DE3201607A1 - Koksofenbatterie - Google Patents

Description

"Koksofenbatterie"

Die Erfindung betrifft eine Koksofenbatterie mit einem durchgehenden Ofendach sowie einer Anzahl von Ständern an der sog. Maschinen- oder Einstoßseite und an der Koks-(austrag)seite der Batterie. Diese Ständer sind durch Spann- oder Zugelemente, z.B. Zuganker, miteinander verbunden, welche innerhalb von in das Ofendach eingebauten Rohren angeordnet sind.

Bei einer Koksofenbatterie mit dem beschriebenen Aufbau bilden die Ständer und die Zuganker einen typischerweise aus Stahl bestehenden Rahmen, welcher den feuerfesten Aufbau der Verkokungskammern, der Brennkammern und der Wärmespeicher trägt. Die Zuganker sind typischerweise Ankerbolzen.

Bei Temperaturänderungen des Aufbaus dehnen sich der Rahmen und der feuerfeste Aufbau in unterschiedlichem Maß aus.

üblicherweise werden daher die Zuganker unter Verwendung von elastischen oder federnden Elementen vorgespannt, um sicherzustellen, daß der feuerfeste Aufbau unter Druckeinwirkung intakt bleibt. Die für diesen Zweck für die Zuganker erforderliche Bewegungsfreiheit relativ zum Ofendachaufbau läßt es ratsam erscheinen, die Zuganker innerhalb von Rohren im Ofendach anzuordnen. Zu diesem Zweck werden die Zuganker im allgemeinen in einer Tiefe von etwa 100 mm von der Ofendach-Oberseite aus in das etwa

1 - 1,5 m dicke Ofendach eingelassen. 30

Zur Gewährleistung der Aufrechterhaltung der Zuganker-Vorspannung muß die Zugspannung der Zuganker Irr regelmäßigen Zeitabständen überprüft und nötigenfalls korrigiert, d.h. neu eingestellt werden. Aufgrund der großen Zahl der Zuganker und ihrer ünzugänglichkeit ist die erforderliche regelmäßige überprüfung der Zugspannungswerte mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden. Darüber hinaus kann sich die Temperatur der Zuganker infolge von Undichtigkeiten

durch das Ofendach oder eines Herausschlagens von Flammen beim öffnen der Verkokungskammern innerhalb sehr kurzer Zeit beträchtlich erhöhen. Diese umstände können zu einem ziemlich schnellen und starken Spannungsabfall in einem oder mehreren Zugankern führen, so daß sich demzufolge die mit diesen Zugankern verbundenen Ständer der Koksofenbatterie bewegen und dabei ihrerseits weitere Undichtigkeiten z. B. zwischen den Ständern und dem feuerfesten Aufbau einführen können. Es hat sich auch gezeigt, daß die Zugspannung plötzliche, starke Anstiege zeigen kann, unter deren Einfluß die Zuganker brechen können.

An den Zugankern einer Koksofenbatterie vorgenommene Temperaturmessungen ergaben Werte in der Größenordnung. von 4OO°C mit erheblichen Temperaturunterschieden zwischen einzelnen Zugankern. Im Hinblick auf die Länge.dieser Zuganker, die zwischen etwa 12m und 16m liegen kann, können diese Temperaturanstiege und -Schwankungen in den Zugankern zu beträchtlichen Änderungen der Zugspannung führen, die von elastischen oder federnden Bauteilen nur schwer aufgefangen werden können.

Die GB-PS 667 566 beschreibt das Hindurchietten von Kühlflüssigkeit durch hohle Zuganker in einem Koksofen, während die GB-PS 428 268 vorschlägt, Luft entweder durch die Ankerbolzen oder durch einen diese umgebenden Ringraum zu leiten.

Nach der DE-PS 231 043 soll Wasser durch ein einen"Ofen-. Zuganker umgebendes Rohr geleitet werden.

Obgleich diese Kühlverfahren eine gute Kühlung der'Zuganker zu gewährleisten vermögen, sind sie deshalb nachteilig, weil zusätzliche Einrichtungen, die ihrerseits einer Wartung und Steuerung bedürfen, für die Zufuhr des Kühlmittels erforderlich sind. Außerdem können sich dabei möglicherweise Korrosionsprobleme ergeben.

Der Erfindung liegt damit insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine Konstruktion zu schaffen, bei welcher die Zugspannung der Zuganker weniger anfällig ist für Änderungen infolge der Betriebsbedingungen der Koksofenbatterie und der einzelnen Verkokungskammerη.

Diese Aufgabe wird durch die in den beigefügten Patentansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß sind die von den Zugankern durchsetzten Rohre mit massivenj,_jiach oben abstehenden Kühlelementen zur Kühlung der Zuganker versehen. Es hat sich herausgestellt, daß dann, wenn die Temperatur der Zuganker durch Kühlung um durchschnittlich etwa 2OO°C gesenkt wird, eine deutliche Verringerung der Zugspannungsunterschiede der Zuganker, sowohl bei kalter als auch bei heißer Koksofenbatterie gemessen, sowie der Zugspannungsunterschiede zwischen den einzelnen Zugankern festzustellen ist. Dieser Umstand ermöglicht einen zuverlässigen Betrieb mit erheblieh weniger intensiven Überprüfungen der Zugspannungswerte der Zuganker. Die Zuganker sind dabei auch weniger empfindlich für zeitweilige Gasleckagen durch das Ofendach und für Flammenausbrüche aus den Koksofentüren. Als Folge ihrer verringerten Temperatur behalten die Zuganker zudem ihre Festigkeit in größerem Maß bei, was - wie sich gezeigt hat - zu einer verminderten Bruchgefahr an den Zugankern führt; diese Tatsache bedeutet nicht nur eine Kosteneinsparung, sondern auch die Verringerung der Gefahr für ein Verbiegen der Ständer.

Erfindungsgemäß ist vorzugsweise ein sich etwa bis zur Oberseite des Ofendaches erstreckender Metallblock an der Oberseite jedes Rohrs angebracht. Der Metallblock kann entweder in das Ofendach eingelassen sein oder über die_ses hinausragen. Typischerweise kann er mit dem oberen Metallmantel des Ofendaches in Berührung stehen. Die Abmessungen dieses Blocks können so gewählt werden, daß von der Rohrwand(ung) ein intensiver Wärmefluß durch das Ofen-

dach stattfindet, aufgrund dessen die Zuganker wesentlich weniger Wärme von den Rohren aufnehmen.

Falls das Rohr durch diesen Metallblock nicht ausreichend gekühlt wird, kann die Kühlwirkung durch ein Verdampfungskühlsystem weiter verbessert werden, z.B. in Form einer Hohlblockkonstruktion, bei der eine im Block ausgebildete Kammer teilweise mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, die durch die Wärme vom Rohr verdampft und in einer Kühlzone z.B. an oder über der Oberseite des Ofendaches kondensiert wird. Diese Kammer kann zum Teil mit •beispielsweise Wasser gefüllt sein, das ständig in der Nähe der Rohrwand verdampft und im Bereich der Oberseite des Ofendaches kondensiert. Die entsprechenden Abmessungen eines solchen Verdampfungskühlsystems hängen von den Bedingungen in der jeweiligen Koksofenbatterie ab und lassen sich durch den Fachmann ohne weiteres auf empirischem Wege ermitteln.

Erfindungsgemäß ist es auch möglich, ein gasförmiges ^ unter Druck stehendes Kühlmittel durch die Rohre zu leiten.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Teilansicht eines sich über eine Koksofenbatterie gemäß der Erfindung erstreckenden Zugankers,
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Fig. 2 einen in stark vergrößertem Maßstab gehaltenen Querschnitt durch einen in einem Rohr angeordneten Zuganker gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt durch den Zuganker gemäß Fig.l und 2 zur Darstellung des Ofendaches und eines Metall-Kühlelements und

Fig. 4 eine Fig. 3 ähnelnde Darstellung einer Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 1 bis 3.

Fig. 1 veranschaulicht in schematischem Umriß die Anordnung eines Zugankers bzw. Ankerbolzens im Ofendach einer Koksofenbatterie. Das feuerfeste Ofendach 3 erstreckt sich durchgehend zwischen Ständern (uprights) 1 und 2 an der Einstoßseite bzw. an der Koks(austrag)seite der Koksofenbatterie. An jeder Seite sind mehrere derartige Ständer vorhanden. In das Ofendach 3 sind Rohre 4 (von denen nur eines dargestellt ist) in einer Tiefe von etwa 100 mm von der Ofendach-Oberseite eingelassen. Jedes Rohr 4 wird von einem Stahl-Zuganker 5 durchsetzt, der am einen Ende mittels einer Mutter 6 am Ständer 2 und am anderen Ende mittels einer Mutter 8 unter Zwischenfügung eines Federelements 7 am Ständer 1 verankert ist. Durch Anziehen der Mutter 8 gegen die Kraft des Federelements 7 kann die Zugspannung im Zuganker 5 eingestellt werden.

Fig. 2 zeigt den Zuganker im Rohr 4 im Querschnitt in vergrößertem Maßstab. Die Abmessungen von Zugankern und Rohren können von Fall zu Fall beträchtlich variieren. Bei der dargestellten Ausführungsform beträgt der Durchmesser des Zugankers 52 mm bei einem Rohr-Außendurchmesser von 76 mm und einer Rohr-Wanddicke von etwa 3 mm. Die Breite des Zwischenraums zwischen dem Zuganker und dem Rohr beträgt in diesem Fall etwa 14 mm bzw. 9 mm.

Gemäß Fig. 3 ist an der Oberseite der Wand(ung) des Rohrs 4 ein langgestreckter Metall-Kühlblock 18 angebracht, der sich nach oben in Berührung mit dem oberseitigen Metall-Mantel 17 des Ofendaches 3 erstreckt und der ausreichend massiv ist, um vom Rohr 4 beträchtliche Wärmemengen aufzunehmen und die Wärme über den Mantel 17 an die Außenluft bzw. Atmosphäre abzugeben. Bei Wahl entsprechender, geeigneter Abmessungen für den Kühlblock 18 kann das Rohr 4 so stark gekühlt werden, daß die Temperatur des Zugankers 5 auf einem gewünschten niedrigen Wert gehalten wird.

Ι Fig. 4 veranschaulicht eine Abwandlung des Kühlblocks 18 gemäß Fig. 3 für solche Anwendungsfälle, in denen ein besonders hoher Kühlgrad für das Rohr 4 erforderlich ist, um die Temperatur des Zugankers 5 ausreichend niedrig zu halten. In diesem Fall ist der Kühlblock ein' hohler Block 19, dessen Hohlraum 20 zum Teil mit einer Flüssigkeit 22, z.B. Wasser, gefüllt ist. Dieses Wasser kann über eine verschließbare öffnung 21 eingefüllt und nachgefüllt werden. In der öffnung 21 kann auch ein überdruckventil arige- ordnet sein, um den im Hohlraum 20 herrschenden Druck zu begrenzen. Im Betrieb entsteht ein Temperaturgefälle im Block 19 zwischen dem Rohr 4 und der Oberseite des Ofendaches. Infolgedessen verdampft die Flüssigkeit am Boden des Hohlraums 20, worauf sie an dessen Oberseite kondensiert und dann zurückfließt. Dieses Verdampfungskühlsystem gewährleistet eine beträchtliche Wärmeabfuhr durch Ausnutzung der Verdampfungswärme von Wasser.

Gemäß Fig. 1 ist über einen Flanschanschluß 9 eine Leitung 10 im Mittelbereich des Rohrs 4 mit diesem verbunden. Die Leitung 10 ist über Absperrschieber 12 und 13 an eine Druckluftanlage 11 mit einem Druck von 3 bar angeschlossen. Durch entsprechende Einstellung der Absperrschieber 12 und 13 kann der Luftdruck an der Eintrittsstelle in das Rohr 4 geregelt und damit die Druckluft-Durchsatzinenge eingestellt werden. Zu diesem Zweck ist der Kreislauf mit einem Volumenmesser 14 und zwei Druckmessern (Manometern) 15 und 16 versehen. Die Druckluft durchströmt dabei das Rohr 4 in beiden Richtungen und tritt an den offenen Enden des Rohrs 4 aus, wobei sie die Rohrwandung und den jeweiligen Zuganker 5 kühlt.

Obgleich bei dieser Ausführungsform die Druckluft vom Mittelbereich des Rohrs 4 in beiden Richtungen nach außen strömt, kann auch eine Anordnung vorgesehen werden, bei der die Druckluft am einen Ende des Rohrs 4 eingeführt wird und am anderen Ende austritt. Auf diese Weise kann

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1 unter bestimmter Voraussetzung eine noch größere Kühlwirkung erzielt werden.

Selbstverständlich sind dem Fachmann verschiedene weitere 5 Abwandlungen des Zuganker-Kühlsystemprinzips bei der erfindungsgemäßen Koksofenbatterie möglich.

AO

L e e r s e i t e

Claims (6)

Henkel, Kern, Feiler Cr Hänzel Patentanwälte Registered Representatives before the European Patent Office Estel Hoogovens BV Möhlstraße 37 IJmuiden, Niederlande D-8000 München Tel.: 089/982085-87 Telex: 0529802 hnkld Telegramme: ellipsoid 4679/ΗΟ 433 2 0. Jan. 1982 Koksofenbatterie Patentansprüche

1. Koksofenbatterie mit einer Einstoß- und einer Koks(austrag) seite, einem sich durchgehend zwischen diesen Seiten erstreckenden und eine Oberseite aufweisenden Ofendach, mehreren Ständern sowohl an Einstoß- als auch an Koks(austrag)seite, mehreren die Ständer an der Einstoßseite mit den Ständern an der Koks(austrag)seite verbindenden, sich durch das Ofendach erstreckenden Spannelementen bzw. Zugankern und mehreren in das Ofendach eingelassenen Rohren zur Aufnahme der Zuganker, dadurch gekennzeichnet, daß für jedes Rohr (4) mindestens ein Metall-Kühlelement (18; 19) vorgesehen ist, das eine Wärmeübergangsstrecke vom Rohr (4) zur Oberseite des Ofendaches (3) bildet.

2. Koksofenbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberseite des Ofendaches (3) durch einen Metall-Mantel (17) gebildet ist und daß sich das Metall-Kühlelement (18) vom Rohr (4) aufwärts in Berührung mit dem Metall-Mantel (17) erstreckt.

3. Koksofenbatterie nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für jedes Metall-Kühlelement (19) ein Verdampfungskühlsystem mit einer teilweise mit einer Flüssigkeit (22) gefüllten Kammer (20) vorgesehen ist und daß die Kammer (20) zumindest teilweise innerhalb des Metall-Kühlelements (19) und so angeordnet ist, daß durch Verdampfung der Flüssigkeit in der Kammer (20) und ihre anschließende Kondensation an einem kühleren Bereich Wärme vom Rohr (4) abführbar ist.

4. Koksofenbatterie nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (9,10 usw.) zur Einleitung eines gasförmigen Kühlmittels für die Zuganker (5) in die Rohre (4) vorgesehen ist.

5. Koksofenbatterie mit einem durchgehenden Ofendach und einer Anzahl von jeweils an Einstoß- und Koks(austrag)-seite angeordneten Ständern, die durch Spannelemente

° bzw. Zuganker miteinander verbunden sind, welche sich durch das Ofendach innerhalb von in diesem angeordneten Rohren erstrecken, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß massive Metall-Kühlelemente (18; 19) vorgesehen sind, die

sich von den Rohren (4) aufwärts erstrecken und die so angeordnet sind, daß sie Wärme von den Rohren (4) aufwärts zur Oberseite des Ofendaches (3) ableiten.

6. Koksofenbatterie nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich-

net, daß Verdampfungskühler vorgesehen sind, die jeweils eine zum Teil mit einer Flüssigkeit (22) gefüllte und zumindest teilweise im massiven Metall-Kühlelement (19) angeordnete Kammer (20) aufweisen.