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Zentralnyj Nautschno-Issledowatelskij i Projektnyj Institut Stroitelnych
Metallokonstrukzij "ZNIIProjektstalkonstruktzija" Moskau/UdSSR STÜTZVORRICHTUNG
FÜR DIE HEISSWINDLEITUNG EINES HOCHOFENS Die vorliegende Erfindung betrifft die
Vervollkommung von Bauweisen des Hochofenkomplexes, insbesondere Stützvorrichtungen
für die Hochofen-Heisswindleitung.
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Die Heisswindleitung dient zur Zufuhr der in den Winderhitzern erhitzten
Luft zum Hochofen.
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p Die Heisswindleitung besteht aus einer Hautstrecke, die Winderhitzer
(Cowpers) über Heisswindstutzen starr und hermotisch an die angeaus/ schlossen ist;
und einer über Windformgeräte an den Hochofen angeschlossenen Ringstrecke. Die Heisswindleitung
wird aus geschweissten, mit feuerfesten Baustoffen von innen ausgefütterten Stahlrohren
grossen Durchmessers (von 1700 bis 3500 mm) ausgeführt.
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Uber die Eaisswindleitung wird üblicnerweise die auf 100000 erwärmte
Luft unter einem Druck von 3 atm dem Hochofen zugeführt. Bei den modernen Hochofenkomplexen
nimmt zur Zeit
die mittlere Heisswindtemperatur bis 12000 zu, wobei
bei einem Winddruck von etwa 5 atm ein Temperaturaturanstieg bis 140000 in Aussicht
ist. Dies bietet die Möglichkeit, Koks einzusperen und somit die Selbstkosten des
zu erschmelzenden Roheisens herabzusetzen.
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Bei den meisten bekannten Bauweisen der Heisswindleitungen bildet
die Hauptstrecke mit Stutzen in Horizontalebene einen drei- bzw. vierreldrigen (je
nach der Cowperzahl) starren Rahmen, als dessen Stüzen die Gowpers dienen. In Vertikalebene
wird diese Konstruktion in der Regel mit Hilfe biegsamer Zugbänder an mehreren Stellen
an Trägern aufgehängt, dessen Enden sich auf Riegel (Träger) stützen, die sich ihrerseits
auf unabhängigen ab-/ Stützen (Säulen) stützen.
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Während des Betriebes, insbesondere bei hoher Heisswindtemperatur
und hohem Heisswinddruck treten zahlreiche Defekte (Überhitzungen, Verformungen,
Risse) an den Metallgehäusen der und an den/ Windleitung und Cowpers Verbindungsstellen
der Stutzen mit der Hauptstrecke der Windleitung und mit den Cowpers auf. Die Beund/
seitigung von flberhitzungen Rissen steht mit grossen Schwietigkeiten (Verunreinigung
und Vergasung der Umgebung, erhöhte dem peraturen) und beträchtlichen Produktionaverlusten
wegen der Störung der normalen Betriebsbedigungen der Hochöfen in Verbindung. Dies
macht es notwendig, die Hauptgründe zu beheben, die Uberhitzungen, Verformungen
und Risse an den Eonstruktionen verursachen.
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die/ Durch ~ konstruktive Steifigkeit der Windleitung in Horizontalebene
lassen
sich ihre verbundenen Strecken bei der nicht/ Erwärmung frei bewegen. sZie Berechnung
uca Versuche zeigen, die/ überschreiten .>pannungen, die an den Verbindungsstellen
dieser Strecken miteinander und mit den Cowpers auf treten, die Grössen der Fliesagrenze
für die anwendbaren Stahlsorten, aus denen die Gehäuse der genannten Konstruktionen
bestehen.
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Die Sonstruktion der Stützen, die die senkrechten Sigenmasse belastungen
der Heisswindleitung aufnehmen, hat einen wesentlichen Nachteil, da während des
Betriebes die Belestung vollständig auf die Stutzen übertragen werden und somit
ire Biegung hervorrufen kann, der/ Das findet wegen Senkrechtbewegungen der Cowpers
statt, mit denen die Stutzen - wie oben erwähnt - starr verbunden sind.
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Die während des Betriebes systematisch veränderlichen Senkrechtbewegungen
der Cowpers sind durch erhöhte Temperatur ihrer Gehäuse (etwa 100°C) und zyklische
Ärbeitaweise der Cowpers (Blasen-Erhitzung) bedingt.
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Die Senkrechtbewegungen der Träger, an denen die Hauptstrecke der
Windleitung aufgehängt ist, sind von der Belastung, die auf ihre Stützen übertragen
wird, sowie von den vierunzwann zigstüdigen und saisongebundenen Temperaturschwankungen
der Luftumgebung abhängig.
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Der relative Unterschied zwischen den Senkrechtbewegungen der Träger
und der mit den- Cowpers verbundenen Heisswindstutzen erreicht beträchtliche Grössen
(30 : 60 mm), die von dem Höhenunterschied zwischen den Stutzen und der Grundplatte
der Cowpers
sowie von der Befestigungsart der Cowpers am Fundament
abhängig sind.
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Die Eigenmasse der Hauptstrecke erreicht 10 t ja laufene des Meter.
Die züsätzlichen Spannungen in den gehäusen wegen Blebei einem Hebelarm gung der
Stutzen (Belastung von 100 bis 200 t, / von 6 bis 10 m) konnen daher die Grössen
der Fliessgrenze der zu verwendenden Stahlserien, aus denen aie Gehäuse bestehen,
überschreiten, was zum Auftreten von Rissen, Überhitzungen führt, den Austausch
der Heisswindventile, mit denen die Stutzen versehen sind, erschwert und die Betriebsdauer
der Windleitung verkürzt.
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Bekannt ist eine Stützvorrichtung für die Heisswindleitung, die zur
Beseitigung des erwähnten Nachteils bestimmt ist (UdSSR-Urheberschein Nr. 357 334).
Das Problem wird mit Hilfe von Hydraulikzylindern gelöst, die die Enden der Träger
unterstützen und mit einem Folgesystem, das Änderungen der Senkrechtbewegungen der
Stutzen registriert, betätigt werden.
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Bekannt sind auch andere konstruktive Lösungen der Heisswindleitungen,
die die genannten Unzulänglichkeiten beheben.
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Bei Windtemperaturen von 1200 bis 140000 enthalten solche Windleitungen
eine (im Grundriß) längs der Cowpers befindliche, mit Stutzen versehene Hauptstrecke,
eingeteilt in einzelne Sektionen, die mittels Temperaturausgleicher, die in Form
gewellter Stahlblechmäntel ausgeführt sind, miteinander verbunden sind, wobei es
in der Zone der Temperaturausgleicher ihre Temperaturbewegungen ausgleichende Futterspiele
gibt. Jede Sektion steht über
den Stutzen mit einem Cowper in Verbindung,
wobei an jedem Stutzen zusätzlich je I oder 2 dem obenbeschriebenen ähnliche Temperaturausgleicher
angeordnet sind. Diese Konstruktionen der Reisswindleitungen werden z. Z. von westdeutschen,
japanischen und französischen Firmen verwendet.
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Es sei jedoch betont, dass die oben aufgezählten konstruktiven Lösungen
verwickelt und aufwendig sind. So nacht es z. B.
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der Einsatz der Hydraulikzylinder mit Polgesystemen notwendig, diese
ständig zu warten und einzustellen.
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Die Anordnung von Temperaturausgleichern an den Heisswindstutzen
verursacht eine Vergrösserung der Stutzenlänge, macht Stützen es erforderlich, zusätzliche/für
die Ausgleicher und spezielle Querzangen anzubringen, die unausgeglichene, wegen
dem erhöhten Innenwinddruck auftretende Kräfte aufnehmen. All das verwickelt und
verteuert die Konstruktionen aer Eeisswindleitungen beträchtlich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stütsvorrichtung für
die Heisswindleitung zu schaffen, bei der der Hauptteil der Eigenmassebelestung
der Windleitung ständig durch die Träger auRgenommen wird.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei der Stützvorrichtung
für die Heisswindleitung eines Hochofens, die eine mit den Cowpers über Stutzen
starr verbundene Hauptstrecke aufweist, die Träger enthält, welche sich gegen unabhängige
Stützen
und Hängeeisen der Windleitung abstützen, deren Enden an den Trägern befestigt sind,
erfindungsgemäß die Enden der Hängeeisen mittels vorgedrückter Federn, deren Druckkraft
im wesentlichen der Masse des durch das Hängeeisen unterstützten Abschnitts der
Windleitung geicht ist, an den Trägern befestigt des Vorverdrehungsweges sind, wobei
die GrösseN!der Federn die maximalen Verschiebungen der Stutzen bei der Senkrechtbewegung
der Cowpers während ihres Betriebes um ein Mehrfaches überschreitet.
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Im Vergleich zu den bekannten Konstruktionen zum Ausgleich der Senkrechtbewegungen
der Cowpers bei deren Betrieb ist die vorliegande Erfindung einfacher aufgebaut,
billiger und zugleich nicht weniger wirkungsvoll.
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Die Anwendung der vorgedrückten Federn bietet die Köglichkeit, auf
die Hydraulikzylinder und Ausgleicher an den Heisswindstutzen zu verzichten.
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Man muß beachten, dass der Preis eines HydraulikyLinders oder eines
Ausgleichers im Vergleich zu dem Preis sämtlicher Druckfedern, deren Verwendung
es gestattet, keine Hydraulikzylinder bzw. keine Ausgleicher mit Querzangen und
zusätzlichen Stützen an den Stutzen anzuordnen, viel höher ist, wobei die Gesamtlänge
der Stutzen im letzteren 9all durchschnittlich um 12 bis 14 m kürzer wird. Im Vergleich
zu den Hydraulikzylindern oder einer Mehrkomponenteneinrichtung, wie jeder Ausgleicher
für ausgekleidete Grossrohre ist, ist die Zuverlässigkeit und Lebensdauer der einfachen
Druckfedern wesentlich höher. In Betrieb brauchen die Druckfedern keine Wartung.
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Die Hebekraft der vorgedrückten Federn entlastet beständig die Verbindungsstelle
Stutzen-Gowpers von der Eigenmasse der Windleitung und schützt diese vor Zerstörung.
Das Vordrucken dar Federn ist derart ausgeführt, dass die Grösse ihres Verdretungsweges
die maximale Senkrecht bewegung aer Cowpers mm ein Mehrfaches (Fünf- bis Zehnfaches)
überschreitet. Die Hebekraft der Ledern ist direkt proportional zu der Größe ihres
VerdrehunÕs-Weges, sie muss etwa gleich der rechnerischen Sollkraft der d Hängeeisen
durch die Konstruktionsmasse der Heisswinleitung sein.
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Dann werden 10 bis 20% Masse belastung der aufgehängten Hauptstrecke
der Heisswindleitung während des Betriebs auf die Verbindungsstellen Stutzen-Cowpers
übertragen, weil ihr Hauptteil ständig durch die Träger aufgenommen wird, was gerade
den sicheren Betrieb der Windleitung gewährleistet.
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Jede Druckfeder kann in orm eines Tellerfederpaketes ausgeführt werden,
das in einem mit einer Stahlplatte abgeschlossenen und am Obergurt des Trägers befestigten
Rohr untergebracht ist, wobei jedes Paket eine durchgehende Zentrierbohrung aufweist,
durch die eines der nden des Hängeeisens eingelassen ist, das an der Stahlplatte
befestigt ist.
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Andere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der
nachstehenden näheren Erläuterung eines AusfUhrungsbeispiels der Errindung und aer
beigefügten Zeichnungen verständlich; es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung
der erfindungsgemaßen Stützvorrichtung rür die Reisswindleitung, im Grundriß,
vig.
2 einen Schnitt gemäss Linie II-II in Fig. I, die/ der/ Fig. 3 Baugruppe A in Fig.
2 bei Montage, die/ der/ Fig. 4 Baugruppe A in Fig. 2 in Arbeitsstellung.
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Die Hauptstrecke I der Heisswindleitung, die dem (in der Figur nicht;
dargestellten) Hochofen die Warmluft zuführt, ist über die Stutzen 3 starr mit aen
Cowpers 2 verbunden (Fig. 1, 2). Die Strecke I und die Stutzen 3 stellen geschweisste,
mit feuerfesten Baustoffen von innen ausgerütterte Stahlrohre grossen Durchmessers
(von 1700 bis 3500 mm) der. Jeder Cowper 2 stellt ein technologisches Aggregat grossen
Durchmessers (von 6000 bis 14000 mm) der, das ebenfalls aus einem geschweissten
Stahlgehäuse und einem Innenfutter besteht und zum Erhitzen der dem Hochofen zuzuführenden
Luft dient.
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Die Strecke I ist mit Temperaturausgleichern 4 ausgerüstet, die im
Form gewellter, mit dem Gehäuse der Strecke I hermetisch verschweisster Stahlmäntel
ausgeführt sind. Die Stutzen 3 sind mit Heisswindventilen 5 versehen, die über (in
der Figur nicht angedeutete) Schraubenverflanschungen luftdicht und starr mit dem
Gehäuse der Stutzen 3 verbunden sind.
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Mit Hiire von Hängeeisen, die aus biegsamen Zugbändern 6 und einem
die Strecke I umfassenden Blech 7 (Fig. 2) bestehen, eiren/ ist die Strecke I an
Trägern 8 aufgehängt, die Obergurt einen/ 9 und UIntergurt 10 aufweisen. die Enden
der biegsamen Zugbänder sind mit Gewinde für Schraubenmuttern 11 versehen.
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Die geschweissten 1-, L - oder Kastenträger 8 besitzen Rippen 12
und stützen sich auf Schweissriegel 13, die ihrerseits
die Belastung
auf in Form geschweisster Metallsäulen ausgebildete Stützen 14 übertragen.
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An den Obergurten 9 der Träger 8 sind Metallrohre 15 angeordnet,
in denen sich die Druckfedern befinden, von deren oede ein Tellerfederpaket 16 (Fig.
3, 4) oder eine in der Figur nicht angedeutete Waggonfeder darstellt.
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Oben ist auf den Federn 16 eine Metallplat;te 17 autgestellt, auf
der sich ein Deckel 18 befindet, der die Federn 16 vor dem Eindringen von Staub
in das Rohr 15 schützt.
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Das Tellerfederpaket 16 hat eine durchgehende Zentrierbohrung, die
mit dem im Träger 8 angebrachten Loch zum Durchlass eines Endes des biegsamen Zugbandes
6 zusammenfällt, das mit der Schraubenmutter 11 an der Platte 17 befestigt ist.
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Zuerst wird die Heisswindleitung futterfrei montiert. Ihre Höhenlage
wird mit den Schraubenmuttern 11 gesichert, wobei di Federn 16 nicht eingebaut werden.
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Dann werden die bleche 19 (Fig. 3) an die Untergurte 10 der Träger
8 und an die biegsamen Zug bänder 6 angeschweisst.
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Die Schweissnähte der Bleche 19 werden auf die volle Kraft, die in
den biegsamen Zugbändern 6 von der Konstruktionsmasse der Windleitung auftritt,
berechnet.
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Nach Abschluss der Montage von allen Stahlkonstruktionen, Ausrüstung
und Futter der Windleitung werden die Schraubenmuttern 11 entfernt. In die Rohre
15 werden die Federn 16 eingeoben werden die auf-/ baut und von die Platte 17 und
der Deckel 18 gelegt (Fig. 3).
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Dann werden die Schraubenmuttern 11 wiederum auf die Enden der Zugbänder
6 aufgeschraubt und die Federn 16 mit ihrer Hilfe derart zusammengedrückt, dass
aeren Verdrehungsweggrösse den durch die Senkrechtbewegung der Cowpers 3 bei deren
Betrieb bewirkten maximalen rechherischen Hub der Stutzen 3 um ein Mehrfaches (vorzugsweise
um ein Fünf- bis Zehnfaches) überschreitet. Dabei muss die Hebekraft der Federn
16, die zu ihrer Druckkraft; direkt proportional ist, etwa gleich der rechnerischen
Vollkraft der biegsamen Zugbänder 6 von der Konstruktionsmasse der Heisswindleitung
sein. Nachdem die Federn 16 in die vorgesehene Stellung gebracht sind, werden die
Bleche 19 vollständig demontiert (Fig. 4), und die Masse der Windleitung hält diese
Ledern 16 in der vorgegebenen Stellung rest, indem sie über Zugbänder 6, Schraubenmuttern
ii Platte 17 und Deckel 18 darauf vollständig übertragen wird.
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Während des Betriebes führt die Lufterhitzung in den Cov;-pers bis
auf Temperaturen von 1200 bis 1400°C zur entsprechenaen s Erhitzung (etwa 100 bis
150°C) des Gehäuse der Cowpers 2 und (Winderhitzer) ruft einen senkrechten Zuwachs
der / hervor. Die zyklischen Senkrechtbewegungen aer Gehäuse der Cowpers 2 gehen
ebenfalls unter dem Einfluss eines erhöhten Innenluftdruckes (etwa 3 bis 5 atm)
vor sich, weil die Cowpers 2 abwechselnd blasen.
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Die Hebekraft der vorgedrückten Federn 16 wird die Veroindungsstallen
aer Stutzen 3 mit den Cowpers 2 dauernd entlasten.
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Burch die Senkrecht bewegungen der Cowpers 2 wird die Grösse die-5er
Hebekraft wegen der entsprechenden Zuggröße der Federn 16
etwas
abnehmen. Da aber ihr Vorverdrehungsweg fünf-bis zehnfach der/ grösser ist als maximal
zulässige Hub der Stutzen 3 gemeinsam mit Gen Cowpers 2, so werden nicht mehr als
10 bis 207o Massebelastung durch die aufgehängten Konstruktionen auf die Verbindungsstellen
der Stutzen 3 mit den Cowpers 2 übertragen, was gerade ihren sicheren Betrieb gewährleistet.
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In einigen Fällen kann die Notwendigkeit entstehen, die Verbindungsstellen
der Stutzen 3 mit den Cowpers 2 von der Konstruktionsmasse der Windleitung vollkommen
zu entlasten.
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Es liegt auf der Hand, dass auch diese Aufgabe nur unter Verwendung
der vorgedrückten Federn 16 senr einfach und zuverlässig gelöst werden kann.
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In diesem Fall werden die Federn 16 derart ausgewählt, dass ihr Vorverdrehungsweg
im Vergleich zu dem erwartungsgemässen eg Ger Stutzen 3 noch mehr vegrössert werden
und Dabei nimmt auch die Hebekraft; der Federn 16 entsprechend zu und überschreitet
die Kraft, die auf die Hängeeisen von der Kasse der Windleitung übertragen wird.
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Die Abnahme der Grösse des Vorverdrehungsweges der Federn 16 und
sonit die entsprechende Verminderung ihrer Hebekrart setzt ihren Einsatzeffekt herab,
da in diesem Fall der grössere Teil der Massebelastung durch die Windleitung während
aes Betriebes auf die Verbindungsstelle der Stutzen 3 mit den Cowpers 2 übertragen
wird.