EP3447423A1 - Industrieofen mit tragekonstruktion - Google Patents

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EP3447423A1
EP3447423A1 EP17187622.0A EP17187622A EP3447423A1 EP 3447423 A1 EP3447423 A1 EP 3447423A1 EP 17187622 A EP17187622 A EP 17187622A EP 3447423 A1 EP3447423 A1 EP 3447423A1
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EP
European Patent Office
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support
furnace
industrial furnace
stones
abutment
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17187622.0A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Harald KERSCHBAUM
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Refractory Intellectual Property GmbH and Co KG
Original Assignee
Refractory Intellectual Property GmbH and Co KG
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Publication date
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Priority to PCT/EP2018/072235 priority patent/WO2019038179A1/de
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    • F27D1/16—Making or repairing linings increasing the durability of linings or breaking away linings
    • F27D1/1678—Increasing the durability of linings; Means for protecting
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    • F27D21/00—Arrangements of monitoring devices; Arrangements of safety devices
    • F27D2021/005—Devices for monitoring thermal expansion

Definitions

  • the invention relates to an industrial furnace having a furnace structure with an industrial furnace support structure.
  • Industrial furnaces with an industrial furnace support structure are used in various applications, such as lime kilns, in particular lime shaft kilns, glass furnaces, etc.
  • These support structures generally have a support element.
  • This support member may for example be a monolithic (straight) carrier, or a vault-like support sheet.
  • a support element for example, abutment stones (20.1 ', 20.2') and between the abutment stones arranged support arch stones (30), consist, which together form a vault-like support sheet (15 ').
  • the problems mentioned occur more frequently in connection with large support / support arch spans, for example for support bows with more than 3 m or 4 m span.
  • the support element construction according to the invention allows new freedoms in the furnace design, since, for example, two arches with a central support pillar can be replaced by a single support structure, whereby the kiln life experiences no reduction, or in some cases the kiln life could even be increased.
  • the invention has the goal of reducing the stress cracks in the transition region of the support structure and the lateral masonry stones in a Industriefofen.
  • a support member e.g., a support sheet
  • an outer casing of an industrial furnace which is preferably formed for the most part of a metallic material.
  • the furnace structure may in particular comprise a furnace shell.
  • the furnace structure may in particular comprise further reinforcement elements, such as various support elements.
  • the furnace structure may comprise a furnace shell with further reinforcing elements, such as I or T beams.
  • the oven structure can also be in the manner of a (circulating) clamp at the height of the support structure.
  • refractory material is a structure (such as masonry, walls, columns, beams, etc.) of refractory bricks and / or refractory materials understood (fireproof according to DIN 51060: 2000-06 / ISO / R 836) .
  • the stones (such as the abutment stones, supporting arch stones, leveling stones, masonry stones) are made of refractory materials, preferred are fired bricks (eg MgO, Al2O3 / SiO2).
  • fired bricks eg MgO, Al2O3 / SiO2
  • As masonry stones all stones of the masonry are called, thus in particular the stones of the lateral walls / walls of a Industrial furnace, but also the stones of eg wall parts which are arranged above the support element (such as the support / support arch).
  • leveling stones can be arranged.
  • the application temperatures in an industrial furnace are regularly around 900-1100 ° C.
  • the guide element may be integrated in all embodiments in the structure of refractory material.
  • the structure of refractory bricks may include, for example masonry stones, which form a lateral wall.
  • the guide element may be supported on a lateral wall.
  • the translational element thus permits, relative to the furnace structure, on the one hand a movement of the entire guide element in the vertical direction and transmits (together with the translation element) at the same time a force in the horizontal direction on the end of the support element (eg the abutment stone in a vault-like industrial furnace support structure) ) and thus on the entire support element (eg, the support sheet).
  • the entire support element eg support arch
  • the entire support element is movable in the vertical direction by the vertically movable guide elements and thereby in turn also the entire structure resting on the support element (eg support arch) (ie, for example, overlying compensating support bricks and overlying Masonry stones).
  • a plate For horizontal power transmission to the end of the support member (eg, the abutment rock), a plate may generally be used, which plate may also be part of a composite unit, such as an angle or housing.
  • the plate ensures even (area) transmission of force to the end of the support element (eg the abutment stone).
  • the plate thus preferably forms a planar contact with the end of the support element (eg, with the abutment stone) on its outer surface, wherein the plate has a surface contact with an area of preferably at least 80% of the outer surface of the end of the support element (eg. of abutment stone).
  • the end of the support element (for example, the abutment stone) can move back and forth in the horizontal direction in particular in the housing, for example at thermal expansion of the support element in the direction of the furnace structure ("outwards") and in thermal contraction towards the center of the support element (eg. of the support sheet) ("inward") move.
  • the (in the furnace structure) structure of refractory material includes an industrial furnace support structure (eg refractory bricks) in particular as an integral part of this structure and thus the industrial furnace, the support structure is thus with the remaining furnace structure (not reversibly solvable)
  • the industrial furnace support structure is not part of a reversibly detachable part of the industrial furnace, such as an openable furnace roof.
  • an inventive embodiment of an industrial furnace support structure made of refractory bricks or an industrial furnace according to the invention provides that the spacer element comprises a compression spring.
  • a compression spring permits reversible positional change of the end of the support member (e.g., the abutment stone). When biasing the compression spring, a generally constant force is transmitted to the end of the support member.
  • an inventive embodiment of an industrial furnace support structure made of refractory bricks or an industrial furnace according to the invention provides that the spacer element comprises a steel spring, in particular a leaf spring or a plate spring.
  • the particularly preferred disc spring allows a very compact design with a large force transfer.
  • an inventive embodiment of an industrial furnace support structure made of refractory bricks or an industrial furnace according to the invention provides that the spacer element comprises at least one screw.
  • compression springs can be done by externally (outside the furnace construction) accessible screws a very precise positioning of the end of the support element (eg, the abutment stones). Inside (within the Furnace construction) lying screws can be done a setting eg the bias of the compression spring during installation.
  • the spacer element comprises both screws and at least one compression spring. This makes it possible to increase the area of positioning of the end of the support element (eg, the abutment positioning).
  • An inventive embodiment of an industrial furnace support structure made of refractory bricks or an industrial furnace according to the invention provides that the translation element comprises a roller or a sliding bearing. Above all, the preferred role allows a movement in the vertical direction with very little friction.
  • An inventive embodiment of an industrial furnace support structure made of refractory bricks or an industrial furnace according to the invention provides that the spacer element is connected directly to the plate.
  • the spacer is connected at its first end to the plate and, for example, connected at its second end to the housing, and this is then connected to the translation element.
  • the translation element can move in (at least) a vertical direction on the furnace structure, thus the entire guide element is movable in (at least) a vertical direction.
  • An inventive embodiment of an industrial furnace support structure made of refractory bricks or an industrial furnace according to the invention provides that the spacer element is connected directly to the furnace structure.
  • the spacer is at the first end directly with the Furnace structure connected and connected at its second end to the translation element.
  • the housing may have a recess or a completely open side through which passes the spacer or the connection between spacer and translation element.
  • the housing is movable relative to the spacer element and the translation element in (at least) the vertical direction.
  • the translation element can move in (at least) a vertical direction on the end of the support element or on the optional plate.
  • the housing, the optional plate and the end of the support member are movable (in common) in (at least) a vertical direction.
  • the horizontal transmission is the end of the support element (or on the plate) less uniform, but it is achieved by the direct connection of spacer element and furnace structure that only a few moving parts are available and the construction of the power transmission is very easy to maintain.
  • An inventive embodiment of an industrial furnace support structure made of refractory bricks or an industrial furnace according to the invention provides that the housing of the guide element is firmly connected to the underlying masonry (and preferably with the overlying) masonry.
  • the housing of the guide element is part of the lateral walls of the furnace. Any movement / stretching of the masonry is transferred directly to the housing of the guide element. So there is no relative movement between the housing of the guide element and the masonry stones.
  • the connection of the housing with the masonry stones can be done simply by the frictional forces between the housing and the masonry stones, or by additional fasteners, such as anchors, screws or projections in the housing or the like done.
  • the end of the support element (eg, the abutment stone) is preferably arranged in the housing such that the end of the support element (for example, the
  • Abutment stone in a thermal expansion of the support element due to the thermal expansion of the support element (eg the support arch stones and abutment stones) within the housing and opposite (ie relative to) the housing can move in the vertical direction, so that the thermal expansion can be compensated by this movement.
  • An embodiment according to the invention of an industrial furnace support structure made of refractory bricks or an industrial furnace according to the invention provides that the guide element is designed so that the end of the support element (eg the abutment stone) in the housing in the horizontal direction in a range of at least 1% to 1.8% of the length of the support element (ie the distance of the outermost ends of the support element, ie at a support arc of the distance of the abutment stones, in a carrier, the distance of the ends) (ie, for example, 50 mm to a maximum of 63 mm at 3.5 m span or 64 mm to a maximum of 81 mm at 4.5 m span).
  • the end of the support element eg the abutment stone
  • the guide element is designed so that the end of the support element (eg the abutment stone) in the housing in the horizontal direction in a range of at least 1% to 1.8% of the length of the support element (ie the distance of the outermost ends of the support element,
  • the guide element is designed so that it can absorb the maximum compressive stresses occurring in the range of 30N / cm 2 to 140 N / cm 2 .
  • the horizontal forces arising from these compressive stresses as a function of the transfer surface are recorded.
  • thermal expansion of the support element (eg the support sheet) on both sides of the support member (eg the support sheet) by the movement of the two ends of the support element (eg, the two abutment stones) are "out" added.
  • the uniform force causes the thermal contraction of the support member is continuously compensated "inward" by the movement of the two ends of the support element (eg, the two abutment stones) during cooling and thus a tensile component of the support element (or a lowering of the support sheet ) is prevented.
  • an inventive embodiment of an industrial furnace support structure made of refractory bricks or an industrial furnace according to the invention provides that the guide element comprises a mechanical or electronic sensor for measuring the force absorbed in the horizontal direction and / or the path traveled by the end of the support element.
  • the guide element comprises a mechanical or electronic sensor for measuring the force absorbed in the horizontal direction and / or the path traveled by the end of the support element.
  • An inventive design of a vault-like industrial furnace support structure of refractory bricks or an industrial furnace according to the invention with a vault-like industrial furnace support structure provides that the support arch stones of the vault-like industrial furnace support structure are arranged in at least two superimposed rows, so that two superimposed, arch-like Resulting arch. This allows easy replacement of the lower arch, as the upper arch can hold the overlying masonry.
  • An inventive design of a vault-like industrial furnace support structure made of refractory bricks or an industrial furnace according to the invention provides that the vault-like industrial furnace support structure of refractory bricks span more than 3 m, in particular more than 4 m, ie the distance between the two abutment stones more than 3 m, in particular more than 4 m. This ensures that the double sheets currently in use (with a central pillar) can be replaced by a single sheet. This facilitates the installation (elimination of a pillar structure) and extends the operating time (no wear / no cracks in the area of the pillar) of the industrial furnace.
  • An inventive embodiment of an industrial furnace provides that the industrial furnace is a lime kiln.
  • an inventive embodiment of an industrial furnace provides that the industrial furnace is a lime kiln, in particular a GGR lime kiln (countercurrent regenerative lime kiln), with a first shaft and a second shaft and the first shaft with the second shaft connecting overflow channel, said upper part of the overflow channel is formed by the industrial furnace support structure made of refractory bricks.
  • the upper part of the overflow is formed by exactly one industrial furnace support structure of refractory bricks, ie in particular without a double arch with central pillar.
  • the construction according to the invention significantly longer operating times of lime kilns are achieved.
  • the arch-like industrial furnace support structure is provided for this embodiment.
  • Fig. 1a 1 shows a schematic representation of the industrial furnace carrying structure 10 according to the invention with a carrier element 15 designed as a carrier 15 ", with a first end of the carrier 20.1 and a second end of the carrier 20.2.
  • a carrier element 15 designed as a carrier 15 ", with a first end of the carrier 20.1 and a second end of the carrier 20.2.
  • Fig. 1b shows a schematic representation of the inventive vault-like industrial furnace support structure (10 ') of refractory bricks with a support sheet (15')
  • Fig. 1c shows an industrial furnace (100) with a vault-like industrial furnace support structure (10 ') of refractory bricks according to the invention.
  • the guide element (70) is movable in the vertical direction relative to a furnace structure (60), so that upon thermal expansion
  • the guide element (70) of the inventive vault-like industrial furnace support structure (10) of refractory bricks is integrated in the side wall of the furnace, or the housing (71) of the guide element (70) is fixed to the underlying masonry stones ( 50).
  • the lateral masonry is continued, for example, over the guide element (70), that is, over the guide element (70) a lateral furnace wall (60) by masonry stones (50) are formed.
  • equalization stones (40) or alternatively a refractory mass to compensate for the (round) arch shape, which through the support sheet Stones (30) are formed, provided to the straight shape of the above the support sheet (15 ') masonry stones (50).
  • Fig. 2 and Fig. 3 show two embodiments of the vault-like industrial furnace support structure (10 ') of refractory bricks. However, the following explanations apply analogously to the embodiment of the industrial furnace support structure (10) with a carrier (15 ").
  • Fig. 2 and Fig. 3 show in detail two embodiments of the guide element (70), which consists of housing (71), spacer element (72), translation element (73) and plate (74) and an abutment stone (20.1 ', 20.2') leads.
  • the housing (71) partially surrounds the abutment stone (20.1 ', 20.2') which can move in the housing (71) in the horizontal direction, the outward movement is opposed by a force which passes through the plate (74) on the abutment Stone (20.1 ', 20.2') is applied.
  • the spacer element (72) is connected directly to the plate (74).
  • the spacer is here, for example, a compression spring (72) made of steel.
  • This compression spring (72) is connected at one end to the plate (74) and connected at the other end to the housing (71).
  • the housing (71) is in turn connected to a translation element (73), for example a roller (73).
  • the roller (73) can roll in the vertical direction on the oven structure (60).
  • the furnace structure (60) is in turn connected to a translation element (73), for example a roller (73).
  • the roller (73) can roll in the vertical direction on the housing (71).
  • the entire guide member (70) is movable in the vertical direction.
  • the roller (73) transmits via the housing (71) via the spring (72) on the plate (74), and thus on the abutment stone (20.1 ', 20.2'), a horizontal force from the furnace shell (60).
  • the spacer element (72) is directly connected to the furnace structure (60).
  • the spacer are here, for example a plurality of steel plate springs (72), alternatively or additionally, the spacer element (72) screws (72) include, which allow horizontal movement of the plate springs (72).
  • These disc springs (72) are connected at one end to the furnace structure (60) and connected at the other end to the translation element (73), for example a roller (73).
  • Belleville springs (72) By using Belleville springs (72), a very compact construction can be achieved, so that a straight-walled furnace structure (60) can be used.
  • the housing (71) has a recess (71.1) passes through the disc springs (72) or the connection between disc springs (72) and roller (73).
  • the housing is at least in the vertical direction relative to the plate springs (72) and the roller (73) movable.
  • the roller (73) can roll in the vertical direction on the plate (74).
  • the plate springs (72) transmit over the roller (73) on the plate (74), and thus on the abutment stone (20.1 ', 20.2'), a horizontal force.
  • Fig. 4 shows a cross section of a lime kiln (100) with section line AA.
  • the lime kiln (100) has, for example, a first shaft (101), a second shaft (102) and an overflow channel (103) which connects the two shafts (101, 102).
  • Each well also has other features, such as fuel supply lines (104, 105).
  • Fig. 5 shows a cross section AA of a lime kiln (100) with double arch and central pillar.
  • This construction with a double arch from the prior art has the disadvantage that very high abrasions arise in the region of the pillar.
  • Fig. 6 shows a cross section AA of an inventive embodiment of a lime kiln (100) with a vault-like industrial furnace support structure (10).
  • the execution is similar to Fig. 2 shown embodiment (alternatively also according to the embodiment according to Fig. 3 ).
  • the support sheet (15 ') consists of two overlapping layers of support arch stones (30).
  • Each layer of the supporting arch stones (30) is arranged between each two abutment stones (20.1 ', 20.2'), in other words the upper row of supporting arch stones (30) lies between two upper abutment stones (20.1 ', 20.2') and the Bottom layer of support arch stones lies between two lower support arch stones (20.1 ', 20.2').
  • the span of the support arch (15 ') in this example is 4.5 m.
  • the abutment stones (20.1 ', 20.2') in the housing (71) are movable in the horizontal direction in a range of up to 75 mm maximum.
  • the abutment stone (20.1 ', 20.2') when installed at room temperature in the housing (21) arranged such that the abutment stone (20.1 ', 20.2') 60 mm in the direction of the furnace structure (60) is movable.
  • a thermal expansion of the support sheet (15 ') up to 60 mm on both sides by the movement of the two abutment stones (20.1, 20.2) are taken "out".
  • each spring (72) of the spacer element (72) is biased between 20% and 70% of the possible spring travel to the support sheet (15 ') or support (15 ") in the (cold) installation state to hold in position and set a defined initial force.
  • the energy stored by this biasing process generates a force which presses the abutment stones (20.1, 20.2) or the ends (20.1, 20.2) continuously inwards as soon as the contraction of the support sheet (15) or of the support (15 ') occurs during the cooling process. entry. A drop in the support sheet (15) or the carrier (15 ') is thus prevented.

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Abstract

Dier Erfindung betrifft einen Industrieofen (100) mit einer Ofenstruktur (60), insbesondere mit einem Ofenmantel (60), einem Aufbau aus feuerfesten Material, und einer Industrieofen-Tragekonstruktion (10, 10') welche zumindest umfasst: - ein Tragelement (15, 15', 15") mit einem ersten Ende (20.1, 20.1') und einem zweiten Ende (20.2, 20.2'); - zwei Führungselementen (70); - wobei jedes Führungselement (70) umfasst: - ein Gehäuse (71), ein Abstandselement (72), ein Translationselement (73); - wobei jedes Gehäuse (71) zumindest ein Ende (20.1, 20.1', 20.2, 20.2') eines Tragelements (15, 15', 15") zumindest teilweise umgibt, sodass sich das zumindest eine Ende (20.1, 20.1', 20.2, 20.2') im Gehäuse (71) in horizontaler Richtung bewegen kann, also eine horizontale Führung des zumindest einen Endes (20.1, 20.1', 20.2, 20.2') des Tragelements (15, 15', 15") erreicht wird; - und wobei durch das Abstandselement (72) von der Ofenstruktur (60) eines Industrieofens (100) über das Translationselement (73) eine horizontale Kraft auf das zumindest eine Ende (20.1, 20.1', 20.2, 20.2') des Tragelements (15, 15', 15") übertragen werden kann; - und wobei das Translationselement (73) eine Bewegung des Führungselements (70) relativ zu einer Ofenstruktur (60) eines Industrieofens (100) in zumindest vertikaler Richtung ermöglicht und zugleich eine Kraft in zumindest horizontaler Richtung von einer Ofenstruktur (60), insbesondere von einem Ofenmantel (60), eines Industrieofens (100) auf das Abstandselement (72) übertragen wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Industrieofen mit einer Ofenstruktur mit einer Industrieofen-Tragekonstruktion.
  • Industrieöfen mit einer Industrieofen-Tragekonstruktion finden in verschiedenen Anwendungen, wie z.B. Kalköfen, insbesondere Kalkschachtöfen, Glasöfen, usw. Einsatz. Diese Tragekonstruktionen weisen im allgemeinen ein Tragelement auf. Dieses Tragelement kann beispielsweise ein monolithischer (gerader) Träger sein, oder auch ein gewölbeartiger Tragbogen. Wie in Fig. 5 gezeigt, kann ein Tragelement z.B. aus Widerlager Steinen (20.1', 20.2') und zwischen den Widerlager Steinen angeordneten Tragbogen Steinen (30), bestehen, welche gemeinsam einen gewölbeartigen Tragbogen (15') bilden.
  • Beim Aufheizen und Abkühlen (z.B. Abheizen oder Niederfahren) des Ofens kommt es zwangsläufig zu thermischen Dehnungen des Tragelements bzw. der Steine der Tragkonstruktion. Bei bekannten Trägern oder gewölbeartige Industrieofen-Tragekonstruktion besteht das Problem, dass solche Dehnungen nicht oder nur schlecht kompensiert werden können. So werden beispielsweise beim Aufheizen z.B. bei gewölbeartigen Industrieofen-Tragekonstruktionen einzelne Steine nach außen und nach oben gedrückt. Dabei entstehen Relativbewegungen zwischen der Tragekonstruktion und der restlichen Ofenkonstruktion. So werden beispielsweise beim Aufheizen die Enden des Tragelements (bzw. die Widerlager Steine) irreversibel nach außen horizontal gedrückt, was zu einer teilweisen irreversiblen Verschiebung der darunterliegenden Mauerwerk Steine führt. Beim Abkühlen (Abheizen) kommt es dann zu Rissbildungen, und bei Tragbogen Konstruktionen zusätzlich aufgrund der nun weiter auseinander liegenden Widerlager Steine zu Senkungen der Tragbogen Steine, sodass der Steinverbund des Tragbodens geschwächt wird. Dies kann im schlechtesten Fall dazu führen, dass Steine brechen oder herausfallen, so dass die gesamte Tragekonstruktion zusammenbricht. Diese Zusammenbrechen wird im Stand der Technik für Tragbogen durch Stabilisierung der Steine untereinander verhindert. Die Stabilisierung kann z.B. durch verschiedene Profilierungen der Steine erfolgen, wie in der EP 2 796 821 A1 beschrieben. Teilweise wurde versucht, durch unter Druck stehende Blattsegmente aus Asbest Fasern einen Ausgleich von thermischen Spannungen zu erzielen, wie etwa in der US 3,489,401 beschrieben.
  • Ein weiteres Problem tritt auf, indem die nach außen gedrückten Enden / Steine direkt oder indirekt auf die Ofenkonstruktion / den Ofenmantel drücken. Dies hat zur Folge, dass in diesem Bereich eine erhöhte Reibung bzw. ein Verklemmen / Verkeilen der Feuerfeststeine gegenüber der Ofenkonstruktion / dem Ofenmantel stattfindet. Beim Aufheizen dehnen sich die unter der Tragekonstruktion liegenden Mauerwerk Steine in vertikaler Richtung aus. Im Bereich der Tragekonstruktion kann diese vertikale Ausdehnung aufgrund der genannten Verklemmungen nicht bzw. nur schlecht (unter hoher Krafteinwirkung) erfolgen und es können sich Risse bilden, welche den Steinverbund schwächen und die Ofenlaufzeit reduzieren.
  • Dabei treten die genannten Probleme verstärkt im Zusammenhang mit großen Träger / Tragbogen-Spannweiten aus, beispielsweise bei Tragbogen mit mehr als 3 m oder 4 m Spannweite. Hier erlaubt die erfindungsgemäße Tragelement-Konstruktion neue Freiheiten im Ofendesign, da beispielsweise zwei Bögen mit mittlerem Stützpfeiler durch eine einzelne Tragekonstruktion ersetzt werden können, wobei die Ofenlaufzeit dadurch keine Reduktion erfährt, bzw. teilweise die Ofenlaufzeit sogar erhöht werden konnte.
  • Der Erfindung setzt sich zum Ziel, die Spannungsrisse im Übergangsbereich der Tragekonstruktion und der seitlichen Mauerwerk Steine in einem Industriefofen zu reduzieren.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen alternativen Industrieofen mit einer Industrieofen-Tragekonstruktion bereitzustellen, welche einen einfachen Aufbau eines Tragelements (z.B. eines Tragbogens) in einem Industrieofen ermöglicht und einen langen und sicheren Betrieb des Industrieofens ermöglicht.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Industrieofen mit einer Ofenstruktur, insbesondere eines Ofenmantels, und einem in der Ofenstruktur befindlichen Aufbau aus feuerfesten Material, mit einer Industrieofen-Tragekonstruktion gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Unter Ofenstruktur wird im weiteren eine äußere Umhüllung eines Industrieofens verstanden, welche vorzugsweise zum Großteil aus einem metallischen Werkstoff gebildet wird. Die Ofenstruktur kann insbesondere einen Ofenmantel umfassen. Die Ofenstruktur kann insbesondere weitere Verstärkungselemente umfassen, wie etwa verschiedene Tragelemente. Die Ofenstruktur kann also zum Beispiel einen Ofenmantel mit weiteren Verstärkungselementen, wie etwa I- oder T-Träger umfassen. Die Ofenstruktur kann aber auch in der Art einer (umlaufenden) Schelle auf der Höhe der Tragekonstruktion sein.
  • Unter in der Ofenstruktur befindlichen Aufbau aus feuerfesten Material wird ein Aufbau (wie z.B. Mauerwerk, Wände, Säulen, Träger etc.) aus feuerfesten Steinen und / oder aus feuerfesten Massen verstanden (feuerfest gem DIN 51060:2000-06 / ISO/R 836). Die Steine (wie etwa die Widerlager Steine, Tragbogen Steine, Ausgleichslagen Steine, Mauerwerk Steine) sind aus feuerfesten Materialien, bevorzugt sind gebrannte Steine (z.B MgO, Al2O3 / SiO2). Als Mauerwerk Steine werden alle Steine des Mauerwerks bezeichnet, also insbesondere die Steine der seitlichen Mauern / Wände eines Industrieofens, aber auch die Steine von z.B. Mauerteilen die über dem Tragelement (wie z.B. dem Träger / Tragbogen) angeordnet sind. Im Übergang zwischen der gewölbeförmigen (runden) Geometrie des Tragbogens zu einer möglichen darüberlegenden Mauer können sogenannte Ausgleichslagen Steine angeordnet sein.
  • Die Anwendungstemperaturen in einem Industrieofen, wie beispielsweise im Überströmkanal in einem Kalkofen, liegen regelmäßig bei ca. 900-1100 °C.
  • Der Kerngedanke der Erfindung beruht insbesondere auf dem Zusammenspiel folgender Erkenntnisse:
    • dass eine Reduzierung der Relativbewegung zwischen zumindest folgenden Komponenten eines Aufbaus einer Tragekonstruktion in einem Industrieofen notwendig ist: den Enden des Tragelement (z.B. der Widerlager Steine) gegenüber den seitlichen Aufbau / Mauerwerksteinen in vertikaler Richtung - oder in anderen Worten: dass die Tragkonstruktion sich mit den seitlichen Mauerwerk Steinen bei Ausdehnung derselben in vertikaler Richtung mit der Ausdehnung mitbewegen kann, also quasi auf dem seitlichen Mauerwerk "schwimmt";
    • dass ein reversibler Dehnungsausgleich des Tragelement (bzw. der Tragbogen Steine und der Widerlager Steine) in horizontaler Richtung erreicht werden soll, sodass ein Angleich der Dehnung des Tragelements (zB. der Tragbogen Steine und Widerlager Steine) zur Dehnung der darüber liegenden Mauerwerk Steine erreicht wird (bzw. zusätzlich auch der darüberlegenden Ausgleichslagen Steine);
    • wobei insbesondere beim Abkühlen der reversible Dehnungsausgleich in horizontaler Richtung dafür sorgt, dass das Tragelement keiner Belastung aus einer Zugspannungskomponente ausgesetzt wird, bzw. der Tragbogen sich nicht, bzw. nur geringfügig, setzten kann.
  • Eine erfindungsgemäße Ausführungsform betrifft einen Industrieofen mit einer Ofenstruktur, insbesondere mit einem Ofenmantel, und einem einem (integralen, in der Ofenstruktur befindlichen) Aufbau aus feuerfestem Material (wie etwa Steinen), insbesondere mit einer seitlichen Wand, mit einer Industrieofen-Tragekonstruktion zumindest umfassend:
    • ein Tragelement mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende;
    • zwei Führungselementen;
    • wobei jedes Führungselement umfasst:
      • ein Gehäuse, ein Abstandselement, ein Translationselement und optional eine Platte;
    • wobei jedes Gehäuse zumindest ein Ende eines Tragelements zumindest teilweise umgibt, sodass sich das zumindest eine Ende im Gehäuse in horizontaler Richtung bewegen kann, also eine horizontale Führung des zumindest einen Endes des Tragelements erreicht wird;
    • und wobei durch das Abstandselement von der Ofenstruktur über das Translationselement und optional über die Platte eine horizontale Kraft auf das zumindest eine Ende des Tragelements übertragen werden kann bzw. übertragen wird;
    • und wobei das Translationselement eine Bewegung des Führungselements relativ zu einer Ofenstruktur eines Industrieofens in (zumindest) vertikale Richtung ermöglicht und zugleich eine Kraft in (zumindest) horizontaler Richtung von einer Ofenstruktur, insbesondere von einem Ofenmantel, eines Industrieofens auf das Abstandselement überträgt.
  • Das Führungselement kann in allen Ausführungsformen in den Aufbau aus feuerfesten Material integriert sein. Der Aufbau aus feuerfesten Steinen kann beispielsweise Mauerwerk-Steine umfassen, welche eine seitliche Wand bilden. Beispielsweise kann das Führungselement auf eine seitliche Wand gestützt sein.
  • Eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen gewölbeartigen Industrieofen-Tragekonstruktion aus feuerfestem Material (z.B. Steinen) kann dabei folgende Merkmale aufweisen umfassen:
    • zwei Widerlager-Steine;
    • einer Mehrzahl von Tragbogen-Steine angeordnet zwischen den zwei Widerlager-Steinen, sodass die Widerlager-Steine und die Tragbogen-Steine zusammen einen gewölbeartigen Tragbogen bilden;
    • sowie zwei Führungselemente;
    • wobei jedes Führungselement beinhaltet:
      • ein Gehäuse, vorzugsweise aus Stahl, ein Abstandselement (auch Abstandshalter), ein Translationselement und optional eine Platte;
    • wobei jedes Gehäuse zumindest einen Widerlager Stein zumindest teilweise umgibt, sodass sich der Widerlager Stein im Gehäuse in horizontaler Richtung bewegen kann, also eine horizontale Führung des Widerlager Steines erreicht wird;
    • und wobei durch das Abstandselement von der Ofenstruktur über das Translationselement und optional über die Platte eine horizontale Kraft auf den Widerlager-Stein übertragen werden kann, bzw. übertragen wird;
    • und wobei das Translationselement derart ausgebildet ist, dass eine Bewegung des Führungselements relativ zu einer Ofenstruktur, insbesondere eines Ofenmantels, eines Industrieofens in vertikale Richtung ermöglicht wird und zugleich eine Kraft in horizontaler Richtung von einer Ofenstruktur, insbesondere eines Ofenmantels, eines Industrieofens auf das Abstandselement übertragen werden kann, bzw. übertragen wird.
  • Eine erfindungsgemäße Ausführung betrifft einen Industrieofen mit einer Ofenstruktur, insbesondere mit einem Ofenmantel, und einem (integralen, in der Ofenstruktur befindlichen) Aufbau aus feuerfesten Material (Steinen), insbesondere mit einer seitlichen Wand, mit einer gewölbeartige Industrieofen-Tragekonstruktion aus feuerfesten Steinen umfassend:
    • zwei Widerlager-Steine;
    • einer Mehrzahl von Tragbogen-Steine angeordnet zwischen den zwei Widerlager-Steinen, sodass die Widerlager-Steine und die Tragbogen-Steine zusammen einen gewölbeartigen Tragbogen bilden;
    • sowie zwei Führungselemente;
    • wobei jedes Führungselement umfasst:
      • ein Gehäuse, vorzugsweise aus Stahl, ein Abstandselement (auch Abstandshalter), ein Translationselement und optional eine Platte;
    • wobei jedes Gehäuse zumindest einen Widerlager Stein zumindest teilweise umgibt, sodass sich der Widerlager Stein im Gehäuse in horizontaler Richtung bewegen kann, also eine horizontale Führung des Widerlager Steines erreicht wird;
    • und wobei durch das Abstandselement von der Ofenstruktur eines Industrieofens über das Translationselement und optional über die Platte eine horizontale Kraft auf den Widerlager-Stein übertragen werden kann, bzw. übertragen wird;
    • und wobei das Translationselement eine Bewegung des Führungselements relativ zu einer Ofenstruktur eines Industrieofens in vertikale Richtung ermöglicht und zugleich eine Kraft in horizontaler Richtung von einer Ofenstruktur eines Industrieofens auf das Abstandselement übertragen werden kann bzw. übertragen wird.
  • Diese erfindungsgemäße Ausführung beschreibt einen Industrieofen mit einer gewölbeartigen Industrieofen-Tragekonstruktion (arch like industrial furnace support construction), wobei das Tragelement als Tragbogen (supporting arch) ausgebildet ist und der Tragbogen umfasst:
    • zwei Widerlager Steine (skewback brick), wobei das erste Ende des Tragelements durch den ersten Widerlager Stein und das zweite Ende des Tragelements durch den zweiten Widerlager Stein gebildet wird;
    • und wobei eine Mehrzahl von Tragbogen-Steinen (arch bricks) zwischen den zwei Widerlager-Steinen angeordnet sind, sodass die Widerlager-Steine und die Tragbogen-Steine zusammen einen gewölbeartigen Tragbogen als Tragelement bilden.
  • Das Translationselement erlaubt also gegenüber der Ofenstruktur einerseits eine Bewegung des gesamten Führungselements in vertikaler Richtung und überträgt (zusammen mit dem Translationselement) zugleich von der Ofenstruktur eine Kraft in horizontaler Richtung auf das Ende des Tragelement (zB. den Widerlager Stein bei einer gewölbeartigen Industrieofen-Tragekonstruktion) und somit auf das gesamte Tragelement (zB. den Tragbogen). In einem Industrieofen mit dem erfindungsgemäßen Aufbau wird durch die in vertikaler Richtung beweglichen Führungselemente das gesamte Tragelement (zB. Tragbogen) in vertikaler Richtung beweglich und dadurch wiederum auch der gesamte auf dem Tragelement (zB. Tragbogen) ruhende Aufbau (also beispielsweise darüberlegende Ausgleichslagesteine und darüberlegende Mauerwerk Steine).
  • Zur horizontalen Kraftübertragung auf das Ende des Tragelements (zB. den Widerlager Stein) kann im allgemeinen eine Platte verwendet werden, wobei diese Platte auch Teil einer zusammengesetzten Einheit sein kann, wie etwa einem Winkel oder einem Gehäuse. Die Platte sorgt für eine gleichmäßige (flächige) Übertragung der Kraft auf das Ende des Tragelements (zB. den Widerlager Stein). Die Platte bildet also vorzugsweise einen flächigen Kontakt mit dem Ende des Tragelements (zB. mit dem Widerlager Stein) an dessen äußerer Fläche, wobei die Platte einen flächige Kontakt mit einer Fläche von vorzugsweise zumindest 80 % der äußeren Fläche des Ende des Tragelements (zB. des Widerlager Steins) erzeugt.
  • Das Ende des Tragelements (zB. der Widerlager Stein) kann sich insbesondere im Gehäuse in horizontaler Richtung hin- und her- bewegen, also z.B. bei thermischer Expansion des Tragelements in Richtung der Ofenstruktur ("nach außen") und bei thermischer Kontraktion in Richtung der Mitte des Tragelements (zB. des Tragbogens) ("nach innen") bewegen.
  • Der (in der Ofenstruktur befindlichen) Aufbau aus feuerfestem Material (z.B. Steinen) umfasst eine Industrieofen-Tragekonstruktion (z.B. aus feuerfesten Steinen) insbesondere als integralen Bestandteil dieses Aufbaus und somit des Industrieofen, die Tragekonstruktion ist damit mit der restlichen Ofenstruktur (nicht reversibel lösbar) verbunden, oder in anderen Worten: die Industrieofen-Tragekonstruktion ist insbesondere nicht Bestandteil eines reversibel lösbaren Teiles des Industrieofens, wie beispielsweise einer zu öffnenden Ofendecke.
  • Eine erfindungsgemäße Ausführung einer Industrieofen-Tragekonstruktion aus feuerfesten Steinen oder eines erfindungsgemäßen Industrieofen sieht vor, dass das Abstandselement eine Druckfeder umfasst. Eine Druckfeder erlaubt eine reversible Positionsänderung des Ende des Trageelements (z.B. des Widerlager Steins). Bei Vorspannung der Druckfeder kann eine im großen und ganzen konstante Kraft auf das Ende des Trageelements übertragen wird.
  • Eine erfindungsgemäße Ausführung einer Industrieofen-Tragekonstruktion aus feuerfesten Steinen oder eines erfindungsgemäßen Industrieofen sieht vor, dass das Abstandselement eine Stahlfeder, insbesondere eine Blattfeder oder eine Tellerfeder umfasst. Dabei erlaubt vor allem die besonders bevorzugte Tellerfeder eine sehr kompakte Bauweise bei gleichzeitig großem Kraftübertrag.
  • Eine erfindungsgemäße Ausführung einer Industrieofen-Tragekonstruktion aus feuerfesten Steinen oder eines erfindungsgemäßen Industrieofen sieht vor, dass das Abstandselement zumindest eine Schraube umfasst. Im Gegensatz zu Druckfedern kann durch von außen (außerhalb der Ofenkonstruktion) zugängliche Schrauben eine sehr exakte Positionierung des Ende des Tragelements (zB. der Widerlager Steine) erfolgen. Bei innen (innerhalb der Ofenkonstruktion) liegenden Schrauben kann eine Einstellung z.B. der Vorspannung der Druckfeder bei Installation erfolgen. Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Abstandselement sowohl Schrauben als auch zumindest eine Druckfeder umfasst. Damit lässt sich der Bereich der Positionierung des Ende des Tragelements (zB. die Widerlagerpositionierung) erhöhen.
  • Eine erfindungsgemäße Ausführung einer Industrieofen-Tragekonstruktion aus feuerfesten Steinen oder eines erfindungsgemäßen Industrieofen sieht vor, dass das Translationselement eine Rolle oder ein Gleitlager umfasst. Vor allem die bevorzugte Rolle erlaubt eine Bewegung in vertikaler Richtung mit sehr geringer Reibung.
  • Eine erfindungsgemäße Ausführung einer Industrieofen-Tragekonstruktion aus feuerfesten Steinen oder eines erfindungsgemäßen Industrieofen sieht vor, dass das Abstandselement direkt mit der Platte verbunden ist. In anderen Worten: das Abstandselement ist an dessen ersten Ende mit der Platte verbunden und beispielsweise an dessen zweiten Ende mit dem Gehäuse verbunden, und dieses ist dann mit dem Translationselement verbunden. Das Translationselement kann sich in (zumindest) vertikaler Richtung auf der Ofenstruktur bewegen, somit ist das gesamte Führungselement in (zumindest) vertikaler Richtung beweglich. Zugleich ist in diesem Fall ist eine sehr gleichmäßige horizontale Kraftübertragung vom Abstandselement auf die Platte gegeben, was dazu führt, dass Spannungen im Bereich des Ende des Tragelements (zB. im Widerlager Stein) minimiert werden und die Lebensdauer des Aufbaus im Bereich des Endes des Tragelements (zB. des Widerlager Steins) erhöht wird.
  • Eine erfindungsgemäße Ausführung einer Industrieofen-Tragekonstruktion aus feuerfesten Steinen oder eines erfindungsgemäßen Industrieofen sieht vor, dass das Abstandselement direkt mit der Ofenstruktur verbunden ist. In anderen Worten: Das Abstandselement ist an dessen ersten Ende direkt mit der Ofenstruktur verbunden und an dessen zweiten Ende mit dem Translationselement verbunden. Das Gehäuse kann eine Ausnehmung oder ein gänzlich offene Seite aufweisen, durch die das Abstandselement bzw. die Verbindung zwischen Abstandselement und Translationselement hindurchgeht. Das Gehäuse ist relativ zu Abstandselement und Translationselement in (zumindest) vertikaler Richtung beweglich. Das Translationselement kann sich in (zumindest) vertikaler Richtung auf dem Ende des Trageelements oder auf der optionalen Platte bewegen. Somit ist das Gehäuse, die optionale Platte und das Ende des Tragelements (zB. der Wiederlager Stein) in (zumindest) vertikaler Richtung (gemeinsam) beweglich. In diesem Fall ist die horizontale Kraftübertragung das Ende des Tragelement (bzw. auf die Platte) weniger gleichmäßig, dafür wird durch die direkte Verbindung von Abstandselement und Ofenstruktur erreicht, dass nur wenige bewegliche Teile vorhanden sind und die Konstruktion der Kraftübertragung sehr einfach instandzuhalten ist.
  • Eine erfindungsgemäße Ausführung einer Industrieofen-Tragekonstruktion aus feuerfesten Steinen oder eines erfindungsgemäßen Industrieofen sieht vor, dass das Gehäuse des Führungselements fest mit dem darunterliegenden (und bevorzugt auch mit dem darüberlegenden) Mauerwerk Steinen verbunden ist. In anderen Worten: das Gehäuse des Führungselements ist Teil der seitlichen Wände des Ofens. Jede Bewegung / Dehnung des Mauerwerks wird direkt auf das Gehäuse des Führungselements übertragen. Es kommt also zu keinen Relativbewegungen zwischen dem Gehäuse des Führungselements und den Mauerwerk Steinen. Die Verbindung des Gehäuses mit den Mauerwerk Steinen kann dabei einfach durch die Reibungskräfte zwischen dem Gehäuse und den Mauerwerk Steinen erfolgen, oder durch zusätzliche Verbindungselemente, wie etwa Anker, Schrauben oder Vorsprünge im Gehäuse oder dergleichen, erfolgen.
  • Das Ende des Tragelements (zB. der Widerlager Stein) ist vorzugsweise derart im Gehäuse angeordnet, dass sich das Ende des Tragelements (z.B. der
  • Widerlager) Stein bei einer thermischen Expansion des Tragelements (z.B. des Tragbogens), aufgrund der thermischen Expansion der des Tragelements (z.B. der Tragbogen Steine und der Widerlager Steine) innerhalb des Gehäuses und gegenüber (also relativ zu) dem Gehäuse in vertikaler Richtung bewegen kann, sodass die thermische Expansion durch diese Bewegung ausgeglichen werden kann.
  • Eine erfindungsgemäße Ausführung einer Industrieofen-Tragekonstruktion aus feuerfesten Steinen oder eines erfindungsgemäßen Industrieofen sieht vor, dass das Führungselement so ausgebildet ist, dass sich das Ende des Tragelements (zB. der Widerlager Stein) im Gehäuse in horizontaler Richtung in einem Bereich von mindestens 1% bis 1.8% der Länge des Tragelements (also des Abstandes der äußersten Enden des Tragelement, also bei einem Tragebogen der Abstandes der Widerlager Steine, bei einem Träger der Abstand der Enden) (also z.B. 50 mm bis maximal 63 mm bei 3.5 m Spannweite oder auch 64 mm bis maximal 81 mm bei 4.5 m Spannweite) bewegen kann. Das Führungselement ist dabei so ausgebildet, dass diese die maximal auftretenden Druckspannungen im Bereich von 30N/cm2 bis 140 N/cm2 aufnehmen können. Somit werden die aus diesen Druckspannungen in Abhängigkeit der Übertragungsfläche (= Fläche der Rückseite der Widerlager oder der Enden) auftretenden Horizontalkräfte, aufgenommen. Damit kann einerseits eine thermische Expansion des Tragelements (z.B. des Tragbogens) auf beiden Seiten des Tragelements (z.B. des Tragbogens) durch die Bewegung der zwei Enden des Tragelements (z.B. der zwei Widerlager Steine) "nach außen" aufgenommen werden. Andererseits führt die gleichmäßige Kraft dazu, dass beim Abkühlen die thermische Kontraktion des Tragelements kontinuierlich durch die Bewegung der zwei Enden des Tragelements (z.B. der zwei Widerlager Steine) "nach innen" kompensiert wird und damit eine Zugspannungskomponente des Tragelements (bzw. ein Senken des Tragbogens) verhindert wird.
  • Eine erfindungsgemäße Ausführung einer Industrieofen-Tragekonstruktion aus feuerfesten Steinen oder eines erfindungsgemäßen Industrieofen sieht vor, dass das Führungselement einen mechanischen oder elektronischen Sensor zur Messung der in horizontaler Richtung aufgenommenen Kraft und/oder den vom Endes des Tragelements zurückgelegten Weges umfasst. Dies erlaubt einerseits eine Zustandskontrolle des Führungselements und zusätzlich eine Eingriffsmöglichkeit (z.B. Steuerung von außen), beispielsweise über Einstellung des Abstandselementes, also etwa durch Verstellung der Schrauben.
  • Eine erfindungsgemäße Ausführung einer gewölbeartigen Industrieofen-Tragekonstruktion aus feuerfesten Steinen oder eines erfindungsgemäßen Industrieofen mit einer gewölbeartigen Industrieofen-Tragekonstruktion sieht vor, dass die Tragbogen-Steine der gewölbeartige Industrieofen-Tragekonstruktion in zumindest zwei übereinander liegenden Reihen angeordnet werden, sodass sich zwei übereinander liegende, gewölbeartige Tragbogen ergeben. Dies erlaubt eine einfache Austauschbarkeit des unteren Bogens, da der obere Bogen das darüberlegende Mauerwerk halten kann.
  • Eine erfindungsgemäße Ausführung einer gewölbeartigen Industrieofen-Tragekonstruktion aus feuerfesten Steinen oder eines erfindungsgemäßen Industrieofen sieht vor, dass die gewölbeartige Industrieofen-Tragekonstruktion aus feuerfesten Steinen eine Spannweite mehr als 3 m, insbesondere mehr als 4 m, umfasst, also der Abstand zwischen den zwei Widerlager Steinen mehr als 3 m, insbesondere mehr als 4 m, beträgt. Damit wird erreicht, dass die derzeit im Einsatz befindlichen Doppelbögen (mit mittigem Pfeiler) durch einen einzelnen Bogen ersetzt werden können. Dies erleichtert die Installation (Entfall eines Pfeileraufbaus) und Verlängert die Betriebszeit (kein Verschleiß / keine Risse im Bereich des Pfeilers) des Industrieofens.
  • Eine erfindungsgemäße Ausführung eines Industrieofen sieht vor, dass der Industrieofen ein Kalkofen ist.
  • Eine erfindungsgemäße Ausführung eines Industrieofen sieht vor, dass der Industrieofen ein Kalkofen, insbesondere ein GGR Kalkofen (Gegenstrom-Regenerativ-Kalkofen) ist, mit einem ersten Schacht und einem zweiten Schacht und einem den ersten Schacht mit dem zweiten Schacht verbindenden Überströmkanal ist, wobei der obere Teil des Überströmkanals durch die Industrieofen-Tragekonstruktion aus feuerfesten Steinen gebildet wird. In einer speziellen Ausführungsform wird der obere Teil des Überströmkanals durch genau eine Industrieofen-Tragekonstruktion aus feuerfesten Steinen gebildet, also insbesondere ohne einen Doppelbogen mit mittigem Pfeiler. Durch den erfindungsgemäßen Aufbau werden signifikant längere Betriebszeiten von Kalköfen erreicht. Insbesondere wird für diese Ausführung die gewölbeartige Industrieofen-Tragekonstruktion vorgesehen.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie den sonstigen Anmeldeunterlagen, und werden anhand der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen schematisch:
    • Fig. 1a zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Industrieofen-Tragekonstruktion mit einem als Träger ausgebildeten Tragelement.
    • Fig. 1b zeigt eine schematische Darstellung mit einer erfindungsgemäßen gewölbeartigen Industrieofen-Tragekonstruktion aus feuerfesten Steinen.
    • Fig. 1c zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Industrieofens mit einer erfindungsgemäßen gewölbeartigen Industrieofen-Tragekonstruktion aus feuerfesten Steinen.
    • Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Industrieofens mit einer gewölbeartigen Industrieofen-Tragekonstruktion aus feuerfesten Steinen.
    • Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Industrieofens mit einer gewölbeartigen Industrieofen-Tragekonstruktion aus feuerfesten Steinen.
    • Fig. 4 zeigt einen Querschnitt eines Kalkofens mit Schnittlinie A-A.
    • Fig. 5 zeigt einen Querschnitt A-A eines Kalkofens mit Doppelbogen und mittigem Pfeiler.
    • Fig. 6 zeigt einen Querschnitt A-A einer erfindungsgemäßen Ausführung eines Kalkofens mit einer gewölbeartigen Industrieofen-Tragekonstruktion.
  • Fig. 1a zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Industrieofen-Tragekonstruktion (10) mit einem als Träger (15") ausgebildeten Tragelement (15), mit einem ersten Ende des Trägers (20.1) und einem zweiten Ende des Trägers (20.2). Der Träger (15") ist dabei ein monolithisch gegossener und getrockneter Träger (15") z.B. aus einer feuerfesten Masse, wie etwa eine Hochtonerde Masse. Fig. 1b zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen gewölbeartigen Industrieofen-Tragekonstruktion (10') aus feuerfesten Steinen mit einem Tragbogen (15'), und Fig. 1c zeigt einen Industrieofen (100) mit einer erfindungsgemäßen gewölbeartigen Industrieofen-Tragekonstruktion (10') aus feuerfesten Steinen.
  • In der Ausführung gemäß Fig. 1b und 1c werden durch den ersten Widerlager Stein (20.1') und den zweiten Widerlager Stein (20.2') sowie den zwischen diesen zwei Widerlager Steinen (20.1', 20.2') angeordneten Tragbogen Steinen (30) wird ein gewölbeartiger Tragbogen (15') gebildet. Die Widerlager Steine (20.1', 20.2') werden durch ein Führungselement (70) geführt.
  • Das Führungselement (70) ist in vertikaler Richtung gegenüber einer Ofenstruktur (60) beweglich, sodass sich bei einer thermischen Expansion
  • (Wärmeausdehnung) der unter dem Führungselement (70) liegenden Mauerwerk Steine (50) das Führungselement (70) entlang der Ofenstruktur (60) aufwärts, bzw. bei thermischen Kontraktion (Wärmeschrumpfung) abwärts bewegen kann. Zugleich wird auch die thermische Expansion des Tragelements (15) durch Führung der Enden (20.1, 20.2) des Tragelements (15) bzw. der Widerlager Steine (20.1', 20.2') durch das Führungselement (70) ausgeglichen. Es wird durch das Führungselement (70) auf die Enden (20.1, 20.2) des Trägers (15"), bzw. die Widerlager Steine (20.1', 20.2') eine horizontale Kraft aufgebracht. Im Fall der Expansion wandern die Enden (20.1, 20.2) des Tragelements (15) bzw. die zwei Widerlager Steine (20.1', 20.2') kontrolliert durch diese horizontale Kraft auseinander. Bei thermischer Kontraktion des Tragelements (15) (des Trägers (15") oder des Tragbogens (15')) wandern die Enden (20.1, 20.2) des Trägers (15") bzw. die Widerlager Steine (20.1', 20.2') wieder kontrolliert zusammen. Bei der gewölbeartigen Tragekonstruktion (10') wird dadurch ein Setzen des Tragbogens (15') verhindert.
  • Bei Installation der erfindungsgemäßen gewölbeartigen Industrieofen-Tragekonstruktion (10') aus feuerfesten Steinen in einem Industrieofen (100) wird, wie in Fig. 1c gezeigt, die Tragekonstruktion (10') in die Mauerwerk Steine (50) welche die seitlichen Mauern / Begrenzungen des Industrieofens (100) bilden, integriert. In anderen Worten: Das Führungselement (70) der erfindungsgemäßen gewölbeartigen Industrieofen-Tragekonstruktion (10) aus feuerfesten Steinen ist in der seitlichen Mauer des Ofens integriert, bzw. das Gehäuse (71) des Führungselements (70) ist fest mit dem darunterliegenden Mauerwerk Steinen (50) verbunden. Das seitliche Mauerwerk wird beispielsweise über dem Führungselement (70) fortgesetzt, das heißt, dass auch über dem Führungselement (70) eine seitliche Ofenwand (60) durch Mauerwerk Steine (50) gebildet werden. Über dem gewölbeartigen Tragbogen (15') werden Ausgleichslagen Steine (40) (oder alternativ eine feuerfeste Masse) zum Ausgleich der (runden) Gewölbeform, welche durch die Tragbogen Steine (30) gebildet werden, an die gerade Form der über dem Tragbogen (15') liegenden Mauerwerk Steine (50) vorgesehen.
  • Fig. 2 und Fig. 3 zeigen zwei Ausführungsformen der gewölbeartigen Industrieofen-Tragekonstruktion (10') aus feuerfesten Steinen. Die folgenden Ausführungen gelten jedoch auch analog für die Ausführungsform der Industrieofen-Tragekonstruktion (10) mit einem Träger (15"). Fig. 2 und Fig. 3 zeigen im Detail zwei Ausführungsformen des Führungselementes (70), welches aus Gehäuse (71), Abstandselement (72), Translationselement (73) und Platte (74) besteht und einen Widerlager Stein (20.1', 20.2') führt. Das Gehäuse (71) umgibt teilweise den Widerlager Stein (20.1', 20.2') welcher sich in dem Gehäuse (71) in horizontaler Richtung bewegen kann, der Bewegung nach außen wird eine Kraft entgegengesetzt, welche durch die Platte (74) auf den Widerlager Stein (20.1', 20.2') aufgebracht wird.
  • In der Ausführungsform nach Fig. 2 ist das Abstandselement (72) direkt mit der Platte (74) verbunden. Das Abstandselement ist hier beispielsweise eine Druckfeder (72) aus Stahl. Diese Druckfeder (72) ist an einem Ende mit der Platte (74) verbunden und am anderen Ende mit dem Gehäuse (71) verbunden. Das Gehäuse (71) ist wiederum mit einem Translationselement (73), beispielsweise einer Rolle (73) verbunden. Die Rolle (73) kann in vertikaler Richtung auf der Ofenstruktur (60) rollen. Alternativ ist die Ofenstruktur (60) wiederum mit einem Translationselement (73), beispielsweise einer Rolle (73) verbunden. Die Rolle (73) kann in vertikaler Richtung auf dem Gehäuse (71) rollen. Somit ist das gesamte Führungselement (70) in vertikaler Richtung beweglich. Zugleich überträgt die Rolle (73) über das Gehäuse (71) über die Feder (72) auf die Platte (74), und somit auf den Widerlager Stein (20.1', 20.2'), eine horizontale Kraft vom Ofenmantel (60).
  • In der Ausführungsform nach Fig. 3 ist das Abstandselement (72) direkt mit der Ofenstruktur (60) verbunden. Das Abstandselement sind hier beispielsweise mehrere Tellerfedern (72) aus Stahl, alternativ oder zusätzlich kann das Abstandselement (72) Schrauben (72) beinhalten, welche eine horizontale Bewegung der Tellerfedern (72) erlauben. Diese Tellerfedern (72) sind an einem Ende mit der Ofenstruktur (60) verbunden und am anderen Ende mit dem Translationselement (73), beispielsweise einer Rolle (73) verbunden. Durch Verwendung von Tellerfedern (72) kann eine sehr kompakte Bauweise erreicht werden, sodass eine geradwandige Ofenstruktur (60) verwendet werden kann. Das Gehäuse (71) hat eine Ausnehmung (71.1) durch die Tellerfedern (72) bzw. die Verbindung zwischen Tellerfedern (72) und Rolle (73) hindurchgeht. In dieser Weise ist das Gehäuse zumindest in vertikaler Richtung gegenüber den Tellerfedern (72) und der Rolle (73) beweglich. Die Rolle (73) kann in vertikaler Richtung auf der Platte (74) rollen. Somit ist das Gehäuse (71), die Platte (74) und der Widerlager Stein (20.1', 20.2') in vertikaler Richtung (gemeinsam) beweglich. Zugleich übertragen die Tellerfedern (72) über die Rolle (73) auf die Platte (74), und somit auf den Widerlager Stein (20.1', 20.2'), eine horizontale Kraft.
  • Fig. 4 zeigt einen Querschnitt eines Kalkofens(100) mit Schnittlinie A-A. Der Kalkofen (100) hat beispielsweise einen ersten Schacht (101), einen zweiten Schacht (102) und eine Überströmkanal (103) der die zwei Schächte (101, 102) verbindet. Jeder Schacht weist außerdem weitere Merkmale auf, wie beispielsweise Brennstoffzuführungsleitungen (104, 105).
  • Fig. 5 zeigt einen Querschnitt A-A eines Kalkofens (100) mit Doppelbogen und mittigem Pfeiler. Dieser Aufbau mit einem Doppelbogen aus dem Stand der Technik weist den Nachteil auf, dass im Bereich des Pfeilers sehr hohe Abnützungen entstehen.
  • Fig. 6 zeigt einen Querschnitt A-A einer erfindungsgemäßen Ausführung eines Kalkofens (100) mit einer gewölbeartigen Industrieofen-Tragekonstruktion (10). Die Ausführung ist ähnlich der Fig. 2 gezeigten Ausführungsform (alternativ auch gemäß Ausführungsform nach Fig. 3). Hier besteht der Tragbogen (15') aus zwei übereinlanderliegenden Lagen von Tragbogen Steinen (30). Jede Lage der Tragbogen Steine (30) ist zwischen jeweils zwei Widerlager Steinen (20.1', 20.2') angeordnet, in anderen Worten die obere Reihe von Tragbogen Steinen (30) liegt zwischen zwei oberen Widerlager Steinen (20.1', 20.2') und die untere Lage von Tragbogen Steinen liegt zwischen zwei unteren Tragbogen Steinen (20.1', 20.2'). Auf jeder Seite der beiden Tragbogen (15') sind die zwei übereinanderliegenden Widerlager Steine (20.1', 20.2') in einem Gehäuse (21) des Führungselements (70) geführt und somit gemeinsam in horizontaler Richtung beweglich. Die Spannweite des Tragbogens (15') in diesem Beispiel beträgt 4.5 m. Die Widerlager Steine (20.1', 20.2') im Gehäuse (71) sind in horizontaler Richtung in einem Bereich von bis maximal 75 mm bewegbar. Dabei ist der Widerlager Stein (20.1', 20.2') bei Installation unter Raumtemperatur derart im Gehäuse (21) angeordnet, dass der Widerlager Stein (20.1', 20.2') 60 mm in Richtung zur Ofenstruktur (60) bewegbar ist. Damit kann eine thermische Expansion des Tragbogens (15') bis zu 60 mm auf beiden Seiten durch die Bewegung der zwei Widerlager Steine (20.1, 20.2) "nach außen" aufgenommen werden.
  • Bei der Ausführung des Abstandselements (72) als Feder (72) ist folgendes vorgesehen: Jede Feder (72) des Abstandelementes (72) wird zwischen 20% und 70% des möglichen Federweges vorgespannt, um den Tragbogen (15') oder Träger (15") im (kalten) Einbauzustand in Position zu halten und eine definierte Anfangskraft einzustellen.
  • Durch thermische Expansion werden Drücke / Druckspannungen aufgebaut, welche im Bereich zwischen 30N/cm2 und 140 N/cm2 liegen können. Die daraus in Abhängigkeit der Übertragungsfläche der Widerlager-Steine (20.1', 20.2') oder der Enden (20.1', ;20.2) der Tragelemente (15) auftretenden Horizontalkräfte, werden von der/den Federn (72) der Abstandselemente (72) aufgenommen.
  • Die durch diesen Vorspannprozess gespeicherte Energie erzeugt eine Kraft welche die Widerlager-Steine (20.1, 20.2) oder die Enden (20.1 ;20.2) kontinuierlich nach innen drückt, sobald die beim Abkühlvorgang eintretende Kontraktion des Tragbogens (15) oder des Trägers (15') eintritt. Ein Absinken des Tragbogens (15) oder des Trägers (15') wird damit verhindert.
    • BEZUGSZEICHENLISTE:
    • 10 Industrieofen-Tragekonstruktion (industrial furnace support construction)
    • 10' Gewölbeartige Industrieofen-Tragekonstruktion (arch like industrial furnace support construction)
    • 15 Tragelement (support element)
    • 15' Gewölbeartiger Tragbogen (supporting arch)
    • 15" Träger (support)
    • 20.1 erstes Ende des Tragelements (first end of support)
    • 20.1' erster Widerlager Stein (first skewback brick)
    • 20.2 zweites Ende des Tragelements (second end of support)
    • 20.2' zweiter Widerlager Stein (second skewback brick)
    • 30 Tragbogen-Steine (arch bricks)
    • 40 Ausgleichslagen-Steine (creeper bricks)
    • 50 Mauerwerk-Steine (wall bricks)
    • 60 Ofenstruktur (kiln structure)
    • 60.1 Vorsprung in der Ofenstruktur (portusion of the kiln structure)
    • 70 Führungselement (guiding arrangement)
    • 71 Gehäuse (housing)
    • 71.1 Ausnehmung im Gehäuse (recess of the housing)
    • 72 Abstandselement (spacer)
    • 73 Translationselement (translatory element)
    • 74 Platte (plate)
    • 100 Industrieofen (industrial furnace)
    • 101 erster Schacht (first shaft)
    • 102 zweiter Schacht (second shaft)
    • 103 Überströmkanal (overflow channel)
    • 104 Brennstoffzuführungsleitung des ersten Schachts (fuel supply of first shaft)
    • 105 Brennstoffzuführungsleitung des zweiten Schachts (fuel supply of second shaft)
    • 106 Flamme (flame)

Claims (15)

  1. Industrieofen (100) mit einer Ofenstruktur (60), insbesondere mit einem Ofenmantel (60), einem Aufbau aus feuerfesten Material, und einer Industrieofen-Tragekonstruktion (10, 10') welche zumindest umfasst:
    - ein Tragelement (15, 15', 15") mit einem ersten Ende (20.1, 20.1') und einem zweiten Ende (20.2, 20.2');
    - zwei Führungselementen (70);
    - wobei jedes Führungselement (70) umfasst:
    - ein Gehäuse (71), ein Abstandselement (72), und ein Translationselement (73);
    - wobei jedes Gehäuse (71) zumindest ein Ende (20.1, 20.1', 20.2, 20.2') eines Tragelements (15, 15', 15") zumindest teilweise umgibt, sodass sich das zumindest eine Ende (20.1, 20.1', 20.2, 20.2') im Gehäuse (71) in horizontaler Richtung bewegen kann, also eine horizontale Führung des zumindest einen Endes (20.1, 20.1', 20.2, 20.2') des Tragelements (15, 15', 15") erreicht wird;
    - und wobei durch das Abstandselement (72) von der Ofenstruktur (60) eines Industrieofens (100) über das Translationselement (73) eine horizontale Kraft auf das zumindest eine Ende (20.1, 20.1', 20.2, 20.2') des Tragelements (15, 15', 15") übertragen wird;
    - und wobei das Translationselement (73) eine Bewegung des Führungselements (70) relativ zu einer Ofenstruktur (60) eines Industrieofens (100) in zumindest vertikaler Richtung ermöglicht und zugleich eine Kraft in zumindest horizontaler Richtung von einer Ofenstruktur (60), insbesondere von einem Ofenmantel (60), eines Industrieofens (100) auf das Abstandselement (72) überträgt.
  2. Industrieofen (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Abstandselement (72) eine Druckfeder (72) umfasst.
  3. Industrieofen (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Abstandselement (72) eine Stahlfeder (72), insbesondere eine Blattfeder (72) oder eine Tellerfeder (72) umfasst.
  4. Industrieofen (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Abstandselement (72) zumindest eine Schraube (72) umfasst.
  5. Industrieofen (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Translationselement (73) eine Rolle (73) und/oder ein Gleitlager (73) umfasst.
  6. Industrieofen (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei jedes Führungselement (70) weiters eine Platte (72) umfasst, und das Abstandselement (72) direkt mit der Platte (74) verbunden ist.
  7. Industrieofen (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Abstandselement (72) direkt mit der Ofenstruktur (60) verbunden ist.
  8. Industrieofen (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, mit Mauerwerk Steinen (50), wobei das Gehäuse (71) des Führungselements (70) mit den darunterliegenden Mauerwerk Steinen (50) verbunden ist.
  9. Industrieofen (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Führungselement (70) so ausgebildet ist, dass sich das Ende (20.1, 20.1', 20.2, 20.2') eines Tragelements (15, 15', 15") im Gehäuse (71) in horizontaler Richtung in einem Bereich von 1 % bis 1.8% der Länge des Tragelements bewegen kann.
  10. Industrieofen (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Führungselement (70) einen Sensor zur Messung der in horizontaler Richtung aufgenommenen Kraft und / oder des vom Endes (20.1, 20.1', 20.2, 20.2') des Tragelements (15, 15', 15") zurückgelegten Weges umfasst.
  11. Industrieofen (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Tragelement (15, 15', 15") als Tragbogen (15') ausgebildet ist und der Tragbogen (15') umfasst:
    - zwei Widerlager Steine (20.1', 20.2'), wobei das erste Ende (20.1) des Tragelement (15, 15') durch den ersten Widerlager Stein (20.1') und das zweite Ende (20.2) des Tragelement (15, 15') durch den zweiten Widerlager Stein (20.2') gebildet wird, ;
    - und wobei eine Mehrzahl von Tragbogen-Steinen (30) zwischen den zwei Widerlager-Steinen (20.1', 20.2') angeordnet sind, sodass die Widerlager-Steine (20.1', 20.2') und die Tragbogen-Steine (30) zusammen einen gewölbeartigen Tragbogen (15') als Tragelement (15, 15') bilden.
  12. Industrieofen (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Tragbogen-Steine (30) der gewölbeartige Industrieofen-Tragekonstruktion (10') in zumindest zwei übereinander liegenden Reihen angeordnet werden, sodass sich zwei übereinander liegende, gewölbeartige Tragbogen (15') ergeben.
  13. Industrieofen (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die gewölbeartige Industrieofen-Tragekonstruktion (10') aus feuerfesten Steinen eine Spannweite mehr als 3 m, insbesondere mehr als 4 m, umfasst, also der Abstand zwischen den zwei Widerlager Steinen (20.1', 20.2') mehr als 3 m, insbesondere mehr als 4 m, beträgt.
  14. Industrieofen (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Industrieofen ein Kalkofen (100) mit einem ersten Schacht (101) und einem zweiten Schacht (102) und einem den ersten Schacht (101) mit dem zweiten Schacht (102) verbindenden Überströmkanal (103) ist, wobei der obere Teil des Überströmkanals (103) durch die Industrieofen-Tragekonstruktion (10, 10') aus feuerfesten Steinen gebildet wird.
  15. Industrieofen (100) mit einer Ofenstruktur (60), insbesondere mit einem Ofenmantel (60), mit Mauerwerk Steinen (50), einem Aufbau aus feuerfesten Steinen, und einer gewölbeartige Industrieofen-Tragekonstruktion (10') aus feuerfesten Steinen umfassend:
    - zwei Widerlager-Steine (20.1', 20.2');
    - einer Mehrzahl von Tragbogen-Steine (30) angeordnet zwischen den zwei Widerlager-Steinen (20.1', 20.2'), sodass die Widerlager-Steine (20.1', 20.2') und die Tragbogen-Steine (30) zusammen einen gewölbeartigen Tragbogen (15') bilden;
    - sowie zwei Führungselemente (70);
    - wobei jedes Führungselement (70) umfasst:
    - ein Gehäuse (71), ein Abstandselement (72), ein Translationselement (73) und eine Platte (74);
    - wobei jedes Gehäuse (71) zumindest einen Widerlager Stein (20.1', 20.2') zumindest teilweise umgibt, sodass sich der Widerlager Stein (20.1', 20.2') im Gehäuse (71) in horizontaler Richtung bewegen kann, also eine horizontale Führung des Widerlager Steines (20.1', 20.2') erreicht wird;
    - und wobei durch das Abstandselement (72) über das Translationselement (73) und über die Platte (74) eine horizontale Kraft auf den Widerlager-Stein (20.1', 20.2') überträgt;
    - und wobei das Translationselement (73) eine Bewegung des Führungselements (70) relativ zu einer Ofenstruktur (60) eines Industrieofens (100) in zumindest vertikale Richtung ermöglicht und zugleich eine Kraft in zumindest horizontaler Richtung von einer Ofenstruktur (60) eines Industrieofens (100) auf das Abstandselement (72) überträgt;
    - und wobei das Abstandselement (72) zumindest ein Element der Gruppe umfasst: eine Druckfeder, eine Stahlfeder, eine Blattfeder, eine Tellerfeder und eine Schraube;
    - und wobei das Translationselement (73) eine Rolle und/oder ein Gleitlager umfasst;
    - und wobei das Abstandselement (72) direkt mit der Platte (74) oder direkt mit der Ofenstruktur (60) verbunden ist;
    - und wobei das Gehäuse (71) des Führungselements (70) fest mit dem darunterliegenden Mauerwerk Steinen (50) verbunden ist.
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