DE10160898A1

DE10160898A1 - Industrial furnace or oven has inner lining surrounded by additional vacuum insulation, avoiding local temperatures which could cause thermal deformation

Info

Publication number: DE10160898A1
Application number: DE2001160898
Authority: DE
Inventors: Jouri Pinaev; Gennadij Berner; Mikhail Lekakh
Original assignee: Individual
Current assignee: LEKAKH, MIKHAIL, 40223 DUESSELDORF, DE; PINAEV, JOURI, 40589 DUESSELDORF, DE
Priority date: 2001-12-12
Filing date: 2001-12-12
Publication date: 2003-06-26

Abstract

An additional layer of thermal insulation is implemented as a unitary, hollow, hermetic vacuum casing. It surrounds the refractory lining (1) externally. Its inner wall is located no more closely to the furnace interior (2) than the layer in which the casing material critical thermal deformation temperature is reached. Internal air pressure in the additional thermal insulation layer is no greater than 0.001 atmospheres. It partially or entirely encloses the lining material. Casings for furnaces of larger dimensions are made from individual vacuum segments or ring sections, fastened gaplessly together.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die konstruktiven Elemente von Industrieöfen, die in der metallurgischen und keramischen Industrie, bei der Produktion von Baustoffen, in den Wärmeversorgungssystemen, in der Nahrungsmittelindustrie, in den Laboranlagen (Öfen) verschiedener Bestimmung sowie in anderen Branchen verwendet werden. The invention relates to the structural elements of Industrial furnaces used in the metallurgical and ceramic industries at Production of building materials, in the heat supply systems, in the Food industry, various in the laboratory equipment (ovens) Determination as well as used in other industries.

Bekannt ist die Einrichtung des Futters von Industrieöfen (N. Yu. Taits. Die Berechnung von Erhitzungsöfen. Kiev. 1969), in welcher das feuerbeständige und wärmeisolierende Stoffe enthaltende Futter (1) um den Ofenarbeitsbereich (2) untergebracht ist und sich auf ein Fundament (4) stützt (siehe Fig. 1, Prototyp). Die Bestimmung des Futters ist, die vorgesehene Temperatur im Ofenarbeitsbereich durch Verhinderung der Wärmeausströmung durch das Mauerwerk aufrechtzuerhalten. It is known to set up the lining of industrial furnaces (N. Yu. Taits. The calculation of heating furnaces. Kiev. 1969), in which the lining ( 1 ) containing fire-resistant and heat-insulating substances is accommodated around the furnace working area ( 2 ) and on a foundation ( 4 ) supports (see Fig. 1, prototype). The purpose of the lining is to maintain the intended temperature in the furnace working area by preventing the heat from escaping through the masonry.

Die Temperatursenkung innerhalb des Futters (1) des Prototyps erfolgt laut der Graphik, die den Abschnitt a-c darstellt (siehe Fig. 2, Prototyp), wo:

- an der Abszissenachse der Wert der Ofenfutterdicke (OFD) bezeichnet wird;
- Toab - Wert des Temperaturniveaus im Ofenarbeitsbereich (Punkt a);
- Täof - Wert des Temperaturniveaus auf der äußeren Oberfläche (3) des Futters (Punkt c);
- Tu jd - Wert des jahresdurchschnittlichen Temperaturniveaus der Umwelt für die angegebene Region;
- Tu max - der Wert des maximalen Temperaturniveaus der Umwelt für die angegebene Region während der warmen Saison;
- Tu min - der Wert des minimalen Temperaturniveaus der Umwelt für die angegebene Region während der kalten Saison;

The temperature decrease inside the prototype's lining ( 1 ) is carried out according to the graphic which shows the section ac (see FIG. 2, prototype), where

- The value of the furnace lining thickness (OFD) is designated on the abscissa axis;
- Toab - value of the temperature level in the furnace working area (point a);
- Täof - value of the temperature level on the outer surface ( 3 ) of the feed (point c);
- Tu jd - value of the annual average environmental temperature level for the given region;
- Tu max - the value of the maximum temperature level of the environment for the specified region during the warm season;
- Tu min - the value of the minimum environmental temperature level for the specified region during the cold season;

Die Industrieöfen werden unter verschiedenen Klimabedingungen in Betrieb genommen, wobei die Schwankungen der Tagestemperaturen der Umwelt 20°C und mehr und die der Saisontemperaturen bis zu 70°C betragen können. Bekanntlich beeinflusst die Temperatur der Umwelt unmittelbar das Durchdringen der Wärme durch das Mauerwerk. Also wenn die Tu jd höher als die Täof ist, soll es keine Wärmeausströmung durch das Mauerwerk geben, und das Verhältnis, bei dem die Täof höher als die Tu jd ist, ist als Kennzeichen des Wärmeverlustes zu betrachten. Der Wärmeverlust kann nur durch die Zunahme der Futterdicke beseitigt werden, was eines bedeutenden Aufwandes an den Stoffen für das Futter (1) bedarf und damit auch der Verstärkung des Ofengerüstes, der Vergrößerung des Umgrenzprofils, des Gewichtes und des Wertes von Öfen. The industrial furnaces are put into operation under different climatic conditions, whereby the fluctuations in the daytime temperatures of the environment can be 20 ° C and more and those of the seasonal temperatures up to 70 ° C. As is known, the temperature of the environment directly affects the penetration of heat through the masonry. So if the Tu jd is higher than the Täof, there should be no outflow of heat through the masonry, and the ratio at which the Täof is higher than the Tu jd is to be regarded as an indicator of heat loss. The heat loss can only be eliminated by increasing the thickness of the lining, which requires a significant amount of material for the lining ( 1 ) and thus also the reinforcement of the furnace frame, the enlargement of the boundary profile, the weight and the value of ovens.

Darum wird solche Ofenfutterdicke ausgewählt, damit bei der Jahresdurchschnittstemperatur der Umwelt in der angegebenen Region die Wärmeverluste durch das Mauerwerk minimal sind (Tu jd ungefähr gleich so hoch wie Täof). That is why such a furnace lining thickness is selected so that the Average annual environmental temperature in the specified region Heat losses through the masonry are minimal (do about the same as high as Täof).

Auf der Fig. 2 wird ein Beispiel für die Wahl der Ofenfutterdicke für eine Region, die z. B. auf dem mittleren geographischen Durchschnittsbreitengrad liegt, wo Tud und Tu max mehr als 0°C betragen und Tu min weniger als 0°C. In diesem Fall muss die Dicke des Ofenfutters (3) optimal sein, wenn dessen Außenwand (3) entsprechend dem Punkt c der Graphik angelegt ist, wo Täof ungefähr gleich so hoch wie Tu jd ist, und der Wärmeverlust wird in einer gewissen Spanne der Tu um die Tu jd minimal sein. In FIG. 2, an example of the choice of the furnace lining thickness for a region z. B. is on the mean geographic latitude, where Tud and Tu max are more than 0 ° C and Tu min less than 0 ° C. In this case, the thickness of the furnace lining ( 3 ) must be optimal if its outer wall ( 3 ) is laid out according to point c of the graphic, where Täof is approximately the same height as Tu jd, and the heat loss becomes the Tu in a certain span to be minimal around Tu jd.

Beim Sinken der Tu bis zur Tu min (kalte Saison) entstehen Wärmeverluste, was der Graphik vom Punkt c bis zum Punkt d entspricht (Fig. 2). Die Wärmeverluste können in diesem Fall durch die Vergrößerung der Futterdicke bis zum Wert (5) beseitigt werden. When the Tu drops to Tu min (cold season), heat is lost, which corresponds to the graph from point c to point d ( Fig. 2). In this case, the heat losses can be eliminated by increasing the lining thickness up to the value (5).

Während der warmen Saison steigt die Tu auf die Tu max (vom Punkt c bis zum Punkt b der Graphik). Die Wärmeverluste bleiben aus, das Futtervolumen zwischen den Positionen (3) und (6) erweist sich dennoch als überschüssig. During the warm season, the Tu increases to the Tu max (from point c to point b of the graph). There is no heat loss, but the feed volume between positions ( 3 ) and ( 6 ) proves to be excess.

Die Aufgaben der Erfindung sind, die Energievorräte bei der Funktionierung des Ofens zu sparen und die Stoffaufwendung für die Einrichtung von dessen Futter zu verringern. The objects of the invention are the energy reserves in the Save functioning of the furnace and the material expenditure for the To reduce the establishment of its feed.

Die gestellten Aufgaben werden durch die Veränderung der Futterkonstruktion von Industrieöfen mit den charakteristischen Merkmalen, welche den jeweiligen Ansprüchen entsprechen, gelöst. The tasks are changed by the Lining construction of industrial furnaces with the characteristic Features that meet the respective claims solved.

Die Verbesserung von wärmeisolierenden Eigenschaften des Futters wird durch die Einfügung der zusätzlichen wärmeisolierenden Schicht (Fig. 3), ausgeführt als ein hohler hermetischer Ofenmantel (7), in seine Zusammensetzung sowie durch das Schaffen des Vakuums in dem letzteren mit dem Luftdruck, der 0,001 at nicht übersteigt, erzielt. Bei solchem Druck wird im Volumen des Ofenmantels die Anzahl der Luftmolekülen, welche die Wärme zwischen dessen Wänden übertragen, wesentlich verringert; folglich wird die Temperatur von dessen Außenwand (9) immer den Temperaturwert der Umwelt ausmachen, unabhängig von der Temperatur seiner Innenwand (8). Deswegen je näher der wärmeisolierende Ofenmantel (7) an die Arbeitszone des Ofens (2) angebracht ist, desto größer wird die Menge der gesparten Ofenfutterstoffe (10), die zwischen der Außenwand des wärmeisolierenden Ofenmantels (9) und der Außenkontur des Ofenfutters (3) des Prototyps untergebracht ist. Die erhöhten wärmedämmenden Eigenschaften des Ofenmantels (7) ermöglichen eine sichere Isolierung des Ofenfutters von der Umwelt. The improvement of the heat-insulating properties of the feed is carried out by inserting the additional heat-insulating layer ( Fig. 3), implemented as a hollow hermetic furnace jacket ( 7 ), into its composition and by creating the vacuum in the latter with the air pressure which is 0.001 at not exceeded. At such a pressure, the number of air molecules that transfer the heat between its walls is significantly reduced in the volume of the furnace jacket; consequently, the temperature of its outer wall ( 9 ) will always be the temperature value of the environment, regardless of the temperature of its inner wall ( 8 ). Therefore, the closer the heat-insulating furnace jacket ( 7 ) is to the working zone of the furnace ( 2 ), the greater the amount of furnace lining materials ( 10 ) saved between the outer wall of the heat-insulating furnace jacket ( 9 ) and the outer contour of the furnace lining ( 3 ) of the prototype. The increased heat-insulating properties of the furnace jacket ( 7 ) enable the furnace lining to be safely isolated from the environment.

Ofenfutterdicke (1), Umgrenzungsprofil und Stelle, wo der Ofenmantel (7) angebracht wird, werden konstruktiv gewählt. Die zulässige Dicke des Ofenfutters (1) wird durch die folgenden Erwägungen bestimmt: in der Dicke des Ofenfutters (1) gibt es eine Schicht (11) (siehe Fig. 3), deren Temperatur (Tkr) den Ofenmantel (7) zerstören, d. h. zur temperaturbedingten Deformation seines Stoffes und zum Vakuumverlust zwischen seinen Wänden (8) und (9) führen kann. Deswegen muss die Innenwand (8) des Ofenmantels (7) vom Ofenarbeitsbereich (2) nicht näher angebracht werden als die Schicht (11), deren Temperatur die Temperatur der kritischen Wärmedeformation ist. An welcher Stelle innerhalb des Ofenfutters die Schicht anzubringen ist, hängt von der Temperatur des Ofenarbeitsbereiches (2) (Toab), von den thermischen Charakteristiken des Futters (1) und von den Merkmalen der Wärmebeständigkeit des Ofenmantelstoffes (7) ab. Oven lining thickness ( 1 ), boundary profile and location where the furnace jacket ( 7 ) is attached are chosen constructively. The permissible thickness of the furnace lining ( 1 ) is determined by the following considerations: in the thickness of the furnace lining ( 1 ) there is a layer ( 11 ) (see FIG. 3), the temperature (Tkr) of which destroy the furnace jacket ( 7 ), ie can lead to temperature-related deformation of its material and to vacuum loss between its walls ( 8 ) and ( 9 ). Therefore, the inner wall ( 8 ) of the furnace jacket ( 7 ) from the furnace working area ( 2 ) need not be attached closer than the layer ( 11 ), the temperature of which is the temperature of the critical thermal deformation. The location of the layer in the furnace lining depends on the temperature of the furnace working area ( 2 ) (Toab), the thermal characteristics of the lining ( 1 ) and the characteristics of the heat resistance of the furnace casing material ( 7 ).

Aus der Temperaturgraphik (siehe Fig. 3) eines Ofens, der das Futter mit einer zusätzlichen thermoisolierenden Schicht, als einheitlicher hohler hermetischer Ofenmantel (7) ausgeführt, besitzt, ist es ersichtlich, dass die Temperatur innerhalb des Futters (1) von dem Wert des Temperaturniveaus des Ofenarbeitsbereiches (Toab) (Punkt a) bis zum Temperaturniveau der Innenwand (Tiw) des Ofenmantels (7) (Punkt e) sinkt, und danach bis zur Temperatur der Außenwand (Taw) des Ofenmantels, die folgende Werte annehmen kann:

- Punkt f der Graphik, bei Tu gleich Tu max,
- Punkt g der Graphik, bei Tu gleich Tu jd;
- Punkt h der Graphik, bei Tu gleich Tu min.

d. h. bis zur Temperatur der Umwelt. From the temperature graph (see Fig. 3) of a furnace that has the lining with an additional thermally insulating layer, designed as a uniform hollow hermetic furnace jacket ( 7 ), it can be seen that the temperature inside the lining ( 1 ) from the value of The temperature level of the furnace working area (Toab) (point a) drops to the temperature level of the inner wall (Tiw) of the furnace shell ( 7 ) (Point e), and then to the temperature of the outer wall (Taw) of the furnace shell, which can take the following values:

- point f of the graphic, with Tu equal to Tu max,
- point g of the graphic, with Tu equal to Tu jd;
- Point h of the graphic, with Tu equal to Tu min.

ie up to the temperature of the environment.

Die Ausführungsbeispiele werden auf Zeichnungen dargestellt und weiterhin wird deren ausführlichere Beschreibung angeführt. The exemplary embodiments are shown in drawings and their more detailed description is also given.

Dargestellt werden: Being represented:

Fig. 1 Konstruktion des Futters eines Industrieofens. (Querschnitt. Prototyp). Fig. 1 construction of the lining of an industrial furnace. (Cross section. Prototype).

Fig. 2 Temperaturgraphik des Futters eines Industrieofens (Fragment des Querschnittes. Prototyp). Fig. 2 temperature graph of the lining of an industrial furnace (fragment of the cross section. Prototype).

Fig. 3 Konstruktion des wärmeisolierenden Ofenmantels, der das Ofenfutter völlig umschließt (Querschnitt). Fig. 3 construction of the heat-insulating furnace jacket, which completely surrounds the furnace lining (cross section).

Fig. 4 Temperaturgraphik des Industrieofenfutters mit Verwendung des wärmeisolierenden Ofenmantels (Querschnitt). Fig. 4 temperature graph of the industrial furnace lining using the heat-insulating furnace jacket (cross section).

Fig. 5 Konstruktion des wärmeisolierenden Ofenmantels, der das Ofenfutter teilweise umschließt (Querschnitt). Fig. 5 construction of the heat-insulating furnace jacket, which partially surrounds the furnace lining (cross section).

Fig. 6 Konstruktion des wärmeisolierenden Ofenmantels, der nur das Futter des Ofenarbeitsbereiches umschließt (Tunnelbrennofen, Längsschnitt, Sicht von oben). Fig. 6 Construction of the heat-insulating furnace jacket, which only surrounds the lining of the furnace work area (tunnel kiln, longitudinal section, view from above).

Fig. 7 die Sektionskonstruktion des wärmeisolierenden Ofenmantels für einen Rechteckquerschnittofen. Fig. 7 shows the section construction of the heat-insulating furnace jacket for a rectangular cross-sectional furnace.

Fig. 8 die Sektionskonstruktion des wärmeisolierenden Ofenmantels für einen Ringofen Fig. 8 shows the section construction of the heat-insulating furnace jacket for a ring furnace

Die Erfindung kann in mehreren Varianten ausgeführt werden. The invention can be carried out in several variants.

In den neugebauten Öfen (siehe Fig. 3 und 4) wird das Futter (1) völlig durch den wärmeisolierenden Mantel (7), befestigt auf dem Fundament (4), umschlossen. In the newly built ovens (see Fig. 3 and 4), the lining ( 1 ) is completely enclosed by the heat-insulating jacket ( 7 ) attached to the foundation ( 4 ).

Bei der Rekonstruktion von schon bestehenden Öfen ist teilweises Umschließen des Ofenfutters zweckmäßig (siehe Fig. 5). Dabei umschließt der wärmeisolierende Ofenmantel (7) nur die obere Fläche und die Seitenflächen des Ofenfutters (1). Die Dicke der Ofenfutterschicht (1) von Wänden und Gewölbe wird bis zu dem Wert verringert, der den Schutz des Ofenmantelstoffes vor der Temperaturdeformation sichert. Die Dicke des Ofenfutters (1) zwischen dem Baden des Ofenarbeitsbereiches (2) und dem Ofenfundament (4) bleibt unveränderlich. When reconstructing existing furnaces, it is advisable to partially enclose the furnace lining (see Fig. 5). The heat-insulating furnace jacket ( 7 ) encloses only the upper surface and the side surfaces of the furnace lining ( 1 ). The thickness of the furnace lining layer ( 1 ) of walls and vaults is reduced to the value which ensures the protection of the furnace casing material from the temperature deformation. The thickness of the furnace lining ( 1 ) between the bathing of the furnace working area ( 2 ) and the furnace foundation ( 4 ) remains unchanged.

In den Öfen, in welchen die Temperatur im Ofenarbeitsbereich (2) ungleichmäßig verteilt ist, z. B. in den Tunnelöfen der keramischen oder der Brennproduktion (siehe Fig. 6). in denen das zu brennende Erzeugnis aufeinanderfolgend (wie von Pfeilen angezeigt) die Erhitzungs- (11), Brenn- (12) und Abkühlungszonen (13) passiert, umschließt die wärmeisolierende Schicht, ausgeführt als Ofenmantel (7), nur die Brennzone (12) des Ofens (siehe auch Fig. 4 und 5). In the furnaces in which the temperature in the furnace working area ( 2 ) is unevenly distributed, e.g. B. in the tunnel kilns of ceramic or firing production (see Fig. 6). in which the product to be burned successively (as indicated by arrows) passes through the heating ( 11 ), burning ( 12 ) and cooling zones ( 13 ), the heat-insulating layer, designed as a furnace jacket ( 7 ), only surrounds the burning zone ( 12 ) of the furnace (see also Fig. 4 and 5).

Bei den Rechteckquerschnittöfen von großem Umgrenzungsprofil (siehe Fig. 7) kann der wärmeisolierende Ofenmantel (7) aus einzelnen Typenvakuumsektionen (15) zur vollständigen Überdeckung des Ofenfutters nach dessen Breite sowie aus einzelnen Vakuumsektionen (16) zur vollständigen Überdeckung des Ofenfutters nach dessen Höhe bestehen. In the case of the rectangular cross-sectional furnaces with a large boundary profile (see FIG. 7), the heat-insulating furnace jacket ( 7 ) can consist of individual type vacuum sections ( 15 ) for completely covering the furnace lining according to its width and of individual vacuum sections ( 16 ) for completely covering the furnace lining according to its height.

Analogisch können die Ringöfen von großem Umgrenzungsprofil (siehe Fig. 8) aus den einzelnen Typenvakuumsektionen bestehen. Analogously, the ring furnaces with a large boundary profile (see FIG. 8) can consist of the individual type vacuum sections.

Derartig können auch die wärmeisolierenden Ofenmäntel für Öfen mit komplizierter Konfiguration ausgeführt werden. The heat-insulating furnace shells for stoves can also be used in this way complicated configuration.

Die Verwendung des wärmeisolierenden Ofenmantels schließt die Anwendung von spezieller Metallverkleidung des Ofens aus, und wenn nötig, können die Ofenmantelsektionen operativ ersetzt werden. The use of the heat-insulating furnace jacket excludes that Application of special metal cladding of the furnace, and if If necessary, the furnace jacket sections can be replaced surgically.

Die Verwendung des wärmeisolierenden Ofenmantels ermöglicht es:

- die Verausgabung von Energieressourcen um 5-8% zu verringern;
- die Verausgabung von Ofenfutterstoffen um 15-20% zu senken;
- den Energieaufwand für die Evakuation von Rauchgasen aus dem Ofen zu verringern;
- die Sanitärbedingungen der Produktion zu verbessern;
- die ökologischen Verhältnisse in der Produktionsregion zu verbessern.

The use of the heat-insulating furnace jacket enables:

- reduce the expenditure of energy resources by 5-8%;
- reduce the cost of furnace linings by 15-20%;
- reduce the energy expenditure for evacuation of flue gases from the furnace;
- improve the sanitary conditions of production;
- improve the ecological conditions in the production region.

Claims

1. Das feuerbeständige und wärmeisolierende Stoffe enthaltende Futter (1) von Industrieöfen, welches den Ofenarbeitsbereich (2) umschließt und sich auf das Fundament (4) stützt, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einer zusätzlichen wärmeisolierenden Schicht versehen ist, die als einheitlicher hohler hermetischer Vakuumofenmantel (6) ausgeführt ist, der von außen das Futter (1) umschließt, indem dessen Innenwand (7) nicht näher vom Ofenarbeitsbereich (2) untergebracht ist als die Schicht (10), deren Temperatur die Temperatur der kritischen Wärmedeformation für der Ofenmantelstoff darstellt. 1. The fire-resistant and heat-insulating material-containing lining ( 1 ) of industrial furnaces, which encloses the furnace working area ( 2 ) and is based on the foundation ( 4 ), characterized in that it is provided with an additional heat-insulating layer, which as a uniform hollow hermetic Vacuum furnace jacket ( 6 ) is carried out, which surrounds the lining ( 1 ) from the outside, in that the inner wall ( 7 ) is no closer to the furnace working area ( 2 ) than the layer ( 10 ), the temperature of which represents the temperature of the critical thermal deformation for the furnace jacket material ,

2. Das Futter von Industrieöfen nach P.1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenluftdruck der zusätzlichen Wärmeisolationsschicht, als einheitlicher hohler hermetischer Ofenmantel (6) ausgeführt, nicht höher als 0,001 at ist. 2. The lining of industrial furnaces according to P.1, characterized in that the internal air pressure of the additional heat insulation layer, designed as a uniform hollow hermetic furnace jacket ( 6 ), is not higher than 0.001 at.

3. Das Futter von Industrieöfen nach P.1, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Isolationsschicht, ausgeführt als einheitlicher hohler hermetischer Ofenmantel, die Ofenfutterstoffe (1) ganz oder teilweise schließt. 3. The lining of industrial furnaces according to P.1, characterized in that the additional insulation layer, designed as a uniform hollow hermetic furnace jacket, completely or partially closes the furnace lining materials ( 1 ).

4. Das Futter von Industrieöfen nach P.1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofenmantel für Öfen vor großem Außenmaß aus einzelnen Vakuumsektionen (14) und (15) oder Ringsektionen (16) besteht, die miteinander ohne Spalten befestigt sind. 4. The lining of industrial furnaces according to P.1, characterized in that the furnace jacket for furnaces in front of large external dimensions consists of individual vacuum sections ( 14 ) and ( 15 ) or ring sections ( 16 ) which are fastened together without gaps.