DE3321064A1

DE3321064A1 - Ofenwand-konstruktion fuer die industrielle anwendung

Info

Publication number: DE3321064A1
Application number: DE3321064A
Authority: DE
Inventors: Akinori Niigata Koda; Mitsuo Yamashita
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 1982-06-10
Filing date: 1983-06-10
Publication date: 1983-12-15
Also published as: GB8315900D0; US4698948A; GB2123937B; CA1215831A; GB2123937A

Description

.; 332 1ORA

STREHL" 'BtHtJB&h-HOVF- SCHULZ "^v- ^IVV1

WIDENMAYEKSTRASSE 17. D-8000 MÜNCHEN 22

ijii'l. in(j. petek stkkmi. ijii¹l.-chem. ijk. uksi)la schuhe!, ik)pk uipl. phys. ijr. kcltgek schulz auch kkciitsanwalt hki i)kn lani>gi;kk:hten munciikn ι und ii

also eukopean ιάτκντ attoknkys

TELEFON (0891 22 3911 TELEX 5 21403« SSSM 1) TELECOP1EK (0K91 22 3915

DEA-13 808

Ofenwand-Konstruktion für die

industrielle Anwendung
κ

Die Erfindung betrifft eine Ofenwand-Konstruktion für die industrielle Anwendung und bezieht sich insbesondere auf eine mehrschichtige Ofenwand-Konstruktion, die als innerste Schicht eine Schicht aus Blöcken aus schwerschmelzbaren bzw. feuerfesten Fasern umfaßt.

Bei den üblichen öfen für industrielle Anwendungszwecke, beispielsweise bei den in der stahlerzeugenden Industrie verwendeten Heiß- und Warmverformungs-öfen oder Heizöfen für allgemeine Zwecke, die auf anderen Gebieten der Technik Anwendung finden, ist die Innenfläche der Ofenwand mit feuerfesten Fasern, wie keramischen Fasern, bedeckt, um die wärmeisolierende Wirkung der Ofenwand zu verbessern. Bei dem Verfahren zum überziehen der Innenwand-Oberfläche von Industrieöfen ist es allgemein gebräuchlich, Blöcke aus feuerfesten Fasern zu verwenden, die mit Hilfe eines feuerfesten Mörtels als Klebmittel, auf der aus einem nicht faserförmigen Material, wie plastischen schwer schmelzbaren Materialien, ausgebildeten Ofenwand befestigt

sind. Wenn auch die Blöcke aus feuerfesten Fasern leicht auf die Wand des Ofens aufgetragen werden können, ist diese bekannte Praxis insofern unbefriedigend, als die Blöcke aus feuerfesten Fasern nicht verläßlich an der Wand befestigt sind/ sondern sich leicht ablösen und von der Wand herabfallen. Insbesondere dann_T wenn die Blöcke aus feuerfesten Fasern mit Hilfe eines schwer schmelzbaren bzw. feuerfesten Mörtels als Klebmittel an der Decke eines Ofens festgekittet sind, lösen sich innerhalb einer Zeit von 1 bis 2 Monaten fast alle Faserblöcke ab und fallen von der Decke herab. Diese bekannte Praxis ist daher keinesfalls als verläßliche und zufriedenstellende Möglichkeit zum Auftragen der Blöcke aus feuerfesten Fasern auf die Ofenwand zu empfehlen.

Bekannt ist auch eine mehrschichtige Ofenwand-Konstruktion bei der zahlreiche Stiftbolzen aus einem Metall, wie rostfreiem Stahl oder Stahl, an einem Eisengehäuse, welches die Außenhülle des Ofens bildet, befestigt sind und bei der die Enden der Stiftbolzen sich durch eine Schicht aus Steinwolle, welche auf die Innenfläche des Eisengehäuses aufgetragen ist, und eine Schicht aus Keramikfasern, die auf der Innenseite der Schicht aus Steinwolle vorgesehen ist, in das Innere des Ofens erstrecken, wobei die Schicht aus Kex~amikfasern mit Hilfe von Metallscheiben, die an den freien Enden der jeweiligen Stiftbolzen befestig sind, festgehalten wird. Diese bekannte Ofenwand-Konstrukti ist jedoch nicht geeignet zur Ausbildung eines Ofens, welcher bei einer relativ hohen Temperatur gehalten wird, da die Ofenwand dieses Typs bei Hochtemperatur-Bedingungen nicht beständig ist, was auf die Schrumpfung der Keramikfasern und die Oxidation der aus Metall bestehenden Stiftbolzen und Scheiben zurückzuführen ist. Man hat bereits vor geschlagen, eine Ofenwand-Konstruktion dieses Typs zu ver-

- r-

bessern, indem zusätzlich auf der Innenseite der genannten Schicht aus Keramikfasern eine Schicht aus kristallinen Äluminiumoxidfasern (in Form eines Filzes) vorgesehen wird, welche einer Umgebung höherer Temperatur widersteht, und indem die Stiftbolzen und Scheiben aus Metall durch Stiftbolzen und Scheiben aus einem keramischen Material ersetzt werden. Diese verbesserte Ofenwand-Konstruktion gemäß dem genannten Vorschlag besitzt jedoch den Nachteil, daß die Schicht aus kristallinen Aluminiumoxidfasern (Filzschicht) aufgrund der Schrumpfung reißt und von der Wand herabfällt, wenn die Ofentemperatur auf höhere Werte ansteigt. Darüber hinaus sind in allen vorstehend beschriebenen bekannten Ofenwand-Konstruktionen die keramischen Fasern und/oder kristallinen Aluminiumoxidfasern im allgemeinen in Richtung parallel zur Oberflächen-Ebene der Ofenwand angeordnet (eine Auskleidung dieses Typs wird nachstehend auch als Schicht-Auskleidung bezeichnet). Wenn die Schicht-Auskleidung einem Strom heißer Verbrennungsluft, der von einem Brenner oder dergleichen abströmt, ausgesetzt wird, lösen sich die Fasern im Oberflächenbereich der Auskleidung ab, wobei das Ablösen längs der parallelen Orientierungsrichtung auftritt, so daß die Schicht-Auskleidung dünner wird. Dadurch verursacht v/ird eine Lockerung der Befestigungskraft, welche durch die Stiftbolzen ausgeübt wird, was zu einem Herabfallen des Hauptanteils der Faserblöcke führt. Darüber hinaus verursacht die Ausbildung von Rissen unmittelbare Verzerrungen oder teilweise Ablösung der Auskleidungsschicht.

In einer weiteren bekannten Ofenwand-Konstruktion sind zahlreiche L-förmige Stifte, die aus einem Metall, wie rostfreiem Stahl oder Stahl, bestehen, an einem Eisengehäuse, welches die Auöenhülle des Ofens bildet, befestigt, wobei die L-förmigen freien Enden der Stifte

sich in das Innere des Ofens erstrecken und dort jeweils feuerfeste Blöcke aus Fasern durchbohren, in denen die die feuerfesten Blöcke bildenden Fasern in einer Richtung senkrecht zur Oberflächenebene der Ofenwand angeordnet sind (eine Auskleidung dieses Typs wird als "Stapel-Auskleidung" bezeichnet). In dieser Stapel-Auskleidungs-Konstruktion sind zahlreiche aus Fasern gebildete feuerfeste Blöcke im Inneren des Eisengehäuses aufeinander gestapelt, wobei die Fasern,, welche die feuerfesten Blöcke bilden, sich senkrecht zur Oberflächenebene der Wand des Eisengehäuses erstrecken und eine Endfläche jedes aus Fasern gebildeten schwer schmelzbaren Blockes in Verbindung mit der Innenfläche des Eisengehäuses steht und die andere Endfläche des Blockes, die das freie Ende darstellt, die Oberfläche der Innenwand des Ofens bildet. Selbst wenn bei dieser Konstruktion unter der Einwirkung des Erhitzens Schrumpfungsrisse in einigen Bereichen der innersten Oberfläche der Auskleidung erzeugt werden, tritt keine sofortige Ablösung der die Auskleidung bildenden Blöcke, die von den L-förmigen Stiften getragen werden, ein. Bei der bekannten Stapel-Auskleidungs-Konstruktion muß jedoch die gesamte Masse der Auskleidung von der innersten Oberfläche bis zu dem Nieaertemperaturbereich, der mit der Innenfläche des Eisengehäuses in Verbindung steht, aus kristallisierten Aluminiumoxidfasern bestehen, welche höheren Umgebungstemperaturen widerstehen können, da die aus Fasern gebildeten schwer schmelzbaren Blöcke so angeordnet sein müssen, daß die in jedem Block enthaltenen Fasern in einer Richtung senkrecht zu der Oberflächenebene das Eisengehäuses orientiert sind. Eine solche Konstruktion ist unwirtschaftlich, weil kristallines Aluminiumoxid-Fasermaterial teuer ist.

Der Erfindung liegt daher die 'Hauptaufgabe zugrunde, eine schichtige Ofenwand-Konstruktion für die industrielle Anwen

Copy "

dung zur Verfügung zu stellen, bei der wärmebeständige, aus schwer-schmelzbaren Fasern bestehende Blöcke unter stabilen Bedingungen sicher an der innersten Oberfläche des Ofens befestigt sind, ohne daß während langer Betriebsdauer die Gefahr besteht, daß sie sich von der Ofenwand ablösen.

Es ist außerdem Aufgabe der Erfindung, eine Ofenwand-Konstruktion für die industrielle Anwendung zu schaffen, die beständig in einer Umgebung hoher Temperatur während langer Dauer Verwendung finden kann.

Aufgabe., der Erfindung ist es ferner, eine Ofenwand-Konstruktion für die industrielle Anwendung zur Verfügung zu stellen, mit einer Deckenkonstruktion, an der Blöcke aus feuerfesten Fasern sicher befestigt sind, ohne daß die Gefahr besteht, daß sie sich von der Decke ablösen.

Erfindungsgemäß soll eine mehrschichtige Ofenwand-Konstruktion für die industrielle Anwendung geschaffen werden, in der Blöcke aus feuerfesten Fasern auf der innersten Oberfläche des Ofens in wirtschaftlicher Weise so angeordnet sind, daß die Konstruktionskosten für den Ofen gering gehalten werden.

Es ist außerdem Aufgabe der Erfindung, eine mehrschichtige Ofenwand-Konstruktion für die industrielle Anwendung zu schaffen, in der Faserblöcke aus feuerfesten Fasern in einfacher Weise an der innersten Oberfläche des Ofens befestigt sind.

Die erfindungsgemäße Ofenwand-Konstruktion für die industrielle Anwendung soll außerdem leicht zur Durchführung von Reparaturen zugänglich sein.

Die vorstehenden und andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung sind aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich.

Gegenstand der Erfindung ist eine mehrschichtige Ofenwand-Konstruktion für die industrielle Anwendung, die ein Gehäuse/ insbesondere aus Eisen, als Außenschicht, eine Innenschicht aus Blöcken aus schwer-scteelzharen Fasern ur eine zwischen dem Gehäuse und der Schicht aus Blöcken aus s schmelzbaren Fasern angeordnete Zwischenschicht aufweist.

Diese Ofenwand-Konstruktion ist dadurch gekennzeichnet, daß die aus Fasern bestehenden Blöcke der Schicht mit Hilfe von Stiftbolzen und Scheiben aus keramischem Material an der Zwischenschicht befestigt sind und daß die Fasern, welche die schwerschmelzbare Schicht aus Faserblocken ausbilden so orientiert sind/ daß sie sich in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zur Oberflächenebene der Ofenwand erstrecken.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 ist die perspektivische Ansicht eines Blockes aus schwer schmelzbaren Fasern der in der erfindungsgemäßen Ofenwand-Konstruktion Verwendung findet.

Fig. 2 ist die Schnittansicht einer Ausführungsform der Erfindung und zeigt schematisch einen Teil der erfindungsgemäß aufgebauten Ofenwand.

Fig. 3 ist die Vorderansicht der Decke eines Ofens mit einer ähnlichen Konstruktion wie in Fig. 2, mit der Abänderung, daß auf der Innenfläche kein überzugsmaterial angeordnet ist. _;

Copy ^T

33Z1U64

- "jf —

if
'»I

Fig. 4 ist die Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die schematisch einen Teil der erfindungsgemäB aufgebauten Ofenwand zeigt.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen schwer—schmelzbaren Faserblock 1, wie er in der erfindungsgemäßen Ofenwand-Konstruktion angeordnet ist, um die Schicht aus schwer-schmelzbaren Faserblöcken auszubilden. Der Block 1 besteht aus feuerbeständigen Fasern, wie Keramikfasern, Äluiainiumoxidfasern, speziell kristallinen Aluminiumoxidfasern, Fasern auf Basis von Zirkonoxid und Fasern auf Basis von Magnesiumoxid sowie Gemischen davon. Die erfindungsgemäß verwendeten Keramikfasern sind amorphe Fasern, die aus 45 bis 55 Gew.-% Al-O., und Rest SiO₉ sowie unvermeidbaren Verunreinigungen, die in dar Zusammensetzung vorhanden sind, bestehen. Die kristallinen Aluminiumoxidfasern bestehen aus 70 bis 98 Gew.-% Al₉O₃ und Rest SiO',, und/oder MgO mit üblichen Verunreinigungen, die unvermeidbar in der Zusammensetzung enthalten sind, und haben die Kristallstruktur von Mullit, Spinell und ct-Aluminiumoxid oder Aluminiumoxid-Zwischenprodukt. Diese feuerfesten Fasern können mit Hilfe des Naß- oder Trockenverfahrens zur Ausbildung von Filzen oder Tüchern verarbeitet werden, die dann geschnitten werden, um schwer schmelzbare Faserblöcke von quadratischer säulenförmiger Gestalt auszubilden.

Die Buchstaben a, b und c geben die Seitenlängen der Blöcke an, wobei die Länge a im Bereich von 300 bis 600 mm, die Länge b im Bereich von 25 bis 100 mm und die Länge c im Bereich von 50 bis 150 mm in einem Beispiel eines Blockes betragen. Der Pfeil in Fig. 1 zeigt die Richtung, in der die Fasern angeordnet sind. Die Fasern, welche den schwer-

JU

schmelzbaren Faserblock bilden, welcher in die erfindungs gemäß aufgebaute Ofenwand eingefügt vird„ erstrecken sind in der durch den Pfeil in Fig. 1 angezeigten Richtung.

Zahlreiche Blöcke 1 werden miteinander verbunden, um die Ofenwand-Konstruktionen auszubilden,, die in den Fig. 2 und 4 gezeigt sind.

Nachstehend wird die Ausführungsform einer Ofenwand-Konstruktion beschrieben, die in Fig. 2 gezeigt ist.

Die .,pf enwand-Konstruktion dieser Ausführungsform umfaßt ein Eisengehäuse 2, eine Schicht 3 aus einem nicht faserförmigen schwer-schmelzbaren Material, wie einem plastisch schwer—schmelzbaren Material, Schamottesteine, vergießbare schwer schmelzbare Materialien und wärmeisolierende Ziegel, welche auf der Innenseite des Bisengehäuses angeordnet sind, eine auf der inneren Oberfläche der Schicht 3 aufgetragene Schicht 4 aus schwer schmelzbarem Mörtel, eine Faserblockschicht, die aus aufeinander gestapelten Faserblöcken 1 gebildet ist, und eine Schicht aus einem Beschichtungsmaterial, welche auf die inneren Oberflächen der Faserblöcke 1 aufgebracht Ist. Die Faserblöcke 1 sind fest .mit Hilfe von Stiftbolzen 5 befestigt, deren eines Ende jeweils von dem schwer schmelzbaren Mörtel 4 überzogen oder umgeben ist und die sicher in die Schicht aus nicht faserförmigem schwer schmelzbarem Material 3 eingelassen sind.

3321084

Die Stiftbolzen 5 können sich längs der aneinander grenzenden Flächen der benachbarten Faserblöcke erstrecken, wie in den beigefügten Figuren gezeigt ist, oder können die Faserblöcke durchbohren, um die Blöcke sicher festzuhalten.

Es wird bevorzugt, die Blöcke 1 so durch die Stiftbolzen 5 zu befestigen, daß sich diese längs der aneinander grenzenden Flächen der benachbarten Faserblöcke 1 erstrecken, um unnötige Zeit und Arbeit zu sparen, die sonst erforderlich wäre, wenn die Blöcke durch die Stiftbolzen 5 in der Weise festgehalten sind, daß diese den Körper der Blöcke 1 durchbohren. Die Blöcke 1 können jedoch auch von den Stiftbolzen 5 in der Weise festgehalten werden, daß diese die Körper der Blöcke durchbohren, wodurch eine Ofenwand-Konstruktion des Stapel-Typs gebildet wird, die im praktischen Betrieb des Ofens die gleichen Betriebscharakteristika zeigt. Die Faserblöcke 1 werden an der inneren Oberfläche der aus nicht faserförraigem schwer schmelzbarem Material bestehenden Schicht 3 befestigt, indem die Seitenflächen der Blöcke, die durch Schneiden der Fasern in einer Richtung senkrecht zur Orientierungsrichtung der Faser gebildet sind (durch den Pfeil in Fig. 1 angedeutet), mit einem schwer schmelzbaren Mörtel 4 überzogen werden und dann die Blöcke gegen die innere Oberfläche der Schicht aus nicht faserfönaigem schwer schmelzbarem Material 3 gelegt werden.

Wie am besten aus Fig. 3 hervorgeht, werden die Blöcke aufeinander gestapelt, so daß sie die Innenfläche der Schicht 3 bedecken, indem sie zwischen die in Reihen angeordneten Stiftbolzen 5 eingeschoben werden. Nachdem die Blöcke 1 an der Schicht 3 befestigt worden sind, so daß

- vö - ICb

sie die gesamte Oberfläche dieser Schicht bedecken, werden Scheiben 6 an den Enden der Stiftbolzen 5 befestigt. Die Oberfläche der Schicht 1 aus feuerfesten Faserblöcken kann dann mit einem keramischen Uberzugsmaterial 7, beispielsweise einem überzugsmaterial auf Basis von Aluminiumoxid-Siliciumdioxid, überzogen werden, um die Härte der Oberfläche der Faserblockschicht 1 zu erhöhen und um die Wind-Prall-Widerstandsfähigkeit zu erhöhen, so daß die Schicht dem eingeblasenen Verbrennungs-Luftstrom aus einem Brenner widerstehen kann. Das Vorsehen dieser Uberzugsmaterialschicht 7 ist jedoch für die erfindungsgemäße Ofenwand-Konstruktion nicht wesentlich. Da der schwer—schmelzbare Mörtel 4 auf die Seitenfläche aufgetragen wird, welche durch Schneiden der Fasern senkrecht zu ihrer Orientierungsrichtung entsteht, wird die Schicht aus Faserblöcken 1 fest auf die Schicht aus dem nicht faserförmigen schwer schmelzbaren Material 3 aufgekittet. Wenn die Blöcke 1 aufgekittet werden, indem der Mörtel 4 auf die Seitenflächen aufgestrichen wird, auf denen sich die Fasern parallel zueinander erstrecken, wird das Haftvermögen zwischen den Faserblöcken 1 und der Schicht 3 in ungünstiger Weise vermindert. Da die Fasern, welche die Schicht aus feuerfesten Faserblöcken 1 bilden, im wesentlichen senkrecht zu der Ebene der Ofenwandoberfläche orientiert sind, besteht erfindungsgemäß keine Gefahr, daß Fasern an der Oberfläche der Faserblöcke 1 sich nacheinander abspalten, wodurch das Ablösen der Faserblöcke verursacht würde. Dieser Vorteil tritt erfindungsgemäß auch dann auf, wenn kein zusätzliches Uberzugsmaterial auf die innere Oberfläche der Faserblockschicht 1 aufgetragen wird oder selbst dann, wenn das aufgetragene Überzugsmaterial sich ablöst, so daß die Endflächen einiger Faserblöcke 1 gegenüber der Innenatmosphäre in dem Ofen freigelegt sind.

Ak

Die Stiftbolzen 5 und die Scheiben 6 bestehen aus einem Keramikmaterial. Zu Keramikmaterialien, die für diesen Zweck geeignet sind/ gehören Aluminiumoxid-Materialien, Materialien auf Basis von Aluminiumoxid-Siliciumdioxid/ Materialien auf Basis von Siliciumcarbid und Materialien auf Basis von Siliciumnitrid. Dabei werden Materialien auf Basis von Siliciumnitrid bevorzugt/ weil sie verbesserte Wärmebeständigkeit und Beständigkeit gegen thermischen Schock besitzen.

In der Ofenwand-Konstruktion, die als Seitenwand des Ofens ausgebildet ist/ sind die Stiftbolzen im allgemeinen in zickzack-artiger Weise angeordnet, wobei die Stiftbolzen, die eine horizontale oder eine vertikale Reihe bilden, in 300 mm-Intervallen angeordnet sind und die Stiftbolzen,

-] 5 welche die andere horizontale oder vertikale Reihe bilden, in Intervallen von 450 mm davon angeordnet sind. In der Ofenwand-Konstruktion, welche die Decke eines Ofens bildet, kann eine Standard-Anordnung darin bestehen, daß die Stiftboizen zickzack-förmig wie in Fig. 3 gezeigt angeordnet sind, wobei die Stiftbolzen, welche sowohl die Längsreihen als auch die Diagonalreihen bilden, in Abständen von3O0 mm angeordnet sind. Der Abstand zwischen benachbarten Stiftbolzen ist jedoch nicht kritisch und kann in Abhängigkeit von den Bedingungen während der Anwendung variiert werden. Wenn beispielsweise ein defekter Ofen mit einer Schicht 3 aus nicht faserförmigem schwer schmelzbarem Material, dessen Innenoberfläche rauh geworden ist und eine wesentliche Unebenheit zeigt, repariert wird, indem die Faserblöcke aufgestapelt werden, um die unebene Innenoberfläche der Schicht 3 zu bedecken, ist es wünschenswert, daß der Abstand zwischen den benachbarten Stiftbolzen verringert wird, um das Ablösen der aufgestapelten schwer—schmelzbaren Faserblöcke zu verhindern. Wenn andererseits die Innenoberfläche der Schicht 3 praktisch eben ist,

ι, ν) i I U LH

kann der Abstand der Stiftbolzen 5 auf -stwa das zweifache des Abstands bei dar Standardanordnung vergrössert werden.

Bei einer praktischen Ausführungsforin, die in ainem Herdtiefofen angewendet wird, welcher in einem System zum Walzen von Stahlblöcken eingebaut ist, wurden die Seitenwände und die Deckenwand des Ofens, welche die-Heizzone und die Ausgleichszone einschließen/ ausgebildet, indem auf der gesamten Innenoberfläche (der Oberfläche/

TO die der Hoch tempera tururagebung ausgesetzt ist) . die aus einer Schicht 3 aus einem plastischen schwer schmelzbaren Material bestand, zahlreiche Blöcke aus Aluminiumoxidfasern 1 mit quadratischer Säulenform aufeinander gestapelt, die jeweils eine Schüttdichte von 0,1/ eine Abmessung von 50 nun χ 50 mm χ 45Ο nun hatten und aus 80 % Aluminiumoxid und 20 % Siliciumdioxid bestanden und in denen die Fasern, die jeden säulenförmigen Block aufbauten,in gleicher Weise wie in Fig. 1 angeordnet waren. Die Blöcke 1 wurden mit Hilfe eines schwer schmelzbaren Mörtels 4 aufgekittet und durch zickzack-förmig angeordnete Stiftbolzen 5 festgehalten, wobei in den Seitenwänden die horizontalen Reihen der Bolzen in Abständen von 3OO non und die vertikalen Reihen der Bolzen in Abständen von 450 ram angeordnet waren und in der Deckenwand die Längsreihen der Bolzen in Abständen von 200 mm und die Querreihen der Bolzen in Abständen von 300 mm angeordnet waren. Die so aufeinander gestapelten Blöcke aus Aluminiuinoxidfasern wurden durch Scheiben 6, die an den Enden der jeweiligen Bolzen 5 angebracht wurden, sicher befestigt. Die zur Fixierung der Blöcke 1 verwendeten Stiftbolzen 5 und Scheiben 5 bestanden aus Siliciumnitrid und der als Klebe-Kitt verwendete schwer-schmelzbare

«ft · *

Mörtel 4 war ein Material mit Mullit-Struktur (Al₃O₃: 90 %; SiO₂ : 10 %), welches unter Bildung einer 3 bis 4 mm dicken Kittschicht aufgetragen wurde.

Der in der vorstehenden Weise ausgebildete Heizofen konnte während eines Jahres sicher betrieben werden, ohne daß eine Ablösung der aufgetragenen schwer schmelzbaren Faserblöcke beobachtet wurde.

Im Gegensatz dazu betrug bei einer Ofen-Deckenwand, die nach der üblichen Verfahrensweise durch Aufkitten von ähnlichen '300 min χ 300 mm χ 50 mm großen Blöcken aus den gleichen Aluminiumoxidfasern unter Verwendung eines schwer schmelzbaren Mörtels gebildet war, die Anzahl der abgelösten Blöcke etwa die Hälfte der aufgetragenen Blöcke innerhalb eines Monats. Bei der gemäß der übliehen Verfahrensweise ausgebildeten Seitenwand, die mit Hilfe der gleichen Blöcke und des gleichen Mörtelkitts hergestellt worden war, war die gesamte Anzahl der aufgekitteten Blöcke innerhalb eines halben Jahres abgelöst.

Durch Vergleich der vorstehend erläuterten Ergebnisse wird ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Ofenwand-Konstruktion im Hinblick auf die Zuverlässigkeit und Haltbarkeit der bekannten Ofenwand-Konstruktion überlegen ist.

Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ofenwand-Konstruktion ist in Fig. 4 gezeigt. Die Ofenwand-Konstruktion dieser Ausführungsform ist widerstandsfähig gegenüber einer Umgebung hoher Temperatur von bis 1500°C. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, umfaßt diese Ausführungsform ein Eisengehäuse 10, eine Schicht aus Steinwolle 14, die auf der Innenseite des Eisengehäuses 10 angeordnet ist,

copy 7

".at - Air

eine auf der Innenseite der Steinwoll-sschicht. 14 angeordnete Filmschicht 15 aus Xsramikfasern, eine Schicht 16, die aus zahlreichen Blöcken aus Fasern aus kristallisiertem Aluminiumoxid in quadratischer Säulenform gebildet ist, zahlreichen aus Metall.

wie rostfreiem Stahl oder Stahl, bestehenden Stiften 12, die an dem Eisengehäuse 1O befestigt sind und sich von diesem aus nach innen erstrecken, Sahire icher: aus Keramik bestehenden Stiftbolzen 17, deren exn-3s Ende an einer Stelle in der Mitte der aus Keramiklasern bestehenden Abdeckschicht 15 jeweils mit dein entsprechenen Metallstift 12 verbunden ist, uid zahlreiche Keramikscheiben 18, die an den anderen Enden der

Keramik-Stiftbolzen 17 befestigt sind, um die Schicht festzuhalten- Die quadratischen säulenförmigen Blöcke 16, die aus kristallisierten Aluminiuiuoxidfasern bestehen, sind derart aufeinander gestapelt, daß die die Blöcke bildenden Fasern im wesentlichen senkrecht zu der Ebene der Ofenwandoberfläche orientiert sind, wobei die Blöcke etwas durch die aus Keramik bestehenden Stiftbolzen 17 zusammengepreßt werden. Ähnlich wie in der in Fig. gezeigten Ausführungsfona sind die Faserblöcke 16 aus kristallisierten Aluminiuraoxidfasern so aufeinander gestapelt, daß die jeden Block 16 bildenden Fasern im wesentlichen senkrecht zu der Ebene der Ofenwandoberflache angeordnet sind, d.h. daß sich die Fasern in der Richtung erstrecken, die durch die Pfeile in Fig. angezeigt ist, um das störende Ablösen der Fasern zu verhindern. Wenn die Blöcke so aufeinander gestapelt wären, da3 die Fasern iir. wesentlichen parallel zu der Sbene der Ofenwandoberflache angeordnet sind, würden sich gespaltene Oberflächenöereiche, die durch Schrumpfung aufgrund des Erhitzens ausgebildet werden, ablösen.

Copy '

Die in dieser Ausführungsforra verwendeten Blöcke aus kristallisierten Aluminiuinoxidfasern haben im allgemeinen quadratische säulenförmige Gestalt ähnlich der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform und können hergestellt werden, indem ein Filz oder eine Matte aus kristallisierten Aluminiumoxidfasern mit einer Schüttdichte von 0,10 bis 0,15 geschnitten wird. Die Dicke der Schicht aus Steinwolle 14, der Abdeckschicht 15 aus Keramikfasern und der Schicht 16 aus Blöcken aus kristallisierten Keramik-

TO fasern kann in Abhängigkeit von der zu erreichenden Temperatur des Sisengehäuses 10 festgelegt werden, die von dem Konstrukteur im Hinblick auf die Temperatur im Inneren des Ofens als geeignet angesehen wird. So kann beispielsweise die Dicke der Schicht 16 so festgelegt werden, daß die Temperatur der Schicht 15 bei Werten von weniger als 1100⁰C gehalten wird, und die Dicke der Schicht 15 kann so festgesetzt werden, daß die Temperatur der Schicht 14 bei Werten unterhalb 6OO°C gehalten wird. Bei einer beispielhaften Ausbildung einer wärmeisolierenden Wandkonstruktion, bei der die Temperatur im Inneren des Ofens 1300°C beträgt und die Temperatur des Eisengehäuses auf 1O5°C festgesetzt wird, beträgt die Dicke der Steinwolleschicht 14 50 mm, die Dicke der Keraraikfaser-Abdeckschicht 15 100 mm und die Dicke der Schicht aus Blöcken aus kristallisierten Aluminiumoxidfasern 16 bis 75 mm, so daß die Gesamtdicke der Isolierschichten in dem Ofen sich auf 225 mm beläuft. Die Schichten aus Steinwolle, Keramikfasern und Fasern aus kristallisiertem Aluminiumoxid werden mit Hilfe der Keramik-Stiftbolzen, Keramik-Scheiben und Metallstifte in ihrer Lage sicher festgehalten. Das eine Ende jedes Metallstiftes 12 kann mit dem Eisengehäuse 10 verschweißt werden und der entsprechende Keramik-Stiftbolzen 17 kann auf das andere Ende jedes Metallstiftes 12 aufgeschraubt

COPy /

v;erden. Jeder Keramik-St if cbolzen 17 ist nit einer Keramikscheibe 18 versehen. Die Länge jedes r'eramik-Stiftbolzens 17 und jedes Metallstiftes "2 kann in Abhängigkeit von der Dicke des Verbunds aus Isolierschichten 14, 15 und 16 variiert werden, um ein kombiniertes Stiftbolzen-Paar zu erhalten, dessen Länge geringfügig länger als die Dicke der Verbund-Isolierschicht ist. Im allgemeinen wird im Hinblick auf die Temperatur im Inneren aas Ofens ein Keramik-Stiftbolzen 17 mit. einer Länge von 150 rom oder 100 ncn gewählt.

Die >JetalIstifte 12 bestehen im allgemeinen aus rostfreiem Stahl oder hitzebeständigem Stahl.

Die Stiftboizen sind in Reihen angeordnet, wie sie den in Fig. 3 für die erste Ausführungsfοχτη dargestellten entsprechen. Die Blöcke '!6 aus kristallisierten Aluir.iniumoxidfasern können noch zuverlässiger befestigt werden, indem dia Stiftbolzen in dichterer Anordnung eingesenkt werden. Dies verursacht jedoch einen unerwünschten Anstieg der Kosten durch die .Erhöhung der Anzahl der Stiftbolzen pro Einheitsfläche und einen Anstieg der Arbeits kosten für das Einsetzen der Stiftbolzen. Die Stiftbolzen können jedoch dichter angeordnet werden, um die Blöcke 16 aus kristallisierten Aluminiurnoxicfasern zuverlässiger festzuhalten, wenn die Ofenwand-Konstruktion geraäfi der Erfindung für einen Ofen verwendet wird, der starken Vibrationen oder Erschütterungen ausgesetzt ist oder ■ wenn sie für bewegliche Teile, wie eine Ofentür, angewendet wird.

- VT* -

In dieser Ausführungsfοπα sind die Blöcke 16 aus kristallisierten Aluminiumoxidfasern gestapelt und werden gleichzeitig durch die Reihen von Stiftbolzen zusammengepreßt. So können beispielsweise die Blöcke 16 aus kristallisierten Aluminiumoxidfasern zwischen den Stiftbolzen 17 unter solchen Bedingungen zusammengepreßt werden, daß die Dicke der Blöcke um 6 bis 20 % vermindert wird. Die in jedem Block gegen den Preßdruck entwickelte Gegenkraft erleichtert die Ausbildung einer größeren Beständigkeit der Anordnung, so daß die gestapelten Blöcke fest zwischen den Reihen der Stiftbolzen festgehalten werden und ihr Ablösen und Herabfallen verhindert wird. Gemäß einer beispielhaften Ausbildung werden die Faserblöcke so gestapelt, daß jeder Block zusammengepreßt wird, so daß sich seine Dicke von 55 mm auf 50 nun ändert. Gemäß einem anderen Beispiel werden vier Blöcke 16 aus kristallisierten Aluminiumoxidfasern, deren Dicke jeweils im Bereich von 53 bis 60 mm liegt, zwischen Reihen von Stiftbolzen gelegt, die einen Abstand von 200 mm besitzen, so daß die Blöcke so zusammengepreßt werden, daß ihre Dicke um 6 bis 20 % verringert wird. In der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform können die Blöcke 1 ebenfalls unter Preßdruck aufeinander gestapelt werden.

In der Ofenwand-Konstruktion gemäß dieser Ausführungsform werden teuere kristallisierte Aluminiumoxidfasern nur in der Zone verwendet, die hoher Temperatur ausgesetzt ist, damit die Konstruktionskosten vermindert sind. Darüber hinaus sind zahlreiche Blöcke aus kristallisierten Aluminiumoxidfasern, die im allgemeinen quadratische Säulengestalt besitzen, zwischen den Keramik-Stiftbolzen unter Preßdruck gestapelt, wobei die jeden der Blöcke bildenden Fasern im wesentlichen senkrecht zu der Ebene

d ύ 2 MJbA

3-er -

Λ 1

der Ofenwandoberflache angeordnet sind* wodurch eine wärmeisolierende Wandkonstruktion für ei/i-sn Industrieofen ausgebildet wird, in der die aus Fasern bestehenden schwer schmelzbaren Materialien fest angeordnet sind, ohne daß die Gefahr des leichter. Ablöseris besteht.

Aufgrund der Verwendung von kristallisierten Aluminiumoxidfasern, die einer Umgebung hoher Temperatur widerstehen, kann die erfindungsgemäße wärmeisolierende Wandkonstruktion in einem Industrieofen angewendet werden, der bei einer Innentemperatur im Bereich von 1200 bis 150C⁰C betrieben wird.

Die Seitenwände und die Dacka eines Industrieofen^ zum Erhitzen von Stahlblöcken, in welchem die maximale Innentemperatur des Ofens einen Wert νcn 14OO⁰C erreichte und die durchschnittliche Betriebstemperatur MSO⁰C betrug, wurden mit der isolierenden Wandkonstruktion.gemäS dieser Ausführungsform versehen und der Ofen wurde während eines Jahres ohna Störung oder unterbrechung betrieben. Im Ergebnis betrug die Energieersparnis etwa 20 %, verglichen rait äesi Energieverbrauch eines konventionellen Ofens, der mit einem plastischen schwer— schmelzbaren Material gemäß dein Stand, der Technik überzogen war.

Die Innenoberfläche der Schicht.aus Blöcken aus kristaliisierten Aluniniumoxidfasern in der Ofenwand-Konstruktion gemäß dieser Ausführungsform kann mit einem Überzugsmaterial, wie einem überzugsniaterial auf Basis von Aluminiumoxid-Siliciumdioxid, übersogen werden, wie es normalerweise zum Beschichten der Ofenwandoberfläche von üblichen Ofen des Stapal-Ausklexdungstyps verwendet wird. Die Haltbarkeit der isolierenden VJandstruktur kann

Copy ⁷

- yf-

dabei in manchen Fällen weiter verbessert werden. Die erfindungsgemäße Ofenwand-Konstruktion hat jedoch auch als solche eine stark verbesserte Haltbarkeit, die sie für die meisten Anwendungszwecke geeignet macht. Die erfindungsgemäße Ofenwand-Konstruktion muß daher nicht zwingend mit einem Überzugsmaterial beschichtet werden.

Wie vorstehend erläutert wurde, weist die erfindungsgemäße Ofenwand-Konstruktion in jeder der beschriebenen Ausführungsfonaen ein faserförmiges schwer—schmelzbares Material auf und kann in einem Ofen angewendet werden, der höheren Temperaturbedingungen ausgesetzt ist, ohne daß die Gefahr der Ablösung oder Abspaltung des schwer—schmelzbaren Materials besteht, wobei die Erfordernisse der Einsparung von Energie und.natürlichen Quellen erfüllt werden.

Claims

^ ^ 9 1 Π ^ A WIDENMAYERSTRASSE 17. D-8000 MÖNCHEN 22 Dli'L. INC.. PKTEH STREKL DIPL.-CHKM. DU UHSULA SCHiJHKL HOPF DIPL.-PHYS. OH. hOTCiEH SCHULZ AUCH RECHTSANWALT UEI OKN LANI)CiIiKICUTEN MÜNCIIKN I UN» II ALSO ΚυΚυΓΚΛΝ ί'ΑΤΚΝΙ ATTORNEVh TELEhON (089) 223S11 TELEX 5 2Ι403Γ, SSSM D TEJ-ECOPiEK (089) 22 3ft !5 DEA-13 808 10. Juni 1983 PATENTANSPRÜCHE

1. Mehrschichtige Ofenwand-Konstruktion für die industrielle Anwendung mit einem Eisengehäuse (2) als Außenschicht, einer Innenschicht aus Blöcken aus schwerschmelzbaren Fasern (1) und einer zwischen dem Gehäuse (2) und der Innenschicht aus Blöcken (1) angeordneten Zwischenschicht (3), dadurch gekennzeichnet, daß die aus schwer-schmelzbaren Fasern bestehender Blöcke der Schicht (1) mit Hilfe von Stiftbolzen (5) und Scheiben {6) aus keramischem Material an der Zwischenschicht (3) befestigt sind und daß die Fasern, welche die schwer-schmelzbare Schicht aus Faserblöcken (1) ausbilden, so angeordnet sind, daß sie sich in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zu der Oberflächenebene der Ofenwand erstrecken.

Copy '

01

j··: ·;··;.·; 3321054

2. Ofenwand-Konstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Zwischenschicht (3) und der Schicht aus schwer-schmelzbaren Faserblöcken (1) zusätzlich eine Schicht aus schwer—schmelzbarem Mörtel (4) vorgesehen ist, mit der die Fasern der Schicht aus Blöcken aus schwer-schmelzbaren Fasern (1) festgekittet sind.

3. Ofenwand-Konstruktion nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Endteile der Stiftbolzen (5),die sich in die Zwischenschicht (3) erstrecken, mit der Schicht (4) aus schwer-schmelzbarem Mörtel überzogen sind.

4. Ofenwand-Konstruktion nach einem der Ansprüche bis 3, ?„dadurch gekennzeichnet , daß die Zwischenschicht (3) aus plastischen schwer-schmelzbaren Materialien, Schamottesteinen, gießbaren schwerschmelzbaren Materialien, wärmeisolierenden Ziegeln oder Kombinationen aus solchen Materialien besteht.

5. Ofenwand-Konstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Zwischenschicht (3) eine auf der Innenseite des Eisengehäuses (2) angeordnete Steinwolleschicht und eine auf der Innenseite der Steinwolleschicht angeordnete Schicht aus Keramikfasern umfaßt.

6. Ofenwand-Konstruktion nach einem der Ansprüche bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die innere Oberfläche der Schicht aus Blöcken aus schwer — schmelzbaren Fasern (1) mit einer Uberzugsschicht aus einem Überzugsmaterial beschichtet ist.

7. Ofenwand-Konstruktion nach einem der Ansprüche bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die

02

Schicht aus Blöcken aus schwer—schmelzbaren Fasern (1) zwischen den Stiftbolzen (5) zusammengepreßt wird.

8. Ofenwand-Konstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß jeder Stiftbolzen (5) mit einem Metallstift verbunden ist, der an dem Eisengehäuse (2) befestigt ist und sich in die Zwischenschicht (3) erstreckt.

9. Ofenwand-Konstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Blöcke aus schwer-schmelzbaren Fasern (1) aus Keramikfasern, Aluminiumoxidfasern, Fasern auf Basis von Zirkonoxid,. Fasern auf Basis von Magnesiumoxid oder aus Gemischen solcher Materialien bestehen.

10. Ofenwand-Konstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet ,daß die Blöcke aus schwer-schmelzbaren Fasern (1) ganz oder teilweise aus Fasern aus kristallinem Aluminiumoxid bestehen.

Copy T

. 03