein aus Fasern abgewandt ist.

9· Verfahren zur Isolierung einer Ofenwand nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlängerungen mit Gewinde versehen sind und daß die Verlängerungen an der Ofenwand durch das Aufbringen von Mattern an den Gewindeverlängerungen befestigt werden.

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