DE3121434C2 - Feuerfester Stein für Drehrohröfen - Google Patents
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Abstract
Feuerfester Stein für Drehöfen mit einer oder mehreren Vertiefungen an einer oder beiden die größte Ausdehnung besitzenden Seitenflächen, wobei der Stein mit einer oder mehreren Stahlplatten versehen ist, die eine oder mehrere Vertiefungen besitzen, welche der Vertiefung oder den Vertiefungen des Steines entsprechen, wodurch an einer aus solchen Steinen aufgebauten Drehofenauskleidung ein stabiles Anhaften eines Ansatzes oder Belages des Brennproduktes erreicht wird.
Description
Die Erfindung betrifft einen feuerfesten Stein für Drehrohröfen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein solcher Stein ist aus der DE-AS 15 83500 bekannt. Die rinnenförmJgen Vertiefungen an den Seitenflächen
dieses Steines ergänzen sich beim Zusammenbau der Steine zu Kanälen, die gegen das Ofeninnere offen
sind. In diese Kanäle dringt das Brenngut, ζ. B. Zementklinker, ein, lagert sich dort an und bildet eine Verankerung
für den Ansatz oder Belag aus dem Brenngut, der sich während des Betriebes von Drehrohröfen, insbesondere
beim Zementbrennen, an der feuerfesten Steinauskleidung häufig bildet.
Die Technik der Zementbrennöfen hat sich besonders in den letzten Jahren grundlegend verbessert. Die
ursprünglichen Vertikalöfen werden durch Drehrohröfen ersetzt, denen Naß-, Halbnaß- und Trockensysteme
sowie weiters das neue Trockensystem mit Vorerhitzer folgten. Beim gegenwärtigen Stand der Technik wird ein
als NSP (New Suspension Preheater) bezeichnetes Vorkalzlnler-System verwendet, bei dem eine Reaktionskammer
mit Zusatzfeuerung Im Vorerhitzer vorgesehen ist. Dabei Is. es bekannt, daß durch diese Maßnahme der
Brennstoffbedarf pro Tonne Zementklinker drastisch von 120 l/t auf 80 l/t und sogar darunter herabgesetzt
worden Ist. Ungeachtet der Verminderung des Brennstoffverbrauchs, die durch den Fortschritt der oben erwähnten
Techniken erreicht wurde, ist eine weitere Energieeinsparung angesichts der gegenwärtigen Energieknappheit
sehr erwünscht. Andererseits scheint die Verbesserung der Brennofentechnik mit der Entwicklung des NSP-Systems
Ihren Höhepunkt erreicht zu haben, so daß für einen weiteren Fortschritt nur wenig Platz bleibt.
Bei modernen NSP-öfen ergibt sich die folgende Wärmebilanz, verglichen mit den als SP-Öfen (Suspension
Preheater) bezeichneten Brennöfen mit Schwebegas-Vorerhitzer.
Ergebnis der Gesamtwärmerechnung des Brennofens
(Mittelwerte für die Ofentype) *)
(Mittelwerte für die Ofentype) *)
Einheit: 106 J/t Klinker ( ) = Prozentanteile
| Ofenart | Sp-Ofen | (97,3) | NSP-OI'en | (97,2) | |
| Wärmezufuhr | Heizwert von Schweröl | 3414,0 | (2,7) | 3310,5 | (2,8) |
| Sonstiges | 96,4 | (100,0) | 94,7 | (100,0) | |
| Gesamte Wärmezufuhr | 3510,4 | (49,8) | 3405,2 | (52,0) | |
| Wärmeaustritt | Wärmebedarf für | 1749,3 | 1774,0 | ||
| Klinkerbrand | (21,0) | (20,4) | |||
| Vorwärmer-Abgasverlust | 737,0 | (2,6) | 693,4 | (2,5) | |
| Klinker-Abwärme | 90,5 | (13,3) | 83,4 | (15,9) | |
| Kühler-Abgasverlust | 467,2 | (11,7) | 542,6 | (7,9) | |
| Strahlungsverlust und | 410,6 | 267,8 | |||
| Falschluft | (1,6) | (1,3) | |||
| Sonstiges | 55,8 | 44,0 | |||
Gesamter Wärmeaustritt 3510,4 (100,0) 3405,2 (100,0)
*) »Investigation on SP kilns«, Cement Assosiation, Fuel Study Comitlee Report T-12, Januar 1976
Der Wärmeverlust besteht hauptsächlich aus dem Wärmeverlust am Drehrohr. Für eine Energieeinsparung ist
es daher unerläßlich, eine Wärmedämmung anzubringen, um die am Metallmantel des Drehrohrofens auftretenden Wärmeverluste herabzusetzen.
Bei Zementdrehrohröfen u. dgl. werden manchmal feuerfeste Isoliersteine verwendet. Dabei beschränkt sich
deren Anwendung aber hauptsächlich auf den niedrigen Temperaturbereich. Weiters Ist die Haltbarkelt geringer
als bei herkömmlichen feuerfesten Steinen. Bei einer anderen Ausführungsform wird eine Doppelauskleidung
verwendet, bei der an der Seite des Metallmantels Steine mit niedriger Wärmeleitfähigkeit angebracht werden.
Diese Auskleidung wird jedoch bei Brennöfen mit großecn Durchmesser selten angewandt, da es oft zu einem
Löslösen der Steine kommt, die durch eine Verschiebung von Futtersteinen während des Betriebs entsteht.
Weiters werden für die Brennzone, die einer hohen Temperatur ausgesetzt ist, sogenannte Hohlsteine verwsndet, bei denen auf der Steinrückseite eine Vertiefung ausgebildet und darin eine feuerbeständige Wärmedämmung angebracht ist, oder es werden Zweischichtensteine verwendet, bei denen die dem Metallmantel zugewandte Seite des feuerfesten Steines aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit besteht. Da jede dieser
beiden Steinarten über eine geringe mechanische Festigkeit verfügt, sind sie für einen Langzeitbetrieb nicht
geeignet.
An den feuerfesten Steinen, die in der Brennzone der Zementdrehrohröfen verwendet werden, wird durch
Anhaften von Zementklinker ein Ansatz gebildet. Dieser Ansatz besitzt Im Vergleich zu den feuerfesten Steinen
eine äußerst niedrige Wärmeleltfählgke!*, so daß eine Wärmedämmwirkung entsteht, durch welche die Temperatur der feuerfesten Steine erniedrigt wird. Dem Ansatz kommen somit zwei Aufgaben zu: Einsparung von
Energie und Schutz der Steine.
Die folgenden Daten zeigen das Verhältnis zwischen der Ansatzdicke und der Oberflächentemperatur des
Metallmantels In Zementdrehrohröfen.
Verhältnis zwischen Metallmantel-Oberflächentemperatur und Ansatz
Annahme
Steinqualität:
Metallmantel:
Innenwandtemperatur
Steinqualität:
Metallmantel:
Innenwandtemperatur
des Ansatzes:
Umgebungstemperatur: 2O0C (windstill)
Wärmeleitfähigkeit:
Wärmeleitfähigkeit:
hochtemperaturgebrannte basische Steine 200 mm dick
40 mm dick, Innendurchmesser 5000 mm ε (Schwärze des Metallmantels) = 0,85
1450° C
| Stein: | 2,73 W/m.K | Ansatzdicke |
| Ansatz: | 1,16 W/m.K | (mm) |
| Metallmanteltemperatur | 864 | |
| (0C) | 576 | |
| 100 | 396 | |
| 130 | 278 | |
| 160 | 195 | |
| 190 | 136 | |
| 220 | 92 | |
| 250 | 58 | |
| 280 | 32 | |
| 310 | 11 | |
| 340 | ||
| 370 | ||
*) »Investigation on rotary kiln refractories« Cement Association,
Fuel Study Committee T-10 S. 46, März 1972
Fuel Study Committee T-10 S. 46, März 1972
Bel der herkömmlichen Auskleidung von Drehrohröfen mit Kellstelnen oder mit Radlalstelnen, die jeweils
vollllächlge Seitenflächen aufweisen, erweist sich die Haftung des Ansatzes als wenig stabil und er wird durch
einen Wärmeschock leicht abgelöst. Dadurch erfolgt ein plC'zllcher Temperaturanstieg, der leicht zu Beschädigungen
der Steine führt und starke Wärmeverluste hervorruft.
Bei Verwendung von Steinen nach der DE-AS 15 83 500 zur Auskleidung von Drehrohröfen wird zufolge der
gegen das Ofeninnere offenen, rlnnenförmlgen Vertiefungen In den größeren Steinseltenflächen, die mit den
Nachbarsteinen in Berührung stehen, die Berührungsfläche zwischen dem Feuerfest material und dem Brenngut
(Klinker) vergrößert. Dies bewirkt ein besseres Anhaften des Ansatzes, der nun gegen ein Ablösen widerstandsfähiger
Ist, da dauernd Ansatz an der Innenseite der Vertiefungen gebildet wird. Als Folge davon werden die
Wärmedämmungseigenschaften verbessert und die Haltbarkelt der Steine wird erhöht.
Die Erfindung hat die weitere Verbesserung des Ansatzverhaltens und der Steinhaltbarkelt zum Ziel. Aufgabe
> der Erfindung Ist es, die frühzeitige Bildung und das sichere Anhaften des Ansatzes zu erreichen und dabei
auch das Problem der Wärmedehnung der Steine zu lösen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt, jeweils In schaubildlicher Darsteln»
lung,
Fig. 1 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steines Im Zusammenbau mit gleichartigen Nachbarsteinen;
Flg. 2 eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steines;
Fig. 3 eine als Blechauflage für den Stein nach Fig. 2 dienende Stahlplatte;
"· Fig. 4 den Stein nach Fig. 2 ohne die Blechauflage;
Flg. 5 einen Stein nach Flg. 4 mit einer anderen Ausführungsform der Blechauflage;
Flg. 6 und 7 weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Steines, wobei zwecks deutlicherer Darstellung
die Blechauflagen weggelassen sind.
Die Zeichnung zeigt die Vertiefung 1 des Steines 2, dessen Ofeninnenseite 3 und dessen Ofenmantelseite 4,
-" den Metallmantel 5 des Drehrohrofens, die als Biechauflage aufgebrachte Stahlplatte 6, deren Ausbuchtungen
10, eine Einlage 7 aus Karton, Asbest o. dgl. und einen Raum 9 zur Dehnungsaufnahme. Ausführungsvarianten
sind durch den Bezugsziffern beigesetzte Striche gekennzeichnet.
Erfindungsgemäß ist auf den Stein 2 mindestens eine dünne Stahlplatte 6 aufgebracht. Eine derartige Stahlplatte
6 ist mit einer Ausbuchtung oder mehreren Ausbuchtungen 10, z. B. durch Ausformen, versehen, welche
-^ der Vertiefung oder den Vertiefungen 1 des Steines 2 entsprechen, so daß sie in diese Vertiefungen 1 passen.
Durch diese Stahlplatten 6 wird die frühzeitige Bildung und das sichere Anhaften des Ansatzes begünstigt. Im
Falle von Zementdrehrohröfen reagieren die Stahlplatten mit dem Klinker unter Bildung von niedrigschmelzenden
Produkten, welche die Bildung des Ansatzes beschleunigen. Diese niedrigschmelzenden Verbindungen, z. B.
Calciumalumlnatferrlte, bewirken, daß ein stabiler Ansatz rasch gebildet wird und sicher an der Steinausklel-3»
dung haftet.
Die Vertiefungen 1 können an nur einer größeren Seitenfläche vorgesehen sein, wie beim Stein 2 der Flg. 1
gezeigt, oder sie können an den beiden größeren Seltenflächen angeordnet sein, wie bei den Steinen 2'. 2" und
2'" gezeigt. Im zweitgenannten Fall haben die Anschlußsteine zweckmäßig entsprechende Vertiefungen 1, die
sich mit denen des betrachteten Steines paarweise ergänzen. Die Vertiefungen 1 sind an der Anwendungsseite 3
des Steines offen, erstrecken sich In radialer Richtung des Ofens und enden In den meisten Fällen, ohne die
Ofenmantelseite 4 zu erreichen, d. h. sie bestehen aus einer abgesetzten Ausnehmung. Es Ist aber auch möglich,
daß sie bis zur Ofenmantelseite durchgehen, wie bei den Vertiefungen Γ der Flg. 6 gezeigt. Form und Anzahl
der Vertiefungen werden von den Eigenschaften des Brennguts sowie von der Art des angewendeten Feuerfestmaterials
bestimmt. Die Form muß so ausgelegt sein, daß die Brennprodukte leicht In die Vertiefungen elndrln-4'i
gen können. Wenn das Eindringen einmal und ausreichend erfolgt ist, wird während des Ofenbetriebes durch
die Reaktion des Brennguts mit dem Steinmaterial und den Stahlplatten 6 an der Ofeninnenseite 3 und den
Vertiefungen 1 ein starker Ansatz gebildet.
Im Falle von basischen Steinen, z. B. vom Typ Magnesla-Chromlt oder Magnesia-Spinell, die für die Brennzonen
von Zementdrehrohröfen oder Kalkdrehrohröfen geeignet sind, dienen die als Blechauflagen aufgebrachten
J5 Stahlplatten 6 auch als Fugenbaustoff zwischen den Steinen zur Dehnungsaufnahme unter Ausnutzung der
Kriecheigenschaften der Stahlplatten im Hochtemperaturbereich und zu einer Art »Bindung«, wobei die Stahlplatten
mit den Komponenten der Steine unter Bildung von niedrigschmelzenden Mineralprodukten reagieren,
wodurch die einzelnen Steine zu einem einheitlichen Körper vereinigt werden. Dies 1st an sich bekannt, z. B.
aus der DE-AS 10 97 886, wonach Drehrohrofensteine zwecks gegenseitiger Verankerung an den größeren
so Seitenflächen mit keilförmigen Nuten und entsprechenden Vorsprüngen sowie mit Blechauflagen versehen sind.
Die Metallauflagen liegen jedoch in diesem Fall nicht gegen das Ofeninnere frei, so daß sie zur Ansatzbildung
nichts beitragen können.
Nach der Erfindung dient die Kombination aus mit Vertiefungen 1 versehenen feuerfesten Steinen 2 und
Stahlplatten 6 mit Ausbuchtungen 10, die den Vertiefungen 1 entsprechen, durch folgende Maßnahme zur
5^ Ausbildung einer Dehnungsaufnahmetoleranz. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, steht die Stahlplatte 6 mit der mit
Vertiefungen 1 versehenen Seitenfläche des Steines 2 nicht in vollständig geschlossener Berührung, sondern es
ist ein Raum 9 dazwischen freigelassen, wobei die Tiefe der Ausbuchtungen 10 der Stahlplatte 6 gleich der
Summe der Tiefe der Vertiefungen 1 des Steines 2 und der benötigten Wärmedehnungstoleranz ist.
Die Stahlplatte 6 ruht an den Böden ihrer Ausbuchtungen 10 auf den Böden der Steinvertiefungen 1, während
6" sich die übrigen Abschnitte der Stahlplatte 6, um das Maß für die Dehnungsaufnahme entfernt. Im Abstand von
der Seltenfläche des Sielnes 2 befinden, unter Freilassung des Raumes 9 als Dehnungsaufnahmetoleranz.
Um das Eindringen des Brennguts von der Ofeninnenseite 3 In den Raum 9 zu verhindern, wodurch die
Dehnungsaufnahme behindert würde, kann man nach einer Weiterbildung der Erfindung eine Einlage 7, z. B.
aus Karton, Asbest o. dgl., zur Dehnungsaufnahme einbringen, wie In Flg. 2 und 3 gezeigt. Derartige Einlagen
<>5 zur Dehnungsaufnahme sind an sich bekannt, z. B. aus »Zement-Kalk-Gips« Nr. 12 (1977) Seite 635.
Der Dehnungsraum 9 kann gegen das Ofeninnere auch dadurch abgeschlossen werden, daß sich ein abgewinkelter
Teil der Stahlplatte 6' auf der Ofeninnenseite 3 des Steines 2' erstreckt, wie in Fig. 5 gezeigt. Dadurch
wird ferner die Bildung und Haftung des Ansatzes weiter begünstigt.
In der obigen Beschreibung wurde davon ausgegangen, daß Zementklinker oder anderes Brenngut während
des Ofenbetriebs die Vertiefungen vollständig ausfüllt. Es ist aber auch möglich, ein ansatzförderndes Material
bereits vor Inbetriebnahme eines neu ausgekleideten Ofens In die Vertiefungen einzubringen, was die Bildung
und das Anhaften des Ansatzes beschleunigen kann. Als derartige Vorfüllmaterlallen können Chromoxid, das
zufolge der Bildung von Zwischenverbindungen mit dem Brenngut und dem Auskleidungsmaterial die Korrosionsbeständigkeit
verbessert, sowie Eisenoxid, Sulfide von Erdalkallmetallen oder Karbonate verwendet werden,
um zu einem leichteren Anhaften des Ansatzes beizutragen.
Der erfindungsgemäße Stein bietet folgende Vorteile:
1) Im Vergleich zur herkömmlichen Steinform haftet der Ansatz frühzeitiger an und löst sich nach seiner
Bildung seltener ab, wodurch die Wärmedämmungseigenschaften des Ansatzes wirksamer ausgenutzt und
der Brennstoffverbrauch vermindert werden können.
2) Das stabile Anhaften des Ansatzes bewirkt den Schutz der feuerfesten Steine der Drehrohrofenauskleidung
und vermindert den Angriff zufolge von Wärmeschocks und chemischer Erosion, wodurch längere Haltbarkelten
ermöglicht werden und der Steinverbrauch vermindert wird.
3) Entsprechend dem Volumen der Vertiefungen kann feuerfestes Material eingespart werden. Die Verminderung
des Steingewichtes erbringt Leistungsverbesserungen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
- Patentansprüche:!. Feuerfester Stein für Drehrohröfen mit einem Paar gegenüberliegender größerer Seitenflächen, die ausgehend von derjenigen Stirnfläche, welche im Einbauzustand des Steines gegen das Ofeninnere weist, voneinander divergieren, und mit mindestens einer von der genannten Stirnfläche mit offenem Ende ausgehenden rinnenförmlgen Vertiefung, die in einer oder in beiden der größeren Seitenflächen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Stein (2) mit einer oder mehreren Stahlplatten (6) versehen ist die eine oder mehrere Ausbuchtungen (10) besitzen, welche der Vertiefung oder den Vertiefungen (1) des Steines (2) entsprechen, wobei die Tiefe der Ausbuchtung(en) (10) der Stahlplatte (6) die Summe der Tiefe der Vertiefung(en) (1) des Steines (2) und einer Dehnungsaufnahmetoleranz (9) ist.
- 2. Feuerfester Stein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er an der anliegenden Seite der Stahlplatte (6) mit einer Einlage (7) aus Karton, Asbest od. dgl. versehen Ist.
- 3. Feuerfester Stein nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein abgewinkelter Teil der Stahlplatte (61) auf der Ofeninnenseite (3) des Steines (2) erstreckt.
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