-
Mauerwerk für metallurgische Öfen
Die Erfindung bezieht sich
auf das Mauerwerk für metallurgische Öfen, wie Siemens-Martin-Öfen, Flammöfen für
Kupfer, elebtrische Öfen, Heizöfen usw. Der Er findung liegt die Aufgabe zu Grunde,
die Lebensdauer des Nauerwerks von metallurigschen Öfen zu erhhhen und eine besondere
WärmeausnutzLUig zu sichern. Ausserdem soll das Ersetzen von Ziegen, selbst während
des Betriebes des Ofens, ermöglicht werden.
-
Gemäss bisher bekannter Methoden der Ausmauerung werden die Ziegel
in vertikaler Richtung der Mauerung und ohne Ausdehnungsspielraum übereinander und
in horizontaler Richtung nebeneinander geschlichtet. Auf diese Weise ist keine freie
Bewegung der einzelnen Ziegel im Nauerwwk nach allen Seiten verwirklicht worden,
sondern das Gegenteil. Infolge der Wärmeausdehnung und des zusätzlichen Quellens
infolge der Absorption kommt es zu gegenseitigen Verschiebungen unter den Ziegeln,
bzw. zu mechanischen Belastungen am erwärmten Teil, d.h. der Innenfläche des Mauerwerks,
wodurch leicht ein Brechen und Abschiefern der Ziegel, bzw. eine Beschädigung der
ganzen Wand verursacht wird. Diese
Erscheinung tritt bei allen metallurgischen
Öfen ein, inabesonders bei denjenigen, welche Temperaturen über 1000°C entwickeln.
Bei Ofen, die mit niedrigeren Temperaturen arbeiten, ruft diese gegenseitige Verschiebung
der Ziegel an der erwärmten Seite vor allem Krummutigen der Wa'nde bzw. des Ofens
hervor, j e nach der Form der Wdnde, der Anzahl und der IntensItdt der Tempera turschwankungen
usw.
-
Die Verkrümmung der Wgnde und der Konstruktion kommt auch bei Ofen,
die hfheren Temperaturen a lfi 10000C ausgesetzt sind, vor.
-
Die Verkrüwmung der Wände entst ah t Infolge der stärkeren Erwärmung
der Innenseite des Mauerwerke:, wodurch sich diese mehr ausdehnt als dis äussere,
bedeutend kühlere Seite. Dies verursacht eine gegenseitige Verschiebung der Ziegel
an der Innenseite, wodurch
| sich das vertikale, bzw, flache P,i.uerwerk in der Rich- |
| tung der weniger erwärmten Seite krümmt, bzw, eine Aus- |
| buchtung bekommt. Bogenförmig angefertigte Wunde, z.B. |
| Gewölbe» krümmen sich aus denselben Gründen, wobei sich |
aber die Krümmung in Bezug auf den Krümmungsmitte 1-punkt des Gewölbes entgegensetzt
ausbildet.
-
Bei den bekannten GewClbekonatruktionen versuchte man auf verschiedene
Arten die Ungestörte Bewegung des Materials infolge der Erwgrmung zu sichern. Keine
dieser Arten ergab jedoch eine zufriedenstellende Lösung des Problems, weil die
gegenseitige Verschiebung der Ziegel doch mehr oder weniger beibehalten wird,
und
das bedeutet das Auftreten von Spalten bzw. Abschieferung der Wandschichten.
-
Dies alles erfordert das unvermeidliche Ersetzender beschädigten Ziegel
oder mindestens die Ummauerung dea Mauerwerkes in verhältnismässig kurzen Zeitabschnitten.
Die Lebensdauer des Mauerwerkes ist kurz und die Ummauerung sowie die dam?t verbundene
Produkt ionss toc kung erfordern auch materielle Vi:rlus te .
-
Die Erfindung bezweck'L:, die ob@neenannt en Nachteile zu beseitigen
und dadurch die Lebensdauer des Kmerwerkes zu verlängern; die Sicherheit bei der
Arbeit zu erhöhen, die leichte Vornahme von Reparaturen und Ersatz der Ziegel
zu ermöglichen und die Unkosten der Mauerung von neuen0f2n zu verbilligen usw.
-
Die Erfindung besteht in wesentlichen darin, dass zwisc_:en den Ziegeln
an dar Innenseite des Ofens Delinungss prielrgume vorgesehen sind, deren Breite
nach der Art des--Ofens bestimmt wird und etwa 2®3 der Ziege hänge einnehmen,
und dass die Ziegel mit ihrem kürzeren und zur Aussenseite des Ofens gerichteten
Teil a ufe inanderliegen.
-
Die Erfindung ist in den anliegenden Zeichnungen beispielsweise dargestellt.
Es zeigen Fig.l einen Schnitt der Wand mit-_quadratischen Ziege 1z, Fig.2 die Innenansicht
des Ofene,- Fif:.3 die Aussenansicht der Wand, Fig.4 die ;fand, angefertigt aus
besonders geformten Ziegeln mit quadratischem Querschnitt, Fig.5 die Innen- und
Pig.6 die Aussenseite der Wand, Fig.7 einen Ziegel mit sechseckigem guersch~itt
#uid Fig. 7A und 7B
Vorderansichten des Zie,-els nach Fig.7, Fig.8
einen I Ziegel mit rechtwinkeligen Querschnitt, Fig.9 einen Ziegel mit quadratischem
Querschnitt, Fig.10 e ßne a ue besonderen Ziegelformen sechseckigen Querschnittes
argefertigte Wand, mit möglichen Öffnungen, z.B.zum Ersetzen von Ziegeln sowie f«r
andere Bedürfnisse (Tür und dgl.). Fig.ll zeigt einen zusammengebauten Ziegelblock
für rädßa 1e Gewölbe und andere ähnliche Teile, wobei Fig. 11A eine Vorderansicht
des Montageblockes der Fig.ll ist, Fig.12 .einen zusammengebauten Block für flache
Ofenwände, wobei Fig.12B eine Vorderansicht des Blockes der Fig.12 ist. Fig.13 zeigt
den mit dünnen Wellblech oder Asbest ausgefüllten Dehnungsspielraum, Fig.14 die
.rüllung mit Schaum aua Wasserglaes od. dgl. und Fig.15 die Füllung mit Watte aus
Asbest od.dgl. Material.
-
Beim Aufbau von metallurgischen Ofen werden die Ziegel der Wand so
geschlichtet, dass ihre Rgnder an der Innenseite des Ofens nirgends in Berührung
kommen, wodurch ein ungestörtes Ausdehnen und Schrumpfen des der Wärmeausstrahlung
und der Erhitzung ausgesetzten Teiles der Ziegel ermöglicht wird. -Der freie Teil
der zur Innenseite des Ofens gerichteten Ziegel nimmt etwa 2/3 der Inge der Ziegel
ein, d.h. dass die Belastung az f dem übrigge blie4 nee 1/3 der Ignge des Ziegels
ruht und die Bindung der Ziegel a n dem kleine-ren, zur, Aussenseite der
Wand gerichteten und direkter EZhJ.tzung nicht unterworfenen Teil der Ziegel erfolgt.
Die
Dehnungsspielräume an der Innenseite des Ofens können auf verschiedene Art erzielt
werden, wie z.B. durch Anwendung; a) von standardisierten Ziegeln, wobei die Ziegel
übereinander geschlichtet und mittels der Schicht eines Material nur auf etwa 1/3_
finge der Ziegel an der Aussenzeite der Ward gestutzt werden. Der Starke des zwischen
den Ziegeln eingefügten Materials ents-nrechend' wird die Breite des Spielraumes
gewonnen (Fig.
-
l; 2 und 3) ; b) von besonderen Ziegelformen, bei welchen in gewisser
Dänge Verdickungen vorgesehen sind., die so breit sind! dass die Dehnungsspielräume
an der Innenseite des Ofens bei dessen Aufbau von selbst geschaffen werden] wobei
Ziegel mit quadratischem; rechteckigem; sechseckigem oder einem anderen Querschnitt
angewendet werden können (Fig. 4, 5 und 6) ;
e) von grösseren kammförmigen
Blöcken mit im voraus angefertigten Dehnungsspielrg°umen (Fig.ll, 12); d) des Abformens
von feuerbeständigen Massen in plastischen Zustand s os dass nach dem Herausnehmen
der verhärteten, oder im Laufe der Erhitzung des Ofens verbrannten Formstücke, an
der Innenseite deräus feuerbestähdigen Massen gebildeten Wand die nötigen Dehnungs-Spielräume
geblieben sind, und die Innenseite wie aus einzelnen Stücken angefertigt aussieht,
doh-., wie in Fig.l bis 6 da r (gestellt; e) von Formstücken aus feuerbestandigen
Massen in plastischen Zustand oder durch Pressen von halbtro=
ckenen
feuerbeständigen Massen, in einzelne ziegelförmige Stücke oder grfssere Blfcke;
die von_der Aussenseite mehrere gesonderte Stücke verbinden, wie in Fig. 11 und
12 dargestellt, und nach .Abtrocknen, bzw.Abhgrten in die Wand eingemauert werden.
-
In die Dehnungsspielräume können Einlagen aus unbrennbarem Material
19, 20 und 21 eingefügt werden (Fig.13, 14 und 15).Dieses Material kann aus Asbest
.in lockerem oder faserigem Zustand oder aus einer sohwammartigen Schicht eines
anderen Materials bestehen, kenn aber auch aus Wellblech, aus nichtrostendem Material
mit genügend hohem Schmelzpunkt gebildet sein. Diese Einlagen können dann eingefügt
werden, wenn die Spie bäume zwischen den Ziegeln grösser -i 1 s 3 mm sind, und zwar
bei solchen Ofen, die mit Temperaturen über 12000 C arbeiten. Die Einlagen dürfen
durch ihr Verhalten während der Ziegelausdehnung keine Risse in den Ziegeln verursachen,
d.h, ihre Härte muss bei gegebener Temperatur bedeutend niedriger sein als diejenige
der Ziegel, und der Abstand zwischen den Ziegeln soll nach dem gegenseitigen Verschieben
grösser als die Stärke des eingelegten Materials sein. Der Zweck des Einffgens dieses
Materials in die Dehnungsspielräume ist die Verhinderung der Wärmeausstrahlung durch
die verhgltnismässig grossen Dehnungsspielräume 2 zwischen ' den Ziegeln hindurch,
Bei starker Erwärmung des Ofens können sich die Ziegel so ausdehnen, dass sie mit
ihren Stirnseiten gegebenenfalls nur in Richtung auf das Innere des Ofens in Berührung
kommen, ohne sich gegenseitig aufeinander
| zu verschieben-t bzwo belasten, sodass weder ein Pla- |
| tzen noch ein Abschiefern der Ziegel entsteht, wie es |
| bisher der Pa 1l war. |
| Auf diese Weise wird eine bedeutend grösse- |
| re äebensdeuer der WMtade von metallurgischen Aggrega- |
| ten und eine gleichmüssigere Lebensdauer der einzelnen |
| Ofenteile erzielt, was eine grosse materielle Erspa- |
| rung darstellt. |
| Der bei vertikalen %Ygnden ausgefüllte Teil |
| 3, 5 dient als Stütze bzw. als Wandträger. Um die Mau- |
| erung der vertikalen Wgnde zu erleichtern, werden |
| zveischen den Ziegeln an der Ianenaeite während der |
| Mauerung in vertikaler Richtung schmi 1e Streifen aus |
| festen Material derselben Stürkei, wie diejenige des |
| Dehnunge®pielra s sein soll, eingefügt. Diese vor- |
| fige Auaffllung verbleibt bis die Wend fertigge- |
| stellt Ist. Anschliessend werden die zur Bildung der |
| Dehnungsspi--lrgu®e an der Innenseite des Ofens einge- |
| s®tzten Streifen herausgenommen, zuvor die Vland an der |
| Aussenseite Jedoch so belastet, dass alle Ziegel nach |
| dem Herausnehmen der Streifen in derselben La®a bleiben, |
| in welcher sie während der Mauerung geschlichtet wor- |
| den s ind o |
| Die Belastung soll an der Aussenseite der |
| Wand und auf dem Teil derselben, v.o sich die Ziegel |
| gegenseitig stützen, wenigstens zweinmal so gross sein |
| a7.® das Gewicht der in die Rand. eingebauten Ziegel,um |
| wie viele Male die auergefüllte Länge der Ziegel kür- |
| zer i st p als ihre ganze Io°nge. Wenn die ganze länge |
des Ziegels L ist, die ausgefüllte Länge = 1, das Gewicht des Ziegels
g, dann soll die Belastung G an der Aussenseite der Wand, d.h, an den kürzeren Rändern
des Ziegels
betragen. Wenn z.B. L = 300 mm, 1 = 100 mm, -g = 5 kg iet, denn wird
(oder 6 Ziegel). Auf diese Weise wird ein völlig stabilen Gleichgewicht aller Ziegel
in der Wand erzielt, und in gewissen Fällen, wo sich die Wand an ihrem Oberteil
an der Innenseite an die Gewglbe od.dgl. stützt, kann die Belastung auch betragen:
Es ist wicht ßg, dass der Schwerpunkt der Belastung näher der Aussenseite der Wand
liegt.
-
Um die volle Stabilität eines auf diese Art gebauten Mauerwerkes zu
sichern (mit verkleinerter Stützfläche),müssen die senkrechten Wände verankert und
die grösseren Gewölbe aufgehängt werden.
-
Die Verankerung wird auf bekannte Art vorgenommen, und zwar so, dass
der Anker mittels in die Ziegel eingelassener Haken an der Aussenseite der Wand
im Bereich der ausgefüllten Iänge der Spielräume 3, 5 eingebaut wird.
-
Die Zahl und Anordnung der Anker wird in jedem einzelnen Fall; entsprechend
der Grösse der Pfand und dem Verhältnis, in welchen "L" zu "1" steht; bestimmt.
Je grösser die Dimensionen der Wand sind; um so grUsser ist L/1 und man braucht
mehr Anker und umgekehrt.
Neben den angeführten Vorteilen ermdglicht
dieses Mauerwerk eine viel leichtere Vornahme von drtlichen Reparaturen der Wände
und der Gewdlbe und in®-besonders Reparaturen wfhrend des Betriebes des Ofens, sogenannte
heisse Reparaturen. Die Erleichterung bei den Reparaturen besteht darin, dass die
Ziegel an ihrer heissen Seite nicht mehr fest zusammenhalten, wie das bisher der
Fall war" Dies erleichtert das Herausnehmen und Wiedereinfügen von einzelnen Ziegeln.
Die Reparaturen kann man besonders leicht vornehmen, wenn die Ziegel `mit sechseckigem
Querschnitt (Fig.7) oder in Form von Blöcken (Fig. 11, 12), welche je mehrere Ziegel
vereinigen, hergestellt sind.
-
.Ein sechseckiger Querschnitt.der Ziegel ermUglicht die volle Stabilitgt
des verbleibenden Teiles der Wand, az ch wenn ein Teil der Ziegel aus der Wand (Fig.10)
entfernt wird, Dies ist bei viereckigem Querschnitt nicht der Fall. Bei der in Pig.-10
dargestellten Aussenfläche der Wand aus sechseckigen Ziegeln sind Üffnungen 13,
14, 15 vorhanden, Der hriggebliebene Teil ist wie eine Brücke oder wie eine vertikale
Sgule gespannt, so dass wegen des Gewichtes kein einziger Ziegel sich selbst aus
der Brücke lösen kann bzw. in ein labiles Gleichgewicht geraten kann, wie dies bei
einer Wand aus viereckigen Ziegeln, der Fall ist.
-
Der Vorteil dieserWand besteht noch darin, dass die Ziegel bei der
normalen Anordnung Dehnungsspielräume in Form einer gebrochenen Zicezacklinie ergeben!
was bei viereckigen Ziege 1n. nur durch Anordnung
der Ziegel in
bestimmter gegenseitig versetzter Iege erreicht werden kann. Bei sechseckiger Form
der Ziegel sind keine Überlegungen nötig, wie die Ziegel geschlichtet werden sollen,
was die Arbeit bei der Mauerung beschleunigt und erleichtert.
-
Der sechseckige Querschnitt der Ziegel hat auch noch andere Vorteile
im Vergleich zum viereckigen Querschnitt, unter welchen die folgenden die wichtigsten
sind: - Kleinere Ignge des Diagona lquerschnittes im Verhältnis zur Oberfläche des
Querschnittes, was bei Temper-iturschwankungen zu kleineren Wgrmespannungen in den
Ziegeln beiträgt' Das heisst, dass die Wärmestabilität von sechseckigen Ziegeln
grösser ist, als diejenige von viereckigen Ziegeln mit derselben Querschnittsläche.
-
- Der Seitenwinkel bei dpr sechseckigen Form ist 1200, wahrend er
bei der viereckigen Form 900 ist, d.h. der sechseckige Querschnitt hat stumpfere
Eckenwinkel und ist näher der Kreisform, sodass die Spannungen an den Ecken bei
dieser Form kleiner sein werden als bei der viereckigen Form.
-
- Wenn Ofen mit sechseckigen Ziegeln erric]I-tet werden, so sind zur
Schaffung von Offnungen in den Wänden keine besonderen Bögen zu bilden (z.B.bei
den Ofen zur Anwärmung von Ingots), die bisher den Bau komplizierten. Ausserdem
kann es mancbmal zum Abbruch von Wänden oberhalb des Bogens infolge gegenseitigen
Schiebens der Ziegel an der heissen Seite und des Anhebons des Bogens bei ErwGrmung
und Sen-
| kling bei Abkühlung gegentiber der umgebenden Wand kommen. |
| Beim erfindungsgemässen Bau kommt es überhaupt nicht |
| zum Abbruch der. Wände oberhalb der Offnungen, nachdem |
| die gegenseitigen Schiebung der Ziegel und das Anheben |
| der Bogen verhindert sind. |
| In den Fig.7, 8 und 9 sind drei Ziegelformen |
| dargestellt, die ffr das erfindungegemäese Mauerwerk |
| verwendet werden können. Die beste Form ist die sechs
- |
| eckige, F1$.7. Der sechseckige Ziegel weist einen kür- |
| zeren breiteren Teil 8s einen Übergang 9 und den län- |
| geren aber engeren-Vorderteil 7 aiü. Xhnlich sind
auch |
| die Ziegel mit rechteckigem Querschnitt 10, 11 geformt. |
| Der quadratische Ziegel 12 ist ohne Absatz. In allen |
| Fällen besteht eine Eöglichkeit von Kombinationen des |
| Ziegelmterials, z.B. dass nur der längere Teil 7, 10 |
| aus feuerbeständigem Material hergestellt ist, oder |
| deas dieser Teil mit verschiedenen Vertiefungen und |
| ehebungen versehen ist, um das Ableiten der Wgrme zu |
| erschweren usw. |
| Die Block-Ziegel 16, 18(Fig.ll und 12) er- |
| möglichen das schnellere und leichtere Bauen. In diesen |
| Mlen unterscheiden sich die Block-Ziegel für Flach- |
| wättde von denje inigen ittr des Gewölbe. Der Block-Ziegel |
| für dan Gewölbe 16 ist bogenförmig und pyramidenstumpf- |
| fOrmig aasgebildet. Der Bloc k-Ziegel für Flachwände |
| stellt im wesentlichen einen zusammengesetzten Ziegel |
| mit Dehnungsspielräumen dar. |