DE69100096T2

DE69100096T2 - Isolierhülse.

Info

Publication number: DE69100096T2
Application number: DE91300721T
Authority: DE
Inventors: Michael Robert Clark
Original assignee: Foseco International Ltd
Current assignee: Foseco International Ltd
Priority date: 1990-02-08
Filing date: 1991-01-30
Publication date: 1994-01-05
Anticipated expiration: 2011-01-31
Also published as: US5215126A; EP0441526B1; DE69100096D1; EP0441526A1; GB9002821D0; ATE90151T1

Description

Vorliegende Erfindung betrifft Isolierverkleidungen und insbesondere Verkleidungen zur Isolierung von Röhren, Rohren oder dergleichen in Öfen.
Es ist wohlbekannt, daß Zwischenerhitzeröfen, z.B. Durchstoßöfen und Balkenherdöfen und dergleichen, wassergekühlte Stützen benötigen. Solche Stützen, die als Hohlröhren oder -rohre vorliegen können, benötigen eine Isolierung zum Schutz gegen die Hitze sowie zur Verringerung der sonst hohen Wärmeverluste, die durch die Kühlwirkung der nicht isolierten Rohre auf das im Ofen behandelte Material auftreten würden.
Die Isolierung wird normalerweise in Form einer oder mehrerer Verkleidungsschichten aus geeignetem Isoliermaterial vorgesehen, die einen Mantel oder Mäntel um das zu schützende Rohr herum bilden.
Es wurde schon vorgeschlagen, solche Rohre auf verschiedene Art und Weise zu isolieren, was normalerweise in Form von Paaren vorgebildeter länglicher komplimentärer Halbschalen oder -verkleidungen erfolgt, welche zusainmen das Rohr umschließen. Mehrere Paare sind erforderlich, um die Längserstreckung des Rohres zu bedecken.
Es versteht sich, daß die Isolierverkleidungen nicht nur die erforderlichen Isoliereigenschaften besitzen, sondern auch der heißen korrosiven Umgebung eines Zwischenerhitzerofens und dem zwangsweise während des Ofenbehandlungszyklus auftretenden Wärmeschock widerstehen müssen.
Die widersprüchlichen Anforderungen an eine ideale Verkleidung wurden herkömmlicherweise, soweit es sich bisher als möglich erwies, durch Anbringen einer Verbundisolierung mit einem Innenfutter aus feuerfestem Fasermaterial und einer dickeren Außenschicht aus dichterem feuerfestem Beton höherer thermischer Masse als die Faserschicht erfüllt. Die Faserschicht liefert somit die grundlegende thermische Isolierwirkung, und die Außenschicht, zwar kein so guter Isolator, schirmt die Einheit gegen mechanische und andere Einflüsse aus ihrer Umgebung ab. GB-A-2 118 283 offenbart spezielle Beispiele dieser Gattung.
Um zufriedenstellende Produkte dieser Art zu erhalten, wurden verschiedene Methoden zur Befestigung der Faserschicht an der Außenschale und beider an das Rohr vorgeschlagen, und der Zusammenbau eines geeigneten Produktes kann aufwendig und zeitraubend sein.
US-A-4228826 offenbart eine andere Art Verkleidung, die eine Verbundstruktur mit einer Innenschicht aus gebundener Keramikfaser, eine Verstärkungszwischenschicht aus Metall- oder Keramiknetz und eine Außenschicht aus gebundener Keramikfaser besitzt.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, eine verbesserte Isolierverkleidung bereitzustellen, welche ausgezeichnete Isoliereigenschaften bei verhältnismäßig einfacher Gestaltung und Herstellung sowie leichtem Einbau ergibt.
Gegenstand vorliegender Erfindung ist somit zunächst eine Isolierverkleidung für ein Rohr in Form eines vorgebildeten, im wesentlichen C-förmigen, länglichen, sich dem Rohr über einen Teil von dessen Umfang anschmiegenden Gliedes, das eine Innenschicht aus gebundenem Isolierstoff umfaßt, wobei die Innenschicht integral mit einer äußeren Schutzschicht aus gebundenem feuerfestem Aggregat verbunden ist.
Vorzugsweise handelt es sich bei der Außenschicht um einen gießbaren Stoff. Er wird normalerweise eine höhere Dichte als die isolierende Innenschicht aufweisen.
Unter "Isolierstoff" der Innenschicht ist ein Stoff zu verstehen, der entweder Fasern oder Aggregate zusammen mit einem oder mehreren Bindemitteln enthält und der sich zu einem Vorformling gießen oder vakuumformen läßt und die erforderlichen Isoliereigenschaften besitzt. Beispielsweise werden solche Stoffe mit einer Schüttdichte von weniger als 1,46 g/cm³ (und einer wahren Porosität von mehr als 45%) allgemein als isolierend bezeichnet.
Vorzugsweise besteht der Isolierstoff aus gebundener Keramikfaser, z.B. mit kolloidaler Kieselsäure und/oder kolloidalem Aluminiumoxid gebundenen Aluminosilicatfasern.
Die geeignete Dichte und die erwünschten Isoliereigenschaften lassen sich durch Einbau geeigneter Mengen eines Aggregats, dessen Kornbestandteile zellenförmig sind, erzielen.
Die Innenschicht liefert somit die grundlegenden, für das Produkt erforderlichen Isoliereigenschaften, während die Hauptfunktion der Außenschicht darin besteht, die notwendige mechanische Festigkeit und Schutz gegen die Umgebung unter den harten Arbeitsbedingungen, denen die Produkte ausgesetzt sind, zu liefern.
Die Außenschicht kann somit aus jedem geeigneten feuerfesten gießbaren Stoff hergestellt sein, der den Betriebstemperaturen, die 1200ºC bis 1300ºC oder noch höher sein können, widerstehen kann. Diese gießbaren Stoffe beruhen normalerweise auf ähnlichen Aggregaten wie denen für die Innenschicht und können zum Beispiel aus Aluminosilicaten, Magnesit, Aluminiumoxid, Kieselsäure, Zirconoxid, Siliziumcarbid und Bornitrid sowie einem feuerfesten Bindemittel bestehen. Ein besonders bevorzugtes Bindemittel ist Hochtonerdeschmelzzement. Das Bindemittel kann in einer Menge von bis zu 35 Gew.-% des feuerfesten gießbaren Stoffes und vorzugsweise in einer Menge von 5 bis 25 Gew.-% vorliegen.
Das bzw. der im feuerfesten gießbaren Stoff der Außenschicht verwendete Aggregat bzw. Füllstoff besitzt normalerweise eine massive, d.h. nicht-zellenförmige körnige Struktur, und die Dichte der Außenschicht beträgt normalerweise mindestens 2,0 g/cm³ z.B. 2,0 bis 3,0 g/cm³. Für gewisse Erfordernisse bezüglich der thermischen Eigenschaften ist es jedoch möglich, daß die Außenschicht stärkere Isoliereigenschaften besitzen muß, so daß ihre Dichte beispielsweise nur 1,0 g/cm³ betragen könnte. Um dies zu erreichen, kann es deshalb nötig sein, daß die verwendete Kornstruktur zellenförmig ist.
Die Erfindung stellt eine Isolierverkleidung mit ausgezeichneten Isoliereigenschaften zur Verfügung, die den harten Ofenarbeitsbedingungen gut widerstehen kann. Die Verkleidungen lassen sich nach einem geeigneten Gießverfahren herstellen, so daß sich die Konstruktion gegenüber dem aus dem Stand der Technik bekannten Verbundaufbau erheblich vereinfacht.
Gegenstand der Erfindung ist demgemäß weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Isolierverkleidung für ein Rohr in Form eines im wesentlichen C-förmigen, länglichen, sich dem Rohr über einen Teil von dessen Umfang anschmiegenden Gliedes, in welchem eine erste Schicht aus Isolierstoff gegossen oder vakuumgeformt und über einem entsprechenden länglichen, C-förmigen Glied in einem Werkzeug angeordnet, eine zweite Schicht aus feuerfestem Aggregat und Bindemittel über der ersten Schicht gebildet und die zweite Schicht abbinden gelassen wird. Bei Entnahme aus dem Werkzeug und Abziehen von der Schablone ist das Produkt eine längliche, einstückige, im wesentlichen C-förmige Isolierverkleidung mit einer inneren (ersten) Schicht aus Isolierstoff und einer äußeren (zweiten) Schicht aus feuerfestem Stoff, wobei die beiden Schichten integral miteinander verbunden sind.
Vorzugsweise wird die zweite Schicht über die abgebundene erste Schicht gegossen.
Zweckmäßig ist die C-förmige Schablone halbzylindrisch, so daß die entstehenden Produkte halbzylindrisch sind und Paare im wesentlichen identischer Verkleidungen dazu verwendet werden können, ein Rohr mit der verwendeten Schablone entsprechenden Abmessungen vollständig zu ummanteln.
Vorzugsweise wird die zweite Schicht in zwei Stufen über die erste Schicht gegossen, wobei man in der ersten Stufe eine Stahlnadeln enthaltende feuerfeste Masse zur Bildung der Enden der Schenkel der C-förmigen zweiten Schicht verwendet.
Die Stärke der Schichten wird von dem erforderlichen Isolierungsgrad und Schutz sowie den speziellen, dabei eingesetzten Stoffen abhängen, aber die Verkleidung kann beispielsweise eine Innenschichtstärke von 5 bis 25 mm und eine Außenschichtstärke von 15 bis 75 mm aufweisen.
Die Längskanten der Verkleidungen kann man mit Verriegelungen zum Eingriff mit den entsprechenden Kanten der anderen Hälfte jedes Verkleidungspaares versehen, so daß man guten Eingriff zwischen den Paaren erhält, um die Isolierwirkung an den Längsfugen aufrechtzuerhalten. Die Fugen können aus Nut und Feder oder beabstandeten Blöcken und Aussparungen oder auch Kombinationen von diesen oder sonstigen zweckmäßigen Vorrichtungen bestehen.
Entlang der Länge eines Rohres wird man normalerweise eine Anzahl Verkleidungspaare einsetzen, und benachbarte Paare können aneinnderstoßen oder ebenfalls Verriegelungen besitzen.
Die Verriegelungen, gleich ob längs oder quer, lassen sich zweckmäßig durch geeignete Werkzeuggestaltung integral während des Gießverfahrens bilden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Außenschichtverkleidung mit Stahlnadelverstärkung integral gebildet. Diese Nadeln befinden sich vorzugsweise im Bereich der Außenschicht nahe deren Längskanten, d.h. an den Enden der Schenkel des C, und dies läßt sich leicht durch entsprechende Abänderung des Gießverfahrens erreichen, wie weiter unten näher beschrieben wird. Andererseits kann die Stahlnadelverstärkung über die gesamte innere Dicke der Außenschicht verteilt sein.
Die Erfindung wird nur beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert, welche die Stufen bei der Herstellung einer für ein senkrecht angeordnetes Rohr geeigneten Isolierverkleidung darstellen. Es zeigen:
Figur 1 eine Ansicht der ersten, in einem ersten Werkzeug gebildeten Schicht aus Isolierstoff,
Figur 2 einen Querschnitt durch ein zweites Werkzeug, das die erste, in dem Werkzeug nach Figur 1 gebildete Schicht aufnehmen soll,
Figur 3 einen ähnlichen Schnitt durch das Werkzeug nach Figur 2 nach Einsetzen der ersten Schicht Isolierstoff nach Figur 1,
Figur 4 einen ähnlichen Schnitt, der die nächste Stufe des Verfahrens zeigt, bei der mit Stahlnadeln verstärkter feuerfester Stoff den Rest des Werkzeuges teilweise ausfüllt,
Figur 5 einen ähnlichen Schnitt durch das nunmehr mit feuerfestem gießbaren Stoff gefüllte Werkzeug und
Figur 6 eine Ansicht einer Isolierverkleidung nach Entnahme aus dem Werkzeug.
In Figur 1 besitzt das Werkzeug 1 eine längliche zentrale halbzylindrische Schablone 2 und einen entsprechenden Außenteil 3. Die Teile 2 und 3 begrenzen einen Werkzeughohlraum, welcher der gewünschten ersten Isolierstoffschicht 4 entspricht, die im Werkzeug gebildet gezeigt ist. Dies läßt sich durch Gießen oder Vakuumformen erreichen.
Die abgebundene Schicht 4 wird aus dem Werkzeug 1 entnommen und in ein zweites Werkzeug 5 eingeführt. Dieses ist in Figur 2 gezeigt. Es besitzt eine längliche halbzylindrische, der Schicht 4 entsprechende Schablone 6 und einen durch entfernbare Wände 8 und 9 und einen Boden 10 begrenzten Hohlraum 7.
In der nächsten Verfahrenstufe wird die Isolierstoffschicht 4 über der Schablone 6 angeordnet, wie in Figur 3 gezeigt. Der zurückbleibende Boden 10 des Werkzeuges wird dann mit Stahlnadelverstärkungen enthaltendem, feuerfestem gießbaren Stoff 11 bis zu einer gewissen Höhe an den Wänden 8 und 9 bedeckt. (Figur 4). Der Rest des Werkzeughohlraumes 7 wird dann mit unverstärktem, feuerfestem gießbaren Stoff 12 gefüllt (Figur 5). Nach Abbinden des Produktes werden die Wände 8 und 9 entfernt, und das fertige Produkt wird von der Schablone 6 abgezogen.
Das Produkt ist in Figur 6 abgebildet. Es ist eine Isolierverkleidung 13 mit einer halbzylindrischen konkaven, dicht an ein Rohr passenden Innenfläche 14 und mit Wänden 15 und 16, deren Außenenden 17 und 18 stahlverstärkt sind. Die Wände werden zweckmäßig so geformt, daß sie durchgehende Bohrungen 19 und 20 aufweisen, die dazu gebildet sind, Befestigungsstifte (nicht gezeigt) aufzunehmen, wenn Verkleidungspaare zusammen angeordnet werden, um eine Teillänge eines zu isolierenden Rohres vollständig zu ummanteln. Eine Reihe solcher Verkleidungspaare können dann mit ihren Stirnflächen 21 aneinanderstoßend übereinander "sitzen", um eine Gesamtlänge eines senkrecht verlaufenden Rohres zu isolieren.
Erfindungsgemäße Verkleidungen lassen sich auch zur Isolierung horizontal angeordneter Ofenrohre verwenden. In Durchstoßöfen werden Rohre beispielsweise entlang der Länge horizontaler Schienen oder Reiter angeschweißt oder sonstwie befestigt. Normalerweise sitzt die Schiene oder der Reiter auf dem zugehörigen Rohr. Es versteht sich deshalb von selbst, daß die Isolierverkleidung das Rohr nicht vollständig umgeben kann (und darf), aber deren Enden können an die eine oder andere Seite der Schiene oder des Reiters anstoßen.
Eine Verkleidung für solch ein Rohr läßt sich auch zweckmäßig in zwei komplementären Hälften formen, die um das Rohr herum aufgehängt werden können, beispielsweise mittels integral gebildeter Bohrungen, in denen an das Rohr oder den Reiter angeschweißte oder sonstwie befestigte Stifte angeordnet werden können.
Bei einer anderen Ausführungsform können Befestigungsmittel, z.B. aus Metall, in die Verkleidung während deren Herstellung eingeformt werden.

Claims

1. Isolierverkleidung für ein Rohr, wobei die Verkleidung im wesentlichen ein C-förmiges, längliches sich dem Rohr über einen Teil von dessen Umfang anschmiegendes Glied (13) ist, das eine Innenschicht (4) aus gebundenem Isolierstoff umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenschicht (4) integral mit einer äußeren Schutzschicht (12) aus gebundenem feuerfestem Aggregat verbunden ist.

2. Isolierverkleidung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierstoff der Innenschicht (4) eine Schüttdichte von weniger als 1,46 g/cm³ und eine wahre Porosität von mehr als 45% aufweist.

3. Isolierverkleidung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierstoff der Innenschicht (4) aus gebundener Keramikfaser besteht.

4. Isolierverkleidung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gebundene Keramikfaser eine mit kolloidaler Kieselsäure und/oder kolloidalem Aluminiumoxid gebundene Aluminosilicatfaser ist.

5. Isolierverkleidung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der feuerfeste Stoff der Außenschicht (12) ein gießbarer Stoff ist.

6. Isolierverkleidung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der gießbare Stoff aus einem Aluminosilicat-, Magnesit-, Aluminiumoxid-, Kieselsäure-, Zirconiumoxid-, Siliciumcarbid- oder Bornitridaggregat mit einem Bindemittel besteht.

7. Isolierverkleidung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel aus Hochtonerdeschmelzzement besteht.

8. Isolierverkleidung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel in einer Menge von bis zu 35 Gew.-% des feuerfesten gießbaren Stoffes vorliegt.

9. Isolierverkleidung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte der Außenschicht (12) 2,0 bis 3,0 g/cm³ beträgt.

10. Isolierverkleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der feuerfeste Stoff der Außenschicht (12) zellenförmige Aggregate einschließt und die Außenschicht (12) eine Dichte von 1,0 bis 2,0 g/cm³ aufweist.

11. Isolierverkleidung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschicht (12) mit Stahlnadeln (11) verstärkt ist.

12. Isolierverkleidung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlnadeln (11) an den Enden (17) und (18) der Schenkel der C-förmigen Außenschicht (12) konzentriert sind.

13. Verfahren zur Herstellung einer Isolierverkleidung für ein Rohr in Form eines im wesentlichen C-förmigen, länglichen, sich dem Rohr über einen Teil von dessen Umfang anschmiegenden Glieds, in welchem eine erste Schicht (4) aus im wesentlichen C-förmigen Isolierstoff gegossen oder vakuumgeformt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (4) über einem entsprechenden länglichen, C-förmigen Glied (6) in einem Werkzeug (5) angeordnet, eine zweite Schicht (12) aus feuerfestem Aggregat und Bindemittel über der ersten Schicht (4) gebildet, die zweite Schicht (12) abbinden gelassen und die integral verbundenen ersten (4) und zweiten (11) Schichten aus dem Werkzeug (5) entnommen werden.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht (12) über die abgebundene erste Schicht (4) gegossen wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die C-förmige Schablone (6) halbzylindrisch ist.

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht (12) in zwei Stufen über die erste Schicht (4) gegossen wird, wobei man in der ersten Stufe eine Stahlnadeln (11) enthaltende feuerfeste Masse zur Bildung der Enden der Schenkel der C-förmigen zweiten Schicht (12) verwendet.