DE2256523B2 - Winderhitzer, insbesondere für Hochöfen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Winderhitzer, insbesondere für Hochöfen, mit einem innerhalb des Mantels angeordneten Brennschacht und einem durch eine Trennwand davon abgetrennten Wärmespeicher, wo-

ίο bei lotrechte Dehnfugen vorgesehen sind sowie das Mantelmauerwerk und die Trennwand aus mehr als einer Schicht aus feuerfestem Material bestehen.

Mit den zunehmenden Anforderungen an 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 Gebiide, speziell für die Trennwand, zu konstruieren, das unter diesen extremen Betriebsbedingungen frei von

ao Schaden bleibt. Auch beim Mantelmauerwerk hat sich die Vermeidung von Rissen unter diesen Bedingungen als ein immer schwierigeres Problem erwiesen.

Insbesondere aber ist die Trennwand abwechselnd hohen und niedrigen Temperaturen ausgesetzt, wenn

as der Winderhitzer von »auf Gas« auf »auf Wind« und umgekehrt umgeschaltet wird; im Hinblick hierauf müssen sehr hohe Temperaturunterschiede und -gefälle zu beiden Seiten der Trennwand in Erwägung gezogen werden.

Es wurde bereits auf verschiedenartige WeUe 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 (vgl.

Berg- und Hüttenmännische Monatshefte, Supplementum I. insbesondere S. 189) in der Trennwand und in deren Hauptebene, auch in Verbindung mit wärmeisolierenden Schichten (vgl. deutsche Offenlegungsschrift 1 938 432) an einer oder beiden Seiten dieser Trennwand erreicht. Auch wurden schon (deutsche Offenlegungsschrift 1 938 432) lotrechte Dehnfugen an der Ansatzstelle zwischen Trennwand- und Mantelmauerwerk vorgesehen, die jedoch allein dem Zweck der Trennung des als Außenmauerwerk temperaturmäßig völlig unterschiedlich beanspruchten Mantelmauerwerks von der Trennwand dienten.

Fs hat sich jedoch herausgestellt, daß unter gewissen Betriebsbedingungen, speziell bei sehr großen Winderhitzern, unabhängig voneinander auch danr. noch Längsrisse im Trennwand- und auch Mantelmauerwerk auftreten können. Die solche Risse hervorrufenden Bedingungen sind z. B. das Auftreten von hohen Temperaturgefällen sowie eine ungleichmäßige Temperaturverteilung bei hohen Temperaturunterschieden über vergleichswcise 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 im Mantclmauerwerk des Winderhitzers nahe des Heißwindauslasses auf Grund des Umstands auftreten, daß die Innenschichten des feuerfesten Mauerwerks in diesem Bereich an einer ausreichend freien Ausdehnung in Radialrichtung gehindert werden. Das Mauerwerk der Auslaßöffnung begrenzt

oder verhindert vollständig die Verformung dieser Innenschichten des Mantelmauerwerks.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den vorgenannten Nachteilen abzuhelfen und insbesondere einen verbesserten Winderhitzer zu schaffen, bei dem nahezu vollständig die Gefahr des Auftretens von Längsrissen durch die genannten Ursachen beseitigt ist.

Demgemäß besteht die Erfindung darin, daß mindestens eine der Schichten durch mindestens eine lotrechte und quer durch die jeweilige Schicht hindurchgehende, zwischen den Ansetzstellen von Trennwand- und Mantelmauerwerk angeordnete Dehnfuge unterteilt ist.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnfugen mindesiens über die Höhe der unteren Hälfte des Brennschachis vorgesehen sind, und über ihre Gesamthöhe hinweg ineinandergreifende Profilformen in den einander zugewandten Wandteilen der Schichten aufweisen.

Falls der im Brennschacht befindliche Brenner ein ao sogenannter Keramikbrenner ist, erstreckt sich der Brennschacht in seiner Höhe von der Oberseite bzw. Kopffläche des Brenners aufwärts. Ersichtlicherweise besteht die Funktion dieser Profilformen in der Ermögüchung einer lokalen Ausdehnung der Wandteile, ohne as Leckströme von Heißgasen oder Heißwind längs dieser Fugen zuzulassen. Insbesondere dabei ist es erfindungsgemäß möglich, die Leckverluste dadurch weiter zu vermindern, daß die Dehnfugen in den aufeinanderfolgenden Schichten der Trennwand gegeneinander versetzt sind. Dabei ist zu bemerken, daß die Verwendung derartiger ineinandergreifender Teile für die Fugen bei der Trennwand wichtiger ist als im Mantelmauerwerk.

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 innerhalb der gleichen Schicht einen gegenseitigen Abstand von 1 bis 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 dei Dehnfugen insbesondere in dem im Bereich der Auslaßöffnung liegenden Teil des Mantelmauerwerks ist es nicht mehr nötig, daß sich die inneren Schichten der Wand zur Aufnahme von Wärmeausdehnung in Radialrichtung verschieben.

Die Wände der Dehnfugen können zur Vermeidung von Gasaustritt vorteilhafterweise eine Profilform besitzen, 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 z. B. einzige, einfach abgestufte Form zu verleihen. Ein besserer Zusammenhalt der Wandteile wird jedoch erreicht, wenn die Dehnfugen in den einander zugewandten Fugenseiten mit Nut und Feder versehen sind, wobei diese Teile trapezförmige Gestalt besitzen können und die im kalten Zustand der Konstruktion offenen Teile der Fuge vollständig oder teilweise mit einem kompressiblen, feuerfesten Füllmaterial ausgefüllt sein können. Derartige feuerfeste Püümaterialien werden häufig in den feuerfesten Wandkonstruklionen von Öfen u. dgl. verwendet. In dieser Beziehung werden gute Ergebnisse mit Keramikfilzmatenal oder Keramikwolle erzielt. In diesem Zusammenhang wird eine Trapezform als trapezförmig im allgemeinen geometrischen Sinn verstanden. Ersichtlicherweise ist bei der Herstellung der Stei;:e für eine solche Wand die einfachste Form die eines echten Trapezoids. Bei dieser Form ist jedoch die Gasabdichtung nicht so optimal, wie sie sein könnte. Für diese Abdichtung wird eine Ausführungsform der Nut- 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 Notwendigkeit zu richten, den Dehnfugen solche Form und Abmessungen zu erteilen, daß im Betrieb des Winderhitzers Gasverluste längs der Dehnfugen ausgeschaltet sind. Die Dehnfugen müssen also unter Betriebsbedingungen in den Bereichen, wo dies notwendig ist, gasdicht sein, was, wie erwähnt, besonders für die Trennwand und weniger für das Mantelmauerwerk zutrifft. Zur Gewährleistung dieser Gasdichtheit können die Fugen, an denen durchgehende Gasverlustkanäle entstehen können, möglichst vollständig mit einem feuerfesten Filzmaterial ausgefüllt sein.

Es ist ferner bevorzugt, daß die durch die Dehnfugen ermöglichte Ausdehnungsmöglichkeit 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 Druck gesetzt wird, wenn die Temperatur aus irgendeinem Grund zufällig über den genannten Wert ansteigen sollte. Überraschenderweise ist es auf diese Weise dennoch möglich, 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 Übergangskonstruktionen 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 infoige der größeren Länge der Dehnfugen tritt in der Praxis nicht auf, und zwar wahrscheinlich deshalb, weil der Druckunterschied über die Trennwand hinweg am Boden hoch ist und an der Oberseite der Trennwand auf Null abnimmt.

Besonders gute Ergebnisse werden erfindungsgemäß erzieh, wenn die Dehnfugen mit mindestens einer lotrechten Glciifuge kombiniert sind, welche in der Ebene

der Trennwand und im Mantelmauerwerk an der zum Brennschacht angrenzenden Stelle um den gesamten Brennschacht herum angeordnet ist. Damit wird ein feuerfestes Mauerwerk mit praktisch allseitiger Ausdehnungsmöglichkeit geschaffen, ohne daß die trotzdem notwendige Gasdichtigkeit beeinträchtigt wird.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

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

F i g. 2 einen in etwas vergrößertem Maßstab gehaltenen Detail-Querschnitt längs der Linie H-Il in F i g. 1.

F i g. 3 eine Seitenansicht des Details gemäß F i g. 2,

F i g. 4 einen in weiter vergrößertem Maßstab gehaltenen Ausschnitt aus F i g. 2 und

F i g. 5 denselben Ausschnitt wie in F i g. 4 bei einer abgewandelten Ausführungsform.

In F i g. 1 ist ein mit einem zylindrischen Mantelmaucrwerk 1 versehener Winderhitzer dargestellt. Im Inneren üie^es Winderhitzers teilt eine Trennwand 2 den Innenraum in einen Brennschacht 3 und einen Raum 4 für einen Wärmespeicher z. B. als Stapel aus feuerfesten, wärmeaufnehmenden Steinen, 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 Brennschachtes 3 befindet sich ein Keramikbrenner 7, in den und durch den sich ein Durchgang für gasförmigen Brennstoff erstreckt, der zusammen mit über andere Durchgänge des Brenners /ugeführter Luft verbrannt wird. Öffnungen 9 und tO 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« geschalte! ist. Die Öffnung 10 dient auch zur Abführung der Gase aus dem Winderhitzer, wenn im Brennschacht die Verbrennung ?ur Speicherung von Wärme in den Kammcrstcinen 4 (»auf Gas«) stattfindet. Der Sleinslapcl im Raum 4 ruht dabei auf einem Rost 11.

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

In F i g. 3 ist die Trennwand 2 in Richtung des Pfeils III in F i g. 2 gesehen dargestellt. In den F i g. 2 und 3 sind drei Trennwandschichlen 12, 13 und 14 dargestellt, die jeweils hinlercinander angeordnet sind und die Trennwand oder zumindest einen Teil davon bilden. Diese Schichten 12. 13 und 14 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.

Gcwünschienfalls können sich eine oder mehrere dieser Glcitfugen in und durch das Mantelmauerwerk I fortsetzen, und zwar in der den Brennschacht an der anderen Seite begrenzenden Zone, z. B. an der linken Seite gemäß F i g. 1. In jeder der Schichten 12, 13 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.

ίο In F i g. 4 ist der Ausschnitt IV aus F i g. 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 F i g. 4 besitzen die vorspringenden und ausgesparten Teile, die wie Feder und Nut bei einer Paßfeder ausgebildet sind, eine in etwa trapezförmige

ao 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 Widersland gegenüber Gasdurchtritt längs der Dehnfuge aufrechterhalten wird. Dieser

as Widerstand verstärkt sich noch, wenn sich die Trapezform mehr einer Rechteckform annähen, 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 Normalbelriebsbedingungen des Winderhitzers völlig oder praktisch geschlossen ist: vorzugsweise ist sie jedoch so gewählt, daß die Dehnfuge bei den normalen Betriebstemperaturen noch nicht vollständig geschlossen ist. um eine Sicherheitsspanne für einen unerwarteten, vorübergehenden weiteren Temperaturanstieg zu bieten. Die Gasdichtheit der Dchnfugen während der Zwischcnphasen. in denen der Winderhitzer auf die Betriebsbedingungen erhitzt wird, kann dadurch erreicht werden, daß die offenen Räume in den Dehnfugen beim Bau der Trennwand mit einem kompressiblen Material, z. B. Keramikwollc oder -filz, ausgefüllt werden.

In Fig. 5 ist eine abgewandelte Ausführungsform des Details IV von F i g. 2 dargestellt. Dabei ist in Steinen 16 und 17 je eine lotrecht längs dieser Steine verlaufende Ausnehmung vorgesehen, während eine Reihe von Füllsteincn 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 Beirieb gasdicht und geschlossen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patemansprüche:

1. Winderhitzer, insbesondere für Hochöfen, mit einem innerhalb des Mantels angeordneten Brennschacht und einem durch eine Trennwand davon abgetrennten Wärmespeicher, wobei lotrechte Dehnfugen vorgesehen sind sowie das Mantelmauerwerk und die Trennwand aus mehr als einer Schicht aus feuerfestem Material bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Schichten (12,13,14) durch mindestens eine lotrechte und quer durch die jeweilige Schicht hindurchgehende, zwischen den Ansetzstellen von Trennwand- und Mantelmauerwerk angeordnete Dehnfuge (15) unterteilt ist.

2. Winderhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnfugen (15) mindestens über die Höhe der unteren Hälfte des Brennschachtes (3) vorgesehen sind, und über ihre Gesamthöhe hinweg ineinandergreifende Profilformen in den einander zugewandten Wandteilen der Schichten aufweisen.

3. Winderhitzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnfugen (15) in den aufeinanderfolgenden Schichten (12, 13, 14) der Trennwand (2) gegeneinander versetzt angeordnet sind.

4. Winderhitzer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinanderfolgenden Dehnfugen (15) in einem Wandteil des Winderhitzers innerhalb derselben Schicht einen gegenseitigen Abstand von 1 bis 2 m aufweisen.

5. Winderhitzer nach einem der vorangehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnfugen (15) mit Nut- und Feder-Formen in den einander zugewandten Fugenwänden (16,17) ausgebildet sind, wobei die im kalten Zustand des Winderhitzers offenen Teile der Dehnfugen vollständig oder teilweise mit einem kompressiblen feuerfesten Füllmaterial ausgefüllt sind.

6. Winderhitzer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Nut und Feder trapezförmige Form besitzen.

7. Winderhitzer nach einem der Ansprüche 2 bis 4. 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 Füllsteinc (18) ausgefüllt ist.

8. 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. 13, 14) in waagerechter Richtung quer zu den Dehnfugen entspricht.

9. Winderhitzer nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Dehnfugen (15) praktisch über die Gesamthöhe der einzelnen Schichten (12,13,14), in denen sie vorgesehen sind, erstrecken.

10. Winderhitzer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnfugen (15) mit mindestens einer lotrechten Glcitfuge kombiniert sinr), welche \<\ der Ebene der Trennwand (2) und im Mantelmauerwerk (1) an der zum Brennschacht (3) angrenzenden Stelle um den gesamten Brennschacht herum angeordnet ist.