DE2934208C2

DE2934208C2 - Verwendung eines prismatischen Steins aus feuerfestem Material für den Gitterbesatz von Kammern eines Glasschmelzofens

Info

Publication number: DE2934208C2
Application number: DE2934208A
Authority: DE
Inventors: Josef Wien Horak
Original assignee: Veitscher Magnesitwerke Actien Gesellschaft Wien; Veitscher Magnesitwerke AG
Current assignee: Veitsch Radex GmbH and Co OG
Priority date: 1979-02-20
Filing date: 1979-08-23
Publication date: 1985-07-18
Also published as: HU180122B; IT1119510B; IT7969246A0; US4436144A; FR2449659A1; AT365545B; JPS55149139A; GB2042705A; ATA130279A; GB2042705B; NL8000774A; BR8001001A; DE2934208B1; BE878443A; LU82179A1; FR2449659B1

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines prismatischen Steins aus feuerfestem Material, wie Magnesit, Magnesiachromerz bzw. Chromerzmagnesia, Forsterit und Chamotte, für den Gitterbesatz von Kammern eines Glasschmelzofens.

Zum Aufbau des Gitterwerks der Winderhitzer von Hochöfen ist eine Vielzahl von unterschiedlichen Steinformaten bekannt, darunter die sogenannten Brassert-Steine, d.s. prismatische Hohlsteine mit achteckiger Grund- und Deckfläche, die koaxial zur Längsachse einen durchgehenden Kanal mit viereckigem Querschnitt aufweisen (»Stahl und Eisen« 75 [1955] Seite 958—974; W. Heiligenstaedt »Wärmetechnische Rechnungen für Industrieöfen« 4. Aufl. 1966, Seite 366-371; DE-PS 11 82 677). Die Werte für die Durchgangsweite (auch hydraulischer Durchmesser genannt, berechnet als vierfacher Kanalquerschnitt geteilt durch den Umfang des Kanalquerschnitts) und die Wandstärke differieren nicht nur zwischen den einzelnen Gitterungsbauarten, sondern sind auch innerhalb eines einzelnen Gitterwerks im unteren, mittleren und oberen Bereich sehr verschieden, wobei fast durchwegs der hydraulische Durchmesser unter 120 mm und meist erheblich weniger beträgt und sich für die Beziehung hydraulischer Durchmesser geteilt durch Wandstärke ein erheblich unter 3 liegender Wert ergibt. Lediglich in einem Fall wird für den sogenannten Einlauf eines Winderhitzers, d. h. die obersten Lagen des Gitterwerks oberhalb des oberen Winderhitzerbereichs, ein Brassert-Stein mit einem hydraulischen Durchmesser von 130 oder 132 mm und einer Wandstärke von 40 bzw. 45,5 mm vorgesehen, woraus sich für die Beziehung hydraulischer Durchmesser geteilt durch Wandstärke ein Wert von 3,25 bzw. 2,9 ergibt.

Aus der DE-AS 12 51 897 ist ein Winderhitzer-Besatzstein mit einem Querschnitt in Form eines vierfachen Kreuzes bekannt, der an den Grund- und Deckflächen Vorsprünge und entsprechende Vertiefungen zum gegenseitigen Verklammern der Besatzsteine aufweist.
Obwohl die Brassert-Steine als Besatzsteine für Hochofen-Winderhitzer seit Jahrzehnten bekannt sind, wurden sie bisher in den Regenerativkammern von Glasöfen nicht eingesetzt Ein Grund dafür mag darin liegen, daß bei Hochöfen grundsätzlich die Abgase sehr weitgehend entstaubt werden und daher die Gitterungen der Winderhitzer mit Abgasen beaufschlagt werden, die lediglich einige wenige Milligramm Staub pro Normalkubikmeter Gas enthalten. Bei Glasschmelzöfen, aufweiche sich die Erfindung bezieht, ist eine Entstaubung der Abgase nicht möglich und der Gitterbesatz der Kammern von Glasschmelzöfen wird daher mit Abgasen beaufschlagt, die pro Normalkubikmeter mehrere Gramm Staub enthalten. Der Gitterbesatz von Glasöfen wird somit von mehr als der tausendfachen Staubmenge belastet, mit der die Winderhitzer von

2(i Hochöfen beaufschlagt werden. Dazu kommt noch, daß die Abgase von Glasschmelzöfen die Steine weit mehr angreifen, als dies bei den Abgasen von Hochöfen der Fall ist

Für den Aufbau des Gitterbesatzes von Kammern

2^ von Glasschmelzöfen, die üblicherweise im Wechselbetrieb beheizt werden, um unter Ausnutzung der Wärme der Abgase die Verbrennungsluft vorzuwärmen, wurden bisher zumeist flache Steine aus feuerfestem Material verwendet, die kreuz und quer hochkant aufeinander

#> geschichtet wurden. Auf diese Weise bilden sich in vertikaler Richtung Kanäle aus, durch die abwechselnd Abgase der zur Erhitzung des Schmeizbades in der Wanne dienenden Befeuerungseinrichtungen strömen und die Steine aufheizen oder Frischluft strömt, welche

.15 dabei durch die Steine vorgewärmt wird.

Diese Steine sind, bedingt durch ihre einfache Form, einfach hersteilbar und auch einfach in der Vorratshaltung. Sie weisen jedoch bedingt durch ihre relativ große Breite, die wiederum zur Erzielung der nötigen

4Ii Standsicherheit erforderlich ist, bezogen auf ihre Oberfläche ein relativ großes Volumen auf, was einer guten Ausnutzung der Wärme der Abgase abträglich ist und überdies aufgrund der über die Breite der Steine auftretenden erheblichen Temperaturunterschiede eine

■45 beträchtliche Verkürzung der Lebensdauer der Steine bedingt.

Weiters wurden für den eingangs erwähnten Zweck auch schon kreuzförmige Steine vorgeschlagen, deren Schenkel relativ schmal ausgebildet werden konnten, da

«ι durch die Formgebung die erforderliche Standsicherheit gegeben ist Damit konnte zwar eine bessere Wärmeausnutzung der Abgase erreicht werden. Allerdings sind für den Aufbau des Gitterbesatzes auch T- und L-förmige Steine notwendig, wodurch sich die Herstel-

^ lung und Lagerhaltung der Steine verkompliziert

Außerdem gestaltet sich der Aufbau des Gitterbesatzes wesentlich komplizierter als bei Verwendung von flachen Steinen. Ein weiterer Nachteil dieser Steine besteht darin, daß sie, bedingt durch ihre Querschnitt-Mi form, Zonen mit wesentlich erhöhter Wandstärke aufweisen, in denen die bereits bei den flachen Steinen beschriebenen Probleme auftreten und die zu einer Verkürzung der Lebensdauer der Steine aufgrund der auftretenden inneren Spannungen in diesen Zonen

<>5 führen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen einfachen, unkomplizierten und trotzdem stabilen Aufbau des Gitterbesatzes der Kammer eines Glasschmelzofens sicherzu-

stellen und dabei mit möglichst geringem Steinvolumen eine hohe Ausnutzung der in den Abgasen enthaltenen Wärmeenergie zu gewährleisten sowie eine einfache' Herstellung und Lagerhaltung der Besatzsteine zu ermöglichen.

Nach der Erfindung gelingt die Lösung dieser Aufgabe durch die Verwendung eines prismatischen Steins aus feuerfestem Material, wie Magnesit, Magnesiachromerz bzw. Chromerzmagnesia, Forsterit, Chamotte, mit einer — vorzugsweise achteckigen — Grund- m und Deckfläche und koaxial zur Längsachse einem durchgehenden Kanal mit einem viereckigen Querschnitt (Brassert-Stein), wobei der sich aus der Beziehung vierfacher Kanalquerschnitt geteilt durch den Umfang des Kanalquerschnittes ergebende hydraulische Durchmesser des Kanals 120 bis 200 mm beträgt und sich aus der Beziehung hydraulischer Durchmesser geteilt durch die in Richtung parallel zur Grund- und bzw. oder Deckfläche verlaufenden Hauptachsen gemessene Wandstärke des Steins ein zwischen 3 und 5 liegender Wert ergibt, für den Gitterbesatz von Kammern eines Glasschmelzofens.

Im Gegensatz zum Hochofen-Winderhitzer, wo derartige Steine nur für den Einlaufbereich vorgesehen waren und sich daher für diese Steine weder das Problem des stabilen Aufbaus noch das der hohen Wärmeausnutzung bei geringem Steinvolumen ergeben hat, wird nach der Erfindung praktisch der gesamte Gitterbesatz einer Glasofenkammer mit den Steinen des angegebenen Formats aufgebaut .w

Durch die gewählte Form des Steines ist sowohl ein einfacher, unkomplizierter Aufbau des Gitterbesatzes gewährleistet als auch eine einfache Herstellung der Steine sichergestellt Weiters werden starke Schwankungen in der Wanddicke, wie sie bei den vorbekannten Kreuzsteinen auftreten, vermieden, wodurch eine vorzeitige Zerstörung der Steine bedingt durch innere Spannungen hintan gehalten wird.

Durch die Einhaltung der angegebenen Parameter ergibt sich, bezogen auf die Größe des Steines, die -to optimale Wanddicke, um einerseits eine sehr gute Ausnutzung der Wärme der Abgase und andererseits die erforderliche Robustheit des Steins sicherzustellen.

Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal ist vorgesehen, daß der den Stein durchsetzende Kanal abgerundete Ecken aufweist, wogegen die äußere Umfangslinie des Querschnittes des Steines scharfe Ecken aufweist. Auf diese Weise 'verden Kerbspannungen in den Steinen vermieden und außerdem ergeben sich bei einer versetzten Anordnung der Steine, d. h. 5<i wenn jewei's ein Stein auf die Wände von vier darunter liegenden Steinen aufgesetzt wird, in den Eckzonen der so entstehenden vertikalen Kanäle in diese hineinragende Vorsprünge, die durch die Ausbildung der Ecken der Steine bedingt sind. Dadurch wird eine laminare Durchströmung der Kanäle unterbunden und es entsteht daher eine turbulente Strömung, welche für einen guten Wärmeübergang vom Gas zum Stein bzw. umgekehrt von Vorteil ist.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen «ι

näher erläutert Dabei zeigt

F i g. 1 eiii Schema eines Glasschmelzofens,

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Lage eines Gitterbesatzes mit erfindungsgemäßen Steinen und

F i g. 3 eine perspektivische Ansicht eines Teiles eines Gitterbesatzes mit erfindungsgemäßen Steinen.

In der Fig. 1 ist mit 1 die das Schmelzbad 2 beinhaltende Wanne bezeichnet, die mit feuerfestem Material ausgekleidet ist Zu beiden Seiten der Wanne 1 führen Kanäle 3,3', in denen (nicht dargestellte) Brenner angeordnet sind, zu den Kammern 4,4', in denen jeweils ein Gitterbesatz 5 angeordnet ist

Im Betrieb wird nun einmal die Wanne 1 bzw. das Schmelzbad 2 von dem im Kanal 3' angeordneten Brenner beheizt, wobei die Abgase über den Kanal 3 und durch den Gitterbesatz 5 geführt werden und dabei die Steine des Gitterbesatzes erwärmen. Sind diese genügend aufgeheizt, wird umgeschaltet und die Beheizung des Schmelzbades 2 erfolgt mittels des im Kanal 3 angeordneten Brenners, woöei die Verbrennungsluft über die öffnung 6 in die Kanwner 4 eintritt und durch den Gitterbesatz 5 unter Wärmeaufnahme streicht und die Abgase über den Kanal 3' in die Kammer 4' eintreten und diese nach dem Durchströmen des Giticrbesatzes 5', wobei sie Wärme an die Steine des Gitterbesatzes abgeben, über die öffnung 6' verlassea

Wie aus Fig.2 und 3 ersichtlich, weisen die erfindungsgemäßen Steine 7 eine achteckige äußere Umrißlinie und einen im Querschnitt viereckigen zentralen durchgehenden Kanal 8 auf und entsprechen somit den sogenannten Brassert-Steinen. Die Steine 7 weisen eine im wesentlichen gleichbleibende Wandstärke 5 auf.

Werden nun die Steine 7 lagenweise versetzt aufeinander geschichtet, so entstehen vertikale Kanäle, die, wie strichliert in F i g. 2 angedeutet ist, in einer Lage durch die Innenflächen der Kanäle 8 der Steine 7 und in der jeweils nächsten Lage durch die Außenflächen von vier aneinander angrenzenden Steinen 7 gebildet sind. Da, wie ersichtlich, die Ecken des äußeren Umrisses der Steine scharf, die des Kanals 8 eines jeden Steines 7 dagegen abgerundet sind, ergeben sich, wie durch die strichlicrien Linien in Fig.2, welche den Stein 7 der nächsten Lage andeuten, verdeutlicht ist, im vertikalen Verlauf der so gebildeten Kanäle in deren Eckzonen stets vor- und zurückspringende Abschnitte, welche zur Ausbildung einer turbulenten Strömung in diesen Kanälen führen und so die Wärmeübertragung verbessern. Diese vor- und zurückspringenden Abschnitte sind auch aus F i g. 3 zu ersehen, in der verschiedene Steine 7 aus Gründen der besseren Deutlichkeit nur zur Hälfte dargestellt sind.

Um das Stapeln bzw. den Aufbau des Gitterbesatzes 5, 5' zu erleichtern, sind an der Deckfläche eitles jeden Steines 7 vier sich in Richtung der Hauptachsen dieser Fläche erstreckende Erhebungen 9 vorgesehen und in die Grundfläche dz zu korrespondierende Vertiefungen 10 eingearbeitet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche

1. Verwendung eines prismatischen Steins aus feuerfestem Material, wie Magnesit, Magnesiachromerz bzw. Chromerzmagnesia, Forsterit und Chamotte, mit einer — vorzugsweise achteckigen — Grund- und Deckfläche und koaxial zur Längsachse einem durchgehenden Kanal (8) mit einem viereckigen Querschnitt (Brassert-Stein), wobei der sich aus der Beziehung vierfacher Kanalquerschnitt geteilt durch den Umfang des Kanalquerschnittes ergebende hydraulische Durchmesser des Kanals (8) 120 bis 200 mm beträgt und sich aus der Beziehung hydraulischer Durchmesser geteilt durch die in Richtung der parallel zur Grund- und bzw. oder Deckfläche verlaufenden Hauptachsen gemessene Wandstärke (S) des Steins ein zwischen 3 und 5 liegender Wert ergibt, für den Gitterbesatz von Kammern eines Glasschmelzofens.

2. Veretimdung eines Steins (7). dessen durchsetzender Kanal (8) abgerundete Ecken aufweist, wogegen die äußere Umfangslinie des Steins (7) scharfe Ecken aufweist, nach Anspruch 1.

3. Verwendung eines Steins, an dessen Grund- und Deckfläche in Richtung der Hauptachsen dieser Fläche verlaufende Erhebungen (9) und dazu korrespondierende Vertiefungen (10) vorgesehen sind, nach Anspruch I oder 2.