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Horizontalkokskammerofen mit regenerativem Wärmeaustausch von Heizmedien
und Abgasen Die Erfindung betrifft die Ausbildung eines Horizontalkokskammerofens,
bei dem ein regenerativer Wärmeaustausch von Heizmedien und Abgasen durch Umstellung
von der Aufheizung der aus Zellen bestehenden Regeneratorkammern unter Wärmeaufnahme
auf die Abkühlung derselben unter Wärmeabgabe in vorgegebenen Zeitabschnitten sowie
unter Abgasspülung bei Umstellung von Schwachgas auf Abhitze unter Zuführung des
ausgespülten Schwachgases in die Heizzüge bewirkt wird.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, einen solchen Horizontalkokskammerofen
mit regenerativem Wärmeaustausch von Heizmedien und Abgasen in der Weise auszubilden,
daß eine wesentliche Verkürzung der Zeitabschnitte zwischen je zwei Umstellungen
von der Aufheizung der Regeneratorkammern unter Wärmeaufnahme auf die Abkühlung
derselben unter Wärmeabgabe ermöglicht wird. Eine solche Verkürzung der heute im
allgemeinen 20 bis 30 Minuten betragenden Umstellzeiten ist anzustreben, weil dadurch
eine besonders gleichmäßige Beheizung unter wesentlicher Verbesserung der Verkokungswirkung
ermöglicht wird. Man hat bereits für den regenerativen .Betrieb von Siemens-Martin-Öfen
vorgeschlagen, einen Wechsel der Hauptbrennrichtung alle 7 bis 10 Minuten vorzunehmen.
Die Gesamtheit der technischen Wirkungen einer solchen Betriebsweise eines Siemens-Martin-Ofens
ist indes so weitgehend vom Zweck und den allgemeinen Betriebsbedingungen eines
Horizontalkokskammerofens verschieden, daß die Stellung dieser Aufgabe und insbesondere
ihre konstruktive Lösung bei einem Ofen der letztgenannten Art nicht nahelag. Beim
Betrieb eines Siemens-Martin-Ofens handelt es sich um einen Prozeß metallurgischer
Art, nämlich darum, Stahl in flüssigen Zustand zu überführen und in bestimmter Weise,
z. B. durch Entfernung von Oxydationsbestandteilen, zu reinigen, um ein flüssiges
Metall völlig homogener Beschaffenheit zu erhalten.
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Demgegenüber handelt es sich in einem Horizontalkokskammerofen darum,
einen Destillationsprozeß mit Rückstand in der Retorte, bei denen Destillationsprodukte
in einer Vorlage angesammelt werden, durchzuführen. Der Rückstand wird hier durch
eine feste Masse von poröser Struktur in Form des sogenannten »Kokskuchens« erhalten,
bei dem wiederum Eigenschaften maßgebend sind, die bei dem im Siemens-Martin-Ofen
durchgeführten Prozeß keine Rolle spielen.
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Auch ist der Wärmebedarf und der ganze Verlauf, einerseits des Niederschmelzens
von Stahl, andererseits der Garung eines Kokskuchens, grundverschieden, so daß sich
auch nicht voraussehen ließ, ob bei einem Horizontalkokskammerofen ein regenerativer
Betrieb unter schnellem Wechsel mit zeitlich wechselndem Wärmebedarf bei der Gefahr
ungleichmäßigen Verlaufs der Garung mit dem Ziel der Erzeugung eines Kokskuchens
gleichmäßiger poröser Struktur und Festigkeit sich erfolgreich durchführen ließ.
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Die Lösung der vorstehend erläuterten Aufgabe wird erfindungsgemäß
dadurch erreicht, daß die Regeneratorzellen der Regeneratorkammern auswechselbar
zwischen je zwei sie abstützenden Zwischenwänden aus hitzebeständigem Stahl gelagert
sind und daß das Gitterwerk der Regeneratorzellen aus Gitterstäben mit einer Breite
bis zu etwa 12 mm und dazwischenliegenden Spaltweiten von etwa 5 bis 8 mm gebildet
ist.
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Durch die erfindungsgemäß vorgeschriebenen geringen Abmessungen der
Gitterstäbe wie der Spaltweiten wird ein gesteigerter Wärmeaustausch zwischen diesen
Elementen und den durchsteigenden Gasen in kürzester Zeit ermöglicht, so daß es
in der Praxis gelingt, die Umstellzeiten bis auf etwa 5 bis 15 Minuten herabzusetzen.
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Zweckmäßig werden die Regeneratorzellen von einem Metallgehäuse umgeben,
das unmittelbar an die Seitenwandung der der Zelle benachbarten, ebenfalls mit metallischer
Wandung, insbesondere in Form von druckfesten metallischen Kanälen mit quadratischem
Querschnitt, versehenen Sohlkanäle angeschlossen ist. Dabei wird die Verbindung
zwischen den Sohlkanälen und den Zellen durch regelbare
Öffnungen
unmittelbar hergestellt. Die Metallgehäuse der Regeneratorzellen sind mit von unten
bedienbaren Reinigungsklappen versehen, die gleichzeitig als Luftzufuhrklappen dienen.
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Bei dieser Ausbildung der Regeneratorzellen und ihres Einbaues ist
jederzeit eine schnelle Reinigung derselben bei geöffneter Bodenklappe möglich,
ohne daß die Besätze der Regeneratorzellen aus ihren Gehäusen herausgenommen zu
werden brauchen. Das Reinigen kann z. B. durch Ausblasen, Saugen oder auch mechanisch
erfolgen. Einer etwa gesteigerten Ablagerung von staubförmigen Bestandteilen in
den verhältnismäßig engen Spalten wird durch die erfindungsgemäß vorgeschriebene
auswechselbare. Ausbildung der Regeneratorzellen begegnet. Die Regeneratorzellen
können bei Bedarf im ganzen aus ihren Gehäusen bei geöffneter Bodenklappe herausgenommen
und durch neue, bereitstehende Zellenbesätze in kürzester Zeit ersetzt werden.
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Dies Auswechseln geht insbesondere dann in kürzester Zeit vor sich,
wenn die Metallgehäuse der Regeneratorzellen selbst, vorzugsweise am Boden, mit
einer gasdicht verschließbaren Öffnung versehen sind, deren Abmessungen zum Ein-
und Ausbau des Gittereinsatzes entsprechend dimensioniert sind.
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Um das Ofenbauwerk bei auswechselbarer Anordnung der Regeneratorzellen
zusammenzuhalten, werden an sich bekannte Ankerständer angeordnet, die wahlweise
oberhalb der Sohlkanäle durch mindestens eine durchgehende Traverse verbunden sind.
Dabei werden die Traversen beider Batterieseiten durch in der Längsrichtung der
Tragwände verlaufende Zuganker zusammengehalten.
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Ferner können für die Anheizperiode des Ofens zusätzliche Zuganker
quer zur Batterie unter der Oberkante des Schamottemauerwerks zwischen je zwei einander
gegenüber angeordneten Ankerständern als Anheizhilfsverankerung vorgesehen sein.
Bei Starkgasbetrieb und Ausbildung der Reinigungsklappen am unteren Ende der Regeneratorzellen
als Luftzufuhrklappen genügt die einmalige Einstellung dieser Schieber für die gewünschte
Verteilung der Abhitze. Bei Schwachgasbeheizung werden diese Schieber in Abhängigkeit
vom Beheizungswechsel hydraulisch oder mechanisch verstellt, und zwar einmal für
die Verteilung des Schwachgases und zum anderen für die Verteilung der Abhitze.
Durch diese Anordnung ist es möglich, jede einzelne Zelle und damit auch den dazugehörigen
Heizzug entsprechend der gewünschten Temperaturverteilung mit der erforderlichen
Luft-, Schwachgas- -und Abhitzemenge zu beaufschlagen.
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Bei der Ausbildung des Ofens als sogenannter »halbgeteilter« Ofen
sieht die Erfindung vor, unter dem mittleren mit zwei Kanälen zur Zufuhr der Heizmedien
bzw. Abführung der Abgase versehenen Umkehrbinder eine hälftig geteilte Regeneratorzelle
anzuordnen, von der jeweils eine Hälfte mit Luft für den einen Kanal und die andere
Hälfte mit Abgasen aus dem anderen Kanal beschickt wird. Durch diese Ausbildung
entfällt die sonst bei halbgeteilten Öfen notwendige, starke mittlere Trennwand
im Regenerator, die zu erheblichen konstruktiven Schwierigkeiten beim Versatz der
Heizzuganzahl der beiden Heizwandhälften zwecks Ausgleichs der Konizität der Ofenkammern
führt.
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Bei der bisherigen Ausführung der Regeneratoren unter den Heizzügen
wird die Höhe des Gitterwerkes von der Maschinenseite zur Koksseite gleichmäßig
ausgeführt. Zur Berücksichtigung des verschiedenen Wärmebedarfs der einzelnen Heizzüge
infolge der Konizität der Ofenkammern sowie des vermehrten Wärmebedarfs bei den
Kopfheizzügen werden zweckmäßig die einzelnen Kammern, in die der Regenerator unterteilt
ist, in horizontaler Richtung verschieden lang gewählt.
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Die Verankerung der Koksofenbatterie wird erfindungsgemäß so vorgenommen,
daß die Ankerständer vor den Heizwänden liegen und ohne Preßdruck vor den Regeneratorkopfzellen
verlaufen. Die Tragwände zwischen den Regeneratorzellen werden dabei auf jeder Batterieseite
durch mindestens je eine, von den durchgehenden Ankerständern gehaltene Traverse
abgestützt, die durch einen Zuganker, der quer zur Batterie oberhalb der Sohlkanäle
verläuft, verbunden sind. Zur Anheizhilfsverankerung ist ein zusätzlicher Zuganker
quer zur Batterie und ebenfalls durch die Tragwände verlaufend unmittelbar unter
der Oberkante des Schamottemauerwerks vorgesehen, wobei gegebenenfalls noch zusätzliche
Traversen, die von Ankerständer zu Ankerständer aufliegen, angeordnet werden können.
Während bei der üblichen Batteriebauweise sehr lange Ankerständer, die von der Ofendecke
bis zum Fuß der Regeneratoren durchlaufen, erforderlich sind, ist bei Anordnung
nach der Erfindung die freie Stützlänge der Ankerständer wesentlich kürzer, so daß
eine zusätzliche Unterstützung, wie es bei der üblichen Ankerständerlänge bisher
erforderlich war, z. B. durch einen Gitterträger, etwa in Höhe .der Ofensohle, entfallen
kann. Hierdurch ist eine wesentliche Materialersparnis gegeben.
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In den Zeichnungen ist beispielsweise und schematisch die Ausführung
einer Anlage gemäß der Erfindung veranschaulicht.
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F i g. 1 a zeigt einen quer zur Achse der Ofenkammern geführten Schnitt
(gemäß Linie I a-1 a in F i g. 1 b und l c); F i g. 1 b stellt einen
in Richtung der Kammerachse geführten Schnitt dar (gemäß Linie I b-1
b in F i g. 1 a und 1 c); F i g. 1 c ist ein Schnitt nach Linie I c-I c in
F i g. 1 b; F i g. 2 stellt die erfindungsgemäße Ausbildung einer Starkgaszuführung
dar; In den F i g. 3 bis 10 sind verschiedene Ausführungen des Besatzes der Regeneratorzellen
dargestellt, die jedoch lediglich der Erläuterung dienen, nicht aber zum Gegenstand
des Patentbegehrens erhoben werden; F i g. 3 stellt die Draufsicht auf einen Teil
eines Besatzes dar; F i g. 4 ist der senkrechte Schnitt durch einen Teil von F i
g. 3 nach der Schnittlinie 1-I; F i g. 5 ist der senkrechte Schnitt durch F i g.
3 nach der Schnittlinie II-II; F i g. 6 zeigt einen Schnitt nach Linie III-IH von
F i g. 1; F i g. 7 ist die Draufsicht auf den Ausschnitt eines anderen Besatzes;
F i g. 8 ist die Seitenansicht des Besatzes nach F i g. 7; F i g. 9 zeigt eine Teildraufsicht
auf den Besatz von F i g. 7 mit zusätzlichen Sicherungselementen für das Plattengefüge;
F i g. 10 ist die Seitenansicht der F i g. 9.
Auf den Stützen 1
liegen die Tragbalken 2 der Beton-Unterkonstruktion, die über die gesamte Länge
des Ofens verlaufen und zusammen mit den Regeneratorzellen 3 als oberen Anschluß
den Düsenkeller 4 bilden. Auf den Tragbalken 2 befinden sich die Stützplatten 5
mit den Verstärkungsrippen 6, der nach unten verlängerten tragenden Längsmittelwand
7, die mit den Gaszu- und Abfuhrsohlkanälen 8 eine Einheit bilden. Oberhalb dieser
Sohlkanäle 8 beginnen die Tragwände 9, die - vorzugsweise aus Schamotte bestehend
- den Ofenmittelbau 10 -vorzugsweise aus Silika - und die darüber befindliche Ofenkammer
11 mit Kohlefüllung sowie die jeweils dazugehörigen Hälften der Heizwände 12 tragen.
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Die Regeneratorzellen 3 einer Wandhälfte werden bei Starkgasbeheizung
im regenerativen Wechsel mit Luft und Abhitze beaufschlagt, bei Schwachgasbetrieb
in Kammerlängsrichtung abwechselnd mit Luft und Schwachgas und - nach dem Beheizungswechsel
- sämtlich mit Abhitze. Die Zu- und Abfuhr der entsprechenden Medien erfolgt von
den Sohlkanälen 8 aus über seitliche Verbindungsöffnungen 13, die Verbindung zu
den Heizzügen 12 über den senkrechten Verbindungskanal 14. Die Regeneratorzellen
3 selbst bestehen aus einer metallenen Tragkonstruktion und Umfassungswänden 15
mit Spezial-Schamotteauskleidung 16, die das nicht dargestellte Gitterwerk umschließen,
und sind mittels Knaggen 17 und Klappschrauben 18 an den Stützplatten
5 aufgehängt. Ferner besitzt jede Zelle 3 einen umlaufenden horizontalen Anschlußflansch
19, der an zwei benachbarten Sohlkanälen 8 und an zwei zwischen je zwei Zellen 3
angeordneten Tragrippen 20 angeschlossen ist. Am unteren Ende der Regenei atorzellen
3 sind Reinigungsklappen 21 angebracht, die nach einer Ausführungsform gleichzeitig
als Luftzufuhrklappen (Luftventil) ausgebildet sind und durch ein nicht dargestelltes
Gestänge gemeinsam betätigt werden.
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Zwischen der Oberkante der ausfahrbaren Regeneratorzelle 3 und den
anschließenden Trag- und Trennwänden 9 bzw. dem Mittelbau 10 sind
temperaturbeständige, nachgiebige Spezialdichtungen 22 angeordnet. Ferner ist in
F i g. 1 a und 1 b noch die Starkgaszuführung 23 angedeutet, die in F i g. 2 im
einzelnen dargestellt ist. Von der Starkgasabzweigleitung 24 führt je ein Verbindungsrohr
25 zu den Starkgasdüsen 26. Das Eckstück 27, in dem sich eine auswechselbare Düse
oder ein einstellbares Ventil - die nicht dargestellt sind - befinden, trägt eine
Feder 28, mittels der die gesamte weitere Rohrkonstruktion an das Silikamauerwerk
des Mittelbaues 10 dicht angedrückt wird. Das Rohr oberhalb des Eckstückes besitzt
zum Ausgleich von seitlichen Verschiebungen zwei Federungskörper 29 und besteht
in seinem unteren Teil (bis etwa Oberkante Tragrippe 20) aus einem Metallrohr 30,
in das am oberen Ende ein Keramikrohr 31 muffenartig eingesetzt ist. Das Metallrohr
30 wird durch eine rohrförmige Erweiterung innerhalb der Tragrippe 20 geführt.
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F i g. 1 a und b zeigen ferner noch die Schieber 32 zur Veränderung
des Querschnittes der Verbindungsöffnungen 13 zwischen den Sohlkanälen 8 und den
Regeneratorzellen 3. Außerdem sind noch die Gestänge oder Rohrleitungen für die
hydraulische Betätigung der Schieber 32 und der Luftzufuhrklappen 21 innerhalb der
Verstärkungsrippen 6 und der verlängerten, tragenden Längsmittelwand 7 angedeutet.
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Weiterhin ist in den F i g. 1 b und c der vor den Heizwänden 12 und
Regeneratorzellen 3 stehende Ankerständer 33 und die ihn haltende Traverse 34 mit
dem senkrecht zur Batterieachse verlaufenden Zuganker 35 sowie dem zusätzlichen
Zuganker 36 zur Anheizhilfsverankerung und Regeneratorzellen 54 und 55 dargestellt.
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In den F i g. 3 bis 10 sind die einzelnen Teile in folgender Weise
bezeichnet: 37 a sind plattenförmige Gitterlamellen von 6 mm Stärke und 100 mm Breite,
die in kammartig ausgebildete, seitliche Halter 40 eingesetzt sind und von diesen
gehalten werden. Die Abstand haltenden Rippen 53 a dieser Halter 40 haben eine Stärke
von 4 mm und einen Abstand von 6 mm voneinander.
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In der Mitte haben die Halter die Auflageplatten 41, die sich auf
die Oberkante der unteren Gitterlamellen auflegen und den oberen als Auflage dienen.
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Die zuunterst angeordneten Halter 38 sind etwa halb so lang wie die
mittig angeordneten Halter 40,
und sie tragen die Auflageplatten 39 an ihren
unteren Enden, die gleichzeitig als Fußstützen dienen.
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Aus diesen Elementen lassen sich die erfindungsgemäßen engen Besätze
der Regeneratorzellen baukastenartig zusammenfügen.
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F i g. 7 und 8 zeigen einen Besatz mit den Gitterlamellen 37 b, den
seitlichen kammartigen Haltern 4.8, den Abstandsrippen 53 b und den Auflageplatten
49 in der Mitte. Der zuunterst liegende Halter 42 trägt die Auflageplatte 46 am
unteren Ende; sie dient gleichzeitig als Fußstütze. In der Mitte liegen die als
Doppelkamm ausgebildeten Halter 50 mit den mittleren Auflageplatten 51. Der in der
Mitte zuunterst liegende Doppelkammhalter 45 trägt die gleichzeitig als Fußstütze
dienenden Auflageplatten 47 am unteren Ende.
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Die Halter 42 und 45 haben etwa die halbe Länge der Halter 48 und
50.
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Die F i g. 9 und 10 zeigen die gleiche Ausführung des Besatzes wie
die F i g. 7 und B. Sie zeigen eine zusätzliche Sicherung des Besatzverbandes durch
die U-förmig ausgebildeten Rahmen 43 und 44, in die die untersten Fußhalter 42 und
45 eingesetzt sind.
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Dabei sind jeweils zwischen zwei Rahmen Leisten 52 gefügt, die den
Abstand der Rahmen voneinander festlegen.
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Die Anordnungen gemäß der Erfindung können auch bei anderen Beheizungssystemen
als dem hier gewählten, sogenannten »halbgeteilten«, verwendet werden, z. B. bei
dem Zwillingszug-Beheizungssystem.