DE69002757T2

DE69002757T2 - Ofenwärmeschutzsystem und mit diesem system hergestellter ofen.

Info

Publication number: DE69002757T2
Application number: DE90902705T
Authority: DE
Inventors: Milutin Gnjatovic
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-01-18
Filing date: 1990-01-18
Publication date: 1993-11-25
Anticipated expiration: 2010-01-19
Also published as: DE69002757D1; NL8900114A; ES2043358T3; US5257929A; EP0454774A1; EP0454774B1; ATE93050T1; DK0454774T3; WO1990008297A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum thermischen Isolieren eines Ofens für Hochtemperatur, beispielsweise eines Glasschmelzofens, und einen nach diesem Verfahren hergestellten Ofen.
Bei einem Glasschmelzofen wird eine Temperatur von etwa 1500ºC erreicht. Glasöfen bestanden üblicherweise bisher aus einer Mörtel verlegten Ziegelwand, die an der Innenseite mit einem thermischen Isoliermaterial ausgekleidet ist, Die Ziegelwand dient nicht nur als ein Isolator, sondern auch als Tragrahmen für das Isoliermaterial. Eine solche Wand muß am Ort des Benutzers hergestellt werden. Es ist nicht möglich, diesen Ofen in einer Fabrik herzustellen und dann zu dem Einsatzort zu transportieren. Die Öfen besitzen üblicherweise eine solche Größe daß darin Platz für verschiedene Glastiegel ist, in denen das Glas geschmolzen wird. Diese Öfen sind teuer und haben einen eingeschränkten Ausstoß.
Aus der US-A-4 595 358 und der US-A-4 709643 ist ein Verfahren zum thermischen Isolieren eines Ofens für Hochtemperatur, beispielsweise eines Glasofens, bekannt, das die Schritte umfaßt:
a. Anbringen von Isoliermaterialschichten an der Innenwand des Ofenmantels,
b. Aufbringen von keramischem Fasermaterial auf diesen Schichten und
c. Anbringen einer Hitze reflektierenden Oberflächenschicht an der einwärts gewandten Fläche des keramischen Fasermaterials.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum thermischen Isolieren eines Ofens zu schaffen, der in seinem Aufbau leicht ist, der in Fabrikgeländen hergestellt werden kann und der in Hinblick auf seinen Aufbau und sein Gewicht leicht transportiert werden kann.
Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Anspruchs 1 erreicht. Bevorzugte Ausführungsformen des beanspruchten Verfahren gemäß Anspruch 1 sind in den Unteransprüchen definiert.
Der auf diese Weise isolierte Ofen kann leicht sein, da der Ofenmantel aus Metallblech bestehen kann. Infolge der Anbringung einer Hitze reflektierenden Oberflächenschicht wird in der Mikrostruktur der keramischen Faser eine Hitzereflexion erreicht wird, während der Körper des Keramikfasermoduls im übrigen weich bleibt und seinen thermischen Isolierwert beibehält.
Die Hitze reflektierende Oberflächenschicht kann angebracht werden, indem eine Silizium enthaltende Substanz aufgebracht wird, indem dann der Ofen stark erhitzt und danach schnell abgekühlt wird. Auf diese Weise wird erreicht, daß nur eine Oberflächenschicht in der Mikrostruktur schmilzt und nach Abkühlen hart wird, während der übrige Teil des Fasermaterials weich bleibt und damit seine Wärmeübertragungs-Isoliereigenschaften bei behält.
Die reflektierende Oberflächenschicht wird aufgebracht, indem der Ofen auf etwa 1500ºC aufgeheizt und dann auf etwa 1250ºC abgekühlt wird. Die das Silizium enthaltende Substanz ist Wasserglas.

Die Hitze reflektierende Schicht ist feuerfest.

Das keramische Fasermaterial ist nicht selbst-tragend ohne hierzu durchzuführende Schritte. Erfindungsgemäß wird das Fasermaterial an der Seitenwand eines zylindrischen Ofens im Wege der folgenden Schritte angebracht:
a. das Fasermaterial wird gepreßt und zu vertikalen Blöcken trapezförmiger Querschnittsgestalt verschnürt,
b. die gemäß Schritt a. gebildeten Blöcke werden aneinander anstoßend gegen die zylindrische Innenwand derart angeordnet, daß die gesamte Innenfläche bedeckt ist, und
c. die Verschnürung der einzelnen Blöcke wird entfernt und die Blöcke werden expandieren gelassen.
Somit wird erreicht, daß die Blöcke des zylindrischen Materials nach Entfernen der Verschnürung und Expandieren, das aus den durch das Pressen erzeugten Reaktionskräften resultiert, steif gegeneinander zu liegen kommen und die Fugen zwischen den Blöcken, die thermische Verluste bewirken könnten, geschlossen werden.
Der Ofen ist vorzugsweise ein am Boden offener Zylinder, der lose auf einer Basisplatte abgesetzt ist und wobei der Zylinder und die Basisplatte in der vorstehend beschriebenen Weise isoliert sind.
Der Ofen übernimmt so die Funktion einer Art Haube, die von der Basisplatte leicht entfernt werden kann. Dies führt zu dem Vorteil, daß der Glastiegel sehr leicht und schnell aus dem Ofen entfernt und darin angeordnet werden kann, indem die Haube angehoben und in geneigter Stellung abgesetzt wird.
Die Isoliermaterialschichten werden in überlappender Weise angeordnet, um einen thermischen Verlust zu verhindern.
Als Material für die Auskleidungs-Isolierschichten kann Microtherm (eingetragenes Warenzeichen) verwendet werden, während das keramische Fasermaterial Fiberfrax (eingetragenes Warenzeichen) sein kann, das von der Carborundum Company, Niagara Falls, N.Y. geliefert wird.
Die Blöcke können aus parallelen Materialstreifen gepreßt werden, wobei in der zu der konvexen Seite des Blocks trapezförmiger Querschnittsgestalt zu pressenden Zone zusätzliche Materialstreifen angebracht werden. Als Folge ist die Dichte auf der heißen Seite stark vergrößert.

Die Erfindung wird jetzt weiter unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.

In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Ofens,
Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1,
Fig. 3 eine Presse zum Pressen der Blöcke aus keramischem Fasermaterial,
Fig. 4 und 5 Ansichten der Preßarbeit,
Fig. 6 einen verschnürten Block aus gepreßtem keramischen Fasermaterial,
Fig. 7 in perspektivischer Ansicht der Art des Entfernens eines Glastiegels und des Abstellens in dem erfindungsgemäßen Ofen und
Fig. 8 eine zylindrische Isolationseinrichtung für einen Wärmetauscher zur Energierückgewinnung aus Abgasen, beispielsweise aus einem Gebläseofen.
Der Ofen 1 besteht aus einem zylindrischen Metallmantel 2, Schichten 3, 4 aus Isoliermaterial, beispielsweise Microtherm, die dort so angeordnet sind, daß sie sich überlappen, und aus Blöcken 5 aus Fiberfrax, das von der Carborumdum Company, Niagara Falls, N.Y. geliefert wird. Normalerweise besitzt der Ofen eine Tür 6 zum Entfernen von geschmolzenem Glas aus dem Glastiegel 7. Unter Verwendung der Parallelogrammeinrichtung 8, 9 ist die Tür 6 zwischen einer Schließstell ung und der dargestellten heruntergeklappten Öffnungsstell ung bewegbar. Der Ofen besitzt des weiteren einen Auslaß 10 an der Unterseite zum Abführen von Leckageglas. Des weiteren ist an dem Ofen die Brennereinrichtung 11 angeschlossen, die beispielsweise gas-befeuert Sein kann. Auch gibt es einen Anschluß 12 zum Anschließen an einen Kamineinlaß zum Abführen von Brenngasen. Die Zuführung 13 für Heizluft mündet derart in den Ofen, daß die Heißluft tangential zum Glastiegel 7 strömt. Der Luffstrom bewegt sich in Kreisen um den Glastiegel und heizt diesen in wirksamer Weise auf.
Die Isolierschicht 5 aus keramischen Fasern ist aus vertikalen Blöcken, beispielsweise 14, aufgebaut, die eine trapezförmige Querschnittsgestalt besitzen (Fig. 6). Diese Blöcke werden in einer Presse 15 hergestellt (Fig. 3). Die Presse 15 besitzt eine bewegbare Klappe 16, die mittels eines Winkelhebelsystems 17,18 betätigt wird. Die Streifen 19, 19', 19" ... werden in der Presse abgelegt, wobei Querstreifen 20, 20', 20"... auf der konvexen Seite zwischen den Streifen 19, 19' 19" ... angeordnet werden (Fig. 4). Nach dem Pressen (Fig. 5) ergibt sich eine größere Dichte in der konvexen Zone 21 als in der Zone 22, die mehr an der Außenseite liegt. In der Presse sind nutartige Umfangsaussparungen 23, 23' 23" ... angebracht, in denen Binde- oder Schnürmaterial in der Form eines Drahtes oder einer Schnur 24 angeordnet ist. Nach dem Pressen werden die verschiedenen Schnüre 24 in ihrer Lage verknotet. Die so gebildeten Blöcke werden vertikal längs der zylindrischen Wand angeordnet (s. Fig. 2 und 6). Nachdem die gesamte Umfangswand in dieser Weise mit Blöcken ausgestattet ist, werden die Verschnürungen der verschiedenen Blöcke durchgeschnitten, was zu einem Expandieren in den Blöcken und einem genauen gegenseitigen aneinander Anliegen resultiert, wodurch alle Verbindungsfugen zwischen aufeinanderfolgenden Blöcken aufgefüllt werden.
Der Ofen wird als eine Haube aufgebaut, die aus der zylindrischen Umfangswand besteht, die an der Oberseite durch eine obere Fläche 25 verschlossen ist, die in derselben Weise wie die Seitenwände isoliert ist. Die Haube wird lose auf einer Basisplatte 27 angeordnet, die gleichfalls in derselben Weise wie die Seitenwände isoliert ist. Das sehr geringe Gewicht der Haube reicht für die Abdichtung bezüglich der Basisplatte 27 aus. Das Gesamte steht auf einem Gitter 28, das über Beine 29 auf dem Boden derart abgesetzt ist, das die gesamte Einheit mittels eines Gabelstaplers angehoben werden kann.
Der so aufgebaute Ofen wird auf der Innenseite mit Wasserglas besprüht und anschließend auf etwa 1500ºC aufgeheizt. Nachdem diese Temperatur erreicht worden ist, wird eine Abkühlung auf etwa 1250ºC durchgeführt. Die Folge hiervon ist das Schmelzen der Oberflächenstruktur der keramischen Fasern auf der heißen Seite (dem Inneren des Ofens). Dies findet in der Microstruktur der Keramikfaser statt. Während dieses Verfahrensschritts hält das Wasserglas die kleinen Teile der Microfasern zusammen, bevor sie zu schmelzen beginnen. Diese Oberflächenbehandlung kann als Glasieren nur so tief bezeichnet werden, wie die aufgesprühte Lösung in den Körper eines Blocks eindringt. Hierdurch ist eine Hitze reflektierende Oberflächenschicht erreicht, die feuerfest ist, während der restliche Teil der keramischen Faserblöcke weicht bleibt und damit die guten thermischen Isolationseigenschaften bei behält.
Glastiegel, die in einem Glasofen abgestellt werden und in denen das Glas zum Aufschmelzen abgesetzt wird, müssen allmählich auf Temperatur gebracht werden. Zu schnelle Temperaturveränderungen führen zu einer erheblichen Verkürzung der Standzeit solcher Glastiegel. Glastiegel werden im allgemeinen in einem Temperierungsofen anders als im Glasschmelzofen (Bogenofen) vorerwärmt. Erfindungsgemäß kann die Standzeit der Glastiegel erheblich verlängert werden.
Dies wird erreicht durch Verwendung eines Temperierungsofen, der nach den gleichen Prinzipien wie der Glasschmelzofen gebaut ist, wodurch der Austausch von Tiegeln innerhalb von 30 Sekunden erfolgt, was die im Vergleich zu herkömmlichen Systemen die benötigte Zeit erheblich verkürzt (s. Fig. 7). Während des Einsetzens oder des Entnehmens des Glastiegels ist der Temperierungsofen von der Gasversorgung des Brenners und von dem Anschluß mit dem Auslaß für die Brenngase abgetrennt. Der Temperierungsofen wird zusammen mit dem Rost 28 unter Verwendung eines Gabelstaplers angehoben und zu einer Stelle nahe bei den Öffnungstüren des Ofens transportiert, in den der Glastiegel abzusetzen ist. Unter Verwendung einer Hebeeinrichtung wird die Haube des Temperierungsofen, die aus einem zylindrischen Mantel und der oberen Platte 25 besteht, dann angehoben und gegebenenfalls in geneigter Stellung abgesetzt. Der Tiegel kann anschließend aus dem Temperierungsofen unter Verwendung eines Gabelkörpers 30 entnommen und in dem Glasschmelzofen 31 abgesetzt werden. All dies kann sehr schnell durchgeführt werden, was zu einer Möglichkeit führt, die Periode, während der der Glastiegel einer erheblich geringeren Temperatur ausgesetzt ist, eingeschränkt zu halten (30 Sekunden).
Bei den bisher bekannten Bogenöfen, die wegen ihres großen Gewichts und ihres stationären Charakters nicht transportierbar sind, wird eine viel längere Zeitspanne benötigt, während der der Glastiegel einer sehr unterschiedlichen Temperatur ausgesetzt ist. Die Standzeit des Glastiegels ist daher erheblich kürzer, und gleichzeitig ist es möglich, die Temperatur des Dichtbrennens zu erreichen.
Es ist zu beachten, daß die Art des Isolierens eines zylindrischen Körpers, wie er bei dem Glasschmelzofen und einem Bogenofen erfindungsgemäß verwendet wird, auch auf anderen Gebieten Anwendung finden kann.
Fig. 8 zeigt einen solchen isolierten Zylinder als Teil eines Kamins eines Blasofens. Im Inneren des zylindrischen Teils 32 ist ein Wärmetauscher 33 angeordnet, der die thermische Energie in den Abgasen des Blasofens zurückgewinnt. Infolge der guten Isolation geht nur wenig Wärme nach außen verloren. Als eine Folge der leichten Bauweise ist es möglich, einen solchen zylindrischen Mantel in einer bestimmten Höhe anzubringen. Dies ist bei Verwendung von klassischen Auskleidungen von Öfen, Kaminen und dergleichen mit mit Mörtel verlegten Ziegelwänden nicht möglich.

Claims

1. Verfahren zum thermischen Isolieren eines Ofens für Hochtemperatur, beispielsweise eines Glasofens, umfassend a. das Anbringen von Schichten aus Isoliermaterial auf der Innenwand des Ofenmantels,

b. das Aufbringen von keramischem Fasermaterial auf diesen Schichten und

c. das Anbringen einer Hitze reflektierenden Oberfläche an der einwärts gewandten Fläche des keramischen Fasermaterials,

wobei die Hitze reflektierende Oberflächenschicht durch Aufbringen von Wasserglas angebracht wird, danach die Oberflächenstruktur der keramischen Fasern auf der heißen Seite des Ofens durch Aufheizen des Ofens auf etwas 1500ºC geschmolzen wird gefolgt von einem schnellen Abkühlen auf etwa 1250ºC, wodurch eine feuerfeste Hitze reflektierende Oberflächenschicht gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwand des Ofens durch einen zylindrischen Mantel geformt wird und daß das Fasermaterial im Wege der folgenden Schritte angebracht wird:

a. das Fasermaterial wird gepreßt und zu vertikalen Blöcken von trapezförmiger Querschnittgestalt verschnürt,

b. die gemäß Schritt a. geformten Blöcke werden aneinander anstoßend gegen die zylindrische Innenwand derartig angeordnet, daß die gesamte Innenfläche bedeckt ist, und

c. die Verschnürung der einzelnen Blöcke wird entfernt und die Blöcke werden expandieren gelassen.

3. Verfahren nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen ein am Boden offener Zylinder ist, der lose auf einer Basisplatte angeordnet, und daß der Zylinder und die Basisplatte gemäß dem Verfahren beansprucht in einem oder mehreren der Ansprüche 1-2 isoliert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blöcke aus parallelen Materialstreifen gepreßt werden und daß in der zu der konvexen Seite der Blöcke zu verpressenden Zone zusätzliche Materialstreifen angebracht werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten aus Isoliermaterial in überlappender Weise angebracht werden.

6. Ofen bestehend aus einem metallischen, zylindrischen Mantel, der an einem Ende offen ist und der im Inneren mit Schichten aus Isoliermaterial und Blöcken aus keramischer Faser ausgekleidet ist, die an der dem Ofenraum, d.h. dem Ofeninneren, zugewandten Seite eine glasierte Mikrostrukturschicht zeigen, und aus einer Basisplatte aus Metall, die mit Schichten aus Isoliermaterial und keramischer Faser mit einer glasierten Mikrostrukturschicht ausgekleidet ist, hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Zylinder lose auf der Basisplatte aufliegt und mit einem Anschluß für einen Gasbrenner, einem Auslaß für Brenngase und einem Auslaß für angestochenes geschmolzenes Glas.

7. Verwendung eines Ofens nach Anspruch 6 als Temperierungsofen zum Austausch von Glastiegeln, wobei nach Abtrennen der Gasversorgungsleitungen und des Auslasses für Brenngase der Deckel des Temperierungsofens angehoben wird, beispielsweise unter Verwendung eines Gabelstaplers, und der Temperierungsofen zu dem Glasschmelzofen transportiert wird, danach der zylindrische Mantel geneigt und angehoben, der Glastiegel entfernt und in dem Glasschmelzofen abgestellt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das keramische Fasermaterial Fiberfrax (eingetragenes Warenzeichen) ist, das von der Carborundum Company, Niagara Falls, N.Y., geliefert wird und das aus 47 % Al&sub2;O&sub3;, 52,8 % SiO&sub2;, 0,04% FeO&sub3; und 0,15% NaO&sub2; besteht.