DE3920223C2 - Vorrichtung zum Einblasen von vorerhitzter Luft in einen Schachtofen - Google Patents
Vorrichtung zum Einblasen von vorerhitzter Luft in einen SchachtofenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Einblasen von vorerhitzter Luft in einen Schachtofen,
wobei diese Vorrichtung mehrere verschiedene Bauteile
umfaßt, die aus einer äußeren Panzerung und einer inneren
feuerfesten Auskleidung bestehen, und mindestens ein
mittleres rohrförmiges Element aufweist, das an dem einen
Ende über ein erstes Gelenk und einen ersten Kompensator
mit einem ersten Rohrstutzen verbunden ist, der an eine
kreisförmige, den Ofen umgebende Rohrleitung zur
Zuführung von vorerhitzter Luft angeschlossen ist, und
an dem anderen Ende über ein zweites Gelenk und einen
zweiten Kompensator mit einem zweiten Rohrstutzen ver
bunden ist, der durch einen Bogen und ein Düsenstück ver
längert ist, wobei dieses Düsenstück über ein drittes
Gelenk auf der Wand des Ofens gelenkig befestigt ist.
Bei diesen Vorrichtungen, die allgemeiner unter der
Bezeichnung "Windstock" bekannt sind, können sich Beweg
lichkeits- und Dichtheitsprobleme ergeben. Infolge der
Temperatur der vorerhitzten Luft (ungefähr 1200°C oder
höher) und der hohen Temperatur innerhalb des Ofens sind
die Wand dieses Ofens, sowie die kreisförmige Rohrleitung
und der Windstock in der Tat thermischen Ausdehnungen und
Verformungen unterworfen, die nicht zu vernachlässigende
relative Verschiebungen zwischen der kreisförmigen Rohr
leitung und der Wand des Ofens verursachen. Der Windstock
muß daher in der Lage sein, diese relativen Verschiebun
gen auszugleichen, ohne daß dabei Lecks auftreten, über
die die Gase oder die vorerhitzte Luft entweichen können.
Um diese Anforderungen zu erfüllen, wird in dem US-
Patent Nr. 3.766.868 ein Windstock von der in dem Ober
begriff beschriebenen Art vorgeschlagen. Dieser Windstock
wurde in der Folgezeit durch drei Kugelgelenke von der in
der Patentschrift DE-C2-22 18 331 beschriebenen Art ver
bessert. Die drei Gelenke dieses Windstocks ermöglichen
den Ausgleich aller Relativbewegungen zwischen der kreis
förmigen Rohrleitung und der Wand des Ofens. Die Dicht
heit im Bereich der Gelenke wird durch Balgkompensatoren
sichergestellt, während die mechanische Stabilität durch
Kardanverbindungen gewährleistet wird, die im Bereich des
ersten und des zweiten Kugelgelenks an den zwei Enden des
mittleren rohrförmigen Elements angebracht sind. Diese
Kardanverbindungen erhalten die Bewegungsfreiheit der
Gelenke aufrecht, wobei sie zugleich die Beibehaltung
der Breite des Kugelgelenks gewährleisten.
Diese Kardanverbindungen erfüllen die Aufgaben, für
die sie entwickelt wurden, zwar zur Zufriedenheit der
Anwender, aber sie erhöhen die Herstellungskosten und das
Gewicht des Windstocks.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine Ein
blasvorrichtung von der in dem Oberbegriff beschriebenen
Art anzugeben, die eine größere Einfachkeit aufweist und
zugleich alle Vorzüge der bekannten Vorrichtungen bietet.
Um dieses Ziel zu erreichen, wird gemäß dieser
Erfindung eine Vorrichtung vorgeschlagen, die im wesent
lichen dadurch gekennzeichnet ist, daß sie ein Paar
Streben aufweist, die diametral auf beiden Seiten des
mittleren Elements angeordnet sind, und deren Enden mit
dem ersten bzw. zweiten Rohrstutzen gelenkig verbunden
sind, und daß sie einen Rahmen aufweist, der um das
mittlere Element herum angeordnet ist und über zwei
einander gegenüberliegende Kardinalpunkte mit diesem
mittleren Element gelenkig verbunden ist, und über die
zwei anderen einander gegenüberliegenden Kardinalpunkte
mit den zwei Streben gelenkig verbunden ist.
Die Gelenke an den vier Kardinalpunkten sind
Gelenke, die Schwenkungen um drei Achsen gestatten, die
untereinander parallel sind und senkrecht zu einer von
den Längsachsen der Streben definierten Ebene sind.
Die zwei Streben gewährleisten einen bestimmten
Abstand zwischen den zwei Rohrstutzen, während das
mittlere Element über den Rahmen von den Streben getragen
wird.
Die Gelenke zwischen den Streben und den zwei Rohr
stutzen und die Gelenke des Rahmens um das mittlere
Element herum ermöglichen diesem mittleren Element, alle
Positionen einzunehmen, die von den zwischen diesem
mittleren Element und den Rohrstutzen vorgesehenen
Kugelgelenken zugelassen werden.
Die Kugelgelenke können in herkömmlicher Weise
konzipiert sein, d. h. sie können in der gleichen Richtung
angeordnet sein, oder sie können in entgegengesetzter
Richtung angeordnet sein, so daß sich ihr Krümmungs
zentrum in der Mitte des angrenzenden Rohrstutzens
befindet.
Weitere Besonderheiten der Erfindung
ergeben sich aus der ausführlichen Beschreibung einiger
vorteilhafter Ausführungsformen, die nachstehend zur
Veranschaulichung wiedergegeben werden, wobei auf die im
Anhang beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, die
Folgendes darstellen:
Die Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, in Form
eines vertikalen Schnitts, eines herkömmlichen Windstocks
gemäß dem US-Patent 3.766.868.
Die Fig. 2 ist eine analoge Ansicht eines Wind
stocks gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegen
den Erfindung.
Die Fig. 3 ist eine analoge Ansicht eines Wind
stocks gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegen
den Erfindung.
Die Fig. 4 und 5 zeigen den mittleren Teil des
Windstocks in zwei zueinander senkrechten Richtungen.
Die Fig. 6 ist eine schematische Schnittansicht,
die derjenigen der Fig. 4 entspricht.
Die Fig. 7 ist eine zu der Ansicht der Fig. 6
analoge Ansicht, bei der die Achsen des oberen und
unteren Rohrstutzens gegeneinander versetzt sind.
Die Fig. 8 ist eine zu der Ansicht der Fig. 6
analoge Ansicht, bei der der untere Rohrstutzen gegenüber
dem oberen Rohrstutzen geneigt ist.
Die Fig. 9 bis 11 zeigen schematische Schnitt
ansichten, die der Schnittansicht der Fig. 5 entsprechen
und die verschiedenen Abschnitte mit ausgerichteten und
nicht ausgerichteten Achsen zeigen.
Der in der Fig. 1 dargestellte bekannte Windstock
mit der Kennziffer 20 verbindet eine kreisförmige Haupt
rohrleitung 22, die um einen Hochofen herum angeordnet
ist, mit der Wand 24 dieses Hochofens. Dieser Windstock
20 weist einen geradlinigen, schrägen Abschnitt aus einem
rohrförmigen Element 26 auf, das an seinem oberen Ende
auf einem Rohrstutzen 28, der mit der kreisförmigen Rohr
leitung 22 fest verbunden ist, und an seinem unteren Ende
auf einem Rohrstutzen 30, der an einen Bogen 32 ange
flanscht ist, gelenkig gelagert ist.
Dieser Bogen 32 wird durch ein Düsenstück 34 ver
längert, dessen Ende auf einer Düse 36 gelenkig gelagert
ist, die in der Wand 24 des Ofens befestigt ist. Das
obere Gelenk 38 und das untere Gelenk 40 des Elements 26
sind Kugelgelenke, deren Krümmungszentren mit X und Y
bezeichnet sind. Das Gelenk zwischen dem Düsenstück 34
und der Düse 36 ist ebenfalls ein Kugelgelenk 42, dessen
Krümmungszentrum mit Z bezeichnet ist. Die drei Punkte X,
Y und Z repräsentieren folglich eine Gelenkverbindung mit
3 räumlichen Gelenkpunkten, die ausreichende Winkel
änderungen des Düsenstücks 34 und des mittleren Elements
26 gestattet, um alle Relativbewegungen zwischen der
kreisförmigen Rohrleitung 22 und der Wand 24 des Ofens
auszugleichen.
Die Dichtheit im Bereich der Gelenke 38 und 40 wird
durch Balgkompensatoren 44, 46 sichergestellt, die auf
dem rohrförmigen Element 26 bzw. den angrenzenden Rohr
stutzen 28 und 30 befestigt sind. Die Kardangelenke 48,
50, die das mittlere Element 26 mit den angrenzenden
Rohrstutzen 28 und 30 verbinden, stellen die mechanische
Festigkeit sicher und halten eine bestimmte Breite des
Kugelgelenks aufrecht. Alle Elemente des Windstocks
bestehen aus einer äußeren metallischen Panzerung und
einer inneren feuerfesten Auskleidung, die eventuell im
Bereich der Gelenke 38, 40 und 42 mit einem Dichtungs
material kombiniert ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird vorgeschla
gen, die zwei Kardangelenke 48 und 50 der Fig. 1 durch
einen Rahmen 52 (siehe Fig. 2 und 3) zu ersetzen, der
einerseits an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen
auf dem mittleren Element 26, und andererseits auf einem
Paar Streben gelenkig gelagert ist, wobei diese Streben
wiederum auf den Rohrstutzen 28 und 30 gelenkig gelagert
sind, wie weiter unten unter Bezugnahme auf die Fig. 4
bis 11 ausführlicher erklärt wird. Die Fig. 2 ver
anschaulicht die Anwendung dieser neuen Konzeption auf
einen herkömmlichen Windstock, bei dem die Kugelgelenke
in der gleichen Richtung angeordnet sind. In der Fig. 2
sind die den Bauteilen der Fig. 1 entsprechenden Bau
teile des Windstocks mit den analogen Kennziffern der
Reihe 100 bezeichnet.
Die Fig. 3 zeigt die Anwendung der erfindungs
gemäßen Konzeption auf einen neuen Windstock, wie er in
der luxemburgischen Patentanmeldung Nr. 87 283 vor
geschlagen wird. Bei der in der Fig. 3 wiedergegebenen
Ausführungsform sind die Bauteile, die denjenigen der
Fig. 1 entsprechen, mit den analogen Kennziffern der
Reihe 200 bezeichnet. Diese Ausführungsform unterscheidet
sich von derjenigen der Fig. 2 durch die Umkehrung des
unteren Gelenks 240, so daß die Krümmungen der zwei
Gelenke 238 und 240 in entgegengesetzter Richtung ange
ordnet sind, wodurch die Länge des mittleren Elements 226
verkürzt werden kann.
Die Fig. 4 bis 11 zeigen die konstruktiven und
funktionellen Einzelheiten der gemäß der vorliegenden
Erfindung vorgeschlagenen Stabilisierungsvorrichtung, die
die Kardangelenke 48 und 50 der Fig. 1 ersetzt. Diese
Vorrichtung wird als Beispiel unter Bezugnahme auf die
bevorzugte Ausführungsform der Fig. 3 beschrieben. Es
ist jedoch offensichtlich, daß die Vorrichtung ohne
Änderung auch bei der Ausführungsform der Fig. 2
angewandt werden kann.
Die Fig. 4 und 5 sind Seitenansichten des
mittleren rohrförmigen Elements 226, das an beiden Enden
mit Kompensatoren 244, 246 versehen ist, die die
- in diesen Figuren nicht sichtbaren - Kugelgelenke 238
und 240 umgeben.
Um das mittlere Element 226 herum ist ein
beispielsweise quadratischer oder vorzugsweise ring
förmiger Rahmen 52 angeordnet, der auf diesem mittleren
Element 226 über zwei diametral gegenüberliegende Dreh
zapfen 54 und 56 drehbar befestigt ist, die beispiels
weise in Bohrungen des Rings 52 und der Panzerung des
mittleren Elements 226 angeordnet sind. Der Ring 52 kann
also eine Schwenkbewegung um die gemeinsame Achse O der
zwei Drehzapfen 54, 56 ausführen, und umgekehrt. Der Ring
52 weist außerdem, um 90° gegenüber den Drehzapfen 54, 56
versetzt, zwei diametral gegenüberliegende Gelenke auf,
die ihn mit zwei Streben 58, 60 verbinden. Diese Gelenke
können ganz einfach aus zwei Gabeln 62 und 64 bestehen,
die außen auf den Ring 52 aufgeschweißt sind, und in
deren verrundeter Vertiefung ein Zapfen 66, 68 von rundem
Querschnitt eingesetzt ist, der mit den Streben 58, 60
verbunden ist. Die Achsen der Zapfen 66, 68 bilden also
zwei Schwenkachsen zwischen einerseits dem Ring 52 und
andererseits den Streben 58, 60, und umgekehrt, wobei
diese beiden Achsen parallel zu der oben beschriebenen
Schwenkachse O sind.
Jede der zwei Streben 58, 60 ist außerdem an ihrem
oberen und unteren Ende mit dem oberen Rohrstutzen 228
bzw. dem unteren Rohrstutzen 230 gelenkig verbunden.
Jedes dieser Gelenke kann aus einem einfachen Scharnier
70 bestehen, das eine Schwenknabe 72 aufweist, die in
eine mit dem betreffenden Rohrstutzen fest verbundene
doppelte Öse und in eine Öffnung am Ende der Strebe 58
oder 60 eingesetzt ist. Die Durchführungsöffnungen an den
Enden der Streben 58, 60 sind als Langlöcher ausgeführt
und weisen vorzugsweise verrundete Auflageflächen auf,
um ebenfalls Schwenkbewegungen der Streben 58, 60 in der
Ebene der Fig. 5 zu gestatten.
Die Scharniere 72 können auch durch kompliziertere
Gelenke, wie beispielsweise Kugelgelenke ersetzt werden.
Dabei ist anzumerken, daß die Achsen der Naben unbedingt
durch die Krümmungszentren X und Y des Kugelgelenks 238,
240 hindurchgehen müssen, damit die Vorrichtung einwand
frei funktionieren kann.
Die Streben 58 und 60 halten folglich einen
konstanten, vorgegebenen Abstand zwischen den Rohrstutzen
228 und 230 aufrecht, während sie über den Ring 52 das
mittlere Element 226 zwischen den Rohrstutzen 228 und 230
schwimmend tragen.
Die Fig. 6 bis 11 veranschaulichen verschiedene
Möglichkeiten für relative Bewegungen und Schwenkungen
zwischen den Rohrstutzen 228 und 230, und sie zeigen, wie
diese Bewegungen durch eine entsprechende Positionierung
des mittleren Elements 226 ausgeglichen werden.
Die relativen Bewegungen und Schwenkungen zwischen
den Rohrstutzen 228 und 230, die in den Fig. 6 bis 8
veranschaulicht sind, beanspruchen nur die Gelenke im
Bereich der Scharniere 72, nämlich zwischen den Streben
58, 60 und den Rohrstutzen, während die Gelenke im
Bereich des Rings 52 nicht beansprucht werden, da dieser
Ring 52, wie aus den Fig. 7 und 8 ersichtlich ist,
bezüglich der Streben und des mittleren Elements 26 seine
neutrale diametrale Position der Fig. 6 beibehält.
Dagegen beanspruchen die bezüglich der Ebene der
Fig. 6 bis 8 transversalen Verformungen, die in den
Fig. 9 bis 11 veranschaulicht sind, die Gelenke im
Bereich des Rings 52. Wie insbesondere aus den Fig. 10
und 11 ersichtlich ist, verursachen die Verschiebungen in
dieser Ebene eine parallele Formänderung zwischen den
Streben 58, 60 und dem Ring 52 durch Schwenkung dieses
Rings 52 um die Achse O bezüglich des mittleren Elements
226, und durch relative Schwenkung zwischen dem Ring 52
und den Streben 58, 60.
Es ist anzumerken, daß die Fig. 6 bis 11 zur
Veranschaulichung elementare Bewegungen zeigen (die in
den Figuren zum besseren Verständnis übertrieben sind),
aber daß die Bewegungen des Windstocks in der Praxis
komplexer sind, d. h. die in diesen Figuren dargestellten
Verschiebungen und Neigungen können gleichzeitig auf
treten.
Die Kombination aus dem Ring 52 und den Streben 58
und 60 gestattet folglich, die gleichen Funktionen wie
mit den Kardangelenken 48 und 50 der Fig. 1 auszuüben,
wobei die Bauweise jedoch einfacher und billiger ist.
Anders ausgedrückt, zwei Kardangelenke wurden durch ein
einziges ersetzt, das überdies leichter sein kann, da der
Rahmen nur das mittlere Element tragen muß, während die
herkömmlichen Kardangelenke den Druck innerhalb des
Windstocks aushalten müssen und daher ungefähr 10mal so
starken Beanspruchungen ausgesetzt sind.
Die Erfindung wurde als Beispiel unter Bezugnahme
auf einen Windstock mit Kugelgelenken beschrieben. Es muß
jedoch darauf hingewiesen werden, daß die Erfindung nicht
auf diese Art von Windstock beschränkt ist, sondern auch
auf einen Windstock mit Trapez- oder Kaskadengelenken
anwendbar ist.
Die Kombination des Rings 52 mit den Streben 58, 60
bietet überdies einen weiteren Vorteil. Da die Achse des
mittleren Elements 226 dauernd und zwangsläufig parallel
zu den Streben 58, 60 ist, unterstützen diese Streben 58,
60 in der Tat die optimale Positionierung dieses
mittleren Elements 226, so daß seine Längsachse in allen
Positionen und Ausrichtungen durch die Krümmungszentren X
und Y der Kugelgelenke 228 und 230 hindurchgeht, wodurch
zufallsbedingte Bewegungen und überflüssige Reibung im
Bereich der Verbindungsfläche der Gelenke vermieden
werden.
Claims (3)
1. Vorrichtung zum Einblasen von vorerhitzter Luft
in einen Schachtofen, wobei diese Vorrichtung mehrere
verschiedene Bauteile umfaßt, die aus einer äußeren
Panzerung und einer inneren feuerfesten Auskleidung
bestehen, und mindestens ein mittleres rohrförmiges
Element (226) aufweist, das an dem einen Ende über ein
erstes Gelenk (238) und einen ersten Kompensator (244)
mit einem ersten Rohrstutzen (228) verbunden ist, der an
eine kreisförmige, den Ofen umgebende Rohrleitung (222)
zur Zuführung von vorerhitzter Luft angeschlossen ist,
und an dem anderen Ende über ein zweites Gelenk (240) und
einen zweiten Kompensator (246) mit einem zweiten Rohr
stutzen (230) verbunden ist, der durch einen Bogen (232)
und ein Düsenstück (234) verlängert ist, wobei dieses
Düsenstück (234) über ein drittes Gelenk (242) auf der
Wand (224) des Ofens gelenkig befestigt ist, dadurch
gekennzeichnet, daß sie ein Paar Streben (58), (60) auf
weist, die diametral auf beiden Seiten des mittleren
Elements (226) angeordnet sind, und deren Enden an dem
ersten Rohrstutzen (228) bzw. dem zweiten Rohrstutzen
(230) gelenkig befestigt sind, und daß sie einen Rahmen
(52) aufweist, der um das mittlere Element herum ange
ordnet ist, und bei zwei einander gegenüberliegenden
Kardinalpunkten mit diesem mittleren Element (226), und
bei den zwei anderen einander gegenüberliegenden
Kardinalpunkten mit den zwei Streben (58, 60) gelenkig
verbunden ist.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Rahmen (52) ringförmig ist.
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Gelenke bei den vier Kardinalpunkten
des Rahmens (52) Gelenke sind, die Schwenkungen um drei
Achsen gestatten, die untereinander parallel sind und
senkrecht zu einer durch die Längsachsen der Streben
definierten Ebene sind.
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