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Verfahren zum Instandsetzen von Koksofenwänden Die Erfindung bezieht
sich auf die Instandsetzung von Koksöfen und im engeren auf die Anwendung von Dehnungsfugen
bei der Instandsetzung von Nebenproduktenkoksöfen.
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Das Mauerwerk des Koksofens einschließlich der Ofenkammern und Regeneratoren
wird vorzugsweise aus Silikanormal- oder -formsteinen hergestellt. Silikasteine
besitzen besondere Ausdehnungseigenschaften, indem sie sich schnell bei der Erhitzung
von Normaltemperatur bis auf etwa 8oo° C ausdehnen. Bei Temperaturen oberhalb 8oo°
C gibt es praktisch keine weitere Wärmedehnung des Silikamaterials, bis die Temperatur
auf i6oo° C erhöht wird. Dieses Verhalten des Silikamaterials in bezug auf die Wärmedehnung
ist durchaus vorteilhaft für Koksöfen, weil im Normalbetrieb der Koksofen, nämlich
die Ofenkammer, Regeneratoren u. dgl., gleichmäßig auf einer Temperatur oberhalb
8oo° C gehalten wird, so daß nur eine vergleichsweise geringe Zusammenziehung und
Ausdehnung des Bauwerks in erhitztem Zustande stattfindet.
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Die Koksofenkammern sind an ihren Enden offen. Die Kammeröffnungen
werden während des Verkokungsvorganges durch Türen geschlossen. Die Türen werden
entfernt, wenn der Kokskuchen aus der Ofenkammer herausgedrückt werden muß. Dabei
werden aber die feuerfesten Formsteine nahe dem Kammerende oft auf Temperaturen
unterhalb 8oo° C abgekühlt, so daß diese Teile des Kammermauerwerks einer Ausdehnung
und Zusammenziehung unterworfen sind, die oft eine Zerstörung oder einen Zerfall
der feuerfesten Steine zur Folge haben.
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Das Instandsetzen von beschädigten feuerfesten Kammerwänden wird vorzugsweise
ausgeführt, während das Ofenbauwerk erhitzt ist. Es ist nicht praktisch, eine Koksofenbatterie
zur Vornahme von
Instandsetzungsarbeiten abzukühlen. Wenn die feuerfesten
Formsteine von Normaltemperatur bis auf etwa 8oo° C erhitzt werden, nehmen diese
Formsteine wesentlich größere Abmessungen ein als im kalten Zustande. Es ist deshalb
notwendig, bei der Instandsetzung eines Koksofens die kleineren, kalten Formsteine
mit den heißen Formsteinen so zu vereinigen, daß die Kammerwand einen gleichmäßigen
Zustand annimmt, wenn alle ihre Teile auf eine gleichmäßige Temperatur erhitzt sind.
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Der Hauptzweck der Erfindung ist, eine verbesserte Anordnung @ und
Ausführung einer Dehnungsfuge vorzusehen, deren Anwendung bei der Instandsetzung
einer heißen Kammerwand die Wiederherstellung normaler Betriebsbedingungen sichert.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist, ein Verfahren zur Instandsetzung
heißer Verkokungskammerwände zu entwickeln, die aus Silikaformsteinen hergestellt
sind.
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Weiter ist Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Wiederherstellung
von Silikawänden bzw. -mauerwerk zu entwickeln, bei welchem eine Dehnungsfuge zum
Ausgleich der wechselnden Wärmebeanspruchungen an den Enden der Verkokungskammern
vorgesehen wird.
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Die verschiedenen Merkmale der Erfindung sind beispielsweise in der
Zeichnung .dargestellt, in welcher Fig. i einen senkrechten Schnitt durch einen
Teil des Koksofenbauwerks mit Wiedergabe der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Instandsetzung von Koksofenwänden (Heizwänden) darstellt; Fig.2 ist ein senkrechter
Schnitt gemäß den Linien II-II der Fig. 1, und Fig.3 ist eine Ansicht von feuerfesten
Formsteinen, welche für die Koksofenwand (Kammerwand und Heizzüge) benutzt werden.
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Das Verfahren zum Wiederherstellen von Koksofenwänden gemäß der Erfindung
ist in der Zeichnung in bezug auf seine Anwendung zum Instandsetzen der Wand io
eines Koksofens 12 dargestellt. Zwischen den Ofenkammern sind die Heizzüge 14 in
der Weise angeordnet, daß die Kammerwände io gleichzeitig die Heizzüge bilden. Die
Wände io werden im allgemeinen aus Silikasteinen besonderer Formen hergestellt,
die beispielsweise in Fig.3 wiedergegeben sind und Nuten 16 und Federn 18 besitzen,
durch welche die Lage der Formsteine in der Wand gegeneinander gesichert ist. Ein
üblicher Mörtel, welcher aus etwa 5o% gemahlenen, gebrannten Silikasteinen, 25 %
Ton und 25 0/0 Quarzit od. dgl. besteht, ist zur Bindung der Steine in der Wand
angewendet worden. Dieser Mörtel ist auch sehr kieselsäurehaltig und hat im wesentlichen
die gleichen Dehnungseigenschaften wie die Silikasteine. Die Feder- und Nutverbindung
verhindert, daß Gas aus der Koksofenkammer in die Heizzüge gelangt, und andererseits
den Übertritt von Verbrennungsgasen aus den Heizzügen in die Koksofenkammer.
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Wenn das Ofenbauwerk fertiggestellt ist, werden die Kammern mit den
Türen am Ende verschlossen und das Bauwerk langsam erhitzt, um die Temperatur der
Ofenbatterie auf die gewünschte Betriebstemperatur zu bringen. Während der -Aufheizung
unterliegt das ganze feuerfeste Mauerwerk der Wärmedehnung. Die aus Stahl hergestellte
Verankerung und Bewehrung der Koksofenbatterie ist so ausgeführt, daß sie dieser
Wärmedehnung folgen kann. Das ganze Bauwerk ist so ausgeführt, daß bei Erreichen
der normalen Betriebstemperatur Kammern und Heizzüge ausreichend dicht sind.
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Je nach Art des herzustellenden Kokses kann die in den Heizzügen 14
herrschende Temperatur zwischen i 16o und 15oo° C schwanken. Die Temperatur in der
Mitte der Verkokungskammer 12 wird beträchtlich niedriger sein als die Temperatur
in den Heizzügen. Es ist vielfach üblich, in der Verkokungskammer eine Temperatur
von g75° C zu halten. Wenn eine Koksofenbatterie in Betrieb ist, werden die Kammern
gleichmäßig erhitzt, um sie auf der richtigen Betriebstemperatur zu halten. Wenn
daher ein Ofen zwecks Ausdruckens des Kokskuchens geöffnet wird, werden die Kammerwände
weiter erhitzt. Es ist wünschenswert, die Kammerwände auf der richtigen Betriebstemperatur
zu halten, so daß sie die Verkokung der nächsten Kammerladung sofort nach Beschickung
der Kammern einleiten können. Die Kammerwände werden im allgemeinen auf einer Temperatur
oberhalb 8oo° C gehalten. Wenn die Türen von den Kammerenden abgenommefi werden,
um den Kokskuchen auszudrücken, dringt kalte Luft von außen bis auf eine geringe
Entfernung in die Kammerwand ein, so daß die Teile der Wand nahe der Tür unterhalb
8oo° C abgekühlt werden, wodurch eine beträchtliche Zusammenziehung und nachfolgende
Ausdehnung an dieser Stelle eintritt, die eine Zerstörung der feuerfesten Wände
verursacht. Es ist deshalb häufig notwendig, die feuerfesten Wände nahe den Kammertüren
zu reparieren.
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Die Anwendung der Erfindung in bezug auf die Reparatur von Koksofenwänden
ist im einzelnen in Fig.2 dargestellt, die teilweise einen Wandabschnitt zeigt,
der zu reparieren ist, und teilweise einen Wandabschnitt in der ursprünglichen Bauweise.
Wenn die Kammerwände repariert werden, wird die Beheizung der Heizzüge 14 an den
Enden der Kammer 12 unterbrochen, und ein Wärmeschutzschild wird in der Kammer hinter
der zu reparierenden Wandzone angeordnet, um die Arbeitsleute gegen die von den
Kammerwänden abgegebene Wärme zu schützen. Selbstverständlich bleiben die angrenzenden
Ofenkammern und Heizzüge während der Reparatur unter Feuer, solange ein einzelner
Ofen zwecks Reparatur getrennt beheizt wird. Die zu ersetzenden feuerfesten Steine
werden dann herausgebrochen und neue feuerfeste Steine eingebaut. Die neuen feuerfesten
Steine haben im wesentlichen die gleiche Zusammensetzung, Größe und Form wie die
Steine in der erhitzten Wand, um einen gleichmäßigen Aufbau der Wand zu sichern.
Die Steine werden in Lagen 22 unter Verwendung eines normalen Koksofenmörtels in
der vorbeschriebenen Art zwischen den meisten der Lagen verlegt, wobei
jedoch
in der nachfolgend beschriebenen Weise eine andere Mörtelart zwischen bestimmten
Lagen verwandt wird. Wenn die Steine in der Wand verlegt sind, greifen die Federn
und Nuten der neu verlegten Formsteine in die Nuten bzw. Federn der Steine der erhitzten
Wand ein.
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Es ist zu bemerken, daß mit Rücksicht auf die beträchtliche Wärmedehnung
von Silikasteinen die kalten, in den zu reparierenden Teil der Kammerwand einzufügenden
Steine wesentlich kleinere Abmessungen besitzen als die erhitzten, ursprünglich
in der Wand befindlichen Formsteine. Daher sind die neuen Steinlagen, wie in Fig.
2 angedeutet, nicht bündig mit dert alten Steinlagen der heißen Wand. Ferner ist
zu berücksichtigen, daß wegen der Wärmedehnung der Silikasteine der reparierte Teil
der Wand dann, wenn er in festem Verband aus kalten Steinen mit Silikamörtel der
normalen Art aufgebaut würde, so stark beim Erhitzen dehnt, daß er die Decke der
Kammer anheben und dadurch die Batterie erheblich beschädigen kann. Um die Differenzen
in den Abmessungen der Steinlagen in dem heißen und kalten Teil der Kammerwand auszugleichen,
wird ein zusammendrückbar härtender Mörtel 24 zwischen jeder fünften Lage der neuen
Formsteine vorgesehen. Der zusammendrückbare Mörtel 2:I wird vorzugsweise hergestellt
aus Vermiculit oder expandiertem Glimmer, der mit vorzugsweise kieselsäurereichem
Ton im Verhältnis 6o bis 8o% Vermiculit zu 40 bis 20% Ton vermischt wird. Die Erfindung
ist jedoch nicht auf diese besonderen Mengenverhältnisse begrenzt, und der zusammendrückbare
Mörtel kann auch eine größere Menge von expandiertem Ton (Schamotte) enthalten,
und zwar z. B. aus 70 % Ton und 30 0/0 expandiertem Glimmer zusammengesetzt sein.
Diese zusammendrückbareMörtelschicht hat vorzugsweise eine solche Dicke, daß bei
Erhitzung der kalten Formsteine auf die Temperatur der heißen Wandsteine oder vorzugsweise
bei der Erhitzung auf eine Temperatur in der Nähe von 8oo° C die Lagen der neu eingesetzten
Steine bündig mit den Lagen der ursprünglich stehengebliebenen Steinlagen verlaufen
und die Höhe der Silikasteine nebst den dazwischen angeordneten Mörtelschichten
in dem reparierten Teil der Kammerwand nicht wesentlich nach Erhitzung größer ist
als in dem stehengebliebenen Teil der ursprünglichen Wand.
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Der im vorstehenden beschriebene Mörtel hat die besondere Eigenschaft,
eine gasdichte Fugenfüllung zu bilden, die sich dadurch bildet, daß der Vermiculit
in den Ton hineingedrückt wird und bei der Wärmedehnung der Steine erhärtet. Die
Fuge ist dann tatsächlich gasdicht und ist auch noch fähig, bei veränderten Beheizungsbedingungen
sich zu dehnen.
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In Abhängigkeit von der Größe der Formsteine und den Betriebsbedingungen
der Kammerwand wird im allgemeinen eine Lage von zusammendrückbarem Mörtel zwischen
Gruppen von drei oder vier Lagen Formsteinen benötigt. Es wurde indessen gefunden,
daß auch eine zusammendrückbare Fugenfüllung auf je fünf Steinlagen günstige Resultate
in bezug auf das Wandmauerwerk ergibt. Indem man die zusammendrückbare Fugenfüllung
in dem Wandteil nahe der Türöffnung vorsieht, wird der Wand die Eigenschaft gegeben,
auch weitere Dehnungen oder Zusammenziehungen auszuführen, ohne daß dadurch eine
Beanspruchung der feuerfesten Formsteine auftritt, die dieselben zerstören könnte.
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Nachdem die Kammer- und Heizwände repariert sind, wird das Wärmeschutzschild
od. dgl. aus der Kammer zurückgezogen. Die Kammertüren werden in die Kammeröffnungen
eingesetzt und dann die Kammerwände langsam auf die Betriebstemperatur gebracht,
wobei sich die kalten Wandsteine bis auf das den Betriebsbedingungen entsprechende
Maß dehnen. Der Beheizungsvorgang wird allmählich durchgeführt, um ungünstige Beanspruchungen
des Ofenbauwerks zu vermeiden. Nachdem die Kammerwand auf ihrer ganzen Ausdehnung
wieder eine gleichmäßige Temperatur angenommen hat, kann die instand gesetzte Ofenkammer
wieder in Betrieb genommen werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich in sinngemäßer Ausführung
auch zum Instandsetzen von anderen Industrieöfen, und zwar auch in solchen Fällen,
in denen andere feuerfeste Baustoffe als Silikasteine angewandt werden.