DE3317876A1

DE3317876A1 - Stein aus feuerfestem material

Info

Publication number: DE3317876A1
Application number: DE3317876A
Authority: DE
Inventors: Hans-Dieter Dipl.-Ing. 4150 Krefeld Kuchta
Original assignee: Dyko Industriekeramik 4000 Duesseldorf GmbH; Dyko Industriekeramik GmbH
Current assignee: Kuchta Hans-Dieter Dipl-Ing 47802 Krefeld De
Priority date: 1983-05-17
Filing date: 1983-05-17
Publication date: 1984-12-06
Also published as: DE3317876C2

Description

DYKO Industriekeramik GmbH 23

Stein aus feuerfestem Material

Die Erfindung betrifft einen Stein aus feuerfestem l-iaterial für eine Gitterung . von Regenerativkammern von Scnmelzöfen, mit wenigstens zwei Schenkeln, deren Achsen im wesentlichen rechtwinklig angeordnet sind und deren beide Seitenflächen im wesentlichen parallel zu einer Längsachse angeordnet sind.

Es sind be'reits kreuzförmige Steine mit vergleichsweise schmalen Schenkeln vorgeschlagen worden, deren Seitenflächen jeweils im wesentlichen parallel verlaufen. Wird aus derartigen Steinen unter Einsatz von entsprechenden T- und L-forr.iigen Steinen eine Gitterung aus mehreren Lagen aufgebaut, so weisen die von Abgasen bzw. der Verbrennungsluft durchströmten Kanäle weitgehend glatte V/andflachen auf.

/—^ In der DE-AS 29 34 208 ist ein prismatischer Stein aus feuerfestem Material für eine Gitterung eines Glasschmelzofens beschrieben, welcher in seinen unteren ozw. ooeren Beerenzungsflächen korrespondierende Vertiefungen dzw. hrheoungen aufweist. Bei einer aus mehreren Lagen derartiger Steine aufgebauten Gitterung greifen diese Vertiefungen und tirheuungen entsprechend ineinander, so daio eine entsprechende Ausrichtung der einzelnen Steine bzw. Lagen möglich ist. Ferner ergeben sich Schwierigkeiten beim Transport una in der Lagerhaltung, da die Steine ein nicht unerhebliches Bauvolumen aufweisen.

Der Erfindung liegt daher aie Aufgabe zugrunde, Steine der eingangs genannten Art bei einem geringen Hürstellungs- und Kostenaufwand dahingehend zu verbessern, dalu ein guter wäri.ie-

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übergang ermöglicht wird und pro Volurneneinheit eine große Heizfläche erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, α aß die Seitenflächen jedes Schenkels verjüngt zur Schenkelspitze verlaufen, wobei das Verhältnis der freien Schenkellänge zur Mittleren Schenkelbreite zwischen 6:1 und 2:1 beträgt. Ein derartiger Stein zeichnet sich durch eine optimale Wandstärke aus, wobei ein verbesserter Wärmeübergang erreicht wird. Pro •/oluneneinheit ergibt sich eine vergleichsweise große Heizfläche, woDei aufgrund der verjüngten Ausbildung der Schenkel Abrißkanten vorhanden sind. Aufgrund dieser Abrißkanten ergibt sich eine turbulente Strömung, die einen guten Wärmeübergang zur Folge hat. Dies gilt sowohl bei der Erwärmung der Steine durch die heißen Abgase als auch bei der Yiärmeabgabe von den Steinen an die vorbe!strömende Frischluft. Der Kern wird in vorgegebenen .,.Teilbereichen seiner unteren bzw. oberen Begrenzungsfläche von dem Gas umströmt, so daß insoweit ein nicht unwesentlich verbesserter Wärmeübergang erreicht wird. Der Stein gelangt in Re^enerativkammern von jSchmelzöfen, bevorzugt von Glasschmelzöfen, zun Einsatz.

In einer wesentlichen Ausgestaltung liegt das .Verhältnis von freier Schenkellänge zur mittleren Schenkelbreite im Bereich von 4:1 und 3:1. Ein derartiger Stein zeichnet sich durch eine große Heizfläche je Volumeneinheit aus. Ferner ist eine gute Beziehung zwischen Gesaratgewicht und Heizfläche erreicht.

Um eine große Gitterungsstabilität zu erreichen und ferner ein unzulässiges Verdrehen der Steine zu unterbinden, wird ferner vorgeschlagen, daß die Schenkel an ihrer unteren bzw. an inrer oberen Begrenzung3flache jeweils eine Nut bzw. eine Feder aufweisen. Der Abstand der Mitte von Nut bzw. Feder zur Längsachse entspricht der halben Teilung einer Lage der Gitterung, und es ist ersichtlich, daß durch Nut bzw. Feder eine einfache una schnelle nontage ermöglicht: wird. Nut und Feder verlaufen bevorzugt quer zur Längsebene des .Schenkels.

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In einer besonderen Ausgestaltung ist aie Tiefe uer liuc ua einen vorgegebenen Faktor gröber als die Höhe der Feaer. Dieser Paktor ist in jedem FalleVals aas norualerweise vorhandene Spiel zwischen Federoberkante und i4utDoden von zwei übereinandergesetzten Steinen. Der Faktor liegt zweckmäßig im Bereich zwischen 3 und 5, wobei ein Faktor 4 sich als besonders zweckmäßig erwiesen hat. Es sind also in den Schenkeln öffnungen vorhanden, welche auch eine Querströmung von ein era zum anderen Kanal ermöglichen. Eine solche QuerstrÖnung kann sich ausbilden, wenn ein Kanal ganz oder auch teilweise infolge eines Schadens zugesetzt ist.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist die vordere Scnenkel-· länge zwischen der Nutmitte und Spitze eines Schenkels kleiner als der Abstand der Nutmitte zur Längsacnse. Ferner ist die genannte vordere "Schenkellänge größer als der genannte austand abzüglich der halben Schenkelbreite im Bereicn uer Schenkelspl'tze. Hierdurch wird in einfacher Weise sichergestellt, daß bei einer Beschädigung des Schenkels dieser in der Regel von den anderen Schenkeln gehalten werden kann und sich an diesen abstützt. Die Gefahr einer Verstopfung der i\a wird wesentlich verringert. Damit eine derartige Aüü über eine möglichst große Fläche erfolgen Kann, sina im ßereich der Schenkelspitze die Endflächen unter einem winkel in der Größenordnung von 45° bezüglich der Längsebene aes ochenkels angeordnet. Es sei angemerkt, daß in einer Lage der Gitterung die Endflächen der einander zugeordneten Schenkel von verschiedenen Steinen einen entsprechenden Abstand.aufweisen, um Wärmedehnungen gefahrlos aufnehmen zu können. Für den Fall, daß von einem Stein ein Schenkel' abbricht, wird dieser mit der genannten Endfläche an der zugeordneten Endfläche eines anderen Steines zur Anlage kommen und folglich über eine vergleichsweise große Fläche abgestützt werden.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung aesteht der Stein aus einem keramisch gebundenen Material, insbesondere Magnesit, kagnesiumsilikat, Sillimanit, Schamotte oder .-lagnesitcnrom. Derartige Katerialien bieten nicht unwesentlich Vorteile bei eier Herstellung, wobei auch und gerade auf die erfind anlege-

ι labe Abschrägung der Seitenflächen der Schenkel verwiesen

einer mit den erfiridungsgemäioen Steinen aufgebauten Gitterung weist der zwischen jeweils vier Schenkeln und zwei Steinen vorhandene Kanal einen im wesentlichen rautenförmigen Querschnitt auf. Aufgrund aer versetzten Anordnung der Steine von übereinander liegenden La^en sind folglich auch die Hauptachsen der jeweiligen Kanalabschnitte entsprechend versetzt, .lit anderen Worten, die Hauptachsen der in vertikaler Richtung üoereinander folgenden rautenförmigen Kanalabschhitte verlaufen erfindun^sgemäio unter einem Winkel von etwa 90°· Es ist ersichtlich, daß der gesamte Kanal keine glatte wandfläche aufweistj sondern beim übergang von dem einen zum anderen Κanalabschnitt jeweils ADrißkanten vorhanden sind, die eine turbulente Strömung und letztendlich einen verbesserten Wärmeübergang zur ^'olge haben. Erf indungsgemäß v/erden die Kerne der Steine einer.Lage lr.i Übergangsoereich zu der anderen Lage von deren Schenkelenden nur. teilweise abgedeckt. In vorgegebenen Teilbereichen werden also die Kerne von den Schenkelenden der benachbarten Lage frei gelassen mit der Folge, daß insoweit eine Vergrößerung aer Wärmeübergangsflache erreicht wird und ferner eine turbulente Strömung entsteht. Bei gleichem Materialeinsatz wird der Wärmeübergang nicht unwesentlich veroessert.

Weitere erfiridungswesentliche"-Merkmale und Vorteile ergeben ^s ich aus den nachfolgend an Hand der Zeichnung näher erläuterten Ausführungsbeispielen.

Es zeigen:

Pig. 1 scheuatisch eine Aufsicht auf vier kreuzförmige
Steine,

Flg. 2 , 3 eine seitliche Ansicht bzw. eine Aufsicht eines
kreuzförmigen Steines,

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Pig. 4, 5 eine seitlicne Ansicht bzw. Aufsicht eines T-förmigen Steines,

Fig. 6, 7 eine seitliche Ansicht bzw. Aufsicht eines L-förmigen Steines und

Fig. 8 eine explosionsartige Darstellung einer aus mehreren Lagen aufgebauten Gitterung.

Fig. 1 zeigt vier feuerfeste, kreuzförmige Steine 2 einer hier nicht weiter dargestellten Lage einer Gitterung. Die vier Steine sind derart angeordnet, daß jeweils vier Schenkel 4 sternförmig zueinander ausgerichtet sind. Die Längsachsen b der -Sterne 2 stehen senkrecht zur Zeichenebene. Auen die Seitenflächen 8, 10 stehen senkrecht zur Zeichenebene unü sie verlaufen" verjüngt zur Schenkelspitze 12. Die Seitenflächen 8, 10 sind zweckmäßig eben ausgebildet una verlaufen somit konisch verjüngt zur Schenkelspitze 12. Im Rahmen der Erfindung können die Seitenflächen d, 10 aber auch abgewandelte Konturen aufweisen, wie es beispielshaft durcn aie stricnpunktierten Linien 14 angedeutet ist. Wesentlich ist, daii die Schenkelbreite 16 im Bereich des Kernes 18 größer ist als die Schenkelbreite 20 im Bereich der Schenkelspitze 12. Die /-\ Schenkel 4 weisen eine freie Schenkellänge 22 auf, wobei in der Mitte eine mittlere Schenkelbreite 24 gegeben ist. Im Rahmen der Erfindung liegt das Verhältnis der freien Schenkel- - länge 22 zur mittleren Schenkel.breite im Bereich zwischen b:l und 2:1.

In der Zeichnung ist ferner ein weiterer Stein 2b aargestelt, welcher zur einer unterhalb der bisher erwännten Steine 2 befindlichen Lage einer Gitterung gehört, wie ersichtlich, decken die Schenkelspitzen der vier Steine 2 den Kern ües Steines 26 keineswegs vollständig ab, sondern es sind jeweils vier Teilbereiche 28 der Kernoberfläche freigelassen. Aufgrund aer verjüngten Anordnung üer üeitenfläcnen ü, 10 weisen die zwischen den Schenkeln vorhandenen Kanäle 30 einen etwa

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i'.-..at'jnfürni ,=.ii -Yuerscirii tt auf. Jie groioe iiauptacnse 'yd veri<i.uft von ;jcneraceispi tze zu 3ciieru:elspitze. 'Zur \Zeraeutiicnuru-: lot in eiriec: llanal aurch ücnraifur dessen Fläche dargasttit. • •a die Steine aer unteren La.^e entsprechend aera Stein 2o vernetzt angeordnet sind, verlaufen auch die Hauptacnsen der -lortigen r-.anaiaoscimitte in wesentlicnfcn rechtwinkelig zu ■;er hier uargfcsteilten groben Hauptachse 'i'a. Es ist ersinnt— Ll cn., ciäL in Übergangs De reich von der einen su der anderen j'jüijo an uen dort vorhandenen AbrißKanten eine turbulente strömung vorhanden ist, welcne einen guten Wärmeübergang zur iolge hat.

ijie SchcniCel 4 v/eisen im Bereich aer Spitze 12 Endflächen 34 auf, welcne unter einem winkel von 45 Graa bezüglich der ,jängseuene des jeweiligen Schenkels angeordnet sind. Einander ,.e ;eriübe rliegende Endflächen 34 weisen einen vorgegebenen Abstand zueinander auf, damit v/ärraedehnungen gefahrlos aufgenommen werden können und Verspannungen vermieden werden, rails, insbesondere infolge einer überbeanspruchung, ein Schenkel abbrechen sollte, so wird in einfache "Weise durch einen benachbarten Schenkel eine Abstützung erreicht. Die •iefahr einer Verstopfung der Kanäle wird folglich verringert. Grundsätzlich könnten die Schenkelspitzen auch eine abgerundete Kontur aufweisen, wobei uarm allerdings im Schadensfälle auch eine entsprechend kleinere- Auflagefläche vorhanden wäre. Die dargestellten ebenen Endflächen 34 ergeben eine vergleichsweise große Auflagefläche.

Fig. 2 zeigt eine Ansicht eines kreuzförmigen Steines 2_f dessen Schenkel an der unteren bzw. oberen Begrenzungsfläche j6, 38 eine Hut 40 bz//. eine Feder 42 aufweisen. Die Nut 4ü bzw. die Feder 42 weisen zur Längsachse 6 einen Abstand 44 auf. Zwischen der Nutmitte und aer Schenkelspitze ist eine vordere SchenKellänge hG gegeben, die kleiner ist als der Abstand 44.

IjIq genannte vordere Schenkeilänge 4ü ist darüberhinaus größer als Abstand 44 abzüglich halbe Schenkelbreite 20. Es ist ersichtlich, aau aufgrund üieser Dimensionierung die oben erläuterte ,"ustützun;j in ./alle einer Beschädigung eines Steines

COPY OBIGINAl, INSPECTED

gewährleistet wird.

Die Nut 40 v/eist eine Tiefe 50 auf, uie un einen vorgegeuerien faktor größer ist als die iedernone -jd. iiei übereinanuergesetzten Steinen ist also in üen Schenkeln 4 eine Öffnung j 4 vorhanden, die ^täfs. eine Querströmung zu laut. Es sei festgehalten, daß diese öffnung ^4 erfindungsgemäiü größer ist als das bei derartigen Nut- una b'ederver'bindun_oen üulicne cjyiei zum ToIe ranz au s gleich oder dergl. Lei üen genannten öpiei liegt der Faktor etwa in der Größenordnung von 1,2. lirfinaungsgemäß liegt der vorgegebene Faktor bevorzugt im Breien zwischen 3 und 5, wobei ein Paktor im Breich von 4 sicn als besonders günstig erwiesen hat.

Fig. 3 zeigt in einer Aufsicht den kreuzförmigen Stein .jemiliö Fig. 2, wobei hier die vier rechtwinklig angeordneten Schenkel 4 klar zu erkennen sina. Die ebenen Seitenfläcneri υ, 1Ü verlaufen konisch verjüngt zur Schenkelspitze 12. Die auf den oberen Begrenzungsflächen 3Ö bei'indlicnen Feaern 4<£ verlaufen rechtviinklig zu den Schenicelachsen; entsprechendes gilt auch für die in den unteren Begrenzungsflächen bei'indlicnen Nuten. Aufgrund der ineinandergreifenden Nuten und Federn eier Steine benachbarter Lagen wird eine groioe Gitterungsstabilitac gewährleistet und darüberhinaus wird ein Verarenen der oteine weitgehend unterbunden.

Die Figuren 4 und 5 zeigen einen T-föri-iigen Stein 4o mit drei Schenkeln 4. Die Nut 4ü und die Feaern 42 weisen im Hinolici: auf ein Spiel aufeinander abgestimmte Tiefen dzv/. Honen auf. Wie nachfolgend noch zu erläutern ist, Kann ein derartiger 'i¹-förmiger Stein als Seitenstein in einer Gitterung zun Einsatz gelangen. Daher kann im Rannen der Erfindung der in Fi^. D nach unten weisende Schenkel 4 an seiner unteren Begrenzungsfläche eine vergrößerte Mut aufweisen, wiu es oben aijhana von Fig. 2 erläutert iot, Uta eine öffnung für eine Querströmung zu erhalten. Ge¹I¹S. können erfinüungsgemäio aber auch säi.itlicue drei Schenkel 4 eine entsprechend aufweisen.

!■'if,. 6 unu 7 zeilen eine Ausführungsform eines L-f υ riaigen iiteines 5b. Kin derartiger Stein 56 kann in einer Gitterung ulü Eckstein zum Einsatz gelangen. Die Nuten 40 und Federn 42 weisen aufeinander abgestimmte Tiefen bzw. Höhen auf, üamit üei aufe inaride rgesetz te η Steinen das erwähnte Spiel vorhanden iat. Es bedarf keiner besonderen Erwähnung, daß auch ein derartiger L-förmiger Stein 5o eine vergrößerte Nut, ähnlich !'ig. H, aus den oben genannten Gründen aufweisen kann.

Fig. b zeigt eine explosionsartige Darstellung einer CJ it te rung, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit von den einzelnen Lagen nicht so sämtliche Steine dargestellt sind. Von der obersten Lage ist ein L-förmiger Stein 5b zu erkennen, welcher zu den T-förmigen Steinen 48 der darunter befindlichen La._i;je versetzt angeordnet ist. Die weitere Lage weist wiederum als Eckstein einen L-förmigen Stein 56 und als Seitensteine T-fürnige Steine 48 auf. Ferner ist in dieser Lage auch ein kreuzföriiiiger Stein 2 zu erkennen. Es ist ersichtlich, daß eine derart aufgebaute Gitterung eine große Stabilität aufweist. Aufgrund der Nut- und .Federverriegelung der einzelnen Steine ist ein Verdrehen praktisch ausgeschlossen. Schließlich sei hervorgehoben, daß durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Steine eine geringe spezifische Flächenbelastung gegeben ist. Die versetze Anordnung der Steine von Lage zu Lage ergibt in den Übergangsbereichen turbulente Strömungen und es wird ein nicht unwesentlich verbesserter Wärmeübergang erreicht.

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Bezugszeichenliste

2	Stein
4	Schenkel
6	Längsachse
b, ίο	Seitenfläche
12	Schenkelspitze
14	strichpunktierte Linie
16	Schenkelbreite
18	Kern
20	Schenkelbreite
22	freie Schenkellänge
24	mittlere Schenkelbreite
26	weiterer Stein
28	Teilbereicn
30	Kanal
32	grofte Hauptachse
34	Endfläche
36, 38	Begrenzungsfläche
40	Nut
42	Feder
44	Abstand
46	vordere Schenkellänge
48	T-förtniger Stein
50	Nuttiefe
52	Pede rhöhe
54	öffnung
56	L-förmiger Stein

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- Leerseite -

Claims

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Ansprüche

1. Stein aus feuerfestem Material für eine Gitterun^ von Regenerativkammern von Schmelzöfen, mit wenigstens zwei Schenkeln, deren Achsen im wesentlichen rechtwinklig angeordnet sind und deren beide Seitenflächen i::i wesentlichen parallel zu einer Längsachse angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daiö die Seitenflächen (b, 10) jedes Scnenkels (4) verjüngt zur Schenkelspitze (12) verlaufen und daß das Verhältnis von freier Scnenkellange (2 2) zur mittleren Schenkelureite (24) zwischen 6:1 unu 2:1 betraft.

2. Stein nach Anspruch 1, uadurch ^ekennzeicnnet, daio aas genannte Verhältnis zwischen 4:1 und 3-1 betrugt.

3·- Stein nach Anspruch 1 oder 2, daaurcn ^ekennzeicnnet, die Schenkel (4) an ihrer unteren Be^renzungsflache (3o) eine Nut (40) und an der oberen begrenzun»isflacne (5o) eine öeuer (42) aufweisen.

4. Stein nach Ansprruch 3, oadurch ^ekennzeicnnet:, dab uie Muten (40) und Federn (42) quer zu den Acnsen der Scnenkei (4) verlaufen.

5· Stein nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, uaio die Nuttiefe (50) wenigstens urn einen vor^e^ebeneri i· Victor größer ist als die Federhone (52).

6. Stein nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, uaiu aer genannte Faktor im Bereicn zwischen drei und fünf, zweck.iiuji_o bei vier, liegt.

7· Stein nach einem der Ansprüche i bis υ, Uauurch gekennzeichnet, daio an der Sciienicelspi uzu (,1-^) lindfi;, cnen (34) unter einem vJirncol la uer Üruioenorunun^ von 4-j ürdü"

üezü.'jlich üer Längsebene ües Schenkels (4) angeordnet sind.

b. Stein nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch
.jekennzeicnet, daß die vordere Schenkeliänge (46) - zwischen
üer lutte der Nut (40) dzw. der Feder (42) kleiner ist als
der Abstand (44) der genannten Kitte zur Längsachse (6)
and daio die vordere Schenkel länge (46) größer ist als der genannte ADstand (44) abzüglich der Hälfte der Schenkelbreite (20) in Dereich der Schenkelspitze (12).

9. Stein nach einem der Ansprüche 1 bis S₁ dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem keramisch gebundenen Material, insbesondere Magnesit, Magensiunsilikat, Silliraanit, Schamotte o'der Mainesitchrom oesteht.

10. Stein nacn einem· der .Ansprüche 1 bis 9,. dadurch gekennzeichnet, daß er bezüglich der Längsachse (6) rotationssymmetrisch ausgebildet ist und vier Schenkel (4) aufweist.

11. Stein nach einem der Ansprüche 1 Dis 9, dadurch gekennzeichnet, daio er drei rechtwinklig angeordnete Schenkel (4) aufweist.

12. Gitterung von Regenerativkamniern mit Steinen nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen jeweils vier Schenkeln (4) von zwei Steinen (2, 48, 56) vorhandenen Kanäle (30) einen im wesentlichen rautenförmigen Querschnitt' aufweisen.

13. Gitterung mit wenigstens zwei übereinander angeordneten Lagen von Steinen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkelenden (12) der Steine (2, 48, 56) der oberen bzw. unteren Lage jeweils über bzw. unter den Kernen (Ib) der Steine (2, 26) der unteren dzw. ο Deren Lage derart angeordnet sind, daß vorgegeuene Teilbereiche (2Ö) der Steine der unteren bzw. oberen Lage von den Scnenkelenden freigelassen werden.