DE3909509A1 - Schmelzofen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schmelzofen oder eine ähnliche Vorrichtung in Form einer Stahlkonstruktion mit einer feuer­ festen Auskleidung.

Die erfindungsgemäße Ausbildung ist eine Folge der Schwierig­ keiten, die in Verbindung mit Schmelzöfen für Aluminium und andere Materialien auftreten. Derartige Schmelzöfen bestehen gegenwärtig aus üblichem Stahl, der mit einem feuerfesten Material ausgekleidet ist.

Ein typischer Schmelzofen hat eine Länge von annähernd 8 m, eine Breite von annähernd 5 m und eine Höhe von annähernd 1,5 m. Derartige Schmelzöfen werden aus üblichem Blechmaterial St. (DIN) 42 oder St. (DIN) 52-3 geschweißt. Die Öfen sind mit einer Innenauskleidung aus einem feuerfesten Material ver­ sehen.

Das Gewicht des Aluminiums und der feuerfesten Auskleidung, das der Ofen trägt, beträgt bis zu 50 bis 80 Tonnen. Die Last des Aluminiums und der Auskleidung wird durch die Stahl­ konstruktion des Ofens aufgefangen, der somit hohen Biegebe­ anspruchungen ausgesetzt ist. Während des Betriebes ist das Stahlmaterial des Ofens hohen Temperaturbelastungen ausge­ setzt. Die Temperaturen variieren von annähernd 200°C bis 400°C. Mit der Zeit wird die isolierende Auskleidung beschä­ digt und wird das Stahlmaterial einer höheren Wärmebelastung ausgesetzt. Die Konstruktion, die wie erwähnt aus gewöhnlichem Stahlmaterial besteht, wird bei annähernd 200°C ihre Stabili­ tät verlieren, nachgeben und Schlagseite bekommen, was zu einem Bruch und einer Zerstörung des feuerfesten Auskleidungs­ materials führt.

Wenn es verhindert werden kann, daß der Ofen seine Form verliert, kann die Lebensdauer des Ofens und seiner Aus­ kleidung verlängert werden. Das würde zu weniger Unterbre­ chungen durch den Austausch der Öfen und zu geringeren Kosten zum Ausbessern und Erneuern der Öfen führen.

Durch die Erfindung wird daher ein Schmelzofen oder eine ähnliche Vorrichtung mit einer Stützkonstruktion aus wärme­ beständigem Stahl mit einem Mantel aus gewöhnlichem Stahl geschaffen, der mit dem wärmebeständigen Stahl verbunden ist und mit der feuerfesten Auskleidung in Kontakt steht.

Unter einem wärmebeständigen Stahl ist ein wärmebeständiges Material zu verstehen, das seine Festigkeit bis zu einer Temperatur beibehält, die über der Temperatur liegt, der das Stahlmaterial des Ofens ausgesetzt ist.

Die Halte- oder Stützkonstruktion kann aus den Bauteilen eines geeigneten Kastens bestehen, die primär durch die kon­ tinuierliche Wärmebelastung weich werden würden. Eine äußere umgebende, stützende und tragende Konstruktion kann dann wie bisher aus Stahl üblicher Güte hergestellt werden, wobei diese äußeren Konstruktionen in einem derartigen Abstand von der Schmelze angeordnet sind, daß ein negativer Einfluß aus der Wärmebelastung im wesentlichen vermieden wird.

Der erfindungsgemäße Schmelzofen mit dem oben beschriebenen Aufbau wird seine Form länger beibehalten als es bisher üblich ist. Wenn die feuerfeste Auskleidung beschädigt werden sollte, ist es möglich, die Verkleidung an dieser Stelle auszubessern, ohne daß der Ofen in eine Werkstatt zum Ausbessern bewegt wer­ den muß, da die Form des Ofens nicht beschädigt wird. Das würde zu kürzeren Unterbrechungen bei der Herstellung von Aluminium und zu stark verringerten Kosten in Verbindung mit der Ausbesserung der Öfen und den Bau von neuen Öfen führen.

Das wesentliche Merkmal der Erfindung besteht somit darin, daß diejenigen Teile des Ofens, die den Biegemomenten auf­ grund des Gewichtes des Aluminiums und der Auskleidung aus­ gesetzt sind, sowie einem Wärmeaustausch unterliegen, aus wärmefesten Materialien bestehen, die ihre Stabilität bis zu einer Temperatur beibehalten, die über der Temperatur liegt, der der Ofen ausgesetzt ist.

Gemäß der Erfindung wird üblicher Stahl (St. 42 oder St. 52-3), wie er gegenwärtig für einen typischen Ofen verwandt wird, nur als Mantel im Ofen verwandt, um das Aluminium im Inneren des Ofens zu halten und für eine Kontaktfläche für die feuer­ feste Auskleidung zu sorgen. In dieser Funktion wird der üb­ liche Stahl nur unbedeutenden Belastungen (nur dem Druck vom Aluminium und der Auskleidung) ausgesetzt, da dieses Stahl­ material nichts mit der Konstruktion zu tun hat, die den Ofen stützt und die Form des Ofens beibehält.

Die benutzten beiden Stahlarten mit verschiedener Güte sind verschweißbar und können somit in geeigneter Weise verschweißt werden.

Die erfindungsgemäße Ausbildung wurde im obigen in Verbindung mit einem Ofen für eine Aluminiumschmelzanlage beschrieben, ähnliche Probleme können jedoch auch bei Schmelzanlagen für andere Materialien auftreten. Wenn angegeben ist, daß die Stützkonstruktion des Ofens aus einem wärmebeständigen Stahl bestehen soll, sind auch Äquivalente, beispielsweise Konstruk­ tionsmaterialien mit Eigenschaften, die denjenigen eines wärme­ beständigen Stahls entsprechen, und üblicher Stahl jeweils eingeschlossen, wesentlich ist gemäß der Erfindung der zu­ sammengesetzte Aufbau oder Verbundaufbau des Ofens.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Ausführungs­ beispiels des erfindungsgemäßen Ofens,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Ofen,

Fig. 3 eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungs­ beispiels des erfindungsgemäßen Ofens,

Fig. 4 eine Draufsicht auf den in Fig. 3 dargestellten Ofen, und

Fig. 5 eine Schnittansicht längs der Linie V-V in Fig. 4.

Aus den Fig. 1 und 2 ist ersichtlich, daß der dargestellte Schmelzofen 1 eine Halte- oder Stützkonstruktion 2 aus wärme­ beständigem Stahl aufweist. Bei diesem Ausführungsbeispiel hat die Halte- oder Stützkonstruktion einen Fachwerkaufbau. Der Ofen umfaßt eine Hülle aus gewöhnlichem Stahl. Die Hülle ist mit 3 bezeichnet. Die Hülle 3 bildet die Halteunterlage für eine nicht dargestellte feuerfeste Auskleidung.

Die Fig. 1 und 2 zeigen nur den Ofenkasten, die restliche äußere Trag- und Stützkonstruktion ist nicht dargestellt.

In den Fig. 3 bis 5 ist ein Ausführungsbeispiel eines Schmelzofens mit dem eigentlichen Ofen oder Kasten und einer äußeren Trag- oder Stützkonstruktion dargestellt. Die feuer­ feste Auskleidung des Ofens ist in den Fig. 3 und 4 nicht und in Fig. 5 nur schematisch dargestellt.

Der in den Fig. 3 bis 5 dargestellte Schmelzofen 4 besteht aus einer Hülle oder einem Mantel 5 aus gewöhnlichem Stahl. Der Mantel 5 bildet einen Boden und Seitenwände des Ofen­ kastens und liefert die Kontaktfläche für die feuerfeste Aus­ kleidung 6, die nur in Fig. 5 dargestellt ist. Wie es insbe­ sondere in Fig. 3 dargestellt ist, ist der Mantel 5 in einer horizontalen Ebene unterteilt (Nahtlinie 7). Das hat nur praktische Gründe. Außen ist der Mantel 5 durch horizontal verlaufende Flansche 8, 9, 10 und 11 verstärkt. Die Flan­ sche 9 und 10 sind durch nicht dargestellte Bolzen mitein­ ander verbunden, so daß beide Mantelteile zur Bildung des dargestellten Mantels 5 zusammengehalten sind.

Der Teil des Mantels 5, der den Boden des Behälters bildet, sitzt auf einer Vielzahl von Doppel-T-Trägern 12. Die Träger 12 sitzen ihrerseits auf starken Stütz-H-Trägern 13. Die Flansche 8, 9, 10 und 11 sind an starken Stahlständern 14 gehalten.

Der Aufbau der Halteträger 13 und 14 ist nicht im einzelnen dargestellt. Diese Bauteile bilden einen Teil der sogenann­ ten äußeren Stütz- und Tragkonstruktion und bestehen aus gewöhnlichem Stahl, aus dem auch der Mantel 5 besteht. Die Ofenstützkonstruktion umfaßt nur die Flansche 8, 9, 10 und 11 und die Doppel-T-Träger 12, die somit aus einem geeigneten wärmefesten Stahlmaterial bestehen. Diese Bauteile sind einem Wärmeaustausch ausgesetzt, da sie den hohen Temperatu­ ren für eine lange Zeitdauer von mehreren Jahren ausgesetzt sind.

Ein typischer bekannter Ofen für Aluminium besteht gegen­ wärtig aus Stahl mit der St. 37-2. Das Innere des Ofens ist mit einem feuerfesten Material ausgekleidet, das auch gegen­ über der Wärmeübertragung von der Aluminiumschmelze auf die Stahlkonstruktion isoliert. Die Wärmeübertragung wird örtlich im Ofen variieren.

Am Boden wird die Temperatur des Stahls zwischen 180° und 200°C betragen. An den unteren Teilen der Wände wird die Stahltempe­ ratur zwischen 180° und 250°C liegen, wohingegen die Stahl­ temperatur an den oberen Teilen 220°C bis 280°C betragen wird.

Das sind normale Temperaturen im Ofen für die Lebensdauer des Ofens von beispielsweise ununterbrochen rund um die Uhr 3 bis 4 Jahre.

Wie es oben beschrieben wurde, wird die Konstruktion, die die Last der Aluminiumschmelze und der feuerfesten Auskleidung aufnimmt, nachgeben und Schlagseite bekommen, da Stahl mit der Güte St. 32-7 seine Stabilität verliert, wenn er lange Zeit Temperaturen von über 200°C bis 250°C ausgesetzt ist.

Diese Schwierigkeit wird gemäß der Erfindung dadurch beseitigt, daß wärmebeständiger Stahl benutzt wird, der mit Stahl der Güte St. 32-2 verschweißbar ist. Ein derartiger wärmefester Stahl muß seine Stabilität bei Temperaturen von bis zu 350° bis 450°C beibehalten.

Verwendbare wärmebeständige Stahlsorten finden sich in der Norm DIN 17155. Ein auf dem Markt erhältlicher wärmebeständiger Stahl ist Avesta 253 MA.

Versuche haben gezeigt, daß Stahl mit der Güte St. 37-2 seine Stabilität (Lastaufnahmefähigkeit) drastischer verliert als es bei wärmebeständigem Stahl der Fall ist, wenn er einer Langzeiterwärmung ausgesetzt ist.

Die Stabilität der Stahlsorten St. 37-2 und St. 50-3 bezieht sich normalerweise auf eine Kurzzeiterwärmung von 1 bis 2 Stunden, wie es in einer Brandsituation der Fall ist, so daß die Informationstabellen den Eindruck erwecken, daß derartiger Stahl selbst bei Temperaturen von bis zu 300°C nicht wesent­ lich nachgibt. Praktische Erfahrungen haben jedoch gezeigt, daß eine Langzeiterwärmung einen Stahl beträchtlich schwächen wird, und daß eine Langzeiterwärmung bei einer Temperatur von 300°C dazu führen wird, daß der Stahl praktisch keinen Durch­ biegewiderstand hat.

Claims (2)

1. Schmelzofen oder ähnliche Vorrichtung in Form einer Stahlkonstruktion mit einer feuerfesten Auskleidung gekennzeichnet durch eine Stützkonstruktion (2, 8, 9, 10, 11, 12) aus einem wärmebeständigen Stahl und einen inneren Mantel (3, 5) aus gewöhnlichem Stahl, der mit der feuerfesten Auskleidung in Kontakt steht.

2. Schmelzofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützkonstruktion eine Fachwerkkonstruktion (2) ist.