DE9312555U1 - Blockförmiges Keramikfaserelement zur hitzefesten Innenauskleidung von Öfen, Reaktoren u.dgl. - Google Patents

Blockförmiges Keramikfaserelement zur hitzefesten Innenauskleidung von Öfen, Reaktoren u.dgl.

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Description

BIockfnrmiges Kpramikfaserelement zur hitzefesten Innenauskleidung von öfen. Rsaktoren wnn dgl.
Die Erfindung betrifft ein blockförmiges Keramikfaserelement zur hitzefesten Innenauskleidung von öfen, Reaktoren und dgl., welches zumindest zweilagig aufgebaut ist mit einem an der Ofenwand angeordneten Faserkern sowie einer dem Ofeninnenraum zugewandten zusätzlichen Faserschicht, wobei die zusätzliche Faserschicht eine höhere Temperaturbeständigkeit als der Faserkern aufweist.
Industrieöfen und andere wärmetechnische Anlagen, wie z. B. thermische Reaktoren und Brennkammern, werden vielfach mit einer hitzefesten Innenauskleidung aus blockförmigen Keramikfaserelementen versehen. Hierdurch läßt sich eine den jeweiligen geometrischen Gegebenheiten in dem Ofen angepaßte, modulartige Wärmeschutzverkleidung realisieren. Die
Keramikfaserelemente Befestigungselemente Befestigungselemente Keramikfaserelement abgeschirmt werden.
werden mittels geeigneter
an der Ofenwand befestigt. Diese
sind so gestaltet, daß sie durch das
selbst gegenüber dem Ofeninnenraum
Das für die Keramikfaserelemente verwendete keramische Material ist relativ teuer. Der Preis erhöht sich noch einmal, wenn das Keramikfaserelement für besonders hohe Innenraumtemperaturen ausgelegt sein soll. In der EP-O 510 594 Al sowie dem deutschen Gebrauchsmuster G 92 01 824 sind daher bereits
Telefon'02 11 5" 2 1 31 ■ TeIe:. 35 33 ■:.-> pat« i
>V Tl. 5* S&Ggr; -5 ■ Posi^irokonto Köln (BLZ 37010050' 22"&oacgr;10·5&uacgr;3
Keramikfaserelemente offenbart, die aus Gründen der Kostenersparnis zweischichtig aufgebaut sind. Auf einen Kern aus einem Fasermaterial, welches für sich allein nicht in der Lage wäre, dauerhaft den Ofentemperaturen zu widerstehen, ist, dem Ofeninnenraum zugewandt, eine zusätzliche Faserschicht befestigt, die eine höhere Temperaturbeständigkeit als das Material des Kerns aufweist. Das Keramikfasermaterial des Kerns enthält z. B. 40-60 % AI2O3 und kann mit Zirkon- oder Chromoxid stabilisiert werden. Die zum Ofeninnenraum aufgelegte zusätzliche Faserschicht hingegen weist einen Anteil an AI2O3 von mehr als 70 % auf und verfügt damit über eine Hitzebeständigkeit bis zu 16000C.
Die Verbindung der so aufgebauten beiden Schichten erfolgt bei dem Keramikfaserelement nach Gebrauchsmuster G 92 01 824 über die Faserschicht mit hoher Temperaturgrenze. Diese ist hierzu so ausgebildet, daß sie nicht nur die dem Ofeninnenraum zugewandte Stirnseite, sondern auch zwei Seitenflächen des Faserkerns bedeckt. Nachteilig hieran ist, daß an diesen Seitenflächen ein erhöhter Wärmeschutz erreicht wird, obwohl dies im Hinblick auf die dort herrschenden Temperaturen eigentlich nicht erforderlich wäre. Letztlich wird zur Gestaltung dieses bekannten Keramikfaserelementes daher mehr von dem besonders hitzewiderstandsfähigen, aber teuren Material benötigt, als aus Gründen des Hitzeschutzes eigentlich erforderlich wäre.
Bei dem Keramikfaserelement nach EP-O 510 594 Al wird die äußere Faserschicht mittels eines fadenförmigen, ebenfalls besonders hitzefesten Verbindungsmittels mit dem darunter angeordneten Faserkern verbunden. Das hitzefeste Verbindungsmittel kann ebenfalls aus keramischen Fasern bestehen. Nachteilig an diesem Keramikfaserelement ist der hohe Herstellungsaufwand, der die durch den zweischichtigen Aufbau eingesparten Kosten teilweise wieder zunichte macht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein blockförmiges Keramikfaserelement zu schaffen, welches sich besonders einfach aus mindestens zwei hinsichtlich ihrer thermischen Belastbarkeit unterschiedlichen Schichten zusammensetzen läßt.
Zur Lösung wird vorgeschlagen, daß der Faserkern an seiner der Faserschicht zugewandten Flachseite mit einer im Rapport gestalteten räumlichen Struktur versehen ist, an der eine hierzu negativ gestaltete räumliche Struktur der Faserschicht bündig und in zumindest einer Seitwärtsrichtung formschlüssig anliegt.
Ein solches Keramikfaserelement läßt sich besonders einfach zusammensetzen, da Faserkern und Faserschicht bereits aufgrund der korrespondierenden Gestaltung ihrer Oberflächen einen guten Formschluß bilden. Das Keramikfaserelement kann daher in horizontalen Einsatzbereichen, etwa am Boden eines Ofens, ohne zusätzliche Verbindungs- oder Befestigungsmaßnahmen verwendet werden. Durch den erreichten Formschluß beider Teile ist zudem sichergestellt, daß zumindest die dem Ofeninnenraum zugewandte Faserschicht nicht seitlich verrutschen kann, was zu Spalten zwischen den Keramikfaserelementen und damit zu Hitzedurchschlägen führen würde.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Keramikfaserelementes sind die beteiligten Strukturen im Bereich ihres bündigen Aneinanderliegens durch einen Hochtemperaturkleber verbunden. Auf diese Weise eignet sich das Keramikfaserelement auch zum Einsatz an Wänden und Decken eines Ofens. Infolge der Struktur der ineinandergreifenden Oberflächen wird zudem die wirksame Klebefläche gegenüber einer flächigen Verbindung beider Schichten stark vergrößert.
Mit der Erfindung wird ferner vorgeschlagen, daß die räumlichen Strukturen sowohl des Faserkerns als auch der Faserschicht
durch Schnittflächen gebildet werden. Solche Schnittflächen lassen sich z. B. durch Bearbeitungsverfahren wie Wasserstrahlschneiden, Laserschneiden oder andere Bearbeitungsverfahren erreichen. Der Vorteil derartiger Schnittflächen ist ihre sehr gute Reproduzierbarkeit, so daß stets gewährleistet ist, daß die an Faserkern und Faserschicht ausgebildeten räumlichen Strukturen exakt zueinander passen.
Gemäß einer ersten Variante sind die Strukturen im Querschnitt zahnförmig gestaltet. Gemäß einer zweiten Variante können die Strukturen im Querschnitt auch trapezförmig gestaltet sein. Es werden also Fügestrukturen erreicht, die ein Ineinandergreifen der beteiligten Flächen bewirken.
Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung. Darin zeigen:
Figur 1 einen Schnitt durch einen innen mit blockförmigen Keramikfaserelementen verkleideten Ofen;
Figur 2 in perspektivischer Ansicht ein aus zwei Lagen zusammensetzbares Keramikfaserelement;
Figur 3 das Keramikfaserelement nach Figur 2, wobei die einanderliegenden Flächen mit einem Hochtemperaturkleber verbunden sind;
Figur 4 ein Keramikfaserelement mit einer gegenüber den Elementen nach den Figuren 2 und 3 abweichender Fügestruktur;
Figur 5 ein Keramikfaserelement mit wiederum anderer Fügestruktur und
Figur 6 in perspektivischer Darstellung die Herstellung blockförmiger Keramikfaserelemente mittels eines Wasserstrahl-Schneidverfahrens.
Der in Figur 1 in einem Teilschnitt dargestellte Ofen ist an seinen Innenflächen mit blockförmigen Keramikfaserelementen 1 verkleidet. Diese bedecken zumindest die Seitenflächen sowie die Deckenfläche des Ofens. Figur 1 läßt ferner erkennen, daß die Schichtmodule durch mechanische Befestigung oder durch Kleben an der Ofenwand befestigt werden.
Figur 1 sowie insbesondere auch die Figuren 2 und 3 lassen erkennen, daß jedes der Keramikfaserelemente 1 zweilagig aufgebaut ist und aus einem Faserkern 4 sowie einer auf den Faserkern 4 aufsetzbaren Faserschicht 5 besteht. Der Faserkern 4 ist deutlich dicker gestaltet als die Faserschicht 5 und besteht beim Ausführungsbeispiel aus einer Aluminiumsilicatfaser mit 40-60 % AI2O3, welche mit Zirkon- oder Chromoxid stabilisiert sein kann. Ein solcher Faserkern 4 ist in der Lage, Temperaturen bis zu 12000C bis 13000C zu widerstehen.
Demgegenüber weist die Faserschicht 5, deren Dicke nur etwa ein Viertel der Dicke des Faserkerns 4 beträgt, eine Hitzebeständigkeit bis zu ca. 16000C auf. In Betracht kommen hierfür insbesondere keramische Fasern mit einem Anteil an AI2O3 von mehr als 70 %. Aber auch Zirkonfasern, Mullitfasern, MgO-Fasern, SiC-Fasern und Kohlenstoffasern können für die Faserschicht 5 in geeigneten Anteilen zur Anwendung kommen.
Die Anordnung des so aufgebauten Keramikfaserelementes 1 in dem Ofen ist dergestalt, daß an der Innenwand 6 des Ofens ausschließlich der Faserkern 4 mit seiner Rückseite befestigt ist. Hierzu dienen metallische oder keramische Befestigungselemente 7, aber auch das Aufkleben auf Streckmetall mittels Kleber ist möglich.
Infolge dieser Anordnung mit der Innenwand 6 des Ofens zugewandtem Faserkern 4 und dem Ofeninnenraum zugewandter Faserschicht 5 ergibt sich ein besonders kostensparender Aufbau, da im Bereich der größten Hitze die relativ dünnwandige, jedoch in der Herstellung teure Faserschicht 5 verwendet wird, während der weniger hitzewiderstandsfähige, jedoch auch aus einem deutlich preiswerteren Material hergestellte Faserkern 4 dort angeordnet ist, wo die Temperaturen nicht mehr das Temperaturniveau des Ofeninnenraums erreichen.
Die Verbindung der Faserschicht 5 mit dem Faserkern 4 erfolgt gemäß der Erfindung dadurch, daß der Faserkern 4 an seiner der Faserschicht 5 zugewandten Fiachseite mit einer im Rapport gestalteten räumlichen Struktur 8 versehen ist, an der eine hierzu negativ gestaltete räumliche Struktur 9 der Faserschicht 5 bündig und in zumindest einer Seitwärtsrichtung formschlüssig anliegt. Dieser Formschluß wird bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 1 bis 3 dadurch erreicht, daß die Strukturen 8, 9 im Querschnitt zahnförmig gestaltet sind.
Ebenso ist aber auch eine trapezförmige oder anderweitig ineinandergreifende Gestaltung der Strukturen möglich, wie dies in den Figuren 4 bis 6 dargestellt ist.
Figur 6 zeigt zudem eine Möglichkeit auf, die genannten räumlichen Strukturen 8, 9 an Faserkern 4 bzw. Faserschicht 5 herzustellen: die einzeln über eine Transportbahn 10 zugeführten Keramikblöcke gelangen in den Arbeitsbereich einer Wasserstrahl-Schneidvorrichtung 11. Diese schneidet die Strukturen dann mittels eines parallel zu einer Längskante des Keramikblockes geführten Hochdruckstrahles. Durch die Verwendung einer automatischen Schneidvorrichtung mit vorgegebenem Schneidprogramm ist es möglich, Faserkern 4 und Faserschicht 5 mit exakt zueinander korrespondierenden Schnittflächen entsprechend einer Positiv-Negativ-Kontur zu versehen.
Die durch die räumlichen Strukturen 8, 9 erzeugte Formschlüssigkeit der Verbindung zwischen Faserkern 4 und Faserschicht 5 läßt sich verbessern, indem gemäß Figur 3 die Schnittflächen miteinander verklebt werden. Hierzu wird ein geeigneter Hochtemperaturkleber 13 verwendet. Die räumlichen Strukturen 8, 9 bieten in diesem Fall den Vorteil einer gegenüber einer flächigen Verbindung erheblich vergrößerten Klebefläche, so daß es auf die geschilderte Art und Weise erstmals möglich ist, zweilagig aufgebaute Keramikfaserelemente für den Hochtemperaturbereich miteinander zu verkleben.
Das Verkleben ist allerdings nur bei den an den Wänden sowie Decken des Ofens verwendeten Keramikfaserelementen erforderlich. Bei den auf dem Boden 2 des Ofens aufliegenden Keramikfaserelementen 1 hingegen reicht bereits der durch das Ineinandergreifen der Strukturen 8, 9 erzeugte Formschluß aus.
Bezugszeicheni iste
1 Keramikfaserelement
2 Boden des Ofens
3 Ofenwagen
4 Faserkern
5 Faserschicht
6 Innenwand
7 Befestigungselement
8 räumliche Struktur
9 räumliche Struktur
Transportbahn Wasserstrahl-Sehne idvorrichtung Hochdruckstrahl Hochtemperaturkleber

Claims (5)

Ansprüche»
1. Blockförmiges Keramikfaserelement zur hitzefesten
Innenauskleidung von öfen, Reaktoren und dgl., welches
zumindest zweilagig aufgebaut ist mit einem an der Ofenwand (6) angeordneten Faserkern (4) sowie einer dem
Ofeninnenraum zugewandten zusätzlichen Faserschicht (5),
wobei die zusätzliche Faserschicht (5) eine höhere
Temperaturbeständigkeit als der Faserkern (4) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Faserkern (4) an seiner der Faserschicht (5) zugewandten Flachseite mit einer im Rapport gestalteten räumlichen Struktur (8) versehen ist, an der eine hierzu negativ gestaltete räumliche Struktur (9) der Faserschicht (5) bündig und in zumindest einer Seitwärtsrichtung formschlüssig anliegt.
2. Keramikfaserelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beteiligten Strukturen (8, 9) im Bereich ihres bündigen Aneinanderliegens durch einen Hochtemperaturkleber (13) verbunden sind.
3. Keramikfaserelement nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die räumlichen Strukturen (8, 9) sowohl des Faserkerns (4) als auch der Faserschicht (5) durch Schnittflächen gebildet werden, wie sie z. B. beim Wasserstrahlschneiden entstehen.
4. Keramikfaserelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturen (8, 9) im Querschnitt zahnförmig gestaltet sind.
5. Keramikfaserelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturen (8, 9) im Querschnitt trapezförmig gestaltet sind.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1701122A2 (de) * 2005-03-11 2006-09-13 Plibrico G.m.b.H. Feuerfestplatte sowie Verfahren zu deren Herstellung

Cited By (2)

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EP1701122A2 (de) * 2005-03-11 2006-09-13 Plibrico G.m.b.H. Feuerfestplatte sowie Verfahren zu deren Herstellung
EP1701122A3 (de) * 2005-03-11 2006-12-06 Plibrico G.m.b.H. Feuerfestplatte sowie Verfahren zu deren Herstellung

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