EP1008806A2 - Hochtemperaturbeständiger Roststab - Google Patents

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EP1008806A2
EP1008806A2 EP99811098A EP99811098A EP1008806A2 EP 1008806 A2 EP1008806 A2 EP 1008806A2 EP 99811098 A EP99811098 A EP 99811098A EP 99811098 A EP99811098 A EP 99811098A EP 1008806 A2 EP1008806 A2 EP 1008806A2
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EP
European Patent Office
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grate bar
frame structure
temperature
ceramic elements
ceramic
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP99811098A
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EP1008806A3 (de
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Hans-Peter Dr. Bossmann
Axel Dr. Kranzmann
Othmar Pfiffner
Hans Rüegg
Peter Serck-Hanssen
Ludwig Dr. Weiler
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Alstom SA
Original Assignee
ABB Asea Brown Boveri Ltd
Asea Brown Boveri AB
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.)
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Publication date
Application filed by ABB Asea Brown Boveri Ltd, Asea Brown Boveri AB filed Critical ABB Asea Brown Boveri Ltd
Publication of EP1008806A2 publication Critical patent/EP1008806A2/de
Publication of EP1008806A3 publication Critical patent/EP1008806A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23H—GRATES; CLEANING OR RAKING GRATES
    • F23H7/00—Inclined or stepped grates
    • F23H7/06—Inclined or stepped grates with movable bars disposed parallel to direction of fuel feeding
    • F23H7/08—Inclined or stepped grates with movable bars disposed parallel to direction of fuel feeding reciprocating along their axes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23H—GRATES; CLEANING OR RAKING GRATES
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23H—GRATES; CLEANING OR RAKING GRATES
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    • F23H17/12—Fire-bars
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23H—GRATES; CLEANING OR RAKING GRATES
    • F23H2700/00—Grates characterised by special features or applications
    • F23H2700/009—Grates specially adapted for incinerators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23H—GRATES; CLEANING OR RAKING GRATES
    • F23H2900/00—Special features of combustion grates
    • F23H2900/17001—Specific materials therefor

Definitions

  • the invention relates to the field of combustion technology. It affects a high temperature resistant grate bar with a ceramic protective layer, which is particularly suitable for a grate in a combustion furnace for the combustion of Garbage can be used.
  • a grate bar which consists of a supporting lower element Steel or cast iron and an upper element made of ceramic material, the ceramic element forming the bed for the garbage to be incinerated. Because of the ceramic material used, the top element a high temperature resistance and wear resistance, so that the Rust can be air-cooled.
  • the upper ceramic element and the lower element each grate bar are form-fitting and by means of bolts and elastic Elements, e.g. B. connected springs.
  • a disadvantage of this state of the Technique is that in the event of an impact load, the upper plate is formed ceramic element easily shatters because the ceramic is very brittle and one has high impact sensitivity and low elongation at break. Also is it is not possible the big temperature differences and the different to adequately compensate for the thermal expansion behavior of the two elements, so that there is undesirable tension and distortion shorten the operating time of the grate. In addition, there is a high manufacturing tolerance The connections are required so as not to go through the assembly to cause pre-damage. This leads to high manufacturing costs.
  • the invention tries to avoid all of these disadvantages. You have the task based on an air-cooled, high-temperature-resistant grate bar for one To show combustion grate, its directly exposed to combustion Parts are made of ceramic material, the grate bar being relatively inexpensive absorbs impact stresses well and is easy to wear distinguished so that it has a long service life.
  • this is the case with a grate bar according to the preamble of the claim 1 achieved in that the ceramic layer from a variety ceramic elements that exist in spaces between a lattice-like metallic Frame structure are embedded.
  • the advantages of the invention are that on the one hand only those at high Temperatures in parts exposed to corrosive and oxidizing atmospheres of the grate bar with a high temperature resistant ceramic layer are, so that the grate bar is relatively inexpensive, on the other hand with a Impact stress does not shatter the ceramic, as it is in the ductile metallic Frame structure is embedded, which absorb this stress and can easily cope. Because the frame structure a variety of ceramic Enclosing elements also has the added advantage that at a possible failure of a ceramic element, the grate bar anyway still has sufficient operational reliability and will continue to be used can. Finally, the temperature differences within the grate bar are significant smaller than, for example, a grate bar with a surface a single ceramic plate is covered, consequently are less thermal Tensions exist, so the grate bar has a longer life having.
  • the metallic frame structure is due to the manufacturing process Is part of the grate bar. Then there is no need to attach the frame structure to the Grate bar surface.
  • the ceramic elements can later in the spaces the frame structure will be filled or they will be right in the making the metallic components of the grate bar pressed into the frame structure or poured.
  • the metallic frame structure is a separate component which is connected to the grate bar and before or after the connection is filled with the ceramic elements because this enables prefabrication and old bars can be easily repaired on site. From functional or cost reasons, it is also advantageous if the basic carrier and the the ceramic-containing frames are made of different materials
  • the gaps accommodate the ceramic Elements are designed such that they are parallel to the grate bar surface aligned cross section of the gaps or ceramic elements is polygonal or round or elliptical and has a degree of elongation in the longitudinal direction of the grate bar between 1 and 20, preferably 1 to 3, and a depth ratio relative to the transverse direction between 0.1 and 20, preferably 1 to 3, exhibit. Due to the longitudinal stretching of the ceramic elements, there are only a few Edges present in the transverse direction so that when the grate bar moves in Longitudinal only a small amount of friction is caused, which is beneficial in Regarding the material transport, but also in terms of the wear of the Rust rod affects.
  • the spaces between the metallic frame structure or the ceramic elements perpendicular to the grate bar surface have variable cross sections. This can, for. B. be achieved that ceramic material during the stress not from the metallic Frame structure torn out, but is held there.
  • the ceramic material consists of at least one component of oxidic, carbidic or nitridic phases, preferably aluminum oxide, chromium oxide, Silicon carbide, silicon nitride, silicon dioxide or mixtures of these compounds and is hydraulically or chemically bound. It can be fiber reinforced material (Metal or ceramic fibers), porous structures or monolithic structural ceramics his. By using variable thicknesses, materials and shapes for different Places of the grate bar are advantageous the heat flow and erosion customizable according to requirements.
  • FIG. 1 schematically shows part of an air-cooled grate of a waste incineration plant, with a top view in the upper drawing, and a view in the lower drawing Side view can be seen.
  • the grate consists of 4 rows of grate bars 1, in which 3 grate bars 2 are arranged side by side.
  • the rust is not in one shown incinerator arranged in which waste is burned.
  • the garbage is passed through by a defined movement of the individual grate bars 2 transported the firebox. Primary air flows through the grate Grate bars 2 cools and is then used to incinerate the waste. This is known in the art.
  • the surface facing the garbage bed becomes at least provided with a ceramic layer 3 (see lower part of Fig. 1). This is also known prior art.
  • Fig. 2 shows a first embodiment of the invention Top view of the metallic frame structure 4 of a grate bar 2, which with ceramic elements 5 is filled.
  • the metallic frame structure 4 forms in Longitudinal direction of the grate bar 2 extended spaces 6 (see right part of Fig. 2), which are filled with ceramic elements 5.
  • ceramic elements 5 ensures high temperature resistance of the grate bar 2 reached.
  • shatters in the inventive Do not release the ceramic in the event of an impact stress, as it is in the ductile metallic frame structure 4 is pressed in, so that the grate bar relative is inexpensive, on the other hand, the ceramic does not with impact stress shatters because it is embedded in the ductile metallic frame structure 4, the can absorb this strain and can easily cope with it. Because the frame structure 4 encloses a large number of ceramic elements 5 furthermore as an advantage that in the event of a possible failure of a ceramic Element 5 of the grate bar 2 still sufficient operational reliability has and can be used further.
  • the metallic frame structure 4 can be very different in terms of its shape be trained. 2 shows, for example, a hexagonal contour of the spaces 6.
  • the ceramic elements to be inserted into the spaces 6 5 thus have an easy to manufacture honeycomb structure.
  • elliptical cross sections of the spaces 6 are also parallel to the grate bar surface and accordingly elliptical cross sections of the associated ceramic elements 5 conceivable.
  • a longitudinal stretching of the ceramic elements 5 in the longitudinal direction of the grate bars 2 has the advantage that there are only a few edges in the transverse direction, so that at the movement of the grate bar 2, which takes place in the longitudinal direction, is only slight Friction is caused, which is convenient in relation to the transport of the Burning material, but also in relation to the wear of the grate bar 2.
  • Degree of stretching is conceivable in the range from 0.1 to 20. Below the degree of stretching the quotient from longitudinal expansion to transverse expansion (in relation to to the longitudinal direction of the grate bar) of a ceramic element 5 or a space 6 can be understood. So they are also square Cross sections or circular cross sections of the spaces possible.
  • the depth ratio relative to the transverse direction should also be between 0.1 and 20, preferably 1 to 3.
  • the ceramic elements 5, which are embedded in the spaces 6 are in the form of a brick, i.e. H. they are cuboid.
  • the gaps 6 of the metallic frame structure 4 or the ceramic elements 5 thus point in this embodiment perpendicular to the grate bar surface a constant cross section.
  • FIG. 6 shows another possible embodiment variant in a longitudinal section a grate bar.
  • the spaces 6 of the metallic frame structure point here 4 or the ceramic elements 5 perpendicular to the grate bar surface a variable cross-section, in such a way that the ceramic elements 5 have a slightly smaller cross section directly on the surface than in a distance from the surface.
  • This has the advantage that during stress the ceramic material is not torn out, but the metallic surface somewhat enlarged compared to the variant according to FIG. 5.
  • the high wear and temperature resistance of this grate bar is given anyway.
  • the ceramic elements 5 consist of at least one Component of oxidic, carbidic or nitridic phases. They preferably contain Aluminum oxide, chromium oxide, silicon carbide, silicon dioxide or mixtures of these connections. The ceramic material is hydraulic or chemically bound.
  • the ceramic elements 5 can also be made of fiber-reinforced material (metal or ceramic fiber). Elements 5 made of monolithic are also conceivable Ceramic or porous structures. The ceramic elements 5 can before Use in the spaces 6 of the metallic frame structure 4 as sintered Body are made.
  • the ceramic elements 5 can be before or during the manufacture of the metallic Frame structure 4 of grate bar 2 is pressed into it, cast in, can be soldered in or fitted with a positive fit (e.g. dovetail).
  • the metallic frame structure 4 can either be designed as a separate component be connected to the grate bar 2, for example by Soldering, welding, screwing or fixing by positive locking or the metallic
  • the frame structure itself is part of the grate bar 2, by making the grate bar including the frame structure as a casting becomes.
  • the invention is not limited to the exemplary embodiments described limited.
  • the head of the grate bar 2 be provided with the ceramic layer according to the invention. It can be variable Thicknesses, materials and shapes for different places on the grate bar be used, so that an optimal adaptation to the respective load he follows.
  • a manufacturing mix is locally different Requirements within the grate bar conceivable.
  • the basic body to be coated can also be designed with closed surfaces, so that in If the layer of the grate bar flakes off, it will continue to operate for a while can remain and thus has good emergency running properties.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen hochtemperaturbeständigen Roststab (2) für einen Rost eines Verbrennungsofens, insbesondere Müllverbrennungsofens, dessen dem Müllbett zugewandte Oberfläche zumindestens teilweise aus einer keramischen Schicht (3) besteht. Der Roststab ist dadurch gekennzeichnet, dass die keramische Schicht (3) aus einer Vielzahl keramischer Elemente (5) besteht, die in die Zwischenräume (6) einer gitterartigen metallischen Rahmenstruktur (4) eingebettet sind. <IMAGE>

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Verbrennungstechnik. Sie betrifft einen hochtemperaturbeständigen Roststab mit einer keramischen Schutzschicht, der insbesondere für eine Rost in einem Verbrennungsofen zur Verbrennung von Müll eingesetzt werden kann.
Stand der Technik
Es ist bekannter Stand der Technik, Müll auf einem Verbrennungsrost zu verbrennen, dessen luft- oder wassergekühlte Roststäbe durch definierte Bewegung den Müll durch den Feuerraum transportieren.
Bei den luftgekühlten Rosten strömt Primärluft durch den Rost und wird dabei erst zur Kühlung der Roststäbe, anschliessend als notwendiger Reaktionspartner zur Verbrennung genutzt. Folgende Nachteile sind mit diesem System verbunden:
  • Die deutliche Schwankung der Müllqualität hinsichtlich Brennwert, Dichte, Strömungswiderstand, Feuchte usw. führt zu enormen Temperaturschwankungen, häufig zu nicht tolerierbaren Übertemperatur luftgekühlter gegossener Roststäbe.
  • Die Bewegung der Stäbe relativ zueinander und relativ zum Müll führt zu hohem Abrasionsverschleiss, der bei hohen Temperaturen beschleunigt stattfindet.
  • Der häufige Temperaturwechsel mit grossen Temperaturgradienten und Temperaturtransienten führt zu thermomechanischem Versagen einzelner Roststäbe. Die daraus resultierenden geänderten Strömungsbedingungen für die Primärluft schädigen letztendlich weite Bereiche des Rostes.
Durch den Einsatz wassergekühlter Roststäbe versucht man diese Nachteile zu beseitigen. Obwohl die teuren Gusslegierungen, die für luftgekühlte Roste eingesetzt werden müssen, bei wassergekühlten Rosten durch Verwendung billigerer Blechkonstruktionen eingespart werden können, haben wassergekühlte Roste eine Reihe von Nachteilen. Sie sind gegenüber luftgekühlten Rosten einerseits technisch wesentlich aufwendiger, da sie einen separaten Kühlwasserkreislauf aufweisen und sehr schadensempfindlich sind. Bei Leckagen müssen sie abgeschaltet werden. Andererseits wird dem System nachteilig viel Wärmeenergie auf niedrigem Niveau entzogen, was den thermischen Wirkungsgrad der Müllverbrennungsanlage vermindert.
Daher versucht man durch einen beanspruchungsgerechten Materialeinsatz die Eigenschaften der luftgekühlten Roststäbe zu verbessern. So ist aus EP 0 382 045 A2 ist ein Roststab bekannt, der aus einem tragendem unteren Element aus Stahl oder Gusseisen und einem oberen Element aus keramischen Material besteht, wobei das keramische Element das Bett für den zu verbrennenden Müll bildet. Wegen des verwendeten keramischen Materials weist das obere Element eine hohe Temperaturbeständigkeit und Verschleissfestigkeit auf, so dass der Rost luftgekühlt sein kann. Das obere keramische Element und das untere Element jedes Roststabes sind formschlüssig und mittels Bolzen und elastischer Elemente, z. B. Federn miteinander verbunden. Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, dass bei einer Schlagbeanspruchung das als Platte ausgebildete obere keramische Element leicht zerspringt, weil die Keramik sehr spröde ist und eine hohe Schlagempfindlichkeit sowie geringe Bruchdehnung aufweist. Ausserdem ist es nicht möglich, die grossen Temperaturunterschiede und das unterschiedliche thermische Ausdehnungsverhalten der beiden Elemente ausreichend auszugleichen, so dass es zu unerwünschten Spannungen und Verwerfungen kommt, die die Betriebsdauer des Rostes verkürzen. Hinzu kommt, dass eine hohe Fertigungstoleranz der Verbindungen erforderlich ist, um nicht durch die Montage schon Vorschädigungen zu bewirken. Dies führt zu hohen Herstellungskosten.
Eine ähnliche Lösung ist aus DE 33 14 098 C2 bekannt, bei welcher der Rostblock bzw. Roststab als Bestandteil eines Rostbelags für einen Müllverbrennungsofen so ausgebildet ist, dass der der Verbrennung ausgesetzte Rostblock- bzw. Roststabteil aus feinkeramischem Werkstoff besteht und der Block- bzw. Stabhalter mit Lagerteil aus Stahl oder Stahlguss gefertigt ist. Auch hier werden beide Teile mittels Schraubverbindungen zusammengehalten. Diese Ausführung hat neben den oben aufgeführten Nachteilen zusätzlich den Nachteil, dass sie sehr teuer ist, weil hier fast der gesamte Rostblock bzw. Roststab aus teurem keramischen Material besteht.
Darstellung der Erfindung
Die Erfindung versucht, alle diese Nachteile zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, einen luftgekühlten hochtemperaturbeständigen Roststab für einen Verbrennungsrost aufzuzeigen, dessen direkt der Verbrennung ausgesetzten Teile aus keramischem Material bestehen, wobei der Roststab relativ kostengünstig ist, Schlagbeanspruchungen gut aufnimmt und sich durch geringen Verschleiss auszeichnet, so dass er eine lange Lebensdauer aufweist.
Erfindungsgemäss wird dies bei einem Roststab gemäss Oberbegriff des Patentanspruches 1 dadurch erreicht, dass die keramische Schicht aus einer Vielzahl keramischer Elemente besteht, die in Zwischenräume einer gitterartige metallische Rahmenstruktur eingebettet sind.
Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass einerseits lediglich die bei hohen Temperaturen den korrosiven und oxidierenden Atmosphären ausgesetzten Teile des Roststabes mit einer hochtemperaturbeständigen keramischen Schicht versehen sind, so dass der Roststab relativ kostengünstig ist, andererseits bei einer Schlagbeanspruchung die Keramik nicht zerspringt, da sie in die duktile metallische Rahmenstruktur eingebettet ist, die diese Beanspruchung aufnehmen und problemlos verkraften kann. Da die Rahmenstruktur eine Vielzahl von keramischen Elementen umschliesst kommt ausserdem noch als Vorteil hinzu, dass bei einem eventuellen Ausfall eines keramischen Elementes der Roststab trotzdem noch eine genügende Betriebssicherheit aufweist und weiter eingesetzt werden kann. Schliesslich sind die Temperaturunterschiede innerhalb des Roststabes wesentlich kleiner als beispielsweise bei einem Roststab, dessen Oberfläche mit einer einzigen keramischen Platte abgedeckt ist, demzufolge sind weniger thermische Spannungen vorhanden, so dass der Roststab eine längere Lebensdauer aufweist.
Es ist zweckmässig, wenn die metallische Rahmenstruktur herstellungsbedingt ein Teil des Roststabes ist. Dann entfällt eine Befestigung der Rahmenstruktur auf der Roststaboberfläche. Die keramischen Elemente können später in die Zwischenräume der Rahmenstruktur gefüllt werden oder sie werden gleich bei der Herstellung der metallischen Komponenten des Roststabes in die Rahmenstruktur eingepresst bzw. gegossen.
Es ist auch vorteilhaft, wenn die metallische Rahmenstruktur ein separates Bauteil ist, welches mit dem Roststab verbunden ist und vor oder nach der Verbindung mit den keramischen Elementen gefüllt wird, weil dadurch eine Vorfertigung ermöglicht wird und alte Stäbe leicht vor Ort repariert werden können. Aus Funktions- oder Kostengründen ist es auch von Vorteil, wenn der Grundträger und der die Keramik enthaltende Rahmen aus verschiedenen Materialien bestehen
Es ist weiterhin ein Vorteil, wenn die Zwischenräume zur Aufnahme der keramischen Elemente derartig ausgebildet sind, dass der parallel zur Roststaboberfläche ausgerichtete Querschnitt der Zwischenräume bzw. der keramischen Elemente polygonal oder rund bzw. elliptisch ist und einen Streckungsgrad in Längsrichtung des Roststabes zwischen 1 und 20, vorzugsweise 1 bis 3, und ein Tiefenverhältnis relativ zur Querrichtung zwischen 0,1 und 20, vorzugsweise 1 bis 3, aufweisen. Infolge der Längsstreckung der keramischen Elemente sind nur wenig Kanten in Querrichtung vorhanden, so dass bei der Bewegung des Roststabes in Längsrichtung nur eine geringe Reibung hervorgerufen wird, was sich günstig in Bezug auf den Materialtransport, aber auch in Bezug auf den Verschleiss des Roststabes auswirkt.
Weiterhin ist es zweckmässig, wenn die Zwischenräume der metallischen Rahmenstruktur bzw. die keramischen Elemente senkrecht zur Roststaboberfläche variable Querschnitte aufweisen. Dadurch kann z. B. erreicht werden, dass das keramische Material während der Beanspruchung nicht aus der metallischen Rahmenstruktur herausgerissen, sondern dort festgehalten wird.
Das keramische Material besteht aus mindestens einer Komponente oxidischer, karbidischer oder nitridischer Phasen, vorzugsweise Aluminiumoxid, Chromoxid, Siliziumkarbid, Siliziumnitrid, Siliziumdioxid oder Mischungen dieser Verbindungen und ist hydraulisch oder chemisch gebunden. Es kann faserverstärktes Material (Metall- oder Keramikfasern), poröse Strukturen oder monolithische Strukturkeramik sein. Durch Verwendung variabler Dicken, Materialien und Formen für verschiedene Stellen des Roststabes sind vorteilhaft der Wärmefluss und die Erosion entsprechend den Anforderungen anpassbar.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
Fig.1
eine schematische Darstellung eines Teiles eines Müllverbrennungsrostes in der Draufsicht (oberer Teil von Fig. 1 ) und in der Seitenansicht (unterer Teil von Fig.1) nach dem bekannten Stand der Technik;
Fig. 2
eine Draufsicht auf die metallische Rahmenstruktur eines Roststabes, welche mit keramischen Elementen gefüllt ist, in einer ersten Ausführungsvariante der Erfindung;
Fig. 3
eine Draufsicht auf die metallische Rahmenstruktur eines Roststabes, welche mit keramischen Elementen gefüllt ist, in einer zweiten Ausführungsvariante der Erfindung;
Fig. 4
eine Draufsicht auf die metallische Rahmenstruktur eines Roststabes, welche mit keramischen Elementen gefüllt ist, in einer dritten Ausführungsvariante der Erfindung;
Fig. 5
einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemässen Roststab gemäss Fig. 3;
Fig. 6
einen Längsschnitt durch einen weiteren erfindungsgemässen Roststab.
Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt.
Weg zur Ausführung der Erfindung
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der Figuren 1 bis 7 näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Teil eines luftgekühlten Rostes einer Müllverbrennungsanlage, wobei im oberen Teilbild eine Draufsicht, im unteren Teilbild eine Seitenansicht zu sehen ist. Der Rost besteht aus 4 Roststabreihen 1, in denen jeweils 3 Roststäbe 2 nebeneinander angeordnet sind. Der Rost ist in einem nicht dargestellten Verbrennungsofen angeordnet, in welchem Müll verbrannt wird. Durch eine definierte Bewegung der einzelnen Roststäbe 2 wird der Müll durch den Feuerraum transportiert. Durch den Rost strömt Primärluft, die zuerst die Roststäbe 2 kühlt und anschliessend zur Verbrennung des Mülls benutzt wird. Dies ist bekannter Stand der Technik. Da die Oberfläche des Roststabes dabei Temperaturen > 700 °C und zudem noch oxidierenden und korrosiven Atmosphären ausgesetzt ist, wird die dem Müllbett zugewandte Oberfläche zumindestens mit einer keramischen Schicht 3 (s. unteres Teilbild von Fig. 1 ) versehen. Dies ist ebenfalls bekannter Stand der Technik.
Gemäss vorliegender Erfindung ist diese keramische Schicht 3 aber besonders ausgebildet. Fig. 2 zeigt in einer ersten Ausführungsvariante der Erfindung eine Draufsicht auf die metallische Rahmenstruktur 4 eines Roststabes 2, welche mit keramischen Elementen 5 gefüllt ist. Die metallische Rahmenstruktur 4 bildet in Längsrichtung des Roststabes 2 gestreckte Zwischenräume 6 (s. rechter Teil von Fig. 2), welche mit keramischen Elementen 5 gefüllt sind.
Durch den Einsatz der keramischen Elemente 5 wird eine hohe Temperaturbeständigkeit des Roststabes 2 erreicht. Ausserdem zerspringt bei der erfindungsgemässen Lösung die Keramik nicht bei einer Schlagbeanspruchung, da sie in die duktile metallische Rahmenstruktur 4 eingepresst ist, so dass der Roststab relativ kostengünstig ist, andererseits bei einer Schlagbeanspruchung die Keramik nicht zerspringt, da sie in die duktile metallische Rahmenstruktur 4 eingebettet ist, die diese Beanspruchung aufnehmen und problemlos verkraften kann. Da die Rahmenstruktur 4 eine Vielzahl von keramischen Elementen 5 umschliesst, kommt ausserdem noch als Vorteil hinzu, dass bei einem eventuellen Ausfall eines keramischen Elementes 5 der Roststab 2 trotzdem noch eine genügende Betriebssicherheit aufweist und weiter eingesetzt werden kann. Schliesslich sind die Temperaturunterschiede innerhalb des Roststabes 2 wesentlich kleiner als beispielsweise bei einem Roststab, dessen Oberfläche mit einer einzigen keramischen Platte abgedeckt ist, demzufolge sind weniger thermische Spannungen vorhanden, so dass der Roststab 2 eine längere Lebensdauer aufweist.
Die metallische Rahmenstruktur 4 kann in Bezug auf ihre Form sehr unterschiedlich ausgebildet sein. Fig. 2 zeigt beispielsweise eine sechseckige Kontur der Zwischenräume 6. Die in die Zwischenräume 6 einzusetzenden keramischen Elemente 5 weisen somit eine einfach herstellbare Wabenstruktur auf.
Fig. 3 zeigt schliesslich eine Ausführungsform, bei der die keramischen Elemente 5 ziegelartig ausgebildet sind und in rechteckige Zwischenräume 6 der metallischen Rahmenstruktur 4 eingepresst sind. Auch diese Form ist recht einfach zu realisieren.
Gemäss Fig. 4 sind auch elliptische Querschnitte der Zwischenräume 6 parallel zur Roststaboberfläche und dementsprechend elliptische Querschnitte der zugehörigen keramischen Elemente 5 denkbar.
Eine Längsstreckung der keramischen Elemente 5 in Längsrichtung der Roststäbe 2 hat den Vorteil, dass nur wenig Kanten in Querrichtung vorhanden, so dass bei der Bewegung des Roststabes 2 , die in Längsrichtung erfolgt, nur eine geringe Reibung hervorgerufen wird, was sich günstig in Bezug auf den Transport des Brenngutes, aber auch in Bezug auf den Verschleiss des Roststabes 2 auswirkt. Denkbar sind Streckungsgrade im Bereich von 0,1 bis 20. Unter dem Streckungsgrad soll dabei der Quotient aus Längsausdehnung zu Querausdehnung (in Bezug auf die Längsrichtung des Roststabes) eines keramischen Elementes 5 bzw. eines Zwischenraumes 6 verstanden werden. Es sind somit auch quadratische Querschnitte oder kreisförmige Querschnitte der Zwischenräume möglich. Bevorzugt sollte ein Streckungsgrad von etwa 1 bis 3 verwendet werden. Das Tiefenverhältnis relativ zur Querrrichtung sollte ebenfalls zwischen 0,1 und 20, vorzugsweise 1 bis 3 liegen.
Fig. 5 zeigt einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemässen Roststab 2 gemäss Fig. 3. Die keramischen Elemente 5, die in die Zwischenräume 6 eingebettet sind, haben die Form eines Ziegels, d. h. sie sind quaderförmig. Die Zwischenräume 6 der metallischen Rahmenstruktur 4 bzw. die keramischen Elemente 5 weisen somit bei diesem Ausführungsbeispiel senkrecht zur Roststaboberfläche einen konstanten Querschnitt auf.
Fig. 6 zeigt in einem Längsschnitt eine andere mögliche Ausführungsvariante eines Roststabes. Hier weisen die Zwischenräume 6 der metallischen Rahmenstruktur 4 bzw. die keramischen Elemente 5 senkrecht zur Roststaboberfläche einen variablen Querschnitt auf, und zwar derart, dass die keramischen Elemente 5 direkt an der Oberfläche einen etwas kleineren Querschnitt aufweisen als in einem Abstand von der Oberfläche. Das hat den Vorteil, dass während der Beanspruchung das keramische Material nicht ausgerissen wird, allerdings wird die metallische Oberfläche gegenüber der Variante gemäss Fig. 5 etwas vergrössert. Die hohe Verschleiss- und Temperaturbeständigkeit dieses Roststabes ist aber trotzdem gegeben.
Erfindungsgemäss bestehen die keramischen Elemente 5 aus mindestens einer Komponente oxidischer, karbidischer oder nitridischer Phasen. Sie enthalten vorzugsweise Aluminiumoxid, Chromoxid, Siliziumkarbid, Siliziumdioxid oder Mischungen dieser Verbindungen. Das keramische Material ist hydraulisch oder chemisch gebunden.
Die keramischen Elemente 5 können auch aus faserverstärktem Material (Metall- oder Keramikfaser) bestehen. Denkbar sind auch Elemente 5 aus monolithischer Keramik oder poröse Strukturen. Die keramischen Elemente 5 können vor ihrem Einsatz in die Zwischenräume 6 der metallischen Rahmenstruktur 4 als gesinterte Körper hergestellt werden.
Die keramischen Elemente 5 können vor oder während der Herstellung der metallischen Rahmenstruktur 4 des Roststabes 2 in diese eingepresst, eingegossen, eingelötet oder durch Formschluss (z. B. Schwalbenschwanz) eingepasst werden.
Die metallische Rahmenstruktur 4 kann entweder als ein separates Bauteil ausgebildet sein, welches mit dem Roststab 2 verbunden ist, beispielsweise durch Löten, Schweissen, Schrauben oder Fixierung durch Formschluss oder die metallische Rahmenstruktur ist selbst herstellungsbedingt ein Teil des Roststabes 2, indem der Roststab einschliesslich der Rahmenstruktur als ein Gussteil hergestellt wird.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. So kann beispielsweise auch nur der Kopf des Roststabes 2 mit der erfindungsgemässen keramischen Schicht versehen sein. Es können variable Dicken, Materialien und Formen für verschiedene Stellen des Roststabes eingesetzt werden, so dass eine optimale Anpassung an die jeweilige Beanspruchung erfolgt. Ebenso ist ein Herstellungsmix entsprechend lokal verschiedener Anforderungen innerhalb des Roststabes denkbar. Der zu beschichtende Grundkörper kann auch mit geschlossenen Oberflächen gestaltet werden, so dass im Falle eines Abplatzens der Schicht der Roststab noch für eine Weile in Betrieb bleiben kann und somit gute Notlaufeigenschaften aufweist.
Bezugszeichenliste
1
Roststabreihe
2
Roststab
3
keramische Schicht
4
metallische Rahmenstruktur
5
keramisches Element
6
Zwischenraum

Claims (10)

  1. Hochtemperaturbeständiger Roststab (2) für einen Verbrennungsofen, insbesondere Müllverbrennungsofen, dessen dem Müllbett zugewandte Oberfläche zumindestens teilweise aus einer keramischen Schicht (3) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die keramische Schicht (3) aus einer Vielzahl keramischer Elemente (5) besteht, die in die Zwischenräume (6) einer gitterartigen metallischen Rahmenstruktur (4) eingebettet sind.
  2. Hochtemperaturbeständiger Roststab (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Rahmenstruktur (4) herstellungsbedingt ein Teil des Roststabes (2) ist.
  3. Hochtemperaturbeständiger Roststab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Rahmenstruktur (4) ein separates Bauteil ist, welches mit dem Roststab (2) verbunden ist.
  4. Hochtemperaturbeständiger Roststab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der parallel zur Roststaboberfläche ausgerichtete Querschnitt der Zwischenräume (6) der metallischen Rahmenstruktur (4) bzw. der keramischen Elemente (5) polygonal ist und einen Streckungsgrad in Längsrichtung des Roststabes (2) zwischen 0,1 und 20, vorzugsweise 1 bis 3, aufweist und eine Tiefe relativ zur Querrichtung zwischen 0,1 und 20, vorzugsweise 1 bis 3.
  5. Hochtemperaturbeständiger Roststab nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, das die Zwischenräume (6) bzw. keramischen Elemente (5) eine Wabenstruktur aufweisen.
  6. Hochtemperaturbeständiger Roststab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der parallel zur Roststaboberfläche ausgerichtete Querschnitt der Zwischenräume (6) der metallischen Rahmenstruktur (4) bzw. der keramischen Elemente (5) kreisförmig bzw. elliptisch ist und einen Streckungsgrad in Längsrichtung des Roststabes (2) zwischen 0,1 und 20, vorzugsweise 1 bis 3, aufweist und eine Tiefe relativ zur Querrichtung zwischen 0,1 und 20, vorzugsweise 1 bis 3 aufweist.
  7. Hochtemperaturbeständiger Roststab nach einem der Ansprüche 1, 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenräume (6) der metallischen Rahmenstruktur (4) bzw. die keramischen Elemente (5) senkrecht zur Roststaboberfläche variable Querschnitte aufweisen.
  8. Hochtemperaturbeständiger Roststab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die keramischen Elemente (5) aus mindestens einer Komponente oxidischer, karbidischer oder nitridischer Phasen bestehen.
  9. Hochtemperaturbeständiger Roststab nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die keramischen Elemente (5) Aluminiumoxid, Chromoxid, Siliziumkarbid, Siliziumnitrid, Siliziumdioxid oder Mischungen dieser Verbindungen enthalten und das Material hydraulisch oder chemisch gebunden ist.
  10. Hochtemperaturbeständiger Roststab nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die keramischen Elemente (5) aus faserverstärktem Material bestehen.
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