DE1815648C3 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgaskamin für metallurgische öfen, insbesondere für Stahlwerkskonverter, der zwecks Bildung von Kühlwasserkanälen aus einem zylindrischen Innenmantel und einem aus überhöhten Ringsegmentstücken zusammengesetzten Außenmantel besteht, wobei zwischen je zwei Ringsegmentstükken ein Profilstab verläuft, der als Trennwand von zwei benachbarten, senkrechten Kühlwasserkanälen dient.

Eine bekannte Vorrichtung dieser Art sieht Luftkühlung für den doppelwandigen Kamin vor. Naturgemäß eignet sich eine geringe Abkühlung der heißen Konverterabgase nicht mehr als Vorstufe für Abgasreiniger, wie sie bei zeitgemäßen Sauerstoff-Aufblaskonvertern vorgesehen werden müssen. Zur Temperatursteigerung trug in der Vergangenheit gerade das Einblasen von Sauerstoff deshalb bei, weil sich dadurch höhere CO-Abgasanteile ergeben und die beim Arbeiten mit Blaseluft hohen Stickstoffanteile fehlen. Zwecks Reinigung der noch hochbrennfähigen Abgase und deren Weiterverwendung ist demnach eine intensivere Kühlung unerläßlich, wobei allgemein Wasserkühlung der Vortritt gegeben werden muß.

Die bekannte Lösung verwendet Spundwandprofile, die mittels einfacher Platten und Schlösser auf Außen- und Innenseite des Kamins zu verbinden sind. Diese Schlösser sollen auch den einzelnen Elementen die Möglichkeit geben, sich in ihrer Ausdehnung den Temperaturverhältnissen anzupassen. Setzt man voraus, daß es gelingt derartige Schlösser zu entwerfen - als einzige Wahl stehen Langlöcher mit durchgreifenden Schraubbolzen zur Verfügung —, so verbleibt die Tatsache, daß derartige Kühlkanäle nur mit Luft gespeist werden können und nicht mit Wasser, da sie eine Vielzahl von abzudichtenden Stellen aufweisen, deren Abdichiung direkt zum Problem der starren Bauweise, d. h. zum Problem der Wärmespannungen führt.

Wassergekühlte Abgaskamine erleiden von innen nach außen abnehmende, jedoch stark unterschiedliche Erwärmung, deren Folgen Risse und Beulen sein können. Zur Wasserführung bedarf es zweier mehr oder weniger getrennter Kanäle als Führung derjenigen Wasserströmungen, die als »kalt« ankommen und afc »warm« abgeleitet werden. Der Berührung der Kamin-Innenwand mit den heißen Abgasen entsprechend steht dieser Teil unter einer höheren Spannung als der weiter außen liegende Außenmantel. Eine besondere Schwierigkeit entsteht jedoch durch die Trennwände, die dazu dienen, den Kühlkanal-Querschnitt aufrechtzuerhalten und somit als Stützen für das Zusammenhalten von Innen- und Außenwand zu wirken, da beide eine definierte Einheit zu bilden haben. Das Verhalten dieser Einheit im Betrieb ist recht schwierig vorauszusehen und zunächst von der grundsätzlichen Wahl der Elemente abhängig.

Innenmantel, Profilstäbe und Außenmantel-Segmentstücke können in wirtschaftlicher Form durch Schweißen verbunden werden. Schweißnähte sind hinsichtlich ihrer Eigenspannung nicht in allen Betriebstemperaturen haltbar und Schraubkonstruktionen lassen die Dichtwirkung von Schweißnähten vermissen. Zum Stand der Technik gehört die Erkenntnis, das unterschiedliche Ausdehnen von Innenmanlel und Außenmantel dadurch aufzufangen, indem der Außenmantel aus überhöhten Ringsegmentstücken zusammengesetzt wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht also zunächst darin, der gewünscht dichten Einheit von Innenmantel, Profilstäben und Außenmantel die Fähigkeit zu verleihen, sich unter der Wärmebelastung so zu verhalten, daß übermäßig örtliche Wärmespannungen nicht auftreten oder anderweitig aufgefangen werden können, um Folgeschäden zu vermeiden.

Es versteht sich, daß die auftretenden Spannungen dann steigen, wenn vom Abgaskamin besonders hohe Kühlleistungen verlangt werden, oder anders ausgedrückt, die KUhlwirkung der Kanäle besonders intensiv sein soll. Im allgemeinen bildet hierfür eine große Elastizität von Innen- und Außenmantel die beste Grundlage. Die Elastizität hat ihre Grenzen in der zulässigen Beulspannung der plattenartigen Teilstücke. Der Innenmantel steht unter äußerem Überdruck, zu dem im unteren Kaminteil noch der statische Druck der Wassersäule hinzutritt. Die radialen Profilstäbe distanzieren und stützen zwar Innen- und Außenwand, sie verhindern damit auch gleichzeitig das Erfordernis höherer Wandstärken, womit allerdings noch keine bessere Nachgiebigkeit der Baugruppe verbunden ist. Neben

den erläuterten Betriebsverhaltensschwierigkeiten treten fertigungstechnische Schwierigkeiten hinzu, weil ein elastisches System für höhere Wi.rmedurchgangsleistung einen höheren Arbeitsaufwand bei engeren Zuschneidetoleranzen und hoher Genauigkeit bzw. Güte der Schweißnähte, also der Qualität der Verarbeitung fordert

Außer den genannten Nachteilen unterschiedlicher Art weiten die bekannten Abgaskamine auch in der Kühlwirkung Nachteile auf. Die Umwälzung kommt nach dem Prinzip der Thermo-Siphon-Wirkung zustande, d. h. durch D'schteunterschiede zwischen dem erwärmten Wasser im Abgaskamin und außerhalb befindlichem, dem die Wärme bereits entzogen ist. Der Eigenart des Konverterblasbetriebs folgend, entsteht ein momentaner Wärmestoß bei Blasbeginn, dem der Kühlwasserumlauf erst dann zu folgen beginnt, wenn genügend schnei! Wärme auf das Wasser übertragen wird.

Eine schnell reagierende Kühlkammer ist jedoch einem besonders schockartigen Wärmestau ausgeliefert und bedarf einer entsprechenden Ausbildung zum Auffangen momentaner Ausdehnung.

Die Erfindung löst die Schwierigkeit der Fertigungstechnik, des Betriebsverhaltens und der Ingangsetzung ?.s der Kühlung bei höherem Wärmestoß unter einer vorzugsweise höheren Gesamtkühlleistung dadurch, daß die Ringsegmentstücke des Außenmantels dicht und fest mit den Profilstäben verbunden sind, dagegen mittels an der Außenseite des Innenmantels in Längsrichtung der Profilstäbe verlaufenden, mit dem Innenmantel fest verbundenen, die Profilarme mit Spiel führenden Überdeckungen, radiale sowie axiale Dehnbarkeit gegeben ist. Findet nunmehr Ausdehnung von Innen- und Außenmantel statt, so muß erst das vorgesehene geringe Spiel verbraucht sein, ehe die Ausdehnungskraft des Innenmantels sich auf die Profilstäbe überträgt', d. h. Wärmedehnungsspannungen auf den Außenmantel übertragen werden. Eine solche Gestaltungsweise nimmt den gefürchteten Wärmespannungen die Spitze, so daß der Spannungsunterschied zwischen Außen- und Innenmantel wesentlich vermindert ist. In ähnlicher Weise spielt sich der Vorgang des Abkühlens ab, da dieser insbesondere im Hinblick auf die stoßweise Belastung beim Konverterblasbetrieb ein beständiges Atmen des Kamins erfordert. Das Zusammenziehen des Kamin-Innenmantels bewirkt, daß die überhöhten Ringsegmentstücke nach und nach in ihrer Wölbung vermindert werden, und zwar nach Verbrauch des Spiels.

Nach der weiteren Erfindung sind die Überdeckungen nur in Höhenabschnitten und auf Teillängen angeordnet Zum einen vermindern sich dadurch die Reibungsstellen, so daß eventuell wellige Flächen leichter rutschen im Sinne einer Wärmedehnungsbewegung. Zum anderen besitzt diese Gestaltungsweise auch Vorzüge in wirtschaftlicher Art, indem kurze Teilstücke verwendet werden, die mittels entsprechend kurzen Schweißnähten befestigt sind.

Der technische Effekt und die beschriebenen Wirtschaftlichkeitsüberlegungen können nunmehr dahinge hend verstärkt werden, daß erfindungsgemäß die Überdeckungen abwechslungsweise auf beiden Seiten des Profilsteges mit symmetrischen Armpaaren angebracht sind. Diese Ausführungsform ist dehnungsfähig genug, die Wärmespannungen aufzunehmen und gestattet zudem eine sichere Führung der Profilstege, also eine bestimmte Lage von Innen- und Außenmantel.

Von wesentlicher Bedeutung ist ferner die Befestigungsstelle des Profiisteges an den überhöhten Ringsegmentstücken. Nach einer besonders hervorzuhebenden Ausführungsform .sind die überhöhten R'ngsegmentstücke mittels eines gewölbten oder abgewickelten Teils fest an die Profilstäbe angeschlossen. Das Querstück des Profilstabes wird danach dazu benutzt, in der Art eines Daches zu wirken, auf dem sich die Anschlußteile der überhöhten Ringsegmentstücke abstützen und gleichzeitig Stoßstellen für die Schweißnähte bilden. Eine andere Version dieses Grundgedankens kann darin bestehen, aus dem Steg des Profilstabes sowie den beiden anzuschließenden Ringsegmentstücken einen Knotenpunkt zu bilden und in der damit entstehenden Senkung eine einzige Schweißnaht zu legen, was besonders wirtschaftlich ist. In technischer Hinsicht besteht dann der Vorzug, in bestimmten Ausdehnungsbereichen mit einer geringeren Beanspruchung der Schweißnaht auszukommen.

Die Bildung der Gesamteinheit des Abgaskamins kann einstückig ausgeführt werden, es besteht jedoch nach einem zusätzlichen Merkmal der Erfindung die Möglichkeit, relativ kurze Schüsse zu bilden, die mittels an und für sich bekannter Kompensatorcn miteinander in Verbindung stehen. Die in radialer Richtung zwischen innerem Mantel und äußerem Mantel vorzugsweise durch die Erfindung gewonnene Elastizität läßt sich nunmehr durch diese Maßnahme auch in Längsrichtung des Abgaskamins ausdehen bzw. erhalten.

Zur Erfindung gehört ferner, daß Innenmantel und Außenmantel mindestens an einem Ende eines Kamin-Schusses miteinander über eine Bördelung verbunden sind, wobei die längere Innenwand im Profil zurückgebogen und an der zurückstehenden Außenwand befestigt ist. Es entsteht bei dieser Zusammenstellung eine besondere Federwirkung, so daß sich entweder die Innen- oder die Außenwand axial bewegen können, ohne daß Risse oder besondere Beulspannungen auftreten. Die Innenwand kann auch ohne Schwierigkeiten an der Außenwand durch Schweißung verbunden sein. Die Schweißnaht wird günsligerweise so gelegt, daß an dieser Stelle keine hohe Beanspruchung auftritt, sondern wenn eine solche gegeben ist, durch die Formgebung der Zurückwölbung aufgenommen werden kann.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt und im folgenden näher erläutert:

F i g. 1 zeigt einen Achsenquerschnitt in Längsrichtung zweier Abgaskamin-Schüsse, die mittels eines Kompensators miteinander verbunden sind;

F i g. 2 stellt eine Draufsicht auf-den Innenmantel mit radialer Blickrichtung von außen nach innen dar;

F i g. 3 zeigt einen radialen Querschnitt entsprechend F i g. 1;

F i g. 4 stellt einen Schnitt gemäß F i g. 3 dar, jedoch in stark vergrößertem Maßstab an der Verbindungsstelle zwischen Innen- und Außenmantel;

F i g. 5 entspricht der Darstellung gemäß F i g. 4, jedoch für ein anderes Ausführungsbeispiel·,

F i g. 6 ist ebenfalls in der Art der F i g. 4, wiederum ein weiteres Ausführungsbeispiel.

Gemäß F i g. 1 besteht der Abgaskamin aus mindestens zwei Schüssen 1 und 2, die mittels Kompensatoren 3 verbunden sind. Der Aufbau der Schüsse 1 und 2 ist grundsätzlich derselbe, wobei der Außenmantel 4 über Profilstäbe 5 mit dem Innenmantel 6 in Verbindung steht. In F i g. 2 ist der Profilstab 5 als durchgehender Strang zu sehen, wobei einzelne Überdeckun-

gen 7 wechselweise auf beiden Seiten die Führung für den Steg 8 des Profilstabes 5 bilden. Die Überdeckungen 7 können verschraubt oder verschweißt sein. Im Ausführungsbeispiel ist eine Schweißnaht 9 gezeigt.

Der grundsätzliche Aufbau des Gesamtquerschnitts des Abgaskamins ist in F i g. 3 gezeigt. Danach besteht der Innenmantel 6 aus einem zylindrischen Körper, jedoch der Außenmantel aus einzelnen in Längsrichtung des Abgaskamins verlaufenden überhöhten Ringsegmentstücken 10, die an ihren Stoßstellen 11 jeweils mit den Profilstäben 5 in Verbindung stehen.

Eine solche Stoßstelle 11 ist in F ig. 4 größer gezeichnet. Die überhöhten Ringsegmentstücke 10 sind in durchgehend gebogener Form gebildet und verlaufen mit diesem Bogenformquerschnitt auf voller Länge eines der Schüsse 1 oder 2. Der Profilstab 5 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig.4 als Doppel-T-Querschnitt gewählt, so daß die überhöhten Ringsegmentstücke 10 sich auf dem Quersteg 12 des Profilstabes 5 aufstützen und dort jeweils mittels Schweißnähten 13 mit dem Profilstab 5 in fester Verbindung stehen. Auf der Seite des Innenmantels 6 dagegen liegt der Quersteg 8 des Profilstabes 5 nur lose auf, so daß in kaltem Zustand ein bestimmtes Spiel besteht, das gestattet, bei Erwärmung die plötzliche Wärmeausdehnung aufzufangen, ehe eine größere Kraft der Wärmedehnung auf den Außenmantel 4 wirkt. Zu diesem Zweck bestehen die Überdeckungen 7 aus Winkelstükken mit entsprechenden Schenkellängen.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 sind die überhöhten Ringsegmentstücke 10 geändert, so daß ebene Platten 14 gewählt sind mit abgeknickten Enden 15, was insbesondere fertigungstechnisch eine Verbilligung bei der Herstellung bedeutet, jedoch im Endeffekt eine gleiche oder ähnliche Wirkung hinsichtlich der Elastizität des Außenmantels 4 hervorruft. Beim Ausführungsbeispiel der F i g. 6 bildet die Stoßstelle 11 der überhöhten Ringsegmentstücke 10 einen Knotenpunkt, der aus dem mittleren Steg 16 eines T-Profils gebildet wird und zusammen mit den abgewinkelten Enden IS der überhöhten Ringsegmentstücke 10 bzw. der Schweißnaht selber seine Bildung erfährt.

Die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, ein Dop pel-T-Profil oder ein einfaches T-Profil als Profilstab 5 zu verwenden, sondern kann unter Voraussetzung einer festen Verbindung zwischen Außenmantel 4 und Profil· ίο stab 5 und einer im kalten Zustand lockeren Verbin dung zwischen Innenmaniel 6 und Profilstab 5 auch au; anderen Kombinationen von Profilstäben 5 und Über deckungen 7 gebildet sein.

Ein wesentlicher Bestandteil der Erfindung, der sich auf die Vereinigung günstiger Merkmale zur radialer und zusätzlich zur axialen Ausdehnungsfähigkeit de: Gesamtkamins bzw. einzelner Schüsse bezieht, isi außerdem in F i g. 1 dargestellt Der Innenmantel 6 isi dort länger als der Außenmantel 4 gehalten, so daC letzterer um ein gewisses Maß zurücksteht. Dadurch besteht die Möglichkeit einer Bördelung 17, deren Pro fil 18 aus runden und geraden Teilstücken gebildet wer den kann. Diese können aus einem Stück gebördeli oder auch aus einzelnen Teilstücken verschweißt sein Das Ende 19 der Bördelung ist bei 20 fest durch Schweißung mit dem Außenmantel 4 verbunden. Au: diese Weise entsteht eine Federwirkung, derart, daC einesteils Wärmedehnung sowohl radial als auch axia gestattet wird, anderseits jedoch, was ein besondere! Vorteil der Erfindung darstellt, ein geschlossener Kühl mittelkanal gebildet wird und außerdem ein axiale; Festlegen zwischen Innen- und Außenmantel in Gren zen gegeben ist. Die Bördelung 17 mit der Befestigung bei 20 ist demnach hervorragend geeignet, ein relative: Längsgleiten von Innen- und Außenmantel eines Ka minschusses 1 oder 2 mit einem radialen Ausdehnen zi verbinden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Abgaskamin für metallurgische Öfen, insbesondere für Stahlwerkskonverter, der zwecks Bildung von Kühlwasserkanülen aus einem zylindrischen Innenmantel und einem aus überhöhten Ringsegmentstücken zusammengesetzten Außenmantel besteht, wobei zwischen je zwei Ringsegmentstücken ein Profilstab verläuft, der als Trennwand von zwei be- ίο nachbarten, senkrechten Kühlwassei kanälen dient, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringsegmentstücke (10) des Außenmantels (4) direkt und fest mit den Profilstäben (5) verbunden sind, dagegen mittels an der Außenseite des innenmantels (6) in Längsrichtung der Profilstäbe (5) verlaufenden, mit dem Innenmantel (6) fest verbundenen, die Profilarme (8) mit Spiel führenden, an und für sich bekannten Überdeckungen (7), radiale sowie axiale Dehnbarkeit gegeben ist. '

2. Abgaskamin nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überdeckungen (7) nur in Höhenabschnitten und auf Teillängen angeordnet sind.

3. Abgaskamin nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Überdeckungen (7) abwechslungsweise auf beiden Seiten des Profilsteges (15) mit symmetrischen Armpaaren (8, 8) angebracht sind.

4. Abgaskamin nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die überhöhten Ringsegmentstücke (10) mittels eines gewölbten oder abgewinkelten Endes (15) fest an die Profilstäbe (5) angeschlossen sind.

5. Abgaskamin nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß relativ kurze Schüsse (1, 2) gebildet sind, die mittels an und für sich bekannter Kompensatoren (3) miteinander in Verbindung stehen.

6. Abgaskamin nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Innenmantel (6) und Außenmantel (4) mindestens an einem Ende eines Kaminschusses miteinander über eine Bördelung (17) verbunden sind.^vobei der längere Innenmantel (6) im Profil zurückgebogen und an dem zurückstehenden Außenmantel (4) befestigt ist.