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Feuerfeste Deckenkonstruktion und feuerfester Stein für deren Zustellung
bei Siemens-Martin-Öfen od. dgl. Die Erfindung bezieht sich auf verbesserte feuerfeste
Deckenkonstruktionen und auf feuerfeste Steine für deren Zustellung.
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Ein Ziel der Erfindung besteht darin, eine basische, feuerfeste Decke
zu schaffen, die unter den schweren Arbeitsbedingungen, die in einem Siemens-Martin-Ofen
für die Stahlherstellung oder in anderen ähnlichen Öfen, die bei hohen Temperaturen
betrieben werden, vorherrschen, einen besseren Betrieb ergibt.
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Weitere Ziele der Erfindung sind darin gelegen, einen rascheren Aufbau
einer basischen, feuerfesten Decke von der Form eines Bogengewölbes zu ermöglichen
und die Haltbarkeit einer solchen Decke zu erhöhen.
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Schließlich zielt die Erfindung auch darauf ab, eine Decke zu schaffen,
deren Reparatur leicht und auf einfache Weise sogar während des Ofenbetriebes erfolgen
kann.
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Zum Erreichen der angeführten Ziele wird nun eine für Siemens-Martin-Öfen
oder ähnliche, bei hohen Temperaturen betriebene Öfen bestimmte feuerfeste Deckenkonstruktion
in Form eines Gewölbes mit im Abstand voneinander angeordneten Widerlagern, in welcher
sich feuerfeste Steine über das Gewölbe in Bogenform erstrecken und zumindest teilweise
an den Widerlagern abgestützt sind, vorgesehen, welche dadurch gekennzeichnet ist,
daß zwischen Reihen von Gewölbesteinen Trägerplatten vorgesehen sind, die sich in
Richtung von einem Widerlager zum anderen Widerlager erstrecken und in radialer
Richtung an den kalten Steinenden über die Gewölbesteine hinausgehen, und daß zumindest
mit einigen der Steine Hänger verbunden sind, die sich bis zu den Trägerplatten
erstrecken und an diesen an deren kalten Enden gehaltert sind.
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In dieser Deckenkonstruktion erfolgt während des Ofenbetriebes eine
Umsetzung des feuerfesten Steinmaterials mit dem Metall, aus welchem die Trägerplatten
bestehen, und dadurch kommt es auf alle Fälle zumindest an den unmittelbar an der
Gewölbeinnenseite und somit an der Feuerseite gelegenen Stellen zu einer festen
Verbindung zwischen den einzelnen Steinen und den Trägerplatten. Auf diese Weise
entsteht zumindest unmittelbar an der Feuerseite ein zusammenhängendes monolithisches
Gebilde bzw. eine Einheit aus den Trägerplatten und den feuerfesten Steinen, und
die Decke als solche wächst zu einer in sich starren Einheit zusammen.
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Es ist hier festzuhalten, daß eine praktisch starre Deckeneinheit
nach dem Stand der Technik z. B. auch dann erreicht werden kann, wenn in den Fugen
zwischen den einzelnen Steinen lose Metallplatten eingelegt sind oder wenn für den
Aufbau der Decke blechummantelte Steine verwendet werden. Eine praktisch starre
Deckeneinheit ist für sich allein aber nun für den Ofenbetrieb noch nicht ausreichend,
sondern es ist auch zu berücksichtigen, wie sich eine solche Decke bei Änderungen
der Temperatur bzw. bei einer lokalisierten Konzentration von Spannungen verhält.
Temperaturänderungen bzw. Spannungskonzentrationen können entweder ein Steigen von
Decken mit einem gegebenenfalls damit verbundenen Ausknicken bzw. Ausbauchen bewirken,
oder aber sie können ein Senken der Decke bzw. von Deckenteilen zur Folge haben.
Bei den erwähnten bekannten starren Decken kann es durchaus zu einem Steigen und
somit zu Ausbauchungen bzw. Ausknickungen kommen, weil die einzelnen Steine gegen
ein Ansteigen in keiner Weise gesichert sind. In den Decken gemäß der Erfindung
hingegen sind die Trägerplatten in fester Lage gehaltert, so daß sie sich weder
nach oben, noch nach unten zu bewegen können. Dadurch ist auf keinen Fall ein Absinken
der Steine gegen das Ofeninnere zu möglich, und auch ein Steigen der Steine ist
praktisch ausgeschlossen, weil sie mit den fest verankerten Trägerplatten zu einer
monolithischen Einheit verwachsen
sind. Es kann höchstens zu einem
ganz geringfügigen Steigen der Decke kommen, wobei diese Höhenänderung aber durch
die Elastizität der Trägerplatten aufgenommen wird.
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Das bezüglich des Steigens der üblichen starren Decken Ausgeführte
gilt in gleicher Weise für die ferner bekannten Ofendecken, die quer über den Ofen
verlaufende Steinfolgen aufweisen, die Gruppen bilden, denen je ein Tragglied zugeordnet
ist, welches über ein Verbindungsglied an dem oberhalb der Ofendecke und im Abstand
von ihr verlaufenden Ofengerüst aufgehängt ist, wobei jede Steingruppe in der Ofendecke
unabhängig von ihrer benachbarten Gruppe abhebbar ist. Auch bei Verwendung einer
aus zwei Gruppen von Trägern bestehenden Hängekonstruktion, bei der einerseits starre
Hauptträger und andererseits Hilfsträger vorliegen, welche die Hängeeisen tragen
und durch Biegung oder Knikkung derart in sich verstellbar sind, daß durch die Verstellung
ein Nachspannen der Hängeeisen erfolgen kann, können Ausbauchungen bzw. Ausknickungen
von Hängegewölben nicht verhindert werden. Darüber hinaus hat die Deckenkonstruktion
gemäß der Erfindung gegenüber den beiden zuletzt erörterten Konstruktionen die Vorteile,
daß sie wesentlich einfacher ist, einen erheblich geringeren Materialaufwand erfordert
und daher viel leichter und billiger ist, und daß auch ihre Zustellung einfacher
und rascher erfolgen kann: ferner können in den Decken gemäß der Erfindung abgenutzte
Steine ohne Unterbrechung des Ofenbetriebes entfernt und durch kurze neue Steine
ersetzt werden, die lediglich mittels der Hänger an den Trägerplatten aufgehängt
zu werden brauchen.
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Die Erfindung wird nun im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
näher erläutert, ohne jedoch auf diese Ausführungsformen beschränkt zu sein.
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In den Zeichnungen sind nur einige wenige der zahlreichen Ausführungsformen,
in welchen die Erfindung ausgeführt werden kann, dargestellt, wobei die gezeigten
Formen vom Standpunkt der Leichtigkeit der Darstellung, einer zufriedenstellenden
Arbeitsweise und einer klaren Erläuterung der vorliegenden Grundgedanken ausgewählt
worden sind.
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F i g. 1 ist ein schematischer Querschnitt eines Bogengewölbes gemäß
der Erfindung. Auf der rechten Seite von F i g. 1 sind nur die obere Tragkonstruktion,
die Niederhalteeinrichtungen, die Träger und die Trägerplatten gezeigt, wogegen
im linken Teil von F i g. 1 auch die Gewölbesteine und die Hänger dargestellt sind.
Es ist natürlich zu verstehen, daß bei einem vollständigen Gewölbe der auf der rechten
Seite dargestellte Teil in der gleichen Weise aufgebaut ist wie der auf der linken
Seite dargestellte Teil.
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F i g. 2 zeigt in größerem Maßstab einen teilweisen Radialschnitt
nach der Linie II-II in F i g. 1; F i g. 3 ist eine teilweise Endansicht von F i
g. 2; F i g. 4 ist eine vergrößerte Teilansicht von F i g. 1 und stellt den Brückenverbinder
bzw. die tJberbrükkungsverbindung bei einem Träger dar; F #_i g. 5 stellt einen
teilweisen Schnitt nach Linie V-V in F i g. 1 dar und zeigt die Niederhalteeinrichtung;
F i g. 6 ist ein teilweiser Schnitt einer Trägerplatte und der Gewölbesteine in
einer Ebene parallel zu der Zeichenebene in F i g. 1 und zeigt die Verwendung von
Asbesteinlagen an den heißen Steinenden außerhalb der oxydierbaren, metallischen
Platten auf den Radialflächen der Steine; F i g. 7 gibt in größerem Maßstab eine
Teilansicht wieder. die einem Teil von F i g. 1 entspricht, zeigt jedoch eine abgeänderte
Ausführungsform; F i g. 8 ist ein teilweiser Schnitt nach der Linie VIII-VIII in
F i g. 7; F i g. 9 ist eine Draufsicht eines Teiles der Konstruktion gemäß den F
i g. 7 und 8, wobei die Steine und Aufhängelaschen dargestellt und die Träger und
Hänger weggelassen sind; F i g. 10 ist eine Ansicht ähnlich der Ansicht von F i
g. 7 und bezieht sich auf eine weitere Abänderung; F i g. 11 ist eine Draufsicht
auf einen Teil der Konstruktion gemäß F i g. 10, wobei die Träger und Hänger weggelassen
sind; F i g. 12 ist eine schaubildliche Ansicht eines einzelnen feuerfesten Gewölbesteines
gemäß der Erfindung; F i g. 13 ist eine Seitenansicht eines Gewölbesteines gemäß
F i g. 12; F i g. 14 stellt schaubildlich eine U-förmige, oxydierbare, metallische
Platte dar, wobei am heißen Steinende zwischen dem feuerfesten Material des Steines
und der Platte ein Einlagematerial aus Asbest vorliegt; F i g. 15 ist eine Ansicht
ähnlich der von F i g. 14 und zeigt eine Abänderung. bei der sich das Einlagematerial
aus Asbest über die gesamte Länge des Steines an der Innenseite der Platte erstreckt.
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In den Zeichnungen, von welchen zuerst die F i g. 1 bis 6 mit den
feuerfesten Steinen gemäß den F i g. 12, 13 und 14 berücksichtigt werden sollen,
stellt 20 einen Ofen, zweckmäßig einen Siemens-Martin-Ofen dar, der eine
Vorderwand 21, eine Rückwand 22 und eine Bogengewölbedecke 23 aufweist, die in der
Längsrichtung des Ofens verläuft. An der Vorderwand 21 befindet sich ein Armierungsträger
24, der ein Vorderwandwiderlager 25 abstützt; an der Rückwand liegt ein Armierungsträger
26 vor, der das rückwandseitige Widerlager 27 abstützt. Diese Widerlager verlaufen
über die ganze Länge des Ofens und stützen die Gewölbesteine zumindest teilweise
ab.
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Zwischen den Widerlagern erstreckt sich eine Anzahl von Reihen von
keilförmigen Steinen 28, die wünschenswerterweise von der in den F i g. 12, 13 und
14 dargestellten Art sind. Jeder dieser Steine weist eine feuerfeste Masse 30 von
basischem, feuerfestem Material, zweckmäßig Chromit, Magnesia, Chrommagnesit oder
Magnesitchrom, von der in den früheren amerikanischen Patentschriften von Heuer
beschriebenen Art auf. Der Stein enthält auf jeden Fall mindestens 10 Gewichtsprozent
Magnesia. Ferner ist eine vorzugsweise mit dem feuerfesten Material mitverpreßte
U-förmige, oxydierbare, metallische Platte 31 vorhanden, die eine Basis 32 des
U
und U-Schenkel 33 aufweist. Die Basis der U-förmigen Platte ist auf einer
Hauptseitenfläche 34 des Steines angeordnet und erstreckt sich vorzugsweise über
die gesamte Steinlänge und auf jeden Fall über den größeren Teil der Fläche, und
die Schenkel des U befinden sich auf kleineren Seitenflächen 35 des Steines
und gehen über den überwiegenden Bereich der kleineren Seitenflächen. Parallel zu
der größeren Seitenfläche 34 liegt eine größere Seitenfläche 36 vor,
die
mit einer oxydierbaren, metallischen Platte 37 versehen ist, die sich vorzugsweise
über den gesamten Bereich und auf jeden Fall über den überwiegenden Bereich erstreckt.
An der Platte 37 sind zweckmäßig Innenplatten 38 angebracht, die in das Innere des
Steines eingepreßt sind und über den überwiegenden Teil des Querschnittes vorliegen.
Die Innenplatten 38 weisen vorzugsweise eine U-Form auf, und die Basis des
U ist, beispielsweise durch Punktschweißung bei 41, mit der Platte 37 verbunden.
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Um eine bessere Verankerung der Schenkel 33 des U zu gewährleisten,
sind zweckmäßig aus den Schenkeln des U Vorsprünge bzw. Zungen 42 ausgestanzt
und in dem feuerfesten Material durch Mitverpressen eingebettet.
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Die Platte 31 hat am kalten Steinende wünschenswerterweise eine Aufhängelasche
43, die mit einer Hängeöffnung 44 für den Eingriff eines Hakens versehen und zweckmäßig
an der Platte, beispielsweise durch Punktschweißung bei 45, befestigt ist. Nach
dem Verpressen liegt die Aufhängelasche 43 zweckmäßig bündig mit dem Ende des Steines,
wird jedoch später aufgebogen, so daß sie sich in radialer Richtung oder in der
Längsrichtung des Hängers erstreckt.
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Wie wohl bekannt ist, sind alle der oxydierbaren, metallischen Platten
verhältnismäßig dünn und haben zweckmäßig eine Dicke zwischen etwa 0,793 und 6,35
mm und bestehen wünschenswerterweise aus einfachem Kohlenstoffstahl oder schwach
legiertem Stahl, beispielsweise Stahl der Type AISI 1010 oder 1035. Die oxydierbare,
metallische Platte oxydiert und reagiert mit dem basischen, feuerfesten Material,
wie dies auf diesem Gebiet bekannt ist.
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Bei der in den F i g. 7 bis 11 gezeigten Konstruktion gemäß der Erfindung
verlaufen die Innenplatten 38 nicht radial, und es wird daher durch ihre Reaktion,
die dazu neigt, eine Gegenwirkung gegen die Wirkung der Ausdehnung, wenn sich die
Platten in radialer Richtung erstrecken, hervorzurufen, kein Vorteil erhalten. Es
ist daher bei der bevorzugten Ausführungsform wichtig, zumindest in gewisse Radialfugen
am heißen Ende Einlagematerial aus Asbest od. dgl. einzubringen, das zum Ausgleich
des Wachsens dient, wenn die metallischen Außenplatten oxydieren und reagieren.
Selbst dann, wenn sich Innenplatten in der radialen Richtung erstrecken wie in F
i g. 1, ist es zweckmäßig, Asbesteinlagen an den heißen Enden eins jeden zweiten
Steines, wie dies bei 46 dargestellt ist, einzubringen, und diese Asbestplatten
sind in F i g. 6 außen auf die Platten in den Radialfugen angewendet dargestellt,
wobei sie sich nur etwa über ein Viertel bis ein Sechstel des Abstandes vom heißen
Steinende zum kalten Steinende erstrecken.
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Bedauerlicherweise wird das Einlagematerial aus Asbest, wenn es außen
angewendet wird, bei der Zustellung wahrscheinlich abgescheuert und zerstört, und
es ist schwierig, Steine mit einem Asbesteinlagematerial, das mit Hilfe eines Zementes
oder auf andere Weise auf die Radialflächen an der Außenseite aufgebracht ist, zu
versenden.
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Es ist daher in den F i g. 12, 13 und 14 eine Schicht von Asbesteinlagematerial
46' dargestellt, die sich zwischen dem feuerfesten Material und der Metallplatte
nahe dem heißen Ende an der Innenseite der Platte erstreckt und in Lage mitverpreßt
ist. Dies wird zweckmäßig dadurch erreicht, daß das Einlagematerial aus Asbest vor
dem Verpressen zum Stein auf die Platte aufgebracht wird. Das Einlegematerial aus
Asbest kann gegebenenfalls mit Hilfe eines Zementes an der Platte befestigt werden.
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In manchen Fällen erstreckt sich das mitverpreßte Einlagematerial
46" aus Asbest, wie dies in F i g. 15 gezeigt ist, über die gesamte Radialfläche
des Steines an der Innenseite der Platte und ist in Lage mitverpreßt. Die in den
F i g. 12, 13 und 14 dargestellten Steine werden vorzugsweise bei den in den F i
g. 7 bis 11 gezeigten Ausführungsformen verwendet.
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Zwischen gewissen Reihen der Gewölbesteine, die sich in Richtung von
einem Widerlager zum anderen Widerlager hin erstrecken, sind metallische Trägerplatten
47, vorteilhaft aus Stahl, eingebracht, die sich zweckmäßig bis zum heißen Steinende
und über das kalte Steinende in der Radialrichtung über eine Entfernung von mindestens
ein Fünftel und vorzugsweise mindestens ein Viertel der Steinlänge erstrecken. Auf
diese Weise sind die Trägerplatten zum Unterschied von den gemäß der USA.-Patentschrift
2 577 428 verwendeten Trägerplatten gegen eine Zerstörung durch Temperatureinwirkungen
und chemische Umsetzung mit dem basischen, feuerfesten Material geschützt.
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Die Trägerplatten haben zweckmäßig eine verhältnismäßig kurze Länge,
die bei der bevorzugten Ausführungsform ausreicht, neun oder zehn .Steine zu halten.
An den Enden der Trägerplatten gegen eines der Widerlager zu und jenseits der kalten
Enden der Steine sind die Trägerplatten in geeigneter Weise mit einer Ausnehmung
versehen, wie dies bei 48 gezeigt ist, und durch die Ausnehmungen hindurch und zweckmäßig
knapp jenseits der kalten Enden der Steine erstrecken sich Träger 50, zweckmäßig
aus Stahl, die quer zu den Trägerplatten verlaufen und erwünschterweise nicht über
die kalten Enden der Trägerplatten hinausgehen. Die Halterung der Trägerplatten
an den Trägern wird mit Hilfe von Überbrückungsverbindungen bzw. Brückenverbindern
51, die zweckmäßig aus Stahl bestehen und am besten in F i g. 4 zu ersehen sind,
bewirkt, die sich über den Trägern erstrecken und an der Trägerplatte durch Bolzen
oder andere Befestigungsmittel 52 an jedem Ende befestigt sind.
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Es ist eine obere Stahlstützkonstruktion 53, die zweckmäßig an der
Vorderwand und der Rückwand des Ofens abgestützt ist, vorgesehen, die mit den Trägern
durch Halterungen bzw. Niederhalteeinrichgen 54 verbunden ist, die zweckmäßig aus
Rohren bzw. Hülsen bestehen, die an den unteren Enden bei 55 mit Bolzen an Winkeln
56, die bei 57 mit Nieten mit den Trägern verbunden sind, befestigt sind und sich
am oberen Ende durch rohrförmige Verbindungen 59, die an der Stützkonstruktion angebracht
sind, erstrecken und durch obere und untere Zapfen 58 in Lage verriegelt sind. Es
ist zu bemerken, daß sich die Halterungen bzw. Niederhalteeinrichtungen radial erstrecken
und die Wirkung haben, daß sie eine Neigung der Decke zu Ausknickungen oder Ausbauchungen
verhindern.
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Die Steine von zwei aneinandergrenzenden Steinreihen sind, wie dies
am besten aus F i g. 2 zu ersehen ist, so angeordnet, daß ihre Aufhängelaschen
43 einander berühren, und der Hänger 60, zweckmäßig ein Stahlstab,
hat am unteren Ende ein Hakenende 61, das durch die Hakenausnehmung 44 von zwei
Aufhängelaschen hindurchgeht. Der Hänger erstreckt
sich dann diagonal
nach aufwärts und ist am oberen Ende umgebogen, wie bei Verwendung eines Rohres,
um ein oberes Hakenende 62 zu bilden, das bei der in den F i g. 1 bis 6 dargestellten
Ausführungsform in derselben Ebene liegt wie das untere Hakenende 61. Da das Biegen
bei der Zustellung bzw. beim Zusammenbau bewirkt wird, nimmt das obere Hakenende
62 automatisch jede Änderung der Dimensionen auf.
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Auf diese Weise ist zu ersehen, daß bei jeder Lage, wie in F i g.
2 gezeigt ist, die Trägerplatte 47 vier Steine in vier verschiedenen Reihen,
und zwar zwei auf jeder Seite, haltert.
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In manchen Fällen sind andere Anordnungen der Steine zweckmäßig, und
in den F i g. 7, 8 und 9 ist eine Anordnung unter Verwendung von Keilsteinen gezeigt,
bei der der Widerlagerdruck dadurch vermindert wird, daß die Steine einzeln gehaltert
sind. Bei dieser Ausführungsform trägt jeder Hänger 60 einen Stein 30' durch Verbindung
mit dessen Aufhängelasche, und das obere Hakenende 62 des Hängers liegt bei dieser
Ausführungsform in einer Ebene im rechten Winkel zu dem unteren Hakenende 61', statt
daß es in der gleichen Ebene ist. So ist bei der Ausführungsform gemäß den F i g.
7, 8 und 9 durch jeden Hänger ein Stein getragen, und der Stein ist in einer Reihe
angeordnet, die sich zwischen den Widerlagern unmittelbar auf der einen oder auf
der anderen Seite der Trägerplatte befindet.
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F i g. 8 zeigt die größere Fläche des Steines, wogegen F i g. 7 die
kleinere Fläche des Steines darstellt.
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In manchen Fällen ist es zweckmäßig, wenn jeder Hänger zwei Keilsteine
haltert, die in der gleichen Reihe liegen. Bei der in den F i g. 10 und 11 dargestellten
Ausführungsform befindet sich das untere Hakenende 61' in einer Ebene in einem rechten
Winkel zu dem oberen Hakenende 62 des Hängers und erstreckt sich durch die Aufhängelaschen
43 von zwei Steinen in der gleichen Reihe, welche an die Trägerplatte anliegt, so
daß Trägerplatten zwischen jeder abwechselnden Reihe von Steinen, die sich von einem
Widerlager zum anderen erstrecken, verwendet werden.
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Es ist offensichtlich, daß es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich
ist, eine sehr viel raschere Zustellung einer wirtschaftlichen, basischen Bogengewölbedecke
zu erhalten.
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Oben ist angeführt worden, daß die metallischen Platten an den Steinen
vorzugsweise aus gewöhnlichem KohlenstoffstahI oder schwach legiertem Stahl bestehen;
die Aufhängelaschen selbst werden vorzugsweise aus rostfreiem Stahl, wie hochchromhaltigem
Stahl, der 16% oder mehr Chrom enthält, oder einem Chrom-Nickel-Stahl, der 18% oder
darüber an Chrom und 8% oder mehr Nickel enthält, hergestellt.
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In Fällen, in welchen, nachdem der Ofen in Betrieb gewesen ist, auf
Grund einer Abnutzung der Steine eine Reparatur der Decke durchgeführt werden soll,
können abgenutzte Steine, während der Ofen noch in Betrieb ist, entfernt und kurze
Steine an ihre Stelle eingesetzt werden. Die Anwendung von Trägerplatten der beschriebenen
Art und von mit ihnen zusammenwirkenden Hängern ist für diesen Zweck vorteilhaft,
weil die Ersatzsteine, nachdem sie an ihren Platz eingebracht worden sind, mittels
der Hänger an den Trägerplatten leicht aufgehängt werden können und keine Abstützung,
wie sie üblicherweise an der Innenseite der Decke erforderlich ist, notwendig ist.
Die angeführte Art der Reparatur kann angewendet werden, gleichgültig ob in der
ursprünglichen Decke die Steine aufgehängt waren oder nicht, vorausgesetzt, daß
die Trägerplatten in der ursprünglichen Decke bereits vorhanden sind.