EP1602889B1 - Industrieofen - Google Patents

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EP1602889B1
EP1602889B1 EP04013331A EP04013331A EP1602889B1 EP 1602889 B1 EP1602889 B1 EP 1602889B1 EP 04013331 A EP04013331 A EP 04013331A EP 04013331 A EP04013331 A EP 04013331A EP 1602889 B1 EP1602889 B1 EP 1602889B1
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EP
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kiln
shaped bricks
concrete
wall
layer
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Hannes Piringer
Andreas Loebner
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Maerz Ofenbau AG
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Maerz Ofenbau AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B1/00—Shaft or like vertical or substantially vertical furnaces
    • F27B1/10—Details, accessories or equipment specially adapted for furnaces of these types
    • F27B1/12—Shells or casings; Supports therefor
    • F27B1/14—Arrangements of linings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B1/00—Shaft or like vertical or substantially vertical furnaces
    • F27B1/10—Details, accessories or equipment specially adapted for furnaces of these types
    • F27B1/24—Cooling arrangements
    • 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
    • F27D1/00—Casings; Linings; Walls; Roofs
    • F27D1/0003—Linings or walls
    • F27D1/0006—Linings or walls formed from bricks or layers with a particular composition or specific characteristics
    • 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
    • F27D1/00—Casings; Linings; Walls; Roofs
    • F27D1/14—Supports for linings

Definitions

  • the invention relates to an industrial furnace with a circumferentially curved, multi-layered inner wall, wherein at least their convexly curved lining layer has toothed, refractory molded blocks.
  • the damage can reach a level after a few heating and cooling processes, which requires a speedy renewal of at least the convex outer layer of the inner wall.
  • the thermal expansions lead to a stabilizing tension of the structure.
  • the invention has for its object to avoid the disadvantages mentioned and thus to find an industrial furnace, which has an increased resistance of its refractory lining and thus improved reliability.
  • the solution of this object is achieved according to the invention in that the formed by shaped blocks convex lining layer in the circumferential direction by at least one formed of refractory concrete elements, an expansion joint having compensating area is interrupted, the refractory concrete elements are cast on the adjacent stones, so that they engage in the tooth profile and anchored by concrete anchors to an inner layer of the inner wall.
  • two or more mutually parallel furnace shafts 1 each have an annular channel 2, in which the fuel gases flow in the direction of arrows 3 to flow into a regeneratively operated second furnace shaft, not shown.
  • the inner cylindrical wall 4, which delimits the annular channel 2 inwardly is surrounded by hot gases whose temperatures during firing of lime are about 1000 ° C.
  • the hanging arrangement of the inner wall 4 shown as an exemplary embodiment has a metallic, inner carrier layer 5 with cooling channels 6 through which air flows. At its lower end, it passes into a holder 7 for a lower support ring 8 cast from refractory concrete.
  • the inner carrier layer 5 is protected on both sides by insulating layers 9, 10.
  • the outer end of the inner wall 4 is formed in each case by a wear lining of refractory shaped bricks 11, 12, which thus form an outer convex and an inner concave lining layer 13, 14.
  • Such a hanging embodiment of the inner wall 4 has rarely been used, because due to their conventional construction there was a danger that pass through a defective convex lining layer 13 hot gases to the metallic support layer 5, so that it is destroyed. Due to the present invention, however, can be realized without this danger compared to a bottom-supported construction more advantageous hanging execution.
  • the lining layer 11 is interrupted by at least one compensating region 15-18, of which in the exemplary embodiment according to the illustration in FIG Circumferentially uniformly distributed four are provided.
  • Each compensating area 15 to 18 has according to the illustrations in Fig. 4 and 5 between two an expansion joint 19 enclosing concrete elements 20,21 which are positively connected in the circumferential direction with the waisted formed adjacent form stones 11 and also by several, eg bifurcated concrete anchors 22,23 are attached to the metallic carrier layer 5. They have a flat cross-section so that they are yielding only in one direction and are rigid in the vertical direction so as to block the concrete elements 20, 21 in their vertical position.
  • waisted shaped bricks 11 hold the concrete elements 20,21 of the four compensation areas 15 to 18 thus extending between them in an arc of 90 °, convex or arcuate lining sectors 24 to 27 in the manner of a yielding Abutment on the inner, metallic support layer 5, so that delamination and local overloads of the lining are prevented.
  • the size of the flexibility of the compensation areas 15 to 18 is determined by the width of the expansion joint 19.
  • this width of the expansion joints 19 is designed so that they close at least completely on reaching the operating temperature of the furnace or beyond in the lining sectors 24 to 27 allow pressure build-up, so that when cooling the furnace first, this pressure is reduced before shrinkages and Relative movements in the structure of the molded blocks 11 are possible.
  • two expansion joints 28, 29 are provided in the circumferential direction, so that the two concrete elements 30, 31 intermesh with one another and a labyrinth-like course of the expansion joint results.
  • the concrete elements 20, 21 and 30, 31 of the compensation area 15 have the same radial width as the refractory shaped blocks 11 of the convex lining layer 13, so that their concrete anchors 22, 23 pass through extend inside adjacent insulating layer and thus can stir out in this unimpeded bending movement.
  • the concrete elements 32,33 with a part of the concrete anchors 22,23 enclosing web 34,35 zoom up to the metallic support layer 5 and thus enclose a space filled with insulating material space 34.
  • the concrete anchors 22, 23 are stiffened so that larger compressive stresses can be formed in the lining sectors 24 to 27 when the expansion joint 19 is closed than in the exemplary embodiments according to FIG. 5 and FIG. 6.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Industrieofen mit einer umlaufend gekrümmten, mehrschichtigen Innenwand, wobei zumindest ihre konvex gekrümmte Auskleidungsschicht miteinander verzahnte, feuerfeste Formsteine aufweist.
  • Verschiedene Ofenkonstruktionen, z.B. Ringschachtöfen oder Parallelschacht-Regenerativöfen der Bauweise nach Maerz, weisen ringförmige Ofenbereiche auf, die nach innen durch eine nach unten abgestützte oder hängend angeordnete Innenwand begrenzt sind. Bei der Erwärmung im Kontakt mit Brenngasen vergrössert sich die ringförmig umlaufende, konvexe Aussenschicht, so dass die äusseren Formsteine sich gegenseitig stützend nach aussen schieben. Da dies nicht gleichmässig erfolgt, treten Spannungen auf, durch die sich das Gefüge der Formsteine lockert, bis zum möglichen Bruch einiger Formsteine. Beim Abkühlen infolge eines Betriebsunterbruchs entstehen durch die Schrumpfung hingegen Spalte, die sich anschliessend durch Staub füllen, so dass beim späteren Wiederanheizen des Ofens die genannten Wirkungen in noch stärkerem Masse auftreten und sich die Schäden im Formsteingefüge entsprechend vergrössern. Auf diese Weise können nach wenigen Aufheiz- und Abkühlvorgängen die Schäden ein Ausmass erreichen, die eine baldige Erneuerung zumindest der konvexen Aussenschicht der Innenwand erforderlich macht. An der inneren, konkaven Auskleidungsschicht der Innenwand hingegen führen die Wärmedehnungen zu einer stabilisierenden Verspannung des Gefüges.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile zu vermeiden und somit einen Industrieofen zu finden, der eine erhöhte Beständigkeit seiner feuerfesten Auskleidung und damit eine verbesserte Betriebssicherheit aufweist. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss dadurch, dass die durch Formsteine gebildete konvexe Auskleidungsschicht in Umfangsrichtung durch mindestens einen aus feuerfesten Betonelementen gebildeten, eine Dehnfuge aufweisenden Ausgleichsbereich unterbrochen ist, wobei die feuerfesten Betonelemente an die angrenzenden Formsteine angegossen sind, so dass sie in deren Verzahnungsprofil eingreifen und durch Betonanker an einer Innenschicht der Innenwand verankert sind.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigt:
    • Fig.1 einen Axialschnitt durch einen eine zylindrische Innenwand aufweisenden Bereich eines Regenerativ-Parallelschachtofens, ,
    • Fig.2 einen Radialschnitt durch die zylindrische Innenwand des Ofenbereichs entlang der Linie II-II der Fig.1,
    • Fig.3 einen vergrösserten Ausschnitt des Ofenbereichs nach Fig.1,
    • Fig.4 eine Seitenansicht eines Bereichs der Innenwand in Richtung des Pfeiles IV der Fig.3,
    • Fig.5 einen Teilquerschnitt durch die Innenwand entlang der Linie V-V der Fig.3 und
    • Fig.6 und Fig.7 Radialschnitte entsprechend Fig.5 mit zwei weiteren Ausführungsbeispielen eines Ausgleichsbereiches.
  • Wie durch in der Literatur vielfach beschriebene Schachtöfen der Bauweise nach Maerz bekannt, haben zwei oder mehrere zueinander parallele Ofenschächte 1 jeweils einen Ringkanal 2, in den die Brenngase in Richtung der Pfeile 3 einströmen, um in einen regenerativ betriebenen zweiten, nicht dargestellten Ofenschacht überzuströmen. Folglich wird die den Ringkanal 2 nach innen begrenzende zylindrische Innenwand 4 von Heissgasen umströmt, deren Temperaturen beim Brennen von Kalk ca. 1000°C betragen.
  • Die als Ausführungsbeispiel gezeigte hängende Anordnung der Innenwand 4 hat eine metallische, innere Trägerschicht 5 mit luftdurchströmten Kühlkanälen 6. An ihrem unteren Ende geht sie in eine Halterung 7 für einen unteren, aus feuerfestem Beton gegossenen Stützring 8 über. Die innere Trägerschicht 5 ist beidseitig durch Isolierschichten 9,10 geschützt. Den äusseren Abschluss der Innenwand 4 bildet jeweils ein Verschleissfutter aus feuerfesten Formsteinen 11,12, die somit eine äussere konvexe und eine innere konkave Auskleidungsschicht 13,14 bilden.
  • Eine solche hängende Ausführung der Innenwand 4 wurde bisher selten angewandt, da aufgrund ihrer herkömmlichen Bauweise die Gefahr bestand, dass durch eine schadhafte konvexe Auskleidungsschicht 13 Heissgase bis an die metallische Trägerschicht 5 gelangen, so dass diese zerstört wird. Aufgrund vorliegender Erfindung kann jedoch die gegenüber einer von unten abgestützten Bauweise vorteilhaftere hängende Ausführung ohne diese Gefahr realisiert werden.
  • Bei Inbetriebnahme des Ofens bewirkt die zunehmende Aufheizung Wärmedehnungen, die an der inneren, konkaven Auskleidungsschicht 14 zu einer stabilisierenden Kompression der dort vorgesehenen feuerfesten Formsteine 12 führen, während sie in der konvexen Auskleidungsschicht 13 eine Ausdehnung bewirken, die ohne die im Folgenden beschriebene, erfindungsgemässen Massnahmen zu den eingangs beschriebenen Lockerungen im Gefüge der feuerfesten Formsteine 11 führen würden.
  • Um zu verhindern, dass die beim Aufheizen des Ofens in der äusseren, konvexen Auskleidungsschicht 11 erfolgenden Ausdehnungen zu Beschädigungen im Formsteingefüge führen, ist die Auskleidungsschicht 11 durch mindestens einen Ausgleichsbereich 15-18 unterbrochen, von denen im Ausführungsbeispiel entsprechend der Darstellung in Fig. 2 in Umfangsrichtung gleichmässig verteilt vier vorgesehen sind.
  • Jeder Ausgleichsbereich 15 bis 18 hat entsprechend der Darstellungen in Fig. 4 und 5 zwei zwischen sich eine Dehnfuge 19 einschliessende Betonelemente 20,21, die in Umfangsrichtung formschlüssig mit den tailliert ausgebildeten, benachbarten Formsteinen 11 verbunden sind und die ausserdem durch mehrere, z.B. gegabelte Betonanker 22,23 an der metallischen Trägerschicht 5 befestigt sind. Sie haben einen flachen Querschnitt, so dass sie nur in einer Richtung nachgiebig sind und in der dazu vertikaler Richtung starr sind, so dass sie die Betonelemente 20,21 in ihrer vertikalen Position blockieren. Durch ihre auch formschlüssige Verbindung mit den zahnartig ineinander greifenden, taillierten Formsteinen 11 halten die Betonelemente 20,21 der vier Ausgleichsbereiche 15 bis 18 somit die zwischen ihnen in einem Bogen von 90° verlaufenden, konvexen bzw. bogenförmigen Auskleidungssektoren 24 bis 27 nach Art eines nachgiebigen Widerlagers an der inneren, metallischen Trägerschicht 5, so dass Ablösungen und örtliche Überlastungen der Auskleidung verhindert werden.
  • Die Grösse der Nachgiebigkeit der Ausgleichsbereiche 15 bis 18 wird durch die Breite der Dehnfuge 19 bestimmt. Vorzugsweise ist diese Breite der Dehnfugen 19 so ausgelegt, dass sie sich bei Erreichen der Betriebstemperatur des Ofens zumindest vollständig schliessen oder darüber hinaus in den Auskleidungssektoren 24 bis 27 einen Druckaufbau ermöglichen, so dass beim Abkühlen des Ofens zuerst dieser Druck abgebaut wird, bevor Schrumpfungen und Relativbewegungen im Gefüge der Formsteine 11 möglich sind.
  • Entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig.6 sind in Umfangsrichtung versetzt zwei Dehnfugen 28,29 vorgesehen, sodass die beiden Betonelemente 30,31 miteinander verzahnt ineinander greifen und sich ein labyrinthartiger Verlauf der Dehnfuge ergibt.
  • Bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 5 und Fig. 6 haben die Betonelemente 20,21 bzw. 30,31 des Ausgleichsbereiches 15 die gleiche radiale Breite wie die feuerfesten Formsteine 11 der konvexen Auskleidungsschicht 13, so dass sich ihre Betonanker 22,23 durch die nach innen angrenzende Isolierschicht erstrecken und folglich in dieser eine ungehinderte Biegebewegung ausrühren können. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig.7 reichen die Betonelemente 32,33 mit einem einen Teil der Betonanker 22,23 einschliessenden Steg 34,35 bis an die metallische Trägerschicht 5 heran und umschliessen somit einen durch Isoliermaterial gefüllten Zwischenraum 34. Durch diese Stege 34,35 werden die Betonanker 22,23 versteift, so dass sich in den Auskleidungssektoren 24 bis 27 bei geschlossener Dehnfuge 19 grössere Druckspannungen ausbilden können als bei den Ausführungsbeispielen nach Fig.5 und Fig. 6.

Claims (10)

  1. Industrieofen mit einer umlaufend gekrümmten, mehrschichtigen Innenwand (4), wobei zumindest ihre konvex gekrümmte Auskleidungsschicht (13) miteinander verzahnte, feuerfeste Formsteine (11) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die durch Formsteine (11) gebildete konvexe Auskleidungsschicht (13) in Umfangsrichtung durch mindestens einen aus feuerfesten Betonelementen (20,21; 30,31) gebildeten, eine Dehnfuge (19; 28,29) aufweisenden Ausgleichsbereich (15) unterbrochen ist, wobei die feuerfesten Betonelemente (20,21; 30,31) an die angrenzenden Formsteine (11) angegossen sind, so dass sie in deren Verzahnungsprofil eingreifen und durch Betonanker (22,23) an einer Innenschicht (5) der Innenwand (4) verankert sind.
  2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehnfuge (28,29) labyrinthförmig verläuft.
  3. Ofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehnfuge (19; 28,29) bei kaltem Ofen eine Breite hat, die derart dimensioniert ist, dass sie bei Betriebstemperatur des Ofens geschlossen ist.
  4. Ofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehnfuge (19; 28,29) derart dimensioniert ist, dass sie bei Betriebstemperatur des Ofens geschlossen ist und die Formsteine (9) der konvexen Aussenschicht (11) unter einer Druckspannung stehen, die in Umfangsrichtung dieser Aussenschicht verläuft.
  5. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Dehnfuge (19; 28,29) ein kompressibles Isoliermaterial angeordnet ist.
  6. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine innere Trägerschicht (5) der Innenwand (4) aus Metall besteht und in den die Dehnfuge (19; 28,29) einschliessenden, angegossenen Betonelementen (20,21; 30,31) Betonanker (22,23) eingeschlossen sind, die an der metallischen Trägerschicht (5) befestigt sind.
  7. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand (4) im Ofen hängend angeordnet ist, wobei die metallische Trägerschicht (5) durch eine untere Halterung (7) als Wandträger profiliert ist.
  8. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Breite der Betonelemente (20,21) des mindestens einen Ausgleichsbereiches derjenigen der Formsteine (11) der konvexen Auskleidungsschicht (13) entspricht.
  9. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Betonelemente (32,33) einen nach innen gerichteten, mindestens einen Betonanker (22,23) umschliessenden Steg (34,35) aufweisen, mit dem sie bis an die metallische Trägerschicht (5) heranreichen.
  10. Ofen nach einem der 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Betonanker zumindest an einem an die metallische Trägerschicht (5) angrenzenden Bereich in Umfangsrichtung der Innenwand (4) biegsam oder gelenkig ausgeführt sind während sie in vertikaler Richtung starr sind.
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