EP0134188A1 - Ofenwagen für Brennöfen - Google Patents

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Publication number
EP0134188A1
EP0134188A1 EP84730083A EP84730083A EP0134188A1 EP 0134188 A1 EP0134188 A1 EP 0134188A1 EP 84730083 A EP84730083 A EP 84730083A EP 84730083 A EP84730083 A EP 84730083A EP 0134188 A1 EP0134188 A1 EP 0134188A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
plateau
steel
vehicule
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP84730083A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ivan Prof. Dr.-Ing. Odler
Hans Wiechmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Karl Walter & Co - & Co KG GmbH
Original Assignee
Karl Walter & Co - & Co KG GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Karl Walter & Co - & Co KG GmbH filed Critical Karl Walter & Co - & Co KG GmbH
Publication of EP0134188A1 publication Critical patent/EP0134188A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/12—Travelling or movable supports or containers for the charge
    • F27D3/123—Furnace cars

Definitions

  • tunnel furnaces are used as firing furnaces for the firing of ceramic products, the fired goods generally being introduced into the furnaces on kiln cars.
  • Such kiln cars consist essentially of a mobile steel frame and a two-layer car plateau arranged thereon, the upper layer being formed from a wear-resistant and temperature-resistant material and the lower layer lying on the steel frame containing a heat insulation core which is surrounded by an edge made of refractory material .
  • the kiln is on the plateau of the kiln car.
  • the car plateau protects the steel frame from the high temperatures that act on the plateau in the firing zone of the kiln.
  • the heat insulation core is formed from layers of insulating bricks and layers of light bricks.
  • the insulating stones on the steel frame e.g. diatomite stones, have a very low density and the associated high porosity. This high porosity achieves a low thermal conductivity required for good insulation purposes, but at the same time a low Fe stability of the insulating stone. Since the insulating bricks also only have a low application temperature, i.e. a low upper limit temperature for the use of these bricks in the thermal insulation core, the layer of fire bricks arranged above the insulating bricks is of sufficient light strength and application temperature for sufficient mechanical strength and application temperature of the entire thermal insulation core and have a slightly higher density, indispensable.
  • the layer of light-weight bricks usually requires additional heat protection, since in practice the temperatures prevailing in the furnace room are usually higher than the application temperature of the light-weight bricks.
  • the entire thermal insulation core must be protected against external mechanical stresses, e.g. Abrasion or impact loads, and in view of the decreasing strength of the insulating and fire bricks as temperature rises, because the entire insulation core has a relatively low strength and surface hardness due to its porous structure.
  • This double protective function is achieved in known kiln cars by the edge in the lower layer and by the upper layer of the car plateau.
  • the edge and the top layer are usually made of a wear-resistant, temperature-resistant material.
  • This material has to be resistant to changing temperature loads, since constant heating and cooling of the wagon plateau cannot be avoided while moving in and out of the kiln. 'At the same time, the material must also be characterized by good resistance to pressure fire, ie good softening behavior with constant load and increasing temperature, in order to adequately protect the thermal insulation core from external mechanical stresses.
  • These two requirements are usually best met by firebrick or fireclay refractory concrete qualities, the quality of which is usually in addition to the maximum temperature load in the Firing zone of the kiln are adapted.
  • the thickness of the upper layer is normally 100-150 mm.
  • the thermal insulation core is mostly 200 - 250 mm thick due to the mechanically necessary subdivision into the insulating stone and fire light stone layer, so that there is a total height of the carriage plateau of at least 300 - 400 mm.
  • the kiln car In terms of its function, the kiln car can be seen as a thermally-periodically working element.
  • the high wagon plateau of known kiln wagon constructions proves to be disadvantageous.
  • the large volume of solids in the high wagon plateau cannot be heated quickly, so that a long heating phase in the kiln is required in order to adjust the wagon plateau to the firing temperature required for the material to be fired.
  • only the upper layer of the wagon plateau is adjusted to the firing temperature, since the best possible protection of the steel frame against the firing temperature is only achieved if there is a temperature gradient between the upper and lower layers of the wagon plateau.
  • this temperature adjustment of the upper layer is also absolutely necessary for a problem-free fire of the firing material lying directly on the wagon plateau.
  • the wagon plateau also has a high storage heat, which is released into the atmosphere as heat loss when the kiln wagon cools down after the combustion process has been completed.
  • the heating-up phase must be short and the heat loss when cooling the kiln car must be low.
  • the upper layer of the car plateau is partially filled with a mineral fiber material and additionally with plat arranged above it made of a wear-resistant, dense refractory material, e.g. chamotte.
  • the upper layer of the carriage plateau is covered with mineral fiber material.
  • the arrangement of the material lowers the temperature in one or both layers of the trolley plateau, thus reducing the storage heat, which at the same time reduces the heat losses from the furnace trolley.
  • the values achieved are not sufficiently lowered compared to the well-known values and are therefore not yet satisfactory in practice.
  • this newer construction does not avoid significant disadvantages of known kiln cars.
  • the thermal insulation core shrinks more than the edge of the carriage plateau due to its porous structure under thermal load.
  • the edge must therefore be made in a corresponding width, which increases the weight and storage heat of the carriage plateau.
  • the shrinkage and expansion processes in the wagon plateau create thermal stresses, which are reduced in the case of ceramic materials by crack formation and thus lead to premature wear of the wagon plateau.
  • a ceramic material is not able to deform elastically, so that the edge of the carriage plateau, for example due to the impact stresses that occur during the shunting operation of the kiln cars, is highly susceptible to breakage and requires a relatively high repair effort.
  • a kiln car is now to be created, the car plateau of which ensures an energetically favorable mode of operation, withstands high mechanical loads and can be exchanged quickly and cost-effectively for existing car plateaus.
  • the invention achieves this aim in that the thermal insulation core, including the edge of the lower layer of the carriage plateau, is made of the same highly insulating, temperature-resistant material.
  • the invention completely eliminates all the disadvantages that arise when the insulation layer is constructed from different materials.
  • the mechanical and thermal stress as well as the heat transfer are evenly distributed over the entire surface of the carriage plateau.
  • the low thermal conductivity of the highly insulating material provided according to the invention also makes it possible to reduce the height of the insulating layer of the carriage plateau to up to about 30% of a known thermal insulation core height.
  • the stock of the kiln car is increased by the volume saved on the car plateau, so that a higher productivity of the kiln is achieved with the same number of kiln cars.
  • a cellular material based on calcium aluminate hydrate is preferably provided as the material.
  • a thin protective sheath provided in a further embodiment of the invention which at least laterally encloses the insulating layer vertically, offers the highly insulating material protection from external mechanical stresses and, in its embodiment, which preferably encompasses both layers of the carriage plateau, prevents these layers from slipping horizontally on the steel frame.
  • the mobile steel frame 1 is composed of two steel carrier layers 2 and 3 arranged one above the other and two wheel sets 4 and 5 fastened to the lower steel carrier layer 2.
  • Each of the two steel girder layers 2 and 3 is formed from several steel girders running parallel to one another at a distance, the steel girder of the lower steel girder layer 2 in the direction of travel of the kiln car and the steel girder of the upper steel girder layer 3 at right angles to the direction of travel parallel to the two wheel sets 4 and 5 run.
  • the two outer steel girders 6 and 7 of each steel girder layer are U-shaped and arranged such that a bottom of a U-shaped steel girder 6 or 7 forms an outer edge of a steel girder layer 2 or 3, respectively.
  • the other steel girders of each steel girder layer are double-T girders 8 and 9.
  • the number and spacing of the double-T girders 8, 9 from one another are not fixed, but result from the respective one static load acting on the mobile steel frame 1 from above.
  • an insulation layer 12 which, according to the invention, consists of a highly insulating, temperature-resistant material and protects the mobile steel frame 1 from the high temperatures which act on the carriage plateau 11 in the furnace's firing zone during operation of a kiln car.
  • a cellular material based on caleium aluminate hydrate is preferably used as the material.
  • the starting materials are slurried in an aqueous solution. The sludge is then foamed and poured into appropriate molds. After setting, the material is removed from the mold and is available as a finished cellular product (e.g. stone or plate) for further use.
  • the insulation layer 12 can be made of individual stones or plates lying next to one another Material be formed, the dimensions of the individual stones or plates must be chosen such that the distances between the individual steel beams 7 and 9 serving as supports of the steel beam layer 3 are bridged.
  • the insulation layer 12 is covered with an upper layer 13 arranged above it, which is referred to below as the cover layer.
  • This cover layer 13 is preferably made of a wear-resistant and temperature-resistant material, e.g. a chamotte. Both layers 12 and 13 form the carriage plateau 11, at least the insulation layer 12, but preferably both layers 12 and 13, being enclosed by a thin protective jacket 10.
  • the protective jacket 10 expediently consists of a wear-resistant, temperature-resistant steel with a wall thickness of 8-10 mm, but it is also possible for the protective jacket to be made of a dense, temperature-resistant ceramic material, e.g. a zirconium oxide material.
  • the protective jacket 10 is connected in a suitable manner to the two U-shaped steel beams 7 of the steel beam layer 3. In the case of a steel protective sheath 10, this connection is preferably designed as a weld seam, but it can also be provided as a screw or rivet connection.
  • This trough 21 has the advantage that the dimensions of the plates or stones in the insulation layer 12 are no longer dependent on the spacing of the steel beams in the steel beam layer 3, since these distances are bridged by the floor 20. This makes it possible to arrange slabs and stones of any dimension in the insulation layer 12 of the carriage plateau 11.
  • the tub 21 proves to be very advantageous in connection with the cellular material based on calcium aluminate hydrate.
  • the starting materials of this material can now be poured directly into the tub 21 after slurrying and foaming instead of in a mold.
  • a joint-free monolithic insulation layer 12 is then formed from the cellular material in situ.
  • Such a homogeneous and self-contained layer is characterized by a uniform heat and thermal stress distribution and a uniform heat transfer across the entire carriage platform surface.
  • the joint-free formation of the layer prevents the penetration of foreign substances.
  • a tub has the advantage that a worn old wagon plateau of an existing older kiln car can in many cases be replaced with the wagon plateau according to the invention with a short assembly time, since the wagon plateau 11 is completely prefabricated in the tub 21 and quickly on the existing mobile steel frame few welds or screw or rivet connections can be attached.
  • the possibility of reusing the existing mobile steel frame makes it possible to replace an old wagon plateau with the Trough 21 with the carriage plateau 11 according to the invention is also very inexpensive.
  • All materials which meet the requirements for low thermal conductivity and which are also temperature-resistant are suitable as highly insulating, temperature-resistant material for the insulation layer 12, i.e. have a high application temperature limit.
  • the preferably used material based on cellular calcium aluminate hydrate has an application limit temperature of about 1200 ° C.
  • the thermal conductivity of this material is unusually low and, at the same time, the compressive strength is relatively high compared to known materials with low thermal conductivities.
  • Table 1 for some insulating refractory materials with an application temperature above 1000 ° C. Due to the low thermal conductivity, a high temperature reduction can be carried out over a short distance, so that the layer thickness of the insulation layer 12 required for adequate temperature protection of the steel frame 1 can be selected to be very small.
  • the very low thermal conductivity of the proposed material results from a highly porous structure, while the surface hardness of this material is low, so that the surface of the material is protected against external mechanical loads (e.g. abrasion, stress due to impact as well as scraping or scratching) a tool) is indispensable.
  • This protective function is achieved on the surface of the insulation layer 12 by the cover layer 13 and in the edge region of the insulation layer 12 by the protective jacket 10 which at least surrounds this layer.
  • this protective jacket 10 in the preferred embodiment consists of a wear-resistant temperature-resistant steel, there is a risk of breakage of the curbs at least in the insulation layer 12 of the conventional furnace car plateaus Avoided wagon plateaus and at the same time achieved the best possible protection against external mechanical loads with a few millimeters of steel material while saving weight. Because steel has the ability to withstand tension caused by elastic or plastic. Deformation without cracking, premature wear of the edges of the plateau is excluded.
  • the relatively high application temperature of the material provided in the insulation layer 12 of approximately 1200 ° C. in most cases, i. H. at temperatures in the furnace room up to 1200 ° C, this temperature can be applied directly to the insulation layer.
  • additional thermal insulation between the insulation layer 12 and the furnace space is therefore not necessary, and the cover layer 13 therefore mostly only has a purely mechanical protective function, in contrast to known carriage plateaus. Therefore, this cover layer 13 can then also be made substantially thinner, so that the total height of the two-layer car plateau 11 can be reduced in such cases by up to about 70% compared to known kiln car plateaus.
  • the insulation layer 12 can also be protected from external mechanical stresses by a cover which is made of wear-resistant, temperature-resistant steel and is connected to the protective jacket 10 in a suitable manner. It is expedient to provide screws, rivets or the like as a connection in order to enable a convenient and quick exchange of the heat insulation core.
  • the vertical height of the protective jacket 10 is selected in the embodiment shown in FIG. 2 such that the carriage plateau 11 is enclosed in its full height by the protective jacket 10. This also prevents the cover layer 13 of the wagon plateau 11 from slipping horizontally, as can occur, for example, in shunting operation when two kiln cars collide.
  • the vertical height of the protective jacket 10 can be selected in a further modification, also not shown, in such a way that only the insulation layer 12 is surrounded vertically laterally by the protective jacket 10.
  • Figures 3 and 4 illustrate an alternative embodiment of the carriage plateau, in which the protective jacket 10 consists of individual ceramic plates 14 of a wear-resistant refractory material. Dense ceramic materials such as. B. provided on the basis of zirconium oxide.
  • the individual ceramic plates 14 can be inserted into a U-shaped profile, not shown, made of a temperature-resistant steel, which is welded or screwed to the steel girders of the upper steel girder layer 3.
  • all ceramic plates 14 must have the same dimensions in their thickness in order to ensure a snug fit between the two legs of the U-shaped profile. In practice, it is therefore more convenient to arrange the plates 14 between two steel plates 15 and 18 according to FIG. 4.
  • the inner steel plate 18 is welded or screwed to the steel beams of the upper steel beam layer 3. Here are with a screw z. B. tapped holes in the steel beams or threaded sleeves welded to the steel beams.
  • the height of the plates 14 forming the protective jacket 10 is preferably selected such that the carriage plateau 11 is enclosed in its full height by the protective jacket 10.
  • the inner steel plate 18 Since the inner steel plate 18 is not exposed to such high temperatures, it consists of a simple steel, while the outer steel plate 15 is made of a wear-resistant and temperature-resistant steel.
  • the outer steel plate 15 is fastened to the steel plate 18 with screws 16, and the plates 14 are provided with holes in the area of the steel plates surrounding them, the screws 16 from the outer to the inner steel plate are inserted through this hole.
  • the screwing of the steel plates on the steel frame has the advantage over the welding that a quick disassembly is possible if an exchange z. B. is required after damage.
  • the outer steel plate 15 is connected to the inner steel plate 18 regardless of the different thicknesses of the plates 14, and a positive fit of the plates between the two steel plates is achieved.
  • a precise fit of the plates 14 is ensured even after prolonged use, since the distance between the two steel plates can be adapted to the wear-reduced plate thickness by tightening the screws 16 again.
  • the insulating layer prevents the penetration of foreign matter into the insulation layer of the carriage plateau, so that a seamless, monolithic formation of the insulation layer is not absolutely necessary.

Landscapes

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Abstract

Beschrieben wird ein Ofenwagen für Brennöfen, der ein fahrbares Stahlgestell (1) besitzt, auf dem ein zweischichtiges Wagenplateau (11) angeordnet ist. Die obere Schicht (13) des Wagenplateaus dient als Deckschicht und besteht aus einem verschleissfesten und temperaturbeständigen Material, z.B. aus Schamotte oder Stahl. Die untere Schicht (12) des Wagenplateaus (11) ist eine Wärmedämmschicht, die durchgehend aus einem hochisolierenden temperaturbeständigen Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit besteht, z.B. aus einem zellularen Werkstoff auf Basis von Calcium-Aluminium-Hydrat. Durch den erfindungsgemäss einheitlichen, homogenen Aufbau der Dämmschicht (12) wird die mechanische und thermische Beanspruchung gleichmässig über die gesamte Fläche des Wagenplateaus (11) verteilt. Die niedrige Wärmeleitfähigkeit des in der Dämmschicht (12) vorgesehenen Werkstoffes ermöglicht es darüber hinaus, den erforderlichen Temperaturabbau auf einer kurzen Strekke vorzunehmen, so dass die Dämmschicht (12) des Wagenplateaus (11) in ihrer Höhe gegenüber bekannten Wagenplateaus erheblich vermindert werden kann. Damit wird eine beträchtliche Gewichtsersparnis des Wagenplateaus erreicht, die Speicherwärme des Wagenplateaus entscheidend verringert und der Wärmeverlust erniedrigt.

Description

  • In der keramischen Industrie werden für das Brennen von keramischen Produkten als Brennöfen neben Kammer- und Herdwagenöfen vor allem Tunnelöfen eingesetzt, wobei das Brenngut in der Regel auf Ofenwagen in die Brennöfen eingebracht wird.
  • Derartige Ofenwagen bestehen im wesentlichen aus einem fahrbaren Stahlgestell sowie einem darauf angeordneten zweischichtigen Wagenplateau, wobei die obere Schicht aus einem verschleißfesten und temperaturbeständigen Material gebildet ist und die untere auf dem Stahlgestell aufliegende Schicht einen Wärmedämmkern enthält, der von einem Rand aus feuerfestem Material-umgeben ist. Im Betrieb eines derartigen Ofenwagens liegt das Brenngut auf dem Wagenplateau des Ofenwagens, das Wagenplateau schützt gleichzeitig das Stahlgestell vor den hohen Temperaturen, die auf das Wagenplateau in der Feuerungszone des Brennofens einwirken.
  • In bekannten Ausführungsformen wird der Wärmedämmkern aus Lagen von Isoliersteinen und Lagen von Feuerleichtsteinen gebildet. Die auf dem Stahlgestell aufliegenden Isoliersteine, z.B. Diatomitsteine, besitzen ein sehr geringes Raumgewicht und eine damit verbundene hohe Porosität. Durch.diese hohe Porosität wird zwar eine für gute Isolierungszwecke geforderte niedrige Wärmeleitfähigkeit erreicht, aber gleichzeitig jedoch eine geringe Festigkeit des Isoliersteins hervorgerufen. Da die Isoliersteine zusätzlich auch nur eine niedrige Anwendungstemperatur, d. h. eine niedrige obere Grenztemperatur für den Einsatz dieser Steine im Wärmedämmkern aufweisen, ist für eine ausreichende mechanische Belastbarkeit und Anwendungstemperatur des gesamten Wärmedämmkerns die über den Isoliersteinen angeordnete Lage aus Feuerleichtsteinen, die eine höhere Festigkeit und Anwendungstemperatur sowie ein etwas höheres Raumgewicht besitzen, unerläßlich.
  • Die Feuerleichtsteinlage erfordert in der Regel einen weiteren Wärmeschutz, da in der Praxis die im Ofenraum vorherrschenden Temperaturen meist höher sind als die Anwendungstemperatur der Feuerleichtsteine. Außerdem ist ein Schutz des gesamten Wärmedämmkerns vor äußeren mechanischen Beanspruchungen, wie z.B. Abrieb- oder Stoßbelastungen, und im Hinblick auf die bei steigenden Temperaturen abnehmende Festigkeit der Isolier- und Feuerleichtsteine notwendig, da der gesamte Wärmedämmkern infolge seines porösen Gefüges eine relativ niedrige Festigkeit und Oberflächenhärte besitzt.
  • Diese doppelte Schutzfunktion wird bei bekannten Ofenwagen durch den Rand in der unteren Schicht und durch die obere Schicht des Wagenplateaus erreicht. Dabei bestehen der Rand und die obere Schicht normalerweise aus einem verschleißfesten temperaturbeständigen Material. Dieses Material muß gegenüber wechselnden Temperaturbelastungen beständig sein, da ein ständiges Auf- und Abheizen des Wagenplateaus während des Ein- und Ausfahrens aus dem Brennofen nicht zu vermeiden ist. ' Zugleich muß sich das Material auch durch eine gute Druckfeuerbeständigkeit, d.h. ein gutes Erweichungsverhalten bei konstanter Last und steigender Temperatur, auszeichnen, um den Wärmedämmkern ausreichend vor äußeren mechanischen Beanspruchungen zu schützen. Diese beiden Anforderungen werden in der Regel am besten durch Schamottestein-oder Schamottefeuerbetonqualitäten erfüllt, die in ihrer Qualität meist zusätzlich noch der maximalen Temperaturbelastung in der Feuerungszone des Brennofens angepaßt sind. Damit die obere Schicht eine ausreichende Tragfähigkeit besitzt, beträgt die Dikke der oberen Schicht normalerweise 100 - 150 mm. Der Wärmedämmkern ist infolge der mechanisch notwendigen Unterteilung in die Isolierstein- und Feuerleichtsteinlage meistens 200 - 250 mm stark, so daß sich eine Gesamthöhe des Wagenplateaus von mindestens 300 - 400 mm ergibt.
  • Von der Funktion ist der Ofenwagen als thermisch-periodisch arbeitendes Element anzusehen. Bei einer energetischen Betrachtung des Brennprozeßes erweist sich deshalb das hohe Wagenplateau bekannter Ofenwagenkonstruktionen als nachteilig. Das große Feststoffvolumen des hohen Wagenplateaus kann ηicht schnell aufgeheizt werden, so daß eine lange Aufheizphase im Brennofen erforderlich ist, um das Wagenplateau der für das Brenngut erforderlichen Brenntemperatur anzugleichen. Praktisch wird dabei aber nur die obere Schicht des Wagenplateaus der Brenntemperatur angeglichen, da nur bei einem Temperaturgefälle zwischen der oberen und der unteren Schicht des Wagenplateaus ein bestmöglicher Schutz des Stahlgestells vor der Brenntemperatur erreicht wird. Außerdem ist diese Temperaturanpassung der oberen Schicht auch für einen problemlosen Brand des direkt auf dem Wagenplateau aufliegenden Brenngutes unbedingt erforderlich.
  • Infolge des großen Feststoffvolumens besitzt das Wagenplateau außerdem eine hohe Speicherwärme, die nach abgeschlossenem Brennprozeß beim Abkühlen des Ofenwagens als Wärmeverlust an die Atmosphäre abgegeben wird.
  • Für eine energetisch günstige Betriebsweise des Ofenwagens muß die Aufheizphase jedoch kurz und der Wärmeverlust beim Abkühlen des Ofenwagens gering sein.
  • Bei bekannten neueren Konstruktionen von Ofenwagen ist die obere Schicht des Wagenplateaus zum Teil mit einem Mineralfaser-Material ausgefüllt und zusätzlich mit darüber angeordneten Platten aus einem verschleißfesten dichten Feuerfestmaterial, z.B. Schamotte, abgedeckt. In einer anderen Ausführungsform ist die obere Schicht des Wagenplateaus mit Mineralfaser-Material abgedeckt. Bei beiden Wagenplateaus wird durch die Anordnung des Materials die Temperatur in einer oder in beiden Schichten des Wagenplateaus abgesenkt und damit die Speicherwärme verringert, wodurch gleichzeitig die Wärmeverluste des Ofenwagens erniedrigt werden. Die erreichten Werte sind aber nicht genügend gegenüber den altbekannten Werten abgesenkt und somit in der Praxis noch nicht befriedigend. Außerdem werden durch diese neuere Konstruktion wesentliche Nachteile bekannter Ofenwagen nicht vermieden.
  • Infolge der bei den altbekannten wie auch bei den neueren Konstruktionen vorgesehenen Zustellung des Wagenplateaus aus verschiedenen feuerfesten Steinqualitäten (Isolierstein, Feuerleichtstein, verschleißfester dichter Feuerfeststein) kommt es zu unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen von Wärmedämmkern und Rand in der unteren Schicht des Wagenplateaus. Außerdem kann der Fall eintreten, daß der Wärmedämmkern bei thermischer Belastung infolge seines porösen Gefüges stärker schwindet als der Rand des Wagenplateaus. Während des Schwindungs- oder Ausdehnungsprozesses des Wärmedämmkerns entstehen in der unteren Schicht Kräfte, die durch den Rand des Wagenplateaus kompensiert werden müssen. Für eine ausreichende mechanische-Festigkeit muß daher der Rand in einer entsprechenden Breite ausgeführt werden, wodurch sich das Gewicht und die Speicherwärme des Wagenplateaus erhöhen. Darüber hinaus entstehen bei den Schwindungs- und Ausdehnungsprozessen im Wagenplateau thermische Spannungen, die bei keramischen Materialien durch Rißbildung abgebaut werden und damit zu einem frühzeitigen Verschleiß des Wagenplateaus führen.
  • Schließlich ist ein keramisches Material nicht in der Lage, sich elastisch zu verformen, so daß der Rand des Wagenplateaus beispielsweise durch die beim Rangierbetrieb der Ofenwagen auftretenden Stoßbeanspruchungen in starkem Maße bruchgefährdet ist und einen verhältnismäßig hohen Reparaturaufwand erfordert.
  • Mit der Erfindung soll nun ein Ofenwagen geschaffen werden, dessen Wagenplateau eine energetisch günstige Betriebsweise gewährleistet, hohen mechanischen Beanspruchungen standhält und schnell und kostensparend gegen vorhandene Wagenplateaus austauschbar ist.
  • Dieses Ziel erreicht die Erfindung dadurch, daß der Wärmedämmkern einschließlich des Randes der unteren Schicht des Wagenplateaus aus einem gleichen hochisolierenden, temperaturbeständigen Material besteht.
  • Durch den einheitlichen, homogenen Aufbau der unteren Schicht des Wagenplateaus, die nachfolgend nur noch mit Dämmschicht bezeichnet ist, im Wärmedämmkern und im Rand aus einem hochisolierenden Material beseitigt die Erfindung vollständig alle Nachteile, die bei einem Aufbau der Dämmschicht aus unterschiedlichen Materialien entstehen. Die mechanische und thermische Beanspruchung sowie der Wärmedurchgang werden gleichmäßig über die gesamte Fläche des Wagenplateaus verteilt. Die niedrige Wärmeleitfähigkeit des erfindungsgemäß vorgesehenen hochisolierenden Materials ermöglicht darüber hinaus, die Dämmschicht des Wagenplateaus in ihrer Höhe auf bis zu etwa 30 % einer bekannten Wärmedämmkernhöhe zu vermindern. Dadurch wird eine Gewichtsersparnis des Wagenplateaus bis.zu etwa 50 % erreicht, die Speicherwärme des Wagenplateaus entscheidend verringert, der Wärmeverlust erniedrigt und die Möglichkeit für kürzere Aufheiz- und Abkühlphasen gegeben, so daß eine energetisch günstigere Betriebsweise des Brennofens erreicht wird. Außerdem werden durch die Materialersparnis bei einer Reparatur des Wagenplateaus die Kosten gesenkt.
  • Darüber hinaus wird der Besatz des Ofenwagens um das am Wagenplateau eingesparte Volumen gesteigert, so daß eine höhere Produktivität des Brennofens bei gleicher Anzahl von Ofenwagen erreicht wird. Der Brennstoffbedarf des Brennofens ändert sich dabei meist nicht, weil das insgesamt aufzuheizende Volumen von Brenngut und Wagenplateau fast gleichbleibend ist.
  • Vorzugsweise ist als Material ein zellularer Werkstoff auf der Basis von Calciumaluminat-Hydrat vorgesehen.
  • Ein in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehener dünner Schutzmantel, der wenigstens die Dämmschicht seitlich vertikal umschließt, bietet dem hochisolierenden Material Schutz vor äußeren mechanischen Beanspruchungen und verhindert außerdem in seiner vorzugsweise beide Schichten des Wagenplateaus umschließenden Ausführungsform ein horizontales Verrutschen dieser Schichten auf dem Stahlgestell. Schließlich ist beim Bau des erfindungsgemäßen Ofenwagens oftmals die Wiederverwendung des fahrbaren Stahlgestells älterer Ofenwagen möglich und nur ein Ersatz des alten Wagenplateaus notwendig, so daß ein schneller und kostengünstiger Ersatz von älteren Ofenwagen möglich ist.
  • Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Ofenwagens sind in den Unteransprüchen definiert und in der nachfolgenden Beschreibung einzelner Ausführungsformen anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierin zeigen:
    • Fig. 1 eine Draufsicht einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
    • Fig. 2 eine Schnittansicht der Ausführungsform gemäß Figur 1 in der Ebene II - II,
    • Fig. 3 eine Draufsicht einer alternativen Ausführungsform der Erfindung, und
    • Fig. 4 eine Schnittansi.cht der Ausführungsform gemäß Figur 3 in der Ebene IV - IV.
  • Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 2 setzt sich das fahrbare Stahlgestell 1 aus zwei übereinander angeordneten Stahlträgerlagen 2 und 3 sowie zwei an der unteren Stahlträgerlage 2 befestigten Radsätzen 4 und 5 zusammen. Jede der beiden Stahlträgerlagen 2 und 3 wird dabei aus mehreren in einem Abstand zueinander parallel verlaufenden Stahlträgern gebildet, wobei die Stahlträger der unteren Stahlträgerlage 2 in Fahrtrichtung des Ofenwagens und die Stahlträger der oberen Stahlträgerlage 3 im rechten Winkel zur Fahrtrichtung parallel zu den beiden Radsätzen 4 und 5 verlaufen. Die beiden äußeren Stahlträger 6 bzw. 7 jeder Stahlträgerlage sind U-förmig ausgebildet und derart angeordnet, daß ein Boden eines U-förmigen Stahlträgers 6 oder 7 jeweils eine Außenkante einer Stahlträgerlage 2 oder 3 bildet. Die weiteren Stahlträger jeder Stahlträgerlage sind Doppel-T-Träger 8 bzw. 9. In den beiden Stahlträgerlagen 2, 3 ist die Anzahl und der Ab= stand der Doppel-T-Träger 8, 9 untereinander nicht festgelegt, sondern ergibt sich aus der jeweiligen statischen Belastung, die auf das fahrbare Stahlgestell 1 von oben einwirkt.
  • Auf der oberen Stahlträgerlage 3 liegt eine Dämmschicht 12 auf, die erfindungsgemäß aus einem hochisolierenden temperaturbeständigen Material besteht und im Betrieb eines Ofenwagens das fahrbare Stahlgestell 1 vor den hohen Temperaturen, die in der Feuerungszone des Brennofens auf das Wagenplateau 11 einwirken, schützt. Vorzugsweise wird als Material ein zellularer Werkstoff auf der Basis von Caleiumaluminat-Hydrat eingesetzt. Bei der Herstellung dieses Werkstoffes werden die Ausgangsmaterialien in einer wässrigen Lösung aufgeschlämmt. Der Schlamm wird anschließend aufgeschäumt und in entsprechende Formen eingegossen. Nach dem Abbinden wird der Werkstoff der Form entnommen und steht als zellulares Fertigprodukt (z.B. Stein oder Platte) zur Weiterverwendung zur Verfügung.
  • In der einfachsten Ausführungsform kann die Dämmschicht 12 aus einzelnen nebeneinander liegenden Steinen oder Platten dieses Materials gebildet sein, wobei die Abmessungen der einzelnen Steine oder Platten derart gewählt werden müssen, daß die Abstände zwischen den einzelnen als Auflager dienenden Stahlträgern 7 bzw. 9 der Stahlträgerlage 3 überbrückt werden.
  • Die Dämmschicht 12 ist mit einer darüber angeordneten oberen Schicht 13 abgedeckt, die nachfolgend mit Deckschicht bezeichnet wird. Diese Deckschicht 13 besteht vorzugsweise aus einem verschleißfesten und temperaturbeständigen Material, z.B. einer Schamotte. Beide Schichten 12 und 13 bilden das Wagenplateau 11, wobei wenigstens die Dämmschicht 12, vorzugsweise jedoch beide Schichten 12 und 13 von einem dünnen Schutzmantel 10 umschlossen sind. Zweckmäßigerweise besteht der Schutzmantel 10 aus einem verschleißfesten temperaturbeständigen Stahl mit einer Wandstärke von 8 - 10 mm, es ist aber auch möglich den Schutzmantel aus einem dichten temperaturbeständigen keramischen Material, z.B. einem Zirkonoxidwerkstoff, herzustellen. Der Schutzmantel 10 ist in geeigneter Weise mit den beiden U-förmigen Stahlträgern 7 der Stahlträgerlage 3 verbunden. Bei einem stählernen Schutzmantel 10 wird diese Verbindung vorzugsweise als Schweißnaht ausgeführt, sie kann 2ber auch als Schraub- oder Nietverbindung vorgesehen sein.
  • In der Praxis ist es zweckmäßig, wie in der Fig. 2 dargestellt, zusätzlich einen Stahlboden 20 zwischen dem Wagenplateau 11 und dem fahrbaren Stahlgestell 1 anzuordnen, der mit dem Schutzmantel 10 zu einer Wanne 21 verbunden ist, die zumindest die Dämmschicht des Wagenplateaus 11 aufnimmt. Durch diese Wanne 21 ergibt sich der Vorteil, daß die Abmessungen der Platten oder Steine in der Dämmschicht 12 nicht mehr von den Abständen der Stahlträger in der Stahlträgerlage 3 abhängig sind, da diese Abstände von dem Boden 20 überbrückt werden. Dadurch ist es möglich, Platten und Steine jeder beliebigen Abmessung in der Dämmschicht 12 des Wagenplateaus 11 anzuordnen.
  • Bei einem Einsatz des Ofenwagens in Brennöfen, die mit einem Feststoffbrennmaterial, (z. B. Kohlenstaub oder Holzmehl) betrieben werden, ist es nicht vermeidbar, daß Asche oder unvollständig verbrannte Brennmaterialreste auf das Wagenplateau des Ofenwagens fallen. Diese nachfolgend als Fremdstoffe bezeichneten Materialreste können mengenmäßig zusätzlich durch Abplatzungen an der Deckschicht 13 des Wagenplateaus oder am Brenngut sowie am Ausmauerungsmaterial des Ofenraumes vergrößert werden. Weil durch das Eindringen dieser Fremdstoffe in die Fugen zwischen den Platten oder Steinen der Dämmschicht 12 beim Erwärmen dieser Schicht ein ungehindertes Ausdehnen der Platten oder Steine in die Fugenräume verhindert wird, und sich dadurch in der Dämmschicht 12 Wärmespannungen ausbilden, die zu einem vorzeitigen Verschleiß der Platten oder Steine führen, muß in diesen Fällen eine möglichst fugenfreie Dämmschicht 12 angestrebt werden. Auch in dieser Hinsicht erweist sich die Wanne 21 in Verbindung mit dem zellularen Werkstoff auf der Basis von Calciumaluminat-Hydrat als sehr vorteilhaft. Die Ausgangsmaterialien dieses Werkstoffes können jetzt nämlich nach dem Aufschlämmen und Aufschäumen statt in eine Form direkt in die Wanne 21 eingegossen werden. Nach dem Abbinden wird dann in situ eine fugenfreie monolithische Dämmschicht 12 aus dem zellularen Werkstoff gebildet. Eine derartige homogene und in sich geschlossene Schicht zeichnet sich durch eine gleichmäßige Wärme- und Wärmespannungsverteilung sowie einen einheitlichen Wärmedurchgang üb'er die gesamte Wagenplateaufläche aus. Zugleich wird durch die fugenfreie Ausbildung der Schicht ein Eindringen von Fremdstoffen vermieden.
  • Schließlich hat eine Wanne den Vorteil, daß ein abgenutztes altes Wagenplateau eines vorhandenen älteren Ofenwagens in vielen Fällen mit einer kurzen Montagezeit gegen das erfindungsgemäße Wagenplateau ausgetauscht werden kann, da das Wagenplateau 11 in der Wanne 21 komplett vorgefertigt und auf dem schon vorhandenen fahrbaren Stahlgestell schnell mit wenigen Schweißnähten oder Schraub- bzw. Nietverbindungen befestigt werden kann. Durch die Möglichkeit einer Wiederverwendung des vorhandenen fahrbaren Stahlgestells ist der Ersatz eines alten Wagenplateaus durch die Wanne 21 mit dem erfindungsgemäßen Wagenplateau 11 darüber hinaus sehr kostengünstig.
  • Als hochisolierendes temperaturbeständiges Material für die Dämmschicht 12 sind alle Werkstoffe geeignet, die die Forderungen an eine niedrige Wärmeleitfähigkeit erfüllen und zudem auch noch temperaturbeständig sind, d.h. eine hohe Anwendungsgrenztemperatur aufweisen. Der vorzugsweise eingesetzte Werkstoff auf der Basis von zellularem Calciumaluminat-Hydrat besitzt eine Anwendungsgrenztemperatur von etwa 1200 °C. Dabei ist gegenüber bekannten Materialien mit etwa gleicher Anwendungstemperatur die Wärmeleitfähigkeit dieses Werkstoffes ungewöhnlich niedrig und zugleich die Druckfestigkeit gegenüber bekannten Materialien mit niedrigen Wärmeleitfähigkeiten relativ hoch. In der Tabelle 1 sind für einige isolierende Feuerfestmaterialien mit Anwendungsgrenztemperatur oberhalb 1000 °C diese Werte gegenübergestellt. Durch die niedrige Wärmeleitfähigkeit kann ein hoher Temperaturabbau auf einer kurzen Strecke vorgenommen werden, so daß die für einen ausreichenden Temperaturschutz des Stahlgestells 1 erforderliche Schichtdicke der Dämmschicht 12 sehr klein gewählt werden kann.
  • Die sehr niedrige Wärmeleitfähigkeit des vorgesehenen Werkstoffes ergibt sich durch einen'hoch porösen Gefügeaufbau, wobei gleichzeitig die Oberflächenhärte dieses Werkstoffes gering ist, so daß ein Schutz der Werkstoffoberfläche vor äußeren mechanischen Belastungen (z. B. Abrieb, Beanspruchung durch Stoß sowie durch Schaben oder Kratzen eines Werkzeuges) unerläßlich ist. Diese Schutzfunktion wird an der Oberfläche der Dämmschicht 12 durch die Deckschicht 13 und im Kantenbereich der Dämmschicht 12 durch den wenigstens diese Schicht umschließenden Schutzmantel 10 erreicht. Wenn dieser Schutzmantel 10 in der bevorzugten Ausführungsform aus einem verschleißfesten temperaturbeständigen Stahl besteht, wird gegenüber herkömmlichen Ofenwagenplateaus eine Bruchgefahr der Randsteine zumindest in der Dämmschicht 12 des Wagenplateaus vermieden und zugleich mit wenigen Millimetern Stahlmaterial unter Gewichtsersparnis ein bestmöglicher Schutz vor äußeren mechanischen Beanspruchungen erreicht. Da Stahl die Fähigkeit besitzt, Spannungen durch elastische oder plastische . Verformungen ohne Rißbildungen abzubauen, ist ein vorzeitiger Verschleiß der Ränder des Wagenplateaus ausgeschlossen.
  • Außerdem kann durch die relativ hohe Anwendungstemperatur des in der Dämmschicht 12 vorgesehenen Werkstoffs von ca. 1200 °C in den meisten Fällen, d. h. bei Temperaturen im Ofenraum bis zu 1200 °C, die Dämmschicht direkt mit dieser Temperatur beaufschlagt werden. Somit ist eine zusätzliche Wärmedämmung zwischen Dämmschicht 12 und Ofenraum in vielen Fällen nicht erforderlich, und die Deckschicht 13 hat damit meistens -'im Gegensatz zu bekannten Wagenplateaus - nur eine rein mechanische Schutzfunktion. Daher kann dann auch diese Deckschicht 13 wesentlich dünner ausgebildet werden, so daß das zweischichtige Wagenplateau 11 in derartigen Fällen gegenüber bekannten Ofenwagenplateaus in seiner Gesamthöhe um bis zu etwa 70 % reduzierbar ist.
  • In einer Abwandlung dieser Ausführungsform des Wagenplateaus 11, die nicht weiter dargestellt ist, kann der Schutz der Dämmschicht 12 vor äußeren mechanischen Beanspruchungen auch durch einen Deckel erfolgen, der aus einem verschleißfesten temperaturbeständigen Stahl besteht und mit dem Schutzmantel 10 in geeigneter Weise verbunden ist. Dabei ist es zweckmäßig, als Verbindung Schrauben, Nieten oder dergl. vorzusehen, um einen bequemen und schnellen Austausch des Wärmedämmkerns zu ermöglichen.
  • Die vertikale Höhe des Schutzmantels 10 ist in dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungbeispiel derart gewählt, daß das Wagenplateau 11 in seiner vollen Höhe von dem Schutzmantel 10 umschlossen wird. Dadurch wird auch ein horizontales Verrutschen der Deckschicht 13 des Wagenplateaus 11, wie es beispielsweise im Rangierbetrieb.beim Zusammenstoß zweier Ofenwagen auftreten kann, verhindert.
  • Da das verschleißfeste, temperaturbeständige Material der Deckschicht 13 keinen Schutz vor äußeren mechanischen Beanspruchungen erfordert, kann in einer weiteren, ebenfalls nicht dargestellten Abwandlung die vertikale Höhe des Schutzmantels 10 derart gewählt sein, daß vom Schutzmantel 10 nur die.Dämmschicht 12 seitlich vertikal umgeben ist.
  • Die Figuren 3 und 4 veranschaulichen eine alternative Ausführungsform des Wagenplateaus, bei welcher der Schutzmantel 10 aus einzelnen keramischen Platten 14 eines verschleißfesten Feuerfestmaterials besteht. Zweckmäßig sind als Plattenmaterial dichte keramische Werkstoffe, z. B. auf der Basis vom Zirkonoxid vorgesehen. Die einzelnen keramischen Platten 14 können in ein nicht dargestelltes U-förmiges Profil aus einem temperaturbeständigen Stahl eingesteckt sein, das mit den Stahlträgern der oberen Stahlträgerlage 3 verschweißt oder verschraubt ist.
  • Dabei müssen jedoch alle keramischen Platten 14 in ihrer Dicke die gleichen Abmessungen haben, um einen paßgenauen Sitz zwischen den beiden Schenkeln des U-förmigen Profils zu gewährleisten. In der Praxis ist es deshalb zweckmäßiger, die Platten 14 gemäß Fig. 4 zwischen zwei Stahlplatten 15 und 18 anzuordnen. Die innere Stahlplatte 18 ist mit den Stahlträgern der oberen Stahlträgerlage 3 verschweißt oder verschraubt. Dabei sind bei einer Verschraubung z. B. Gewindebohrungen in die Stahlträger eingebracht oder Gewindehülsen an den Stahlträgern angeschweißt. Vorzugsweise ist auch bei dieser Ausführungsform die Höhe der den Schutzmantel 10 bildenden Platten 14 derart gewählt, daß das Wagenplateau 11 in seiner vollen Höhe von dem Schutzmantel 10 umschlossen wird. Da die innere Stahlplatte 18 nicht so hohen Temperaturen ausgesetzt ist, besteht sie aus einem einfachen Stahl, während die äußere Stahlplatte 15 aus einem verschleißfesten und temperaturbeständigen Stahl gearbeitet ist. Die äußere Stahlplatte 15 ist an der Stahlplatte 18 mit Schrauben 16 befestigt, und die Platten 14 sind im Bereich der sie umgebenden Stahlplatten mit Bohrungen versehen, wobei die Schrauben 16 von der äußeren zur inneren Stahlplatte durch diese Bohrung gesteckt sind.
  • Die Verschraubung der Stahlplatten an dem Stahlgestell hat gegenüber der Verschweißung den Vorteil, daß eine schnelle Demontage möglich ist, wenn ein Austausch z. B. nach Beschädigung erforderlich ist. Durch die festangezogenen Schrauben 16 wird die äußere Stahlplatte 15 unabhängig von herstellungsbedingt verschiedenen Dicken der Platten 14 mit der inneren Stahlplatte 18 verbunden und ein formschlüssiger Sitz der Platten zwischen den beiden Stahlplatten erreicht. Zugleich ist ein paßgenauer Sitz der Platten 14 auch noch nach längerem Einsatz gewährleistet, da der Abstand der beiden Stahlplatten der verschleißgeminderten Plattendicke durch ein Nachziehen der Schrauben 16 wieder angepaßt werden kann.
  • Die Isolierschicht 17, die auch in das Wagenplateau der Figur 1 und 2 eingebracht werden kann, verhindert weitgehend eine Temperaturerhöhung in der Dämmschicht 12, wodurch die Speicherwärme im Wagenplateau 11 zusätzlich herabgesetzt wird, so daß als Vorteil eine energetisch noch günstigere Betriebsweise des Brennofens erreicht wird. Außerdem verhindert die Isolierschicht das Eindringen von Fremdstoffen in die Dämmschicht des Wagenplateaus, so daß eine fugenfreie monolithische Ausbildung der Dämmschicht nicht unbedingt erforderlich ist.
  • Figure imgb0001

Claims (8)

1. Ofenwagen für Brennöfen, mit einem fahrbaren Stahlgestell, auf dem ein zweischichtiges Wagenplateau angeordnet ist, wobei die obere Schicht aus einem verschleißfesten und temperaturbeständigen Material besteht, und die untere auf dem Stahlgestell aufliegende Schicht einen Wärmedämmkern enthält, der von einem Rand aus feuerfestem Material umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmedämmkern einschließlich des Randes der unteren Schicht (12) des Wagenplateaus (11).aus einem gleichen hochisolierenden temperaturbeständigen Material besteht.
2. Ofenwagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hochisolierende temperaturbeständige Material ein zellularer Werkstoff auf der Basis von Calciumaluminat-Hydrat ist.
3. Ofenwagen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein wenigstens die untere Schicht des Wagenplateaus (11) seitlich vertikal umschließender dünner Schutzmantel (10) aus einem verschleißfesten Material angeordnet ist.
4. Ofenwagen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzmantel (10) aus einem temperaturbeständigen Stahl besteht.
5. Ofenwagen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzmantel (10) aus einer dichten feuerfesten Keramik besteht.
6. Ofenwagen nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Stahlgestell (1) und dem Wagenplateau (11) ein Boden (20) aus Stahl angeordnet und mit dem Schutzmantel (10) zu einer Wanne (21) verbunden ist, die zumindest die untere Schicht des Wagenplateaus (11) aufnimmt.
7. Ofenwagen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der unteren Schicht (12) und der oberen Schicht (13) des Wagenplateaus (11) eine Isolierschicht (17) angeordnet ist.
8. Ofenwagen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf der unteren Schicht (12) ein Deckel aus einem verschleißfesten temperaturbeständigen Stahl angeordnet und mit der Wanne (21) derart verbunden ist, daß die untere Schicht (12) vollständig umschlossen ist.
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Inventor name: ODLER, IVAN, PROF. DR.-ING.