Die Erfindung betrifft eine Absperrvorrichtung für gasförmige Medien hoher Temperatur, insbesondere zur Absperrung der Heißgasleitungen, die von Winderhitzern zu einem Hochofen führen, bestehend aus einem Gehäuse mit ggf. durch ein Kühlmedium gekühlten Dichtsitzen und einem in dem Gehäuse beweglich angeordneten, ggf. ebenfalls durch ein Kühlmedium gekühlten Absperrorgan, wobei mit Ausnahme der Gehäusedichtsitze und der Dichtflächen am Absperrorgan alle mit dem Heißgas in Berührung kommenden Flächen mit einer feuerfesten, zumindest teilweise zwei- oder mehrschichtigen Verkleidung versehen sind, wobei zwischen der Metallkonstruktion von Gehäuse und/oder Absperrorgan und der mit dem Heißgas in Berührung kommenden Schicht der feuerfesten Verkleidung eine Hohlräume umfassende Schicht höherer Wärmedämmung angeordnet ist.
Eine derartige Absperrvorrichtung ist aus der DE 41 38 283 C1 bekannt. Dort ist vorgeschlagen, alle mit dem Heißgas in Berührung kommenden Flächen, zumindest die mit dem Heißgas in Berührung kommenden ungekühlten Flächen der Absperrvorrichtung mit einer hoch wärmedämmenden Zusatzisolierung zu versehen, die zwischen der feuerfesten Verkleidung und der Metallkonstruktion angeordnet ist. Vorzugsweise besteht diese Zusatzisolierung aus dünnen, hoch wärmedämmenden Mineralfaserplatten, die zwischen die tragende Metallkonstruktion und die feuerfeste Verkleidung eingebracht sind. Diese Konstruktion ist relativ aufwendig, da die wärmedämmenden Mineralfaserplatten bei der Herstellung der feuerfesten Verkleidung mittels Metallanker gehalten und fixiert werden müssen. Erst dann kann Feuerschwer- oder Feuerleichtbeton zur Fertigstellung der feuerfesten Beschichtung vergossen werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Absperrvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich durch eine einfach herzustellende und vergleichsweise effektivere Wärmedämmung auszeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schicht höherer Wärmedämmung aus aushärtbarem Gußmaterial gebildet ist, welches so beschaffen ist, daß sich Mikro- und/oder Makrohohlräume in dem Material der gebildeten Schicht erst beim und/oder nach dem Einbringen des Materials in die Metallkonstruktion ausbilden. Die durch Mikro- und/oder Makrohohlräume gekennzeichnete Shicht höherer Wärmedämmung weist vorzugsweise einen etwa doppelt so hohen Wärmedämmungswert wie ruhende Luft auf.
Die erfindungsgemäße Konstruktion ist denkbar einfach und dennoch höchst wirkungsvoll hinsichtlich der Wärmedämmung. Die gesonderte Befestigung von Mineralfasermatten oder dgl. Isoliermaterial ist nicht mehr erforderlich. Dementsprechend einfach ist die Herstellung der feuerfesten Verkleidung. Es ist auch nicht mehr erforderlich, die direkt im Heißgasstrom liegenden Flächen mit dichtem bzw. Feuerschwerbeton zu verkleiden und diese Schicht mit Feuerleichtbeton zu hinterlegen. Die Verwendung verschiedener Materialien für die feuerfeste Verkleidung wird durch die erfindungsgemäße Konstruktion entbehrlich.
Wie bereits erwähnt, besteht die unmittelbar mit dem Heißgas in Berührung kommende Schicht vorzugsweise aus Feuerschwerbeton, welcher sich durch eine hohe Kaltdruckfestigkeit, aber geringe Wärmedämmung, d. h. relativ hohe Wärmeleitfähigkeit auszeichnet. Dieser Feuerschwerbeton ist jedoch sehr widerstandsfähig. Erfindungsgemäß besteht auch die Schicht hoher Wärmedämmung vorzugsweise aus Feuerschwerbeton, wobei die hohe Wärmedämmung durch die erfindungsgemäß vorgesehenen Hohlräume erhalten wird. Die Verwendung unterschiedlicher wärmedämmender Materialien ist also erfindungsgemäß nicht mehr erforderlich.
Die Schicht hoher Wärmedämmung befindet sich nahe der Metallkonstruktion. Vorzugsweise grenzt sie an diese unmittelbar an. Bei einer konkreten Ausführungsform besitzt die Schicht hoher Wärmedämmung eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 0,08 bis 0,20, insbesondere etwa 0,16 W/m °K. Demgegenüber weist dichter Feuerschwerbeton eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 0,8 - 2,0, insbesondere etwa 1,5 W/m °K auf. Die Kaltdruckfestigkeit von Feuerschwerbeton beträgt etwa 3,5 MPa. Selbstverständlich ist die Festigkeit der von Hohlräumen durchsetzten Schicht hoher Wärmedämmung weniger druckfest als die unmittelbar an den Heißgasstrom angrenzende Schicht. Dies ist jedoch unkritisch im Hinblick darauf, daß sich die weniger feste Schicht nahe der Metallkonstruktion befindet bzw. unmittelbar an dieser abstützt.
Die Schicht hoher Wärmedämmung ist konkret durch eine Vielzahl von über die Schichtdicke etwa (zufällig) gleichmäßig verteilt angeordnete Mikro-Hohlräume oder mehrere, insbesondere nahe der Metallkonstruktion angeordnete oder unmittelbar an diese angrenzende Hohlräume größerer Abmessung bzw. Makro-Hohlräume gekennzeichnet. Die Mikro- und/oder Makro-Hohlräume sind etwa gleichmäßig über den Bereich der zu isolierenden Fläche der Metallkonstruktion verteilt.
Bei Ausbildung von Makro-Hohlräumen weisen diese vorzugsweise eine Einlaßöffnung sowie eine gesonderte Auslaßöffnung auf. Nach Ausbildung der Makro-Hohlräume kann durch die Einlaßöffnung sogenanntes Mikrotherm-Pulver oder -Granulat eingefüllt werden. Zu diesem Zweck wird eine Mikrotherm-Wasser-Suspension hergestellt. Durch die Auslaßöffnung der Makro-Hohlräume kann beim Einfüllen der Mikrotherm-Wasser-Suspension Luft entweichen. Des weiteren kann beim Trocknen bzw. Aushärten der feuerfesten Verkleidung und den dabei auftretenden Temperaturen von bis zu 200 °C durch die Auslaßöffnung der Makro-Hohlräume das Suspensionswasser in Form von Wasserdampf entweichen, so daß sich in den Makro-Hohlräumen nur noch Mikrotherm-Pulver oder -Granulat befindet. Restwasser bzw. -dampf entweicht beim Ersteinsatz unter Temperaturen von bis zu 1300 °C. Das Mikrotherm-Pulver bzw. -Granulat definiert innerhalb der Makro-Hohlräume Mikro-Hohlräume zwischen den einzelnen Mikrotherm-Partikeln. Diese Mikro-Hohlräume sind so klein, daß sich in diesen auch bei höheren Temperaturen keine große Luftmolekül-Bewegung ausbildet. Dementsprechend hoch ist die Isolierwirkung.
Die Hohlräume in der Schicht hoher Wärmedämmung können durch Zersetzung von in das feuerfeste Material eingebetteten Füllkörpern bei der beim Trocknen bzw. Aushärten der feuerfesten Verkleidung einwirkenden Temperatur von bis zu 200 °C entstehen. Vorzugsweise bestehen die Füllkörper aus Kunststoff, insbesondere Schaum-Kunststoff, wie Styropor, oder dgl.. Der Kunststoff verkohlt bei den erwähnten Temperaturen unter Ausbildung der gewünschten Hohlräume im Feuerbeton.
Alternativ kann zur Ausbildung der Schicht hoher Wärmedämmung das Schichtmaterial mit mit Wasser reagierenden Teilchen versetzt werden derart, daß diese unter Gasbildung und Verdrängung von Wasser und Material Mikro-Hohlräume hinterlassen.
Nachstehend wird eine Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgebildeten Absperrvorrichtung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
In der Zeichnung ist das im wesentlichen kreisrund ausgebildete Schiebergehäuse mit der Bezugsziffer 1 gekennzeichnet. Das Schiebergehäuse weist innen zwei von Kühlmittel durchströmte ringförmige Dichtsitze 2 und 3 auf, die in Durchströmungsrichtung einen Abstand voneinander haben und in radialer Richtung möglichst schmal ausgebildet sind, um Wärmeverluste zu minimieren. Zwischen die Dichtsitze 2 und 3 ist eine als Absperrorgan dienende Schieberplatte einschiebbar, die im vorliegenden Fall nicht näher dargestellt ist. Diese Schieberplatte kann als Hohlkörper ausgebildet und innen mit spiralförmig verlaufenden Kühlmittelkanälen versehen sein, die von einem Kühlmittel, insbesondere von Kühlwasser durchströmt werden. Längs des äußeren Umfangs sind die Dichtflächen der Schieberplatte ausgebildet, die in Schließstellung mit den Gehäuse-Dichtsitzen 2 und 3 korrespondieren. Auch die Dichtflächen der Schieberplatte sind in radialer Richtung sehr schmal ausgebildet, um Wärmeverluste kleinzuhalten. Der Schieberplatte sind selbstverständlich Schubstangen zugeordnet, mittels der die Schieberplatte aus der Schließstellung in die geöffnete Stellung und umgekehrt bewegbar ist. An der Oberseite des Gehäuses 1 ist eine nicht näher dargestellte Haube angeflanscht, die so geformt und bemessen ist, daß sie bei Öffnungsstellung der Schieberplatte diese aufnehmen kann.
Mit Ausnahme der schmalen Dichtsitze 2 und 3 des Gehäuses 1 und der ebenfalls schmalen Dichtflächen der Schieberplatte sind alle mit dem Heißgas in Berührung kommenden Innenflächen der Vorrichtung mit einer feuerfesten Verkleidung versehen. Dabei sind alle direkt im Heißgasstrom liegenden Flächen, also die Schieberplatte und die Innenwandung des Gehäuses, mit einer hinreichend dicken Schicht aus einem dichten und mechanisch besonders beständigen Feuerbeton, nämlich Feuerschwerbeton 15 ausgekleidet. Die nicht unmittelbar mit dem Heißgas in Berührung kommenden Innenflächen, wie z. B. die Innenflächen der nicht dargestellten Haube und die weiter außen liegenden Bereiche des Gehäuses 1 sowie die weiter innen liegenden Bereiche der Absperrplatte sind demgegenüber mit einem weniger dichten, insbesondere mit einem von Mikro- und/oder Makro-Hohlräumen durchsetzten Material verkleidet, das zwar mechanisch nicht so fest ist, aber eine besonders hohe Wärmedämmung besitzt. Insbesondere besteht diese Schicht hoher Wärmedämmung aus dem gleichen Grundmaterial wie die unmittelbar mit dem Heißgas in Berührung kommenden Schichten, nämlich vorzugsweise aus dichtem Feuerschwerbeton, welches sich durch eine hohe Kaltdruckfestigkeit von bis zu 50 MPa auszeichnet. In der dichten Ausführung ist die Wärmeleitfähigkeit von Feuerschwerbeton etwa 0,8 bis 2,0, insbesondere etwa 1,5 W/m °K.
Die nahe der Metallkonstruktion ausgebildete bzw. unmittelbar an diese angrenzende Schicht der feuerfesten Verkleidung besitzt dank der Ausbildung von Mikro- und/oder Makro-Hohlräumen eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 0,08 bis 0,20, insbesondere etwa 0,16 W/m °K. Diese Wärmeleitfähigkeit entspricht etwa der halben Wärmeleitfähigkeit ruhender Luft. Das heißt, die Wärmedämmung der erwähnten Schicht ist bei diesem Beispiel etwa doppelt so groß wie die Wärmedämmung ruhender Luft.
Bei der dargestellten Ausführungsform sind über den Umfang des Gehäuses etwa gleichmäßig verteilt Makro-Hohlräume 14 ausgebildet, die unmittelbar an die umfängliche Begrenzung 13 der Gehäuse-Metallkonstruktion angrenzen. Diese Makro-Hohlräume werden dadurch gebildet, daß vor dem Vergießen des Feuerschwerbetons an der Innenseite der umfänglichen Begrenzung 13 des Gehäuses 1 Styropor-Blöcke befestigt, z. B. angeklebt werden. Beim Aushärten des Feuerschwerbetons verkohlen die Styropor-Blöcke unter Ausbildung entsprechender Hohlräume.
Alternativ können die gleichmäßig über den Gehäuseumfang verteilt angeordneten Einzelhohlräume 14 durch durchgehende Hohlraumnuten ersetzt sein. Entsprechend Fig. 2 befinden sich die Hohlräume 14 sowohl an der Einlaß- als auch Auslaßseite des Gehäuses 1.
Im vorliegenden Fall sind die Hohlräume 14 mit einem wärmeisolierenden Material, nämlich Mikrotherm,-Pulver oder -Granulat 12 ausgefüllt. Wie bereits oben ausgeführt, wird zu diesem Zweck jeder Hohlraum mit einer Einlaß- und Auslaßöffnung versehen. Durch die Einlaßöffnung wird eine Mikrotherm-Wasser-Suspension eingefüllt. Durch die Auslaßöffnung tritt die dabei verdrängte Luft nach außen in die Umgebung aus.
Durch die beim Trocknen bzw. Aushärten der feuerfesten Verkleidung entstehende Temperatur von bis zu 200 °C bis 300 °C wird das Suspensionswasser verdampft. Der Dampf tritt ebenfalls durch die Auslaßöffnungen der einzelnen Hohlräume 14 aus mit der Folge, daß in den Hohlräumen nur noch das Mikrotherm-Pulver oder -Granulat verbleibt. Dieses bildet zwischen den einzelnen Mikrotherm-Partikeln kleine Lufthohlräume, die nur eine geringe Bewegung der Luftmoleküle bei höheren Temperaturen erlauben. Dementsprechend ist die Isolierwirkung der mit Mikrotherm-Pulver bzw. -Granulat gefüllten Hohlräume besonders hoch.
Zusätzlich zu den Makro-Hohlräumen 14 entsprechend den Fig. 1 und 2 kann die Schicht nahe der Metallkonstruktion von Gehäuse und natürlich auch Absperrplatte mit Mikro-Hohlräumen versetzt sein. Diese können durch Beimischung von Kunststoffpartikeln erhalten werden, die sich bei der Aushärtung oder beim ersten Einsatz aufgrund der dabei entstehenden hohen Temperaturen thermisch zersetzen unter Ausbildung entsprechender Mikro-Hohlräume. Alternativ können dem Feuerfestmaterial nahe der Metallkonstruktion noch mit Wasser reagierende Teilchen zugesetzt werden derart, daß diese unter Gasbildung und Verdrängung von Wasser und Feuerfestmaterial Mikro-Hohlräume bilden.
Entscheidend ist bei der beschriebenen Ausführungsform, daß für die unterschiedlichen Schichten der feuerfesten Verkleidung ein und dasselbe Grundmaterial verwendet wird, nämlich insbesondere Feuerschwerbeton, welches sich durch eine hohe Kaltdruckfestigkeit einerseits, jedoch geringe Wärmedämmung andererseits auszeichnet. Die erhöhte Wärmedämmung nahe der Metallkonstruktion wird durch die beschriebenen Hohlräume erhalten.
Wie bereits eingangs dargelegt, umfaßt die Schicht hoher Wärmedämmung nahe der Metallkonstruktion von Gehäuse und/oder Absperrorgan Hohlräume in einem Umfang und in einer Verteilung auf so, daß die Wärmeleitfähigkeit dieser Schicht etwa 0,08 bis 0,20, insbesondere etwa 0,16 W/m °K beträgt. Dabei muß bedacht werden, daß dichter Feuerschwerbeton eine wesentlich höhere Wärmeleitfähigkeit von etwa 0,8 bis 2,0 W/m °K aufweist, d. h. eine wesentlich schlechtere Wärmedämmung. Auch der beim Stand der Technik noch verwendete Feuerleichtbeton besitzt eine wesentlich geringere Wärmedämmung bzw. höhere Wärmeleitfähigkeit von etwa 0,3 W/m °K. Die Wärmeleitfähigkeit von Mikrotherm, beträgt etwa 0,08 W/m °K.
Mit der vorgeschlagenen Konstruktion werden also die Vorteile einer hohen Festigkeit mit den Vorteilen einer hohen Wärmedämmung miteinander kombiniert, ohne daß verschiedene Materialien für die feuerfeste Verkleidung zum Einsatz kommen. Insofern handelt es sich um eine sowohl herstellungstechnisch als auch anwendungstechnisch optimale Lösung.
Statt der oben erwähnten Füllkörper zur Ausbildung von Hohlräumen können auch mehr oder weniger große Eisstückchen bzw. Eisbröckchen, -würfel oder dgl. verwendet werden. Diese werden vor dem Vergießen in das Feuerfestmaterial eingemischt und beim Abbinden desselben unter Ausbildung der gewünschten Hohlräume verbraucht. Der Eisanteil entspricht etwa 40 bis 60% des zum Abbinden benötigten Wassers.