DE3003459A1

DE3003459A1 - Industrieofen mit auskleidungsplatten aus keramikfaser

Info

Publication number: DE3003459A1
Application number: DE19803003459
Authority: DE
Inventors: Masahiro Onishi
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1979-02-02
Filing date: 1980-01-31
Publication date: 1980-08-14
Also published as: DE3003459C2; JPS5832136Y2; GB2042699A; JPS55112698U; GB2042699B

Description

Patentanwälte Di pi.-1 ng. Curt Wallach Dipl.-Ing. Günther Koch Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 31. Januar I98O

Unser Zeichen: 1β 822 - K/Nu

Anmelders NGK INSULATORS, LTD₀

2-56,, SudachOj, Mizuho~ku
Nagoya* Japan

Titel? Industrieofen mit Auskleidungsplatten

aus Keramikfaser

Die Erfindung bezieht sich auf einen Industrieofen, der mit Keramikfaser-Auskleidungsplatten versehen ist.

Keramikfasern sind ein feuerfestes Material in Form von baumwolleartigen Fasern, die beispielsweise durch Elektroschmelzen einer Mischung erzeugt werden können, die aus Aluminiumoxid und Siliciumoxid als Hauptbestandteilen besteht, wobei die geschmolzene Mischung durch einen Luftstrom hoher Geschwindigkeit zur Erzeugung der Fasern geblasen wird.

Keramikfasern in Form einer Decke, eines Filzes oder einer Tafel, die durch Hinzufügung gewisser organischer Materialien zu der Keramikfaser erzeugt werden, sind kommerziell verfügbar. Die Keramikfaserplatten bzw. -tafeln haben derartige Charakteristiken, daß sie Temperaturen bis zu 1600⁰C widerstehen können, und sie besitzen einen kleinen Elastizitätsmodul, ein geringes gesamtes spezifisches Gewicht und geringe thermische Kapazität. Sie sind außerdem leicht von Gewicht und besitzen eine große Wärmeisolationsfähigkeit, so daß sie in den vergangenen Jahren eine weite Verbreitung erfahren haben als Auskleidungsplatten für verschiedene Typen von öfen für industrielle Anlagen.

Ein Anwendungsbeispiel von Keramikfaserplatten als Auskleidungsplatten eines Ofens ist in den Fig. 5 uncl 6 der Zeichnung als Stand der Technik beschrieben. Die Keramikfaser-Auskleidungsplatten 22, 23, 24 und 25 sind an der inneren Oberfläche eines aus Stahlplatten bestehenden

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Gehäuses 21 in zahlreichen Schichten angeordnet und es sind Bolzen 26 an der inneren Oberfläche des Gehäuses angeschweißt, die durch die Keramikfaser-Auskleidungsplatten 22, 23, 24 und 25 hindurchgeführt sind und auf deren vorderes Gextfindeende jeweils eine Mutter 26 aufgeschraubt ist, so daß die Keramikfaser-Äuskleidungsplatten 22, 23s 24 und 25 durch Anziehen der Muttern 27 gegen das Gehäuse verspannt i-rerden können_o Die Lagen aus Keramikfaserplatten, die der inneren Oberfläche des Gehäuses 21 näher liegen, besitzen im allgemeinen eine geringere Hitzebeständigkeit, und ihre Hitzebeständigkeit steigt an mit einer Annäherung an die innere Oberfläche des Ofens= Bei dieser Konstruktion sind Singflansche 29 mit einer topfförmigen Eindrückung 28 aus hitzebeständigem Material durch die Mutter 27 auf dem Bolzen 26 verspannt und in di@ topfartige Ausnehmung ist feuerfestes Material 30 eingefüllt, in der Weise, daß die Gewindeabschnitte der Bolzen 26 und die Muttern 27? die daraufgeschraubt sind, in diesem feuerfesten Material 30 eingebettet sind, um zu verhindern, daß Bolzenende und Muttern durch die Hitze beschädigt werden» Diese den Stand der Technik bildende Konstruktion hat gexfisse !fachteile„ Wenn im Betrieb der Ofen erhitzt wird und die Temperatur im Inneren auf einen Bereich zwischen 1250 und 15OO°G ansteigt, und wenn der Füllvorgang beendet ist, dann sinkt die Temperatur im Inneren auf einen niedrigen Pegel ab« Wenn das Ansteigen und Abfallen der Temperatur sich xfiederholt, dann werden die Keramikfaserplatten einer Expansion und Kontraktion unterworfen= Diese wiederholte Änderung in der Temperatur bewirkt eine graduelle Verminderung αer Dichte der Keramikfaser und die Dicke der Keramikfaser-Auskleidungsplatten wird vermindert» Mit einer Verminderung der Dicke der

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Keramikfaser-Auskleidungsplatten nimmt die Klemmkraft ab, die von den Bolzen 26 und den Muttern 27 auf die Keramikfaser-Auskleidungsplatten 22, 23, 24 und 25 ausgeübt wird, und sie wird zu gering, um diese Platten fest zusammenzuhalten. Infolgedessen wird ein Spalt zwischen den Auskleidungsplatten 22 und 23 und 24 und 25 sowie zwischen dem Gehäuse 21 und der äußersten Auskleidungsplatte 22 geschaffen und ebenso zwischen der innersten Auskleidungsplatte 25 und den Flanschscheiben 29. Dadurch kann unter hohem Druck stehendes Gas in diese Spalte eindringen und die warmeisolationswirkung vermindern, die durch die Auskleidungsplatten 22, 23» 24 und 25 bewirkt wird, wodurch eine thermische Beschädigung der Bolzen 26 und der Muttern 27 hervorgerufen werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der beschriebenen Nachteile einen mit Keramikfaser-Auskleidungsplatten versehenen Ofen zu schaffen, bei welchem mit Sicherheit eine Spaltbildung zwischen den Keramikfaser-Auskleidungsplatten infolge Temperaturänderungen im Inneren des Ofens vermieden wird, wodurch sich eine erhöhte Lebensdauer ergibt.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Auf diese Weise wird eine Spaltbildung'zwischen den Auskleidungsplatten mit Sicherheit vermieden, weil diese Platten gegen Federkraft eine freie Ausdehnung gewährleisten und bei der Kontraktion unter Federkraft gegen das Gehäuse vorgespannt bleiben. Auch Spalte zwischen den Auskleidungsplatten und dem Gehäuse werden vermieden.

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Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprächen«

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an= hand der Zeichnung beschrieben» In der Zeichnung zeigen;

Figo 1a, 1b, 2, 3 und 4 Teilschnittansichten verschiedener Aufbauten des erfindungsgemäßen Industrieofens ,

I"ig_o 5 eine Schnitt ansieht eines den Stand der Technik repräsentierenden Ofens mit Keramikfaser-Auskleidung,

Fig. 6 in größerem Maßstab einen Teilschnitt des Ofens gemäß Figo 5°

Anhand der Zeichnung x-rerden zunächst Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben= Figo 1 zeigt einen Aufbau nach der Erfindung, wobei mehrere Schichten von Keramikfaser-Auskleidungsplatten 2 an der inneren Oberfläche eines Gehäuses 1 einer Stahlplatte in der Weise angebracht sind, daß die Schichten der Keramikfaser=Auskleidungsplatten 2 von der inneren Oberfläche des Gehäuses 1 nach dem Inneren des Ofens hin eine steigende Feuerfestigkeit besitzen. Mehrere Löcher 3 niit einem Durchmesser zwischen 10 und 25 mm sind in den einzelnen Keramikfaserplatten 2 angeordnet, die quer durch die Platten hindurch verlaufen und einen geeigneten Abstand zueinander besitzen» Ein Tragbolzen 4· ist in jedes der Löcher 3 durch die Wand des Gehäuses 1 eingeführt und im inneren Ende ist eine

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Haltemutter 13 aufgeschraubt, um die Auskleidungsplatten 2 an Ort und Stelle zu halten. Die Trägerstange 4 trägt außen eine Schraubenfeder 5 an ihrem Basisteil 4¹ , um eine YorSpannkraft auf den Tragbolzen 4 und demgemäß auf die Auskleidungsplatten 2 auszuüben und um diese nach der inneren Oberfläche des Gehäuses 1.hin anzupressen. Die Schraubenfeder 5 stützt sich an einem Federteller 6 ab, der mit einer Mutter verbunden ist, die auf dem äußeren Teil 4¹ des Trägerbolzens 4 aufgeschraubt ist. Die Druckfeder 7 liegt dabei zwischen der Federplatte 6 und der Wandung des Gehäuses 1 und umschließt den Trägerzapfen 4. Die Federanordnung 5 bewirkt, daß durch die Vorspannkraft der Druckfeder 7 die Auskleidungsplatten 2 sich nach der inneren Oberfläche des Gehäuses 1 hin über dem Trägerzapfen 4 verschieben.

Die Feder dieser Federanordnung 5 braucht nicht unbedingt als Schraubenfeder ausgebildet zu sein. Fig. 1b zeigt eine Abwandlung, bei welcher eine Tellerfeder 7¹ anstelle der Schraubenfeder gemäß Fig. 1a verwendet wird.

Fig. 2 zeigt eine weitere abgewandelte Ausführungsform, wobei das Gehäuse 1 , die Auskleidungsplatten 2, die Löcher 3 und die Trägerbolzen 4 gleich jenen Fig. 1a ausgebildet sind. Jedoch weist hier die Federanordnung 5 eine Zugschraubenfeder 10 auf, die zwischen einer festen Platte 8, die mit dem Basisteil 4' des Trägerbolzens 4 verbunden ist, und einem festen Träger 9 angeordnet ist, der an der äußeren Oberfläche des Gehäuses 1 festgelegt ist. Die Zugfeder 10 bewirkt durch ihre Vorspannkraft, daß die Auskleidungsplatten 2 sich nach der inneren Oberfläche des Gehäuses 1 über die Trägerbolzen 4 bewegen und

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ständig gegen die Innenxfand vorgespannt sind ο

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figo 3 sind Gehäuse 1, Auskleidungsplatten 2, Trägerbolzen 4 -und Schraubenfeder 5 gleich denen gemäß Fig 1a» Das .;och 3 g^'äß Fig. 3 ist jedoch von dem Loch 3 gemäß Fig» 1a insofern unterschieden, als ein Teil des Loches 3? welches sich durch die Auskleidungsplatten 2 erstreckt und der Innenwandoberfläche des Gehäuses 1 näherliegt, durch ein Rohr 11 ersetzt wird, das sich durch die Auskleidungsplatten 2 erstreckt und an der äußeren Oberfläche des Gehäuses 1 festgelegt ist ο Durch Anwendung des Rohres 11 in einem Teil des Loches 3 wird bewirkt, daß die Belastung vermindert wird, die auf die Trägerbolzen 4 ausgeübt wird, weil das Rohr 11 einen Teil der Last dar Auskleidungsplatten 2 trägt, wobei trotzdem der Tragbolzen 4 in dem Loch 3 frei nach der inneren Oberfläche des Gehäuses 1 hin bexfeglich ist = Der Grund dafür, daß das Rohr nur in einem Abschnitt des Loches 3 verwendet wird, der näher der inneren Oberfläche des Gehäuses 1 liegt, ist darin zu sehen, daß die Beilegung der Auskleidungsplatten 2, die dem Inneren des Ofens an der inneren Oberfläche des Gehäuses 1 näherliegen, die durch die Yorspannkraft der Druckschraubenfeder bewirkt wird, erleichtert wird, und weil der Spalt, der zwischen dem Trägerbolzen 4 und dem Loch 3 gelassen ist, kleiner gehalten ist als der Spalt zwischen dem Trägerbolzen 4 und dem Rohr 11, x-jodurch wirksam ein Eindringen von Gas erhöhter Temperatur vermieden wird«

Die Konstruktion gemäß Figo 4 entspricht der Konstruktion gemäß Fig. 2 im Hinblick auf das Gehäuse 1, die Auskleiäungsplatten 2, den Trägerbolzen 4 und die Feder 5» Das

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Loch 3 ist jedoch ebenso wie das Loch. 3 der Konstruktion nach Fig. 3 i^· einem Abschnitt, der der inneren Oberfläche des Gehäuses 1 benachbarten Auskleidungsplatten 2 durch ein Rohr 11 ersetzt, welches an der Basis des Gehäuses 1 festgelegt ist. Durch dieses Rohr 11 wird die gleiche Wirkung erzielt wie durch das Rohr 11 bei der Ausführungsform nach Fig. 3·

Bei der Konstruktion gemäß Fig. 1a, 1b, 2, 3 und 4- liegt die Halteplatte 13 am vorderen Ende des Trägerbolzens 4 und sie ist als Mutter ausgebildet. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Form der Halteplatte beschränkt und die Halteplatte 13 kann erforderlichenfalls auch anders ausgebildet sein. Der Trägerbolzen 4 , die Halteplatte 13 und das Rohr 11 bestehen aus keramischem feuerfesten Material, um eine Beschädigung zu vermeiden, die durch die Gaserhitzung bei erhöhten Temperaturen auftreten könnte. Es sind jedoch auch andere Materialien aus wärmewiderstandsfähigem Material für diese Anwendung denkbar. Vorzugsweise wird das feuerfeste keramische Material benutzt, wenn die Temperatur im Ofen über 100O⁰C ansteigt, und Stahl oder andere metallische wärmewiderstandsfähige Materialien können benutzt werden, wenn die Temperaturen im Ofen unter 1000⁰C verbleiben. Außerdem haben bei dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel die Keramikfaser-Auskleidungsplatten 2, die näher nach der inneren Oberfläche des Gehäuses 1 hin liegen, einen relativ geringeren Grad an wärmefestigkeit als die Keramikfaser-Auskleidungsplatten 2, die näher dem Inneren des Ofens anliegen, wo sie dem Heißgasstrom ausgesetzt sind. Die Auskleidungsplatten 2, die näher der inneren Oberfläche des Gehäuses 1 liegen, können aus Calciumsilicat oder anderem

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Wärmeisoliermaterial bestehen, welches diese niedrigeren Temperaturen aushältο

Bei allen beschriebenen Ausführungsbeispielen werden die Keramikfaser-Auskleidungsplatten 2 von den Tragbolzen 4 gehaltert, die durch die Löcher 3 geführt sind, die in den Auskleidungsplatten 2 in Richtung ihrer Dicke verlaufen, und die Tragbolzen 4 sind an der inneren Oberfläche des Gehäuses 1 befestigt, und hierdurch ergibt sich ein ausgezeichnetes Verhalten im Hinblick auf Wärmewiderstandsfähigkeit und Isolation, und außerdem sind sie ge- ^fichtsmäßig leicht«, Daher können die Keramikf aser«Auskleidungsplatten 2 gemäß der vorbeschriebenen Bauart in zweckmäßiger Weise für Öfen der Keramikindustrie und zur Wärmebehandlung von Metallen Anxfendung finden, wobei das Innere des Ofens auf erhöhte Temperaturen aufgeheizt wird. Wenn der Ofen schnell aufgeheizt oder abgekühlt t-rerden soll, dann wird die Dicke der innersten Keramikfaser-Auskleidungsplatte vermindert und die benachbarten Schiehtplatten werden sukzessive in ihrer Dicke kleiner gehaltene Jedoch bewirkt die Schraubenfeder 5? die am Basisteil des Trägerbolzens 4- vorgesehen ist, die nach außen vorsteht und eine Vorspannkraft auf den Trägerbolzen 4 und demgemäß auf die Auskleidungsplatten 2 ausübt, um diese nach der inneren Oberfläche des Gehäuses 1 hin zu überführen, daß die Spalte vermieden werden, die sonst zwischen den Schichten der Auskleidungsplatten 2 infolge einer Verminderung der Dicke der Auskleidungsplatten 2 auftreten würden=

Demgemäß sind die Schichten der Auskleidungsplatten 2 gegen das Eindringen von Gasen hoher Temperatur geschützt

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•und das Gehäuse 1 ist gegenüber dem Einfluß von Gas hoher Temperaturen durch die ausgezeichnete Wärmeisolierung der Auskleidungsplatten 2 geschützt.

Durch Benutzung des Rohres 11 in einem Teil des Loches 3, welches in den Keramikfaser-Auskleidungsplatte^ in Richtung der Dicke verläuft, wird die Möglichkeit geschaffen, daß die auf den Tragzapfen 4 ausgeübte Last vermindert wird, und hierdurch wird die Möglichkeit geschaffen, daß der Trägerbolzen 4- sich glatt nach der inneren Oberfläche des Gehäuses 1 hin bewegt. Die Schraubenfeder 5 kann entweder als Druckfeder 7 ausgebildet sein, die über dem Tragbolzen 4 zwischen der an der Basis 4¹ des Trägerzapfens 4 fixierten Platte 6 und der äußeren Oberfläche des Gehäuses 1 abgestützt ist, wie dies aus Fig. 2 ersichtlich ist, oder es kann eine Zugfeder 10 Verwendung finden, die zwischen der festen Platte 8, die am Basisteil 4' des Trägerzapfens 4 befestigt ist, und dem festen Träger 9 ausgespannt ist, der an der äußeren Oberfläche des Gehäuses 1 fixiert ist, wie dies aus Fig. 4 hervorgeht. Obgleich die Schraubenfedern 5 gemäß Fig. 3 und 4 voneinander unterschieden sind, ist die Richtung der Vorspannkraft, in der die Schraubenfedern wirken, gleich. Sowohl die Druckschraubenfeder 7 als auch die Druckfeder 10 können bezüglich ihrer Elastizität derart eingestellt sein, daß sie auf die Ausdehnung der Eeramikfaser-Auskleidungsplatten 2 infolge Erwärmung und Zusammenziehung angepaßt sind, der sie bei ihrer Abkühlung unterworfen sind, bzw. im Hinblick auf die Ausdehnung des Gehäuses während der Erhitzung.

Wenn die Keramikfaser-Auskleidungsplatten 2 quadratisch

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gestaltet sind und eine Seitenlänge von 1 m haben und ihre Dicke 20 bis 30 mm beträgt, dann können diese Auskleichingsplatten mit ausgezeichnetem Erfolg in einem Ofen ho= her Kapazität benutzt nrerden, in dem Isolatoren großer Abmessungen aus speziellen Porzellanprodukten gebrannt werden, wenn die Locher 3 wie folgt ausgebildet werden;

Die Löcher 3 haben einen Durchmesser von 10 bis 25 mm, wobei ein Loch 3 ia der Mitte der quadratischen Auskleidungsplatte · 2 angebracht ist und zwei weitere Löcher 3 an jeder der vier Seiten in der Weise vorgesehen sind, daß sie auch jeweils an einer Seite der benachbarten Auskleidungsplatten 2

Beispiel

Ein.Ofen mit den verbesserten Keramikfaser-Auskleidungsplatten gemäß der Erfindung wurde mit einem Ofen verglichen, der mit Keramikfaser-Auskleidungsplatten gemäß dem Stande der Technik ausgerüstet war., Die Beschreibung der Öfen und die Bedingungen, unter denen die öfen betrieben wurden, sowie die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt:

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Erfindung

Stand der Technik

Beschreibung	(Fig. 1a)	(Fig. 6)
Wirksame Abmessun gen	1,4-5 m (Länge) 0,85 m (Breite) 1,45 m (Hohe)	do.
Wirksames Volumen des Ofens	1,8 m⁵	do.
Ofenwandaufbau	7 Schichten aus Keramikfaser- Auskleidungs- platten	do.
Gewicht der Ofenwand	33 kg/m²	do.
Material der Tragbolzen	Keramik	Hitzebeständiges Metall

Feuer bedingungen	130O⁰O Reduzierende Flammen	do. do.
Temperatur Atmosphäre

Betriebszeit

50 (bisher)

15

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Erfindung

Stand der Technik

Ergebnisse

Biegung der Tragbolzen

Beschädigung der Fasern

keine
keine

Geliäusebeschädigungen

Wartung

keine

Tr agz apfen-und !Faserplattenersatz konnte leicht bexfirkt werdenο

Lebensdauer

Über 250 Arbeitsgänge erwartet_o

Metalltragbolzen bogen sich

Das innenliegende Auskleidungsmaterial vrarde infolge des Eindringens der Flammen durch den Spalt beschädigte

Eindringende Flammen aus den Spalten verursachten eine Biegung und Oxidierung ο

Tragbolzenersatz konnte nicht leicht durchgeführt werden, weil sie verschweißt waren; ein Abschrauben der Ke ramikkappen von den Tragbolzen konnte nicht leicht bewirkt werden=

10 bis 15 Arbeitsgänge

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß die Erfindung die Nachteile bekannter öfen vermeidet, die mit Keramikfaser-Auskleidungsplatten versehen -waren» Der Ofen, der mit Keramikfaser-Auskleidungsplatten gemäß der Erfindung ausgestattet ist, hat einen sehr viel höheren praktischen Wert, da er eine längere Arbeitsdauer

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zwischen den einzelnen Wartungen ermöglicht und dann die Auswechslung einer großen Zahl von Platten leicht durch den erfindungsgemäßen Ausbau bewerkstelligt werden kann.

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Claims

Patentanwälte -Dipl.v-Ing. Gurt Wallach

Dipl.-Ing. Günther Koch

3003419 Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 33. ο Januar I98O

Unser Zeichen: 15 822

Patentansprüche

1. Ofen mit einer Auskleidung aus Keramikfaserplatten, -die in mehreren Schichten an der inneren Oberfläche des Ofengehäuses befestigt sind, dadurch g e kennzeichnet , daß mehrere Löcher (3) in dem Keramikfaser-Auskleidungsplatten (2) angeordnet sind, die sich in Richtung der Dicke der Auskleidungsplatten erstrecken, daß in diese Löcher Trägerbolzen (4) eingeschoben sind, die am Basisende an der äußeren Oberfläche des Gehäuses (1) befestigt sind, und daß Mittel am Basisabschnitt der Trägerbolzen (4-) angeordnet sind_? um die Keramikfaser-Auskleidungsplatten (2) nach der inneren Oberfläche des Gehäuses über den Trägerbolzen (4-) hin vorzuspannen»

2. Ofen nach Anspruch 1_S dadurch gekennzeichn e t , daß die Vorspannmittel aus einer Feder (7_S 7') bestehen=

ο Ofen nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η -

zeichnet , daß die Jeder als Schraubenfeder (7; 10) ausgebildet ist.

4. Ofen nach Anspruch 3j dadurch gekennzeichnet , daß die Schraubenfeder an einem auf dem Trägerbolzen (4·) fixierten Eederteller (6) und dem Gehäuse (1) auf den Bolzen (4) als Druckschraubenfeder aufgezogen ist.

5· Ofen nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß die Schraubenfeder an einer fest mit dem Gehäuse (1) verbundenen Platte (9) und an einem Federteller (8) am Basisabschnitt des Trägerzapfens (4) verankert und als Zugfeder ausgebildet ist.(Mg. 2).

6. Ofen nach einem der Ansprüche 3 bis 5» dadurch gekennzeichnet , daß die Löcher (3) eines der Gehäusewand (1) anliegenden Teils der Platten (2) von einem Rohr (11) durchsetzt sind, das in der Gehäusewand verankert ist und jeweils einen Trägerbolzen (4) führt.

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