WO2015165656A1 - Ofenauskleidung - Google Patents

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Jerramy Higham
Thomas Strobel
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Schunk Kohlenstofftechnik GmbH
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    • F27D1/00—Casings; Linings; Walls; Roofs
    • F27D1/18—Door frames; Doors, lids or removable covers
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    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
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    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
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    • F27D1/0006—Linings or walls formed from bricks or layers with a particular composition or specific characteristics
    • F27D1/0009—Comprising ceramic fibre elements

Definitions

  • the present invention relates to a furnace lining for a furnace chamber which can be closed by an oven door, wherein the furnace door has a door lining with at least one material blank made of a carbon material and is provided with a lining frame which holds the door lining on a door leaf and against a lining edge of a furnace door Furnace chamber lining, which limits a furnace chamber opening circumferentially, is applied.
  • Furnace liners of the type mentioned above are used in particular for furnaces in which a heat treatment of workpieces, for example, for curing the surfaces of steel-made workpieces or for structural transformation of the material used for the workpieces, takes place.
  • the main purpose of the furnace lining is to thermally insulate the furnace wall, which is made regularly of steel, from the furnace atmosphere. Due to the dynamic temperature load imposed on the furnace lining due to the frequent heating and cooling processes, the furnace lining undergoes a thermally induced aging, which, depending on the type of stress, requires replacement of the furnace lining after a defined number of operating cycles of the furnace. The replacement of the furnace lining not only results in downtime of the furnace concerned, but also results in considerable costs for refitting the furnace with a furnace lining.
  • the oven lining of the furnace door has proven to be particularly susceptible to a thermal stress caused by the changing temperature load, since the material blanks, which usually form a carbon fiber felt and form the essential part of the door lining, are here exposed with their cut surfaces exposed. In comparison to the other surface of the door lining, which is regularly protected by an additionally applied graphite foil, these cut surfaces are exposed to the temperature load essentially unprotected, so that in particular the risk of erosion of the insulation material and thus optionally a reduced insulating effect is given. In addition, there is the risk of mechanical damage to the exposed cut surfaces in contact with workpieces when they are introduced for heat treatment in the oven.
  • the furnace lining according to the invention has the features of claim 1.
  • the furnace lining according to the invention is provided with a lining frame for the door lining, which as a frame profile of a CFC material is formed such that a first profile limb is aligned parallel to a blank surface of the material blank, and a second profile limb subsequently formed on the first profile limb covers a cut surface of the material blank. Due to the inventive design of the furnace lining of the lining frame not only fulfills the function of fixing the door lining on the door leaf, but also forms by means of the second profile leg shielding the otherwise exposed unprotected cut surface with respect to the furnace atmosphere.
  • the cut surface area which is particularly susceptible to the temperature load is effectively protected, so that the service life of the door lining or the operating time of the furnace provided with such a door lining can be substantially increased between two maintenance cycles.
  • the first profile limb and the second profile limb form an L-shaped profile cross-section of the lining frame, so that the frame profile not only has two profile limbs with different functions, but also has an increased stiffness relative to one another due to the relative arrangement of the profile limbs , so that deformation of the frame profile due to the temperature stress can be largely excluded.
  • the lining frame subsequently to the second profile limb has a third profile limb which extends parallel to and opposite to the first profile limb, such that the profile cross section is formed in a staircase manner with a profile shoulder, it is possible to effect an immediate attachment of the lining frame to the door leaf without any effect Provide on the first or second profile leg, so that the first and the second profile legs are unaffected in their function of a fastener used for fastening the third profile leg on the door leaf fastener.
  • the lining frame then has a fourth profile limb adjacent to the third profile limb, which leg extends parallel and opposite to the second profile limb from the third profile limb.
  • Such a trained lining frame allows by means of the fourth profile leg B efest Trent the lining frame on a door leaf frame of the oven door, without affecting the first and second profile leg, such that the fourth profile leg to form a particularly rigid structural bond between the door leaf and the door lining parallel arranged to the door leaf frame and connected with di esem.
  • the profile leg not only serves for attachment to the door leaf, but also takes over a shielding function analogously to the second profile leg.
  • a door lining which is particularly resistant to aging and, moreover, which is particularly effectively constructed from ready-made material blanks has a filling with two material blanks of different sizes arranged on top of each other, such that the filling has a step-shaped, circumferential filling edge which is covered by the Auskl eidungsrahmen is, in such a way that the first and the third profile limb are in each case arranged on a blank surface, and the second and the fourth profile limb in each case cover an intersection of the material blanks.
  • Fig. 2 is a plan view of the inside of the furnace door shown in Fig. 1, provided with a door lining.
  • 1 shows in a sectional view a door region of a furnace 10 with a furnace chamber 11, which is provided with an oven door 12 for closing a furnace chamber opening 13.
  • the oven door 12 has a door leaf 14, which, like a ICammerwand 1 5 of the furnace chamber 1 1 in the present embodiment consists of steel.
  • a furnace lining 1 7 is provided which comprises a chamber lining 1 8 of the furnace chamber 1 1 and a door lining 19 of the furnace door 12.
  • the oven chamber 1 1 has material blanks 20 arranged against the chamber wall 15 from a fiber felt formed from carbon fibers, wherein the material blanks 20 have a blank surface 21 which is covered with a graphite foil 22.
  • One of the furnace door 12 facing lining edges 23 of the chamber liner 1 8, which limits the furnace chamber opening 1 3, has an edge web 24 which is formed in the present case of a U-shaped CFC material.
  • the door leaf 14 of the aligned parallel to the plane of the drawing, not shown pivotable pivot axis furnace door 12 is cup-shaped, with a formed by an edge web of the door leaf 1 4 door leaf frame 25th
  • the door lining 19 has a lining frame 26 arranged on the door leaf 14, which is provided with a filling 27 of two material blanks 28, 29 of different sizes arranged on top of one another.
  • the material blanks 28, 29 are thus arranged one above the other. net, that the filling 27 has a staircase-shaped, circumferential filling edge 30, which is covered by the lining frame 26.
  • the lining frame 26 has a profile cross-section 3 1, which is composed of two L-shaped profile sections 32, 33, with a first profile leg 34 and a second profile leg 35 of the first profile section 32 and a third profile leg 36 and a fourth profile leg 37 of the second profile section 33.
  • the profile legs 34 to 37 are oriented to each other so that the first profile leg 34 and the third profile leg 36 parallel to each other and each on a blank surface 3 8, 39 of the material blanks 28, 29 are arranged, and the second profile leg 35 and In each case, the fourth profile limb 37 covers a cut surface 40, 41 of the material blanks 28, 29.
  • the second profile leg 35 and the third profile leg 36 which extends parallel and opposite to the first profile leg 34, together form a profile shoulder 42 in the transition from the cut surface 40 of the first material blank 28 to the blank surface 39 of the second material blank 29.
  • the blank surface 38 of the upper material blank 28 is covered with a graphite foil 43 which extends between the blank surface 38 and the first profile limb 34.
  • the fourth profile leg 37 extends substantially parallel to the door leaf frame 25, so that attachment of the lining frame 26 to the door leaf 14 can take place by means of the fourth profile leg 37, without any penetration of the material blanks forming the filling 27 28, 29 would be necessary.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ofenauskleidung (17) für eine mit einer Ofentür (12) verschließbare Ofenkammer (11), wobei die Ofentür eine Türauskleidung (19) aus zumindest einem Materialzuschnitt (28, 29) aus einen Kohlenstoffmaterial aufweist und mit einem die Türauskleidung an einem Türblatt (14) haltenden Auskleidungsrahmen (26) versehen ist, der bei geschlossener Ofentür gegen einen Auskleidungsrand (23) einer Kammerauskleidung (18), der eine Ofenkammeröffnung (13) umlaufend begrenzt, anliegt, wobei der Auskleidungsrahmen als Rahmenprofil aus einem CFC-Material ausgebildet ist, derart, dass ein erster Profilschenkel (34) parallel zu einer Zuschnittoberfläche (38) des Materialzuschnitts (28) ausgerichtet ist, und ein an den ersten Profilschenkel anschließend ausgebildeter zweiter Profilschenkel (35) eine Schnittfläche (40) des Materialzuschnitts abdeckt.

Description

Ofenauskleidung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ofenauskleidung für eine mit einer Ofentür verschließbare Ofenkammer, wobei die Ofentür eine Türauskleidung mit zumindest einem Materialzuschnitt aus einem Kohlenstoffmaterial aufweist und mit einem die Türauskleidung an einem Türblatt haltenden Auskleidungsrahmen versehen ist, der bei geschlosse- ner Ofentür gegen einen Auskleidungsrand einer Ofenkammerauskleidung, der eine Ofenkammeröffnung umlaufend begrenzt, anliegt.
Ofenauskleidungen der Eingangs genannten Art werden insbesondere für Öfen verwendet, in denen eine Wärmebehandlung von Werkstücken, beispi elsweise zur Härtung der Oberfl ächen von aus Stahl hergestellten Werkstücken oder auch zur Gefügeumwandlung des für die Werkstücke verwendeten Materials, erfolgt.
Der hauptsächliche Zweck der Ofenauskleidung besteht in einer thermischen Isolierung der regelmäßi g aus Stahl hergestellten Ofenwand gegenüber der Ofenatmosphäre. Aufgrund der dynamischen Temperatur- belastung, der die Ofenauskleidung bedingt durch die häufigen Aufheiz- und Abkühlungsvorgänge unterliegt, erfährt die Ofenauskleidung eine thermisch bedingt Alterung, die je nach Art der Beanspruchung einen Austausch der Ofenauskleidung nach einer definierten Anzahl von Betriebszyklen des Ofens erfordert. Durch den Austausch der Ofenauskleidung ist nicht nur ein Betriebsausfall des betreffenden Ofens be- dingt, sondern es entstehen darüber hinaus erhebliche Kosten für die erneute Ausstattung des Ofens mit einer Ofenauskleidung.
In der Praxis hat sich die Ofenauskleidung der Ofentür als besonders anfällig gegenüber einer durch die wechselnde Temperaturbelastung gegebenen thermischen Beanspruchung herausgestellt, da hier die übli- cherweise aus einem Kohlefaserfilz hergestellten Materialzuschnitte, welche den wesentlichen Teil der Türauskleidung ausbilden, mit ihren Schnittflächen exponiert angeordnet sind. Diese Schnittflächen sind im Vergleich zu der sonstigen Oberfläche der Türauskleidung, die regelmäßig durch eine zusätzlich aufgebrachte Graphitfolie geschützt ist, im Wesentlichen ungeschützt der Temperaturbelastung ausgesetzt, so dass insbesondere hier die Gefahr einer Erosion des Isolationsmaterials und somit gegebenenfalls eine verminderte Isolationswirkung gegeben ist. Darüber hinaus besteht die Gefahr einer mechanischen Schädigung der exponierten Schnittflächen bei einem Kontakt mit Werkstücken, wenn diese zur Wärmehandlung in den Ofen eingebracht werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Ofenauskleidung vorzuschlagen, die eine größere Beständigkeit gegenüber einer thermisch bedingten Alterung und mechanischer Schädigung aufweist und hierdurch eine Verlängerung der Betriebszeiten des Ofens zwischen zwei Wartungsintervallen, in denen ein Austausch der Auskleidung erfolgt, ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist die erfindungsgemäße Ofenauskleidung die Merkmale des Anspruchs 1 auf.
Die erfindungsgemäße Ofenauskleidung ist mit einem Auskleidungsrah- men für die Türauskleidung versehen, der als Rahmenprofil aus einem CFC-Material ausgebildet ist, derart, dass ein erster Profilschenkel parallel zu einer Zuschnittoberfläche des Materialzuschnitts ausgerichtet ist, und ein an den ersten Profilschenkel anschließend ausgebildeter zweiter Profilschenkel eine Schnittfläche des Materi alzuschnitts abdeckt. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Ofenauskleidung erfüllt der Auskleidungsrahmen nicht nur die Funktion einer Fixierung der Türauskleidung am Türblatt, sondern bildet darüber hinaus mittels des zweiten Profilschenkels eine Abschirmung der ansonsten ungeschützt exponiert angeordneten Schnittfläche gegenüber der Ofenatmosphäre. Hierdurch ist der gegenüber der Temperaturbelastung besonders anfällige Schnittflächenbereich wirksam geschützt, so dass die Standzeit der Türauskleidung beziehungsweise die Betriebszeit des mit einer derartigen Türauskleidung versehenen Ofens zwischen zwei Wartungszyklen wesentlich erhöht werden kann. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Ofenauskleidung bilden der erste Profilschenkel und der zweite Profilschenkel einen L-förmigen Profilquerschnitt des Auskleidungsrahmens aus, so dass das Rahmenprofil nicht nur zwei Profilschenkel mit unterschiedlichen Funktionen aufweist, sondern darüber hinaus auch durch die Relativanordnung der Profilschenkel zueinander eine erhöhte Steifigkeit aufweist, so dass Verformungen des Rahmenprofils aufgrund der Temperaturbelastung weitestgehend ausgeschlossen werden können.
Wenn der Auskleidungsrahmen anschließend an den zweiten Profilschenkel einen dritten Profilschenkel aufweist, der sich parallel und entgegen- gesetzt zum ersten Profilschenkel erstreckt, derart, dass der Profilquerschnitt treppenförmig mit einem Profilabsatz ausgebildet ist, ist es möglich, eine unmittelbare Befestigung des Auskleidungsrahmens am Türblatt ohne Auswirkung auf den ersten oder zweiten Profilschenkel vorzusehen, so dass der erste und der zweite Profilschenkel in ihrer Funktion unbeeinflusst von einem zur Befestigung des dritten Profilschenkels am Türblatt verwendeten Befestigungsmittel sind. Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Auskleidungsrahmen anschließend an den dritten Profilschenkel einen vierten Profilschenkel auf, der sich parallel und entgegengesetzt zum zweiten Profilschenkel vom dritten Profil schenkel erstreckt. Ein derartig ausgebildeter Auskleidungsrahmen ermöglicht mittels des vierten Profil- schenkels eine B efestigung des Auskleidungsrahmens an einem Türblattrahmen der Ofentür, ohne Beeinträchtigung des ersten und zweiten Profilschenkels, derart, dass der vierte Profilschenkel zur Ausbildung eines besonders steifen konstruktiven Verbundes zwischen dem Türblatt und der Türauskleidung parallel zum Türblattrahmen angeordnet und mit di esem verbunden ist.
Wenn der vierte Profilschenkel darüber hinaus eine Schnittfläche des Materialzuschnitts abdeckt, dient der Profilschenkel nicht nur zur Befestigung am Türblatt, sondern übernimmt darüber hinaus analog zum zweiten Profilschenkel eine abschirmende Funktion.
Eine zum einen besonders alterungsbeständige Türauskleidung, wie darüber hinaus besonders effektiv aus konfektionierten Materialzuschnitten aufgebaute Türauskleidung weist eine Füllung mit zwei aufeinander angeordneten Materialzuschnitten unterschiedlicher Größe auf, derart, dass die Füllung einen treppenförmig ausgebildeten, umlaufenden Fül- lungsrand aufweist, der durch den Auskl eidungsrahmen abgedeckt ist, derart, dass der erste und der dritte Profilschenkel j eweils auf einer Zuschnittoberfläche angeordnet sind, und der zweite und der vierte Profilschenkel j eweils eine Schnittfläche der Materialzuschnitte abde- cken.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Ofenausklei- dung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 eine Teilschnittansicht einer Ofenauskleidung im Bereich einer eine Ofenkammer verschließenden Ofentür;
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Innenseite der in Fig. 1 dargestellten, mit einer Türauskleidung versehenen Ofentür. Fig. 1 zeigt in einer S chnittdarstellung einen Türbereich eines Ofens 10 mit einer Ofenkammer 1 1 , die mit einer Ofentür 12 zum Verschluss einer Ofenkammeröffnung 13 versehen ist. Die Ofentür 12 weist ein Türblatt 14 auf, das ebenso wie eine ICammerwand 1 5 der Ofenkammer 1 1 im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus Stahl besteht. Zur thermischen Isolierung eines in der Ofenkammer 1 1 ausgebildeten Ofenraums 1 6 ist eine Ofenauskleidung 1 7 vorgesehen, die eine Kammerauskleidung 1 8 der Ofenkammer 1 1 und eine Türauskleidung 19 der Ofentür 12 umfasst. Die Ofenkammer 1 1 weist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels gegen die Kammerwand 1 5 angeordnete Material- zuschnitte 20 aus einem aus Kohlenstofffasern gebildeten Faserfilz auf, wobei die Materialzuschnitte 20 eine Zuschnittoberfläche 21 aufweisen, die mit einer Graphitfolie 22 abgedeckt ist.
Ein der Ofentür 12 zugewandter Auskleidungsrands 23 der Kammerauskleidung 1 8, der die Ofenkammeröffnung 1 3 begrenzt, weist einen Randsteg 24 auf, der im vorliegenden Fall aus einem U-förmig ausgebildeten CFC-Material gebildet ist.
Das Türblatt 14 der um eine parallel zur Zeichnungsebene ausgerichtete, hier nicht dargestellte Schwenkachse verschwenkbaren Ofentür 12 ist schalenförmig ausgebildet, mit einem durch einen Randsteg des Türblatts 1 4 gebildeten Türblattrahmen 25.
Die Türauskleidung 19 weist einen an dem Türblatt 14 angeordneten Auskleidungsrahmen 26 auf, der mit einer Füllung 27 aus zwei aufeinander angeordneten Materialzuschnitten 28, 29 unterschiedlicher Größe versehen ist. Die Materialzuschnitte 28, 29 sind so aufeinander angeord- net, dass die Füllung 27 einen treppenförmig ausgebildeten, umlaufenden Füllungsrand 30 aufweist, der durch den Auskleidungsrahmen 26 abgedeckt ist.
Der Auskleidungsrahmen 26 weist einen Profilquerschnitt 3 1 auf, der aus zwei L-förmigen Profilabschnitten 32, 33 zusammengesetzt ist, mit einem ersten Profilschenkel 34 und einem zweiten Profilschenkel 35 des ersten Profilabschnitts 32 und einem dritten Profilschenkel 36 und einem vierten Profilschenkel 37 des zweiten Profilabschnitts 33 . Dabei sind die Profilschenkel 34 bis 37 so zueinander orientiert, dass der erste Profil- Schenkel 34 und der dritte Profilschenkel 36 parallel zueinander verlaufen und jeweils auf einer Zuschnittoberfläche 3 8, 39 der Materialzuschnitte 28, 29 angeordnet sind, und der zweite Profilschenkel 35 und der vierte Profilschenkel 37 j eweils eine Schnittfläche 40, 41 der Materialzuschnitte 28, 29 abdecken. Der zweite Profilschenkel 35 und der dritte Profilschenkel 36, der sich parallel und entgegengesetzt zum ersten Profilschenkel 34 erstreckt, bilden zusammen einen Profilabsatz 42 im Übergang von der Schnittfläche 40 des ersten Materialzuschnitts 28 zur Zuschnittoberfläche 39 des zweiten Materialzuschnitts 29 aus. Im vorliegenden Fall ist die Zuschnittoberfläche 38 des oberen Materialzuschnitts 28 mit einer Graphitfolie 43 abgedeckt, die sich zwischen der Zuschnittoberf äche 38 und dem ersten Profilschenkel 34 erstreckt.
Wie insbesondere die Fig. 1 zeigt, erstreckt sich der vierte Profilschenkel 37 im Wesentlichen parallel zum Türblattrahmen 25, so dass mittels des vierten Profilschenkels 37 eine Befestigung des Auskleidungsrahmens 26 am Türblatt 14 erfolgen kann, ohne dass hierzu eine Durchdringung der die Füllung 27 bildenden Materialzuschnitte 28, 29 notwendig wäre.

Claims

Patentansprüche
Ofenauskleidung (17) für eine mit einer Ofentür (12) verschließbare Ofenkammer (11), wobei die Ofentür eine Türauskleidung (19) aus zumindest einem Materialzuschnitt (28, 29) aus einen Kohlenstoffmaterial aufweist und mit einem die Türauskleidung an einem Türblatt (14) haltenden Auskleidungsrahmen (26) versehen ist, der bei geschlossener Ofentür gegen einen Auskleidungsrand (23) einer Kammerauskleidung (18), der eine Ofenkammeröffnung (13) umlaufend begrenzt, anliegt,
dadurch g e k e nnz e i c hn e t,
dass der Auskleidungsrahmen als Rahmenprofil aus einem
CFC-Material ausgebildet ist, derart, dass ein erster Profilschenkel (34) parallel zu einer Zuschnittoberfläche (38) des Materialzuschnitts (28) ausgerichtet ist, und ein an den ersten Profilschenkel anschließend ausgebildeter zweiter Profilschenkel (35) eine Schnittfläche (40) des Materialzuschnitts abdeckt.
2. Ofenauskleidung nach Anspruchs 1,
dadurch g e k e nnz e i c hn e t,
dass der erste Profilschenkel (34) und der zweite Profilschenkel (35) einen L-förmigen Profilquerschnitt des Auskleidungsrahmens (26) ausbilden.
3. Ofenauskleidung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch g e k e nnz e i c hn e t,
dass der Auskleidungsrahmen (26) anschließend an den zweiten Profilschenkel (35) einen dritten Profilschenkel (36) aufweist, der sich parallel und entgegengesetzt zum ersten Profilschenkel (34) erstreckt, derart, dass der Profilquerschnitt treppenförmig mit einem Profilabsatz (42) ausgebildet ist.
4. Ofenauskleidung nach Anspruch 3,
dadurch g e k e nnz e i c hn e t,
dass der Auskleidungsrahmen (26) anschließend an den dritten Profilschenkel (36) einen vierten Profilschenkel (37) aufweist, der sich parallel und entgegengesetzt zum zweiten Profilschenkel (35) vom dritten Profilschenkel erstreckt.
5. Ofenauskleidung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der vierte Profilschenkel (37) eine Schnittfläche (41) des Materialzuschnitts (29) abdeckt.
6. Ofenauskleidung nach Anspruch 5,
dadurch g e k e nnz e i c hn e t,
dass die Türauskleidung (19) eine Füllung (27) mit zwei aufeinander angeordneten Materialzuschnitten (28, 29) unterschiedlicher Größe aufweist, derart, dass die Füllung einen treppenförmig ausgebildeten, umlaufenden Füllungsrand (30) aufweist, der durch den Auskleidungsrahmen (26) abgedeckt ist, derart, dass der erste und der dritte Profilschenkel (34, 36) jeweils auf einer Zuschnittoberfläche (38, 39) angeordnet sind, und der zweite und der vierte Profilschenkel (35, 37) jeweils eine Schnittfläche (40, 41) der Materialzuschnitte abdecken.
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