DE4417526C1 - Zylinderförmiger feuerfester Hohlstein - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen zylinderförmigen, feuerfesten Hohlstein, wie er beispielsweise für den Gitterbesatz von Kammern eines Glasschmelzofens Verwendung findet.

Bekannte Hohlsteine der gattungsgemäßen Art beschreibt die DE 29 34 208 C2. Die Steine zeichnen sich durch eine acht­ eckige Außenkontur und einen viereckigen mittigen Kanal mit abgerundeten Ecken aus. Die Steine werden zum Aufbau eines Gitterbesatzes für einen Glasschmelzofen lagenweise versetzt aufeinander geschichtet, wobei die abgerundeten Kanalecken von Steinen einer Ebene gegenüber den korrespondierenden äußeren Eckbereichen benachbarter Steine der darunterliegen­ den Ebene vorspringen. Im Ergebnis ergibt sich eine ge­ wünschte turbulente Strömung im Kanalbereich.

In der EP 0 093 472 A1 werden diese Steine dahingehend weitergebildet, daß die Hohlsteine eine bestimmte Dimensio­ nierung von Kanaldurchmesser und Wandstärke aufweisen sollen. Eine typische Wandstärke wird mit 40 mm angegeben.

In der AT 381 692 B wird vorgeschlagen, die Hohlsteine einer Gitterung - von unten nach oben betrachtet - mit immer klei­ nerer Bauhöhe auszubilden und entsprechend horizontale Durchströmungsöffnungen ebenfalls von unten nach oben zu verkleinern.

Bei dieser Ausführungsform ist die Wandstärke der Hohlsteine ebenso wie die im vorgenannten Stand der Technik stets konstant.

Wie sich beispielsweise aus Fig. 4 der AT 381 692 B ergibt, berühren sich benachbarte Steine einer Besatzebene nicht; sie stehen vielmehr in geringem Abstand zueinander. Die dar­ gestellte Zusammenstellung der Steine resultiert aus dem prinzipiellen Gitteraufbau, wonach ein Stein einer Ebene auf entsprechenden vier Teilabschnitten von vier Steinen der darunterliegenden Ebene aufsteht. Der aus der AT 381 692 B bekannte Hohlstein weist folgende Merkmale auf: eine Umfangsfläche aus acht, zueinander abgewinkelten Flächenabschnitten, von denen jeweils zwei, sich diametral gegenüberliegende parallel zueinander verlaufen; einen koaxial zur Mittenlängsachse verlaufenden Kanal mit viereckigem, gegebenenfalls abgeschrägte Ecken aufweisenden Innenquerschnitt, wobei wiederum jeweils zwei sich diametral gegenüberliegende Flächenabschnitte parallel verlaufen. Auch die Haupt-Wandabschnitte des Hohlraums besitzen innere und äußere, jeweils parallel zueinander verlaufende Flächen. Schließlich kann der Hohlstein so gestaltet sein, daß er bei einer Drehung um 90° um die Mittenlängsachse wieder seine ursprüngliche Geometrie erreicht. Dies gilt im wesentlichen auch für den Hohlstein nach der EP 0 107 229 A1.

Prismatische Hohlsteine der bekannten Art, die allgemein als Topfsteine oder Topflochsteine bezeichnet werden, haben sich bewährt und werden auch heute noch in großem Umfang eingesetzt.

Gleichwohl besteht natürlich ein Bedürfnis, die Qualität und Wirkungsweise der Gittersteine weiter zu verbessern.

In diesem Zusammenhang hat die Erfindung erkannt, daß die bekannte Konfektionierung einzelner, untereinander bauglei­ cher Hohlsteine beispielsweise zu einem Gitterbesatz einer Regeneratorgitterung einer Glasschmelzwanne den Nachteil hat, daß der zwischen den Eckbereichen benachbarter Steine einer Ebene verbleibende Spalt wärmetechnisch nicht nutzbar ist. Im Stand der Technik betrug dieser Spalt üblicherweise circa 6 mm. Weder Strahlungs- noch Konvektionswärme kann bei dieser geringen Spaltbreite wirtschaftlich genutzt werden.

Die Erfindung geht deshalb unter anderem von der Überlegung aus, die Geometrie der Hohlsteine so zu ändern, daß korrespondierende Flächenabschnitte benachbarter Steine einen größeren Abstand zueinander aufweisen, um den so gebildeten Spalt als wirksame Heizfläche zur Optimierung des Wirkungsgrades der Gitterung nutzen zu können.

Ein einfaches Auseinanderziehen benachbarter Steine einer Gitterungsebene führt nicht zum Ziel, da dies eine ent­ sprechende dimensionsmäßige Anpassung der Steine der darüberliegenden Ebene notwendig machen würde, was schon aus Wirtschaftlichkeitsgründen nicht gewünscht wird.

Das genannte Ziel läßt sich aber gleichwohl erreichen, wenn die im Stand der Technik bekannte abgeschrägte Außenfläche im Eckbereich des Steins vergrößert wird, wodurch sich zwangsweise eine Vergrößerung des Spalts gegenüber dem benachbarten Stein (bei ansonsten gleicher Anordnung) ergibt.

Dabei wird die Wanddicke des Steins im Eckbereich zwar gegenüber den übrigen Abschnitten verringert. Diese Ver­ ringerung der Wandstärke ist jedoch durchaus erwünscht, um das Gitterungsgewicht herabzusetzen, ohne den wärmetech­ nischen Wirkungsgrad zu verringern.

Zwar ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform, wie nachstehend noch näher beschrieben wird, eine - von der absoluten Fläche her betrachtet - Verringerung der Stein­ oberfläche. Auf die gesamte Gitterung bezogen wird die wärmetechnisch nutzbare Steinoberfläche allerdings ver­ größert, weil - wie ausgeführt - nun auch die Außenflächen im Eckbereich wärmetechnisch mitgenutzt werden können, die bisher praktisch keinen Beitrag leisten konnten.

In ihrer allgemeinsten Ausführungsform betrifft die Erfin­ dung einen zylinderförmigen feuerfesten Hohlstein mit den Merkmalen des Hauptanspruchs.

Soweit von "Flächenabschnitten" gesprochen wird, werden darunter die sogenannten Hauptflächen verstanden, die zusammen die Außen- und Innenkontur des Hohlsteins ergeben. Nach einer Ausführungsform sind die entsprechenden Flächen­ abschnitte plan ausgebildet, also eben. Es ist aber auch möglich, die Flächen profiliert zu gestalten oder über abge­ rundete Bereiche miteinander zu verbinden.

Soweit von "parallelen" Flächenabschnitten gesprochen wird, so schließt dies, insbesondere im Verhältnis der Flächen­ abschnitte des Kanals zu den Flächenabschnitten der Umfangs­ fläche auch solche Geometrien ein, bei denen zum Beispiel die Flächenabschnitte des Kanals eine leichte Neigung zur Vertikalen aufweisen, die herstellungstechnisch (preßtech­ nisch) bedingt ist.

Die entscheidenden Unterschiede des neuen Hohlsteins zu denen nach dem Stand der Technik bestehen vor allem in der neuen Geometrie des Kanals (seiner Flächenabschnitte) und insbesondere in der speziellen Ausbildung der Eckbereiche mit geringerer Wanddicke gegenüber den dazwischen verlaufenden Wandbereichen.

Wie oben ausgeführt hat dies zur Konsequenz, daß die Hohl­ steine einer Besatzebene einen größeren Abstand zueinander aufweisen als im Stand der Technik, um so zwischen den Eck­ bereichen benachbarter Hohlsteine einer Besatzebene einen vergrößerten Spalt auszubilden, der zwei neue, energetisch wirksame Heizflächen zur Verfügung stellt und damit den wärmetechnischen Wirkungsgrad der Gitterung insgesamt charakteristisch verbessert.

Dabei hat sich eine optimale Spaltweite zwischen benach­ barten Eckbereichen zweier Hohlsteine einer Besatzebene von 20 bis 30 mm als bevorzugt herausgestellt, mit einem Optimum bei etwa 25 mm.

Ausgehend von üblichen Formaten gattungsgemäßer Hohlsteine wird dies bei einer Reduzierung der Wandstärke im Eckbereich um 20 bis 22% gegenüber den übrigen Wandbereichen erreicht.

Beispielsweise ergibt sich daraus folgende Bemaßung:

• - Abstand der Außenflächen zweier gegenüberliegender Wand­ bereiche außerhalb des Eckbereichs: 218 mm +/- 2 mm
• - Abstand zweier Außenflächen gegenüberliegender Eck-Wand­ bereiche: 228 mm +/- 2 mm
• - Wandstärke außerhalb der Eckbereiche: 38 mm +/- 2 mm
• - Wandstärke in den Eckbereichen: 30 mm +/- 1 mm
• - Abstand zweier Innenflächen gegenüberliegender Wandbe­ reiche außerhalb der Ecken: 142 mm +/- 2 mm.

Die Wandbereiche in den Ecken können ebenso wie die Wand­ bereiche mit größerer Wandstärke Ausnehmungen aufweisen, die vorzugsweise von der Grundfläche des Hohlsteins aus verlau­ fen. Ausnehmungen mit Torbogenprofil (abgerundeter Oberkante) haben sich sowohl herstellungstechnisch als auch wärmetech­ nisch als günstig erwiesen.

Zur Konfektionierung eines Gitterbesatzes werden die Steine wie beschrieben lagenweise versetzt aufeinander angeordnet. Um die Verbindung übereinander angeordneter Hohlsteine zu optimieren, wird deshalb vorgeschlagen, daß die Wandbereiche in den Ecken und/oder die Wandbereiche mit größerer Wand­ stärke auf ihrer Deckfläche Erhebungen zur formschlüssigen Aufnahme der korrespondierenden Ausnehmungen aufweisen. Selbstverständlich sollen diese Erhebungen nicht vollständig in die Ausnehmungen eingreifen; vielmehr soll über die Aus­ nehmungen eine horizontale Querströmung zwischen benach­ barten Hohlsteinen sichergestellt werden, so daß vorgeschla­ gen wird, die Höhe der Erhebungen (in Richtung der Mitten­ längsachse des Steins betrachtet) auf maximal 20% der Höhe der Ausnehmungen zu begrenzen.

Eine weitere Optimierung des wärmetechnischen Wirkungsgrades ergibt sich dann, wenn die Ausnehmungen an der Grundfläche eine Breite aufweisen, die größer als ihre maximale Höhe (in Richtung der Mittenlängsachse betrachtet) ist.

Dabei können die Ausnehmungen an der Grundfläche eine Breite aufweisen, die 60 und mehr % der Breite der zugehörigen Wandfläche beträgt.

Auf diese Weise kann die Steinhöhe insgesamt gegenüber bekannten Ausführungsformen reduziert werden.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Merk­ malen der Unteransprüche sowie den sonstigen Anmeldungs­ unterlagen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungs­ beispieles näher beschrieben:

Dabei zeigen - jeweils in schematisierter Darstellung -

Fig. 1 eine Aufsicht auf einen erfindungsgemäßen Hohlstein

Fig. 2 eine Seitenansicht des Hohlsteins nach Fig. 1

Fig. 3 die Aufsicht auf eine Lage einer Gitterung mit Hohlsteinen nach Fig. 1 und 2.

In den Fig. 1 und 2 ist der Hohlstein insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 dargestellt. Er besteht aus insgesamt acht Wandbereichen 12a-d und 14a-d, wobei die Wandbereiche 14a-d die sogenannten Eckbereiche bilden.

Die Wandbereiche 12a-d weisen jeweils einen äußeren Flächen­ abschnitt 12f und einen inneren, dazu parallelen Flächen­ abschnitt 12i auf.

Entsprechend werden die Wandbereiche 14a-d außenseitig von einem Flächenabschnitt 14f und innenseitig von einem dazu parallelen Flächenabschnitt 14i begrenzt.

Die untere Stirnfläche (Grundfläche) trägt das Bezugszeichen 16 und die oberen Stirnfläche (Deckfläche) das Bezugszeichen 18.

Während die Flächenabschnitte 12f, 14f jeweils abwechselnd aneinander anschließen und zusammen die Umfangsfläche U des Hohlsteins 10 bilden, begrenzen die jeweils abwechselnd aneinander anschließenden inneren Flächenabschnitte 12i, 14i einen zur Mittenlängsachse M des Hohlsteins 10 koaxialen Kanal 20.

Wie insbesondere Fig. 1 erkennen läßt, schließen die inneren Flächenabschnitte 12i, 14i über leicht gekrümmte Wandabschnitte 22 aneinander an, während die äußeren Flächenabschnitte 12f, 14f jeweils abgewinkelt ineinander übergehen.

Fig. 1 zeigt deutlich, daß die Wandstärke D1 der Wand­ bereiche 12a-e deutlich größer ist als die Wandstärke D2 im Bereich der Wandbereiche 14a-d. Während D1 beispielsweise 38 mm beträgt, ist die Wandstärke D2 auf 30 mm begrenzt. Daraus ergibt sich bei einem Gitterungsaufbau nach Fig. 3 ein Abstand A zwischen benachbarten äußeren Flächenab­ schnitten 14f der eckseitigen Wandbereiche 14a-d von etwa 25 bis 26 mm.

Auf diese Weise wird über die Flächenabschnitte 14f gegen­ über dem Stand der Technik eine neue, wärmetechnisch nutz­ bare Außenfläche des Hohlsteins 10 zur Verfügung gestellt und in den Spalten S zwischen benachbarten Hohlsteinen 10 ebenfalls eine Konvektionsströmung ausgebildet.

Die Wandbereiche 12a-d sind unterseitig mit Ausnehmungen 24 und oberseitig mit jeweils zwei korrespondierenden Erhebun­ gen 26a, b ausgebildet, die parallel zueinander zwischen dem jeweiligen äußeren Flächenabschnitt 12f und dem inneren Flächenabschnitt 12i verlaufen. Dabei ist der Abstand der äußeren Begrenzungsflächen der Erhebungen 26a, b so gewählt, daß beim Aufsetzen einer Ausnehmung 24 eines Hohlsteins 10 der nächsten Besatzebene ein Formschluß zwischen den Erhe­ bungen 26a, b und der Ausnehmung 24 erreicht wird.

Wie vor allem Fig. 2 zeigt, ist die Breite B der Ausnehmung 24 im Bereich der Grundfläche 16 nur etwas kleiner als die Breite des zugehörigen Wandbereiches 12b und die Höhe H der Ausnehmung 24 deutlich kleiner als die Breite B.

Die eckseitigen Wandbereiche 14a-d sind hier ohne Ausneh­ mungen beziehungsweise Erhebungen gestaltet.

Fig. 3 zeigt im einzelnen, wie die Hohlsteine 10 einer Besatzebene zueinander angeordnet werden (unter Ausbildung der genannten Spalte S) und zeigt auch (gestrichelt darge­ stellt) einen Hohlstein 10 einer darüber angeordneten Besatzebene, der ersichtlich auf vier Wandbereichen von vier Hohlsteinen 10 der unteren Besatzebene aufsteht, wobei die Ausnehmungen 24 in den Wandbereichen 12a-d des gestrichelt dargestellten Hohlsteins 10 auf den korrespondierenden Er­ hebungen 26a, b der Deckfläche 18 der zugehörigen Hohlsteine 10 der unteren Besatzebene aufgenommen und positioniert werden.

Claims (14)

1. Zylinderförmiger feuerfester Hohlstein, dessen Umfangs­ fläche (U) als acht, zueinander abgewinkelten Flächenab­ schnitten (12f, 14f) besteht, wobei jeweils zwei, dia­ metral gegenüberliegende Flächenabschnitte (12f, 12f; 14f, 14f) parallel zueinander verlaufen und der einen koaxial zur Mittenlängsachse (M) verlaufenden durchgehen­ den Kanal (20) aufweist,
der von acht, zueinander abgewinkelten Flächenabschnitten (12i, 14i) umfangsseitig begrenzt wird, wobei
jeweils zwei, diametral gegenüberliegende Flächen­ abschnitte (12i, 12i; 14i, 14i) des Kanals (20) parallel zueinander verlaufen,
die jeden Wandbereich (12a-d, 14a-d) des Hohlsteins innen- und außenseitig begrenzenden Flächenabschnitte (12f, 12i; 14f, 14i) parallel zueinander verlaufen,
die Wand-Eckbereiche (14a-d) des Hohlsteins (10) eine um 15 bis 25% geringere Wandstärke (D2) als die übrigen, dazwischenliegenden Wandbe­ reiche (12a-f) aufweisen und
der Hohlstein (10) so gestaltet ist, daß bei einer Drehung um 90° um die Mittenlängsachse (M) die ur­ sprüngliche Geometrie wieder erreicht wird.

2. Hohlstein nach Anspruch 1, bei dem die Wand-Eckbereiche (14a-d) eine um 20 bis 22% geringere Wand­ stärke (d2) als die übrigen Wandbereiche (12a-d) auf­ weisen.

3. Hohlstein nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Wand-Eckbereiche (14a-d) eine Wandstärke von 30 mm +/- 1 mm aufweisen.

4. Hohlstein nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Flächenabschnitte (12f, 14f, 12i, 14i) eben sind.

5. Hohlstein nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Anschlußbereiche (22) der Flächenabschnitte (12i, 14i) des Kanals (20) abgerundet ausgebildet sind.

6. Hohlstein nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Wand-Eckbereiche (14a-d) mit Ausnehmungen ausge­ bildet sind.

7. Hohlstein nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Wandbereiche (12a-d) mit größerer Wandstärke (d1) mit Ausnehmungen (24) ausgebildet sind.

8. Hohlstein nach Anspruch 6 oder 7, bei dem die Ausneh­ mungen (24) von der Grundfläche (16) des Hohlsteins (10) aus verlaufen.

9. Hohlstein nach Anspruch 8, bei dem die Ausnehmungen (24) ein Torbogenprofil aufweisen.

10. Hohlstein nach Anspruch 8 oder 9, bei dem die Wand-Eckbereiche (14a-d) in den Ecken auf ihrer Deckfläche (18) Erhebungen zur formschlüssigen Aufnahme der korrespondierenden Ausnehmungen eines Hohlsteins einer nächsten Besatzebene aufweisen.

11. Hohlstein nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem die Wandbereiche (12a-d) mit größerer Wandstärke (d2) auf ihrer Deckfläche (18) Erhebungen (26a, 26b) zur form­ schlüssigen Aufnahme der korrespondierenden Ausnehmungen (24) eines Hohlsteins einer nächsten Besatzebene aufweisen.

12. Hohlstein nach Anspruch 10 oder 11, bei dem die Höhe der Erhebungen (26a, 26b) (in Richtung der Mittenlängsachse (M) betrachtet) maximal 20% der Höhe (H) der Ausneh­ mungen (24) beträgt.

13. Hohlstein nach einem der Ansprüche 6 bis 12, bei dem die Ausnehmungen (24) an der Grundfläche (16) eine Breite (B) aufweisen, die größer als ihre maximale Höhe (H), in Richtung der Mittenlängsachse (M) betrachtet, ist.

14. Hohlstein nach Anspruch 13, bei dem die Ausnehmungen (24) an der Grundfläche (16) eine Breite (B) aufweisen, die mindestens 80% der Breite der zugehörigen Wand­ fläche (12f) beträgt.