Wand für einen Ofen, ein feuerfester Stein für eine Wand für einen Ofen, ein Ofen, ein Befestigungssystem, ein Verfahren zur Befestigung eines feuerfesten Steines in einer Nut sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Wand für einen Ofen

B e s c h r e i b u n g

Die Erfindung betrifft eine Wand für einen Ofen, ein feuerfester Stein für eine Wand für einen Ofen, ein Ofen, ein Befestigungssystem, ein Verfahren zur Befestigung eines feuerfesten Steines in einer Nut sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Wand für einen Ofen.

Öfen, insbesondere Industrieöfen, weisen einen Brennraum auf, in dem Produkte bei hohen Temperaturen behandelbar sind. Dieser Brennraum ist regelmäßig von feuerfesten Steinen umschlossen. Die feuerfesten Steine können auf ihrer Kaltseite, also ihrer dem Brennraum abgewandten Seite, an einem Wandelement befestigt sein. Solche Wandelemente können insbesondere aus Metall gefertigt sein und eine rahmenartige Umfassung aufweisen, durch die die feuerfesten Steine in einer Position am Wandelement gehalten werden können. Solche Wandelemente sind auch in Form von Kühlelementen bekannt, durch die die feuerfesten Steine gekühlt werden. Solche Wandelemente in Form von Kühlelementen können Leitungen zum Leiten von Kühlwasser aufweisen, wodurch die Wandelemente kühlbar sind. Ein Wandsystem für einen Ofen, welches ein Wandelement mit daran befestigten feuerfesten Steinen umfasst, ist beispielsweise aus EP 3500812 B1 bekannt.

Ein zentraler Aspekt einer solchen Wand für einen Ofen liegt in der sicheren Befestigung der feuerfesten Steine an dem Wandelement. Denn bei einem Lösen der feuerfesten Steine während des Ofenbetriebes, können Bestandteile aus dem Brennraum, beispielsweise heiße Brenngase oder Metallschmelze, unmittelbar an das Wandelement gelangen und hierdurch die Integrität der Wand beeinträchtigen.

Zur sicheren Befestigung der feuerfesten Steine an dem Wandelement werden im Stand der Technik regelmäßig metallische Anker oder metallische Stangen verwendet, die sich in die l feuerfesten Steine hinein oder durch diese hindurch erstrecken, um die feuerfesten Steine an dem Wandelement zu befestigen.

Durch umfangreiche Versuche hat der Erfinder der vorliegenden Anmeldung herausgefunden, dass insbesondere solch metallische Anker oder metallische Stangen einen Schwachpunkt bei der Befestigung der feuerfesten Steine am Wandelement darstellen können.

Ferner ist die Befestigung feuerfester Steine an einem Wandelement mittels solch metallischer Anker oder Stangen häufig kompliziert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Wand für einen Ofen zur Verfügung zu stellen, die ein Wandelement mit daran befestigten feuerfesten Steinen umfasst, wobei die feuerfesten Steine sicher am Wandelement befestigt sind. Insbesondere sollen die Steine besonders sicher und einfach am Wandelement befestigbar sein.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zu Grunde, einen Ofen, der eine solche Wand umfasst, zur Verfügung zu stellen.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Wand zur Verfügung zu stellen.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zu Grunde, einen feuerfesten Stein für eine Wand für einen Ofen zur Verfügung zu stellen, der sicher und einfach an einem Wandelement der Wand befestigbar ist.

Zur Lösung der vorstehenden Aufgaben wird zunächst zur Verfügung gestellt eine Wand für einen Ofen, umfassend ein Wandelement, umfassend eine Oberfläche und mehrere Nuten, die entlang der Oberfläche, mit Abstand zueinander und parallel zueinander verlaufen; feuerfeste Steine, jeweils umfassend einen Befestigungsabschnitt, der in einer der Nuten angeordnet ist;

Befestigungselemente, die jeweils zwischen einen der Befestigungsabschnitte und die Nut, in der der jeweilige Befestigungsabschnitt angeordnet ist, geklemmt sind; wobei die feuerfesten Steine jeweils durch Klemmung wenigstens eines der Befestigungselemente zwischen den Befestigungsabschnitt des jeweiligen feuerfesten Steines und die Nut, in der der jeweilige Befestigungsabschnitt angeordnet ist, kraftschlüssig in der Nut befestigt sind.

Die Erfindung beruht insbesondere auf der überraschenden Erkenntnis, dass ein feuerfester Stein sicher und einfach an einem Wandelement einer Wand für einen Ofen befestigbar ist, wenn der feuerfeste Stein über eine kraftschlüssige Verbindung an dem Wandelement befestigt ist. Dass ein feuerfester Stein über eine solch kraftschlüssige Verbindung an einem Wandelement eines Ofens befestigbar ist, ist umso überraschender vor dem Hintergrund des Umstandes, dass feuerfeste Steine im Stand der Technik regelmäßig über eine stoffschlüssige Verbindung oder eine formschlüssige Verbindung an einem Wandelement befestigt wurden. So wurden feuerfeste Steine, wie zuvor ausgeführt, bislang regelmäßig entweder formschlüssig über Anker oder Stangen oder stoffschlüssig mittels erhärtender Massen, beispielsweise feuerfeste Betone, am Wandelement befestigt.

Kraftschlüssig am Wandelement befestigte feuerfeste Steine haben jedoch zahlreiche Vorteile. So können die feuerfesten Steine zum einen besonders sicher und einfach am Wandelement befestigt werden. Für eine kraftschlüssige Verbindung ist allein der Kraftschluss herzustellen, wodurch die Steine unmittelbar in einer definierten Position kraftschlüssig am Wandelement befestigt sind. Ferner ist jedoch auch vorteilhaft, dass eine kraftschlüssige Verbindung jederzeit wieder besonders einfach gelöst werden kann. Hierzu ist allein eine dem Kraftschluss entgegenwirkende Kraft aufzubringen, wodurch der feuerfeste Stein wieder vom Wandelement gelöst werden kann. Eine solche Lösung der kraftschlüssigen Verbindung kann beispielsweise notwendig sein, um eine Position eines feuerfesten Steines am Wandelement zu ändern oder den feuerfesten Stein auch vom Wandelement zu lösen, beispielsweise um diesen im Falle einer Beschädigung oder eines Verschleißes vom Wandelement zu lösen und durch einen neuen feuerfesten Stein zu ersetzen.

Unter einer kraftschlüssigen Befestigung wird erfindungsgemäß ganz allgemein eine kraftschlüssige Verbindung bezeichnet, die auch als Kraftschluss beziehungsweise Reibschluss bezeichnet wird. Um die feuerfesten Steine erfindungsgemäß kraftschlüssig am Wandelement befestigen zu können, weist das Wandelement eine Oberfläche und mehrere Nuten auf, wobei die Nuten entlang der Oberfläche des Wandelementes mit Abstand und parallel zueinander verlaufen. Ferner weisen die feuerfesten Steine jeweils einen Befestigungsabschnitt auf, der in jeweils einer der Nuten anordenbar ist. Die kraftschlüssige Befestigung eines jeden feuerfesten Steines am Wandelement wird nun jeweils dadurch herbeigeführt, dass jeweils ein Befestigungselement derart zwischen den Befestigungsabschnitt und die Nut geklemmt ist, dass der feuerfeste Stein jeweils kraftschlüssig in der Nut und damit am Wandelement befestigt ist. Ein Befestigungselement ist erfindungsgemäß insoweit unter Erzeugung eines Kraftschlusses beziehungsweise Reibschlusses zwischen den Befestigungsabschnitt eines feuerfesten Steines und die Nut geklemmt beziehungsweise gedrängt.

Auf Grund dieser kraftschlüssigen Verbindung der feuerfesten Steine an dem Wandelement entfällt die Notwendigkeit, die feuerfesten Steine mittels durch die Steine geführter metallischer Elemente an dem Wandelement zu befestigen. Die erfindungsgemäße Wand kann sich daher auch insbesondere dadurch auszeichnen, dass diese keine metallischen Elemente umfasst, die durch die feuerfesten Steine geführt sind. Insbesondere weist die erfindungsgemäße Wand bevorzugt keine metallischen Stangen auf, die durch die feuerfesten Steine geführt sind.

Bevorzugt sind die Befestigungselemente ausschließlich über einen wie vorstehend ausgeführten Kraftschluss zwischen Befestigungsabschnitt und Nut an der Wand befestigt. Insoweit sind die Befestigungselemente bevorzugt nicht darüber hinaus an der Wand befestigt, also beispielsweise Stoff- oder formschlüssig mit dieser verbunden, also insbesondere bevorzugt nicht mit dieser verschweißt oder verschraubt. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass die Befestigungselemente jederzeit wieder allein durch eine dem Kraftschluss entgegenwirkende Kraft von der Wand lösbar sind. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass die Position eines feuerfesten Steines am Wandelement sehr einfach geändert beziehungsweise variabel gewählt werden kann (beispielsweise um eine bestimmte Position des feuerfesten Steins hinsichtlich seiner jeweiligen Geometrie zu wählen) oder der feuerfeste Stein vom Wandelement gelöst werden kann (beispielsweise um den feuerfesten Stein durch einen neuen feuerfesten Stein zu ersetzen).

Nach einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Befestigungsabschnitte jeweils einen keilförmigen Abschnitt auf, wobei jeweils wenigstens eines der Befestigungselemente zwischen den keilförmigen Abschnitt und die Nut geklemmt ist. Bei einer solchen Ausführungsform ist das Befestigungselement besonders einfach zwischen den Befestigungsabschnitt des jeweiligen feuerfesten Steines und die Nut klemmbar, um eine kraftschlüssige Verbindung herzustellen. Denn ein solch keilförmiger Abschnitt erlaubt es, den Befestigungsabschnitt auf das Befestigungselement aufzuschieben, bis ein Kraftschluss beziehungsweise eine Selbsthemmung hergestellt ist. Der keilförmige Abschnitt des Befestigungsabschnittes bildet insoweit eine Rampe beziehungsweise Auflauffläche, auf die das Befestigungselement aufschiebbar ist, bis ein Kraftschluss beziehungsweise eine Selbsthemmung erreicht ist. Zweckmäßig verbreitert sich der keilförmige Abschnitt entlang der Längserstreckung der Nut. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass der in der Nut angeordnete Befestigungsabschnitt entlang der Längserstreckung der Nut verschiebbar ist, um zur Erzeugung eines Kraftschlusses beziehungsweise einer Selbsthemmung auf das Befestigungselement aufgeschoben zu werden. Die „Längserstreckung“ der Nut ist die Hauptrichtung, entlang derer sich die Nut erstreckt, also die Richtung entlang der Längsachse der jeweiligen Nut. Erfindungsgemäß hat sich herausgestellt, dass der keilförmige Abschnitt bevorzugt einen Neigungswinkel zur Längserstreckung von etwa 5° aufweist, also beispielsweise einen Neigungswinkel im Bereich von 2° bis 8°, bevorzugter im Bereich von 3° bis 7° und besonders bevorzugt von 5° aufweist. Bei einem solchen Neigungswinkel ist der keilförmige Abschnitt besonders einfach auf ein Befestigungselement aufschiebbar und kann gleichzeitig eine besonders sichere kraftschlüssige Verbindung erzeugen.

Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Befestigungselemente keilförmig ausgebildet. Bei einem solch keilförmig ausgebildeten Befestigungselement können das Befestigungselement und ein Befestigungsabschnitt aufeinander aufgeschoben werden, um hierdurch einen Kraftschluss beziehungsweise eine Selbsthemmung zu erzeugen. Zweckmäßig verbreitern sich die keilförmigen Befestigungselemente jeweils entlang der Längserstreckung der Nut. Dies hat insbesondere auch den Vorteil, dass das Befestigungselement und der Befestigungsabschnitt durch Verschiebung entlang der Längserstreckung der Nut zur Erzeugung eines Kraftschlusses beziehungsweise einer Selbsthemmung aufeinander aufschiebbar sind.

Bevorzugt weisen solch keilförmig ausgebildete Befestigungselemente einen Neigungswinkel im Bereich von 2° bis 8° auf. Die Befestigungsabschnitte sind nach einer bevorzugten Ausführungsform jeweils nach Art einer Spundung ausgebildet sein, die jeweils in eine der Nuten einführbar ist. Bevorzugt sind die Befestigungsabschnitte ferner jeweils derart ausgebildet, dass sie in einer der Nuten verschiebbar sind. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass sie zur Herstellung der kraftschlüssigen Verbindung durch Verschiebung in der jeweiligen Nut - wie nachfolgend weiter ausgeführt - jeweils auf ein Befestigungselement aufschiebbar sind.

Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform weisen die Befestigungsabschnitte einen wie vorstehend ausgebildeten keilförmigen Abschnitt auf und sind die Befestigungselemente wie vorstehend keilförmig ausgebildet. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass besonders einfach eine sichere kraftschlüssige Verbindung der Befestigungselemente in der Nut erzeugbar ist. Zweckmäßig verbreitern sich dabei jeweils der keilförmige Abschnitt der Befestigungsabschnitte und die keilförmigen Befestigungselemente in entgegengesetzte Richtungen entlang der Längserstreckung der Nut. Ersichtlich können dabei jeweils der keilförmige Abschnitt eines Befestigungsabschnittes und das keilförmige Befestigungselement besonders einfach und effektiv unter Erzeugung einer Selbsthemmung aufeinander aufgeschoben werden.

Die Befestigungselemente können grundsätzlich aus einem beliebigen Material ausgebildet sein. Erfindungsgemäß hat sich herausgestellt, dass die Befestigungselemente bevorzugt aus einem Material geringer Sprödigkeit ausgebildet sind. Bevorzugt sind die Befestigungselemente aus einem zähen Werkstoff ausgebildet, beispielsweise aus wenigstens einem der folgenden Werkstoffe: Holz, Kunststoff oder Metall. Ein besonderer Vorteil von Befestigungselementen aus einem solch zähen Werkstoff liegt insbesondere in der plastischen Verformbarkeit, auf Grund derer eine besonders feste und dauerhafte kraftschlüssige Verbindung erzeugbar ist. Bevorzugt sind die Befestigungselemente aus wenigstens einem der Werkstoffe Kunststoff oder Metall ausgebildet und ganz besonders bevorzugt aus Metall. Erfindungsgemäß hat sich herausgestellt, dass insbesondere durch Befestigungselemente aus wenigstens einem der Werkstoffe Kunststoff oder Metall besonders einfach eine sichere und kraftschlüssige Befestigung der feuerfesten Steine herstellbar ist. Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind die Befestigungselemente als Kompositwerkstoff aus Kunststoff und Metall ausgebildet. Soweit das Befestigungselement aus Metall besteht, kann diese insbesondere aus Stahl bestehen. Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind die Nuten jeweils mit Hinterschnitt ausgebildet, weisen also in Bezug auf die Nutöffnung einen Rücksprung auf. Ein solcher Hinterschnitt hat insbesondere den Vorteil, dass nach Herstellung der erfindungsgemäßen kraftschlüssigen Verbindung zusätzlich eine formschlüssige Verbindung herstellbar ist. Dies hat insbesondere den Vorteil einer zusätzlichen Sicherung der feuerfesten Steine am Wandelement, wodurch die feuerfesten Steine besonders sicher am Wandelement befestigbar sind.

Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Nuten jeweils als Schwalbenschwanznut ausgebildet. Die Nuten weisen jeweils also eine Querschnittsfläche in Form eines Schwalbenschwanzes auf. Als Querschnittsfläche der Nut wird hierin die Querschnittsfläche der Nut senkrecht zur Längserstreckung der Nut betrachtet. Eine solch schwalbenschwanzförmige Querschnittsfläche einer Nut ist insbesondere bei einer Schwalbenschwanzspundung aus der Gefügetechnik bekannt.

Erfindungsgemäß hat sich herausgestellt, dass feuerfeste Steine besonders sicher am Wandelement befestigbar sind, wenn die Nuten jeweils als Schwalbenschwanznuten ausgebildet sind, denn, wie zuvor ausgeführt, kann in diesem Fall bei Herstellung der erfindungsgemäßen kraftschlüssigen Verbindung zusätzlich eine formschlüssige Verbindung hergestellt sein, so dass die feuerfesten Steine besonders sicher am Wandelement befestigbar sind.

Nach einer Fortbildung des Erfindungsgedankens kann die Befestigung der feuerfesten Steine in diesem Fall in Form einer Schwalbenschwanzspundung vorliegen, wobei jeweils ein Befestigungsabschnitt gemeinsam mit einem Befestigungselement einen Schwalbenschwanzspund bilden kann, der kraft- und formschlüssig in der als Schwalbenschwanznut ausgebildeten Nut befestigt ist.

Soweit die Nuten mit Hinterschnitt ausgebildet sind, insbesondere in Form einer Schwalbenschwanznut, können die Befestigungsabschnitte den Hinterschnitt jeweils hintergreifen, um hierdurch, wie vorstehend ausgeführt, über die kraftschlüssige Verbindung hinaus zusätzlich eine formschlüssige Verbindung zu erzeugen.

Bevorzugt ist das Wandelement aus Metall ausgebildet, bevorzugt aus Stahl oder Kupfer. Besonders bevorzugt ist das Wandelement einstückig ausgebildet. Nach einer Ausführungsform weist ein, insbesondere aus Metall ausgebildetes Wandelement, Leitungen zur Durchleitung von Flüssigkeit, insbesondere Wasser, durch das Wandelement auf. Eine solche Ausführungsform bietet sich insbesondere an, soweit das Wandelement als Kühlelement zur Kühlung der feuerfesten Steine ausgebildet ist.

Nach einer Ausführungsform sind die Nuten aus Metall ausgebildet. Eine solche Ausführungsform kann ersichtlich insbesondere dann vorliegen, wenn das Wandelement, wie vorstehend ausgeführt, aus Metall ausgebildet ist.

Bevorzugt erstrecken sich die Nuten entlang der gesamten Oberfläche des Wandelementes, also über die gesamte Länge des Wandelementes hinweg. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass die feuerfesten Steine über die gesamte Länge des Wandelementes hinweg an diesem angeordnet und befestigt werden können.

Bevorzugt weisen die Nuten jeweils den gleichen Abstand zueinander auf.

Nach einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Nuten jeweils identisch ausgebildet sind, also insbesondere auch eine identische Querschnittsfläche aufweisen.

Ein solch gleichmäßiger Abstand und eine solch identische Ausbildung der Nuten haben insbesondere den Vorteil, dass sämtliche feuerfeste Steine die gleichen Dimensionen aufweisen können, um an dem Wandelement befestigt zu werden.

Bevorzugt ist die Oberfläche des Wandelementes, entlang derer die Nuten verlaufen, eben ausgebildet. Dies ermöglicht eine besonders einfache und gleichmäßige Befestigung der feuerfesten Steine an dem Wandelement.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform bilden die feuerfesten Steine ein geschlossenes Mauerwerk, insbesondere gegenüber dem Brennraum. Bei einem solch geschlossenen Mauerwerk liegen benachbarte Steine insbesondere unmittelbar aneinander an. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass ein Eindringen von Komponenten aus dem Brennraum in das Mauerwerk, also beispielsweise von heißen Brenngasen oder Metallschmelze, verhindert werden kann. Hierdurch kann insbesondere auch verhindert werden, dass Komponenten aus dem Brennraum beim Ofenbetrieb bis an das Wandelement und insbesondere etwaige metallische Komponenten der Wand gelangen. Denn bekanntermaßen weisen die metallischen Komponenten einer Wand eine geringere Feuerfestigkeit auf als die feuerfesten Steine. Indem durch die erfindungsgemäße Wand ein solcher Kontakt zwischen Komponenten des Brennraumes mit solch metallischen Komponenten der Wand verhindert ist, erweist sich die erfindungsgemäße Wand als besonders dauerhaft und korrosionsfest gegenüber Komponenten aus dem Brennraum.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein feuerfester Stein für eine Wand für einen Ofen. Bevorzugt können die feuerfesten Steine der erfindungsgemäßen Wand jeweils gemäß dem erfindungsgemäßen feuerfesten Stein, wie nachfolgend ausgeführt, ausgebildet sein.

Erfindungsgemäß umfasst der feuerfeste Stein für eine Wand für einen Ofen eine Oberfläche und einen Befestigungsabschnitt, der ausgebildet ist, in einer Nut der Wand befestigt zu werden, von der Oberfläche hervorsteht, entlang einer Hauptrichtung verläuft, und einen keilförmigen Abschnitt aufweist, der sich entlang der Hauptrichtung verbreitert.

Besonders bevorzugt ist Befestigungsabschnitt, wie hierin offenbart, derart ausgebildet, kraftschlüssig in einer Nut der Wand befestigt zu werden

Der besondere Vorteil eines solchen feuerfesten Steines liegt insbesondere darin, dass dieser besonders einfach und sicher in einer Nut, insbesondere in einer Nut eines Wandelementes eines erfindungsgemäßen Ofens, befestigbar ist.

Der feuerfeste Stein kann bevorzugt eine im Wesentlichen quaderförmige Form aufweisen. Eine der sechs Seitenflächen eines solch quaderförmigen Steines kann eine Oberfläche darstellen, von der der Befestigungsabschnitt hervorsteht. Dieser Befestigungsabschnitt kann wie vorstehend ausgeführt ausgebildet sein.

Der Befestigungsabschnitt verläuft entlang einer Hauptrichtung, also entlang einer Längserstreckung. Bevorzugt verläuft der Befestigungsabschnitt entlang einer Hauptrichtung, die parallel zu zwei gegenüberliegenden Seitenkanten der Oberfläche verläuft.

Wie oben ausgeführt, weist der Befestigungsabschnitt bevorzugt einen keilförmigen Abschnitt auf. Bevorzugt verbreitert sich dieser keilförmige Abschnitt entlang der Hauptrichtung des Befestigungsabschnittes. Dies hat, wie oben ausgeführt, insbesondere den Vorteil, dass sich ein solch keilförmig ausgebildeter Befestigungsabschnitt bei Anordnung des Befestigungsabschnittes in der Nur entlang der Längserstreckung der Nut verbreitert, wodurch der Befestigungsabschnitt besonders einfach und sicher unter Kraftschluss in der Nut befestigbar ist.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass sich der keilförmige Abschnitt nur auf einer Seite des Befestigungsabschnittes entlang der Hauptrichtung des Befestigungsabschnittes verbreitert. Dies hat insbesondere auch den Vorteil, dass der Befestigungsabschnitt auf seiner anderen Seite ohne Änderung seiner Breite entlang der Hauptrichtung des Befestigungsabschnittes verlaufen kann, wodurch eine besonders einfache Anordnung und Befestigung des Befestigungsabschnittes in einer Nut möglich ist. Insbesondere kann es zur Befestigung des Befestigungsabschnittes in einer Nut in diesem Fall beispielsweise ausreichend sein, ein Befestigungselement nur auf der sich verbreiternden Seite des Befestigungselementes zwischen das Befestigungselement und die Nut zu klemmen, wie auch in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen näher offenbart.

Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der Befestigungsabschnitt derart ausgebildet ist, dass er zur Befestigung in einer Nut mit seiner Hauptrichtung entlang der Längserstreckung der Nut ausgerichtet ist. Hierdurch ist eine besonders einfache und sichere Befestigung des Steines in der Nut möglich, da die Hauptrichtung des Befestigungsabschnittes und der Nut miteinander entlang der gleichen Richtung fluchten.

Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Befestigungsabschnitt derart gestaltet ist, einen Hinterschnitt einer schwalbenschwanzförmigen Nut zu hintergreifen. Hierdurch ist, wie oben ausgeführt, eine besonders sichere Befestigung des Befestigungsabschnittes in der Nut durch die Ausbildung einer Schwalbenschwanzspundung möglich.

Die erfindungsgemäßen feuerfesten Steine liegen bevorzugt in Form feuerfester keramischer Steine vor, also als feuerfeste Steine, die aus einem keramischen Werkstoff bestehen. Besonders bevorzugt bestehen die feuerfesten Steine aus einem gesinterten keramischen Werkstoff, insbesondere einem gesinterten keramischen Werkstoff auf Basis feuerfester oxidischer Werkstoffe.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Befestigungssystem, welches einen erfindungsgemäßen feuerfesten Stein sowie ein Befestigungselement, wie hierin offenbart, umfasst. Wie hierin offenbart, ermöglicht ein solches Befestigungssystem eine besonders sichere und einfache Herstellung einer kraftschlüssigen Befestigung des feuerfesten Steins in einer Nut.

Wie hierin offenbart, sind der Befestigungsabschnitt des feuerfesten Steines und das Befestigungselement derart ausgebildet, dass das Befestigungselement derart zwischen den Befestigungsabschnitt, insbesondere den keilförmigen Abschnitt des Befestigungselementes, und die Nut klemmbar ist, dass der feuerfeste Stein, insbesondere kraftschlüssig, in einer Nut befestigbar ist. Insoweit ist das Befestigungselement bevorzugt am Befestigungsabschnitt anordenbar beziehungsweise ist an diesem angeordnet, um hierdurch eine, insbesondere kraftschlüssige, Befestigung in einer Nut zu ermöglichen.

Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Befestigungselement, wie hierin offenbart, keilförmig ausgebildet. Zweckmäßig ist das Befestigungselement dabei bevorzugt derart am Befestigungsabschnitt anordenbar beziehungsweise ist an diesem angeordnet, dass sich der keilförmige Abschnitt des Befestigungsabschnittes und das keilförmigen Befestigungselemente in entgegengesetzte Richtungen verbreitern.

Das Befestigungselement kann grundsätzlich aus einem beliebigen Material, bevorzugt jedoch aus Metall, wie hierin offenbart, ausgebildet sein.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Befestigung eines feuerfesten Steines in einer Nut, welches die folgenden Schritte umfasst:

Zurverfügungstellung einer Nut;

Zurverfügungstellung eines feuerfesten Steines, umfassend einen Befestigungsabschnitt, der in der Nut anordenbar ist;

Zurverfügungstellung eines Befestigungselementes, das zwischen dem Befestigungsabschnitt und der Nut, in der der Befestigungsabschnitt anordenbar ist, klemmbar ist;

Anordnen des Befestigungsabschnittes in der Nut; kraftschlüssiges Befestigen des feuerfesten Steines in der Nut durch Klemmen des Befestigungselementes zwischen den Befestigungsabschnitt und die Nut.

Der feuerfeste Stein, das Befestigungselement und die Nut können wie hierin offenbart ausgebildet sein. Das Anordnen des Befestigungselementes zwischen den Befestigungsabschnitt und die Nut beziehungsweise das kraftschlüssige Verbinden können wie hierin offenbart durchgeführt werden.

Als „Wand“ für einen Ofen wird erfindungsgemäß nicht nur eine Seitenwand eines Ofens verstanden, sondern sämtliche Bestandteile eines Ofens, die den Brennraum umschließen, also die Seitenwände, der Ofenboden oder die Ofendecke. Besonders bevorzugt bildet die erfindungsgemäße Wand die Ofendecke eines Ofens.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Ofen, welcher wenigstens eine erfindungsgemäße Wand umfasst. Der erfindungsgemäße Ofen ist insbesondere ein Industrieofen.

Grundsätzlich kann der erfindungsgemäße Ofen in Form eines beliebigen Ofens vorliegen, also beispielsweise in Form eines Brennofens, Wärmebehandlungsofens, Kalzinierofens oder eines metallurgischen Ofens. Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Wand für einen metallurgischen Ofen bestimmt beziehungsweise liegt der erfindungsgemäße Ofen in Form eines metallurgischen Ofens vor. Ein solch metallurgischer Ofen kann insbesondere zur Aufnahme einer Metallschmelze ausgebildet sein. In diesem Fall kann das Wandelement, wie oben ausgeführt, insbesondere als kühlbares Wandelement vorliegen, also Leitungen zum Durchleiten von Kühlflüssigkeit aufweisen.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Wand für einen Ofen, welches die folgenden Schritte umfasst:

Zurverfügungstellung eines Wandelementes, umfassend eine Oberfläche und mehrere Nuten, die entlang der Oberfläche, mit Abstand zueinander und parallel zueinander verlaufen;

Zurverfügungstellung von feuerfesten Steinen, jeweils umfassend einen Befestigungsabschnitt, der in einer der Nuten anordenbar ist;

Zurverfügungstellung von Befestigungselementen, die jeweils zwischen einen der Befestigungsabschnitte und die Nut, in der der jeweilige Befestigungsabschnitt anordenbar ist, klemmbar sind;

Anordnen der jeweiligen Befestigungsabschnitte in jeweils einer der Nuten; kraftschlüssiges Befestigen der feuerfesten Steine in den Nuten durch jeweiliges Klemmen wenigstens eines der Befestigungselemente zwischen den Befestigungsabschnitt des jeweiligen feuerfesten Steines und die Nut, in der der jeweilige Befestigungsabschnitt angeordnet ist. Die Wand, das Wandelement, die feuerfesten Steine und die Befestigungselemente können wie vorstehend ausgeführt ausgebildet sein.

Wie oben ausgeführt, kann bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens der jeweilige Befestigungsabschnitt eines feuerfesten Steines in einer Nut angeordnet werden und anschließend der Befestigungsabschnitt mittels Klemmen wenigstens eines der Befestigungselemente zwischen den Befestigungsabschnitt und die Nut kraftschlüssig in der Nut befestigt werden. Besonders bevorzugt werden, wie oben ausgeführt, zum Klemmen beziehungsweise zur Herstellung der kraftschlüssigen Befestigung das Befestigungselement und der Befestigungsabschnitt in der Nut aufeinander aufgeschoben, bis eine kraftschlüssige Verbindung hergestellt ist. Hierzu können beispielsweise das Befestigungselement und der Befestigungsabschnitt zunächst mit Abstand zueinander in der Nut angeordnet und anschließend auf einander aufgeschoben werden, bis eine kraftschlüssige Verbindung hergestellt ist. Soweit der Befestigungsabschnitt einen wie oben ausgeführten keilförmigen Abschnitt aufweist und/oder das Befestigungselement, wie oben ausgeführt, keilförmig ausgebildet ist, können beispielsweise der keilförmige Befestigungsabschnitt und das keilförmige Befestigungselement aufeinander aufgeschoben werden, bis diese unter Selbsthemmung beziehungsweise Kraftschluss in der Nut befestigt sind.

Dabei können sukzessive sämtliche feuerfesten Steine der erfindungsgemäßen Wand entsprechend in den Nuten befestigt werden, bis die erfindungsgemäße Wand fertiggestellt ist. Dabei können die feuerfesten Steine, wie zuvor ausgeführt, bevorzugt sukzessive derart am Wandelement befestigt werden, bis diese ein geschlossenes Mauerwerk bilden.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der zugehörigen Figurenbeschreibung.

Sämtliche Merkmale der Erfindung können, einzeln oder in Kombination, beliebig miteinander kombiniert sein.

Anhand der nachfolgenden Figuren wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Dabei zeigt Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Wand in einer perspektivischen Ansicht von schräg oben;

Figur 2 ein Wandelement der Wand gemäß Figur 1 in einer perspektivischen Ansicht von schräg oben;

Figur 3 das Wandelement gemäß Figur 2 in einer Ansicht von oben;

Figur 4 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs A gemäß Figur 3;

Figur 4a einen Ausschnitt aus einer alternativen Ausführungsform eines Wandelementes in einer Ansicht von oben;

Figur 5 einen feuerfesten Stein der Wand gemäß Figur 1 in einer perspektivischen Ansicht von schräg oben;

Figur 6 den Stein gemäß Figur 5 in einer perspektivischen Ansicht von schräg oben aus einer anderen Perspektive;

Figur 7 den Stein gemäß Figur 5 in einer Frontalansicht auf einen Befestigungsabschnitt des feuerfesten Steins;

Figur 8 den Stein gemäß Figur 5 in einer Frontalansicht von oben;

Figur 9 ein Befestigungselement der Wand gemäß Figur 1 in einer perspektivischen Ansicht von schräg oben;

Figur 9a eine alternative Ausführungsform eines Befestigungselementes in einer perspektivischen Ansicht von schräg oben;

Figur 9b eine weitere alternative Ausführungsform eines Befestigungselementes in einer perspektivischen Ansicht von schräg oben; Figur 9c eine weitere alternative Ausführungsform eines Befestigungselementes in einer perspektivischen Ansicht von schräg oben;

Figur 10 einen Ausschnitt der Wand gemäß Figur 1 in einer Ansicht von oben;

Figur 10b einen Ausschnitt einer alternativen Ausführungsform einer Wand in einer

Ansicht von oben;

Figur 11 einen Ausschnitt der Wand gemäß Figur 1 im Bereich eines Befestigungselementes in einer Ansicht von oben; und

Figur 11b einen Ausschnitt einer alternativen Ausführungsform einer Wand im Bereich eines Befestigungselementes in einer Ansicht von oben.

In ihrer Gesamtheit ist die Wand in Figur 1 mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet.

Die Wand 1 umfasst ein Wandelement 100, feuerfeste Steine 200 sowie Befestigungselemente 300, von denen in Figur 1 nur wenige zu erkennen sind, da die weiteren Befestigungselemente 300 durch die feuerfesten Steine 200 verdeckt sind.

Das Wandelement 1 weist eine im Wesentlichen tafelförmige Gestalt mit einer rechteckigen Außenkontur auf. An einer ebenen Oberfläche 101 des Wandelementes 100, die in der Ansicht gemäß Figur 1 dem Betrachter zugewandt ist, verlaufen mit gleichmäßigem Abstand und parallel zueinander insgesamt acht Nuten 102.

Das Wandelement 100 ist einstückig aus Kupfer ausgebildet.

Die Nuten 102 erstrecken sich über die gesamte Länge der Oberfläche 101 hinweg, in der Ansicht gemäß Figur 1 also von der Unterkante bis zur gegenüberliegenden Oberkante des Wandelementes 100.

In jeder der acht Nuten 102 sind jeweils sechs feuerfeste Steine 200 übereinander angeordnet. Jeder feuerfeste Stein 200 ist wie folgt ausgebildet: Der feuerfeste Stein 200 besteht aus einem gesinterten keramischen Material auf Basis der Oxide MgO und Al ₂ 0 ₃ . Der feuerfeste Stein 200 weist eine im Wesentlichen quaderförmige Gestalt auf. Eine der sechs Seitenflächen des feuerfesten Steins bildet eine Oberfläche 201 von der ein Befestigungsabschnitt 202 hervorsteht. Der Befestigungsabschnitt 202 verläuft entlang einer Hauptrichtung, in der Darstellung gemäß den Figuren 1, 5, 6 und 7 von oben nach unten. Dabei verläuft der Befestigungsabschnitt 202 von einer Seitenkante der Oberfläche 201 (in den Figuren 5, 6 und 7 der oberen Seitenkante) zur gegenüberliegenden Seitenkante der Oberfläche 201 (in den Figuren 5, 6 und 7 die untere Seitenkante). Der Befestigungsabschnitt 202 weist einen keilförmigen Abschnitt 203 auf, der sich entlang der Hauptrichtung des Befestigungsabschnittes verbreitert (in der Darstellung gemäß den Figuren 1, 5 und 6 von oben nach unten). Bei Anordnung des Befestigungsabschnittes 202 in einer der Nuten 102 verbreitert sich der keilförmige Abschnitt 203 entsprechend entlang der Längserstreckung der Nut 102, wie unten noch näher ausgeführt. Der keilförmige Abschnitt 203 erstreckt sich von einer ersten Knickkante 204 bis zu einer zweiten Knickkante 205 des Befestigungsabschnittes 202. Der Neigungswinkel des keilförmigen Abschnitts 203 zur Hauptrichtung des Befestigungsabschnittes 202 beträgt 5°. Der Befestigungsabschnitt 202 verbreitert sich von der Oberfläche 201 weg, so dass der Befestigungsabschnitt 202 eine insgesamt etwa schwalbenschwanzförmige Querschnittsfläche aufweist. Der Befestigungsabschnitt 202 ist nach Art einer Spundung ausgebildet und derart dimensioniert, in einer der Nuten 102 angeordnet zu werden und in der Nut 102 entlang der Längserstreckung der Nut 102 verschoben werden zu können.

Jedes der Befestigungselemente 300 ist wie folgt ausgebildet: Das Befestigungselement 300 ist als Kompositmaterial aus einer Kunststoffplatte 301 und einem darauf aufgeklebten Stahlblock 302 ausgebildet. Die Kunststoffplatte 301 ist als tafelförmige Platte mit einer rechteckigen Außenkontur ausgebildet. Bündig mit den Außenkanten der Kunststoffplatte 301 ist auf diese der Stahlblock 302 aufgeklebt. Der Stahlblock 302 ist keilförmig mit einem Neigungswinkel von etwa 5° ausgebildet. Insgesamt weist das Befestigungselement 300 damit eine Keilform auf.

Die feuerfesten Steine 200 sind mit ihrem jeweiligen Befestigungsabschnitt 202 in den Nuten 102 der Wand 1 angeordnet, wobei der keilförmige Abschnitt 203 der jeweiligen Befestigungsabschnitte 202 derart in der jeweiligen Nut 102 angeordnet ist, dass er sich entlang der Längserstreckung der Nut 102 verbreitert. Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 sind die Befestigungsabschnitte 202 jeweils derart in einer der Nuten 102 angeordnet, dass sich der jeweilige keilförmige Abschnitt 203 von oben nach unten entlang der Längserstreckung der jeweiligen Nut 102 verbreitert. Ferner sind die keilförmigen Befestigungselemente 300 im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 jeweils derart in einer der Nuten 102 angeordnet, dass sie sich entlang der Längserstreckung einer Nut 102 verbreitern, im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 entlang der Richtung von unten nach oben, also entgegengesetzt zur Richtung, entlang derer sich der keilförmige Abschnitt 203 der feuerfesten Steine 200 verbreitert.

Die Nuten 102 sind jeweils als Schwalbenschwanznut ausgebildet, weisen also jeweils im Wesentlichen eine schwalbenschwanzförmige Querschnittsfläche auf, wie dies insbesondere gut in Figur 4 zu erkennen ist.

Zur Befestigung der feuerfesten Steine 200 in einer der Nuten 102 ist jeweils ein Befestigungselement 300 derart zwischen den jeweiligen Befestigungsabschnitt 202 eines feuerfesten Steines 200 und die Nut 102, in der der jeweilige Befestigungsabschnitt 202 angeordnet ist, geklemmt, dass der jeweilige feuerfeste Stein 200 durch diese Klemmung kraftschlüssig in der jeweiligen Nut 102 befestigt ist. Entsprechend sind sämtliche feuerfesten Steine 200 der Wand 1 in einer der jeweiligen Nuten 102 kraftschlüssig befestigt.

Aufgrund der schwalbenschwanzförmigen Querschnittsfläche der Nuten 102 und der schwalbenschwanzförmigen Querschnittsfläche der Befestigungsabschnitte 202 liegen diese nach Herstellung der kraftschlüssigen Verbindung zusätzlich auch formschlüssig in den Nuten 102 ein. Hierdurch sind die feuerfesten Steine 200 besonders sicher in den Nuten 102 befestigt.

Die feuerfesten Steine 200 sind derart dimensioniert, dass diese ein geschlossenes Mauerwerk bilden, wie dies insbesondere in Figur 1 anschaulich dargestellt ist. In diesem geschlossenen Mauerwerk liegen die Seitenflächen benachbarter feuerfester Steine 200 jeweils vollflächig unmittelbar gegeneinander an, so dass die Wand 1 gegenüber dem Brennraum ein geschlossenes Mauerwerk bildet. Hierdurch treten Komponenten im Brennraum des Ofens, den die Wand 1 begrenzt, ausschließlich mit den feuerfesten Steinen 200 der Wand 1 in Kontakt, so dass die Wand 1 einen hochfeuerfesten Widerstand gegenüber Komponenten im Brennraum darstellt. Insbesondere kann durch ein solch geschlossenes Mauerwerk verhindert werden, dass Komponenten im Brennraum des Ofens mit metallischen Komponenten der Wand 1 in Kontakt treten.

Die im Ausführungsbeispiel dargestellte Wand 1 dient zur Begrenzung eines Brennraums eines metallurgischen Ofens zur Aufnahme einer Metallschmelze und bildet dabei die Decke des Ofens. Das geschlossene Mauerwerk bildet einen hochfeuerfesten Widerstand gegenüber der Metallschmelze. Insbesondere tritt die Metallschmelze mit keinen metallischen Komponenten der Wand 1 in Kontakt.

Zum Herstellen der Wand 1 wurden zunächst das Wandelement 100, die feuerfesten Steine 200 sowie die Befestigungsmittel 300 zur Verfügung gestellt.

Anschließend wurde jeder feuerfeste Stein 200 wie folgt am Wandelement 100 befestigt: Zunächst wurden ein Befestigungselement 300 und der Befestigungsabschnitt 202 mit Abstand zueinander in einer Nut 102 angeordnet. Dabei wurden die Verbreiterungsrichtung des keilförmigen Abschnitts 203 und des keilförmigen Befestigungselementes 300 entgegengesetzt ausgerichtet, so dass der keilförmige Abschnitt 203 und das Befestigungselement 300 bei einem Aufeinanderschieben aufeinander aufschiebbar sind. Anschließend wurde der feuerfeste Stein 200 in Richtung auf das Befestigungselement 300 geschoben, so dass der Befestigungsabschnitt 203 des feuerfesten Steines 200 auf das Befestigungselement 300 aufgeschoben wurde. Dieses Aufschieben wurde fortgeführt, bis das Befestigungselement 300 derart zwischen den Befestigungsabschnitt 203 und die Nut 102 geklemmt beziehungsweise gequetscht war, dass der feuerfeste Stein 200 über den Befestigungsabschnitt 202 kraftschlüssig beziehungsweise selbsthemmend in der Nut 102 befestigt war. Das zwischen den Befestigungsabschnitt 203 und die Nut 102 geklemmte Befestigungselement 300 ist gut in Figur 11 zu erkennen.

Entsprechend wurde sukzessive jeder feuerfeste Stein 200 in einer der Nuten 102 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 erfolgte die Befestigung der feuerfesten Steine 200 in einer Nut 102 jeweils von oben nach unten.

Figur 4a zeigt eine alternative Ausführungsform einer Nut 102a. Bei dieser Nut 102a weist eine der beiden Seitenwände der Nut 102a einen buckelförmigen Vorsprung 103 auf. Dieser buckelförmige Vorsprung 103 wirkt zusammen mit einer alternativen Ausführungsform eines Befestigungselementes 300a gemäß Figur 9a. Das Befestigungselement 300a entspricht im Wesentlichen dem Befestigungselement 300, jedoch mit dem Unterschied, dass der Metallblock 302a einen nutartigen Rücksprung 303a aufweist, in dem der buckelartige Vorsprung 103 einliegt, wenn das Befestigungselement 300a zwischen einen Befestigungsabschnitt 203 und die Nut 102a geklemmt ist. Hierdurch ist das Befestigungselement 300a zusätzlich lagegesichert.

In Figur 9c ist eine weitere alternative Ausführungsform eines Befestigungselementes 300c dargestellt. Das Befestigungselement 300c weist im Wesentlichen wiederum eine Keilform auf, jedoch mit jeweils nicht keilförmigen Endabschnitten 304c, 305c.

Eine weitere, alternative Ausführungsform eines Befestigungselementes 300b ist in Figur 9b dargestellt. Das Befestigungselement 300b ist aus wellenförmig gefalztem Metallblech in Keilform ausgebildet. Das Befestigungselement 300b ist in Klemmlage zwischen dem Befestigungsabschnitt 203 und der Nut 102 in den Figuren 10b und 11b dargestellt.