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Winderhitzer für Hochöfen u. dgl. Die vorliegende Erfindung befaßt
sich mit einem Winderhitzer für Hochöfen u. dgl. mit einem Turm, in dem ein Stapel-
aus feuerfesten Elementen vorgesehen ist, die eine Reihe von Kanälen bilden, wobei
mindestens ein Teil der Stapelelemente Mischelemente sind, die aus einem äußeren
Teil aus feuerfester Erde und einem inneren Teil aus feuerfestem Metall bestehen.
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Zur Erhöhung des verfügbaren wirksamen Gewichtes des Stapels ist bereits
die Benutzung von Elementen aus feuerfestem Material hoher Dichte, wie etwa feuerfesten
Metallen, bekannt. Die feuerfesten Eisenerzeugnisse haben eine spezifische Wärme,
die etwas geringer ist als diejenige der Erzeugnisse aus feuerfesten Erden, aber
ihre Dichte ist 3,5- bis 4mal größer als die der Erzeugnisse aus feuerfesten Erden
derart, daß sie bei gleichem Volumen 2,5mal mehr Kalorien speichern können, und
das sehr viel schneller, weil die Wärmeleitfähigkeit der Eisenerzeugnisse sehr viel
größer ist. Ebenso ist die Benutzung von Mischelementen bereits bekannt, wobei das
Teil aus feuerfestem Metall im Inneren von äußeren Teilen aus feuerfester Erde angeordnet
ist.
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Es wurde nun gefunden, daß die Anordnung der inneren Teile aus feuerfestem
Metall gegenüber den äußeren Teilen ganz bestimmten Bedingungen entsprechen muß,
wenn man die Gefahr einer Beschädigung des Stapels ausschließen will. Um dies zu
erreichen, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß in jedem Mischelement das
innere Teil derart an der Innenseite des entsprechenden äußeren Teiles aufgehängt
ist, daß das betreffende innere Teil nicht auf dem inneren Teil des darunterliegenden
Teiles aufliegt, wobei die Höhe jedes inneren Teiles ein wenig kleiner ist als das
entsprechende äußere Teil.
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Der Stapel gemäß der Erfindung baut sich also ausschließlich durch
die äußeren Teile auf, die widerstandsfähig gegen Zusammenstauchung sind, während
die inneren Teile Kanäle bilden, die praktisch durchlaufen und die von Teilen aus
feuerfestem Metall begrenzt werden; wenn infolge ungünstiger Umstände der Erweichungspunkt
des feuerfesten Metalls erreicht wird, können sich keine ernsten Schäden ergeben,
weil die benachbarten Metallteile einer Säule nicht aufeinanderliegen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch
aus, daß die äußeren Teile der Mischelemente den gleichen, vorzugsweise kreisförmigen
Außenquerschnitt aufweisen und in im Fünfeck angeordneten Säulen gestapelt sind,
wobei die sich durch die äußeren Teile bildenden Kanäle als Regulierleitungen vorgesehen
sind. Tatsächlich passieren die heißen Gase die Regulierleitungen langsamer als
die im Inneren der Mischelemente gebildeten Durchgänge, so daß in verschiedenen
Zonen unterschiedlicher Höhe Temperaturdifferenzen zwischen dem in den inneren Teilen
der Mischelemente, dem zwischen den inneren und äußeren Teilen der Mischelemente
und schließlich dem in den Regulierleitungen zirkulierenden Gas vorhanden sind.
Diese Temperaturunterschiede verringern die Beanspruchung der Stapelelemente und
machen sie gleichmäßiger.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind
die Form und die Abmessungen wenigstens eines Teiles der Stapelelemente in Abhängigkeit
von der Höhenlage im Turm derart veränderlich vorzusehen, daß das Verhältnis der
Kanalquerschnitte zu den Querschnitten der Stapelelemente im Turm oben größer als
unten ist. Durch diese Anordnung wird es möglich, eine zu starke Verringerung der
Geschwindigkeit der Verbrennungsgase zu vermeiden, welche von oben nach unten im
Turm zirkulieren und dabei ihre Wärme an die Stapelelemente abgeben. Dank dem Aufbau
der Stapelelemente und-insbesondere dank dem Vorhandensein der Mischelemente kann
des Verhältnis der Kanalquerschnitte zu den Querschnitten der Stapelelemente im
Turm von oben nach unten besonders leicht verändert werden. Darüber hinaus ist die
verwendete Anordnung -dank der geringen thermischen Trägheit der äußeren Teile der
Mischelemente besonders wirksam, denn der Wärmeaustausch bleibt bedeutend. Weitere
Einzelheiten
und Besonderheiten der Erfindung ergeben sich aus der
Beschreibung der. Zeichnungen, die als den Erfindungsgedanken nicht abgrenzende
Beispiele verschiedene Ausführungsformen der Erfindung darstellen.
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F i g. 1 ist eine zum Teil aufgeschnittene Seitenansicht eines Winderhitzers
gemäß der Erfindung; F i g. 2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 11-11 in
F i g. 3 und zeigt ein Stapelelement; F i g. 3 zeigt einen Schnitt entlang der Linie
11I-III in F i g. 2; F i g. 4 ist eine Darstellung eines Teiles des Stapels; F i
g. 5 zeigt in einer Schnittansicht einen Teil eines Stapelelementes, wobei der Schnitt
entlang der Linie V-V in F i g. 6 geführt ist; F i g. 6 zeigt eine Draufsicht entsprechend
F i g. 5; F i g. 7 zeigt eine Seitenansicht eines Teiles eines Stapelelementes,
das zur Verbindung mit den in den F i g. 5 und 6 gezeigten Teilen bestimmt ist;
F i g. 8 ist eine Draufsicht entsprechend F i g. 7; F i g. 9 ist eine Darstellung
eines Teiles des Stapels, der die in den F i g. 5 bis 8 dargestellten Elemente aufweist.
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In den verschiedenen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen analoge
Elemente oder Elemente mit analoger Funktion.
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Der in F i g. 1 dargestellte Winderhitzer weist einen zylindrischen
Turm 1 und eine Verbrennungskammer 2 auf, die außerhalb des Turmes 1 angeordnet
ist und deren oberer Teil mit dem oberen Teil des Turmes 1 durch eine Leitung 3
großen Querschnittes verbunden ist, wobei die Leitung 3 mit der Senkrechten einen
verhältnismäßig kleinen, weniger als 45° betragenden Winkel bildet.
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Im Turm 1 ist ein Stapel 18 aus feuerfesten Elementen angeordnet,
die von den Verbrennungsgasen der Verbrennungskammer 2 während der Heizperiode erhitzt
werden und die Druckluft - also die Blasluft - erhitzen, wenn der Erhitzer unter
Wind steht.
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In den F i g. 2 und 3 ist ein Stapelelement 18 dargestellt; dieses
Element weist ein zylindrisches Teil 4
aus feuerfester Erde auf, in dem Einkerbungen
5 vorgesehen sind - und zwar vorzugsweise drei Stück -, so daß in das Teil 4 ein
Teil 6 aus feuerfestem Metall, das z. B. aus feuerfestem Gußmetall besteht und den
Einkerbungen 5 entsprechende Vorsprünge 7 aufweist, eingehängt werden kann. Das
Teil 6 weist innen und außen Rippen auf, welche die Austauschoberfläche vergrößern.
In F i g. 4 ist die Anordnung mehrerer solcher Mischelemente zueinander dargestellt,
wobei nur die Teile 4 gezeichnet sind mit Ausnahme eines Elementes, in dem
auch das Teil 6 dargestellt ist.
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Die Elemente sind gleichmäßig zu einem Stapel übereinandergelegt.
Bei dieser Aufeinanderstapelung wirken nur die Teile 4 mit. Dazu sind die Teile
6 etwas weniger hoch als die Teile 4 derart, daß die in den Teilen 4 hängenden Teile
6 sich gegenseitig nicht berühren, wodurch verhindert wird, daß sie eventuell zu
Bruch gehen.
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In einem Winderhitzer kühlen sich die von oben nach unten zirkulierenden
Gase ab, indem sie ihre Wärme an die feuerfesten Stapelelemente abgeben, und ihr
spezifisches Volumen wird geringer. Um eine zu große Verringerung der Windgeschwindigkeit
zu vermeiden, ist es daher vorteilhaft, im Turm von oben nach unten fortschreitend
den Querschnitt der von den feuerfesten Elementen gebildeten Kanäle zu verringern.
Dies kann leicht dadurch geschehen, daß man die Gestalt der Teile 6 ändert, welche,
je höher man im Turm 1 hinaufsteigt, einen abnehmenden Querschnitt haben können.
Die Wirksahikeit einer solchen Anordnung ist bedeutend, und zwar dank der geringen
thermischen Trägheit der Teile 6 der Mischelemente; die Verbrennungsgase aus der
Kammer 2 können eine verhältnismäßig große Geschwindigkeit behalten, ohne daß die
Wärmeaustauschvorgänge ungünstig beeinflußt werden.
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Die Maximaltemperatur des Stapels ändert sich über die ganze Höhe
des Turmes 1 beträchtlich. Im oberen Teil, wo diese Temperatur am höchsten
ist, ist es oft vorteilhaft, Elemente zu verwenden, die ganz aus feuerfester Erde
bestehen, wobei diese gegebenenfalls aus zwei Einzelheiten bestehen können, die
den Teilen 4 und 6 der Mischelemente entsprechen.
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Die vorstehend beschriebenen Mischelemente eignen sich vor allen Dingen
für die Mittelzonen. In der untersten Zone, die am wenigsten heiß ist. kann man
Elemente verwenden, die nur aus Metall bestehen, oder aber auch ebenfalls Mischelemente.
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Die Mischelemente und die nur aus einem Material bestehenden Elemente
des Stapels haben außen alle den gleichen Kreisquerschnitt. Sie sind zu Kolonnen
aufgestapelt, die im Fünfeck (s. F i g. 4) angeordnet sind und zwischen denen Kanäle,
z. B. 63, gebildet sind, in welchen keine Teile aus feuerfestem Metall angeordnet
sind. Diese Kanäle 63 bilden Regulierleitungen mit praktisch gleichem Querschnitt
von einem Stapelende zum anderen. In ihnen zirkulieren die heißen Gase langsamer
als in denjenigen Kanälen, die im Inneren der beschriebenen Stapelelemente gebildet
sind, so daß in verschiedenen, in unterschiedlicher Höhe liegenden Zonen Temperaturdifferenzen
zwischen dem im Inneren der Elemente zirkulierenden Gas, dem zwischen den Innenteilen
und den Außenteilen dieser Elemente zirkulierenden Gas und endlich dem in den Leitungen
63 zirkulierenden Gas auftreten. Diese Temperaturunterschiede vereinheitlichen und
verringern die Beanspruchung der Stapelelemente.
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Die Mischelemente und die aus einheitlichem Material bestehenden Elemente
des Stapels müssen nicht unbedingt außen zylindrischen Querschnitt haben. Sie können
außen vieleckig, z. B. achteckig, sein, wie das in den F i g. 5 bis 8 dargestellt
ist. Diese Elemente weisen noch ein Außenteil 8 aus feuerfester Erde mit achteckigem
Außenquerschnitt auf, wobei in den Teilen 8 Kerben 9 vorgesehen sind,
in denen an Vorsprüngen 10 Innenteile 11 aus beispielsweise feuerfestem
Gußmetall gelagert sind, die innen und außen mit Rippen versehen sein können.
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Das übereinanderstapeln der Teile 8 kann im Fünfeck mit in senkrechter
Richtung versetzten Fugen vorgenommen werden, wobei man für die untere Lage Außenteile
verwendet, die halbe Teile 8 sind und mit normalen Elementen abwechseln.
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Die Tiefe der Kerben 9 und die Höhe der Vorsprünge 10 sind
so bemessen, daß ein Teil 11 in zwei übereinanderliegenden Teilen 8 gehaltert
wird.
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Die Teile 8 weisen auch Außenkerben 16 auf, mit deren Hilfe die Teile
11 aus feuerfestem Metall nicht nur im Inneren dieser Teile 8, sondern auch im
Inneren
des von den äußeren Oberflächen mehrerer nebeneinanderliegender Teile 8 begrenzten
Raumes angeordnet werden können.
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In F i g. 9 ist eine Anzahl von nebeneinanderliegenden feuerfesten
Elementen dargestellt, von denen immer die Teile 8 wiedergegeben sind und wobei
zwei Teile 11 in den zwei Stellungen gezeigt sind, in denen man sie im Verhältnis
zu den Teilen 8 anordnen kann. Es sind auch andere Ausführungsformen von Innenteilen
aus feuerfestem Metall dargestellt, etwa die Teile 13 mit zwei Vorsprüngen und die
Teile 15, die einen Kreuzquerschnitt haben. Man könnte auch die Teile
11, 13 oder 15 außerhalb der Teile 8 weglassen, derart, daß Kanäle
nach Art der Kanäle 63 in F i g. 4 gebildet werden.
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Der zuvor beschriebene Winderhitzer weist eine Verbrennungskammer
2 außerhalb des Turmes 1 auf. Bei den herkömmlichen Geräten sieht man jedoch im
allgemeinen eine Verbrennungskammer im Inneren des Turmes 1 vor. Man könnte auch
in diesem Falle die Wirkungsweise solcher Geräte durch Benutzung der zuvor beschriebenen
Stapelung verbessern.
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Der Wirkungsgrad der vorbeschriebenen Stapelung erlaubt es, die bekannten
Geräte kürzer zu machen.
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Es versteht sich, daß die Erfindung keineswegs auf die beschriebenen
Ausführungsformen beschränkt ist, und es sind viele Abwandlungen möglich, die in
den Schutzumfang des Patentes fallen.