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Decke für metallurgische Öfen, insbesondere für Herdflammöfen Die
Erfindung betrifft eine Decke für metallurgische Öfen, und zwar besonders für Herdflammöfen,
die sich gegen wenigstens eine schräge, abgefederte Widerlagerfiäche abstützt. Es
sind als Hängegewölbe wirkende Ofendecken bekannt, und darunter versteht man bekanntlich
eine Gewölbeausführung, bei der die die Decke ergebenden Steine an einer Hängekonstruktion
aufgehängt sind. Aus statischen Gründen empfiehlt es sich, bei Hängegewölben die
Decke aus Keilsteinen auszuführen, so daß ein aufgehängtes Bogengewölbe entsteht,
welchem mit Bezug auf die Gasführung auch strömungstechnische Vorteile zukommen.
Bei dieser Konstruktion stehen die Steine untereinander unter einem gewissen Druck,
der sich u. a. aus dem Maß der Deckenwölbung ergibt und gegen die Außenteile des
Hängegewölbes zunimmt. Die Widerlager nehmen dann einen Teil des vertikalen Druckes
und den gesamten seitlichen Schub auf, wogegen der Großteil des Gewölbegewichtes
von der Hängekonstruktion getragen wird.
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Der Vorteil eines Hängegewölbes gegenüber einem reinen Gewölbe, bei
dem sich die Steine bekanntlich nur durch die Gewölbewirkung tragen und das gesamte
Gewölbegewicht von Widerlagern aufgenommen wird, d. h. jedwede Aufhängung fehlt,
besteht in der geringeren Flächenpressung, die zwischen benachbarten Deckensteinen
besteht. Je geringer aber diese Flächenpressung pro Flächeneinheit ist, um so kleiner
wird die Neigung der Steine zum Abplatzen, d. h. zum Abfallen von mehr oder minder
dicken .Schichten an feuerfestem Material von der Feuerseite der Steine. Eine geringere
Neigung zum Abplatzen kann im allgemeinen einer Vergrößerung der Lebensdauer gleichgesetzt
werden.
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Um den im Ofenbetrieb auftretenden Wärmedehnungen einer reinen Gewölbedecke
besser Rechnung tragen zu können, ist es bekannt, wenigstens eines der beiden Gewölbewiderlager
durch Anwendung von Stützfeldern seitlich nachgiebig auszuführen, welche Bauweise
auch häufig bei Hängegewölben angewendet wird. Derartige federnde Widerlager liefern
einen Federdruck, der des kurzen Arbeitsweges wegen als ungefähr konstant betrachtet
werden kann. Wenn nun das Gewölbe bzw. das Hängegewölbe durch Abnützung an Gewicht
verliert, die die Querkräfte übertragende Fläche mithin verkleinert wird, die vom
federnden Widerlager herrührende Pressung aber ungefähr gleichbleibt, so wird die
spezifische Flächenpressung im Gewölbe ansteigen. Praktisch erfolgt dies in einem
Maße, daß man wieder in den Bereich unerwünschter, unter Umständen sogar gefährlicher
Flächenpressungen kommt, was. aber, nach Obigem, einer Verkürzung der Lebensdauer
gleichzusetzen ist.
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Im praktischen Betrieb müßte man diesem Umstand dadurch Rechnung tragen,
daß der Widerlagerdruck mit fortschreitender Abnützung des Hängegewölbes durch Verminderung
der Spannung der Widerlagerfeder vermindert wird. In der Praxis herrscht aber erfahrungsgemäß
wenig Neigung, solche Nachstellarbeiten während des Ofenbetriebes auszuführen, es
fehlt aber auch an einem eindeutigen Maßstab, welcher die Ermittlung des jeweils
richtigen Verstellausmaßes erlauben würde. Ein zu weitgehendes Nachlassen des Widerlagerdruckes
wäre gleichbedeutend mit einer zu weitgehenden Belastung der Hängeeinrichtung, wofür
die Konstruktion nicht ausgelegt ist; im Extremfall verlöre die Decke den Zusammenhang
in der Querrichtung des Ofens.
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Hier setzt nun die Erfindung ein. Sie bezweckt eine mit Aufhängung
ausgeführte Decke für metallurgische Öfen zu schaffen, in der gefährliche Druckanstiege
über die ganze Lebensdauer des Hängegewölbes von selbst vermieden werden. Zur Lösung
dieser Aufgabe wird, wie schon eingangs erwähnt, von einer Hängedecke für metallurgische.
.Öfen, insbesondere
für Herdflammöfen, ausgegangen, die mit Widerlagern
mit schrägen Flächen versehen ist, wobei mindestens ein Widerlager unter einstellbarem
Federdruck steht, und die mit Querträgern mit unter Federspannung stehenden Hängegliedern
zur Aufnahme eines Teiles des Gewölbegewichtes ausgestattet ist. Bei dieser Bauweise
besteht die Erfindung darin, daß die Federn der nachgiebigen Widerlager mit den
Federn der Hängeglieder derart abgestimmt sind, daß auch bei infolge Verschleiß
abnehmender Dicke des Gewölbebogens die spezifische Flächenpressung zwischen den
einzelnen Steinen des Gewölbebogens nicht über ihren Anfangswert ansteigt.
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An Hand der Zeichnung seien diese Verhältnisse an zwei Ausführungsbeispielen
noch eingehender erläutert. Fig. 1 zeigt die Anwendung der Erfindung auf eine gewölbte
Decke und Fig. 2 auf eine ebene Hängedecke. In beiden Figuren sind entsprechende
Teile mit denselben Bezugsziffern versehen.
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Man erkennt in Fig. 1 einen Gewölbebogen 1, der sich gegen ein festes
Widerlager 2 und ein unter dem Druck einer einstellbaren Feder 3 stehendes nachgiebiges
Widerlager 4 abstützt. Wie bekannt, besteht ein solcher Bogen aus einzelnen Steinen,
die einzeln oder in Gruppen an einem im Abstand über der Oberseite der Steine verlaufenden
Träger 5 aufgehängt sind. In den Punkten 6 und 7 dieses Trägers greifen Hängeglieder
8, 9 an, die über Hubfedern 10 auf einem Querträger 11 hängen. Die Spannung
der Federn 10
kann mittels der Muttern 12 über die Federteller 13 verändert
werden; eine ähnliche Konstruktion mit Mutter und Federteller kann, wie bekannt,
in Verbindung mit der Feder 3 angewendet werden.
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Eine so beschaffene erfindungsgemäße Decke wird, nachdem der Ofen
erstmalig seine Betriebstemperatur erreicht hat, durch Einregulieren der Spannungen
der Federn 3 und 10 so eingestellt, daß die Flächenpressung der Steine ein bestimmtes,
relativ geringfügiges Ausmaß erreicht; diese Pressung ist um so geringer, je größer
die Spannung der Federn 10 und um so geringer jene der Federn 3 ist. Wenn nun die
Stärke h des Gewölbebogens durch Verschleiß abnimmt, so würde, wenn die Federn 10
nicht vorhanden wären, der Druck der Feder 3, der ja ungefähr gleich bleibt, zu
einer Erhöhung der spezifischen Flächenpressung in einem der Verminderung der Steinstärke
h entsprechenden Ausmaß führen. Mit der Verminderung der Größe h geht aber auch
eine entsprechende Verminderung des Gewichtes der Decke einher; diese Gewichtsverminderung
bedeutet, daß die Federn 10 nunmehr sich entsprechend entspannen, die Decke dadurch
etwas anheben und damit den in den Widerlagern 2, 4 bestehenden Druck herabsetzen,
weil die Widerlagerflächen schräg zur Lotrechten verlaufen.
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Das Anheben des Gewölbebogens mittels der Hänglieder 8 und 9 bewirkt
nur ein Gleiten, der die Enden des Gewölbebogens bildenden Schrägflächen gegenüber
den ihnen zugeordneten Schrägflächen der Widerlager 2 und 4, ohne daß ein stärkeres
Durchbiegen des Gewölbebogens eintritt, d. h. es kommt zu einer entsprechenden Verminderung
der spezifischen Flächenpressung zwischen benachbarten Steinen gegenüber dem sonst
zu erwartenden Wert, was im Resultat auf eine Beibehaltung des ursprünglichen Wertes
hinausläuft.
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Es läßt sich rechnerisch nachweisen, daß für ein basisches Gewölbe
bei einem Gewölberadius von 7 m, einer Spannweite von 7,5 m und einem Gewölbegewicht
pro Laufmeter von 8830 kg die spezifische Flächenpressung 2,5 kg/cm2 beträgt. Das
gleiche Gewölbe würde dann unter Einhaltung der erfindungsgemäßen Maßnahmen erlauben,
den Stützdruck auf 1235 kg/m zu ermäßigen, woraus sich eine spezifische Flächenpressung
von 0,35 kg/em2 errechnet. Dieser Wert bleibt während der gesamten Ofenreise ungefähr
konstant und hat eine absolute Größe, die beträchtlich unterhalb jener liegt, für
welche die Neigung zu Steinbeschädigungen entsteht. Die erfindungsgemäße einfache
Maßnahme ergibt demnach auch aus den eingangs dargelegten Gründen eine erhöhte Lebensdauer
der Ofendecke, ein Vorteil, der ohne jegliche Wartungsarbeiten erzielt wird.
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Diese Konstruktion der abgefederten Aufhängung wirkt sich auch bei
einer vollkommenen ebenen Decke günstig aus, sofern sie sich gegen wenigstens eine
schräge, abgefederte Widerlagerfläche stützt, wie an Hand der Fig: 2,- ersichtlich
ist. Obwohl eine Decke aus Rechtecksteinen theoretisch keinen Seitendruck ergibt
und die einzelnen Steine 1 drucklos zueinander eingebaut werden können, empfiehlt
es sich trotzdem, eine solche ebene Decke, einerseits zur Ausschaltung klaffender
Fugen, die den Verschleiß fördern, und andererseits zur Aufnahme der Wärmedehnung,
seitlich mittels Federn 3 elastisch abzustützen, wozu schräge Widerlager 2; 4 dienen.
Diese ergeben schräge Gleitflächen, wodurch sich eine selbsttätige Druckregelung
bzw. konstante spezifische Flächenpressung in der Decke einhalten läßt. Es sei dazu
bemerkt, daß man in der Praxis wohl stets zwei solcher Schrägflächen ausführen wird,
obgleich theoretisch deren eine genügt.
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Es ist ersichtlich, daß es vorteilhaft ist, wenn die federnden Hängeglieder
über Träger an der Decke angreifen, an welchen Trägern die deckenbildenden feuerfesten
Bauelemente, d. h. die feuerfesten Steine befestigt sind. Diese Maßnahme ist an
sich bekannt.
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Zur Einregelung der Spannungen der Federn 3 und 10 kann so vorgegangen
werden, daß man zuerst bei ganz entlasteten Federn 10 die Kräfte der Federn 3 unter
Verwendung der hierfür bekannten Behelfe, die der Ermittlung von Pufferkräften dienen,
in Abhängigkeit vom Gewölberadius, der Gewölbespannweite und des auf eine Feder
entfallenden Gewölbegewichtes ermittelt und diese Kraft dann an Hand der Federcharakteristik
einstellt. Anschließend kann die so eingestellte Druckkraft durch Anziehen der Muttern
12 etwa auf den halben Wert ermäßigt werden.