Schmiedeofenbau und -reparatur

Eine Schmiedeofenauskleidung ist ein mehrschichtiges Wärmesystem

Stahlmantel, Hinterisolierung, Heißseitenmaterial, Fugen, Brenneröffnungen, Herd, Tür beziehungsweise Zugangsöffnung und Abgasweg wirken als ein Gesamtsystem. Ihre Funktionen sollten vor der Materialbestellung festgelegt werden. Dichte Feuerfestwerkstoffe bieten Festigkeit und Widerstand gegen lokalen Verschleiß, nehmen jedoch mehr Wärme auf und speichern sie länger. Feuerleichtsteine, Platten und Fasermatten reduzieren Wärmefluss und Wärmespeichermasse, müssen aber dort geschützt werden, wo Werkzeuge, Brennstoff, Zunder, Flussmittel oder Flammen mit hoher Strömungsgeschwindigkeit Schäden verursachen können.

Dokumentieren Sie Ofentyp, Brennstoff, Brennerleistung, Brennraumgeometrie, normale und maximale Betriebstemperaturen, Betriebszyklus sowie die vorgesehene Auskleidungsdicke. Ermitteln Sie bei einem vorhandenen Schmiedeofen vor dem Ausbessern, warum die bisherige Auskleidung versagt hat. Risse neben einer Brenneröffnung, verglastes oder durch Flussmittel beschädigtes Herdmaterial, erodierte Fasern, lose Steinfugen und ein überhitzter Ofenmantel haben unterschiedliche Ursachen und erfordern jeweils andere Reparaturen.

Funktionen innerhalb der Auskleidung

Dichte Heißseitenwerkstoffe und Reparaturmaterialien

Dichte Feuerbetone und Feuerfeststeine halten hohen Temperaturen stand, sind jedoch keine Hinterisolierung. Ihre Masse kann die Aufheiz- und Abkühlzeit verlängern. Aufgrund ihrer Festigkeit eignen sie sich für Bereiche, die Brennstoff, Zunder, Werkstücken und Werkzeugen ausgesetzt sind. Eine Feuerbetonauskleidung erfordert eine definierte Mindestdicke, gegebenenfalls ein Bewehrungs- oder Verankerungskonzept, eine geeignete Dehnungsauslegung und einen Weg zum Entweichen der Feuchtigkeit. Gießen Sie niemals über einen korrodierten oder verformten Ofenmantel, ein beschädigtes Brennerbauteil oder eine nicht untersuchte, schadhafte Auskleidung.

Der Mörtel sollte die vorgeschriebene Fuge bilden und nicht dazu dienen, schlecht zugeschnittene Steine oder große Maßabweichungen auszugleichen. Halten Sie die Fugen gleichmäßig und bringen Sie keinen luftabbindenden Mörtel in eine Dehnungsfuge ein. Eine dünne Beschichtung kann weder fehlende Feuerfestdicke noch eine mangelhafte statische Abstützung ersetzen. Die angegebene Temperaturgrenze von 1750 °C erhöht nicht die zulässige Einsatztemperatur der darunterliegenden Auskleidung.

Feuerleichtsteine

Feuerleichtsteine erwärmen sich aufgrund ihrer porösen Struktur schnell und reduzieren die gespeicherte Wärmeenergie. Dieselbe Porosität macht sie gegenüber Stößen, Abrieb und eindringenden Flussmitteln empfindlicher als dichte Steine. Verwenden Sie einen Leichtstein nicht allein wegen seiner ausreichenden Temperaturgrenze im Boden eines Schmiedeofens, im Festbrennstoffbett oder in einem Bereich mit Werkzeugkontakt. Setzen Sie bei entsprechender Beanspruchung eine dichte, chemisch verträgliche Verschleiß- oder Heißseitenschicht ein.

Wählen Sie die Güte anhand der geprüften Heißseitentemperatur und einer geeigneten Auslegungsreserve, nicht allein anhand der Brennstoffart. Die angegebene maximale Temperatur oder Klassifikationstemperatur darf nicht automatisch mit der empfohlenen Dauereinsatztemperatur in jeder Atmosphäre gleichgesetzt werden. Fordern Sie Daten zu Wärmeleitfähigkeit, bleibender linearer Längenänderung und Dauereinsatz an, wenn Sie Auskleidungsdicke oder Manteltemperatur berechnen.

Fasermatten und Faserplatten

Fasermatten müssen mechanisch befestigt oder nach einem technisch ausgelegten Verfahren verklebt und vor direktem Werkzeugkontakt, losem Brennstoff, Zunder sowie schädigenden Gasgeschwindigkeiten geschützt werden. Achten Sie besonders auf Schnittkanten, Stöße, Brenneröffnungen und den Boden. Eine gehärtete Oberfläche kann einer begrenzten Erosion widerstehen, macht aus einer Fasermatte jedoch keinen dichten Feuerfestwerkstoff und eignet einen offenliegenden Faserboden nicht für den Kontakt mit Werkstücken.

Prüfen Sie vor dem Schneiden oder Entfernen eines Faserprodukts das aktuelle Sicherheitsdatenblatt. Verhindern oder begrenzen Sie die Staubexposition angemessen, verwenden Sie geeignete Absaug- und Reinigungsverfahren und wählen Sie die persönliche Schutzausrüstung anhand der aufgabenspezifischen Gefährdungsbeurteilung. Bezeichnen Sie biolösliche Fasern nicht als risikofrei und gehen Sie nicht davon aus, dass alle Keramikfaserprodukte derselben regulatorischen Einstufung unterliegen.

Klebstoffe und Oberflächenhärter für Keramikfasern

Der Klebstoff ergänzt die vorgeschriebene mechanische Befestigung. Ohne ein geprüftes Befestigungskonzept darf nicht davon ausgegangen werden, dass er eine abgehängte Auskleidung über wiederholte Aufheizzyklen hinweg trägt. Bereiten Sie den Untergrund vor, tragen Sie den Klebstoff auf die richtige Oberfläche auf, beachten Sie die angegebene Trocknungszeit und führen Sie Wärme schrittweise zu. Der Oberflächenhärter ist eine oberflächennahe Behandlung und weder ein tragfähiges Bindemittel noch ein Ersatz für die Heißseite. Er erlaubt auch keine Überschreitung von 1000 °C an der behandelten Oberfläche.

Hinweise für Gas-, Kohle- und Koksschmiedeöfen

• Gasbeheizter Schmiedeofen: Bestimmen Sie den Flammenweg und verhindern Sie, dass die Flamme direkt auf eine empfindliche Kante oder ungeschützte Fasermatte trifft. Brenneröffnungen müssen formstabil, korrekt ausgeführt und frei von losen Fasern sein.
• Festbrennstoff-Schmiedefeuer: Sehen Sie eine robuste Herd- und Brennstoffbettkonstruktion vor, die Bewegungen von Koks oder Kohle, Klinker, Zunder, Schürwerkzeugen und lokalen Temperaturgradienten standhält.
• Wärmebehandlungskammer: Achten Sie vorrangig auf eine gleichmäßige Temperatur, kontrollierte Umwälzung, geringe Wärmespeichermasse bei schnellen Zyklen und den Schutz des Behandlungsguts vor losen Auskleidungspartikeln.
• Flussmittelbeanspruchung: Ermitteln Sie die chemische Zusammensetzung von Flussmittel und Metallzunder. Borathaltige Flussmittel und geschmolzene Verunreinigungen können bestimmte Alumosilikat-Feuerfestwerkstoffe durchdringen oder angreifen. Sehen Sie eine geeignete, austauschbare Herdausführung vor.
• Öffnungen: Dimensionieren Sie Arbeitsöffnung und Abgasweg passend zum Verbrennungssystem. Das Verkleinern einer Öffnung zur Wärmerückhaltung kann Brennerdruck, Verbrennungsqualität und Kohlenmonoxidbildung verändern.

Einbau, Trocknung und Inbetriebnahme

Prüfen Sie den Ofenmantel vor dem Auskleiden auf Korrosion, Verformungen, schadhafte Schweißnähte und unzureichende Abstützung. Legen Sie Brenneröffnungen, Türen, Abgasöffnungen, Thermoelementpositionen, Steinverbände, Dehnungsfugen und Schichtübergänge fest. Halten Sie brennbare Bauteile, Schläuche, Druckregler, Gasflaschen, Elektrokabel und gelagerte Materialien außerhalb der vorgeschriebenen Sicherheitsabstände und Bereiche mit hoher Wärmestrahlung.

Dosieren Sie das Wasser für Feuerbeton nach Masse oder mit einem kalibrierten Volumenmaß und geben Sie niemals zusätzliches Wasser hinzu, nur um die Verarbeitbarkeit zu verbessern. Mischen Sie lediglich die Menge, die innerhalb der Verarbeitungszeit eingebracht werden kann, verdichten Sie sie ohne Entmischung und halten Sie die produktspezifischen Aushärtungsvorgaben ein. Neuer Feuerbeton, Mörtel und formbare Reparaturmassen enthalten selbst dann noch Feuchtigkeit, wenn die Oberfläche trocken erscheint. Führen Sie vor dem Vollbetrieb ein kontrolliertes Aufheizen mit geeigneten Haltezeiten durch. Zu schnelles Erhitzen kann inneren Dampfdruck, Risse und explosive Abplatzungen verursachen.

Ein mit Erdgas oder Flüssiggas betriebener Schmiedeofen benötigt ein Verbrennungs- und Brennstoffsystem, das von einer für die jeweilige Anlage fachkundigen Person geplant, installiert und gewartet wird. Sorgen Sie für ausreichende Verbrennungsluft und eine sichere Abführung der Verbrennungsprodukte. Legen Sie sichere Verfahren zum Spülen, Zünden, Umgang mit Flammenausfall und Abschalten fest. Kohlenmonoxid ist farb- und geruchlos. Das sichtbare Flammenbild allein eignet sich daher nicht zur Expositionskontrolle. Beurteilen Sie die Belüftung und verwenden Sie geeignete Überwachungsgeräte.

Protokollieren Sie bei der Inbetriebnahme die Temperaturen von Brennraum, Heißseite und Ofenmantel an repräsentativen Messstellen. Prüfen Sie auf Flammenaustritt, ungewöhnliche Heißstellen, lose Auskleidungsbereiche, Risse, Fasererosion und Bewegungen an den Brenneröffnungen. Schalten Sie die Anlage ab und untersuchen Sie die Ursache, wenn die Manteltemperatur über den Auslegungswert hinaus weiter ansteigt. Prüfen Sie nach dem Abkühlen die Auswirkungen des ersten Aufheizzyklus und beheben Sie Mängel vor dem regulären Betrieb.

Häufig gestellte Fragen

Worin unterscheiden sich dichte Feuerfestwerkstoffe und Schmiedeofendämmung?

Dichte Steine und Feuerbetone bieten Festigkeit, Verschleißbeständigkeit und eine dauerhafte Heißseite, speichern jedoch mehr Wärme. Feuerleichtsteine, Platten und Fasermatten reduzieren Wärmefluss und Aufheizenergie, sind aber im Allgemeinen weniger widerstandsfähig gegen Werkzeuge, Brennstoff, Zunder und Flussmittel. Viele Schmiedeöfen benötigen beide Funktionen in getrennten Schichten.

Wie wird die Temperaturklasse einer Schmiedeofenauskleidung ausgewählt?

Gehen Sie von der höchsten realistisch zu erwartenden Werkstofftemperatur aus, nicht nur vom durchschnittlichen Messwert im Brennraum. Berücksichtigen Sie anschließend die Herstellerangaben zum Dauereinsatz und eine geeignete Auslegungsreserve. Beachten Sie den direkten Flammenkontakt, die Atmosphäre, Schwindung, Flussmittel sowie den Klebstoff, Oberflächenhärter oder die Beschichtung mit der niedrigsten Temperaturgrenze im gesamten Aufbau.

Welche Auskleidungsmaterialien eignen sich für einen Gasschmiedeofen?

Eine Konstruktion kann sicher befestigte Faserprodukte oder Feuerleichtsteine mit einer geeigneten geschützten Heißseite sowie dichte Feuerfestwerkstoffe am Boden und an der Brenneröffnung kombinieren. Der richtige Aufbau hängt von Brennergeschwindigkeit, Flammenweg, Brennraumtemperatur, Werkstückhandhabung und der erforderlichen Manteltemperatur ab.

Welcher Feuerfestwerkstoff eignet sich für ein Kohle- oder Koksschmiedefeuer?

Herd und Brennstoffbett benötigen normalerweise einen dichten Werkstoff, der für Abrieb, Klinker, Zunder, chemische Beanspruchung und lokale Hitze ausgelegt ist. Leichtsteine oder Fasermatten können als geschützte Hinterisolierung dienen, sollten aber nicht dort offenliegen, wo Brennstoff und Werkzeuge sie beschädigen können.

Darf eine Keramikfasermatte im Schmiedeofen offenliegen?

Gehen Sie nicht davon aus, dass eine offenliegende Fasermatte zulässig ist. Direkte Flammeneinwirkung, hohe Gasgeschwindigkeiten, Werkzeuge und Werkstücke können sie erodieren. Verwenden Sie ein technisch ausgelegtes Befestigungs- und Oberflächenschutzsystem, halten Sie lose Fasern aus dem Arbeitsbereich fern und beachten Sie das aktuelle Sicherheitsdatenblatt.

Verwandelt ein Oberflächenhärter die Fasermatte in eine harte Feuerfestauskleidung?

Nein. Er härtet nur die behandelte Oberfläche und ist mit einer Temperaturgrenze von 1000 °C angegeben. Er verleiht der Fasermatte weder die Festigkeit noch die Verschleißbeständigkeit eines dichten Feuerfestwerkstoffs und ersetzt weder die mechanische Befestigung noch eine geeignete Heißseitenschicht.

Kann eine zirkonbasierte Feuerfestbeschichtung die Temperaturgrenze einer Auskleidung erhöhen?

Nein. Die darunterliegenden Steine, Feuerbetone, Fasern, Klebstoffe und der Ofenmantel bleiben durch ihre jeweiligen Eigenschaften begrenzt. Verwenden Sie die Beschichtung nur auf einem geeigneten Untergrund und für einen geprüften chemischen Schutz oder Oberflächenschutz.

Welche Güte von Feuerleichtsteinen sollte ich verwenden?

Die Güten 23, 26, 28 und 30 haben angegebene Temperaturgrenzen von 1260 °C, 1430 °C, 1530 °C beziehungsweise 1650 °C. Wählen Sie die Güte anhand der berechneten Beanspruchung, der Dauereinsatzdaten, Wärmeleitfähigkeit, Atmosphäre und mechanischen Belastung, anstatt automatisch die höchste Güte zu verwenden.

Sollte für Feuerleichtsteine Vitset 45 oder Silcas M verwendet werden?

Silcas M ist für leichte Feuerleichtsteine, insbesondere Güte 23, vorgesehen und bis 1430 °C klassifiziert. Vitset 45 ist bis 1700 °C klassifiziert und für geeignete dichte sowie wärmedämmende Feuerfestprodukte beschrieben. Prüfen Sie vor dem Einbau die Steinverträglichkeit, Fugendicke und maximale Einsatztemperatur.

Wann sollte Feuerbeton anstelle von Feuerfeststeinen verwendet werden?

Feuerbeton eignet sich für monolithische Formen, Brennersteine und Reparaturen, bei denen eine Ausführung mit Steinen unpraktisch ist. Feuerfeststeine bieten austauschbare Einheiten und definierte Fugen. Die Entscheidung hängt außerdem von Verankerungen, Mantelgeometrie, Einbaudicke, Aushärtung, Trocknung und dem Zugang für spätere Wartungsarbeiten ab.

Wofür wird plastische Feuerfestmasse verwendet?

VITPLAST 45AB wird durch Handstampfen oder pneumatisches Stampfen in geeignete lokale Reparaturstellen eingebracht und verdichtet. Das Material ist kein gießfähiger Feuerbeton und darf weder lose verteilt noch dazu verwendet werden, einen schadhaften Ofenmantel, ein defektes Verankerungssystem oder eine großflächig abgelöste Auskleidung zu verdecken.

Warum müssen neue Feuerfestmaterialien im Schmiedeofen langsam getrocknet werden?

Feuerbeton, Mörtel und formbare Massen enthalten nach dem Einbau Wasser. Wird Wärme zu schnell zugeführt, kann der Dampfdruck die anfängliche Festigkeit oder Durchlässigkeit der Auskleidung überschreiten und Risse oder Abplatzungen verursachen. Halten Sie den materialspezifischen Aushärtungs- und Aufheizplan ein.

Ist Feuerbeton ein Dämmstoff?

In diesem Zusammenhang nicht. Die aufgeführten Feuerbetone der Güten 1600 und 1700 sind dichte Heißseitenwerkstoffe. Muss eine bestimmte Manteltemperatur eingehalten werden, ist eine separate Hinterisolierung zu berechnen. Dabei müssen sämtliche Wärmebrücken und Öffnungen berücksichtigt werden.

Warum beschädigt Flussmittel den Boden eines Schmiedeofens?

Bestimmte Flussmittel zum Feuerschweißen schmelzen und dringen in poröse Feuerfestwerkstoffe ein. Bei wiederholtem Aufheizen reagieren sie anschließend mit der Auskleidung. Ermitteln Sie die chemische Zusammensetzung des Flussmittels und verwenden Sie einen geeigneten, wartungsfreundlichen Herd oder eine Verschleißschicht, anstatt sich allein auf die Temperaturbeständigkeit zu verlassen.

Wie lässt sich die Außentemperatur eines Schmiedeofens begrenzen?

Berechnen Sie die Auskleidung anhand der heißseitigen Temperatur, der Wärmeleitfähigkeit bei der relevanten mittleren Temperatur, der Schichtdicken, Kontaktwiderstände, des Stahlmantels und der Umgebungsbedingungen. Überprüfen Sie das Ergebnis während der Inbetriebnahme durch Temperaturmessungen. Die Temperaturklassifikation eines Werkstoffs allein kann die Manteltemperatur nicht vorhersagen.

Worin unterscheiden sich biolösliche Faserdämmung und Keramikfaserdämmung?

Sie unterscheiden sich hinsichtlich Faserchemie, Biobeständigkeit, Temperaturbeständigkeit und regulatorischer Einstufung. Lesen Sie das aktuelle Sicherheitsdatenblatt und technische Datenblatt der jeweiligen Güte. Treffen Sie unabhängig von der verwendeten Produktbezeichnung Maßnahmen zur Staubkontrolle beim Schneiden, Einbauen und Entfernen.

Sind die CFA-Klebstoffe in Kartusche und Gebinde austauschbar?

Gehen Sie nicht davon aus. Auf der Produktseite der Kartusche wird in den Produktattributen keine Temperatur angezeigt, während die Seite des größeren CFA-Gebindes in den Attributen 1260 °C und im Beschreibungstext 1400 °C nennt. Prüfen Sie vor der Spezifikation Gebinde, Auftragsverfahren, Ergiebigkeit und dokumentierte Einsatzgrenze.

Welche Angaben werden für die Auslegung einer Schmiedeofenauskleidung benötigt?

Geben Sie Ofentyp, Brennstoff, Brennerdaten, Brennraumabmessungen, Arbeitsöffnung und Abgasführung, normale und maximale Temperaturen, Betriebszyklus, Werkstück und Flussmittel, Mantelwerkstoff, erforderliche Außentemperatur, verfügbare Auskleidungsdicke, mechanische Beanspruchung, vorhandene Schäden, Strom- oder Brennstoffsteuerungen sowie das Einbauverfahren an.