DE4416022C2 - Armierungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Armierungssystem für monolithische, feuerfeste, keramische Auskleidungen insbesondere in einem metallurgischen Gefäß, einer chemischen Anlage oder einer Verbrennungskammer.

Ohne den Anwendungsbereich der Erfindung zu beschränken, werden der Stand der Technik und die Erfindung nachstehend anhand eines Armierungsankers (Armierungsmittels) zur Armierung einer Verbrennungskammer im Bereich der Petro­ chemie näher beschrieben.

Feuerfeste monolithische Auskleidungen haben gegenüber einer Zustellung mittels Formatsteinen den Vorteil, daß sie schnell und leicht aufbringbar sind, und zwar weitestgehend unabhängig von den lokalen geometrischen Vorgaben. Ebenso können schadhafte Stellen leicht ausgebessert werden.

Nachteilig ist, daß die Haftung zur Gefäß-Außenwand ein großes Problem darstellt. Insbesondere unter Temperatur­ belastung kommt es zu unterschiedlichen Wärmedehnungen des meist metallischen Gehäuses und der feuerfesten Auskleidung und damit zu Bewegungen im Kontaktbereich Feuerfest/Gehäuse. Die Folge sind Scherspannungen, die so groß werden können, daß die feuerfeste Auskleidung zusammenbricht.

Insbesondere dann, wenn zwischen dem Gehäuse und der feuer­ festen Auskleidung eine Isolierschicht (zum Beispiel Faser­ matte) angeordnet wird, ergeben sich Probleme hinsichtlich der Stabilität der feuerfesten Auskleidung.

Entsprechend hat es nicht an Versuchen gefehlt, die feuer­ feste Auskleidung über entsprechende Armierungen zu stabi­ lisieren.

Bekannt sind wabenartige Roste, die auf der Innenwand des Gehäuses zum Beispiel durch Schweißung befestigt werden, wobei die Waben mit dem Feuerfestmaterial gefüllt werden. Nachteilig bei diesem System ist, daß dich mechanische Spannungen durch den ganzen Rost fortpflanzen.

Man ist deshalb dazu übergegangen, anstelle großflächiger Roste diskrete Armierungsanker einzusetzen. Im einfachsten Fall sind diese nach Art von "Flügelschrauben" aufgebaut und werden an der Innenwand des Gehäuses angeschweißt.

Es sind zahlreiche andere Systeme bekannt, beispielsweise das nach der EP 0 530 895 A1.

Ein anderes System beschreibt die GB 2 164 132 A (Plibrico) Hierbei handelt es sich im wesentlichen um Ringsegmente, die ebenfalls auf die zu beschichtende Innenwand aufgeschweißt werden.

Aus der DE 32 22 755 C2 ist ein Armierungsanker bekannt, der einen U-förmigen Basisschenkel aufweist. Dieser Basisschenkel wird auf einem Metallträger befestigt, der aus zwei Platten besteht, die durch einen Bolzen im Abstand zueinander gehalten werden (Doppel-T). Zur Konfektionierung wird der U-förmige Schenkel auf den Bolzen geschoben und zwischen den Platten fixiert. Die gesamte Einrichtung kann über einen umfangsseitigen Kunststoffring abgedeckt werden.

Aus der DE 32 09 607 C1 ist ein Armierungsanker bekannt, bei dem ein U-förmiger Ankerabschnitt durch Haltemittel klemmend gehalten wird. Die GB 2,233,079 A beschreibt einen Armierungsanker, der auf einem Gewindestift befestigt wird.

Alle vorgenannten Systeme haben den Nachteil, daß die Anker entweder gar nicht oder nur bedingt beweglich sind. Entweder werden sie direkt starr auf der Gefäßwand montiert oder - wie der Didier-Anker - zwischen zwei Metallplatten arretiert. Thermische Dehnungen/Kontraktionen können dabei allenfalls in einer Ebene kompensiert werden.

Gerade bei Hochtemperaturanwendungen kommt es jedoch - wie dargestellt - zu erheblichen Relativverschiebungen zwischen dem Gehäuse und der feuerfesten Ausmauerung aufgrund thermischer Längenänderungen.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen und ein Armie­ rungssystem zur Verfügung stellen, dessen Armierungsanker in weiten Bereichen und allen Richtungen des Koordinatensystems eine Beweglichkeit erlaubt, ohne die Armierungsfunktion zu beeinträchtigen.

Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, daß der Armierungsanker (einschließlich seiner Haltemittel) so ge­ staltet sein muß, daß er zur Positionierung (bei der Mon­ tage) sicher in der gewünschten Ausrichtung in den Halte­ mitteln gehalten beziehungsweise geführt wird. Dabei sind die Haltemittel jedoch so gestaltet, daß sie unter Tempera­ tureinfluß ausbrennen und somit für den Armierungsanker einen "Bewegungsraum" schaffen, entlang dem der Anker im Fall thermischer/mechanischer Spannungen "wandern" kann.

Da das Ausbrennen einzelner Abschnitte der Haltemittel erst nach Aufbringen der monolithischen Auskleidung erfolgen kann, sieht der Erfindungsgedanke ferner vor, die Halte­ mittel nach der Montage des Ankers mit einer Kappe abzu­ decken, so daß der Haltebereich für den Anker frei von Feuerfestmaterial bleibt, wodurch gleichzeitig ein weiterer "Bewegungsraum" für den Anker geschaffen werden kann.

Demzufolge ist der Anker - nach dem Ausbrennen der genannten Teile - im Bereich der Haltemittel frei bewegbar, wobei die Haltemittel auf einem Bolzen befestigt sind, der seinerseits auf beliebige Art und Weise an der Gehäusewand befestigt werden kann, beispielsweise durch Schweißen, Schrauben oder dergleichen.

In ihrer allgemeinsten Ausführungsform betrifft die Erfin­ dung einen Armierungsanker mit den Merkmalen des Anspruches 1.

Je nachdem, ob der Anker unmittelbar wandseitig oder im Ab­ stand zur Wand mit seinem U-förmigen Schenkel befestigt werden soll, ergeben sich nicht nur unterschiedliche Längen für den Bolzen, sondern gegebenenfalls auch unterschiedliche Ausführungsformen für die Haltemittel.

Im Fall einer unmittelbaren wandseitigen Montage kann nämlich das wandseitige Haltemittel von der Wand selbst gebildet werden. In diesem Fall ist es nur noch notwendig, das ausbrennbare Haltemittel, vorzugsweise unmittelbar auf der Wand und im Abstand dazu ein weiteres (nicht aus­ brennbares) Haltemittel auf dem Bolzen vorzusehen, so daß der Anker mit seinem U-förmigen Schenkel zwischen dem aus­ brennbaren Teil (Haltemittel) und dem weiteren, nicht ausbrennbaren Haltemittel positioniert werden kann.

Nach der Montage wird nur noch die Kappe aufgesetzt, die selbstverständlich im Bereich der Ankerschenkel entsprechen­ de Aussparungen aufweist.

Für den Fall, daß die Haltemittel beabstandet zur wandsei­ tigen Befestigung des Bolzens angeordnet werden sollen, wer­ den zwei, nicht ausbrennbare Haltemittel im Abstand zuein­ ander angeordnet und ein weiteres, ausbrennbares Teil (Haltemittel) zwischen beide gelegt, so daß der Anker mit seinem U-förmigen Schenkel wiederum zwischen dem ausbrennbaren Teil und einer korrespondierenden Halteplatte fixiert werden kann. Auch in diesem Fall wird anschließend die Gesamtheit der Haltemittel wieder über eine Kappe abgedeckt.

Die Kappe und das (vorzugsweise wandseitig abstützende) ausbrennbare Haltemittel können aus demselben Material, beispielsweise einem Kunststoff bestehen. Da beide Teile nur temporäre Funktionen zu erfüllen haben, können preiswerte und/oder recycelte Qualitäten Anwendung finden.

Beide Teile können aus demselben Material bestehen und materialschlüssig miteinander verbunden sein. Im einfachsten Fall ist die Kappe dazu über einen entsprechenden Steg mit dem ausbrennbaren (Teil der) Haltemittel verbunden. Dies hat den Vorteil, daß die Kappe bei der Montage nicht verloren­ gehen kann. Der Monteur kann die Kappe nach der Montage leicht auf die Haltemittel aufsetzen.

Die Form, Größe und Materialauswahl für die Haltemittel ist grundsätzlich im Rahmen der eingangs genannten Vorgaben beliebig. Soweit nachstehend von "Scheiben" gesprochen wird, so umfaßt dieser Begriff alle Arten von "plattenförmigen" Haltemitteln, aber auch rohr- oder buchsenartige Körper, soweit diese zur Aufnahme und Festlegung des Ankers bei der Montage geeignet sind.

Im einfachsten Fall wird es sich um runde Scheiben handeln. Die untere (wandseitige) Scheibe kann dabei auf einem radialen Außenkragen des Bolzens oder radial vorstehenden Stiften aufliegen. Anschließend wird das ausbrennbare Haltemittel, das beispielsweise nach Art eines "Kragens" gestaltet sein kann, auf die wandseitige Scheibe aufgesetzt, danach der U-förmige Schenkel des Ankers auf den Bolzen auf­ geschoben und schließlich eine weitere Scheibe und eine Mutter aufgesetzt, wozu der Bolzen am freien Ende ein Außen­ gewinde aufweist. Mit Hilfe der Mutter kann die gesamte Einrichtung so verspannt werden, daß der Anker sicher zwi­ schen den Scheiben beziehungsweise dem ausbrennbaren Kragen einliegt und gehalten wird.

Ebenso ist es aber auch möglich, die Scheiben mit einem radialen Schlitz auszubilden und über entsprechende Schlitze am Außenumfang des Bolzens auf den Bolzen aufzuschieben.

Die Erfindung ist weder auf die eine noch die andere Aus­ führungsform der Haltemittel beschränkt. Vielmehr stehen dem Fachmann aus dem allgemeinen Maschinenbau eine Vielzahl weiterer Ver­ bindungsmöglichkeiten zur Verfügung, ohne den Erfindungs­ gedanken zu verlassen.

Die Positionierung des Ankers wird weiter optimiert, wenn insbesondere der ausbrennbare Teil der Haltemittel eine korrespondierende U-förmige Vertiefung auf seiner Oberfläche aufweist, so daß der U-förmige Schenkel des Ankers hier ein­ gelegt und ausgerichtet werden kann.

Ganz wesentlich für den Erfindungsgedanken ist, daß der gesamte Verbindungsbereich zwischen Anker und Haltemitteln mit Hilfe der genannten Kappe vor dem Vergießen mit Masse abgedeckt werden kann und diese Kappe, zusammen mit dem ausbrennbaren Haltemittel, anschließend durch Temperatur­ erhöhung entfernt wird, so daß zwischen den Haltemitteln ein von feuerfester Masse oder anderen Materialien freier Raum entsteht, in dem der Anker eine freie Bewegbarkeit im Fall thermischer oder mechanischer Spannungen in allen Richtungen des Koordinatensystems ausüben kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungs­ beispieles näher erläutert.

Dabei zeigen

Fig. 1 - in schematisierter Darstellung - einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Armierungsanker und Fig. 2 eine Seitenansicht eines Ankers.

Mit dem Bezugszeichen 10 ist eine Wand eines Gefäßes darge­ stellt, auf die innenseitig (Innenfläche 10i) eine kera­ mische feuerfeste Masse als Schutzschicht aufgebracht werden soll.

Ein Bolzen 12 ist auf die Innenfläche 10i der Wand 10 auf­ geschweißt (Schweißnaht 14). Der Bolzen 12 weist an seinem freien Ende ein Außengewinde 12a auf.

Bei der Montage wird nach der Befestigung des Bolzens 12 zunächst ein Kunststoffkragen 16 auf den Bolzen 12 aufge­ schoben, dessen Innendurchmesser etwas größer als der Außen­ durchmesser des Bolzens 12 ist und der an seinem wandseiti­ gen Ende einen umlaufenden Flansch 16f aufweist. Wie die Figur zeigt, liegt der Kragen 16 mit dem Flansch 16f auf der Innenfläche 10i der Wand 10 auf.

Die Breite des Flansches 10f ist so gewählt, daß der Flansch 10f ohne weiteres einen U-förmigen Schenkel 18u eines Ankers 18 aufnehmen kann, der als nächstes seitlich (also senkrecht zur Mittenlängsachse M des Bolzens 12) auf den Kragen 16 aufgeschoben wird.

Die Figuren zeigen, daß die beiden freien Enden 18e des Ankers 18, ausgehend vom U-förmigen Schenkel 18u, nach oben abgewinkelt sind, so daß sie später in der feuerfesten Masse einliegen.

Als nächstes wird eine metallische Kreisringscheibe 20 auf den Bolzen 12 aufgesetzt, die auf der oberen Stirnfläche 16s des Kragens 16 aufliegt und danach mit Hilfe einer Mutter 22 in Richtung auf die Wand 10 verschoben wird, bis der U-för­ mige Schenkel 18u des Ankers 18 sicher und ortsfest zwischen der Scheibe 20 und dem Flansch 16f des Kragens 16 festgelegt ist.

In jeder Position ist der Anker 18 nur mit Gewalt zu bewegen.

An einem Ende des Flansches 16f des Kragens 16 ist ein Streifen 24s angeformt, an dessen anderem Ende eine Kunst­ stoffkappe 24 materialschlüssig befestigt ist.

Nach der zuvor beschriebenen Montage wird die Kappe 24 auf die gesamte Einrichtung gestülpt, wie dies in der Figur dargestellt ist. Selbstverständlich weist die Kappe 24 dazu zwei "torartige" Aussparungen 24a auf, korrespondierend zu den Armen 18e des Ankers 18.

In der aufgesteckten Position deckt die Kappe 24 - wie die Figur zeigt - den Bolzen 12, die Mutter 22, die Scheibe 20, den U-förmigen Abschnitt 18u des Ankers 18 und den Kragen 16 vollständig ab.

Nachdem eine Vielzahl von Ankern der beschriebenen Art auf die genannte Art und Weise an der Wand 10 befestigt worden sind, kann die monolithische feuerfeste Beschichtung aufge­ bracht werden. Durch die Kappe 24 bleibt der Bereich unter der Kappe 24 frei von Feuerfestmaterial.

Kommt es nach der Inbetriebnahme zu einer thermischen Belastung des Feuerfestmaterials, so führt dies zu einem entsprechenden Temperaturgefälle von der Innenseite zur Außenseite (Wand 10). Sobald im Bereich der Kappe 24 beziehungsweise des Kragens 16 die Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur dieser Teile liegt, schmelzen diese auf. Gleichzeitig verliert der U-förmige Abschnitt 18u des Ankers 18 seine Unterstützung durch den Kragen 16. Es ist offen­ sichtlich, daß der Anker 18 anschließend innerhalb des Raumes zwischen der Scheibe 20 und der Wand 10 Bewegungen in allen Richtungen des Koordinatensystems innerhalb des ge­ bildeten Freiraums 30 folgen kann, so daß thermische/ mechanische Spannungen zwischen feuerfester Auskleidung und Wand 10 nunmehr durch die Anker 18 kompensiert werden können und nicht mehr zu einer Rißbildung innerhalb des Feuerfest­ materials führen.

Durch die Kappe 24 wird sichergestellt, daß der Anker 18 auch umfangsseitig im Bereich des U-förmigen Schenkels 18u nicht mit Feuerfestmasse in Kontakt kommt und insoweit der gesamte Bereich unterhalb der Kappe von Feuerfestmaterial frei bleibt.

Claims (10)

1. Armierungssystem für monolithische, feuerfeste, keramische Auskleidungen mit folgenden Merkmalen:

• 1.1 einem Armierungsanker (18) mit einem U-förmig gestalteten Abschnitt (18u) und zwei freien Enden (18e), die sich abgewinkelt an den U-förmigen Abschnitt (18u) anschließen,
• 1.2 einem Bolzen (12) mit einem ersten und einem zweiten Ende, wobei das erste Ende mit Mitteln (14) an einem wandseitigen, nicht ausbrennbaren Haltemittel (10) befestigbar und das zweite Ende mit einem nicht ausbrennbaren Haltemittel (20) zur Aufnahme des U-förmig gestalteten Abschnitts (18u) des Armierungsankers (18) um den Bolzen (12) herum zwischen dem Haltemittel (20) und dem beabstandet dazu angeordneten, nicht ausbrennbaren weiteren Haltemittel (10) ausgebildet ist,
• 1.3 einem, aus einem ausbrennbaren Material bestehenden weiteren Haltemittel (16) zwischen den nicht ausbrennbaren Halte­ mitteln (10, 20), dem Bolzen (12) und dem U-förmig gestalteten Abschnitt (18u) des Armierungsankers (18), und
• 1.4 einer die Haltemittel (16, 20) abdecken­ den Kappe (24), die zumindest teilweise aus einem ausbrennbaren Material besteht, wobei
• 1.5 das ausbrennbare Haltemittel (16) so gestaltet und angeordnet ist, daß der Armierungsanker (18) nach dem Ausbrennen dieses Haltemittels (16) zwischen den nicht ausbrennbaren Haltemitteln (10, 20) und dem Bolzen (12) in allen Richtungen des Koordinatensystems frei bewegbar ist.

2. Armierungssystem nach Anspruch 1, bei dem die Kappe (24) und das ausbrennbare Haltemittel (16) aus demselben Material bestehen.

3. Armierungssystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Kappe (24) an das ausbrennbare Halte­ mittel (16) angelenkt ist.

4. Armierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Kappe (24) und das ausbrennbare Halte­ mittel (16) aus Kunststoff bestehen.

5. Armierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die nicht ausbrennbaren Haltemittel (20) aus temperaturbeständigen Scheiben bestehen, die den U-förmigen Abschnitt (18u) des Ankers (18) zwischen sich aufnehmen.

6. Armierungssystem nach Anspruch 5, bei dem mindestens eine Scheibe (20) auf dem Bolzen (12) festlegbar ist.

7. Armierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das ausbrennbare Haltemittel (16) aus einem, den Bolzen (12) umgreifenden und den U-förmigen Ankerabschnitt (18u) untergreifenden Kragen be­ steht.

8. Armierungssystem nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem die Scheiben geschlitzt ausgebildet und entlang korrespondierender Nuten auf gegenüber­ liegenden Abschnitten des Bolzens auf diesen auf­ steckbar sind.

9. Armierungssystem nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem die Scheiben (20) auf den Bolzen (12) auf­ schraubbar oder durch aufschraubbare Muttern positionierbar sind.

10. Armierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem das nicht ausbrennbare, wandseitige Halte­ mittel von der Wand (10) selbst gebildet wird.