DE3920223C2 - Vorrichtung zum Einblasen von vorerhitzter Luft in einen Schachtofen - Google Patents

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.