NO313897B1 - Veggkonstruksjon for benyttelse i en brennovn eller tilsvarende samt fremgangsmÕte for tildannelse av samme - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en veggkonstruksjon for benyttelse i en brennovn eller tilsvarende, f.eks en brennovn for kalsinering av karbonlegemer. Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte for tildannelse av en slik veggkonstruksjon. Spesielt men ikke utelukkende relateres oppfinnelsen til vegger eller delevegger med innvendige røkgasskanaler.

Brennovner for kalsinering av karbonanoder som benyttes i produksjon av aluminium etter Hall-Héroult prosessen kan være konstruert med flere kamre anbragt i to parallelle rekker. Slike ovner har en fyrsyklus som flyttes relativt kamrene etterhvert som karbonmaterialet kalsineres. Kamrene er innbyrdes suksessivt forbundet med kanaler for å kunne lede varm brenngass eller røkgass gjennom ovnskonstruksjonen. Hvert kammer kan være delt opp i flere mindre kamre ved hjelp av delevegger eller så kalte kassettvegger. Disse deleveggene er utstyrt med flere røkgasskanaler hvorigjennom det ledes varm gass, for effektivt å kunne fordele varme inn til objekter plassert i kamrene slik at kalsineringsprosessen blir så homogen som mulig. Et problem med slike ovner hvor deleveggene kan ha en utstrekning på flere meter både vertikalt og horisontalt, er at veggene som følge av oppvarmings-/avkjølingssykler med store temperaturdifferanser mister sin parallelitet over tid. I verste fall kan utbuling og siging medføre problemer med å drifte ovnen på en tilfreds-stillende måte. Dette grunnet lekkasje og avbrann eller at det kan være vanskelig å sette/ta ut objekter som følge av store geometriske avvik i kamrene.

WO 92/22780 vedrører en veggkonstruksjon for benyttelse i en ovn, hvor det innbyrdes mellom segmenter i veggen er anordnet ekspansjonsfuger. I henhold til denne løsningen skal ekspansjons-og kontraksjonsbevegelser tas opp i ekspansjonsfugen i hvert individuelle lag av segmenter. Dersom fugene i alle lagene er innrettet langs samme vertikale akse, kan denne sammenhengende fugen bidra til uønsket ustabilitet i veggen. På den annen side, dersom fugene i hvert lag er innbyrdes forskjøvet i forhold til hverandre kan dette redusere antall røkgasskanaler som kan erholdes i veggen, og dermed redusere veggens evne til å overføre varme.

CH 258544 viser en brennovn hvor en delevegg kan omfatte røkgasskanaler (fig. 3). I denne løsnin-gen søkes lengdemessig endring av deleveggen som følge av termisk oppvarming/avkjøling opptatt i vertikale fuger mellom hver sten mens veggens ender er fast innspente. Ett problem som vil gjøre seg gjeldende over tid ved benyttelse av dette prinsipp for ekspansjon/kontraksjon er at partikler fra materiale som ifylles ovnen kan legge seg inn i fugene og forhindre helt eller delvis den tiltenkte ekspansjon. Dersom veggen har en viss klaring i sin innfesting mot øvrig struktur i ovnen, vil denne klaringen gradvis bli oppbrukt ved at deleveggen får en varig forlengelse som følge av nevnte mekanisme. Over tid vil derfor en konstruksjon av denne type kunne bule ut og miste sin parallelli-tet. Ytterligere problemer som kan forekomme er at stein kan knuses helt eller delvis ved at nødvendig utvidelse ikke tillates etter et gitt antall termiske sykler. En påfølgende utrasing av stein kan således forekomme hvilket vil medføre behov for kostnadskrevende utbedringsarbeide samt sette ovnen helt eller delvis ut av drift for en periode.

Med foreliggende oppfinnelse kan de ovennevnte problemer helt eller delvis unngås. I samsvar med foreliggende oppfinnelse vil den nødvendige ekspansjon/kontraksjon av veggen i dens lengderetning som følge av termiske sykler bli kompensert for ved minst én ende av veggen, mens stenene innbyrdes er låst til hverandre. Vegger i samsvar med foreliggende oppfinnelse har vist seg å være svært stabile over gjentatte temperatursykler, og kostnadene relatert til rehabilitering av murverk og eventuell driftsstans av ovnen vil således kunne reduseres betraktelig.

Disse og ytterligere fordeler kan oppnås med oppfinnelsen slik den er definert i de vedføyde patent-krav 1-11.

Oppfinnelsen skal i det etterfølgende beskrives nærmere med eksempel og figurer hvor:

Fig.l viser i snitt sett ovenfra detaljer vedrørende innfesting av en ende av en delevegg i

forhold til tilstøtende murverk,

Fig. 2 viser i snitt sett ovenfra to parallelle delevegger med innfesting ved sine ender mot

tilstøtende murverk,

Fig. 3 viser en detalj ved innfestingen av deleveggenes ender,

Fig. 4 viser en detalj ved deleveggens ende,

Fig. 5 viser ytterligere en detalj ved deleveggens ende,

Fig. 6 viser en detalj ved deleveggens oppbygning.

Figur 1 viser i snitt sett ovenfra et murverk 1 som kan være en såkalt gurtvegg i en brennovn som kan være bygget opp av en rekke enkelt Stener. Murverket som vist i figuren er tilpasset innfesting av delevegger 3', 3", 3"', 3"" (kun fire er delvis vist i figuren). Forbindelsen 2 mellom delevegg 3' og murverket 1 er i et forstørret utsnitt gjengitt i nedre del av figuren. I dette utsnittet fremgår en endesten 4 i deleveggen 3', en forbindelsessten 6 samt en forankringssten 5 som ugjør en del av murverket 1 og er fast forbundet med dette. Forbindelsesstenen 6 kan hensiktsmessig ha et rektan-gulært tverrsnitt og ha sideflater 10, 10' som samvirker med respektive flater 8,9 og 8', 9' i henholdsvis endestenen og i forankringsstenen. Forankringsstenen 5 og endestenen 4 er innbyrdes bevegelige og en ekspansjon av deleveggen som endestenen er en del av, tillates over ekspansjonsåpningen 7 mellom forbindelsesstenens endeflate 14 og endestenens flate 11. Kontraksjon som kan oppstå i veggkonstruksjonen vil kunne kompenseres for ved at endesten 4 tillates beveget bort fra forankringssten 5 samtidig som forbindelsen via forbindelsessten 6 opprettholdes. Det skal forstås at forbindelsen i en alternativ utførelse kan utgjøres av kun to elementer dvs. uten forbindelsesstenen ved at en geometri tilsvarende nevnte sten er utformet som en integrert del av enten forankringsstenen eller endestenen. Størrelsen av ekspansjonsåpningen 7 tilpasses erfaringsmessig avhengig av stenmateriale, driftsforhold ved den aktuelle anvendelse eller andre forhold. Det samme vil gjelde det lengdemessige inngrep i forbindelsen 2 med hensyn til kontraksjon av veggkonstruksj onen.

Hensiktsmessig forløper de samvirkende flater i forbindelsen 2 i hele den vertikale utstrekning av deleveggen, dvs. samtlige sten-skift i deleveggen og tilsvarende skift i murverket er utformet på den i figuren viste måte. En fordel ved en slik utforming er at variasjoner i veggkonstruksjonens lengde også i dens vertikale retning kan opptas i forbindelsen 2.

I eksemplet som vist i figuren er de tilliggende flater 13, 12 i henholdsvis forankringsstenen 5 og endestenen 4 utformet svakt skrånende slik at flatene tildanner en V-form. Formålet med en slik V-form er at partikkelmateriale som kan ligge inntil deleveggen og som følgelig kan bli presset inn mot forbindelsen, vil kunne dreneres ut av dette området ved en ekspansjon (forlengelse) av deleveggen. Det er videre fordelaktig at flatene har en innbyrdes V-form under tømming/regjøring av kammeret. Hensiktsmessig kan vinkelen som utgjøres mellom flatene være 30° eller mer. Størrelsen på denne vinkelen vil blant annet være avhengig av materialet som skal dreneres bort samt det flatetrykk flatene er designerte for. Videre vil forbindelsen 2 omfatte såvidt tettende flater slik at det ikke vil oppstå problemer med inntrengning av materiale i forbindelsen under en kontrak-sjonsbetinget bevegelse av endesten 4.

Figur 2 viser i snitt sett ovenfra to parallelle delevegger 114, 115 som ved sine ender er innfestet mot tilstøtende murverk 101, 102. I denne utførelsen er forbindelsene utformet ved at forankrings-stenene 103, 104, 105, 106 har en geometri hvor forbindelsesstenens utforming inngår som en integrert del av forankringsstenen og hvor denne således samvirker direkte med tilstøtende endesten 107, 108, 109, 110 respektivt.

Det fremgår av figuren at det skiftet som fremgår i delevegg 114 er ulikt det som fremgår av delevegg 115 med hensyn til stenenes utforming. I førstnevnte delevegg er endesten 107 utstyrt med ett røkgassløp 111, mens endesten 108 i delevegg 115 er utstyrt med to røkgassløp 112, 113. Tilsvarende arrangement er vist ved de motsatte ender av deleveggene. Videre fremgår at sten 116 med røkgasskanaler 118, 119 i delevegg 114 er tilsvarende utformet som sten 117 med røkgasskana-ler 120, 121 i delevegg 115 men den horisontale posisjonen i respektive vegg er forskjellig.

Ved å legge alternerende skift tilsvarende det som vises i snittet av delevegg 114 og det som vises i snittet av delevegg 115 over hverandre ved oppbygning av delevegger, vil stenene være innbyrdes forankret til hverandre via over-/underligende skift ved hjelp av innbyrdes samvirkende inngrepselementer blant annet ved hjelp av røkgasskanalenes utforming. Dette vil bli nærmere belyst i figurene 4-6.

I figur 3 er det vist detaljer ved innfestingen av deleveggenes ender, nærmere bestemt en hensiktsmessig utforming av en forankringssten. Den øvre delen av figuren viser i perspektiv undersiden av en sten 150 mens den nedre delen viser i perspektiv oversiden av en tilsvarende sten 150'. Stenenes ytre geometri tilsvarer det som vist i tidligere figurer, men i figur 3 vises i tillegg samvirkende elementer som skal sikre en innbyrdes fastholdelse mellom de ulike skift av forankringsstener. Forankringsstenen 150 er i det viste eksemplet utstyrt med rotasjonssymmetriske uttaginger 151 som samvirker med rotasjonssymmetriske forhøyninger 151' i forankringssten 150'. Hensiktsmessig kan de samvirkende elementene ha semi-sfærisk form eller avrundet kjegleform, men også andre geometriske former kan komme til anvendelse. Som det videre fremgår av figuren er stenenes utadragende partier 153, 153' (tilsvarende den integrerte forbindelsessten i 6 i figur 1) utstyrt med samvirkende elementer 152, 152'. I den viste utførelse utgjøres elementet 152 av en rotasjonssymmetrisk uttaging, mens det tilsvarende element 152' utgjøres av en rotasjonssymmetrisk forhøyning. Hensiktsmessig har disse elementene en i hovedsak sylindrisk utforming. En oppbygning av forankringsstener som her vist vil gi et stabilt murverk, hvor krefter som kan oppstå lokalt på eksempelvis én eller flere Stener kan fordeles delvis over på Stener i over-/underliggende sten-skift. Dette vil spesielt være gunstig for stenenes utadragende partier, hvor eksempelvis krefter som oppstår mot det utadragende parti 153 i sten 150 kan fordeles til underliggende sten 150' via samvirkende elementer 152,152' og på tilsvarende måte til en eventuell overliggende sten (ikke vist).

I figur 4 vises en sten tilsvarende sten 107 som vist i figur 2. Den øvre delen av figuren viser stenen sett ovenfra, den nedre delen av figuren viser stenen sett i snitt fra siden. I figuren vises røkgassløp 111 som ved sin overside har en forhøyet avslutning 200, og ved sin nedre del har en uttagning 201. Den forhøyede avslutningen 200 er tilpasset en tilsvarende uttagning i en sten innrettet for å legges på stenen 107, mens uttagningen 201 er innrettet for å kunne passe til en forhøyning i en underliggende sten (ikke vist). Nevnte forhøyede avslutninger og uttagninger vil bidra til at røkgasskanalen får en tettende forbindelse mellom sten-skiftene samtidig som de vil bidra til en god innbyrdes forankring av stenene. Videre kan stenen 107 være utstyrt med tverrgående vulster 202, 202' ved sin overside og tilsvarende tverrgående uttagninger 203 ved sin underside for ytterligere stabilisering av stenen.

I figur 5 vises en sten tilsvarende sten 108 i figur 2, hvor den øvre delen av figuren viser stenen sett ovenfra og den nedre delen av figuren viser stenen sett i snitt fra siden. I figuren vises røkgassløp 112, 113 som ved sin overside har forhøyede avslutninger 250, 251 og ved sin nedre del har uttagninger 252, 253. De forhøyede avslutningene 250, 251 er tilpasset tilsvarende uttagninger i en eller to stener innrettet for å legges på stenen 108, mens uttagningene 252, 253 er innrettet for å kunne passe til forhøyninger i en eller to underliggende Stener (ikke vist). Nevnte forhøyede avslutninger og uttagninger vil bidra til at røkgasskanalene får en tettende forbindelse mellom sten-skiftene, samtidig som de vil bidra til en god innbyrdes forankring av stenene. Som i foregående figur kan stenen 108 være utstyrt med tverrgående vulster 254, 254' ved sin overside og tilsvarende tverrgående uttagninger 255 ved sin underside for ytterligere stabilisering av stenen.

Figur 6 viser en sten tilsvarende sten 116 i figur 2, hvor den øvre delen av figuren viser stenen sett ovenfra og den nedre delen av figuren viser stenen sett i snitt fra siden. I figuren vises røkgassløp

118, 119 som ved sin overside har forhøyede avslutninger 300, 301 og ved sin nedre del har uttagninger 302, 303. De forhøyede avslutningene 300, 301 er tilpasset tilsvarende uttagninger i en eller to Stener innrettet for å legges på stenen 116, mens uttagningene 302, 303 er innrettet for å kunne passe til forhøyninger i en eller to underliggende Stener (ikke vist). Nevnte forhøyede avslutninger og uttagninger vil bidra til at røkgasskanalene får en tettende forbindelse mellom sten-skiftene, samtidig som de vil bidra til en god innbyrdes forankring av stenene. Det skal imidlertid forstås at det kan være aktuelt å bruke mørtel eller et tettemiddel for ytterligere stabilisering av forbindelsene mellom stenene.

Det skal forstås at selv om det i eksemplene er vist delevegg med røkgasskanaler, kan tilsvarende fordeler og prinsipper ved oppfinnelsen også utnyttes ved veggkonstruksjoner uten gjennomløpende kanaler hvor konstruksjonen på annen måte utsettes for store termiske belastninger. Dette kan f. eks være aktuelt for veggkonstruksjoner som er anbrakt inne i et ovnskammer for oppdeling av dette.

I de viste utførelser er inngrepselementene utformet slik at forhøyninger er anbragt på stenenes overside, mens uttagninger er anbrakt på undersiden av stenene. Det vil imidlertid ligge innenfor rammen av den foreliggende oppfinnelse at forhøyningene anbringes på undersiden og uttagningene på oversiden eller eventuelt en kombinasjon av dette.

I henhold til foreliggende oppfinnelse tas bevegelsene som oppstår i veggkonstruksjonen i hovedsak opp ved minst én ende som kan være innfestet mot øvrig murverk i en ovn. Det skal forstås at det mellom veggkonstruksjonen og dens underliggende anlegg, for eksempel en fastholdt gulvkonstruk-sjon må tillates en viss relativ bevegelse mellom disse.

Claims (11)

1. Fremgangsmåte for tildannelse av en forankret veggkonstruksjon for benyttelse i en brennovn eller tilsvarende hvor konstruksjonen utsettes for syklisk termisk belastning, idet konstruksjonen tildannes av en rekke enkelt elementer som plasseres i konstruksjo nens lengderetning og som anbringes i ett eller flere skift, det ene påhvilende det andre, idet enkelt elementene kan være tildannet av sten av ildfastmateriale og hvor veggkon struksjonen videre kan være utformet med innvendige røkgasskanaler, veggkonstruksjo nen er videre innrettet for å kunne kompensere for lengdemessige endringer som følge av syklisk termisk belastning, karakterisert ved at konstruksjonens lengdemessige endringer, evt. også endringer i vertikalretning kompenseres for i en forbindelse (2) anbrakt ved minst én ende av veggkonstruksjonen, og at konstruksjonens enkelt elementer forøvrig fastholdes til hverandre i horisontalretning ved hjelp av innbyrdes samvirkende inngrepselementer.

2. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at veggkonstruksjonen tillates både kontraksjonsbevegelse og ekspansjonsbevegelse ved forbindelsen (2) over samvirkende forbindelsesflater førløpende hovedsaklig parallellt med veggkonstruksjonens lengderetning.

3. Fremgangsmåte i samsvar med krav 2, karakterisert ved at veggkonstruksjonen kan beveges i sin lengderetning i forhold til en underliggende understøttelse så som et gulv.

4. Veggkonstruksjon for benyttelse i en brennovn eller tilsvarende hvor konstruksjonen utsettes for syklisk termisk belastning, idet konstruksjonen består av en rekke enkelt elementer som kan utgjøres av sten av ildfast materiale og hvor veggkonstruksjonen kan omfatte innvendige røkgasskanaler, veggkonstruksjonen er videre innrettet for å kunne kompensere for lengdemessige endringer som følge av syklisk termisk belastning, karakterisert ved at konstruksjonens lengdemessige endringer og evt. endringer i vertikalretningen opptas i en forbindelse (2) anbrakt ved minst én ende av veggkonstruksjonen, og at konstruksjonens enkelt elementer forøvrig er innbyrdes fast forankret til hverandre i horisontalretning ved hjelp av innbyrdes samvirkende inngrepselementer.

5. Veggkonstruksjon i samsvar med krav 4, karakterisert ved at forbindelsen (2) omfatter minst en endesten (4) og en forankringssten (5) innrettet for innbyrdes bevegelse i veggkonstruksjonens lengderetning.

6. Veggkonstruksjon i samsvar med krav 5, karakterisert ved at forbindelsen (2) samtidig er innrettet for en innbyrdes bevegelse mellom endesten (4) og forankringssten (5) i vertikalretningen.

7. Veggkonstruksjon i samsvar med krav 5, karakterisert ved at endestenen (4) og forankringsstenen (5) er innbyrdes forbundet ved hjelp av en forbindelsessten (6).

8. Veggkonstruksjon i samsvar med krav 5 eller 7, karakterisert ved at endestenen (4), forankringsstenen (5) og eventuelt forbindelsesstenen (6) er utformet med samvirkende forbindelsesflater som i hovedsak er parallelt forløpende med veggkonstruksjonens lengderetning.

9. Veggkonstruksjon i samsvar med krav 5, karakterisert ved at forankringsstenen (5) er fast forbundet med et murverk, så som en gurtvegg, og er videre ustyrt med inngrepselementer ved sin over- og underside.

10. Veggkonstruksjon i samsvar med krav 5, karakterisert ved at forankringsstenen (5) og endestenen (4) er utformet med flater (13,12) som innbyrdes danner en V-form for drenering av eventuelt materiale bort fra forbindelsen.

11. Veggkonstruksjon i samsvar med ett eller flere av de foranstående krav 4-10, karakterisert ved at den omfatter stener (116, 117) med samvirkende inngrepselementer og hvor stenene er innbyrdes forskjøvet i forhold til hverandre i tilliggende skift, hvorved det erholdes en innbyrdes forankring i horisontalretningen mellom stenene.