DE3307844A1 - Koksofentuer - Google Patents

Description

Essen, den 3. März 1983 N 4892/5b Vo/W.

KRUPP-KOPPERS GMBH, Moltkestraße 29, 4300 Essen Koksofentür

Die Erfindung betrifft eine Koksofentür mit mindestens 2 Verriegelungen, deren Türkörper durchgehend biegeelastisch ausgeführt und mit einer angedrückten Membrandichtung versehen ist, wobei die Tür mit einem Temperaturgradienten von mehr als 100 K/m beaufschlagt ist.

Beim Bau von modernen Koksofenanlagen geht die Entwicklung, wie die Vergangenheit gezeigt hat, zu immer größeren Koksofenkammern, wobei besonders starke Zunahmen bei der Höhe der Kammern zu beobachten sind. Während früher vornehmlich öfen mit Kammerhöhen bis zu ca. 4m und Kammerbreiten bis zu ca. 450 mm gebaut wurden, sind heute Koksofenbatterien mit Kammerhöhen bis zu 8 m und Kammerbreiten bis zu 600 mm erfolgreich in Betrieb bzw. im Bau. Diese Entwicklung hat maßgeblich zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit der Kokserzeugung beigetragen.

Bei den vorgenannten Abmessungen kommt einer guten Abdichtung der Kammern durch die Koksofentüren aus Umweltschutzgründen eine besondere Bedeutung zu. Dabei wird die Koksofentür durch Riegel, in der Regel 2, manchmal auch 3, gegen den Kammerrahmen gedrückt.

Eine Vielzahl von Türkonstruktionen ist im Laufe der Jahre

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entwickelt und mit unterschiedlichem Erfolg eingesetzt worden. Allgemein ist festzustellen, daß Konstruktion und Bau möglichst über den gesamten GarungsVorgang dicht abschließender Türen sich mit größer werdenden Kammeröffnungen immer schwieriger gestalten.

Es ist bekannt, Metall auf Metall dichtende Koksofentüren mit den unterschiedlichsten Formen von Dichtleisten, wie Winkelmembranen, Z-Membranen, Flacheisenmembranen, Keildichtleisten oder dergleichen auszustatten. Alle diese bekannten Dichtungsausführungen, wie sie beispielsweise in Fig. 1 und 2 ■■ (Ausschnitt A nach Fig. 1) dargestellt sind, müssen, auch wenn sie über einen gewissen Bereich elastisch sind und durch Druckelemente AF, beispielsweise Federn, zur Anlage gebracht werden, vonZeit zu Zeit entsprechend den durch Temperaturdifferenzen hervorgerufenen Verwerfungen von Kammerrahmen KR und/oder Türkörper T verstellt werden. Dies geschieht bei Flachbzw. Keilmembranen üblicherweise durch Hammerschläge, bei den elastischen Membranen M durch Nachstellen an Befestigungselementen.

Es hat sich nun in der Praxis gezeigt, daß die vorgenannten Maßnahmen zum Abdichten der Türen vor allem bei großen Kammerhöhen nicht immer ausreichend wirksam sind, so daß es zu Belastungen der Umwelt kommt.

Zwischen dem Füllen einer Kammer mit kalter Kohle und dem Garungsende ergeben sich je nach Auslegung der öfen Zeiträume von 16-25 Stunden. Während dieser Zeit treten unterschiedliche Temperaturbelastungen von Kammerrahmen und

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Türkörper auf. Diese Temperaturbelastungen bewirken ihrerseits unterschiedliche Temperaturgradienten in Kammerrahmen TGR und Türkröper TGT, die wiederum zu unterschiedlichen Verformungen über die Garungszeit führen. Der Verformungszustand von Kammerrahmen und Türkörper wird weiterhin von Umwelteinflüssen, wie starkem Regen und großen Temperaturschwankungen, beeinflußt. Vielfach ist auch eine Veränderung der Kammerrahmenform über längere Zeiträume durch Flammenschlag zu beobachten.

Die infolge der Temperaturbelastung hervorgerufene Türkontur weicht von der Kammerrahmenkontur normalerweise stark ab, so daß sich über die Türhöhe zwischen Tür- und Kammerrahmenkontur ein unterschiedlich breiter Spalt ausbildet, dessen Breite sich über die Zeit verändert.

Der Betrag der thermischen Verformung von Kammerrahmen und Türkörper nimmt mit der Kammerhöhe quadratisch zu, womit der Spalt zwischen Kammerrahmen und Türkörper in gleichem Umfang breiter wird. Es ist daher verständlich, daß die Dichtungsprobleme mit größer werdender Kammerhöhe wesentlich zunehmen.

Die heute bekannten Türkörperausführungen erfahren infolge der thermischen Belastungen erhebliche thermische Verformungen, die bei Türen bis zu 8 m Höhe ca. 25 mm betragen können. Bei den üblicherweise eingesetzten Türkörpern aus einem schweren U-Profil mit großen Steghöhen SH von mehr als 25o mm ist eine Rückverformung der Tür mit den heute gebräuchlichen Riegelkräften nur in einem äußerst geringen Umfang möglich.

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Die eingesetzten, vornehmlich federbelasteten Dichtmembranen sollen daher in der Hauptsache im Kopf-, Mittel- und Fußbereich der Türen diese relativ großen Spaltbreiten überdecken. Um die dafür erforderliche Biegeelastizität tat zu erhalten, werden sie üblicherweise in geringen Blechstärken von höchstens 1,5 mm ausgeführt. Diese Blechstärken sind jedoch dem rauhen Kokereibetrieb und Angriff der mechanischen Reinigungswerkzeuge nur unzureichend gewachsen. Ein erheblicher Wartungsaufwand ist daher erforderlich.

Die Membrandruckfedern AF müssen eine Kennlinie aufweisen, die bei den relativ langen Federwegen genügend Kraft zur Verfügung stellen, um die Membranreaktionskräfte infolge der Membranverbiegung zu kompensieren und darüber hinaus noch einen genügend hohen Anpreßdruck (spezifische Dichtleistenkraft q) zwischen Dichtschneide und Kammerrahmen in jedem Betriebszustand zu gewährleisten. Der Anpreßdruck sollte nach Möglichkeit über die gesamte Garungszeit einen bestimmten Mindestwert nicht unterschreiten. Mit den bisherigen Türkonstruktionen war diese Forderung meist nicht zu erfüllen.

Um diese vorstehend geschilderten Schwierigkeiten zu verringern, ist auch schon vorgeschlagen worden, Türen mit biege-elastischen Türkörpern T auszustatten. So wird mit der DE-PS 25 36 291 unter anderem vorgeschlagen, daß oberhalb und unterhalb der Verriegelungsvorrichtungen (Türriegel TR) im metallischen Türkörper widerstandsverringernde und damit dessen Durchbiegung in den Kopf- und Fußpartien ermöglichende Aussparungen im Türkörper

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vorgesehen werden. Diese Maßnahm hat jedoch bei hohen öfen nicht die in sie gestellten Erwartungen voll erfüllt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Koksofentür so auszubilden, daß die vorgenannten Nachteile beseitigt werden. Hierzu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das Verhältnis von Turkörpersteifigkeit (E.I) zur spezifischen Dichtleistenkraft (q) so gering bemessen ist, daß die thermische Verformung des Türkörpers (T) überwiegend durch die Verriegelungskräfte (R) und die Dichtleistenkraft (q) kompensiert wird.

Diese Bedingungen sind, wie gefunden wurde, dann gegeben, wenn die Koksofentür der Formel:

E ._ I ^ ex- H² (2 +

q 5:

-7 -1
2,o6 . Io mm

mit

CX = 5 1 - 4,8 . % 354 * H

I₊₂. *

genügt, wobei E der Elastizitätsmodul des Türkörperwerkstoffes, I das Flächenträgheitsmoment des Türkörpers, q die Dichtleistenkraft zwischen Dichtleiste DS und Kammerrahmen pro Längeneinheit, H den Abstand zwischen oberem und unterem Türriegel, f den Abstand des oberen bzw. unteren Türriegels vom oberen bzw. unteren Türende,

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L die Türgesamtlänge und B die Dichtschneidenlänge über die Türbreite bedeuten.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Tür wird im folgenden an Hand der Zeichnungen, die "als ein Ausführungsbeispiel eine Tür mit 2 Riegeln darstellen, näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 3 die Verformung der Tür durch die Temperaturlast;

Fig. 4 die Verformung der Tür durch Riegel- und Dichtleistenkraft;

Fig. 5 die Verformung der Tür durch Temperatürlast und Riegel- sowie Dichtleistenkraft und

Fig. 6 eine Ansicht der Tür, in der die wesentlichen Abmessungen eingetragen sind.

Für die vereinfachte Darstellung der sich einstellenden Verformungen wird angenommen, daß der Kammerrahmen KR, auf dem die Tür aufliegt, gerade (plan) bleibt. In Wirklichkeit will sich jedoch der Kammerrahmen thermisch verformen auf Grund des sich einstellenden Temperaturgradienten TGR im Kammerrahmen. Durch das Verankerungssystem kann er aaran gehindert werden, indem die Verankerungslasten den Kammerrahmen auf dem geraden (planen) Mauerwerk mit Gewalt niederhalten.

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Im Betriebszustand (Fig. 3) erfährt die auf dem Kammerrahmen aufliegende Tür eine thermische Verformung auf Grund des sich im Türkörper einstellenden Temperaturgradienten TGT sowie des thermischen Ausdehnungskoeffi-

-5 -1 zienten des Türwerkstoffes von o_#9 - 2 . 1o K Die Türdurchbiegung in Türmitte ist in Fig. 3 durch Y^ dargestellt.

Gleichzeitig erfährt die Tür eine Verformung etwa gemäß Fig. 4 auf Grund der Verriegelungskräfte R und der spezifischen Dichtleistenkräfte q, die üblicherweise zwischen 1o · und 3o kp/cm liegen. Die Türverformung in Türmitte ist mit Y bezeichnet. In der Praxis treten beide Belastungsfälle gleichzeitig auf, d.h. es tritt eine Überlagerung der Verformungen gemäß Fig. 5 ein, ^Yth - ^Yq = ^Y·

Eine wesentliche Verformung Y ist bei im allgemeinen verfahrenstechnisch vorgegebener spezifischer Dichtleistenkraft q jedoch nur erreichbar, wenn die Biegesteifigkeit E . I des Türkörpers so gering ist, daß die Bedingung nach der oben erwähnten Formel erfüllt wird.

Die vorstehenden Ausführungen bezogen sich, wie erwähnt, auf eine Koksofentür mit 2 Riegeln und einem planen Kammerrahmen. In der Praxis ist es jedoch meistens nicht auszuschließen, daß auch der Kammerrahmen eine thermische Verformung erfährt. In diesem Fall kann es sich als zweckmäßig erweisen, eine dritte Verriegelung in der Mitte der Tür anzuordnen.

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Beispielsweise Ergebnisse der Formel für Türen zwischen 6 m und 1o m Gesamtlänge enthält die folgende Tabelle. Für die Ermittlung dieser Werte wurde davon ausgegangen, daß f aus verfahrenstechnischen Gründen nicht kleiner als 1 m sein kann und B heute üblicherweise bei 5oo mm liegt.

Türlänge L	E . I	3 in mm
in mm	q	1o12
6ooo	1,o2 .	1O12
7ooo	1,95 .	λ 12 Io
75oo	2,52 .	1o12
8ooo	3,14 .	1o12
9ooo	4,59 .	1o12
1oooo	6,29 .

Herkömmliche Koksofentüren aus Grauguß mit ca. 7,3o m

12

Gesamtlänge weisen für E . I Werte von 4,5 . 1o bis

12 3 S

5,o . 1o mm auf.

Der Vergleich mit der erfindungsgemäßen Tür mit 7,5 m Gesamtlänge gemäß Tabelle zeigt beispielsweise, daß sich die vorgeschlagene Tür in ihrer Biegesteifigkeit von herkömmlichen in hohem Maße unterscheidet.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß der sich auf Grund der Überlagerung (gemäß Fig. 5) ergebende Spalt wesentlich geringer ist als es bei üblichen Türkonstruktionen mit starrem Türkörper und Membrandichtung der Fall ist. Es hat sich gezeigt, daß die sich einstellende

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Spaltbreite < 5. mm gehalten werden kann, über die Membrane müßten also nur noch Differenzen von +5 mm ausgeglichen werden.

Bei der erfindungsgemäßen Koksofentür können daher Materialstärken für die Membrandichtungen von über 1,5 mm verwendet werden, die ausreichende Widerstandskraft gegen den Einsatz mechanischer Reinigungswerkzeuge bieten und auch geeignet sind für die Anwendung einer hydraulischen Hochdruckreinigung.

Dadurch, daß die Anpassung des verformten Türkörpers an den Kammerrahmen überwiegend durch die Riegel- und Dichtleistenkräfte erfolgt, stehen die genannten Riegelkräfte auch als Dichtleistenkraft zur Verfügung, und es wird vermieden, daß ein Teil der Riegelkräfte über Anschlagstücke (Stopper ST) wirkungslos in den Rahmenr geleitet werden.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung wird darin gesehen, daß nicht ganz zu vermeidende Verformungsänderungen des Kammerrahmens über längere Zeiträume von der vorgeschlagenen Türkonstruktion leicht ausgeglichen werden können, d.h. die auftretende Spaltbreite,auch in diesem Fall < 5 mm, gehalten werden kann. Damit entfallen die üblicherweise notwendigen Einstell- und Justierarbeiten an Andruckelementen der Membranen sowie an der Membrane selbst.

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Claims (2)

1. - 1€Γ - 3.3.1983

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   Patentansprüche

   Koksofentür mit mindestens 2 Verriegelungen, deren Türkörper durchgehend biege-elastisch ausgeführt und mit einer angedrückten Membrandichtung versehen ist, wobei die Tür mit einem Temperaturgradienten von mehr als 100 K/m belastet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Türkörpersteifigkeit (E.I) zur spezifischen Dichtleistenkraft (q) so gering bemessen ist, daß die thermische Verformung des Türkörpers (T) überwiegend durch die Verriegelungskräfte (R) und die Dichtleistenkraft (q) kompensiert wird.
2. 2. Koksofentür nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie der Formel

   C*s

   H² (2 + 2-

   2,06 · 10"

   mit

   f_ _T2

   = 5 1 - 4,8 · H'

   IM ' 7— Γ

   ^{1 + 2} * S

   genügt, wobei E der Elastizitätsmodul des Türkörperwerkstoffes, I das Flächenträgheitsmoment des Türkörpers, q die Dichtleistenkraft zwischen Dichtleiste DS und Kammerrahmen pro Längenein-

   Jb

   \Α - 3.3.1983

   N 4892/5b

   heit, H den Abstand zwischen oberem und unterem Türriegel, f den Abstand des oberen bzw. unteren Türriegels vom oberen bzw. unteren Türende, L die Türgesamtlänge und B die Dichtschneidenlänge über die Türbreite bedeuten.

   Koksofentür nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in halber Höhe der Tür eine 3. Verriegelung vorgesehen ist.