DE3440433C2 - Regelvorrichtung für den Heißwinddurchsatz bei einem Schachtofendüsenstock, insbesondere Hochofendüsenstock, und mit einer solchen Vorrichtung ausgerüsteter Düsenstock - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung für den Heißwinddurchsatz bei einem Schachtofendüsen­ stock, insbesondere Hochofendüsenstock, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bekanntlich wird der Verbrennungs- und Reduktionsprozeß in einem Schachtofen, insbesondere einem Hoch­ ofen mit Hilfe von Warmluft und festen oder flüssigen Brennstoffen unterhalten, welche durch eine Anzahl von Windformen in das Gestell des Ofens eingeblasen werden.

Die Verteilung des Heißwindes auf die ver­ schiedenen Windformen ist nicht regelmäßig und gleich­ förmig aufgrund einer Asymmetrie der Schmelzzone des Ofens. Die asymmetrische Schmelzzone wird verursacht durch ein unkontrolliertes Absinken des Füllgutes wodurch vor jeder Windform unterschiedliche Druckab­ fälle entstehen und demzufolge Unterschiede des Heißwinddurchsatzes von einer Windform zur anderen hieraus resultiert, daß der Heißwinddurchsatz von einer Windform zur anderen von zwanzig bis hundert Prozent abweichen kann. Da die Brennstoffe mit Hilfe des Heißwindsauerstoffs verbrannt werden, müssen ihre Einspeisungsmengen dem Heißwinddurchsatz durch jede Windform angepaßt werden.

Eine Durchsatzmessung in jedem Düsenstock er­ möglicht die Ermittlung derjenigen Stellen, an denen die Zufuhr von Heißwind stärker oder schwächer ist. Wenn demzufolge die großen Durchsätze vermindert werden, so hat der überschüssige Heißwind die Tendenz den Windformen mit geringerem Durchsatz zuzuströmen. Anders ausgedrückt, wenn es gelänge den Heißwind­ durchsatz zu regeln oder zu modulieren, so könnten die weni­ ger aktiven Stellen stimuliert werden, so daß der Gang des Ofens gleichförmiger würde und letzterer unter optimalen Be­ dingungen arbeiten könnte.

Aus der US-PS 2,406,075 ist die eingangs bezeichnete Regel­ vorrichtung bekannt. Die Schrift läßt nur in groben Umrissen die angegebenen Teile erkennen und befaßt sich im übrigen mit der Steuerung der Klappe.

In der Zeitschrift "CONTI ELEKTRO BERICHTE", 1961, Seiten 23 bis 33, sind die theoretischen Grundlagen von Meß-, Regel- und Überwachungsanlagen für Gesamtwinddurchfluß sowie Wind­ gleichverteilung auf die Blasformen des Hochofens beschrieben. Als Drosselorgan im Düsenstock wird eine Drosselklappe vorge­ schlagen, welche aus hochhitzebeständigem Stahlguß hergestellt ist. Sie besitzt zwei rechteckige Klappenblätter, deren Lager außerhalb der Windströmung je links und rechts davon angeord­ net sind.

Beide Vorschläge konnten keinen Eingang in die Praxis finden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die immer noch vor­ handene Lücke zu schließen und eine effiziente und stabile Vorrichtung vorzuschlagen, welche die hohen Temperaturen des Heißwindes aushält, sowie einen Düsenstock, welcher mit einer solchen Regelvorrichtung ausgerüstet ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Regelvorrichtung der eingangs erwähnten Art gelöst, die die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist.

Die hier vorgesehene Klappe, welche nur einseitig an der Welle befestigt ist, kann sich frei diametral in der kugelförmigen Erweiterung des von der feuerfesten Auskleidung gebildeten Innenkanals ausdehnen. Sie ist durch die Demontierbarkeit leicht als Verschleißteil auswechselbar. Der rohrförmige, mit der Düsenstockwandung einstückige Support ermöglicht die fliegende Lagerung unter Abdichtung.

Die genannte Stange umfaßt klappenseitig vorzugsweise einen zylindrischen Flansch mit einer konkaven Fläche, welche die konvexe Fläche einer zylindrischen Buchse an der Klappe aufnimmt, wobei der Kontakt zwischen den aneinanderliegenden Flächen des genannten Flansches und der genannten Buchse im betriebsfertigen Zusammen­ bau durch ein Teil in Form eines Hammers realisiert ist, dessen Stiel die Stange, den Stangenflansch und einen Teil der Buchse koaxial durchquert und dessen Kopf in einem im wesentlichen zylindrischen Hohlraum in der genannten Buchse untergebracht ist.

Der Kopf des genannten Hammers kann durch Drehung und Translation bis in einen frontalen Hohlraum des Stangenflansches durch einen Kanal zwischen dem Hohlraum in der Klappenbuchse und ihrer konvexen Fläche aus der Klappenbuchse entfernt werden, wobei der Quer­ schnitt dieses Kanals und derjenige des frontalen Hohlraums des Stangenflansches im wesentlichen dem­ jenigen des Hammerkopfes entspricht.

Der Stiel des Hammers wird mittels einer zwischen­ geschalteten Feder und mit Hilfe einer Verriegelung auf die Stange gedrückt.

Die Klappe und der Stangenflansch bestehen vor­ zugsweise aus Siliziumkarbid. Dieser Werkstoff ist gleichzeitig durch eine sehr hohe thermische Wider­ standsfähigkeit und eine bemerkenswerte Festigkeit gekennzeichnet.

Die Wandung des rohrförmigen Supportes ist vor­ zugsweise doppelt und weist einen ersten Kühlkreis­ lauf auf. Ein zweiter Kühlkreislauf erstreckt sich durch die doppelte Wandung der Stange und des Hammer­ stiels, welcher zu diesem Zweck hohl ausgeführt ist.

Der vorgeschlagene, erfindungsgemäße Düsen­ stock ist dadurch gekennzeichnet, daß er mit einer solchen Regelvorrichtung versehen ist, welche ent­ weder in die Düsenstockwandung integriert ist oder demontierbar zwischen zwei Befestigungsflanschen der Gelenkleitung montiert ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1, schematisch einen mit der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung ausgerüsten Düsenstock,

Fig. 2, schematisch einen Längsschnitt durch eine Regelvorrichtung,

Fig. 3, einen Ausschnitt aus Fig. 2 mit der Klappe in geschlossener Stellung,

Fig. 4, eine Variante, bei welcher die Vorricht­ ung in den Düsenstock integriert ist,

Fig. 5, eine Ansicht analog derjenigen von Fig. 1, wobei die Vorrichtung in eine mit der Ring­ leitung einstückige Rohrverbindung integriert ist;

Fig. 6 und 7, zwei Ansichten, unter ver­ schiedenen Winkeln, einer Regelvorrichtung, welche in den unteren Teil eines Düsenstockes, beziehungs­ weise des Knies integriert ist.

Die Fig. 1 zeigt schematisch einen aus einer absteigenden Gelenkleitung 12 bestehenden Düsenstock, welcher eine Heißwindringleitung 14 mit einem Knie 16 verbindet. Dieses Knie 16 ist an einer Blas­ düse 18 befestigt, deren andere Extremität an einer in der Wandung 22 eines Schachtofens verankerten Wind­ form 20 angelenkt ist.

Bei der Ausgestaltung nach Fig. 1 ist eine Regelvorrichtung 30 für den Heißwinddurchsatz demon­ tierbar im oberen Teil der Leitung 12 mittels einer Verschraubung zwischen zwei gegenüberliegenden Befes­ tigungsflanschen 32 und 34 der Leitung 12 montiert.

Die Einzelheiten dieser Vorrichtung und ihres Aufbaus gehen aus Fig. 2 hervor. Die Regelvorrichtung umfaßt zwei kreisförmige Befestigungsflansche 36 und 38, welche den Befestigungsflanschen 32 und 34 ent­ sprechen und zwischen letzteren durch Verschraubung eingespannt sind. Die Demontage der Vorrichtung 30 kann demzufolge durch Lösen der Verschraubung und seitliche Translation durchgeführt werden. Die Befes­ tigungsflansche 36 und 38 sind um einen ringförmigen Kern 40 aus feuerfestem Material herum vorgesehen, welch letzteres der feuerfesten Auskleidung 42 der den Heißwindkanal 44 umgebenden Leitung 12 entspricht. Zur Ermöglichung der Montage und Betätigung einer Regelklappe, welche im wesentlichen die Form einer mit einer Montagebuchse 48 versehenen schwenk­ baren Scheibe 46 hat, weist das Innere des feuerfesten Kerns 40 eine sphärische Erweiterung auf. Um ein axiales Einführen und Herausführen der Klappe 46 zwecks Montage oder Austausch im Kanal 44 zu ermög­ lichen, sind die gegenüberliegenden Ränder 50, 52 dieser Klappe parallel abgeschnitten.

Die Klappe 46 ist an der inneren Extremität einer drehbaren Stange 54 befestigt, welche den feuer­ festen Kern 40 und die Befestigungsflansche 36 und 38 durchquert und in einem rohrförmigen Support 56 gelagert ist, der seinerseits bei 58 durch nicht gezeigte Mittel demontierbar an den Befestigungs­ flanschen 36 und 38 befestigt ist. Die dichte Montage der Stange 54 im Support 56 ist mit Hilfe von selbst­ schmierenden Büchsen 60, 62 und einer Dichtung 64 verwirklicht.

Die äußere Extremität der Stange 54 ist in einem Block 66 verankert, mit welchem sie einstückig ist. Um die Stange 54 um ihre Längsachse O zu schwenken, weist dieser Block 66 einen oder zwei Arme 68 auf, welche von einem Linearmotor oder einem andern nicht gezeigten Motor betätigt werden, der sich andererseits auf einem mit dem Support 56 ein­ stückigen Arm 70 abstützt.

Die innere Extremität der Stange 54 weist einen im wesentlichen zylindrischen Flansch 72 auf, dessen Innenseite mit der Außenseite der Buchse 48 der Klappe in Kontakt ist. Die Profile dieser anein­ anderliegenden Seiten des Flansches 72 und der Buchse 48 sind komplementär. Bei dem dargestellten Bei­ spiel ist die Fläche des Flansches 72 konkav, während die Buchse 48 eine entsprechende Konvexität aufweist, wobei das Gegenteil natürlich ebenfalls möglich ist.

Sowohl der Flansch 72 als auch die Klappe 46 mit ihrer Befestigungsbuchse 48 bestehen aus Sili­ ziumkarbid, welches sich durch eine sehr gute Bestän­ digkeit gegenüber hohen Temperaturen auszeichnet eine hohe mechanische Festigkeit, und vor allem eine viel geringere Sprödigkeit als die anderen keramischen Werkstoffe.

Die demontierbare Befestigung der Klappe am Flansch 72 wird durch eine sogenannte "Bajonnett"- Befestigung wahrgenommen. Zu diesem Zweck ist ein Teil in Gestalt eines Hammers vorgesehen, dessen Stiel 74 die Stange 54 und den Flansch 72 koaxial durchquert und dessen Kopf 76 sich in Arbeitsstellung in einem im wesentlichen zylindrischen Hohlraum 78 im Innern der Buchse 48 befindet. In der Stellung nach Fig. 2 gewährleistet der Kopf 76 des Hammers die starre Halterung der Klappe am Flansch 72. Die Lösung geschieht durch eine Rotation des Hammers um 90°, gefolgt von einer Translation zum Herausführen des Kopfes 76 durch einen Kanal 80, dessen Querschnitt demjenigen des Kopfes 76 entspricht, bis in einen nicht gezeigten frontalen Hohlraum, welcher zu diesem Zweck an der konkaven Seite des Flansches 72 vorge­ sehen ist. Die gegenseitige Befestigung des hammer­ förmigen Teils und der Stange 54 geschieht mittels einer um die mit Gewinde versehene Extremität des Stiels 74 festgezogene Mutter 84 gegen die Wirkung einer Feder 86, welche um den Stiel 74 herum vorge­ sehen ist und sich am Block 66 abstützt. Die Feder 86 dient zur Kompensierung der thermischen Diffe­ renzialdehnungen zwischen der Klappe 46, dem Flansch 72, der Stange 54, dem Stiel 74 und dem Kopf 76.

Die relative Drehung zwischen dem Stiel 74 und dem Klappe 46 zur Lösung dieser letzteren vom Flansch 72 geschieht mit Hilfe eines mit der Extremität des Stieles 74 einstückigen Hebels 88. Dieser Hebel 88 ist vorzugsweise so gerichtet, daß er die Richtung, das heißt die Stellung der Klappe 46 anzeigt.

Um ein ungewolltes Lösen der Mutter 84 zu ver­ hindern, ist diese mittels einer Schraube 90 blockiert. Desweiteren ist ein Verriegelungssystem in Bajonett- Art vorgesehen, bestehend aus einer U-förmigen, halb­ zylindrischen Platte 92, welche mit einem am Block 66 vorgesehenen seitlichen Finger 94 zusammenwirkt.

Zur Gewährleistung der Drehbewegungsübertragung von der Stange 54 auf die Klappe 46, das heißt zur Verhinderung eines relativen Gleitens zwischen den aneinanderliegenden Seiten der Stange 54 und des Flansches 72, sowie zwischen diesem Flansch 72 und der Buchse 48, kann eine dieser Flächen einen Nocken aufweisen und die andere eine entsprechende Vertie­ fung, oder aber können ihre Krümmungen eine radiale Asymmetrie in bezug zur Achse O aufweisen.

Die Wandung des rohrförmigen Supportes 56 ist vorzugsweise doppelt, so daß sie an einen Wasser­ kühlkreislauf angeschlossen werden kann, welcher durch die Referenzzahl 93 symbolisiert ist. Ein zweiter Kühlkreislauf erstreckt sich durch die doppelte Wandung der Stange 54 und durch einen axialen Hohlraum im Stiel 74 des hammerförmigen Teils. Das Wasser für diesen Kühlkreislauf tritt durch eine seitliche Öffnung 95 ein und verläßt ihn axial an der hinteren Extremität 96 des Stiels 74.

Um die Sauberkeit zu verbessern, ist es möglich, im Bereich der Befestigung 58 gegensinnig kleine Mengen Kaltluft zu injizieren. Diese Luftmenge wird vorzugsweise einer nicht gezeigten Mischkammer entnommen, in welcher dem Heißwind die notwendige Menge Kaltluft zugemischt wird um seine Temperatur auf einem vorbe­ stimmten Wert zu stabilisieren.

Die Fig. 3 zeigt die Klappe 46 in geschlossener Stellung. Diese Stellung wird, ausgehend von der Stellung nach Fig. 2, erreicht durch eine Drehung um 90° unter der Wirkung eines nicht gezeigten Linear­ motors, welcher auf die Arme 68 einwirkt.

Während die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Regelvorrichtung eine autonome Vorrichtung ist, welche zwischen den zwei Befestigungsflanschen 32 und 34 des Düsenstocks montiert ist, ist die Regelvorrichtung 98 nach Fig. 4 eine Vorrichtung, welche in den Düsen­ stock integriert ist durch einen Rohransatz 100, welcher zu diesem Zweck an der Panzerung des Düsen­ stocks oder am Rohranschlußsystem der Ringleitung vor­ gesehen ist. Diese einfachere Ausgestaltung nach Fig. 4 ist vorzugsweise dazu ausgelegt, um an bestehen­ den Düsenstöcken angebracht zu werden, während die andere Lösung die Vorrichtung unabhängig macht und angepaßt werden kann, wenn der vorhandene Platz dies ermöglicht. Die Auslegung der Regelvorrichtung nach Fig. 4 ist im übrigen identisch mit derjenigen der Vorrichtung nach Fig. 2.

Fig. 5 zeigt eine Zwischenlösung zwischen den­ jenigen nach den Fig. 2 und 4. Die Regelvorrichtung 102 ist hier nämlich in die Wandung 106 eines mit der Ringleitung 14 einstückigen Rohres eingebaut, jedoch befindet sich die Klappe in einem von diesem Rohr un­ abhängigen Rohrübergangsstück 104 und ist demontierbar an einem Befestigungsflansch der absteigenden Leitung 12 befestigt.

Fig. 6 zeigt wiederum eine Regelvorrichtung 108, welche in den unteren Teil der absteigenden Leitung 12 integriert ist. Diese Regelvorrichtung 108 ist in Fig. 6 zum Ofen hin gerichtet, sie kann jedoch nach Belieben in andere Richtungen zeigen, um einen minimalen Platzbedarf zu haben und die Zugänglichkeit zwecks Wartung nicht zu behindern.

Es ist ebenfalls möglich eine Regelvorrichtung für den Heißwinddurchsatz im Knie 16 vorzusehen. Fig. 7 zeigt eine solche Klappe 110, welche sich im geraden Teil des Knies 16 unmittelbar stromabwärts von der absteigenden Leitung 12 befindet.

Die Vorrichtungen nach den Fig. 6 und 7 haben den Vorteil sich stromabwärts von den Abschnitten zu befinden, in welchen der Durchsatz gemessen wird, da diese Abschnitte sich im allgemeinen im mittleren Teil der Gelenkleitung 12 befinden.

Claims (17)

1. Regelvorrichtung für den Heißwinddurchsatz bei einem Schachtofendüsenstock, insbesondere Hochofendüsenstock, wobei dieser Düsenstock aus einer Gelenkleitung besteht, welche eine Ringleitung mit einer Blasdüse verbindet und innen mit einer feuerfesten Auskleidung versehen ist, und wobei eine im wesentlichen scheibenförmige Klappe (46) in dem Innenkanal (44) an einer Stange (54) mon­ tiert ist, welche außerhalb des Düsenstocks mit einem Mechanismus zur Schwenkung der Klappe (46) um die Längs­ achse (O) der Stange (54) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappe (46) in einer kugelförmigen Erweiterung des von der feuerfesten Auskleidung (40, 42) definierten Innen­ kanals (44) demontierbar an dem Ende der Stange (54) ange­ bracht ist und die Stange (54) dicht in einem rohrförmigen, mit der Düsenstockwandung einstückigen Support (56) gela­ gert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (54) zur Seite der Klappe (46) hin einen Flansch (72) mit einem Profil seiner Anlagefläche aufweist, zu dem eine Montage-Buchse (48) der Klappe (46) an einer Gegen-Anlagefläche ein komplementäres Profil aufweist, und der Zusammenhalt durch ein hammerförmiges Teil herge­ stellt wird, dessen Stiel (74) die Stange (54), den Flansch (72) und einen Teil der Buchse (48) koaxial durchsetzt und dessen Kopf (76) in einem Hohlraum (78) der genannten Buchse (48) sitzt, in den er in einer anderen Drehstellung einschiebbar ist durch einen Kanal (80) in der Buchse (48) hindurch, dessen Querschnitt im wesentlichen dem­ jenigen des Kopfes (76) entspricht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (76) in der genannten anderen Drehstellung bis in einen frontseitigen Hohlraum des Flansches (72) zurückziehbar ist, der gleichen Querschnitt wie der Kanal (80) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das hammerförmige Teil (74, 76) mit Hilfe einer Mutter (84) anziehbar ist, welche auf das mit einem Gewinde ver­ sehene Ende des Stiels (74) geschraubt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stiel (74) über eine ihn umfassende Feder (86) axial an der Stange an einem mit dem äußeren Ende der Stange (54) einstückigen Block (76) abgestützt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehung des Kopfes (76) des hammerförmigen Teils um 90° mittels eines Hebels (88) erfolgt, welcher mit dem äußeren Ende des Stiels (74) einstückig ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein Verriegelungssystem (90, 92, 94) des Hebels (88) und der Mutter (84).

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappe (46), ihre Buchse (48) und der Flansch (72) der Stange (54) aus Siliziumkarbid bestehen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung des rohrförmigen Supportes (56) doppelt ist und einen ersten Kühlkreislauf beinhaltet.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen zweiten Kühlkreislauf, welcher sich durch die doppelte Wandung der Stange (54) und durch den Stiel (74) des Hammers hindurch erstreckt, welcher zu diesem Zweck hohl ausgebildet ist.

11. Düsenstock, welcher mit einer Regelvorrichtung für den Heißwinddurchsatz gemäß den Ansprüchen 1 bis 9 ausgerüstet ist.

12. Düsenstock nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelvorrichtung (30) demontierbar zwischen zwei gegenüberliegenden Befestigungsflanschen (32, 34) des Düsen­ stocks eingegliedert ist.

13. Düsenstock nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelvorrichtung (98) in die Wandung des Düsenstocks integriert ist.

14. Düsenstock nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelvorrichtung (108) sich an dem unteren Ende des geraden Abschnittes (12) des Düsenstocks befindet, unmit­ telbar vor dessen Verbindung mit dem Knie (16).

15. Düsenstock nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelvorrichtung (110) dem Knie (16) zugeordnet ist.

16. Düsenstock nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelvorrichtung einem Rohrstutzen zugeordnet ist, welcher sich zwischen dem absteigenden geraden Abschnitt des Düsenstocks (129) und der Ring­ leitung (14) befindet.

17. Düsenstock nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelvorrichtung (102) in die Wandung eines Rohr­ stutzens (106) integriert ist, welcher mit der Ringlei­ tung (14) einstückig ist, während die Klappe sich in einem unabhängigen Rohrübergangsstück (104) befindet.