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Kippbarer Siemens-Martin-Ofen Beim normalen Betrieb eines Siemens-Martin-Ofens
zur Herstellung von Stahl wird Koksofengas oder ein anderer Brennstoff abwechselnd
an den beiden Ofenseiten eingeblasen; an jeder Seite befindet sich ein mittlerer
Gaskanal, dessen Mündung in die Mündung eines mittleren Luftkanals eintaucht. Beimengungen
der Charge werden durch Reaktion mit zugesetzten Oxyden und Flußmitteln unter Mitwirkung
der Brennstoffverbrennung, die auch die erforderliche Temperatur aufrechterhält,
entfernt.
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Es ist schon vorgeschlagen worden, die Beimengungen aus der Charge
in einem Kippofen durch im wesentlichen reinen gasförmigen Sauerstoff zu entfernen,
der ober- oder unterhalb der Berührungsfläche zwischen Schlacke und Metall durch
eine Lanze eingeführt wird; hierbei wird der Sauerstoff kontinuierlich quer zum
Abstich der geschmolzenen Charge eingeblasen.
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Beim Einblasen von Sauerstoff durch eine Lanze in den Herd eines normalen
Siemens-Martin-Ofens bilden sich ungewöhnlich große Mengen von rotbraunen Eisenoxydstäuben,
die wegen der dadurch bedingten Verunreinigung der Atmosphäre unzulässig sind. Die
Abscheidung dieser Stäube erfordert aber derart große Entstaubungsanlagen, daß der
wirtschaftliche Vorteil der Sauerstoffverwendung teilweise wieder aufgehoben wird.
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Ofen zur Ausführung des Sauerstoffverfahrens,
bei welchem jegliches Einsickern von Luft praktisch vermieden wird. Dieses Einsickern
kann zwar nicht vollständig verhindert werden; bei Anwendung einer Reihe von baulichen
Maßnahmen ist es aber möglich, es auf ein zu vernachlässigendes Maß zu verringern.
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Ein normaler, umsteuerbarer Siemens-Martin-Kippofen besitzt an jedem
Ende feuerfestes Mauerwerk, in das die Abgase eintreten und das aus einem Kanal,
einem Abwärtszug, einer Schlackentasche, einem Regenerator sowie Abgaskanälen besteht.
In diesem Mauerwerk bilden sich zahlreiche kleine Risse, durch die Luft einsickern
kann. Auch an den Verbindungsstellen zwischen den kippenden und feststehenden Teilen
des Ofens muß die Ausdehnung und Zusammenziehung infolge von Temperatureinflüssen
berücksichtigt werden, so daß normalerweise erhebliche Luftmengen durch die hierfür
vorzusehenden Zwischenräume eintreten.
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Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist ein nach neuen Grundsätzen
erstellter Ofen, der aus mehreren mit feuerfesten Steinen oder feuerfestem Material
ausgekleideten Stahlummantelungen besteht.
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Es ist zwar bekannt, Ofenteile an ihren Außenflächen mit Stahl -zu
versehen; hierbei hat es sich aber nie weder um Hauptlastträger noch um eine kontinuierliche
Anordnung gehandelt, sondern eher um die Verwendung von Stahl, um die feuerfesten
Steine in ihrer Lage zu halten oder um einzelne Flächen zu verkleiden.
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Erfindungsgemäß bestehen die verschiedenen Teile des Ofens, insbesondere
die Abzüge, Abwärtszüge, Schlackentaschen und Regeneratoren, aus einen kontinuierlichen
Durchgang schaffenden Stahlgehäusen, die mit feuerfesten Steinen oder feuerfestem
Material ausgekleidet sind, weil beim Fehlen jeglichen feuerfesten Materials die
heißen Gase den Stahl verbrennen oder zerstören würden.
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Auf diese Weise wird Einsickern von Luft weitgehendst verhindert.
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Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Ofenbauart besteht darin, daß die
durch die Regeneratoren zugeführte Luft an Sauerstoff angereichert werden kann,
ohne dabei befürchten zu müssen, daß dieser Sauerstoff infolge der durch kleine
Risse geschaffenen Undichtheiten verlorengeht.
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Die Stahlummantelungen müssen natürlich von genügender Festigkeit
.sein, um die feuerfesten Auskleidungen tragen zu können. Soweit als möglich sind
sie von kreisförmigem Querschnitt, weil hierbei die benötigte Stahlmenge auf das
geringstmögliche Maß beschränkt, die Herstellung von vorgefertigten
Gehäusen
und damit die Erstellung des Ofens erleichtert sowie schließlich die geringste wärmeabstrahlende
Fläche je Volumeneinheit erhalten wird.
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Bei der Erzeugung von Stahl in dem erfindungsgemäßen Ofen wird lediglich
zu Beginn und gegen das Ende des Herstellungsprozesses Brennstoff verwendet, während
der größte Teil des Prozesses mit durch eine Lanze eingeleitetem Sauerstoff durchgeführt
wird. Brennstoff wird während des Flickens und beim Chargieren der festen Beschickung
verbrannt, während die Brennstoffzufuhr abgestellt und mit dem Sauerstoffblasen
begonnen wird, wenn etwas flüssiges Metall eingefüllt worden ist. Wenn dann beim
Sauerstoffblasen der Kohlenstoffgehalt des geschmolzenen Metalls den im Stahl verlangten
Endgehalt nur wenig übersteigt und die außer Kohlenstoff vorhandenen Beimengungen
im wesentlichen bis auf denjenigen Betrag verringert worden sind, der beim Abgießen
im Stahl vorhanden sein soll, wird die Sauerstoffzufuhr abgestellt oder wesentlich
verringert und die Endverminderung des Kohlenstoffgehaltes während des Verbrennens
von Brennstoff durchgeführt. Es ist wünschenswert, Luft durch den nicht als Abzug
benutzten Abgaskanal zuzuführen, um das in der Schmelze entwickelte Kohlenoxyd zu
Kohlensäure zu verbrennen. Das Abgasvolumen ist jedoch erheblich geringer als beim
normalen Siemens-Martin-Ofen, weil beim Sauerstoffblasen der sonst vorhandene viel
größere Stickstoffballast in Fortfall kommt und die sich mit den Abgasen vermischende
Menge an Sickerluft gering ist. Infolgedessen können die Abmessungen der verschiedenen
Teile des Gassystems des Ofens erheblich verringert werden, was dann wiederum viele
Vorteile bei der Neuerstellung von Öfen und beim teilweisen Umbau von vorhandenen
Öfen für die Zwecke des Sauerstoffblasens ergibt.
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Die Verwendung von Sauerstoff in Siemens-Martin-Öfen führt zu erheblich
stärkeren Reaktionen als in den üblichen feststehenden Öfen und infolgedessen zum
Schäumen der Schlacke. Daher ist für dasselbe Chargengewicht ein tieferes Bad vorteilhaft.
Beim üblichen Ofen ist das Chargengewicht durch die Lage der unteren Kante der gemeinsamen
Mündung der Gas- und Luftkanäle an jedem Ofenende sowie durch die Höhe der Schlackenabstichlöcher
begrenzt.
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Beim erfindungsgemäßen Ofen wird vorzugsweise überhaupt kein mittlerer
Gaskanal verwendet, sondern das anfänglich und gegen das Ende jeder Schmelzung verbrannte
Gas durch vier Brenner eingeführt, von denen je einer an jeder Ecke des Herdes vorgesehen
ist. Das Fehlen eines mittleren Gaskanals in Verbindung mit der Verringerung der
Abmessungen des die Abgase aufnehmenden Kanals gibt die Möglichkeit, an jedem Ende
einen einzigen Kanal vorzusehen, dessen untere Kante höher als diejenige der zentralen
Kanäle bei einem normalen Ofen von demselben Fassungsvermögen ist, so daß die Charge
von gleichem Gewicht sein kann, ohne daß schäumende Schlacke in den Gasabzug übertritt.
Während der Periode heftiger Reaktionen und bei dem hierdurch bedingten Schäumen
der Schlacke kann der Herd gekippt werden, um die Schlackenabstichlöcher zu heben
und so den Vorteil des Hebens der unteren Kante des Kanals zu nutzen.
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Der Einzelkanal ist vorzugsweise kreisförmig; er führt in den zylindrischen
Abwärtszug. Der Abzug bildet einen getrennten beweglichen Teil mit einem einzelnen
kreisförmigen Kanal. Das Herdende weist eine Komplementäröffnung (oder Kanal) auf,
der Abzug und das Herdende besitzen einander gegenüberliegende, um diese Kanäle
herum angeordnete metallische Abkleidungen, und der Abzug kann als Ganzes gegen
den Herd gedrückt werden, so daß höchstens ein kleiner Spalt verbleibt, durch den
Luft in den Ofen an dieser Verbindungsstelle zwischen Kippherd und Abzug eintreten
kann. Zwecks Aufrechterhaltung der Abdichtung auch beim Kippen sollten die Achsen
der beiden kreisförmigen Kanäle völlig oder zumindest im wesentlichen mit der Kippachse
des Herdes zusammenfallen.
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Der bewegliche Abzug kann vorteilhaft zur Einführung einer oder mehrerer
Lanzen benutzt werden, so daß der Herd gekippt werden kann, ohne die Stellung oder
Bewegung der Lanzen zu beeinflussen.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist etwas schematisch
in den Fig. 1 bis 11 dargestellt. Es zeigt Fig. 1 einen Schnitt durch den linksseitigen
Abzug mit Herdende, von vorn gesehen, und mit einer Lanze im Aufriß, Fig.2 einen
senkrechten Schnitt an demselben Ende mit zwei Schlackentaschen, Fig.3 einen Teilaufriß
des rechtsseitigen Ofenendes, Fig. 4 einen waagerechten Schnitt nach der Kippachse
durch einen Teil des Ofenendes nach Fig. 3, Fig. 5 einen Querschnitt eines Brenners,
Fig. 6 eine Vorderansicht des rechtsseitigen Herdendes, Fig.7 eine Ansicht des rechtsseitigen
Abzuges, wobei zwecks Klarheit verschiedene Leitungen weggelassen sind, Fig. 8 einen
Schnitt nach der Linie A -A der Fig. 3, Fig. 9 zwei Schlackentaschen und
Regeneratoren, Fig. 10 teilweise geschnitten einen Regenerator mit Umsteuerventilen
und Fig. 11 ein Schema der Abgasbehandlungsanlage. Der in den Figuren dargestellte
Ofen ist ein kippbarer basischer Siemens-Martin-Ofen von 300 Tonnen mit einem Herd
1, einem Gewölbe 2, einer Bodenauskleidung 3, der üblichen Deckenkonstruktion und
einem Rahmen 4 mit auf Rollen 6 gelagerten Kurvenbahnen 5; der Herd ist um eine
Achse 7 in bekannter und daher nicht gezeigter Weise kippbar. Er besitzt fünf Beschickungstüren
119, von denen zwei mit Schlackenlöchern ausgerüstet sind, und ein in eine
Gießrinne 8 mündendes Stichloch.
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Wie üblich sind die beiden Ofenenden von gleicher Bauart; entgegen
der üblichen Praxis ist aber nur ein einziger mittlerer kreisförmiger Kanal 9 an
jedem Ofenende vorgesehen, dessen Achse mit der Kippachse 7 des Herdes zusammenfällt.
Dieser Kanal ist innerhalb eines Abzuges 10 angeordnet, in welchem ein Durchgang
11 zur Aufnahme einer Lanze 12 vorgesehen ist, die durch gleitende Bewegung in den
Ofen eingebracht sowie aus ihm entfernt werden kann und zur Sauerstoffzufuhr dient.
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Der übliche mittlere Brenngaskanal ist fortgelassen; an den vier Ecken
des Ofens ist aber je ein Gasbrenner 13 vorgesehen. Jeder Brenner besteht aus einem
an seiner Vorderseite geschlossenen und einen Wassermantel bildenden Stahlrohr
14 mit einer zylindrischen Platte 15, die das einfließende und rückfließende
Wasser voneinander trennt. Im Rohr 14 befinden sich ein Gasrohr 16 und zwei Sauerstoffrohre
17. Das Kühlwasser wird aus einer Sammel-
Leitung 18 durch
Leitungen 19 zugeführt und gelangt durch Leitungen 20 in einen Kasten 21.
Das Gas wird durch eine Leitung 22 und Sauerstoff durch eine Sammelleitung
23 und Leitungen 24 zugeführt; den Leitungen 24 kann auch Luft durch
die Leitungen 25 zugeführt werden. Alle diese Leitungen sind starr und bewegen sich
mit dem Kippherd, wobei sie ihrerseits mit biegsamen, nicht gezeigten Zuführungsleitungen
verbunden sind, um die Kippbewegung zu ermöglichen.
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Im Betrieb wird bei der Herstellung von Stahl Koksofengas mit Sauerstoff
in den Ofen durch die Brenner 13 eingeführt und brennt beim Flicken, beim Einbringen
des kalten Teiles der Charge (gewöhnlich Oxyde, Kalk und Schrott) und beim Zusatz
des ersten Teiles des geschmolzenen Metalls, das den restlichen Teil der Charge
bildet. Dann wird die Brennstoffzufuhr verringert oder völlig abgestellt und Sauerstoff
durch die Lanze 12 ober- oder unterhalb der Berührungsfläche zwischen Schlacke und
Metall zugeführt. Die Zufuhr von Sauerstoff oder Luft oder sauerstoffangereicherter
Luft durch den Kanal 9 kann aber auch fortgesetzt werden, um das in der Charge entwickelte
Kohlenoxyd zu Kohlensäure zu verbrennen. Die Sauerstoffzufuhr durch die Lanze wird
unterbrochen, wenn der prozentuale Kohlenstoffgehalt des geschmolzenen Metalls etwa
0,1 bis 0,3 größer als der verlangte Endprozentgehalt ist. Jede Lanze wird aus dem
Ofen entfernt, wenn kein Sauerstoff durch sie in den Ofen eingeführt wird.
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Bei dem in den Zeichnungen dargestellten Ofen mündet der Kanal 9 in
den oberen Teil 26 eines abwärts gehenden Zuges im Abzug 10. Dieser besteht
aus einem Stahlmantel 27 mit einer feuerfesten Auskleidung 28 und einer wassergekühlten
Reinigungsöffnung 120. Stahlplatten 29 und ein Querbalken 44 sind
an den Mantel geschweißt, um Stützen für den Abzug 10 zu bilden; diese Stützen
sind an einen viereckigen Rahmen 30 geschweißt, der so einen Teil des Abzuges
10 bildet. An seiner Unterseite trägt dieser Rahmen Schienen 31, die auf
Rollen 32 laufen, welche in Lagern 33 angebracht sind, die auf feststehenden Trägern
34 ruhen.
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Ein wesentliches Merkmal des Ofens besteht darin, daß die aufeinanderpassenden
Flächen des kippbaren Herdes 1 und des Abzuges 10 um den Kanal 9 herum aus Metall
bestehen und beim Betrieb des Ofens in enger Berührung miteinander stehen. Am Kippherd
wird die Metallfläche durch ein ringförmiges Gußstück 35 gebildet, das durch Wasser
gekühlt wird, welches durch Kanäle 36 tritt, von denen jeder das Gußstück 35 halb
umschließt; dieses Wasser wird durch Leitungen 37 aus der Sammelleitung
18 geliefert und über Leitungen 38 abgeführt, die in den Kasten
21 münden. Die Oberfläche der Gußstücke 35 ist bearbeitet, um mit der Oberfläche
eines ähnlichen Gußstückes 39 am Ende des Abzuges 10 zusammenzupassen.
Das Gußstück 39 besitzt ähnliche Kühlwasserdurchgänge 40.
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Um zu erreichen, daß die aneinanderliegenden Flächen der Gußstücke
35 und 39 ungeachtet des durch Temperaturänderungen bedingten Zusammenziehens und
Ausdehnens in enger Berührung miteinander stehen, wird der Abzug 10 durch
zwei doppeltwirkende Stempel 41, von denen sich je einer an jeder Seite befindet,
ständig gegen den Kippherd 1
gedrückt. Jeder Stempel ist in einer an einem
Träger 34 angebrachten Stütze 45 gelenkig angeordnet und greift in
einen Querbolzen 42 ein, der Platten 43 umspannt, die am Rahmen 30 angeschweißt
sind.
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An jeder Seite des Abzuges 10 ist eine kleine Öffnung 46 zum Einführen
eines Dampfstrahles vorgesehen. Diese Dampfstrahlen werden an demjenigen Ende, an
welchem Luft durch den Kanal 9 eintritt, eingeführt; sie lenken den Luftstrom längs
der Badoberfläche und bewirken eine merkliche Steigerung der Lebensdauer der Decke.
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Die Durchbrechung 11 im Abzug 10 ist von einem wassergekühlten
Kasten 47 umgeben und durch einen Deckel mit einer Bohrung abgeschlossen, in die
die Lanze zwecks guter Abdichtung genau paßt.
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Die Lanze wird von einem Gestell 48 mit vier Rädern 49 getragen, die
zwischen den Flanschen von zwei geneigten Schienen laufen. Fig. 1 zeigt die Lanze
in der unteren Grenzstellung ihrer Bewegungsbahn längs der Schienen 50. Sie ist
mit einem schweren, längs der entgegengesetzten Flächen der Schienen laufenden Gegengewicht
118 durch ein Seil 58 verbunden, das über eine Rolle 59 am oberen Ende der Schienen
läuft. Das Gegengewicht 118 ist mit einer durch einen elektrischen Umkehrmotor 63
angetriebenen Winde 60 durch ein Seil 61 verbunden, das über Rollen 62 läuft.
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Der Abzug 10 liegt oberhalb eines Abwärtszuges 78 mit einem
oberen Teil 94 mit senkrechter Achse, der in den Teil 26 des Abzuges 10 übergeht.
Der Teil 78 besteht aus einem mit feuerfestem Material ausgekleideten Stahlmantel
79. Er besitzt kreisförmigen Querschnitt und ist an seinem oberen Ende von einer
ringförmigen Wassertasse 81 umgeben, in die eine zylindrische Glocke 82, 83 eintaucht,
was eine gasdichte Verbindung ergibt.
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Zur abwechselnden Verwendung sind zwei Schlakkentaschen 84 vorgesehen.
Jede dieser Taschen besteht im wesentlichen aus einem Stahlzylinder 85 mit feuerfester
Auskleidung 86 und einem Einlaß 87 mit gegen die Senkrechte geneigter Mündung 88,
die einer Komplementärmündung 89 des unteren Endes des Abwärtszuges 78 angepaßt
ist. Dieser Zug ist leicht beweglich, so daß er von der einen der beiden Schlakkentaschen
getrennt und mit der anderen verbunden werden kann. Er kann um die senkrechte Achse
seines Oberteiles 94 gedreht werden, wobei er sich von einer Schlackentasche zur
anderen bewegt.
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Jede Schlackentasche 84 ist durch einen kurzen Kanal 91 von segmentförmigem
Querschnitt an einen Regenerator 92 angeschlossen. Dieser Kanal ist in einem mit
feuerfestem Material 96 ausgekleideten Stahlmantel 95 vorgesehen. Jeder Regenerator
besteht aus einem mit feuerfesten Steinen 98 ausgekleideten Stahlzylinder 97. Ein
Kanal 99 führt vom Boden jedes Regenerators zu einem Abgasumsteuerventil 100 und
einem Luftumsteuerventi1101. Die Abgase strömen vom Ventil 100 über einen Kanal
102 in einen Abhitzekessel 103, und Luft strömt bei geöffnetem Ventil 101 aus einer
Hauptleitung 104 zum Regenerator. Der Kanal 99 besteht aus einem mit feuerfestem
Material 106 ausgekleideten Stahlgehäuse 105, so daß sich ein kontinuierlicher,
stahlummantelter Gasdurchgang vom Herd bis zum Umsteuerventil100 ergibt. Zu jedem
Regenerator gehört ein Satz Umsteuerventile.
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Aus dem Kessel 103 strömen die Abgase zu einem Ekonomiser
115 und einem Ventilator 116. Dieser Ventilator ist mit einem Umlaufkanal
117 verbunden, der in Abhängigkeit von der Einstellung einer durch
einen
Thermostaten 108 gesteuerten Drosselklappe 107 die Möglichkeit gibt, heißes
Abgas zweimal durch den Kessel und den Ekonomiser treten zu lassen. Das vom Ventilator
116 nicht in Umlauf gesetzte Gas gelangt über Zyklone 109 in eine Beutelfilteranlage
110 und von hier über einen Ventilator 111 in einen Kamin 112, aus
dem es in die Atmosphäre entweicht.
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Der in der Filteranlage angesammelte Staub wird von einem Schneckenförderer
113 ausgetragen und in den Bunker 114 entleert.
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Beim Bau des Ofens in der vorbeschriebenen Weise ist es beim Sauerstoffblasen
möglich, das Abgasvolumen auf annähernd 50'9/o und selbst bis auf annähernd 20°/a
des Abgasvolumens eines normalen Siemens-Martin-Kippofens zu verringern. Die Staubsammelanlage
kann daher verhältnismäßig klein sein und die Größe der Schlackentaschen und der
Regeneratoren im Verhältnis zu derjenigen nach der üblichen Praxis verringert werden.
So kann beispielsweise der Regenerator eines Ofens nach der Erfindung ein mit feuerfesten
Steinen ausgekleideter Stahlzylinder mit einem Querschnitt von 80 Quadratfuß sein,
während für dieselbe Herdgröße ein normaler Ofen einen rechteckigen, gemauerten
Regenerator mit einem Querschnitt von 410 Quadratfuß erfordert.
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Es ist ersichtlich, daß der erfindungsgemäße Ofen auch den Vorteil
des kreisförmigen Querschnitts der Kanäle, der Abwärtszüge, der Schlackentaschen,
der Regeneratoren und der Abgaskanäle aufweist, wodurch jeder dieser Teile eine
maximale Festigkeit für sein Gewicht besitzt.
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Überdies treten beim Sauerstoffblasen höhere Temperaturen als gewöhnlich
auf, was zur Folge hat, daß nur besondere und mithin teure feuerfeste Stoffe, die
diesen Temperaturen widerstehen, verwendet werden können. Bei der normalen rechteckigen
Bauart sind viele Ecken und Stellen vorhanden, an denen feuerfeste Steine praktisch
nur zum Auffüllen dienen. Beim erfindungsgemäßen Ofen dagegen können alle Teile
vom Herdabzug bis zu den Abgaskanälen in der gewünschten Dicke mit feuerfestem Material
ausgekleidet werden, ohne daß ein Verlust durch Ecken od. dgl. entsteht.