DE3241593A1 - Feuerfeste auskleidung mit aus fasermaterial bestehenden elementen und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents
Feuerfeste auskleidung mit aus fasermaterial bestehenden elementen und verfahren zu ihrer herstellungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine feuerfeste Auskleidung gemäß dem Oberbegriff des HauptanSpruchs und ein Verfahren zu
ihrer Herstellung.
Derartige feuerfeste Auskleidungen werden beispielsweise in Industrieöfen oder dergleichen angebracht. Als Material
für diese Auskleidungen hat in den letzten Jahren die Verwendung von hitzebeständigem Fasermaterial zur Wärmeisolierung
rasch zugenommen. Während früher in der Regel tuch- oder mattenförmige Auskleidungen verwendet wurden, werden in
jüngerer Zeit statt dessen überwiegend sogenannte Moduln oder Elemente unterschiedlicher Formen verwendet, die ebenfalls
aus Fasermaterial bestehen und unterschiedlich aufgebaut sind. Die meisten dieser Elemente oder Faserelemente
sind aus mattenförmigem Material hergestellt, das in Streifen geschnitten und zu den Elementen geformt wurde. Die Abmessungen
derartiger herkömmlicher Elemente betragen üblicherweise etwa 30 χ 30 cm (12 χ 12 Zoll), und die Stärken
liegen im Bereich von etwa 5 bis 30 cm (2 - 12 Zoll).
Zum Stand der Technik wird auf die folgenden Informationsschriften von Herstellern von isolierenden Ofenauskleidungen
verwiesen.
TM 1. "Carborundum Co. bulletin on FIBERWALL furnace linings"
2. "Pyroblock ^ bulletin" "Babcock & furnaces".
(Rl
3. "Babcock & Wilcox bulletin on KAOWOOL^ blanket lined
In der erstgenannten Veröffentlichung ist eine aus Keramikfaser-Moduln
bestehende Ofenauskleidung beschrieben, bei der die einzelnen Moduln durch Schichten aus Steinwollblöcken
und gegen thermische Abschreckung widerstandsfähigem Keramikmaterial gebildet sind. Befestigungseinrichtungen zur An-
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bringung dieser Moduln an der Ofenwand umfassen Bolzen, auf die die einzelnen Auskleidungselemente oder Schichten
aufgesteckt sind, und becherförmige Arretierungseinrichtungen, die mit den Bolzen in Eingriff stehen.
Die an zweiter Stelle genannte Veröffentlichung beschreibt
das sogenannte "Pyroblock" ^-System, das eine Anzahl auf
einen ausgedehnten Metallträger aufgeklebter Keramikfaser-Streifen und spezielle Befestigungsmittel umfaßt. Bei der
Installation der Auskleidung werden nach diesem System die zur Befestigung verwendeten Bolzen an die Ofenwand angeschweißt,
nachdem die Auskleidungs-Elemente in ihre korrekte Position an der Ofenwand gebracht wurden.
Die dritte Veröffentlichung beschreibt die Anbringung von
tuch- oder mattenförmigen Auskleidungen über einer Grundoder Trägerschicht aus Steinwolle. Es wird eine Vielfalt von
Befestigungs- oder Verankerungsmittel beschrieben, die jedoch
grundsätzlich alle darauf beruhen, daß eine Mutter oder eine Befestigungsscheibe an der inneren Schicht der Auskleidung,
d.h, an der dem heißen Ofeninneren zugewandten Schicht anliegt.
Das Problem der Befestigung bei der Montage der herkömmliehen
Matten oder Elemente an der Wand von Öfen zur Wärmebehandlung ist noch nicht zufriedenstellend gelöst. Insbesondere
entstehen erhebliche Kosten bei dem Versuch, die leichten mattenförmigen Fasermaterialien, aus denen Fasermaterial-Elemente
mit Schichtstruktur hergestellt werden, derart zusammenzuhalten, daß das Element in angemessener
Weise mechanisch unterstützt wird.
Zahlreiche der bisher verwendeten Befestigungsmethoden erfordern eine sorgfältige/ maßhaltige Herstellung der Ofenwand,
da die Verankerungs- oder Befestigungsmittel, d.h..
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die über die Ofenwand verteilten Bolzen oder dergleichen vor der Anbringung der Auskleidung angeschweißt werden.
Diese Befestigungsmethoden sind verhältnismäßig zeitaufwendig und kostspielig.
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Die Erfindung ist darauf gerichtet, bei geringen Kosten eine feste und sichere Anbringung oder Verankerung der
Elemente aus feuerfestem Fasermaterial zu ermöglichen.
Weiterhin ist die Erfindung darauf gerichtet, die Installation der Elemente dadurch zu vereinfachen, daß eine
nachträgliche Anbringung der Bolzen, beispielsweise durch Schweißen, ermöglicht wird, nachdem die Elemente in ihre
Position an der Ofenwand gebracht wurden.
Die Befestigungs- oder Verankerungsmittel sollen gegen
Korrosion infolge direkter Einwirkung der heißen Gase im Ofeninneren geschützt werden, und zugleich soll eine Wärmeübertragung
vom Inneren des Ofens über die zur Befestigung verwendeten Bolzen an die Ofenwand vermieden werden.
Die Erfindung ergibt sich im einzelnen aus dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs.
Gemäß einem wesentlichen Merkmal der Erfindung ist ein einheitliches oder einkomponentiges Element aus hitzebeständigem
Fasermaterial vorgesehen, in das gelochte oder gitterförmige Stützelemente eingebettet sind. Aufgrund der
homogenen Struktur und starren Form des Elements weist dieses bereits an sich eine höhere mechanische Stabilität
auf. Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, daß das aus Fasermaterial bestehende Element nach dem für sich bekannten
Vakuum-Formverfahren hergestellt wird. Zur mechanischen Befestigung des Elements an der Ofenwand sind die oben erwähnten
gelochten Stützelemente in situ in das Fasermaterial
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Element eingeformt, d.h., in das vakuumgeformte Element eingebettet.
Hierdurch wird die Stützfläche oder Angriffsfläche für die Verankerungsmittel vergrößert. Die Verankerungsmittel selbst
können einfache, im Handel erhältliche herkömmliche Bfefestigungsbolzen
sein, die wahlweise entweder mit Gewinde oder mit Rastkerben zur Festlegung eines an dem Stützelement angreifenden
Befestigungsorgans versehen sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird in dem Fasermaterial-Element bereits während des Formvorgangs
eine zentrale, durchgehende Bohrung oder öffnung gebildet, die mit dem gelochten Stützelement in Verbindung steht. Das
Stützelement ist vorzugsweise durch eine Scheibe gebildet, in der eine Mittelöffnung derart angebracht ist, daß sie mit
der zentralen Bohrung oder öffnung des Fasermaterial-Elements fluchtet.
Durch die Verbindung der zentralen Öffnung mit der gelochten
Scheibe kann, nachdem das Fasermaterial-Element in seine Position an der Ofenwand gebracht wurde, der Befestigungsbolzen durch die Bohrung gesteckt und anschließend mit einem
herkömmlichen Bolzenschweißgerät angeschweißt werden. Dadurch, daß die gelochte Scheibe tief innerhalb des wärmeisolierenden
Fasermaterials angebracht ist, sind die Befestigungsmittel vollständig geschützt, so daß sie nicht durch
die Ofenhitze angegriffen und beschädigt werden können.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist zur Vervollständigung
der Wärmeisolation der Befestigungsmittel ein vakuumgeformter Stopfen aus dem gleichen Material wie das
Fasermaterial-Element vorgesehen. Hierdurch wird das Problem einer Zerstörung oder Beschädigung der Befestigungsmittel
vollständig beseitigt. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Stopfen einfach entfernt werden kann,
so daß die Befestigungsscheibe oder allgemein die Befesti-
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gungsmittel leicht zugänglich sind und entfernt werden
können. Das einzelne Fasermaterial-Element kann daher im Falle einer physischen Beschädigung leicht ausgewechselt
werden„
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Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 ist eine Explosionsdarstellung der einzelnen Teile einer erfindungsgemäßen
Befestigungseinrichtung für ein feuerfestes Element aus Fasermaterial;
Fig. 2 ist eine aufgeschnittene Seitenansicht des an einer Ofenwand befestigten Faser
material-Elements und zeigt das Fasermaterial-Element während der Phase des
Montagevorgangs, in der eine Befestigungsscheibe mit einem geeigneten Werk- zeug befestigt wird, bevor ein Stopfen
in das Fasermaterial-Element eingeführt wird.
In Fig. 1 sind in einer Explosionsdarstellung die Teile der Befestigungseinrichtung in der vollständig montierten Stellung
dargestellt. Ein aus feuerfestem Fasermaterial bestehendes Isolationselement, im folgenden kurz Faserelement
10 genannt, ist als einheitliches Element oder Modul ausgebildet. Als Fasermaterial werden vorzugsweise Keramikfasern
wie etwa Ton-Kieselerde verwendet. Das Faserelement 10 ist durch ein Vakuumformverfahren hergestellt, und bei seiner
Herstellung wird ein anorganisches Bindemittel verwendet. Hierdurch entsteht ein Isolationsmaterial mit einer Dichte
von etwa 0,21 g/cm3 (13 pounds pro kubikfuß). Demgegenüber beträgt die Dichte handelsüblicher Auskleidungselemente
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in Tuch- oder Mattenform 0,10 bis 0,13 g/cm3 (6 bis 8 pounds
pro Kubikfuß).
Aufgrund der homogenen starren Struktur hat das auf diese Weise geformte Faserelement 10 an sich eine wesentlich größere
mechanische Festigkeit als schichtförmige Elemente aus herkömmlichen
Materialien.
Obgleich das Faserelement selbst bereits zuvor hergestellt wurde, konnten bisher nicht die durch die Erfindung erreichbaren
Ergebnisse erzielt werden. Um eine rationelle und sichere Befestigung des Faserelements an einer Ofenwand 12,
von der in der Zeichnung ein Abschnitt dargestellt ist, zu ermöglichen, ist ein gelochtes Stützelement 14 in der Form
einer Scheibe mit einer Mittelöffnung 16 in situ in das Faserelement 10 eingeformt. Zugleich wird während des Formvorgangs
eine durchgehende Öffnung 18 in dem Faserelement 10
gebildet.
Die um die Mitte herum angeordneten Löcher oder öffnungen
des gelochten Stützelements 14 sind so groß gewählt, daß sich die feuerfesten Fasern in die und um die öffnungen herumlegen
und in das Metallgitter eingreifen und dieses dadurch fest in dem vakuumgeformten isolierenden Faserelement 10
verankern. Die genaue Größe und Form der Öffnungen 20 des Gitters oder Stützelements 14 ist nicht von ausschlaggebender
Bedeutung. Es muß lediglich gewährleistet sein, daß die Fasern durch die Öffnungen und um die Metallabschnitte herum verlaufen
können. Auch die Form des Stützelements 14 insgesamt kann nach Wunsch variiert werden.
Die Stützelemente 14 müssen in angemessenem Abstand zu der heißen Oberfläche 22 des Faserelements 10 angebracht sein,
damit aufgrund der isolierenden Wirkung der feuerfesten Fasern ein hinreichender Temperaturabfall gewährleistet ist.
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Andererseits kann der Abstand der Stützelemente von der heißen Oberfläche 22 nicht so groß sein, daß die Wirksamkeit
der Abstützung der Stützelemente durch das dahinterliegende
Material verringert wird. Da die isolierenden Faserelemente in verschiedenen Stärken im Bereich von ca.
5 bis 15 cm (2 bis 6 Zoll) hergestellt werden, sollte der Abstand der Gitter oder Stützelemente von der heißen Oberfläche
annähernd 1/2 bis 2/3 der Stärke des Faserelements betragen.
Befestigungs- oder Verankerungsmittel 24 umfassen gemäß
der Zeichnung einen Bolzen 26 und eine Befestigungsscheibe 28. Anstelle dieser für sich bekannten Verankerungsmittel
können auch ähnliche Elemente wie Gewindestifte und entsprechende Muttern zur Befestigung verwendet werden.
In Fig. 2 ist durch strichpunktierte Umrißlinien ein herkömmliches Werkzeug 30 angedeutet, mit dem die Befestigungsscheibe
28 in ihre Arretierungsstellung gebracht wird. Die Befestigungsscheibe weist eine schlitzförmige
öffnung 32 auf, so daß sie in einer bestimmten Stellung über Kerben 34 des Bolzens 26 hinweggeschoben werden
kann. Nachdem die Befestigungsscheibe in eine Position gebracht wurde, in der sie an dem Stützelement 14 anliegt,
wird sie um 90 ° gedreht und dadurch in einer der Kerben verrastet. Nachdem das Faserelement mit Hilfe der oben beschriebenen
Verankerungsmittel befestigt wurde, wird ein aus dem gleichen Material wie das Faserelement 10 bestehender
Stopfen 36 in einen Abschnitt 18A der durchgehenden öffnung 18 des Faserelements 10 eingefügt. Im gezeigten Beispiel
ist der Durchmesser des Abschnitts 18A wesentlich größer als der Durchmesser des verbleibenden Abschnitts 18B der
öffnung 18 auf der anderen Seite des Stützelements 14. Im Falle einer Befestigung mit Hilfe der Befestigungsscheiben
28 muß der Abschnitt 18A der öffnung so groß sein, daß ge-
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nügend Freiraum zur Anbringung der Befestigungsscheibe 28 besteht.
Mit Vorteil ist der den Stopfen 36 aufnehmende Abschnitt 18A der öffnung verjüngt, so daß eine zuverlässige Abdichtung
mit Hilfe eines hitzebeständigen Zements gewährleistet ist. Am günstigsten ist zu diesem Zweck eine Verjüngung von etwa
1 ° bis 10 °. Der in entsprechender Weise verjüngte Stopfen 36 kann ebenfalls durch Vakuumform hergestellt sein und wird
mit Vorteil während des Formvorgangs mit einer Kappe 36A versehen. Durch die Kappe wird eine wirksame Abdichtung der
Öffnung des Abschnitts 18A und eine zusätzliche Isolation
über dem Bolzen 26 und der Befestigungsscheibe 28 gewährleistet. Darüberhinaus verringert diese Kappe die Schrumpfung
an der Teilungslinie. Wahlweise kann die Kappe jedoch abgeschnitten werden, damit man eine glatte innere Ofenwand erhält.
Erfindungsgemäß ist die Abstützfläche, an der die Verankerungsmittel
an dem Faserelement angreifen, erheblich vergrößert. Hierdurch wird eine größere mechanische Stabilität
der Befestigung der Faserelemente insbesondere bei am Dach des Ofens montierten Faserelementen erreicht. Durch die
erfindungsgemäßen Maßnahmen ist die Stabilität der Faserelemente 10 so groß, daß die Isolation am Dach des Ofens
flach ausgebildet sein kann,und nicht in herkömmlicher Weise durch eine Gewölbe- oder Bogenkonstruktion aus feuerfesten
Ziegeln oder dergleichen gebildet zu sein braucht.
Erfindungsgemäß sind die Verankerungsmittel 24 tief innerhalb des Faserelements 10 angebracht und dadurch vollständig geschützt.
Bei den Befestigungsmittel selbst kann es sich dagegen um herkömmliche Befestigungsmitteln handeln, so daß
keine zusätzlichen Kosten für speziell ausgebildete Befestigungsscheiben oder dergleichen entstehen.
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Die Erfindung bietet außerdem die bekannten Vorteile eines nachträglichen Anschweißens des Bolzens 26. Bei der
Installation wird somit zunächst das Faserelement 10 an der Ofenwand 12 angelegt und danach eine Schweißzange an die
Spitze 26A des Bolzens 26 angeklemmt. Der Bolzen 26 wird durch die öffnung 18 des Faserelements 10 und die Mittelöffnung
16 des Stützelements 14 gesteckt und mit Hilfe eines durch die Schweißzange gelieferten hinreichend hohen
Stromes an die Ofenwand 12 angeschweißt.
Claims (11)
1. Feuerfeste Auskleidung mit aus Fasermaterial bestehenden
Elementen und Befestigungseinrichtungen zur Befestigung der Elemente an einer Wand oder dergleichen, welche Befestigungseinrichtungen durch das betreffende Element verlaufende
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Bolzen und an den Bolzen verrastbare Arretierungselemente zur Festlegung des Elements umfassen, dadurch gekennzeichnet,
daß das Element ein einheitliches oder einkomponentiges Element (10) mit wenigstens einer durchgehenden
öffnung (18) für einen der Bolzen (26) ist, daß die
Befestigungseinrichtungen wenigstens ein innerhalb der öffnung (18) in das Element (10) eingebettetes gelochtes oder gitterförmiges
Stützelement (14) umfassen, an dem das Arretierungselement (28) angreift, und daß ein Stopfen (36) aus feuerfestem
Fasermaterial über dem von der Wand abgewandten Ende des Bolzens (26) in die öffnung (18) eingefügt ist.
2. Feuerfeste Auskleidung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das Stützelement (14) scheibenförmig
ausgebildet ist.
3. Feuerfeste Auskleidung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen (26) eine Anzahl
von Rastkerben (34) aufweist und daß das Arretierungselement eine mit den Rastkerben (34) des Bolzens (26) verrastbare
Befestigungsscheibe (28) umfaßt.
4. Feuerfeste Auskleidung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützelement (14) in situ in das Element (10) eingeformt ist.
5. Feuerfeste Auskleidung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
durchgehende öffnung (18) des Elements (10) einen ersten
Abschnitt (18B) von vorgegebenem Durchmesser an dem der Wand (12) zugewandten Ende und einen zweiten Abschnitt (18A) von
größerem Durchmesser an dem von der Wand (12) abgewandten Ende aufweist und daß der den Stopfen (36) dichtend aufnehmende
zweite Abschnitt (18A) verjüngt ist.
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6. Feuerfeste Auskleidung nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß eine von dem Bolzen (26) durchlaufene Mittelöffnung (16) des Stützelements (14)
im wesentlichen den gleichen Durchmesser wie der erste Abschnitt (18B) der öffnung (18) aufweist.
7. Feuerfeste Auskleidung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Länge des ersten Abschnitts (18B) der öffnung (18) annähernd ein Drittel der
Stärke des Elements (10) beträgt.
8. Feuerfeste Auskleidung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Stützelement
(14) an einer Schulter im Übergangsbereich zwischen den
Abschnitten (18A,18B) der öffnung (18) befindet.
9. Verfahren zur Herstellung einer feuerfesten Auskleidung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g ekennzeichnet,
daß das Auskleidungs-Element aus Fasermaterial geformt und beim Formen mit der durchgehenden
öffnung versehen wird, die mit einer Mittelöffnung des eingebetteten Stützelements fluchtet.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch g e k e η n-
zeichnet, daß das Auskleidungs-Element durch Vakuumformen
hergestellt wird und daß das Stützelement in situ in das Auskleidungs-Element eingeformt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch g e k e η nzeichnet,
daß sich an das Formen des Auskleidungs-Elements die folgenden Verfahrensschritte anschließen:
- Positionieren des Auskleidungs-Elements an der Wand,
- Einstecken eines Bolzens in die durchgehende öffnung
des Auskleidungs-Elements,
ter meer · Müller · steikmhister - Gesier'al Signal Corp. -LI-127-
- Anschweißens des Bolzens an die Wand mit Hilfe einer
am herausragenden Ende des Bolzens angreifenden Schweißzange,
- Aufstecken des Arretierungselements auf den Bolzen,
- Verrasten des Arretierungselements an dem Bolzen in einer Position, in der es innerhalb der durchgehenden öffnung
des Auskleidungs-Elements an dem Stützelement anliegt,
- Verschließen der durchgehenden öffnung mit einem aus
Fasermaterial geformten Stopfen.
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|---|---|---|---|
| US32038881A | 1981-11-12 | 1981-11-12 |
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