DE3129383A1 - Feuerfestes bauelement - Google Patents
Feuerfestes bauelementInfo
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Description
' * SJ ♦ « 4 ir
4 -
A 876
Anmelder: M.H. Detrick Co. ltd.
London
London
Feuerfestes Bauelement
Die Erfindung betrifft ein feuerfestes bzw. hochhitzebeständiges
isolierendes Bauelement. Im Speziellen bezweckt die Erfindung die Verstärkung von feuerfesten
■ Bauelementen welcbe aus keramischen Fasern durch Vakuumformung
hergestellt sind und die benötigt werden zur Anbringung auf der äußeren Struktur eines Schmelzofens
wobei sie Teile der feuerfesten Auskleidung dieses Ofens bilden. Solche verstärkte Komponenten können
beispielsweise Module, Brennerblöcke, röhrenförmige Blöcke, Guckloch-und Zugangstürenrahmen sowie Trägerelemente
für elektrische Heizelemente sein.
. - .. ; „■ 3 1 ? 9
- 5 -
Gemäß der Erfindung ist ein feuerfestes Bauelement welches
aus keramischen Fasern vakuumgeformt wird und das an der äußeren Struktur des Schmelzofens angebracht werden
soll (gleichgültig ob es beispielsweise für Gehäuse, Säulen oder Querträger verwendet wird) dadurch gekennzeichnet
daß während des Vakuumformungsprozesses ein oder mehrere Verstärkungselemente eingebettet sind welche
eine steife, offene' Maschenform ■ aufweisen
und in dem Teil des Bauelements angeordnet sind welcher . . ' beim Einbau der Struktur am nächsten liegt
und die in einer Ebene oder in Ebenen im wesentlichen parallel zu dieser Struktur liegen und daß das Bauelement
aus diesem Bereich an der Struktur verankert werden soll, wobei das Verstärkungselement aus einer hitzebeständigen
Metallegierung, - aus feuerfestem Ton oder rekristallisierter Tonerde (Aluminiumoxid) besteht.
In der Praxis hängt die Auswahl des Materials, aus dem das Verstärkungselement geformt wird oder die Verstärkungselemente
geformt werden, vom Gewicht des Bauelementes, von der Temperatur und der chemischen Zusammensetzung
der Schmelzofengase und von den Schwingungen 'ab, die im Schmelzofen während des Betriebs angefacht werden.
Jedes dieser Verstärkungseleraente^welches eine offene
lasche n- form aufweist,und die nachfolgend Verstärkungs-
stücke genannt werden sollen, ist vorzugsweise in dreidimensionaler
Form hergestellt. Dadurch wird die innere Widerstandsfähigkeit des Materials, aus dem die Verstärkung
sstücke hergestellt sind, gegenüber Verbiegen
verbessert. Dies bedeutet zuerst daß während der Formung des Bauelements diese Verstärkungsstücke unter Vakuum
nicht nachgeben und dadurch zurückspringen, wenn das Vakuum weggenommen wird, wodurch das feuchte und
weiche Bauelement verdreht würde, und zweitens daß die Verstärkungsstücke die Punktlast der Verankerungsstellen in eine Belastung über den Bereich des Bauelements
verteilen können, in das die Verstärkungsstücke eingebettet sind, und zwar beides auf Grund der zusätzlichen
Festigkeit, die von der Form ausgeht und von der Vervielfachung
der Ebenen in den Fasern, wo Scherkräfte aufgenommen werden müssen. Diese Formsteifigkeit kann
dadurch vorteilhaft erreicht werden, daß die Verstärkungsstücke mit kanalförmigem, muldenförmigem, bzw. T- oder L-förmigem
Querschnitt hergestellt werden.
Wenn solche Que'Tschnit-tsformen verwendet .werden und wenn
das Bauelement auf der Tragstruktur befestigt ist, wird das Verstärkungselement am besten so angeordnet, daß der
eine Flansch des Kanals oder der Fuß des T- bzw. L-Querschnitts sich entlang der kälteren Kante des Bauelementes
,"j und pnröJiol zu dom Teil dor Struktur orotrookt, mit dom
es verbunden werden soll. Im Falle des kanalförmigen
Querschnittes wird der Steg am zweckmäßigsten annähernd im Mittelhereich der Wand des i3auelementes angeordnet,
so daß der andere Flansch der heißen Fläche der Schmelzofenwand um die Breite des Steges näherliegt.
BeiVerstärkungselementen, die aus hitzebeständigen Metallegierungen
hergestellt sind, ist die Maschenform vorzugsweise rhombusförmig,. wie dies bei Streckmetall
üblicherweise angewendet wird. Bei Verstärkungselementen die aus feuerfestem Material bestehen, können die Maschen
vorteilhaft oval oder rhombusförmig geformt sein. Diese Öffnungsformen werden am meisten bevorzugt, weil bei
ihnen alle Stränge der Maschen in dem Sinne lasttragend sind, daß sie Belastungen widerstehen, welche die Maschen
durch den Körper des Bauelementes hindurchziehen wollen. Demgegenüber trägt bei einer quadratischen Masche, die
parallel zu den Seiten der Quadrate abgeschnitten ist, nur die Hälfte ihrer Stränge.
Die Größe der Öffnungen und die Rauigkeit der Stränge werden von der allgemeinen Länge der Fasern bestimmt,
welche vakuumgeformt werden sollen. Die generelle Faserlänge ihrerseits ist wechselweise von der Größe und der
Empfindlichkeit des Bauelementes bestimmt. Dünne Wände . von kleineren Bauelementen können vorteilhaft aus generell
kurzen Fasern geformt werden, und diese werden
im allgemeinen im Durchlaß kleinere Öffnungen Mlden0
Größere Bauelemente werden generell mit größeren Faserlängen hergestellt, sie erfordern größere Öffnungen der
Maschen„ wenn das Faserwerkstück ohne Hohlräume geformt
werden solle
Die Verstärkung erstreckt sich längs der Wand des Bauelementes, sie nähert sich dabei den Ecken, wo das Ge=-
füge dicker und deshalb fester ist., Es ist jedoch einzusehen,
daß es für gewisse Anwendungen zweckmäßig sein kann9 das Verstärkungselement beim Formen zu biegen und
seine Lage in einer Ecke oder in Ecken des Bauelementes vorzusehen,,
Bei der Anwendung auf vakuumgeformte Brennerblockstücke
aus keramischen Fasern oder Modulen mit Feuerseite9 welehe
grob ausgedrückt, fünfseitige Kästen mit einer offenen
Seite (der kälteren Seite) darstellen und mit vier kleineren Seiten, deren Breite einen Teil der Dicke der
Wand des Ofens bildet, und bei denen die größere, fünfte
Seite die feuerseitige Oberfläche darstellt, kann in
Weiterbildung der oben angegebenen Erfindung vorgesehen sein» daß das weiter oben beschriebene Verstärkungselement
in einer oder in mehreren der vier kleineren Seitenwände, welche rechtwinklig oder nahezu"rechtwinklig zur
feuersei t igen Wand fläche liegen,, und zwar in den oben
angegebenen Lagen,,
In. der Zeichnung ist ein Au 8 führung gb ei spiel der Er==
findung schematise« dargestellt; es neigen
Figur 1 Eine Vorderansicht eines feuer«·
festen Brennerblocks zum Gebrauch in einem Ofen,,, wobei dieser Block
die Merkmale der Erfindung ν er kör·=
-. Figur 2 einen Querschnitt längs der Ebene 2-2 in Fi£Q Is
Figur 3 eine Schnitt- und. Endansicbt auf
die Ebene 3-3 in Figo 1
Figur 4 eine Aus führung form eines in Verbindung mit der Erfindung benutzbaren
Befestigungsstückes oder AnkersQ
Die Zeichnung zeigt einen feuerfesten Brennerblock, der durch Vakuumformtechnik aus keramischen Fasern einstück«
ig geformt worden is'to Diese Vakuumformtechnik besteht
aus dem Einziehen eines wässrigen Breies9 welcher keramische Fasern einer durchschnittlichen Länge9 sowie
Bindemittelρ organisch und anorganisch bzw« beide (Star-.
ke und/oder kolloidale Kieselerde Silica}und manchmal
einen Anteil eines Füllstoffes, wie deines, feinkörniges
Aluminiumoxid enthält,in den Forrahohlraum, wobei die festen
Bestandteile und ein bestimmbarer Betrag der Bindemittel zurückgehalten werden. Diese Mischung wird durch ein
kräftiges Vakuum in eine 'Formausnehmung in Gestalt des
herzustellenden Blocks eingeformt. Das feste Material wird in der Formausnehmung durch Filter zurückgehalten, welche ||
einen Teil der Form bilden, während die flüssigeil Bestand- . UiI Io nun dor Fonimufinohinung iibgqssogou worden.
Der geformte Block hat eine Vorderwand 10 mit einer zentralen Ausnehmung 10a, nach rückwärts sich erstreckende
Seitenwände 11,12,13,14 und eine innere Seitenwand 15 um
die Ausnehmung herum, welche zusammen einen rückseitig offenen Kasten bilden. Beim Gebrauch wird der Block durch
seine Seitenwände auf der Innenseite einer Stahlschmelzofengehäusestruktur (nicht gezeigt) befestigt. Dabei werden
die Seitenwände mit den Seitenwänden anderer- Schmelzofenauskleidungsbauelemente
in solcher Weise dicht verbunden, daß die Vorderwand 10 des Blockes einen Teil der Scbmelzofenkammer
bildet. Zusätzliches feuerfestes und/oder hitzei3olierendes
Material, welches zweckmäßig dazu dienen kann,' um den Temperaturgradienten von der heißen zur kalten Seiie
des Blockes ansteigen zu lassen, kann in den beiden Hohl-ii
räumen untergebracht werden, welche von den Seitenwänden 11,12,13,14 und der ringförmigen Seitenwand 15 eingeschlos-
Ilsen sind. Es wird in seiner Lage durch eine isolierende
rückseitige Abdeckplatte gehalten (in der Zeichnung nicht dargestellt).
Der Brennerblock ist an dem Stahlgehäuse des Schmelzofens
durch Ankerstücke 16 gehalten, von denen eines in Figur 4 dargestellt ist, und das im übrigen in näheren
Einzelheiten in der GB-PS 1 544 407 beschrieben wird. Dieses Ankerstück erstreckt sich nach innen zwischen die
Seitenwände 12 von zwei benachbarten Bauelementen und besitzt
in Gegenrichtung liegende Zahnteile 16a, welche in das weiche Material der beiden Bauelemente eingepreßt
sind. Der rückseitige äußere Endteil 16b des Ankerstücks ist seitlich abgebogen und mit einem Schlitz 16c versehen,
welcher einen Ansatzbolzen übergreift, der mit dem Gehäuse 17 verschweißt ist und wodurch das Ankerstück
(Befestigungsstück) mit diesem Gehäuse verbunden werden kann. Der äußere Endteil 16b kann alternativ und gegebenenfalls
zweckmäßig auch mit dem Gehäuse 17 direkt verschweißt werden. Die inneren Enden des Ankerstücks sind
hinreichend weit nach außen weg von der heißen Vorderwand
10 angeordnetρ 'so daß sie nicht in unannehmbarem Umfang
durch die Temperaturp der sie ausgesetzt sind, geschwächt
werden,
Die Ankerstüoke werden von dem Körper aus keramischen
Fas8TOp welcher swisohen ihren Zähnen und der Schmelz-
ofenkammer angeordnet ist, geschützt und ferner durch
hitzebeständige Abdichtstreifen, welche zwischen den Seitenwänden der Bauelemente angeordnet sind, und sie
werden durch Wärmeleitung durch das Metall zu der Ofengehäusestruktur
gekühlt.
Um die Sicherheit der Befestigung an der Gehäusestruktur zu vergrößern, sind die vier Seitenwände 11
bin 1Ί des dnrpfoatellten Brennerblocks dumb die Einbettung
von festen, hitzebeständigen: Maschenteilen verstärkt. Die Verstärkung in jeder dieser Seitenwände enthält
als Verstärkungselement ein starres Längsstück 18 von kanalförmigem Querschnitt mit einer steifen Maschenanordnung,
die aus einer hitzebeständigen Legierung, aus
rekristallisierter Tonerde (Aluminiumoxid) oder feuerfestem Ton hergestellt ist, und erstreckt sich entlang
der Seitenwand, wobei in diesem Ausführungsbeispiel das
Vorstärkun/ioelemont kurz vor den Eckert des B-lockea endet,
welche naturgemäß fester als die Mittelteile der Seitenwände
sind. Die Breitenabmessung des Stegs 19 des Kanals
erstreckt sich nach innen und nach außen gerich- .
tet, während die beiden Flansch teile 20,21 des Kanals
sich in eine Richtung durch die Dicke der Seitenwand hindurch erstrecken, wobei der Flanschteil 21. des Kanals
an der rückseitigen Kante der Seitenwand liegt, da dieser Flansch 21 dazu benutzt wird, um das Ver- . -
Stärkungselement 18 in der Form während der Herstellung des Bauelementes zu sichern.
Wie in Figur 2 gezeigt, ist die Maschenanordnung von
Rhombus- oder Rautenform, und das Verstärkungselement ist so geschnitten und angeordnet, daß die Längen des
Materials, welche die Maschenöffnungen bestimmen, ge-
: genüber der Innen- und Außenrichtung geneigt sind. Um
die Bildung von Hohlräumen im Bereich des Verstärkungs-
■**;·' element es während des Formprozesses zu vermeiden und
um das Verstärkungselement sicher in die Fasermasse einzubetten, sollen sich die Faserstränge durch die Öffnungen
erstrecken und diese ausfüllen, und zu diesem Zweck erscheint die Anwendung von Maschen mit ziemlich
großen Öffnungen zweckmäßig; je langer die Fasern um so größer sollen die Öffnungen sein. Die Zähne der Ankerstücke
greifen vorzugsweise außerhalb der kanalförmigen Teile ein, jedoch dicht am inneren Flanschteil
20 des Kanals. Wenn die Zähne einen kleinen, kompakten Querschnitt aufweisen, können sie sich auch
durch die Öf"fnungen .im Steg des Verstärkungselementes
hindurch erstrecken.
Die oben angegebene Neigung der Längsteile des hitzebeständigen Materials, welche die Öffnungen bestimmt,
sichert, daß im wesentlichen das gesamte Material des
Kanals zur Verteilung der Belastung dient, die sonst
als von den Zähnen ausgehende Punktkompressionslast über den größeren Teil des Körpers der Wand aufgenommen werden
müßte.
Die Verstärkungselemente können aus feuerfestem Ton oder ähnlichen "billigeren feuerfesten Werkstoffen hergestellt
werden, wenn die Arbeitsbedingungen des Ofens dies erlauben.
Es soll darauf hingewiesen werden, daß die gleiche Methode der Verstärkung für die Wände von Module (Bausteine)
und für andere Bauelemente eines Ofens benutzt werden können, wobei diese Bauelemente aus Fasermaterial in einem
Vakuumformverfahren hergestellt und mit dem Gehäuse des Ofens durch den gleichen allgemeinen Typ von Befestigungselementen verbunden werden, wie dieser im vorangegangenen
beschrieben wurde und wie er in der GB-PS.1 544 407 dargestellt ist.
Es soll darauf hingewiesen werden, daß die Erfindung ferner ein feuerfestes Bauelement angibt, welches aus feuerfestem
Fas erma t er i a1 vakuumge formt ist und als eins tückige s For rastück
einen Trageteil aufweist, mit dem das Bauelement ander Außenseite des Ofens gehalten werden soll. Dieser Trageteil
ist mit einem in ihm eingebetteten Verstärkungselement von steifer offenmasGhiger Form versehen und aus einer
hitzebeständigen Metallegierung, oder aus einem anderen
hitzebeständigen Material, beispielsweise rekristallisierter Tonerde (Aluminiumoxid) oder feuerfestem
Ton, hergestellt. Das Verstärkungselement enthält einen ersten Teil, der sich längs des Trageteils aus
einer Lage außerhalb des "heißen" inneren Endes oder Fläche des Bauelementes in eine Lage im Bereich des
"kalten" oder äußeren Endes bzw. Fläche des Trageteils erstreckt und einen zweiten Teil, welcher mit
dem ersten fest verbunden i3t und der sich quer zum ersten Teil in einer solchen Lage erstreckt, welche
im Abstand sowohl von dem heißen als auch von dem kalten Ende bzw. der entsprechenden Heiß- oder Kaltfläche,
des Bauelementes liegt.
Wenn das Bauelement an dem Gehäuse befestigt ist, erstreckt
sich daher der genannte erste Teil des Verstärkungselementes längs des Trageteils in Richtung auf
das Gehäuse, und: der zweite Teil erstreckt sich in der
Richtung der Dicke dieses Trageteils und liegt vorzugsweise im allgemeinen parallel zu dem benachbarten Teil
der inneren Oberfläche des Ofens.
Die Bezeichnung "Viand" bzw. "Wandteil", wie sie in der vorangehenden Beschreibung in Bezug auf einen Ofen benutzt
wird, soll selbstverständlich auch Deckenteile und Bodenteile des Ofens zusätzlich zu den Seitenwänden
einschließen. Das feuerfeste Bauelement kann außer bei Öfen verschiedener Art auch bei anderen ähnlichen
Bauteilen, z.B. bei Gießpfannen, verwendet werden.
Leerseite
Claims (9)
1. Feuerfestes Bauelement, welches aus keramischen Fasern vakuumgeformt ist und an der äußeren Struktur
eines Ofens (beispielsweise Gehäuse, Pfeiler oder . *** Träger) befestigt werden soll, dadurch g e kennzeichnet,
daß während des Vakuumformungsvorgangs ein oder mehrere VerStärkungselemente
(18) von steifer offenmascbiger Form in.dem
Bereich des Bauelementes eingebettet sind, welcher schließlich beim Einbau der Struktur am nächsten
liegt und die in einer Ebene oder in Ebenen im we- »
sentlichen parallel zu dieser Struktur liegen, und |_
* daß das Bauelement aus diesem Bereich an der
Struktur verankert werden soll, wobei das Verstärkungselement (18) aus einer hi tz.eb es tändigen Me-IS
tallegierung, aus feuerfestem Ton oder aus rekristallisierter
Tonerde (Aluminiumoxid) besteht.
2e Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der offenmaschigen
Verstärkungselemente (18) eine dreidiraensionale Gestalt aufweist.
3. Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungselement oder die Verstärkungselemente (18) kanalförmigen
Querschnitt aufweisen, wobei sich die beiden Seitenflanschteile (20,21) des Kanals parallel
zur Ebene der Kaltfläche des Bauelementes erstrecken.
4. Bauelement nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß einer der genannten
Seitenflanschteile (21) im wesentlichen in der Kaltfläche des Bauelementes liegt.
5. Bauelement nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das Verstärkungselement oder die Verstärkungselemente T-förmigen
Querschnitt aufweisen, wobei der Fuß des Quer-
< Schnitts im wesentlichen in der kälteren Fläche
des Bauelementes und der Querträger des Quer
schnitts parallel zu der Ebene der Kaltfläche des Bauelementes liegen.
6. Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungselement
oder die Verstärkungselemente L-förmigen
Querschnitt aufweisen, wobei der eine der beiden Stränge des Querschnitts im wesentlichen
in der Ebene der Kaltfläche des Bauelementes liegt,
\ v
und daß der andere Strang zu dieser Kaltfläche aufragt
und mit seiner freien Kante im wesentlichen in der kälteren Fläche des Bauelementes liegt.
7. . Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungselement oder die Verstärkungselemente
(18) rhombusförmige Maschen aufweisen.
8. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungselement oder die Verstärkungselemente
ovale Maschen aufweisen.
9. Bauelement nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet,
daß das Bauelement hohle, * rechteckige Kastenform aufweist, die an einer Seite „
(der Kaltfläche) offen ist, mit einer Vorderwand . (10) welche die heiße Seite bildet, sowie mit vier
sich nach rückwärts erstreckenden Seitenwänden (11,12,13,14) in denen ein Verstärkungselement.(18)
eingebettet ist, welches rhombusförmige Maschen und.
einen rechtwinkeligen Kanalquerscbnitt aufweist, wobei ein Seitenflansch (21) im wesentlichen in der
Ebene der Kaltfläche liegt, und bei dem sich der andere Seitenflansch (20) des Kanals parallel zur'
Kaltfläche erstreckt, und daß der Steg des Kanalsim wesentlichen im Zentrum der Dicke der genannten
Seitenwände (11,12,13,14) liegt.
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