DE1219633B - Heisswindkupolofen - Google Patents

Heisswindkupolofen

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DE1219633B
DE1219633B DESCH32636A DESC032636A DE1219633B DE 1219633 B DE1219633 B DE 1219633B DE SCH32636 A DESCH32636 A DE SCH32636A DE SC032636 A DESC032636 A DE SC032636A DE 1219633 B DE1219633 B DE 1219633B
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DE
Germany
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furnace
metal cylinder
wall
melting zone
wind
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Pending
Application number
DESCH32636A
Other languages
English (en)
Inventor
Otto Schnyder
Eric G Heizmann
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27BFURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B1/00Shaft or like vertical or substantially vertical furnaces
    • F27B1/08Shaft or like vertical or substantially vertical furnaces heated otherwise than by solid fuel mixed with charge

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)

Description

  • Heißwindkupolofen Die vorliegende Erfindung betrifft einen Heißwindkupolofen, dessen Schmelzzone teilweise durch den aufzuheizenden Wind und teilweise durch Wärmeabstrahlung zu kühlen ist, mit einem inneren Metallzylinder, welcher die Ofenwand der Schmelzzone bildet und zur Wärmeabgabe an den an seinen Wandungsteilen vorbeiströmenden Wind ausgebildet ist.
  • Während eine künstliche Kühlung der Ofenwand im Bereich der Schmelzzone von Kupolöfen zur Reduktion des Futterabbrandes auch bei nur kurzzeitig betriebenen öfen erwünscht ist, stellt eine solche Kühlung für öfen mit langer Schmelzdauer, insbesondere im Dauerbetrieb, eine unbedingte Notwendigkeit dar, und es sind deshalb auch schon die verschiedensten Kühlsysteme vorgeschlagen und ausgeführt worden.
  • Von der reinen Wasserkühlung mittels Wasserbad oder Berieselung eines nackten, metallenen Schmelzmantels wurde infolge der hohen Wärmeverluste auf Heißkühlungen, bei der die Verdampfungswärme des Wassers mitausgenutzt wird, übergegangen.
  • Solche Anlagen können jedoch nur dort wirtschaftlich eingesetzt werden, wo ein geeignetes Dampfnetz für den entsprechenden Verbundbetrieb zur Verfügung steht.
  • Auch die Kühlung der Ofenwand mit Luft wurde in neuerer Zeit verschiedentlich angewendet, doch bietet eine solche reine Luftkühlung verschiedene Schwierigkeiten, da einerseits große Luftmengen mit hohen Geschwindigkeiten eingesetzt werden müssen, um eine ausreichende Kühlung zu gewährleisten und andererseits selten eine ausreichende Betriebssicherheit besteht, da im Falle eines Ausbleibens des Luftstromes mit einer Beschädigung des Ofenmantels zu rechnen ist.
  • Gemäß einem älteren Recht ist bei einem Heißwindkupolofen mit futterloser Schmelzzone, bei welchem der Schmelzzonenmantel aus metallischem Werkstoff besteht und durch den Kupolofenwind gekühlt wird, um den Schmelzzonenmantel ein Ringspalt gebildet, der derart mit der Windleitung einerseits und der Ofenwinddüse andererseits verbunden ist, daß der Wind aus dem Ringspalt ohne Richtungsänderung in die Ofenwinddüse strömt, wobei das untere Ende des Schmelzzonenmantels mit dem Ofenfutter eine kreisförmige Ofenwinddüse bildet. Dieser Ofen besitzt vor allem zwei entscheidende Nachteile: weil der Wind ohne Richtungsänderung strömt, ist dieWärmeübertragung schlecht, undferner gibt die kreisförmigeOfenwinddüse zu schwerwiegenden Störungen Anlaß, da sie leicht verstopft wird. Die vorliegende Erfindung bezweckt durch eine kombinierte Kühlung die genannten wirtschaftlichen und technischen Nachteile der bisher vorgeschlagenen und ausgeführten künst ' lichen Ofenwandkühlungen auszuschalten. Ferner schafft die Erfindung einen Heißwindofen, bei dem die separate, teuere Rekuperatoranlage'zur Winderhitzung wegfällt. Der erfindungsgemäße Heißwindkupolofen ist dadurch gekennzeichnet, daß der innere Metallzylinder in seiner Wand Hohlräume für den durchströmenden Wind aufweist, wobei für diese Hohlräume mindestens eine Zuleitung und mindestens eine zu den seitlich in den Ofen mündenden Düsen führende Ableitung vorgesehen sind, und durch einen äußeren, als Strahlungskühler ausgebildeten, um den inneren Metallzylinder herum im Abstand angeordneten Metallzylinder, wobei die Hohlräume des inneren Metallzylinders als einander benachbarte senkrechte Kanäle ausgebildet sind, deren obere und untere Enden je durch einen Ringkanal miteinander verbunden sind, und die Zu- und Ableitungen in je einen dieser Ringkanäle münden, und wobei der äußere Metallzylinder in seiner Wand mindestens einen Hohlraum für ein durchströmendes Kühlmedium aufweist.
  • Der V&gleich von Wärmebilanzen ausgeführter Heißwindkupolöfen mit wassergekühlter Schmelzzone zeigt, daß die durch die Kühlung abgeführte Wärmemenge meist größer ist als zur Aufheizung des Windes nötig wäre. Bei rein luftgekühlten Kppolöfen muß deshalb aus Sicherheitsgründen mit einem Luftübers ' chuß gearbeitet werden, was sich sowohl in der Anschaffung als auch im Betrieb verteuernd auf die Anlage auswirkt, speziell auch ün Hinblick darauf, daß mit höheren Drücken als normal gearbeitet werden -muß, um die für den Wärmeübergang notwendigen Windgeschwindigkeiten zu erreichen. Darüber hinaus sind dadurch auch komplizierte Windmeß- und Regelapparaturen erforderlich.
  • Im Gegensatz dazu braucht bei der vorliegenden Erfindung die Gebläseanlage nur für die Ofenwindmenge ausgelegt zu werden, und da (wie später gezeigt wird) der Innenmantel ohne Gefährdung mit hohen Temperaturen betrieben werden kann, läßt sich die Strömungsgeschwindigkeit und damit die Gebläseleistung auf ein notwendiges Minimum beschränken.
  • Man benutzt also den Luftstrom, mit welchem man die Schmelzzone kühlt, als heißen Ofenwind, wobei man ihn, falls er durch die Kühlung der Schmelzzone nicht genügend aufgeheizt werden sollte, noch durch außerhalb des Ofens liegende Mittel, wie etwa einen durch die Ofenabgase beheizten üblichen Rekuperator, zusätzlich erwärmen kann.
  • An Hand der Zeichnung wird nachfolgend ein Ausführuiigsbeispiel eines erfindungsgemäßen Heißwindkupolofens beschrieben.
  • # F i g. 1 zeigt einen senkrechten Schniti durch die Schmelzzone und den oben und unten daran anschließenden Ofenteil; F i g. 2 zeigt einen Querschnitt längs, der Linie 2-2 der Fig. 1; F i g. 3 zeigt einen Längsschnitt durch den als Va--riante ausgebildeten, an die Schmelzzone oben anschließenden Ofenteil; F i g. 4 zeigt einen Querschnitt längs der Linie 4-4 der F i g. 3.
  • Der Innenmantel 1 ist mit achsparaUelen Hohlräumen 2 versehen, durch die der Ofenwind geblasen wird. Der obere und untere Teil des Mantels ist als Ringkamnier 8, 9 ausgebildet. Beim dargestellten Ofen wird der Wind durch den Einblasstutzen 6 zugeführt und verläßt die obere Ringkammer gegen einen Dreiweghahn 4, mit dem er entweder durch die Düsen 5 in den Ofen eingeleitet wird, oder im Falle von kurzzeitigen Schmelzunterbrechungen über den Stutzen 7 ins Freie abgeblasen werden kann, ohne daß die Kühlung beeinträchtigt wird. Der Strahlungskühler 3 besteht aus einem doppelwandigen, zylindrischen Mantel, dessen Hohlraum 10 von Kühlwasser durchflossen ist, das durch einen Stutzen 11 eingeführt und durch einen Stutzen 12 abgeleitet wird. Durch einen einstellbaren Thermostaten im Kühlwasserablaufstutzen kann die Temperatur des Ofenmantels automatisch konstant gehalten werden.
  • Der Herd des Ofens ist in der herkömmlichen Weise ausgebildet und mit feuerfestem Material ausgekleidet. Der Ofenschacht über der Schmelzzone kann entweder gemäß F i g. 1 ausgebildet und mit feuerfestem Material ausgekleidet werden; Versuche haben jedoch gezeigt, daß es möglich ist, den oberen Teil gemäß F i g. 3 und 4 durch ein kleines Zusatzgebläse ebenfalls mit Luft zu kühlen. Dabei wird Luft durch einen Stutzen 15 in einen Hchlraum. 16 geblasen, welcher von einem Metallzylinder 17 und der oberen Ofenwand 13 gebildet ist. Die so erwärmte Luft kann entweder zu Heizzwecken verwertet oder aber ins Freie geblasen werden, und man erhält durch dieses System einen Kupolofen, der mit Ausnahme des Herdes keinerlei Ausmauerung mehr benötigt.
  • Der innere Ofenmantel kann grundsätzlich aus normalem oder legiertem, gegossenem, gewalztem bder geschweißtem Eisen oder Stahl gefertigt sein und aus einem oder mehreren zusammengesetzten Stücken bestehen. Zur Erhöhung der Haftbarkeit der sich im Innern bildenden und erstarrenden, wärmeisolierenden Schlackenschicht kann er zudem auf der Innenseite in bekannter Weise mit Stiften, Rippen od. dgl. versehen werden. Seine Oberfläche kann auch ganz oder teilweise mit bekannten Verfahren zur Erzielung bestimmter Eigenschaften behandelt werden (z. B. erhöhte Zunderfestigkeit, bestimmte Strahlungseigenschaften usw.). Außer der Beeinflugsung der Wärmestrahlung durch derartige Behandlungen der emittierenden und absorbierenden Flächen kann die Wärmeübertragung zwischen den beiden Mänteln selbstverständlich auch zum Teil durch Leitung und Konvektion erfolgen und durch entsprechende bauliche Maßnahmen im Strahlungsraum 14 (z. B. durch Verbindungsrippen, durch Evakuieren, durch zusätzliche Luftströmung) gesteuert werden.
  • Die Durchflußrichtungen der Kühlmedien können auch in entgegengesetzter. Richtung als wie in der Zeichnung angegeben, verlaufen. Außerdem kann der Ofenwind vor oder nach dem Durchfließen des Ofenmantels zwecks Erhöhung der Endtemperatur zusätzlich erhitzt werden. Es ist beispielsweise denkbar, daß der Ofenwind zuerst ganz oder teilweise zur Kühlung des Ofenoberteils gemäß F i g. 3 und 4 (im Gleich- oder Gegenstrom zu den Ofenchargen) herangezogen und erst dermaßen vorgewärmt durch den Ofenmantel geblasen wird.
  • Die Ausnutzung der Wärmestrahlung zur zusätzlichen Kühlung des inneren Ofenmantels bietet entscheidende Vorteile, da die abgestrahlte Wärmemenge mit der vierten Potenz der absoluten Temperaturen anwächst und somit eine eventuelle schädliche überhitzung des inneren Mantels praktisch ausgeschlossen ist, wie das folgende Beispiel zeigt: Es handelt sich dabei um einen Kupolofen mit einem Durchmesser von 550 mm und einer Schmelzleistung von 2 t pro Stunde. Um die Ofenwindmenge von 1740 m3/h von 701 C auf 500' C zu erhitzen, sind etwa 240 000 kcal/h erforderlich. Bei einer angenommenen Temperatur t2 des Kühlmantels von 60' C und bei einer normalen Außentemperatur ti des inneren Mantels von 670' C ergibt sich eine Wärmeabfuhr durch Strahlung von etwa 47 000 kcal/h. Die gesamte abgeführte Wärmemenge (durch Wind und durch Strahlung) beträgt folglich etwa 287 000 kcal. Sollte die Temperatur t. des inneren Mantels auf 1000' C ansteigen, so wurden 148 000 kcal/h abgestrahlt. Falls aus irgendeinem Grund die Windversorgung ausfallen sollte, so würde bei einer Temperatur t,. des Kühlmantels von 300 C (die ohne weiteres praktisch erreicht werden kann) die gesamte Wärmemenge von etwa 287 000 kcal/h abgestrahlt, ohne daß die Innenmanteltemperatur t, 12000 C überschreiten würde. Eine Gefahr für das Durchbrennen des Mantels besteht also nicht da bei Ausfall des Ofenwindes ja auch die Verbrennung und damit die Wärmeabgabe an den Innenmantel reduziert wird.
  • Durch eine Regulierung der Kühlmanteltemperatur (diese Regulierung kann beispielsweise automatisch erfolgen) hat man es also in der Hand, einerseits die Innentemperatur des Mantels bei kleinsten Wärmeverlusten einwandfrei zu beherrschen und gleichzeitig die Windtemperatur zu regulieren.
  • Bei einem erfindungsgemäßen Heißwindkupolofen ist es vorteilhaft, wenn die Höhe der Schmelzzone 500 bis 2500 mm, der Durchmesser der Schmelzzone 400 bis 1200 mm, die Dicke des inneren Metallzylinders 15 bis 60 mm und der Abstand zwischen der Außenwand des inneren Zylinders und der Innenwand des äußeren Metallzylinders 5 bis 100 mm beträgt und daß die Summe der Querschnitte der genannten senkrechten Kanäle 2 so groß ist, daß die Geschwindigkeit der durchströmenden Luft 10 bis 150 m/Sek. für auf Normalbedingungen (0' C, 760 mm I-Ig) reduzierte Luft beträgt.

Claims (3)

  1. Patentansprüche: 1. Heißwindkupolofen, dessen Schmelzzone teilweise durch den dabei aufzuheizenden Wind und teilweise durch Wärmeabstrahlung zu kühlen ist, mit einem inneren Metallzylinder, welcher die Ofenwand der Schmelzzone bildet und zur Wärmeabgabe an den an seinen Wandungsteilen vorbeiströmenden Wind ausgebildet ist, d a - durch gekennzeichnet, daß der innere Metallzylinder (1) in seiner Wand Hohlräume (2) für den durchströmenden Wind aufweist, wobei für diese Hohlräume mindestens eine Zuleitung (6) und mindestens eine zu den seitlich in den Ofen mündenden Düsen (5) führende Ableitung vorgesehen sind, und durch einen äußeren, als Strahlungskühler (3) ausgebildeten, um den inneren Metallzylinder (1) herum ün Abstand angeordneten Metallzylinder, wobei die Hohlräume des inneren Metallzylinders (1) als einander benachbarte senkrechte Kanäle (2) ausgebildet sind, deren obere und untere Enden je durch einen Ringkanal (8, 9) miteinander verbunden sind, und die Zu- und Ableitungen (6, 5) in je einen dieser Ringkanäle münden und wobei der äußere Metallzylinder in seiner Wand mindestens einen Hohlraum (10) für ein durchströmendes Kühlmedium aufweist.
  2. 2. Heißwindkupolofen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Schmelzzone 500 bis 2500 mm, der Durchmesser der Schmelzzone 400 bis 1200 mm, die Dicke des inneren Metallzylinders (1) 15 bis 60 mm und der Abstand zwischen der Außenwand des inneren Zylinders und der Innenwand des äußeren Metallzylinders (3) 5 bis 100 mm beträgt, und daß die Summe der Querschnitte der senkrechten Kanäle (2) so groß ist, daß die Geschwindigkeit der durchströmenden Luft 10 bis 150 m/Sek. für auf Normalbedingungen (0' C, 760 mm Hg) reduzierte Luft beträgt. 3. Heißwindkupolofen gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ableitung (5) ein Dreiweghahn (4) vorgesehen ist, um die durch die Wand der Schmelzzone erwärmte Kühlluft wahlweise entweder vom Ofen wegzuleiten oder dem Ofeninnern als Ofenwind zuzuleiten.
  3. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1133 084; USA.-Patentschriften Nr. 2 273 902, 2 104 393, 1675 255; Gießerei-Praxis, Nr. 13/1961, S. 269, 270.
DESCH32636A 1962-01-27 1963-01-21 Heisswindkupolofen Pending DE1219633B (de)

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CH102862A CH402288A (de) 1962-01-27 1962-01-27 Verfahren zum Betrieb von Schachtöfen und Schachtofen zur Durchführung des Verfahrens

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DE (1) DE1219633B (de)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1675255A (en) * 1928-06-26 Cupola
US2104393A (en) * 1935-08-17 1938-01-04 American Cast Iron Pipe Co Hot blast cupola
US2273902A (en) * 1940-09-30 1942-02-24 Meehanite Metal Corp Apparatus and method for preheating of air and the like by conduction
DE1133084B (de) * 1956-11-30 1962-07-12 Strico Ges Fuer Metallurg Heisswind-Kupolofen mit futterloser Schmelzzone

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CH402288A (de) 1965-11-15

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