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llubbalkenofen mit Aufsatzstücken
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Die Erfindung betrifft einen Hubbalkenofen zum Erwärmen von Stahl
mit oberhalb und unterhalb des Wärmgutes angeordneten Beheizungsräumen und in der
Längsrichtung des Ofens verlaufenden stählernden Tragrohren, die auf Steher abgestützt
sind und im Durchfluß von einem Medium gekühlt werden.
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Insbesondere betrifft die Erfindung die Ausbildung von Aufsatzstücken
auf diesen Tragrohren, mit deren Hilfe der Wärmeabfluß vom Wärmgut zum gekühlten
Tragrohr minimiert bzw. beseitigt werden soll.
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Für den Walzprozeß ist es wichtig, daß das Wärmgut im Ofen so erwärmt
wird, daß die Temperaturdifferenzen im Wärmgut möglichst klein sind. Die bei den
auch von unten her befeuerten Stoß- und Subbalkenöfen erforderlichen, im Durchfluß
im allgemeinen mit Wasser gekühlten Tragrohre bewirken an den Auflagestellen oberhalb
der Tragrohre kältere Streifen, weil einerseits die Wärmestrahlung aus den unteren
Beheizungsräumen an diesen Stellen behindert ist, und weil andererseits Wärme durch
Leitung vom Wärmgut zum gekühlten Tragrohr hin abfließt.
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Es ist bekannt, daß aus diesem Grunde zwischen wärmgut und Tragrohren
Aufsatzstücke angeordnet werden, die das Wärmgut tragen und eine Isolation zwischen
Wärmgut und gekühltem Tragrohr bewirken. Derartige Aufsatzstücke sind sowohl für
die unterfeuerten Stoßöfen wie auch für die unterfeuerten Hubbalkenöfen bekannt.
Die Aufsatzstücke aus Stahl und aus hitzebeständigen Stahllegierungen sind entweder
auf das Tragrohr als durchlaufender Streifen oder in Form von einzelnen Stücken
aufgeschweißt, oder sie sind auf das Tragrohr nur aufgesetzt.
Im
letzteren Falle sind die in einzelne Abschnitte aufgeteilten Aufsatzstücke durch
an den Tragrohren befestigt Halterungen gegen Verschieben und Abheben gesichert.
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Derartige lose AuSsatzstücke werden vielfach auch als Reiter bezeichnet.
Es ist auch vorgeschlagen worden, zwischen diese Reiter und das gekühlte Tragrohr
Zwischenlagen anzuordnen.
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Dadurch wird, wie gewünscht, der Wärmedurchgang weiter vermindert.
Diese ein- oder zweiteiligen Aufsatzstücke sind in verschiedener Bauausführung beschrieben
und ausgeführt worden.
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Diese ein- oder zweiteiligen Reiter können jedoch bei hohen Ansprüchen
an die Temperaturgleichmäßigkeit den Anforderungen nicht gerecht werden.
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Für Stoßöfen sind daher weiter Reiter bekannt geworden, die 3-teilig
ausgeführt sind. Diese bestehen aus a. auf die Tragbalken lose aufgesetzten durch
Querstege rahmenartig zusammengefaßten taschenbildenden Halteelementen, b. Isolierstücken
in den Taschen der Halteelemente, c. hoch-wärmebeständigen metallischen Gleitstücken,
die auf den Isolierstücken b. aufliegen und die nach unten Vorsprünge besitzen,
deren senkrechte Flachen an entsprechenden Partien des rahmenartigen Haltelementes
anliegen.
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Derartige Reiter sind in der deutschen Patentschrift 1 195 5^8 beschrieben.
Diese dreiteIligen Reiter haten sich aufgrund ihrer technischen Vorteile weitestgehend
durchsetzen können, 5Q daß heute praktisch alle gröberen Stoßöfen, die keinen festen
nicht unterfeuerten keramischen Ausgleichsherd besitzen,
in der
Ausgleichs zone mit dieser Bauart ausgerüstet sind. Ihre Vorteile ergeben sich aus
der in optimaler Weise durchgeführten Yjombination der hohen Isolationswerte und
der guten Druckbeständigkeit von keramischem Material, aus denen die Isolierstücke
b.
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bestehen und den relativ guten allgemeinen Festigkeitseigenschaften
und dem ausreichenden Temperaturwechselverhalten der hochhitzebeständigen Metallegierungen,
aus denen die rahmenartigen Halteelemente a. und die Gleitstücke c. ausgeführt sind.
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Die keramischen Isolierstücke sind allseitig von einem m<Jtallenem
Schutz umgeben, der so ausgebildet ist, daß sie nur auf Druck beansprucht werden.
Außerdem verhindert das metallische Material, daß die keramischen Isolierstücke
starken Temperaturwechselbeanspruchungen aus -gesetzt werden. Dadurch haben diese
Isolierstücke auch im harten Dauerbetrieb eine gute Haltbarkeit. Die rahmenartigen
taschenbildenden Halteelemente haben durch ihre Ausbildung als Hohlträger die größtmögliche
Formfestigkeit. Dadurch wird die Festigkeit des metallischen Materials in maximaler
Weise zur Aufnahme der auftretenden Beanspruchungen genutzt. Die Gleitstücke , die
die senkrechte last des Wårmgutes aufnehmen und auf die Isolierstücke übertragen,
werden bei wechselnder Fahrweise und damit wechselnden Wärmguttemperaturen einer
gewissen Temoeraturwechselbeanspruchung ausgesetzt. Sie sind als Verschleißteile
von den rahmenartigen Halteelementen ge -trennt ausgeführt und können sich daher
auch ungehindert getrennt dehnen.
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Insgesamt sind diese 3-teiligen Reiter so dimensioniert, daß die Aufheizung
der rahmenartigen Halteelemente durch die Strahlung der heißen Rauchgase von den
Seiten her etwa ebenso groß ist wie der Wärmeabfluß von den rahmenartigen Halteelementen
zum gekühlten Tragrohr. Durch dieses Gleichgewicht der Wärme zufuhr und der Wärmeabfuhr
an den rahmenartigen Halteelementen ergibt sich praktisch (trotz an sich begrenzter
Isolation durch die keramischen Isolierstücke) eine vollstill dige Wärmeisolation
der Gleitstücke nach unten hin. Dadurch nehmen die Gleitstücke praktisch die Temperatur
der Unterseite des Wärmgutes an dieser Stelle an. Das bedeutet, daß keine Wärme
vom Wärmgut über die Gleitstücke abfließt.
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(Die fehlende Beheizung der Auflagestellungen des Wärmgutes durch
die Strahlung des Ofenraumes bleibt natürlich bestehen).
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In der deutschen Patentschrift 1 585 579 wird weiter beschrieben,
daß es für Öfen, deren Betrieb nicht immer gleichmäßig ist, zweckmäßig ist, die
3-teiligen Reiter nur im - in der Durchstoßrichtung des Wärmgutes gesehen -hinteren
Teil des Stoßofens anzuordnen, whrend im vorderen Teil des Stoßofens prismatische,
wärme leitende Gleitstücke auf dem Rohr aufgesetzt sind. Diese prisrnatischen wärme
leitenden Gleitstücke (Reiter) ergeben keine so hochgradige Isolation und werden
daher auch an ihrer oberen Seite kühler als die aufgesetzten Gleitstücke c. der
5-teiligen Reiter. Sie können daher die Temperaturwechsel beanspruchungen besser
aufnehmen und werden daher bei dieser Bauart dort eingesetzt, wo die Temperaturwechselbeanspruchungen
besonders hoch sind, d.h. in dem Bereich des Ofens, in dem die eigentliche Aufheizung
des Wärmgutes erfolgt. Dies ist der gesamte Bereich des Ofens, der von der Eintrittstür
bis zum Beginn der Ausgleichs zone reicht.
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Bei den Hubbalkenöfen wurden dagegen Reiter-Konstruktionen mit hochisolierenden
dreiteiligen Reitern bisher nicht verwendet. Dies liegt dem Stande der Technik nach
an zwei Gründen: Final geht man davon aus, daß die Temperaturdifferenzen im Wärmgut,
die durch die Tragrohre verursacht werden, bei flubbalkenöfen nur relativ klein
sind, weil das Wärmgut beim Transport jeweils abwechselnd nur auf dem festen Tragro11r-System
oder aber auf dem beweglichen Tragrohr-System ruht. Dabei ist eine Betriebsweise
möglich, bei der das Wärmgut etwa gleichlang auf dem festen wie auf dem beweglichen
Tragrohr-System ruht.
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Der andere Grund liegt darin, daß nach in der Fachwelt allgemein herrschender
Auffassung die Reiter bei der Obergabe des ärmgutes von dem einen Tragrohr-System
auf das anderc einer höheren Stoßbeanspruchung ausgesetzt werden als beim Stoßofen.
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Es zeigt sich jedoch, daß die Temperaturdif-ferenzen im Wärmgut, die
von den Tragrohren herrühren, auch bei ifubbalkenöfen lierte haben, die bei hohen
Ansprüchen an den Walzprozeß und an das Endprodukt unerwünscht sind.
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Diese Temperaturdifferenzen können bei der bekannten Ausbildung von
Tragrohren und Reitern für Hubbalkenöfen auch durch die den Hubbalkenöfen eigentümliche
Betriebsweise praktisch nicht herabgesetzt werden.
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Die rülndung hat die Aufgabe, die Ternperaturdifferenzen im Wärmgut,
die durch die Tragrohre der Hubbalken~ öfen bedingt sind, möglichst weitgehend herabzusetzen.
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Dafür wird bei einem Hubbalkenofen der eingangs dargelegten Art erfindungsgemäß
vorgeschlagen, daß der Teil der Tragrohre, der näher an der Eingangsseite des Wärmgutes
liegt, mit einer der bekannten Ausführungen von Aufsatzstücken ausgerüstet ist,
die aus jeweils-ein oder zwei Elementen bestehen, während der Teil des Ofens, der
näher zum Ausgang des Wärmgutes liegt, mit drci-teiligen Aufsatzstücken ausgerüstet
ist, die jeweils aus folgenden Teilen bestehen: auf die Tragbalken lose aufgesetzte,
durch Querstege rahmenartig zusammengefaßte, taschenbildende Halteelemente; Isolierstücke
aus keramischem Material in den Taschen er Halteelemente; hoch-wärmebeständige metallische
Gleitstücke, die auf den Isolierstücken aufliegen und nach unten Vorsprünge besitzen,
deren senkrechte Flächen an entsprechenden Partien des rahmenartigen Halteelementes
liegen.
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Dieser erfindungsgemäßen Ausführung liegt der Gedanke zugrunde, daß
das abwechselnde Aufliegen des Wärmgutes auf einem der beiden Tragrohr-Systeme des
Hubbalk@no@ens zwar die Dauer der Wärmeabfuhr durch Wärmeleitung vom Wärmgut zum
Tragrohr etwa auf die Hälfte herabsetzen kann, daß aber die Temperaturdifferenz
dadurch nicht im entscheidenden Maße reduziert wird. Entgegen der gängigen Annahme
erkennt die Erfindung vielmehr, daß bei den Temperaturen von oberhalb von looocc,
wie sie im entscheidenden Bereich des Hubbalkenofens zum Wärmen von Stahl vorliegen,
die Wärmeübertragungsverhältnisse maßgeblich nicht durch die Wärme leitung, sondern
durch die Wärmestrahlung beeinflußt
wird. Maßgeblich ist daher,
daß die Beheizung der Partie des t5.irmgutes oberhalb des Tragrohres durch die Strahlung
des Ofenraumes auch dann durch das Tragrohr abgeschirmt wird, wenn das Wärmgut nicht
auf dem Tragrohr aufliegt.
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Dadurch ergeben sich auch bei Hubbalkenöfen größere Temperaturdifferenzen.
Es kommt daher auch bei Hubbalkenöfen darauf an, insbesondere in der Ausgleichs
zone, die Wårmeableitung durch die Reiter sp klein wie möglich zu halten.
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Entgegen der allgemeinen Anschauung, daß die bekannten drei-teiligen
Reiter mit der keramischen Isolationsschicht nur für Stoßöfen geeignet seien, hat
sich nun herausgestellt, daß sie auch in Liubbaikenöfen mit guten Ergebnissen verwendet
werden können. Sie erreichen eine völlig ausreichende Lebensdauer und führen zu
einer wesentlichen Vcrbesserung der Wärmeverteilung in dem ärmgut. Besonders vorteilhafte
ergebnisse werden erzielt, wenn erfindungsgemäß in dem ersten Teil des Hubbalkenofens
die bekannten einbis zlfei-teiligen Reiter ohne Isolationsschicht vorgesehen sind,
während im letzten Teil eine völLig gleichmäßige Wärmeverteilung durch Verwendung
der drei-teiligen Aufsatzstücke erreicht wird. Durch diese Konstruktion ergibt sich
ein besonders günstiges Verhältnis zwischen den Investitionskosten und der Qualität
des aus dem Wärmgut Letztendlich hergestellten Produktes.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung ist in der Zeichnung eine bevorzugte
Ausführungsform des erfindungsgemäß im näher zum Ausgang des Wärmgutes liegenden
Teil des Hubbalkenofens verwendeten drei-teiligen Aufsatzstückes dargestellt. Es
zeigen:
Fig. 1 ein solches Aufsatzstück auf einem Tragrohr im Querschnitt
durch die Ebene I-I nach Fig. 2, Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Ebene II-II
nach Fig. 1.
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Das Aufsatzstück besteht hauptsächlich aus dem Halteelement a, den
Isolierstücken b und dem Gleitstück c. Es ruht auf einem strichpunktiert dargestellten
Tragrohr d.
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Das Halteelement a ist im Querschnitt U-förmig ausgebildet und mit
zwei einstückig angegossenen Haltearmen e versehen, die über Laschen f des Tragrohres
und Bolzen g mit dem Tragrohr verbunden sind. Die dargestellte Ausführungsform des
Halteelementes a weist drei Querstege h auf, die das Halteelement rahmenartig umfassen.
In den dadurch gebildeten Taschen sind die Isolierstücke b vorgesehen, die aus einem
geeigneten mechanisch festen keramischen Material bestehen können. Es sei in diesem
Zusammenhang darauf hingewiesen, -daß die Isolierstücke mehrteilig ausgebildet sein
können, so daß das Aufsatzstück aus mehr als drei Bauteilen besteht. Der Begriff
'drei-teiliges Aufsatzstück' schließt in der hier gewählten Verwendung derartige
Konstuktionen ein, soweit der prinzipielle drei-teilige Aufbau aus Haltcelement,
Isolierstück und Gleitstück gegeben ist.
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Die Cleitstücke c liegen auf den Isolierstücken b auf und besitzen
nach unten Vorsprünge i, deren senkrechte Flächen j an entsprechenden Partien k
des rahmenartigen IIaltcelemeiilcs Ii anliegen. Sie können durch Bolzen 1 am Halteelement
gegen Abheben gesichert sein.
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Zur Sicherung gegen Verdrehen weist das Halteelement ilaltenocken
m auf, die das Tragrohr d umgreifen oder in entsprechende Aussparungen des Tragrohres
eingesetzt sind.