DE3115930A1

DE3115930A1 - Stossofen zum waermen von stahl

Info

Publication number: DE3115930A1
Application number: DE19813115930
Authority: DE
Inventors: Helmut Ing.(grad.) 4030 Ratingen Heuß; Rüdiger Dipl.-Ing. Dr. 4040 Neuss Knaak
Original assignee: Wistra GmbH Thermoprozesstechnik
Current assignee: EOn Ruhrgas AG
Priority date: 1981-04-22
Filing date: 1981-04-22
Publication date: 1982-11-18
Also published as: US4470808A; DE3115930C2

Description

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WISTRA GMBH Thermoprozesstechnik 2412A⁺ GbmH

STOSSOFEN zum Wärmen von Stahl

Die Erfindung betrifft einen Stoßofen zum Wärmen von Stahl auf Walztemperatur, bei dem das Wärmgut von oben und unten durch Brenner und du rc Ii Rauchgase erwärmt wird. Bei diesem Ofen ruht das Wärmgut auf wassergekühlten Tragrohren, die sich parallel zur Längsachse des Ofens von der Eintrittsseite zur Austrittsseite hin erstrecken. An den Stellen, an denen das Wärmgut auf den wassergekühlten Tragrohren ruht, ist die Temperatur des Wärmgutes gegenüber den anderen Stellen niedriger, weil die Beheizung an diesen Stellen behindert ist und darüber hinaus Wärme zu den wassergekühlten Tragrohren hin abfließt. Um diese Temperaturdifferenzen zu vermeiden, sind eine Reihe von Vorschlägen gemacht und z. T. auch ausgeführt x^orden. Gebräuchlich ist die Verwendung von auf die Tragrohre aufgesetzten metallischen Aufsatzstücken, auf denen das Wärmgut auflagert und die eine Isolation zwischen Wärmgut und wassergekühltem Tragrohr bewirken. In der einfachsten Ausführung handelt es sich dabei um relativ kleine prismatische Reiter, bei denen sowohl der Aufwand wie auch die Wirkung relativ gering sind. Die beste Wirkung zeigen Aufsatzstücke, die aus einer rahmenartigen, auf das Rohr aufgesetzten Halterung, aus von der Halterung umfaßten druckfesten, wärmeisolierenden Zwischenstücken und aus auf den Zwischenstücken gelagerten metallischen Gleitstücken nach dem Deutschen Patent 1 193 528 bestehen. Diese 3-teiligen Aufsatzstücke sind aber auch aufwendig und teuer. Insbesondere, weil die erforderlichen hochhitzebeständigen Materialien einen sehr hohen Preis haben.

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Weiter ist es nach der Deutschen Patentschrift 1 583 bekannt, die letztgenannten Aufsatzstücke nur im - in der Durchstoßrichtung des Wärmgutes gesehen - hinteren Teil des Ofens zu verwenden, während im vorderen Teil des Stoßofens prismatische, wärmeleitende Gleitstücke auf dem Rohr aufgesetzt sind.

Diese Lösung bietet betriebliche Vorteile. Sie hat jedoch den Nachteil, daß zur Erzielung eines guten Temperaturausgleichs im Wärmgut auf dem größeren Teil der Ofenlänge relativ große, einteilige, metallische Aufsatzstücke (Reiter) verwandt werden müssen, die im Querschnitt z. B. etwa 140 mm hoch und etwa 100 mm breit sind, um tMiiorsoits auch in diesem Bereich eine ausreichende Wärmeisolation zu bewirken und andererseits eine gute Haltbarkeit der Aufsatzstücke zu' gewährleisten. Weiter ist es bekannt, daß die Tragrohre in Längsrichtung des Ofens aus zwei Abschnitten bestehen, wobei die Abschnitte gegeneinander versetzt angeordnet sind. Der Vorteil dieser Bauart ist es, daß dabei die Temperaturdifferenz, die beim Aufheizen oberhalb der Tragschiene entstanden ist, beim anschließenden Aufliegen auf dem versetzt angeordneten Tragrohr wieder ausgeglichen werden kann, weil dann an dieser Stelle die unbehinderte Beheizung von unten her erfolgt und keine Kühlung durch das Tragrohr mehr bewirkt wird. Es ist weiter bekannt, daß die versetzt angeordneten Tragrohre mit einteiligen metallischen Aufsatzstücken (Reitern) ausgerüstet werden. Dadurch soll verhindert werden, daß die Temperatur im Wärmgut oberhalb des versetzt angeordneten Tragrohres zu stark absinkt. (Durch das versetzt angeordnete Tragrohr wird an dieser Stelle ja nicht nur die Erwärmung des Wärmgutes durch Strahlung des Ofenraumes ver- bzw. behindert,

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sondern es fließt auch'Wärme von der Bramme über die Auflagefläche zum gekühlten Tragrohr hin ab.) Eine derartige Lösung gilt dem Stande der Technik nach als günstig .sowohl hinsichtlich ilrr :.\\ ν ν.: i t* UmuUmi Teraperaturgleichmäßigkeit wie auch hinsichtlich des erforderlichen Aufwandes.

Der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, daß dieser Stand der Technik angesichts der noch weiter steigenden Anforderungen an die Temperaturgleichmäßigkeit und insbesondere angesichts der erheblich steigenden Energiepreise nicht befriedigen kann. Die einteiligen metallischen Aufsatzstücke (Reiter) erbringen zwar in vielen Fällen eine noch ausreichende Temperaturgleichmäßigkeit oberhalb des versetzt angeordneten Tragrohres. Wie im Rahmen der vorliegenden Erfindung erkannt wurde, wird dies aber nur dadurch bewirkt, daß die Isolation, die die Reiter an deren Seite umgibt, im praktischen Betrieb im allgemeinen schon nach kürzerer Betriebsdauer weggedrückt wird, weil der aufgesetzte Reiter auf dem Tragrohr, an dem die Isolation befestigt ist, im Betrieb kleine Bewegungen macht. (Die Isolation des gekühlten Tragrohres selbst bleibt dabei im allgemeinen unbeschädigt) Dadurch werden die Seitenflächen der Reiter vom Ofen her beheizt. Dies führt zu relativ hohen Reitertemperaturen und damit auch zu einer relativ kleinen Temperaturdifferenz im Wärmgut. Andererseits hat dies aber auch den Nachteil, daß der heiße Reiter sehr viel Wärme in das wassergekühlte Rohr abführt. Dies führt zu einer unerwünschten Erhöhung des Bnergieverbrauches.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Stoßofen zur Verfügung zu stellen, mit dem eine möglichst gleichmäßige Erwärmung des Wärmgutes mit möglichst geringem Energieaufwand und möglichst geringen Investitionskosten erreicht wird, wobei die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden sollen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Stoßofen der eingangs bezeichnenden Art durch die Kombination folgender Maßnahmen gelöst:

Die Tragrohre sind in Längsrichtung in zwei Abschnitte geteilt und der austrittsseitige Abschnitt ist gegenüber dem eintrittsseitigen seitlich, vorzugsweise um -10 - 40 cm, versetzt angeordnet-, die Teilung der Tragrohre liegt bei 30 °o der Ofenlänge am Austrittsende des Ofens; die Tragrohre sind in ihren austrittsseitigen Abschnitten mit Aufsatzstücken ausgerüstet, die aus einer rahmenartigen, auf das Rohr aufgesetzten Halterung, aus von der HaLterung umfaßten druckfesten, wärmeisolierenden Zwischenstücken und aus auf den Zwischenstücken gelagerten metallischen Gleitstücken (3-teilige Aufsatzstücke) nach der deutschen Patentschrift 1 583 379 bestehen.

Der Hauptvorteil der erfindungsgemäßen Ausführung besteht darin, daß die 3-teiligen Aufsatzstücke eine wesentlich bessere.? 1 so 1 al Lonswirkung haben als die einteiligen metallischen Reiter. Das liegt daran, daß die bei ihnen verwendeten druckfesten, wärmeisolierenden Zwischenstücke im al 1 i>cme inen aus keramischem Material mit verhältnis-

mäßig sehr geringem Wärmeleitvermögen bestehen. Diese
nehmen den größten Teil der Druckkräfte auf, so daß
die metallische Halterung wesentlich kleinere Querschnitte benötigt. Zwar ist auch bei den 3-teiligen
Reitern deren seitliche Isolation durch die unvermeidlichen Bewegungen des Reiters auf dem Tragrohr ähnlich gefährdet wie bei den einteiligen metallischen Aufsatzstücken, jedoch ist die Wärmeableitung zum gekühlten
Tragrohr hin auch bei abgefallener Seitenisolation des Reiters und Aufheizung der Seiten des 3-teiligen Reiters wesentlich geringer, weil, wie gesagt, die metallischen Querschnitte viel kleiner sind. Gleichzeitig ist aber
auch wegen der kleineren metallischen Querschnitte die Wärmeisolation der 3-teiligen Au l'satzstückc wescMitlich besser. Dadurch wird die Temperaturgleichmäßigkeit im
Wärmgut in der erwünschten Weise weiter verbessert und gleichzeitig der Energieverlust durch zum Tragrohr abfließende Wärme verringert.

Die erfindungsgemäße Konstruktion bedingt, daß die heißen Brammen beim Erreichen der versetzt angeordneten Tragrohre auf die 3-teiligen Reiter auflagern. Dieses unmittelbare Auflaufen der Brammen auf 3-teilige Reiter wurde in Fachkreisen als nachteilig angesehen, weil bei vorbekannten Anlagen mit 3-teiligen Reitern, bei denen diese auch im Eingangsbereich des Wärmofens vorgesehen sind, die Hrfahrung gemacht x^urde, daß die Reiter einen hohen Verschleiß zeigten. Dadurch war die Meinung verbreitet, daß die 3-teiligen Reiter nicht geeignet sind, die erhöhten Belastungen beim Auflaufen der Brammen auszuhalten.

Die vorliegende Erfindung hat nun erkannt, daß derartige Probleme nicht auftreten, wenn das Auflaufen auL" die 3-teiLigen Reiter nicht, wie bei den bekannten Anlagen, im Eingangsbereich des Ofens sondern in dessen letztem Drittel erfolgt. Diese zunächst überraschende Feststellung läßt sich wohl damit begründen, daß im mittleren Bereich des Ofens eine zwar hohe aber sehr gleichmäßige Temperatur herrscht, während die Temperatur im Eingangsbereich, insbesondere aufgrund der wechselnden Beschickung mit Wärmgut, erheblichen Änderungen unterworfen ist. Die 3-teiligen Reiter sind, wie sich herausgestellt hat, unter den Bedingungen einer gleichmäßig hohen Temperatur durchaus in der Lage, den Druck der auflaufenden Brammen aufzunehmen, wenn die Temperatur zwar hoch, aber gleichmäßig ist. Bei wechselnden Temperaturen unterliegen sie dagegen, wie eritfähnt, einem erhöhten Verschleiß.

Die hervorragende Isolation der 3-teiligen Aufsatzstücke bewirkt, daß sie praktisch keine Wärmeableitung vom Wärmgut zum Tragrohr hin bewirken. Dabei spielt die Tatsache eine wichtige Rolle, daß die Seiten der Reiter von den heißen Rauchgasen aufgeheizt werden, und der Wärmeabfluß vom Reiter zum Tragrohr hin praktisch vollständig von der Erwärmung der Seiten der Reiter gedeckt wird. Dadurch kann auch eine größere Länge des Abschnittes mit versetztem Tragrohr vorgesehen werden, ohne daß eine uir.'ii 1 .^:Lss ige Temporaturabsenkung oberhalb des versetzt angeordneten Tragrohres eintritt. Dadurch wird auch die Benutzung einer größeren Länge des Ofens für die Nachheizung des Bereiches des Wärmgutes ermöglicht, der vorher

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auf dem Tragrohr aufgelegen hat, so daß auch in diesem Bereich des Wärmgutes eine verbesserte Temperaturgleichmäßigkeit erzielt werden kann. Die Länge des versetzt angeordneten Tragrohres kann auch so groß gewählt werden, daß die im Eingangs- und Mittenbereich des Ofens nicht versetzt angeordneten Tragrohre nicht mit Reitern ausgerüstet zu werden brauchen und auch dabei ein verbesserter Temperaturausgleich erzielt wird. Da die Aufsatzstücke aus hochhitzebeständigem Material bestehen müssen und dadurch sehr teuer sind, werden dadurch auch die Erstellungs- und Betriebskosten herabgesetzt.

Weiter wird vorgeschlagen, daß im Bereich der Teilung der austrittsseitige Abschnitt des Tragrohres mit einem festen, einteiligen, prismatischen Aufsatzstück ausgerüstet ist, das etwa den gleichen Querschnitt wie die anschließenden aufgesetzten 3-teiligen Aufsatzstücke besitzt.

Das Wärmgut wechselt, wie bereits zuvor beschrieben, im Bereich der Teilung^ der Tragrohre seine Auflage und wird dabei von dem austrittsseitigen, versetzt angeordneten Tragrohr übernommen. Zwar hat sich, wie weiter oben dargelegt wurde, herausgestellt, daß die 3-teiligen Aufsatzstücke überraschenderweise diese besondere Belastung bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform tragen können,-jedoch ergeben sich bezüglich des jeweils ersten Aufsatzstückes des austrittsseitigen Abschnitts des Tragrohres insbesondere dann besondere Probleme, wenn die Unterkante des Wärmgutes in der Horizontalen nicht geradlinig ist,

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-absondern sich unter der Wärmebeanspruchung und unter dem Einfluß der Schwerkraft durchgebogen hat. Unter derartigen Bedingungen ist es besonders vorteilhaft, gemäß der beschriebenen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als jeweils ersten Reiter auf dem aüstrittsseitigen Abschnitt des Tragrohres ein einstückiges Aufsatzstück zu verwenden.

Weiter wird vorgeschlagen, daß das erste feste, prismatische, einteilige Aufsatzstück des aüstrittsseitigen Trug rohres eine nach unten gerichtete Nase besitzt, die, in Durchstoßrichtung gesehen, vor dem Ende des aüstrittsseitigen Tragrohres liegt. Diese Ausführung ist in der Lage, die bei dem vorstehend beschriebenen Übernehmen des Wärmgutes durch das austrittsseitige, versetzt angeordnete Tragrohr entstehenden zusätzlichen Horizontalkräfte in Durchstoßrichtung direkt mit Hilfe der Nase auf das Tragrohr zu übertragen.

Dabei steht durch die Nase ein Materialquerschnitt für die Übertragung der Horizontalkräfte zur Verfügung, der gegenüber den ohnehin vorhandenen Halterungen um ein Vielfaches größer ist.

Schließlich wird vorgeschlagen, daß das - in Durchstoßrichtung gesehen - erste feste prismatische Aufsatzstück an seiner Oberkante eine Abschrägung besitzt, die in Durchstoßrichtung ansteigend mit der normalen Höhe der Aufsatzstücke endet. Diese Ausführung verhindert, daß ein nach unten durchgebogenes Wärmgutstück mit seiner Unterkanto }·ο.ΐί ο η die Stirnseite des ersten Aufsatzstückes des dos aüstrittsseitigen, versetzt angeordneten Tragrohres gegen läuft und damit eine Betriebsstörung hervorruft oder

das Aufsatzstück und das Tragrohr beschädigt.

Die Pis¹,. 1 /.eiyt einen e r Γι ndiiiij'.si.'.omäüi.Mi SloßolCn im Längsschnitt.

Die Fig. 2 diesen Ofen im Schnitt A-A. Die Fig. 3 zeigt das Detail B der Fig. 1 in größerem Maßstab. Dabei bezeichnet (1) das Ofengehäuse, (2) die Eintrittsöffnung, (3) die Austrittsöffnung, (4) in der Decke angeordnete Brenner, (5) die Seitenbrenner der unteren Beheizungsräume, (6) das eintrittsseitige Tragrohr, das sich auf knapp 80 " der Ofenlänge erstreckt, (7) das austrittsseitige, versetzt angeordnete Tragrohr, das die 3-teiligen Reiter (8) trügt. (9) die Steher, die die Tragrohre tragen, (10) die in Fig. 3 im Schnitt dargestellte Isolation von Trngrohrrn und Stehern. Das feste, einteilige, prismatische Aufsatzstück am Beginn des austrittsseitigen, versetzt angeordneten Tragrohres ist mit (11) bezeichnet. Seine nach unten gerichtete Nase die vor dem Ende des austrittsseitigen Tragrohres liegt, ist mit (12) und die Abschrägung an seiner Oberkante mit (13) bezeichnet. (14) schließlich bezeichnet eine Schleißleiste, die auf das eintrittsseitige Tragrohr aufgeschweißt ist.

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Claims

WISTRA GMBH Thermoprozesstechnik 2412 A + GbmH STOSSOFEN zum Wärmen von Stahl Ansprüche

1.) Stoßofen zum Wärmen von Stahl, bei dem das Wärmgut von oben und unten durch Brenner und deren Rauchgase erwärmt wird und bei dem das Wärmgut auf wassergekühlten Tragrohren ruht, die sich parallel zur Längsachse des Ofens vom Eintrittsende zum Austrittsende hin erstrecken, wobei die Tragrohre teilxveise Aufsatzstücke tragen, über die das Gewicht des Wärmgutes auf die Tragrohre übertragen wird, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Maßnahmen:

Die Tragrohre (6,7) sind in Längsrichtung in zwei Abschnitte geteilt und der austrittsseitige Abschnitt (7) ist gegenüber dem eintrittsseitigen (6) seitlich, vorzugsweise um 10 - 40 cm, versetzt angeordnet,-die Teilung der Trngrohrc (6,7) lies'.t bei IO -30 ',', der Ofonlängc am Austrittsende (^3) des Ofens; die Tragrohre (6,7) sind in ihren austrittsseitigen Abschnitten (7) mit Aufsatzstücken (8) ausgerüstet, die aus einer rahmenartigen, auf das Rohr aufgesetzten Halterung, aus von der Halterung umfaßten druckfesten, wärmeisolierenden Zwischenstücken und aus auf den Zwischenstücken gelagerten metallischen Gleitstücken (dreiteilige Aufsatzstücke) nach der deutschen Patentschrift 1 583 579 bestehen.

2.) Stoßofen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Teilung der austrittsseitige Abschnitt des Tragrohres (7) mit einem fegten, einteiligen, prismatischen Aufsatzstück (ti) ausgerüstet ist, das etwa den gleichen Querschnitt wie die anschließenden aufgesetzten dreiteiligen Aufsatzstücke (8) besitzt.

3.) Stoßofen nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß das - in Durchstoßrichtung gesehen - erste feste, prismatische, einteilige Aufsatzstück (11J des austrittsseitigen Tragrohres eine nach unten gerichtete Nase (12) besitzt, die, in Durchstoßrichtung gesehen, vor dem Ende des austrittsseitigen Tragrohres (7) liegt. ·

4.) Stoßofen nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß das - in Durchstoßrichtung gesehen - erste feste prismatische Au fsatr.stück (11) an seiner Oberkante eine Abschrägung besitzt, die in Durchstoßrichtung ansteigend mit der normalen Höhe der Aufsatzstücke endet. - -: