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Durch einen Stützkörper verstärkter Baukörper aus feuerfestem Werkstoff
Es ist allgemein bekannt, daß feuerfeste Werkstoffe, wie Tonerde, Thoroxyd, Beryll,
Mullist und Sillimanit, obwohl sie bei normalen Raumtemperaturen und demgegenüber
geringfügig erhöhten Temperaturen verhältnismäßig fest und widerstandsfähig sind,
diese Eigenschaften sehr schnell verlieren, sobald Körper aus solchen Stoffen auf
Temperaturen von i5oo° und mehr erhitzt werden. Ein Baukörper aus feuerfestem Werkstoff,
wie ein Block, eine Tafel, ein Stab oder ein Rohr, kann, wenn er lediglich an seinen
Enden unterstützt wi.Td, bei normalen Raumtemperaturen oder demgegenüber nur wenig
erhöhten Temperaturen zwischen diesen Unterstützungen ein erhebliches Gewicht tragen.
Sobald er jedoch Temperaturen von r500° und darüber ausgesetzt wird, ist er einer
nennenswerten - Belastung gegenüber nicht mehr widerstandsfähig und' biegt sich,
selbst wenn .er sehr kurz ist, bereits unter seinem eigenen Gewicht durch.
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Es ist bereits bekannt, derartige Baukörper mit Stäben oder anderen
Stützkörpern zu verstärken, die mechanisch kräftiger als das dien Baukörper bildende
Material sind. So hat man beispielsweise bereits Zement mit Stahl oder plastische
Stoffe mit Papier, Textilstoffen oder Glasfasern verstärkt.
Es ist
auch bereits bekannt, Verstärkungen oder Einsätze zu verwenden, um dem betreffenden
Baukörper andere Eigenschaften, beispielsweise eine bessere Wärmeleitfähigkeit oder
verbesserte Isolationsfähigkeit, zu geben.
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Die Erfindung betrifft die Verstärkung feuerfester Baukörper, um deren,
Belastungsfähigkeit bei hohen Temperaturen zu verstärken. Gemäß der Erfindung wird
als Verstärkungsmaterial ein Graphitkörper gewählt, weil Graphit bei hohen Temperaturen
gute mechanische Festigkeitseigenschaften aufweist. Die Erfindung besteht darin,
daß der aus einem chemisch mit Graphit verträglichen Werkstoff bestehende Baukörper
eine Bohrung aufweist, in die zur Verstärkung des Baukörpers ein Graphitkörper eingebracht
ist. Der Baukörper kann ein Block, eine Tafel, ein Stab oder ein Rohr aus Tonerde
oder einem anderen feuerfesten Werkstoff sein. Dieser Baukörper wird durch einen
oder mehrere Graphitkörper, z. B. Graphitstäbe, verstärkt, und die verhältnismäßig
hohen Festigkeitseigenschaften des Graphits bei hohen Temperaturen werden für die
Verbesserung der Festigkeitseigenschaften des keramischen Körpers bei solchen Temperaturen
ausgenutzt.
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So kann ein Rohr aus Tonerde von einem Innendurchmesser von
2,5 cm dadurch verstärkt werden, daß in dieses ein Graphitstab von i,8 cm
Du.rchmesser eingeführt wird. Es wurde gefunden, daß ein in dieser Weise verstärktes
Rohr von beispielsweise r m Länge bei Temperaturen von über r5oo°, auch wenn es
nur an seinen Enden unterstützt ist, ein erhebliches Gewicht tragen kann, währende
ohne diese Graphitverstärkung ein viel größeres Rohr unter der Einwirkung eines
viel geringeren Gewichtes, wenn, nicht seines Eigengewiehües, bei den, gleichen
Temperaturen nachgibt. Es ist selbstverständlich notwendig, daß der Graphitstab
sich an seinen beiden Enden im wesentlichen bis zu den, oder bis über die Punkte
hinaus erstreckt, an welchen das Rohr unterstützt wird. (Unter »Rohr« ist- nicht
ein solches nur kreisförmigen Querschnittes zu verstehen.) Im Falle der Anwendung
der Erfindung auf eine Rohranordnung ist es, da Graphit bei den in Betracht kommenden
hohen Temperaturen gegenüber Sauerstoff nicht beständig ist, notwendig, von dem
Rohr Luft oder andere oxydierende Gase soweit als möglich fernzuhalten. Aus diesem
Grunde muß das Rohr aus einem Werkstoff bestehen, der im wesentlichen gasundurchlässig
ist. Da. mit Ausnahme der reinsten Graphite alle Graphitkärper im Zuge ihrer Erhitzung
Gas frei machen, ist es nicht ratsam, beide Enden des den Graphitkörper umschließenden
Rohres dicht abzuschließen. Zweckmäßiger ist es vielmehr, wenigstens da.s eine Ende
dicht und das andere durch einen. Stopfen aus gasdurchlässigem Stoff, z. B. aus
poröser Tonerde, zu verschließen. Es ist ferner auch möglich, ein Rohr zu verwenden,
dessen beide Enden durch solche Stopfen geschlossen sind. Da nennenswerte Gasmengen,
wenn überhaupt, in das Rohr nur durch den porösen Stopfen eintreten; können, wird
der hierdurch erfolgende Angriff auf den Graphit auf das Ende des Graphitstabes
beschränkt, der dem Stopfen anliegt.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird zwischen das Ende
des Graphitstabes und den porösen Stopfen ein Material, welches Sauerstoff absorbiert
oder mit Sauerstoff in Reaktion tritt, in Form eines kompakten Körpers oder als
Pulver, ivie Graphit, Wolfram oder Molybdän. eingeschaltet. Dieses Zwischenmaterial
wird im folgenden als »verlorenes Material« bezeichnet. Etwa durch den porösen Stopfen
eintretendes oxydierendes Gas wirkt auf dieses Material, und der Stab selbst wird
nicht angegriffen. Das verlorene Material kann von Zeit zu Zeit aufgefüllt werden,
um sicherzustellen, daß der Stab nicht angegriffen wird. Im Betrieb hat es sich
gezeigt, daß ein unzulässiger Angriff auf den Graphit durch die durch den porösen,
Stopfen eintretende Luft nicht erfolgt, a) weil infolge des Ausgasens des Graphitstabes
während seiner Erhitzung sich ein Gasstrom ausbildet, welcher durch den porösen.
Stopfen hindurch nach außen tritt, und b) weil etwa durch Oxydation dies verlorenen
Materials gebildetes Kohlendioxyd oder anderes Gas ebenfalls durch den Stopfen hindurch
nach außen fließt.
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Die Notwendigkeit, das Gas zu ersetzen, kann entweder durch. bloße
Beobachtung oder durch Ermittlung des: Gewichtes der Gesamtanordnung nach Entfernen
des porösen Stopfens festgestellt werden.
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Eine solche Graphitverstärkung kann auch bei Tafeln, Blöcken oder
Stäben aus feuerfestem Werkstoff erfolgen. In diesem Falle wird- der Körper in seiner
Längsrichtung von einem Ende bis zu einem in der Nähe des anderen Endes liegenden
Punkt durchbohrt und derart einer oder mehrere an einem Ende geschlossene Kanäle
gebildet. Dann wird in jeden Kanal ein Graphitstab eingeführt und anschließend das
verlorene Material, worauf das offene Ende durch den. porösen Stopfen geschlossen
wird,.
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Wahlweise kann auch in das feuerfeste Material eine Anzahl feuerfester
Rohre in solcher Weise eingebettet werden, daß ein Ende jedes Rohres unabgedeckt
bleibt, worauf das feuerfeste Material gebrannt wird, wodurch die Tafel oder der
Block fertiggestellt sind.
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In dieser Weise .verstärkte Tafeln. oder Blöcke können z. B. zum Aufbau
des Gewölbes bzw. oberen Abschlusses von Brennöfen oder sonstigen Industrieöfen
verwendet werden.
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Wahlweise können in der oben beschriebenen Weise verstärkte Rohre
als Träger für keine Verstärkungen aufweisende feuerfeste Tafeln für den gleichen
Zweck verwendet werden.
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Eine besonders vorteilhafte Anwendungsmöglichkeit der gemäß der Erfindung
verstärkten feuerfesten Rohre ist die zum Tragen von zu brennenden feuerfesten Rohren.
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Gemäß der bisherigen Arbeitsweise werden zu brennende feuerfeste Rohre
(sogenannte »grüne Rohre«) häufig an kurzen Pflöcken aus Tonerde od. dgl. aufgehängt,
die durch in der Nähe des
oberen Endes der grünen Rohre in diese
gebohrte Löcher hindurchgesteckt sind und ihrerseits von Säulen einer Ofenausrüstung,
die aus feuerfesten Steinen od. dgl. aufgebaut ist, getragen werden. Da diese Dorne
die Neigung haben, sich bei hohen Temperaturen unter der Wirkung des Gewichtes der
grünen Rohre durchzubiegen, müssen die Stellen, an denen sie getragen werden, so
dicht als möglich aneinanderliegen, d. h. sie sollen so dicht aneinanderliegend
angeordnet sein, wie dies der Durchmesser des zu tragenden grünen Rohres zuläßt.
Aus diesem Grunde wird ein erheblicher Teil des Ofenraumes, in dem die grünen Rohre
gebrannt werden, durch die Brennhilfsmittel in Anspruch: genommen. Dieser Raum ist
verloren. Außerdem ist damit der Nachteil verbunden, daE die Brennhilfsmittel einen
erheblichen Anteil d- er dem Ofen zugeführten Wärme absorbieren.
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Dadurch, daß die bekannte Art der Aufhängung der grünen. Rohre durch
die mittels durch: Graphit gemäß der Erfindung verstärkten feuerfesten Rohre ersetzt
wird, wird es möglich, die Säulen, die die Brennhilfsmittel bilden, in erheblich
größerer Entfernung voneinander, z. B. von i m oder mehr, anzuordnen und dadurch
den Raum, der durch diese Brennhilfsmittel im Ofen eingenommen wird, erheblich zu
verringern:. Dies ermöglicht es-, die grünen Rohre mittels der üblichen Dorne, die
quer über Paare verstärkter Rohre gelegt werden, in Reihen aufzuhängen. Außerdem
können unter den verstärkten Rohren auf Zapfen, die durch Löcher in, auf diese aufgeschobenen
Stutzen eingesteckt sind, weitere grüne Rohre getragen werden. Auf diese Weise wird;
der Raum innerhalb des Ofens im wesentlichen für grüne zu brennende Rohre ausgenutzt
und der von den Brennhilfsmitteln eingenommene Raum erheblich verringert, so daß
nicht nur die Leistung bei jedem Brande erheblich vergrößert, sondern auch die zugeführte
Wärme in wirksamerer Weise ausgenutzt wird, weil weniger Wärme für die Erhitzung
der Brennhilfsmittel verlorengeht.
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Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele des Gegenstandes. der Erfindung,
und zwar Fig. i einen Längsschnitt durch vier verstärkte Rohre, Fig. 2 Endansichten
der in Fig. i dargestellten Rohre, Fig. 3 eine Aufsicht und Fig. q. eine Endansicht
eines verstärkten Blockkörpers, Fig. 5 in Seitenänsicht den Besatz eines Brennofens,
Fig. 6 einen Schnitt gemäß Linie 6-6 in Fig. 5 und Fig.7 eine Aufsicht auf den Gegenstand
der Fig. 5.
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Fig. i, a zeigt ein durch einen Graphitstab 2 verstärktes Rohr i aus
feuerfestem Werkstoff, das an seinen beiden Endren mittels poröser Stopfen 3, z.
B. aus feuerfestem Zement, abgeschlossen ist; Fig. i, b zeigt ein solches Rohr,
das nur an: seinem einen Ende mittels. eines porösen. Stopfens 3 abgeschlossen ist;
Fsg. i, c zeigt ein dem Rohr gemäß Fig. i, a ähnliches Rohr, bei welchem zwischen
den Stopfen 3 und den Stab z verlorenes Maberial 4. zwischengeschaltet ist; Fig.
r, d zeigt ein Rohr ähnkch dem Rohr in Fig. i, b mit zwischen Stopfen 3 und Stab
2 eingeschaltetem verlorenem Material q..
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Die in Fig. i dargestellten Rohre können beliebige Querschnitte, etwa
die in Fig.2 gezeigten, erhalten.
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In den Fig. 3 und- q. ist ein feuerfester Block 5 dargestellt, der
mit Bohrungen zur Aufnahme einer Anzahl verstärkter Rohre i versehren ist. Diese
Rohre können wie die in Fig. i dargestellten ausgebildet sein.
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Wahlweise können die Bohrungen in dem Block 5 auch Graphitstäbe und
poröse Stopfen, erwünschtenfalls unter Zwischenschaltung verlorenen Materials, enthalten.
Der verstärkte Block 5 kann beispielsweise für das Gewölbe eines Ofens verwendet
werden.
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In den Fig. 5, 6 und' 7 sind Blöcke 7 dargestellt, die das Brennhilfsmittel
innerhalb des Ofens bilden; sie tragen an jedem ihrer Enden verstärkte Rohre i.
Diese Rohre i tragen mittels kurzer Dornren g aus feuerfestem Werkstoff, die durch
Löcher in den Rohren 8 in der Nähe eines ihrer Enden hindurchgeführt sind, eine
Anzahl grüner Rohre B. Die vorteilshafte Ausnutzung des Ofenraumes ist aus drei
Fig. 5 und 7 deutlich. ersichtlich.