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REGENERAT VERHIT Zi R
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Erhitzer, insbesondere
auf Regenerativerhitzer.
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Die Erfindung kann auch in Wärmeaustauschvorrichtungen angewandt
werden, bei denon Gase wechselweise über dus Mauerwerk von aus Ziegelsteinen ausgeführten
Regenerativkammern zum Gewinnen von Wärme aus diesem Gas geleitet werden, worauf
ein anderes Gas ZU erwärmen durchgontakt mit dem erhitzten Ziegelstein eingeleitet
wird.
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Der erfindungsgemäße Regenerativerhitzer ist vorzugsweise zur Erwärmung
des Windes im Hochofenbetrieb bestimmt und wird daher an Hand dieses speziellen
Anwendungsbeispiels beschrieben, was jedoch nicht bedeutet, daß sein Einsatzbereich
nur auf das angegebene Beispiel eingeschränkt ist.
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zeichnung Diese Erhitzer sind unter der Be Rochtemperaturwinderhitzer
für Hochöfen im Hochofenbetrieb bekannt. Sie enthalten in einem Mantel eingeschlossene
Mauerwerk in
n Wände und Gitterung, das aus feuerfesten Stoffen
mit verschiedenen Längenausdehnungszahlen ausgeführt und in der Höhe durch horizontale
sektionen gebildet ist, die der ~{erteilung der inneren Betriebstemperatur des Erhitzers
entsprechen und von denen jede aus homogenem feuerfestem Stoff besteht.
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Die Gitterung der bekannten Regenerativerhitzer ist aus Ziegelsteinen
so ausgemauert, daß in ihrer Gesamthöhe vertikale Kanäle zum Durchlassen von Gasen
gebildet werden.
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Der Zyklus der Erwärmung des Windes in den Regenerativerhitzern besteht
aus zwei Stufen. In der ersten Stufe des Zyklus wird ein Gemisch aus Gas und Luft
in der Verbrennungskammer verbrannt, und die heißen Verbrennungsprodukte werden
durch die Kammer der Gitterung geleitettobei diese auf eine hohe Temperatur gebracht
wird. In der zweiten Stufe wird die Luft durch das erhitzte Mauerwerk der Gitterung
geleitet und auf diese Weise auf die erforderliche Temperatur erhitzt.
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In den modernen Hegenerativerhitzern erreicht die Temperatur unter
der Kuppel 160000, während das Temperaturgefälle bei der Ginderhitzung etwa 1500C
in den oberen und etwa 3000C in den unteren Zonen erreicht. Entsprechend der Verteilung
der inneren Betriebstemperatur nach Zonen wird das Mauerwerk der Wände und der Gitterung
in bekannten Srhitzern aus verschiedenen feuerfesten stoffen wie, beispielsweise,
aus Dinas, hochtonerdehaltigen und'Schamottenstoffen uusgeführt. So wird das Mauerwerk
in der Hochtemperaturzone aus hochgebranntem, festem Dinas ausgeführt, und in den
niedriger
liegenden Zonen mit verhältnismäßig niedrigen Temperatur werden entsprechend Kaolin-,
hochtonerdehaltige und Schamottefeuerfeststoffe angewandt. In jeder Temperaturzone,
die sich durch einen bestimmten Temperaturbereich kennzeichnet, wird somit eine
horizontale Sektion aus feuerfestem Stoff ausdie gemauert, der nach seinen Festigkeitswerten
für Betriebsbedinun en in der gegebenen Zone geeignet ist.
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Beim Erhitzen erfolgen n den Anschlußstellen der horizontalen Sektionen
relative radiale Verschiebun en des A!auerwerkes infolge des Unterschieds der linearen
Ausdehnungskoeffizienten der feuerfesten Stoffe. Der lineare Ausdehnungskoeffizient
beträgt beispielsweise für Dinas im Durchschnitt 12.
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10-6 1/Grad und für kaolinische Feuerfeststoffe 6.10-6 1/Grad.
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Bei dem erhitzen auf 10000C und einem Halbmesser des Kauerwerkes von
500 cm resultiert daraus eine relative Verschiebung der angeschlossenen horizontalen
Sektionen von # R = α 1TR - CSC2TR worin bedeuten: 1 1 - den linearen Ausdehnungskoeffizienten
von Dinas; 2 2 - den lincaren Ausdehnun skoeffizienten von feuerfesten Kaolinstoffen;
T - die Temperatur an der Anschlußstelle der horizontalen Sektionen; R - den durchschnittlichen
Halbmesser des Mauerwerkes, was 20 bis 30 mm am Halbmesser ausmacht.
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Infolge einer solchen Verschiebung werden die perpheren Kanäle mit
40 mm Durchmesser im Mauerwerk der Gitterung in der Anschlußebene der horizontalen
Sektionen um 50 bis 75% und über den Querschnitt des Mauerwerkes im Mittel um 30
bis 40% überdeckt, was einen entsprechenden Verlust an der Leistung des Regenerativerhitzers
und folglich auch des Homo ofens zur Folge hat.
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Die relative Verschiebung des Mauerwerkes an den Anschlußstellen
der horizontalen Sektionen steigt direkt proportional zur Vergrößerung des Mauerwerkdurchmesscrs
und der Erhitzungstemperatur.
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Der heutige des Hochotenbau ist durch eine beträchtliche Vergrößerung
des Volumens der Hochöfen (bis 3 auf 5C00 m3) und eine Steigerung der Windtemperatur
über 1400°C gekennzeichnet. Entsprechend steigen auch die Maße des Srhitzers im
Durchmesser bis 14 m und in der Höhe bis 50 m,wobei sich die Erhitzungstemperatur
der Kuppeln bis auf 1600°C 0 erhöht. All das führt zur Notwendigkeit der Anwendung
neuer Werkstoffe, die eine höhere Feuerfestigkeit aufweisen und deren linearer Ausdehnungskoeffizient
sich von derrder üblichen weitgehend verwendeten Feuerfestatoffe betriichtlich unterscheidet.
Die Gefahr der Verminderung der Leistung der modernen großen Erhitzer wegen des
angegeben Nachteils steigt somit bedeutend an.
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Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, die erwähnten Nachteile
zu beseitigen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Regenera tiverhitzer
mit solchen einer konstruktiven Gestaltung des Mauerwerkes der Wände und der Gitterung
zu schaffen, d.e eine beträchtliche Verringerung der Größe der radialen Verschiebung
zwischen den angrenzenden horizontalen Sektionen gewährleiste t.
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Die se Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Regenerativerhitzer, in
dem das in einen Mantel eingeschlossene Mauer werk der Wände und der Gitterung aus
feuerfesten Stoffen mit verschiedenen linearen Ausdehnungskoeffizienten ausgeführt
und in der Höhe durch horizontale Sektionen gebildet ist, die der Verteilung der
inneren Betriebstemperatur des Erhitzers entsprechen, von denen Jede aus homogenem
feuerfestem Stoff besteht, erfindungsgemäß zwischen den horizontalen Sektionen Obergn-ngssektionen
angeordnet sind, von deiien Jede mindestens von einer horizontalen Reihe des Mauerwerkes
aus feuerfesten Stoffen der daran anliegenden Sektionen mit gleichmäßiger Verung
teil in der Reihe eines Stoffes im anderen gebildet ist.
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Eine derartige Konstruktion des Regenerativerhitzers ist erheblich
kleineren radialen Verschiebungen in Jeder horizontalen Reihe zwischen den aneinander
angrenzenden horizontalen Sektionen unterworfen, wodurch sich der Durchgangsquerschnitt
der vertikalen Kanäle entsprechend weniger wandert, was wiederum es gestattet dio
Leistung der Erhitzer und folglich der von diesen bedienten Ofen zu steigern. Ferner
gewährleistet das gleichmäßige Verteilen von Feuerfeststoffen zweier aneinander
angrenzenden
horizontalen Sektionen in Jeder horiontalen Reihe des Mauerwerkes der Wände und
der Gitterun. eine gleichmäßige Verteilung der Verformungen über die ganze Fläche
des Querschnittes der Übergangssektion und eine kleinere spezifische Verschiebung
der horizontalen Reihen desw Mauerwerkes, Die Verringerung der Verschiobungsgröße
zwischen den horizontalen Sektionen erhöht auch die Sicherheit des Mauerwerkes (ler
Wände und der Gitterung, da die Peuerfeststoffe eine längere Reize aushalten und
sich der gespannte Zustand des Mantels des Regenerativerhitzers an den Anschlußstellen
der horizontalen Sektionen verbessert.
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Es ist zweckmäßig, jede Übergangssektion aus einigen horizontalen
Reihen von Ziegelsteinen der beiden dsran anliegenden horizontalen Sektionen mit
allmählicher Verminderung des Gehaltes an feuerfestem Stoff einer horizontalen Sektion
in Richtung zur anderen auszumauern, was den Ausgleich des Profils der Gaskanäle
d.h. deren konstanten Durchgangsquerschnitt in der gesamten Höhe Jeder Ubergangssektion
gewährlei-| stet.
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Es wurde festgestellt, daß die optimale Höhe der Ubergangasektion
ia Vergleich zur Gesamthöhe des Regenerativerhitzers im Bereich von 0,15 bis 5%
liegt.
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Die Erfindung wird nun anhand Beschreibung eines Ausfflhrungsbeispiels
mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert, es zeigt eines Fig. 1 einen Axialschnitt
erfindungsgemäßen Regenerativerhitzern;
Fig. 2 ein Fragment des
Mauerwerkes der Wände und der Gitterung in einem Zustand vor dem Erhitzen nach Fig.
1, das zur besseren Anschaulichkeit im vergrößerten Maßstab dargestellt ist; Fiz.
3 dasselbe, wie in Fig. 2 im erwärmten Zustand; Fig. 4 ein Fragment des Radialschnittes
nach der Linie I des in Fig. 1 gezeigten Teiles des Regenerativerhitzers Fig, 5
ein Fragment des Radialschnittes noch der Linie V-V des in Fig. 1 gezeigten Teiles
des Regenerationverhitzers.
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Wie in Fig. 1 gezeigt ist, enthält der Regenerativerhitzer einen
Mantel 1, der einen Stahlzylinder mit einer Kuppel im oberen Teil darstellt. Im
Inneren des Mantels 1 ist d:s Mauerwerk der Wände 2 und der Gitterung 3 eingeschlossen,
des aus feueriesten stoffen mit verschiedenen linearen Ausdehnungskoeffizienten
ausgeführt und in der Höhe durch horizontale sektionen gebildet wird, die der Verteilung
der inneren Betriebstemperatur des Erhitzers entsprechen, wobei Jede der horizontalen
Sektionen aus homogenem feuerfestem Stoff besteht.
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Das Mauerwerk der Wände und der Gitterung ist aus einer Vielzahl
von aufeinander gelegten horizontalen Reihen der Ziegelsteine ausgeführt, dabei
sind in der Gitterung 3 in Fig 2 und 3 gezeigte vertikale Kanäle 4 zum Durchlassen
der Gase gebildet.
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Entsprechend der Verteilung der inneren Betriebstemperatur
des
Erhitzers bilden einige der aufeinander gelegten ziehen der Ziegelsteine aus homogenem
Stoff horizontale Sektionen 5, 6, 7, 8. Die obere Sektion 5 ist beispielsweise aus
Dinas, die nächstfolgende Sektion aus hochtonerdehaltigen Feuerfeststoffen und weiter
aus Schamotte gemauert.
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Zwischen den aneinander angrenzenden horizontalen Sektionen sind
erfindungsgemäß Übergangssektionen 9 an£eordnet, die mindestens eine horizontale
Reihe des mauerwerkes aus feuerfesten Stoffen der daran anliegenden horizontalen
Sektioung nen mit gleichmäßiger Verteil eineS Stoffes im anderen onthalten.
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In Fig. 2 iet ein Fragment des Mauerwerkes der Wande und der Gitterung
des Regenerativerhitzers nach Fi-. 1 vor dem Betriebsbeginn gezeigt. Die vertikalen
Kanäle 4 der Gitterung 3 haben ein geradliniges Profil in ihrer ganzen Höhe in den
horizontalen Sektionen und den Übergangssektionen.
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Jede Übergangssektion 9 enthält gemäß der bevorzugten Variante der
Erfindung, wie in Fig.2 dargestellt ist, einige horizontale Reihen Mauerwerk , die
aus Ziegelsteinen der daran anliegenden horizontalen Sektionen bestehen.
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Die Ziegelsteine sind in Jeder horizontalen Reihe gleichmäßig über
die ganze Fläche des Radialschnittes des hauerwerkes (Fig. 4 und 5) so verteilt,
daß die Menge der Ziegelsteine aus dem Stoff M beispielsweise der horizontalen Sektion
<> 5 von Reihe zu Reihe in Richtung zur horizontalen Sektion 6 <sich>allmählich
vermindert, während die Menge der Ziegelsteine
aus dem Stoff N
der anliegenden horizontalen Sektion 6 sich entsprechend vergrößert. Dabei ist die
Gesamtmenge dei Ziegelsteine in Jeder horizontalen Reihe konstant; das Verhältnis
der Menge der Ziegelsteine aus der1 Stoff der anliegenden Sektionen sich wie vorstehend
angegeben Diesc Bedingungen gilt für alle horizontalen Sektionen.
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Wahrend des Betriebs des Winderhitzers erfährt das Mauerwerk der
wände 2 und der Gitterung 3 Verformungen mit Ausdehnung und Kürzung, wodurch eine
Verschiebung jeder horizontalen Reihe von Ziegelsteinen stattfindet. Bei einer Zahl
K der horizontalen Reihen von Ziegelsteinen vermindert sich die horizontale Verschiebung
Jeder Reihe um das K-fache im Vergleich zu der bekannten konstruktiven Gestaltung
des Mauerwerkes, und folglich ist das überdecken der vertikalen Kanäle 4 bei einer
Verschiebung der Reihen um das K-fache geringer. Durch Vergrößerung von K kann die
Überdeckung bis auf eine erforderherabgesetzt zu liche Größe werden, bei der nur
eine gewisse Verkrümmung der vertikalen Kanäle ohne Verminderung des Durchgangsquerschnittes
der letzteren im Bereich der Ubergangssektionen 9 (Fig. 3) vorkommt, wodurch die
rechnerische Leistung des Regenerativerhitzers gewährleistet wird.
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Die Höhe jeder Ubergangssektion 9 wird mit Rücksicht auf die projektierte
Leistung der Regenerativerhitzer, ihre thermi-und schon Kennwerte die konstruktiven
Besonderheiten gewählt und beträgt von 0,15 bis 5% der gesamten Höhe des Erhitzers,
d.h, sie ist eine Größe, die von der Ziegelsteinhöhe und der Anzahl
der
horizontalen Reihen in jeder Übergangssektion abhängig ist.
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Dank den Übergangssektionen an den Stellen des Anliegens an ihnen
der horizontalen Sektionen erfolgt somit eine stetige Verkrümmung der vertikalen
Kanäle ohne Verminderung ihres Durchgangsquerschnit tes, wodurch die rechnerische
leistung des Erhitzers gewährleistet, die Sicherheit des Mauerwerkes erhöht und
seine Lebensdauer verlängert werden. Dabei verbeiscrt stetig das Mauerwerk der Wiinde,
indem es sich kxiimmt, den gespannten Zustand des Mantels an den Anschlußstellen
der horiwodurch zontalen Sektionen, das Entstehen von großen Rissen im Mauerwerk
ausgeschlossen und dementsprechend die Betriebssicherheit des Regenerativerhitzere
erhöht wird.