DE2256523A1

DE2256523A1 - Winderhitzer

Info

Publication number: DE2256523A1
Application number: DE2256523A
Authority: DE
Inventors: Jacob Felthuis; Jacobus Van Laar; Hendrik Gustaaf Otto Weber
Original assignee: Hoogovens Ijmuiden BV
Current assignee: Hoogovens Ijmuiden BV
Priority date: 1971-11-19
Filing date: 1972-11-17
Publication date: 1973-05-30
Also published as: ZA728008B; AU474440B2; IT975773B; FR2161706A5; GB1380322A; US3806313A; CA961846A; NL7116003A; DE2256523B2; BE791523A; JPS5347326B2; NL168882C; LU66488A1; JPS4863344A; SU735178A3; AU4899672A

Description

Telegr.-Adr.:Emp«oldBad»thBad«n D-8· ΜϋηΑθΠ 90

Eduard-Sdunld-Str. 2 -ι . Tel.: (0811) Λ63197

IJmuiden, Niederlande ££OUO£0

17J0V. 1972

Winderhitzer

Die Erfindung betrifft einen Winderhitzer, bei dem innerhalb einer Wand aus feuerfestem Material ein Raum, der einen Stapel von Steinen (Kammersteine) enthält, und ein durch eine Trennwand von diesem Raum getrennter Brennschacht vorgesehen sind, wobei die Zylinderwand und die Trennwand des Winderhitzers aus mehr als einer Schicht aus feuerfestem Material bestehen. Derartige Winderhitzer werden häufig als sogenannte Windvorwärmer, Oowperöfen oder Windöfen für Hochöfen zur Vorwärmung der diesen zuzuführenden Luft benutzt.

Mit den zunehmenden Anforderungen an solche Winderhitzer bezüglich der höchsten erreichbaren Temperaturen der Kuppel und der vorgewärmten Luft bei erhöhten Vorwärmluftmengen je Zeiteinheit hat es sich allmählich als immer schwieriger erwiesen, ein feuerfestes Gebilde, speziell für die Trennwand, zu konstruieren, das unter diesen extremen Betriebsbedingungen frei von Schaden bleibt. Auch bei der Zylinderwand hat sich die Vermeidung von Rissen unter

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diesen Bedingungen als immer schwierigeres Problem erwiesen.

In diesem Zusammenhang isb zu bemerken, daß die Trennwand abwechselnd hohen und niedrigen Temperaturen ausgesetzt ist, wenn der Winderhitzer von "auf Gas" auf "auf Wind" und umgekehrt umgeschaltet wird; im Hinblick hierauf müsson sehr hohe Temperaturunterschiede und -gefalle zu beiden Seiten der Trennwand in Erwägung gezogen werden.

Es wurde bereits auf verschiedenartige Weise mit mehr oder weniger Erfolg versucht, eine Konstruktion, speziell für die Trennwand, zu entwickeln, die diesem Umstand Rechnung trägt. Unter anderem wurden gute Ergebnisse mit der Anwendung einer Gleitfuge in der Trennwand und in deren Hauptebene, zeitweilig in Verbindung mit wärmeisolierenden Schichten an einer oder beiden Seiten dieser Trennwand erreicht. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß unter gewissen Betriebsbedingungen, speziell bei sehr großen Winderhitzern, auch dann noch Längsrisse in den Wänden auftreten können. Die solche Risse hervorrufenden Bedingungen sind z.B, das Auftreten von hohen Temperaturgefällen sowie eine ungleichmäßige Teinperaturverteilung bei hohen Temperaturunterschieden über vergleichsweise kurze Strecken hinweg. Dies ruft beträchtliche Unterschiede der thermischen Ausdehnung in angrenzenden Bereichen hervor, welche die Risse verursachen. Risse in der Trennwand können auch durch starke Druckstöße infolge explosionsartiger Verbrennung im Brennschacht hervorgerufen werden, wenn sich der Brennstoff zu Beginn der Aufheizperiode (d.h. der "auf Gas"-Periode) nicht richtig entzündet. Ebenso können lokale Risse in der Zylinderwand des Winderhitzers nahe des Ileiß-

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windauslasses aufgrund des Umstands auftreten, daß die Innenscliicliten des feuerfesten Mauerwerks in diesem Bereich an einer ausreichend freien Ausdehnung in Radialrichtung gehindert werden. Das Mauerx^erk der Auslaßöffnung begrenzt oder verhindert vollständig die Verformung dieser Innenschichten der ZylinderxiJand.

Ausgehend von dieser Problemstellung liegt deshalb der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, den vorgenannten Nachteilen abzuhelfen und einen verbesserten Winderhitzer in Vorschlag zu bringen, bei dem nahezu vollständig die Gefahr des Auftretens von Längsrissen durch die genannten Ursachen be- · seitigt ist. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß mindestens eine der Schichten durch eine lotrecht verlaufende Dehnfuge unterteilt ist„ Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Schichten aus feuerfestem Material der Trennxtfand zumindest über die Höhe der unteren Hälfte des Brennschachts durch lotrecht verlaufende Dehnfugen unterteilt sind, welche über ihre Gesamthöhe hinweg aus ineinandergreifenden Profilformen in den einander zugewandten Wandteilen der Schichten gebildet sind. -

Falls der im Brennschacht befindliche Brenner ein sogenannter Keramikbrenner ist, wird der Brennschacht bezüglich seiner Höhe als sich von der.Oberseite bzw. Kopffläche des Brenners aufwärts· erstreckend angesehen. Ersichtlicherweise besteht die Funktion dieser Profilformen in der Ermöglichung einer lokalen Ausdehnung der Wandteile, ohne Leckströme von Heißgasen oder Heißwind längs dieser Fugen zuzulassen. Dabei ist es erfindungsgemäß möglich, die Leckverluste dadurch weiter zu vermindern, daß die Dehnfugen . in den aufeinanderfolgenden Schichten der Trennwand;gegen-

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einander versetzt sind. Dabei ist zu bemerken, daß die Verwen&ung derartiger ineinandergreifender Teile für die Fugen bei der Trennwand wichtiger ist als in der Zylinderwand.

Die Zahl der Dehnfugen wird in Abhängigkeit von den Abmessungen der Trennwand und den Betriebsbedingungen bezüglich Temperatur und Druck, die im Betrieb des Winderhitzers erreicht werden, gewählt. Es hat sich gezeigt, daß bei kleineren Winderhitzern mit nicht zu großen Luftmengen und nicht übermäßig hohen Temperaturen bereits durch Anordnung einer einzigen Dehnfuge in der Trennwand eine gute Wirkung erzielt wird. Es hat sich auch gezeigt, daß erfindungsgemäß gute Ergebnisse erzielt werden, wenn die aufeinanderfolgenden Dehnfugen in einem Wandteil in der gleichen Schicht einen gegenseitigen waagerechten Abstand von 1 - 2 m besitzen. Die vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten, die an der Auslaßöffnung für den heißen Wind auftreten können, sind durch die erfindungsgemäße Konstruktion ausgeräumt. Infolge des Vorhandenseins der Dehnfugen in dem im Bereich der Auslaßöffnung liegende Teil der·Zylinderwand ist es nicht mehr nötig, daß sich die inneren Schichten der Wand zur Aufnahme von Wärmeausdehnung in Radialrichtung verschieben.

Wie erwähnt, besitzen die Wände der Dehnfugen zur Vermeidung von Gasaustritt eine Profilform, die eine gegenseitige Verschiebung der Wandteile in der Ebene der Trennwand zuläßt, diese Wandteile dabei aber stets in Abdichtbeziehung zueinander hält. Im Prinzip ist es möglich, den Wänden der Dehnfugen eine einzige, einfach abgestufte Form zu verleihen. Ein besserer Zusammenhalt der Wandteile wird jedoch erreicht, wenn die Dehnfugen in den einander zuge-

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wandten Fugenseiten mit "Nut- und Feder"-Ausbildung versehen sind, wobei diese Teile trapezförmige Gestalt besitzen und die im kalten Zustand der Konstruktion offenen Teile der Fuge vollständig oder teilweise mit einem kompressiblen, feuerfesten Füllmaterial ausgefüllt sind. Derartige feuerfeste Füllmaterialien werden häufig in den feuerfesten Wandkonstruktionen von Öfen und dgl. verwendet. In dieser Beziehung werden gute Ergebnisse mit Keramikfilzmaterial oder Keramikwolle erzielt. In diesem Zusammenhang wird eine Trapezform als trapezförmig im allgemeinen geometrischen Sinn verstanden. Ersichtlicherweise ist bei der Herstellung , der Steine für eine solche Wand die einfachste Form diejenige eines echten- Trapezoids. Bei dieser Form ist jedoch die Gasabdichtung nicht so optimal, wie sie sein könnte. Für diese Abdichtung wird eine Ausführungsform der "Fut- und Feder"-Teile bevorzugt, bei welcher das Trapezoid nahezu oder vollständig in ein Rechteck umgeformt ist, welches im geometrischen Sinn die begrenzende Form für ein Trapezoid darstellt.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die Dehnfugen durch-Ausnehmungen in den einander zugewandten Fugenwandteilen gebildet sind und daß der dabei gebildete Hohlraum durch darin verschiebbare Füllsteine ausgefüllt ist. Dabei ist große Sorgfalt auf die Fotxvendigkeit zu richten, den Dehnfugen solche Form und Abmessungen zu erteilen, daß im Betrieb des Winderhitzers Gasverluste längs der Dehnfugen ausgeschaltet sind; mit anderen Worten: die Dehnfugen müssen unter Betriebsbedingungen in den Bereichen, wo dies notwendig ist, gasdicht sein, was, wie erwähnt, besonders für die Treuhand und weniger für die Außenwand zutrifft. Zur Gewährleistung dieser Gasdichtheit sind die Fu-

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gen, an denen dtirchß'ohende Gasverlustkanäle entstehen können, möglichst vollständig mit einem feuerfesten Filzmaterial gefüllt.

Es ist ferner bevorzugt, daß die durch die Dehnfugen ermöglichte Ausdehnbarkeit bis etwa zur höchsten Betriebstemperatur, die in diesem Bereich auftreten kann, größer ist als dies der thermischen Ausdehnung der Schichten in waagerechter Richtung quer zu den Dehnfugen entspricht.

Vorzugsweise sollte vermieden werden, daß die Trennwand bei dieser Temperatur keine Möglichkeit mehr für eine weitere Ausdehnung besitzt und somit unter Dx¹UCk gesetzt wird, wenn die Temperatur aus irgend einem Grund zufällig über den genannten Wert ansteigen sollte. Es ist für den Fachmann überraschend, daß es auf diese V/eise dennoch möglich, ist, eine ausreichend gasdichte Konstruktion zu erzielen, und zwar speziell im Hinblick auf die ernsten Probleme, die bisher bei dem Versuch auftraten, große und hoch belastete Winderhitzer rißfrei und gasdicht zu halten.

Wie erwähnt, müssen die Dehnfugen mindestens über die Höhe der unteren Hälfte des Brennschachts hinweg vorgesehen sein. Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn sich die Fugen über die Gesamthöhe jeder Schicht erstrecken. Dies ergibt auch eine einfachere Konstruktion, da auf diese Weise Übergangskonstuktionen zwischen einem Teil mit Fugen und einem Teil ohne solche Fugen am Ende jeder Dehnfuge vermieden werden können. Eine größere Gefahr des Auftretens von Leckverlusten bzw. Undichtigkeiten durch die Trennwand infolge der größeren Länge der Dehnfugen tritt in der Praxis nicht auf, und zwar wahrscheinlich deshalb, weil der

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Druckuiit er schied über die-Trennwand hinweg am. Boden hoch ist und an der Oberseite der Trennwand auf Null abnimmt.

Insbesondere hat es sich gezeigt, daß die Erfindung sehr gute Ergebnisse gewährleistet, wenn sie auf einen Winderhitzer gemäß der veröffentlichten niederländischen Patentanmeldung 68.11373 angewandt wird, der mindestens eine lotrechte Gleitfuge um die Gesamt ebene der Trennwand liertun und in der die andere Seite des Brennschachts begrenzenden -äußeren Zylinderwand aufweist.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung naher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematisierte, im lotrechten. Längsschnitt gehaltene Ansicht eines Winderhitzers von im wesentlichen bekannter Form,

Fig. 2 einen in etwas vergrößertem Maßstab gehaltenen Detail-Querschnitt längs der Linie H-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine Seitenansicht des Details gemäß Fig. 2,

Fig. 4 einen in weiter vergrößertem Maßstab gehaltenen Ausschnitt aus Fig. 2 und

Fig. 5 denselben Ausschnitt wie in Fig. ^}-\- bei einer abge- - wandelten Ausführüngsform.

In Fig..1 ist ein mit einer zylindrischen Außenwand 1 versehener Winderhitzer dargestellt, der einen Heißwindofen für einen Hochofen darstellt. Im Inneren dieses Winderhitzers teilt eine Trennwand 2 den Innenraum in einen

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Brennschacht 3 und einen Raum ^i:\- für einen Stapel aus feuerfesten, wärmeaufnehmenden Steinen (Kammersteine) , wobei die beiden Räume oberhalb der Trennwand 2 offen miteinander kommunizieren. Der Oberteil des Winderhitzers ist durch eine Steinkuppel 5 und eine Stahlkuppel 6 abgedeckt.

Im Unterteil des Brennschachts 3 befindet sich ein Keramikbronner 7, in den und durch den sich ein Durchgang für gasförmigen Brennstoff erstreckt, der zusammen mit über andere Durchgänge des Brenners zugeführter Luft verbrannt v/ird. Öffnungen 9 und 10 dienen zur Führung von Luft durch den Winderhitzer, wobei die zu erhitzende Luft bei 10 eintritt und bei 9 ausströmt, wenn der Winderhitzer "auf Wind" geschaltet ist. Die öffnung 10 dient auch zur Abführung der Gase aus dem Winderhitzer, wenn im¹ Brennschacht die Verbrennung zur Speicherung von Wärme in den Kammersteinen -'-ι- ("auf Gas") stattfindet. Der Steinstapel im Raum <'!- ruht dabei auf einem Rost 11.

Im Querschnitt von Fig. 2 ist die Trennwand 2 getrennt und ohne die sie umgebenden Teile des Winderhitzers dargestellt.

In Fig. 3 ist die Trennwand 2 in Richtung des Pfeils III in Figo 3 gesehen dargestellt. In den Fig. 2 und 3 sind drei Mauerwerksschichten 12, 13 und 14 dargestellt, die jeweils hintereinander angeordnet sind und die Trennwand oder zumindest einen Teil davon bilden. Diese Schichten können entweder voll in Berührung miteinander stehen oder aber einen Zwischenraum zwischen der einen Schicht und einer anderen Schicht aufweisen, so daß eine Gleitfuge gebildet wird.

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Gewünschtenfalls können sich eine oder mehrere dieser Gleitfugen in und durch das Mauerwerk des Futters bzw. der Außenwand 1 fortsetzen, und zwar in der den Brennschacht an der anderen Seite begrenzenden Zone, z.B. an der linken Seite gemäß Fig. 1. In jeder der Schichten 12, 15 und 14 sind Dehnfugen 15 in drei Zonen für die linke Schicht 12 und die rechte Schicht 14 sowie in vier Zonen für die mittlere Schicht 13 vorgesehen.

In Fig. 4 ist der Ausschnitt IV aus Fig. 2 in wesentlich vergrößertem Maßstab dargestellt. Aus dieser Darstellung geht hervor, daß die Dehnfuge 15 durch einen vorspringenden Teil eines Steins 16 gebildet wird, welcher in der Weise in eine nutförmige Ausnehmung in einem Stein.17 eingepaßt ist, daß zwischen beiden. Steinen eine Bewegung in der Ebene der Trennwand möglich ist. Gemäß Fig„ 4 besitzen die vorspringenden und ausgesparten Teile, die wie "Feder" und "Nut" bei einer Paßfeder ausgebildet sind, eine" in etwa trapezförmige Gestalt. Während einer Verschiebung bewegt sich der vorspringende Teil praktisch längs der Wände der Ausnehmung,.jedoch nicht in inniger Berührung mit ihnen, so daß ein guter Widerstand gegenüber Gasdurchtritt längs der Dehnfuge aufrechterhalten wird. Diener Widerstand verstärkt sich noch, wenn sich die Trapezform mehr einer Rechteckform annähert, doch ist in der Praxis auch eine geringe Verjüngung zur Bildung eines Trapezoids für die Gasdichtheit ausreichend.

Die Breite der Dehnfuge 15 ist. entsprechend der thermischen Ausdehnung der Schichten 12, 13 und 14 im Betrieb des Winderhitzers gewählt. Diese Breite kann so gewählt sein, daß die Dehnfuge unter iviörmalbetriebsbedingungen des Winderhitzers völlig oder praktisch geschlossen ist; vorzugs-

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weise ist sie jedoch so gewählt, daß die Dehnfuge bei den normalen Betriebstemperaturen noch nicht vollständig geschlossen ist, um eine Sicherheit ssr-anne für einen unerwarteten, vorübergehenden weiteren Temperaturanstieg zu bieten. Die Gasdichthcit der Dehnfugen während der Zwischenphasen, in denen der Winderhitzer auf die Betriebsbedingungen erhitzt wird, kann dadurch erreicht -worden, daß die offenen Räume in den Dehnfugen beim Bau der Trennwand mit einem komoressiblen Material, z.B. Kerarnikwolle oder -filz, ausgefüllt werden.

In Fig. 5 ist eine abgewandelte Ausführungsform des Details IV von Fig. 2 dargestellt. Dabei ist in Steinen 16 und je eine lotrecht längs dieser Steine verlaufende Ausnehmung vorgesehen, während eine Reihe von Füllsteinen 18 verschieblich in und zwischen diese Steine 16 und 17 eingesetzt ist, so daß sie in die Ausnehmungen eingreifen. Diese Füllsteine 18 halten die Dehnfuge 15 in allen möglichen Positionen im Betrieb gasdicht geschlossen.

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Claims

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Patentans'orüche

1. Winderhitzer, bei dem innerhalb einer Wand aus feuerfesten Material ein Rairn, der einen Stapel von Steinen (luvimersteine) enthält, und ein durch eine Trennwand von dieGera Raum getrennter Brennschacht vorgesehen sind, wobei die Z;ylin.der^T.,⁷and und die Trennwand des Winderhitzers aus mehr als einer Schicht aus feuerfectem Katerial bestehen, d a d u r c h g e Ir e η nseichnet, daß mindestens sine der Schichten (12, 13 5 1''O durch eine lotrecht verlaufende Dehnfuge (15) unterteilt ist,,

2. Winderhitzer nach Anspruch-1, dadurch gekennzeichnet, da"- die verschiedenen Schichten (12., 1p, 14) aus feuerfesten Material der Trennwand (2) zumindest über die ' TIoIic- der unteren Illilfte des Brennschachts (3) durch lotrecht verlaufende Dehnfugen (15) unterteilt sind, ^Tv.'elclio über ihre Sesamthöhe hinweg aus ineinandergreifenden Profilformen in den einander zugewandten Wandteilcn der Schichten gebildet sind.

~j. Winderhitzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnfugen (15) in den auf exnanderfolgendeii Schichten ( 12, 13? 14-) der Trennwand (2) gegeneinander versetzt sind.

Winderhitzer nach einen ""¹Or vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daB die aufeinanderfolgenden Dehnfugen (15) in oinem Wandteil den Winderhitzers in

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der gleichen Schicht (12, 1J, 14) einen gegenseitigen Abstand von 1 - 2 η tor,itzcn.

5. Winderhitzer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnfugen (15) durch "Hut und Feder "-Formen in den einander zugev;andten Fugenw'.lnden gebildet sind, welche trapezförmig ausgebildet sind, vobei die im kalten Zustand des Winderhitzern offenen Teile der Dehnfugen vollständig oder teil¹'eise mit einen kompressiblon feuerfesten Füllmaterial ausgefüllt sind.

6. Winderhitzer nach Anspruch 5> cladurch gekennzeichnet, da.!? "Feder" und "Nut" rechteckige Form besitzen.

7. Winderhitzer nach einem der Ansprüche 2 "bis ■'!·, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnfugen (15) durch Ausnehmungen in den einander zugewandten Fugenwandteilen ■ (16, 17) gebildet sind und daß der dabei gebildete Hohlraum durch darin verschiebbare Füllsteine (18) ausgefüllt ist.

Winderhitzer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Dehnfugen (15) ermöglichte Ausdehnbarkeit bis etwa zur höchsten Betriebstemperatur, die in diesem Bereich auftreten kann, größer ist als dies der thermischen Ausdehnung der Schichten (12, I3, 1^ZO in waagerechter Richtung quer zu den Dehnfugen entspricht.

9. Winderhitzer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Dehnfugen (15) praktisch über die Gesamthöhe der einzelnen Schich-

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ten (12, 13, 1Ί), in denen sie vorgesehen sind, erstrecken. " ■ .

10. Winderhitzer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er in der Ebene der Trennwand (2) und in seiner Außenwand (1), ·νο letztere an den Brennschacht (3) angrenzt, mindestens eine lobrechte, sich um den gesamten Brennschacht herum erstreckende Gleitfuge aufweist.

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