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Futter für wassergekühlte Schachtöfen Schachtöfen mit wassergekühltem
Mantel sind in verschiedener Form bekannt. Heißwindkupolöfen mit wassergekühltem
Schmelzzonenmantel können ohne Unterbrechung mehrere Wochen betrieben werden. Besteht
der Eiseneinsatz solcher Öfen ganz oder zum Teil aus Stahlschrott, so bilden sich
mit der Zeit oberhalb der Ofenwinddüsen an der gekühlten Ofenwand Ansätze aus verschweißten
Stahlstücken. Die Ansätze erreichen nach längerer Betriebszeit eine Dicke von etwa
500 mm und eine Höhe von etwa 2000 mm und bilden einen zusammenhängenden, relativ
kompakten Zylindermantel, der den lichten Ofenquerschnitt stark vermindert und dessen
Beseitigung hohe Kosten verursacht.
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Während des Aufbaues der Ansätze ändert sich das Ofenprofil stetig,
so daß keine stabilen Betriebsverhältnisse erzielt werden können. Bei der Bildung
der Ansätze verursacht das anschweißende Material einen überhöhten Kühlwasserverbrauch,
da die im oberen Ofenschacht hocherhitzten Stahlstücke ihre Wärme durch die Wand
wieder abgeben.
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Zur Erzielung eines stabilen Ofenganges könnte man den lichten Ofenmanteldurchmesser
etwa 1.000 mm größer als notwendig vorsehen. Wenn sich dann nach etwa zwei Wochen
die Gleichgewichtsdicke der Ansätze eingestellt hat, könnte man mit dem gewollten
Ofenprofil weiterarbeiten. Dieses Verfahren wäre zeitraubend und hätte einen großen
Kühlwasserverbrauch zur Folge.
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Der Erfindungsgedanke geht davon aus, daß Ansätze mit Sicherheit vermieden
werden, wenn eine äquivalente Ausfütterung vor der Inbetriebnahme des Ofens vorgenommen
wird, so daß Gleichgewicht zwischen dem Wärmeübergang an der Futterinnenseite und
der Wärmeleitung des Futters besteht.
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Die Futterstärke ist abhängig von der Wärmeleitfähigkeit des Futtermaterials
in radialer Richtung. Keramisches Material ergibt mit seiner geringen Wärmeleitfähigkeit
so geringe Futterstärken, daß keine genügende Standfestigkeit besteht. Metallisches
Material ergibt unwirtschaftlich große Futterstärken. Da nur die Wärmeleitfähigkeit
des Futters in radialer Richtung Einfluß auf die Futterstärke hat, kann durch abwechselnde
Lagen von metallischem und keramischem Material und Abstimmung der Schichtdicken
innerhalb der gegebenen Grenzen jede beliebige mittlere Wärmeleitfähigkeit und entsprechende
Futterstärke erzielt werden. Es ist nach dem Erfindungsgcdanken also möglich, eine
Futterstärke zu wählen, die dem Futter ausreichende Standfestigkeit verleiht, ohne
außergewöhnlich kostspielig zu sein.
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Im einfachsten Falle ließe sich ein erfindungsgemäßes Futter aus Stampfmasse
herstellen, in die während des Ausstampfens Metalldrähte zum Ofenmantel hin in radialer
Richtung und in vorbestimmter Zahl und Verteilung eingelegt würden. Erfindungsgemäß
werden jedoch zur Herstellung des Futters gußeiserne Platten vorgeschlagen, die
einseitig in radialer Richtung verrippt sein sollen. Die Zwischenräume können durch
besondere Formgebung der Verrippung so gestaltet sein, daß die in sie eingestampfte
Masse nicht herausfallen kann. Durch die Wahl der Plattendicke im Verhältnis zur
Rippenhöhe kann die radiale Wärmeleitfähigkeit an die örtlichen Erfordernisse angepaßt
werden.
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Es ist bereits bekannt, einen Hochofenschacht mit einem relativ schwachen
Schamottefutter auszurüsten, das durch gußeiserne Rippen gehalten wird, wobei die
Rippen bis zur inneren Schachtoberfläche reichen, somit also mit der Ofenatmosphäre
direkten Kontakt haben. Durch die Halterippen wird die Schamotteauskleidung von
etwa 60 mm Stärke in relativ große Felder aufgeteilt. In einigem Abstand von den
Rippen entspricht die Wärmedämmung der einer unverrippten Wand, so daß das Schamottefutter
bis auf etwa 10 mm Stärke abschmilzt und deshalb die Festigkeit gegenüber den Beanspruchungen
durch das niedergehende Gut und Wärmeschocks zu gering ist. In unmittelbarer Nähe
der Rippen findet eine starke Wärmeabfuhr wegen der metallischen Wärmeleitung statt,
wodurch sich Ansätze ausbilden, die ein unregelmäßiges Nachrutschen der Gichten
zur Folge haben. Diese bekannte Maßnahme, das relativ dünne Schamottefutter mittels
gußeiserner Rippen, die bis in den Ofenraum hineinreichen und die Futterwand in
relativ große Felder unterteilen, zu haltern, führt also nicht zu einer mittleren
Wärmeleitfähigkeit der Futterwand,
sondern zu Zonen sehr hoher und
Zonen sehr geringer Wärmeleitfähigkeit. Die Schachtwand verliert dadurch sehr bald
ihre ursprüngliche glatte Oberfläche, weil in den Zonen geringer Wärmeleitfähigkeit
die Masse ausschmilzt und sich in den Zonen guter Wärmeleitfähigkeit starke Ansätze
bilden. Bei diesem bekannten Hochofenfutter besteht also auch eine teilweise metallische
Wärmeleitung zum Kühlwasser hin, ohne daß dadurch jedoch ein Vorteil erzielt würde,
denn es handelt sich um Rippen, die das Futter festhalten sollen.
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Gegenüber diesem bekannten Futter sind beim Erfindungsgegenstand die
Dicken der keramischen Schichten so auf die Futterstärke abgestimmt, daß sich für
die gesamte Wand eine mittlere Wärmeleitfähigkeit ergibt; denn die keramischen Schichten
sind dünner als die Futterstärke. Die vom keramischen Teil des Futters aufgenommene
Wärme findet deshalb von allen Stellen der Ofeninnenfläche aus den kürzesten Weg
durch die metallischen Rippen, so daß tatsächlich eine mittlere Wärmeleitfähigkeit,
die nur unwesentlich von Ort zu Ort schwankt, für die Wärmeabfuhr maßgebend ist.
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Die Abb.1 und 2 zeigen einen erfindungsgemäßen Eisenstein, dessen
Platte 1 mit Rippen 2 besetzt ist. Die Rippen 2 sind vorzugsweise schlangenförmig
ausgebildet, so daß die Lücken 3, die mit Stampfmasse gefüllt werden, diese festhalten.
Die Eisensteine sind für runde Öfen etwa keilförmig und können so zu einem geschlossenen
Ring zusammengelegt werden.
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Die Abb. 3 zeigt die Anordnung der Eisensteine nach Abb.1 und 2 im
Innern eines konischen Schmelzzonenmantels 4. Die Stampfmasse 5 kann von oben in
die Eisensteine eingefüllt werden. Zwischen den Eisensteinen und dem Schmelzzonenmantel
4 kann zweckmäßigerweise ein wärmeleitfähiges Material, zum Beispiel Metallspäne
6 eingestampft werden. Die Abb. 4 zeigt einen erfindungsgemäß ausgemauerten Schachtofen.
Der konische Schmelzzonenmantel 4 ruht auf dem Gestell 7 und trägt den Schacht B.
Gestell 7 und Schacht 8 sind in üblicher Weise ausgemauert. Oberhalb der Ofenwinddüsen
9 ist der Schmelzzonenmantel 4 mit erfindungsgemäßen Eisensteinen ausgefüttert.
Von außen wird der Schmelzzonenmantel4 zum Beispiel durch ein Wasserrieselrohr 10
gekühlt.