DE2218865A1

DE2218865A1 - Reiter fuer waermguttraeger in industrieoefen

Info

Publication number: DE2218865A1
Application number: DE19722218865
Authority: DE
Inventors: auf Nichtnennung P Antrag
Original assignee: Koppers Wistra Ofenbau GmbH
Current assignee: Koppers Wistra Ofenbau GmbH
Priority date: 1972-04-19
Filing date: 1972-04-19
Publication date: 1973-10-31
Also published as: FR2180718A1; GB1418198A; JPS4917313A; IT983559B; FR2180718B1

Description

Essen, den 17. April 1972 N 4508/W

Koppers-Wistra-Ofenbau Gesellschaft mit beschränkter Haftung, 4000 Düsseldorf-Heerdt, Wiesenstraße 134

Reiter für Wärmgutträger in Industrieöfen

Die Erfindung bezieht sich auf einen Industrieofen mit kontinuierlichem oder schrittweisem Transport des Wärmgutes durch den Ofen, wie Stoßöfen, Hubbalkenofen und dgl., bei dem das Wärmgut auf wassergekühlten Tragbalken ruht und die Beheizung des Wärmgutes von oben und unten her erfolgt, wobei die Tragbalken, mit Reitern ausgerüstet sind. · _ '

In den Industrieöfen soll das Wärmgut auf eine möglichst gleichmäßige Temperatur gebracht werden. Um dabei größere Leistungen zu erzielen, wird das Wärmgut nicht nur von oben, sondern auch von unten her beheizt. Die wassergekühlten Wärmgutträger, d.h. die Gleitschiene» in Stoßöfen bzw. die Tragbalken in Hubbalkenöfen und dgl., behindern dabei an den betreffenden Stellen die Beheizung und entziehen darüber hinaus dem Gut Wärme. Es ist bekannt, auf

309844/0638

HK

·. 2 - . Essen, den 17. April 1972

N 4508/W

den Wärmgutträgern Reiter anzuordnen, die eine Isolation zwischen Wärxngut und gekühltem Tragrohr bewirken sollen. Diese Reiter werden durch die Bewegungen des Wärmgutes mechanisch hoch beansprucht. Dabei müssen sie hohe Temperaturen aushalten. Da sie gut isolieren sollen, d.h. nur eine kleine Wärmeleitzahl haben dürfen, müssen sie weiter große Temperaturdifferenzen ertragen.

Ihre am Wärmgut anliegende obere Partie soll eine sehr hohe, ihre untere, an der .gekühlten Tragschiene anliegende Partie eine nur niedrige Temperatur haben. Außerdem kommt besonders erschwerend hinzu, daß das Wärmgut bei ungleichmäßiger Betriebsweise des Ofens wechselnde Temperaturen hat. Dadurch werden die Reiter auch auf Temperaturwechselbeständigkeit beansprucht.

Bekannte Reiterbauarten, die sich in der Praxis bewährt haben, sind in den DT-PS 1 094 778 und 1 193 528 sowie in den DT-OS I 583 und 1 583 372 dargestellt. Nach der deutschen Patentanmeldung P 15 83 379 können die Reiter und Gleitschienenbauarten den besonderen, in den einzelnen Wärmzonen der Öfen herrschenden Bedingungen angepaßt werden. Reiter der vorgenannten Ausführung bestehen aus hochhitzebeständigen Metallegierungen.

309844/0638

- 3 - Essen, den 17. April 1972

N 4508/W

Die Ein führung der vorbeschriebenen metallischen Reiter, die zur Isolation zwischen Wärmgut und wassergekühltem Tragrohr dienen, hat ihren Zweck weitgehend erfüllt. Es sind jedoch Begrenzungen des Einsatzes dadurch gegeben, daß die bekannten hitzebeständigen Metallegierungen die "erforderlichen Eigenschaften nur bis zu Temperaturen von etwa 1.250 - 1.270 C behalten. Werden daher aus ganz bestimmten Gründen Wärmguttemperaturen verlangt, die wesentlich über diesem Wert liegen, und sollen dabei noch sehr geringe ■ Temperaturdifferenzen iano Wärmgut eingehalten werden, so ist dies naturgemäß bei Verwendung von metallischen Reitern nicht möglich.

In der deutschen Offenlegungsschrift 2 011 950 wird ein Ofen vorgeechlagen, bei dem am Austrittsende des Ofens der Reiter ganz oder das Teil des Reiters, das das Wärmgut unmittelbar trägt, aus keramischem Material besteht, während der Übrige Ofen mit andersartigen Reitern ausgerüstet ist. Weiter wird dabei vorgeschlagen,, daß das keramische Material aus hochabriebfesten Oxidkeramiken oder Sinterkeramiken besteht.

Der Vorzug von keramischem Material liegt darin, daß es zahlreiche

• ·

Qualitäten gibt, die hinsichtlich der Temperatur höher belastet werden

309844/0638

- 4 - Essen, den 17. April 1972

N 4508/W

können als die zu erwärmenden Stahlsorten. Die Schwierigkeiten bei der Verwendung von keramischem Material für Reiter sind vor allem dadurch bedingt, daß deren Temperaturwechselbeständigkeit geringer als die von Metallen ist. Die Temperaturwechselbeständigkeit behindert den Einsatz von keramischem Material für die Reiter einmal dadurch, daß es nicht gelingt, Formkörper in ausreichender Größe zu brennen bzw. abzukühlen, ohne daß Risse im Material auftreten, und zum anderen dadurch, daß die Reiter bei wechselnder Betriebsweise und damit wechselnden Wärmguttemperaturen nach entsprechender Betriebszeit zu einer gewiesen Rißbildung neigen.

Um die Begrenzungen, die die Verwendung von metallischen Reitern bedingen, zu überwinden und um den Einsatz von keramischem Material zu ermöglichen, wird daher vorgeschlagen, daß

a) der Reiter, von der Oberkante des wassergekühlten Tragrohres aus gemessen, eine Höhe von mehr als 100 mm hat,

b) der Reiter eine einfache, im Querschnitt angenähert rechteckige Form ohne Vorsprünge besitzt und aus keramischen Material besteht.

30984W0638

- 5 - Essen, den 17. April 1972

N 4508/W

Die Höhe von über 100 mm stellt dabei sicher, daß einerseits ein genügend großer Isoliereffekt bzw. Wärmeleitwiderstand zwischen Wärxngut und wassergekühltem Tragrohr vorhanden ist, andererseits auch genügende Höhe vorhanden ist, auf der der Reiter selbst durch das Beheizungsmittel von der Seite her aufgeheizt wird. Die Höhe kann dabei im Einzelfall nach den Eigenschaften des keramischen Materials, der Breite des Reiters und den Wärmgut- und Ofenraumtemperaturen so bestimmt werden,., daß. die .Aufheizung der Reiterseiten durch den Ofenraum etwa gleich groß ist wie der Wärmeabfluß vom Reiter zum wassergekühlten Tragrohr hin. Dadurch wird sichergestellt, daß vom Wärmgut her keine Wärme in den Reiter abfließt.

Die im Cuerschnitt angenähert rechteckige Form des Reiters ist für dieErzielung einer Auflagefläche für das Wärxngut sowie für die Anbringung einer Isolation des wassergekühlten Tragrohres im Reiterbereich und für eine einfache Halterung gegen Verschieben und Kippen der Reiter zweckmäßig. Die einfache Form ohne Vorsprünge verbessert die kritische Temperaturwechselbeständigkeit des Reiters einmal dadurch, daß Kerbwirkungen durch Vorsprünge usw. fehlen und das Material eine gleiphmäßige Stützwirkung durch die benachbarten Partien erhält, zum anderen dadurch, daß der Reiter gut

30984A/0638

- 6 - Essen, den 17. April 1972

N 4508/W

2218365

in gleichmäßiger Qualität herstellbar ist und schließlich dadurch, daß das Material bei Temperaturwechseln der Umgebung einem gleichmäßigeren Temperaturfeld ausgesetzt ist, in dem die besonderen Abweichungen, wie sie in Vorsprüngen auftreten, fehlen.

Weiter wird vorgeschlagen, daß das Material des Reiters aus Sinterkeramik aus hochreinen, hochverdichteten feuerfesten Oxyden besteht, weiter, daß die Sinterkeramik einen A^Oä-Gehalt von mehr als 97 % besitzt bzw. daß das Material des Reiters aus Schmelzkorund oder aus einem Verbundwerkstoff aus metallischen und keramischen Komponenten (Cermet) besteht. Die Herstellung aus dem vorgenannten Material stellt sicher, daß die Reiter die erforderliche Festigkeit und den genügenden Verschleißwiderstand auch bei Temperaturen bis über 1.400⁰C behalten.

In weiterer Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Reiter als nach unten offene Hohlkörper mit etwa gleichmäßiger Wandstärke ausgeführt sind. Die Ausführung al· nach unten offener Hohlkörper mit in etwa gleichmäßiger Wandstärke bewirkt nun, daß die Temperaturwechsel bei der Herstellung und beim DaUi-^"trieb keine Schäden an den Reitern hervorrufen können. Die Temperatur-

3098A4/063&

- 7 - Essen, den 1*7. April 1972

N 4508/W

Wechselbeständigkeit eines Materials ist nämlich nicht nur von der Temperaturleitzahl und der mechanischen Wechselfähigkeit bei der betreffenden Temperatur abhängig, sondern auch im hohen Maße von der Formgebung und den Abmessungen des Stückes. Dies wird klar, wenn man dem Beanspruchungsmechanismus bei Temperaturwechseln nachgeht.

Ein Temperaturwechsel der Umgebung ruft Temperaturdifferenzen im Werkstück hervor, die um so größer sind, je kleiner die Temperaturleitzahl und je größer der Mate rial quer schnitt ist. Mit den Tempera turänderungen sind der Wärmedehnung des Materials entsprechende Änderungen der Abmessungen verbunden, wenn das Material an der betreffenden Stelle frei arbeiten kann. Kann es das infolge des dreidimensionalen Temperaturfeldes und des daraus folgenden dreidimensionalen Spannungsfeldes nicht, so entstehen mechanische Spannungen im Material. Wird z.B. eine Kugel von außen erwärmt, so haben die äußeren Schalen bereits eine höhere Temperatur, während der Kern noch kalt ist. Die äußeren Schalen haben daher das Bestreben, eich auszudehnen, während der Kern sein ursprüngliches Volumen behalten möchte. Da raus folgt der dreidimensionale Spannungswiderstand. I)ie resultierenden mechanischen Spannungen wachsen entsprechend den

309844/0638

- 8 - Essen, den 17. April 1972

N 4508/W

Temperaturdifferenzen und damit entsprechend den Abmessungen der Querschnitte. Bei Temperaturwechseln entstehen entsprechende Wechselspannungen, die - wenn sie eine bestimmte Größe überschreiten - früher oder später das Material rissig machen und dann zerstören. Durch die Ausbildung des keramischen Reiters als Hohlkörper können bei gleicher Größe des Reiters die maßgeblichen Materialquerschnitte auf 1/3 und weniger der sonst erforderlichen Werte reduziert werden. Damit bleiben auch die Wechselspannungen im Material bei Temperaturwechselbeanspruchung in den zulässigen Grenzen. Bildet man den Hohlkörper weiter erfindungsgemäß mit etwa gleichmäßiger Wandstärke aus, eo treten bei der Dehnung des Körpers als Ganzes nur entsprechend geringe Spannungen auf, weil die Unterschiede nur durch die Temperaturdifferenz, nicht aber durch verschieden starke Materialquer schnitte hervorgerufen werden.

Bei der Ausführung als Hohlkörper verliert aber vor allem der dreidimensionale Spannungswiderstand um so mehr an Bedeutung, je dünner die Wandstärken werden.

Weiter wird vorgeschlagen, daß die Reiter eine Länge von 200 mm

309844/0 638

Rc«

- 9 - Essen, den 17. April 1972

N 4508/W

oder mehr und eine Breite von 80 mm oder mehr besitzen. Der Hohlraum der Reiter kann mit einem weichen Isolierkörper bzw. einer weichen Isoliermasse ausgefüllt werden. Bei höheren Temperaturen haben derartige Massen einen besseren Isolationseffekt, da sie den Strahlungswärmeaustausch zwischen oberer Reiterpartie und wassergekühltem Rohr verhindern. Infolge der geringen mechanischen Festigkeit einer weichen Masse werden jedoch auch bei Temperaturwechseln keine Kräfte von der Masse auf den Reiter ausgeübt. Die Reiter können weiter erfindungsgemäß durch an dem wassergekühlten Tragrohr befestigte Laschen, die in den Hohlraum des Reiters hineingreifen, von innen gehalten werden. Die Gleitschiene und ein Teil ^v des Reiters werden zweckmäßig erweise weiter mit einer Isolation umgeben. Die Reiter können aber auch in ihrem unteren Teil von einem Gehäuse aus hitzebeständigem Metall gehalten werden, das auf das wassergekühlte Tragrohr aufgesetzt und erforderlichenfalls mittels Bolzen, Schrauben und dgl. am Tragrohr befestigt ist, wobei mehrere Reiter in einem gemeinsamen Gehäuse gehalten werden kennen.

Abb. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Reiter in der Draufsicht, Abb. im Schnitt AA und Abb. 3 im Schnitt BB. (1) bezeichnet den Reiter, (2) und (3) die am wassergekühlten Tragrohr (4) verschweißten

309844/0638

- 10 - Essen, den 17. April 1972

N 4508/W

Halterungen, die den Reiter gegen Verschieben und Kippen sichern, (5) bezeichnet die Isolation. Abb. 4 zeigt einen erfindungsgemäßen, als Hohlkörper mit etwa gleichmäßiger "Wandstärke ausgeführten Reiter in der Draufsicht. Abb. 5 zeigt den Schnitt CC, Abb. 6 den Schnitt DD. Abb. 7 zeigt den erfindungsgemäßen Reiter mit Tragrohr im Querschnitt, wobei die mit dem Tragrohr verbundene Lasche (6) die Halterung des Reiters übernimmt. Abb. 8 schließlich zeigt 3 erfindungsgemäße Reiter, die in ihrem Unterteil von einem gemeinsamen, in einem Längsschnitt dargestellten Gehäuse (7) aus hitzebeständigem Metall gehalten werden, das auf das wassergekühlte Tragrohr aufgesetzt ist. Abb. 9 zeigt den Querschnitt EE der Abb. 8.

3098Λ4/0638

Claims

-Ii- Essen, den 17. April 1972 N 4508/W Patentansprüche

1.) Reiter für Wärmgutträger in Industrieöfen, bei «„denen die Beheizung des Wärmgutes auch von unten her erfolgt, wobei die Wärmgutträger aus einem wassergekühlten Tragronr bestehen, die !leiter das Wärmgut tragen und sich auf das wassergekühlte Tragrohr abstützen, dadurch gekennzeichnet, daß .

a) der Reiter, van der Oberkante des wassergekühlten Tragrohres aus gemessen, eine Höhe von mehr als 100 mm hat,

b) der Reiter eine einfache, im Querschnitt angenähert rechteckige Form ohne Vorsprünge besitzt und aus keramischem Material besteht. _:

2.) Reiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Reiters aus Sinterkeramik aus hochreinen* hoch« verdichteten feuerfesten Oxyden besteht. .

309844/0838

- 12 - Essen, den 17, April 1972

N 4508/W

3.) Reiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinterkeramik einen Al^O^-Gehalt von mehr als 97 ^o besitzt.

4.) Reiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Reiters aus Schmelzkorund besteht.

5.) Reiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das λί ate rial des Reiters aus einem Verbundwerkstoff aus metallischen und keramischen Komponenten (Cermet) besteht.

6.) Reiter nach den vorangegangenen Ansprüchen, dadurch ge kennzeichnet, daß die Reiter als nach unten offene Hohlkörper ausgeführt sind.

7.) Reiter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Reiter etwa gleichmäßige Wandstärke besitzt.

8.) Reiter nach den vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Reiter eine Länge von ca. 200 mm oder mehr und eine Breite von 80 mm oder mehr hat.

309844/0638

- 13 - Essen, den 17. April 1972

N 4503/W

9.) Reiter nach den vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum der Reiter mit einem weichen isolierenden Körper bzw. einer weichen isolierenden Masse ausgefüllt ist.

10.) Reiter nach den vorangegangenen Ansprüchen/ dadurch gekennzeichnet, daß der Reiter durch an dem wassergekühlten Tragrohr befestigte Laschen (Z₉ 3) von außen gehalten wird.

11.) Reiter nach den vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet," daß der Reiter durch eine an dem wassergekühlten Tragrohr befestigte Lasche (6), die in den Hohlraum des Reiters hineingreift, von innen gehalten wird.

IE,) Reiter nach den vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß pin Teil des Reiters und das Tragrohr mit einer Isolierung (5) umgeben sind.

13.) Reiter nach den vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Reiter in seinem unteren Teil von

09844/0638

Kit

• 14 - Essen, den

17. April 1972

N 4508/W

einem Gehäuse (7) aus hitzebeständigem Metall gehalten wird, das auf dem wassergekühlten Tragrohr aufgesetzt und erforderlichenfalls mittels Bolzen, Schrauben und dgl. arn Tragrohr befestigt ist, wobei mehrere Reiter von einem gemeinsamen Gehäuse gehalten werden können.

309844/0638