DE1254803B

DE1254803B - Firebox wall with anchor stones

Info

Publication number: DE1254803B
Application number: DED47988A
Authority: DE
Inventors: Roger L Hosbein; Jesse Paul Maddox
Original assignee: MH Detrick Co
Current assignee: MH Detrick Co
Priority date: 1964-10-02
Filing date: 1965-08-10
Publication date: 1967-11-23

Description

Feuerraumwand mit Ankersteinen Die Erfindung bezieht sich auf eine Feuerraumwand mit Blechaußenhaut, anliegendem Wärmeisolationsmaterial und einem Kern aus miteinander verriegelten Steinen auf der kalten und mit monolithischem, feuerfestem Material auf der inneren, der Hitze ausgesetzten Seite und mit in Querrichtung zu diesem Material eingebetteten, viereckigen Querschnitt aufweisenden Ankersteinen, welche je auf dem einen parallel zueinander stehenden Seitenflächenpaar abwechselnd Rippen und Nuten gleicher Breite und gegenüber diesen versetzt auf dem anderen parallel zueinander stehenden Seitenflächenpaar ebensolche Rippen und Nuten, jedoch geringerer Höhe bzw. Tiefe aufweisen.Firebox wall with anchor stones The invention relates to a Firebox wall with sheet metal outer skin, adjacent thermal insulation material and a Core of interlocked stones on the cold and with monolithic, Refractory material on the inner, exposed side and with in the transverse direction anchoring stones with a square cross-section embedded in this material, which alternate on the one parallel pair of side surfaces Ribs and grooves of the same width and offset in relation to these on the other parallel Pair of side faces standing to one another have the same ribs and grooves, but less Have height or depth.

Der vorbekannte Ankerstein ist im Querschnitt im wesentlichen quadratisch und besitzt auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten abwechselnde Rippen und Nuten von beträchtlicher Höhe und Tiefe. Die Rippen und Nuten auf einer dieser Seiten haben dabei die gleiche Lage wie die Rippen und Nuten auf der entgegengesetzten Seite. Das andere gegenüberliegende Seitenpaar besitzt ebenfalls abwechselnde Rippen und Nuten, die jedoch von geringerer Höhe und Tiefe sind. Die Rippen auf der einen dieser Seiten entsprechen in ihrer Lage den Nuten auf der anderen.The previously known anchor stone is essentially square in cross section and has alternating ribs and on two opposite sides Grooves of considerable height and depth. The ribs and grooves on one of these sides have the same position as the ribs and grooves on the opposite one Page. The other opposite pair of sides also has alternating ribs and grooves, which, however, are of lesser height and depth. The ribs on one these sides correspond in their position to the grooves on the other.

Frühere Erfahrungen mit zusammengesetzten Wänden dieser Art haben gelehrt, daß der Ankerstein sich bis zur inneren, der Hitze ausgesetzten Oberfläche des monolithischen Materials erstrecken soll und in deren Ebene liegen soll. Bei dieser Orientierung sind die Ankersteine so in der Wand angeordnet, daß das Steinende, an dem Rippen von wesentlicher Höhe liegen, dasjenige Ende ist, das in der Ebene der inneren, der Hitze ausgesetzten Oberfläche des monolithischen Materials liegt. Diese Steinanordnung beruhte auf den Gedanken, daß die Verankerungsfunktion besser ausgeübt werden kann, wenn das mit der Rippe versehene Ende an der Innenfläche des monolithischen Materials liegt, so daß die Endrippen mechanisch in der Weise wirksam werden, daß der innerste Bereich des monolithischen Materials festgehalten wird.Have previous experience with composite walls of this type taught that the anchor stone extends to the inner surface exposed to heat of the monolithic material should extend and should lie in the plane. at this orientation, the anchor stones are arranged in the wall so that the stone end, at which ribs are of substantial height, the end that is in the plane the inner surface of the monolithic material exposed to heat. This stone arrangement was based on the idea that the anchoring function better can be exercised when the ribbed end is on the inner surface of the monolithic material lies so that the end ribs are mechanically effective in that way that the innermost area of the monolithic material is retained.

Eine Prüfung dieser älteren zusammengesetzten Wände, in denen Ankersteine mit Rippen am vorderen Ende an der inneren, der Hitze ausgesetzten Oberfläche des monolithischen Materials liegen, hat gezeigt, daß diese Enden erheblicher Rißbildung und Zerstörung ausgesetzt sind, zum Teil nach wenigen Monaten der Benutzung. In einigen Fällen war der gerippte Endbereich völlig abgebrochen, wodurch Fehlstellen in der Wand entstanden und für das umgebende monolithische Material kein mechanischer Schutz mehr bestand.An examination of these older composite walls in which anchor stones with ribs at the front end on the inner, exposed surface of the monolithic material has shown that these ends are severely cracked and are exposed to destruction, sometimes after a few months of use. In In some cases the ribbed end area was completely broken off, causing imperfections originated in the wall and not a mechanical one for the surrounding monolithic material Protection existed.

Der Erfindung liegt die Vermeidung dieser Nachteile als Aufgabe zugrunde. Es hat sich nach den obigen Beobachtungen und nach der Auswertung der dafür offensichtlich entscheidenden Faktoren gezeigt, daß die Spaltbildung und das Abbrechen vermieden oder wenigstens vermindert werden können, wenn der Ankerstein in der Weise in der Wand orientiert ist, daß die Endfläche jedes der Ankersteine, welche mit der dem Feuerraum zugekehrten Fläche des monolithisch feuerfesten Materials bündig abschließt, dem querschnittsschwächeren Teil des Ankersteins angehört.The object of the invention is to avoid these disadvantages. It has become obvious after the above observations and after evaluating the for that decisive factors shown that the gap formation and the breaking off avoided or at least can be reduced if the anchor stone in the manner in the Wall is oriented that the end face of each of the anchor stones, which with the The surface of the monolithic refractory material facing the combustion chamber is flush with it, belongs to the weaker cross-section of the anchor stone.

Es hat sich herausgestellt, daß in zusammengesetzten Wänden, in denen die Ankersteine in dieser Weise orientiert sind, die Zerstörungserscheinungen an dem der Hitze ausgesetzten Ende des Steins wesentlich vermindert wurden. Dadurch ist auch das monolithische Material in der unmittelbaren Umgebung des Steinendes weniger der Zerstörung aus thermischen und mechanischen Gründen ausgesetzt.It has been found that in composite walls where the anchor stones are oriented in this way, the signs of destruction the end of the stone exposed to the heat were significantly reduced. Through this is also the monolithic material in the immediate vicinity of the stone end less exposed to destruction for thermal and mechanical reasons.

Die genauen Gründe für die unterschiedlichen Verhaltensweisen der beiden Konstruktionen sind nicht gänzlich klar. Unter anderem vermutet man, daß eine geringere Wärmemenge das kleinere Ende des Ankersteins durchdringt, wodurch die Neigung des Steins zum Abbrechen an der Grenzebene zwisehen dem schmaleren und dem benachbarten, gerippten Bereich vermindert wird. Weiterhin treten in dieser Grenzfläche geringere mechanische Beanspruchungen auf als dann, wenn der größere, gerippte Steinbereich der Hitze ausgesetzt ist. Die mechanische Verriegelung, die man ehemals am Ende des Ankersteins für notwendig hielt, ist also offensichtlich im Hinblick auf die keramische Bindung nicht notwendig, die sich im vorderen Wandbereich über eine Dicke von 2,5 bis 5 cm des monolithischen Materials einstellt. Durch Vermeidung der Rippenverriegelung in diesem Bereich werden in der empfindlichen, oben bezeichneten Grenzschicht zwischen den beiden Typen des feuerfesten Materials (vorgebrannt und plastisch) keine unterschiedlichen Wärmespannungen erzeugt.The exact reasons for the different behaviors of the both constructions are not entirely clear. Among other things, it is believed that a smaller amount of heat penetrates the smaller end of the anchor stone, whereby the tendency of the stone to break off at the boundary plane to the narrower and the adjacent, ribbed area is reduced. Keep kicking mechanical stresses in this interface are lower than when the larger, ribbed stone area exposed to heat. The mechanical interlock, which was once considered necessary at the end of the anchor stone is therefore obvious not necessary with regard to the ceramic bond, which is located in the front wall area sets over a thickness of 2.5 to 5 cm of the monolithic material. By avoidance The rib locks in this area are sensitive to the ones referred to above Boundary layer between the two types of refractory material (prefired and plastic) does not generate different thermal stresses.

Ein weiterer Faktor bringt Ausdehnung des Endbereiches des Ankersteins mit sich, und zwar die Verschlackung mit in der Ofenatmosphäre enthaltenen Materialien, wie beispielsweise Alkali, Schwefel, Eisenoxyd, Schlacke usw. Die Verschlackungsausdehnung ist um so ausgeprägter, je größer der Querschnitt ist. Auch die meisten monolithischen oder plastischen feuerfesten Materialien neigen während des Gebrauchs mehr zum Schrumpfen als zur Ausdehnung, wodurch Spalten um die Endabschnitte der Ankersteine entstehen. Heiße Gase treten in diese Räume ein und vergrößern die Verschlackungsausdehnung und damit die Spannung im Endbereich des Ankersteins, insbesondere in der Grenzfläche zwischen dem schmaleren Endbereich und dem angrenzenden größeren, gerippten Bereich des Steins.Another factor is the expansion of the end area of the anchor stone with itself, namely the slagging with materials contained in the furnace atmosphere, such as alkali, sulfur, iron oxide, slag, etc. The extent of slagging is the more pronounced, the larger the cross-section. Most monolithic too or plastic refractories are more prone to shrinkage during use than for expansion, creating gaps around the end sections of the anchor stones. Hot gases enter these spaces and increase the extent of the slagging and thus the tension in the end area of the anchor stone, especially in the interface between the narrower end area and the adjacent larger, ribbed area of the stone.

Ziel der Erfindung ist also die Schaffung einer verbesserten, zusammengesetzten Wand und eines Ankersteins, der diese Verbesserung herbeiführt. Die Zeichnung zeigt in F i g. 1 das Raumbild einer zusammengesetzten Ofenwand, die gemäß der Erfindung aufgebaut ist, F i g. 2 das Raumbild eines Ankersteins gemäß F i g. 1, F i g. 3 einen Horizontalschnitt durch die Wand gemäß F i g.1.The aim of the invention is therefore to provide an improved, composite Wall and an anchor stone that brings about this improvement. The drawing shows in Fig. 1 shows the three-dimensional view of a composite furnace wall made according to the invention is constructed, F i g. 2 shows the spatial image of an anchor stone according to FIG. 1, Fig. 3 a horizontal section through the wall according to FIG. 1.

Die Wand besteht aus einem mittleren Kern 5 und aus ineinandergreifenden, vorgebrannten feuerfesten Steinen 6, 7 und B. Die Form der Steine 6, 7 und 8 ist hinsichtlich der generellen Form die gleiche wie die der Ankersteine 20. Die Steine 6 und 8 haben dieselbe Größe wie die Ankersteine 20, während Stein 7 etwas kürzer ist. In der gezeigten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung besitzen die Steine 6, 8 und der Ankerstein vier Rippen auf jeder Seite, während Stein 7 drei Rippen auf jeder Seite hat.The wall consists of a central core 5 and interlocking, prefired refractory bricks 6, 7 and B. The shape of bricks 6, 7 and 8 is the same as that of anchor stones 20 in terms of general shape. The stones 6 and 8 are the same size as anchor stones 20, while stone 7 is slightly shorter is. In the embodiment of the subject invention shown, the Stone 6, 8 and the anchor stone have four ribs on each side, while stone 7 has three Has ribs on each side.

Die äußere, kalte Seite der Wand besteht aus einer starren Metallplatte 10, die Abstand vom Kern 5 aufweist. Der Zwischenraum ist mit Wärmeisolationsmaterial 11 gefüllt.The outer, cold side of the wall consists of a rigid metal plate 10, which is spaced from the core 5. The gap is with thermal insulation material 11 filled.

Die Steine 8 stehen nach außen aus dem Kern 5 heraus. Der gerippte Endabschnitt 14 einiger von ihnen wird von einem metallischen Bügel 15 umfaßt. Ein Haken 16 am Bügel 15 ergreift den U-förmigen Arm 17, der an der Platte 10 durch Schweißung od. dgl. befestigt ist. Durch diese Anordnung ist der ganze Kern 5 sicher an der Platte 10 gehalten.The stones 8 protrude outwards from the core 5. The ribbed one End portion 14 of some of them is surrounded by a metallic bracket 15. A The hook 16 on the bracket 15 engages the U-shaped arm 17 on the plate 10 through Weld or the like. Is attached. With this arrangement, the entire core 5 is safe held on the plate 10.

Der innere Bereich der Wand umfaßt in Horizontal- und Vertikalrichtung voneinander Abstand aufweisende Ankersteine 20, die im montierten Zustand am besten aus F i g. 1 zu ersehen sind, sowie monolithisches oder plastisches feuerfestes Material 21, das die Räume zwischen den Ankersteinen 20 und dem Kern 5 füllt. Die inneren Endflächen 22 der Ankersteine 20, d. h. die Enden, die zum Ofeninneren hinweisen, bestimmen die innere Ebene des monolithischen Materials 21.The inner area of the wall comprises in the horizontal and vertical directions spaced anchor stones 20, which are best in the assembled state from Fig. 1 can be seen, as well as monolithic or plastic refractory Material 21 which fills the spaces between the anchor stones 20 and the core 5. the inner end surfaces 22 of the anchor stones 20, d. H. the ends that point to the inside of the furnace, determine the inner plane of the monolithic material 21.

Ankersteine 20 fluchten in einer horizontalen Ebene mit Kernsteinen 8, die nach außen ragen und mit den Bügeln 15 zusammenwirken. In der in F i g. 1 gezeigten Wand entspricht der Vertikalabstand der Ankersteine 20 fünf Horizontalreihen. Mit anderen Worten: jede sechste Horizontalreihe des Kerns 5 besitzt eine Reihe von Ankersteinen 20.Anchor stones 20 are aligned in a horizontal plane with core stones 8, which protrude outwards and interact with the brackets 15. In the in F i g. 1 The wall shown corresponds to the vertical spacing of the anchor stones 20 five horizontal rows. In other words: every sixth horizontal row of the core 5 has a row of anchor stones 20.

Ähnlich besitzt in der gezeigten Ausführungsform jede vierte Vertikalreihe des Kerns 5 eine Reihe von Ankersteinen 20.Similarly, in the embodiment shown, every fourth row has vertical rows of the core 5 a row of anchor stones 20.

Weiterhin befinden sich zwischen jeder vertikalen Reihe von nach außen ragenden Steinen 8 und nach innen ragenden Ankersteinen 20 drei vertikale Reihen von Kernsteinen, nämlich eine mittlere Reihe von Steinen 7 mit jeweils drei Rippen und auf jeder Seite davon eine Reihe von Steinen 6 mit vier Rippen. Die vertikalen Reihen der Steine 6 ragen nach innen über die Innenfront des Steins 7 hinaus und sind sowohl mit den Steinen 8, mit den Ankersteinen 20 als auch mit den Steinen 7 verriegelt (F i g. 3). Somit ist jeder Stein im Kern 5 und jeder Ankerstein 20 gegen Bewegung in Querrichtung zur Wand gesichert, wobei Stein 6 als Haltemittel für den Ankerstein 20 angesehen werden kann.Furthermore, between each vertical row of outwardly projecting stones 8 and inwardly projecting anchor stones 20 there are three vertical rows of core stones, namely a middle row of stones 7 with three ribs each and a row of stones 6 with four ribs on each side thereof. The vertical rows of stones 6 protrude inwardly beyond the inner front of stone 7 and are locked both with stones 8, with anchor stones 20 and with stones 7 (FIG. 3). Thus, each stone in the core 5 and each anchor stone 20 is secured against movement in the transverse direction to the wall, whereby stone 6 can be regarded as a holding means for the anchor stone 20.

F i g. 2 zeigt einen im Querschnitt im wesentlichen quadratischen Ankerstein 20. Einander gegenüberliegende Seiten 25 und 26 des Steins 20 besitzen alternierende Rippen 27 und Nuten 28 von beträchtlicher Höhe und Tiefe und von im wesentlichen gleicher Breite. Die Rippen 27 auf Seite 25 fluchten mit den entsprechenden Rippen 27 auf der entgegengesetzten Seite 26 bzw. liegen genau entgegengesetzt zu diesen. In ähnlicher Weise liegen die entsprechenden Nuten 28 auf den beiden Seiten einander gegenüber. Die Seiten 29 der Rippen 27 sind zum Rippenkopf hin einander zugeneigt (F i g. 2). Dieses wünschenswerte Merkmal ist der Klarheit halber in den übrigen Figuren weggelassen. Monolithisches, feuerfestes Material 21 ist in diesen Rippen und Nuten 27 und 28 verriegelt (F i g. 1, 3).F i g. 2 shows an anchor block 20 which is substantially square in cross section. Opposite sides 25 and 26 of block 20 have alternating ribs 27 and grooves 28 of considerable height and depth and of substantially the same width. The ribs 27 on page 25 are aligned with the corresponding ribs 27 on the opposite side 26 or are exactly opposite to these. Similarly, the corresponding grooves 28 are opposite one another on the two sides. The sides 29 of the ribs 27 are inclined towards one another towards the rib head (FIG. 2). This desirable feature is omitted from the remaining figures for the sake of clarity. Monolithic refractory material 21 is locked in these ribs and grooves 27 and 28 (Figs. 1, 3).

Das im Hinblick auf die vorliegende Erfindung wesentliche Merkmal des Ankersteins 20 ist, daß die innere Endfläche 22 räumlichen Abstand von den benachbarten Rippen 27 im Endbereich des Steins besitzt. Somit ist das Steinende 22 im Querschnitt kleiner als der Steinbereich bei der benachbarten Rippe 27, wobei diese Endfläche 22 diejenige ist, die auf der Innenfläche des monolithischen Materials 21 freiliegt. Der größere, gerippte Bereich im Abstand von der kleineren Endfläche 22 bildet ein wirksames Aufnahmereservoir für die in die Endfläche 22 eintretende Wärme.The essential feature with regard to the present invention of the anchor stone 20 is that the inner end surface 22 is spaced from the adjacent Has ribs 27 in the end region of the stone. Thus, the stone end 22 is in cross section smaller than the stone area at the adjacent rib 27, this end face 22 is that which is exposed on the inner surface of the monolithic material 21. The larger, ribbed area at a distance from the smaller end surface 22 forms a effective reservoir for the heat entering the end face 22.

Der Ankerstein 20 besitzt an dem anderen Paar von entgegengesetzten Seiten 30 und 31 jeweils abwechselnde Rippen 32 und Nuten 33 von im wesentlichen gleicher Breite. Die Rippen 32 und Nuten 33 haben geringere Höhe und Tiefe als die Rippen 27 und Nuten 28 auf dem anderen Seitenpaar. Weiterhin fluchtet eine Rippe 32 auf einer der Seiten 30 oder 31 mit einer Nut 33 auf der anderen dieser Seit (F i g. 2). Die kleineren Rippen und Nuten 32 und 33 verriegeln sich in der gleichen Weise mechanisch mit dem monolithischen oder plastischen feuerfesten Material 21 wie die Rippen 27 und Nuten 28 auf den anderen beiden Flächen. Die Ankersteine 20 haben dieselbe Größe und Form wie die Steine 6, die im Kern 5 benutzt werden. Dadurch kann der Ankerstein 20 im Austausch mit den Steinen 6 benutzt werden, wobei die kleineren Rippen 32 und Nuten 33 mit den versetzten kleineren Rippen und Nuten auf den entsprechenden Steinen oberhalb und unterhalb verriegelt sind, wodurch zusätzliche Festigkeit verliehen wird und eine Dichtung zwischen den ineinandergreifenden Steinseiten bewirkt wird.The anchor block 20 has alternating ribs 32 and grooves 33 of substantially the same width on the other pair of opposite sides 30 and 31, respectively. The ribs 32 and grooves 33 have a smaller height and depth than the ribs 27 and grooves 28 on the other pair of sides. Furthermore, a rib 32 on one of the sides 30 or 31 is aligned with a groove 33 on the other of this side (FIG. 2). The smaller ribs and grooves 32 and 33 mechanically interlock with the monolithic or plastic refractory material 21 in the same manner as the ribs 27 and grooves 28 on the other two surfaces. The anchor stones 20 have the same size and shape as the stones 6 that are used in the core 5. This allows the anchor block 20 to be used in exchange with the blocks 6 , with the smaller ribs 32 and grooves 33 interlocking with the offset smaller ribs and grooves on the respective blocks above and below, thereby providing additional strength and a seal between the interlocking ones Stone sides is effected.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß das besondere Merkmal des Erfindungsgegenstandes darin besteht, daß der Ankerstein 20 in der Wand derart orientiert ist, daß die kleinere oder in der Ausdehnung verringerte Endfläche 22 in der inneren Oberfläche des monolithischen Materials 21 liegt. Wie oben erwähnt, ergibt diese Anordnung, daß der Ankerstein 20 und die gesamte Wand eine längere und wirksamere Lebensdauer haben als ähnliche Wände sonst, die bisher benutzt wurden.In summary, it can be said that the special feature of the subject matter of the invention is that the anchor block 20 is oriented in the wall in such a way that the smaller or reduced end surface 22 lies in the inner surface of the monolithic material 21. As mentioned above, this arrangement results in the anchor block 20 and the entire wall having a longer and more effective life than similar walls previously used.

Claims

Claim: Firebox wall with sheet metal outer skin, adjacent thermal insulation material and a core of interlocked stones on the cold side and with monolithic, refractory material on the inner side exposed to the heat and with square cross-section embedded anchor stones in the transverse direction to this material, each on one side Pair of side faces standing parallel to one another alternate ribs and grooves of the same width and offset from these on the other pair of side faces standing parallel to one another have the same ribs and grooves, but less height or depth, characterized in that the end face (22) of each of the anchor stones (20) , which is flush with the surface of the monolithic refractory material (21) facing the furnace, belongs to the weaker cross-section of the anchor block. References considered: U.S. Patent No. 3,197,930.