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Beheizung von Schmeizöfen, insbesondere mit gleichbleibender Flammenrichtung
.Die Erfindung betrifft die Beheizung von Schmelzöfen, insbesondere solchen mit
gleichbleibender Flammenrichtung.
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Die Erfindung besteht in der Anwendung von Bündelbrennern mit mehrfacher
Schichtung von Brennstoff und Luft auf Schmelzöfen. Solche Bündelbrenner sind an
sich in der Technik der Wärmeerzeugung bekannt, z. B. als Brenner für Dampfkessel.
Bei Schmelzöfen sind sie bisher'nicht zur Anwendung gelangt. . .
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Die Anwendung dieser Bündelbrenner auf die Schmelzöfen bedingt bei
Regenerativöfen die Notwendigkeit des Einbaues besonderer Ventile, die sowohl gegen
Hitze wie chemische Einflüsse beständig sind und die Zuführung des Brennstoffes,
gegebenenfalls auch der Luft unter Druck gestatten. Deshalb sind Gegenstand der
Erfindung ebenfalls Umschaltventile für Regenerativöfen mit Bündelbrennern. Die
Ventile sind erfindungsgemäß in an sich bekannter Wise doppelwandig ausgebildet
und gleichzeitig innen mit einer gegen Hitze und chemische Einflüsse beständigen
Schutzschicht überzogen und werden auf ihre Unterlage aufgepreßt. Die Kühlung und
die Ausstattung mit einer hitze- und chemisch beständigen Innenschicht bezieht sich
nicht nur auf die Ventilglocken, sondern auch auf die Mündungen der Feuerkanäle.
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Gegenstand der Erfindung sind noch Einzelheiten der Ventile, die iri
der folgenden Beschreibung näher erläutert werden. Bei Schmelzöfen, auch solchen
mit einseitiger Flammenrichtung bzw. -führung hat man bisher Gas und Luft durch
Kanäle größeren Querschnittes zugeführt, die gegeneinander in einem Neigungswinkel
versetzt waren. Im Schnittpunkt der Schenkel dieses Winkels fand erst ziemlich weit
im Innern des Ofenschmelzraurnes der Beginn der Mischung von Gas und Luft statt,
die sich dann im weiteren Ofenraum fortsetzte. Hierdurch ging ein großer Teil der
Verbrennungswärme für den Schmelzraum und damit für den Schmelzprozeß selbst verloren.
Außerdem war die Mischung von Brennstoff und Luft urivollkommen, infolgedessen auch
die Verbrennung im Ofen, so daß sie in den Abzugskanälen weiterging, ja sich sogar
unter Umständen bis in die Wärmespeicher fortsetzte und diese vorzeitig zerstörte.
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Diesem Mangel wird erfindungsgemäß durch die Bündelbrenner abgeholfen.
Die inne Mischung von Brennstoff und Luft, die sofort bei Eintritt von Brennstoff
und Luft in den Offen stattfindet, läßt die Flamme durch den ganzen Ofenraum zur
Entwicklung kommen, erzeugt bekanntlich eine restlose Verbrennung im Schmelzraum
und ergibt infolgedessen nicht nur eine bessere Ausnutzung der- Gase, sondern auch
eine bessere Wärmeverteilung im Ofen. Die Flamme selbst wird erheblich heißer als
bisher. Verbindet man bei Regenerativöfen die Bündelbrenner mit Hilfe der zur Erfindung
gehörenden
Ventile mit Re@eneratoren, so kann man die bekannte
Eigenschaft der Bündelbrenner, eine vollständige Verbrennung zu geben, mit der bekannten
Einrichtung der Regeneration zwecks höchster Wärmeausnutzung und Erzielung höchster
Temperaturen vereinigen.
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Die Erfindung zeigt demnach folgende Vorteile Bei Verwendung von gleichwertigem
Gas, wie bisher, ist der Gasverbrauch geringer. Bei gleichem Gasverbrauch wird .
eine bedeutend höhere Temperatur erzielt. Es können auch minderwertige Gase zu Schmelzzwecken
verwendet werden, die hierfür bisher nicht ausreichend waren. Es ist möglich, ohne
daß die Temperatur im Ofen unter das zulässige Maß sinkt, einen Gasüberschuß zu
geben, wodurch die Schmelzflamme reduziert wird und Abbrand und Änderungen der Zusammensetzung
des Schmelzgutes durch Sauerstoffaufnahme ohne Vergrößerung der Schmelzdauer verhindert
werden.
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Durch die Unterteilung des Querschnittes für die Brennstoff- und Luftzuführung
wächst der Strömungswiderstand in den Zuführungskanälen, so daß Brennstoff und Luft
unter Druck zugeführt werden müssen. Dies führt zu der eingangs erwähnten Forderung,
die Ventile gegen Druck zu dichten. Die bessere Verbrennung und die dadurch erzielte
hohe Temperatur macht es notwendig, die Ventile nicht nur zu kühlen, sondern auch
mit einer Kitze- und chemisch beständigen Ausfütterung zu versehen. Diese Auskleidung
verhindert auch, daß durch das Kühlwasser zu viel Wärme abgeführt wird.
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Auf der Zeichnung ist in Abb. i der Einbau- eines Bündelbrenners in
den Ofenkopf dargestellt.
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Abb. a ist ein Schnitt nach der Linie F-F der Abb. i.
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Abb.3 bis 6 zeigen andere Brennerformen im Querschnitt, Abb.7 und
8 ein Ventil nach der Erfindung im senkrechten Schnitt und im Grundriß. Auf der
rechten Seite von Abb.8 ist die Glocke abgehoben gedacht, so daß man auf die Mündungen
der Umstenerkanäle blickt.
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Abb.9 bis 24 zeigen Einzelheiten von Ventilen nach der Erfindung.
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Der Brenner nach der Erfindung besteht aus einem Röhrenbündel
65, dessen rückwärtige Enden in. einen nach dem Ofenraum zu geschlossenen
Kafial 66 münden (Abb. 1). Ein. zweiter Kanal 67 umgibt die Röhren in seinem wagerechten
Ende und ist nach der inneren Ofenwand 68 offen. Vor der Mündung der Röhren und
des Kanals 67 kann ein feuerfestes Netz 69 ausgespannt sein, das zur gründlichen
Durchmischung der in den Röhren zugeführten Gase mit der in Kanal 67 zugeführten
Verbrennungsluft (oder umgekehrt) dient. Man kann zwischen den Rohrmündungen und
dem Netz eine Mischkammer anordnen; dann dient das Netz auch dazu, ein Rückschlagen
der Flamme in die 1Vlischkammer zu verhüten.
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Der Brenner kann, wie die Abb.3 und 4 andeuten, auch aus kreisrunden
oder viereckigen ineinanderliegenden, abwechselnd Gas und Luft führenden Rohren
bestehen. Ferner kann er nach Abb.5 halbkreisförmig sein. Abb. 6 zeigt eine Röhrenanordnung
in einem viereckigen Kanal mit durch Stege in bestimmtem Abstand gehaltenen Röhren.
Die Stege dienen neben der Festlegung der Röhren zur Erzielung geeigneter Röhrenabstände
für besondere Mischungsverhältnisse.
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Es soll nunmehr das zu den Brennern gehörige Ventil beschrieben werden.
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Das Ventil nach Abb. 7 und 8 besteht aus einem gemauerten Untersatz
i, in dem die Gas- und Abgaskanäle z, 3, 4 und 5 'in segmentartige, senkrechte Kanäle
6, . 7, 8 und einen vierten auf der Zeichnung nicht sichtbaren Kanal münden, der
in Abb.7 hinter dem Kanal 8 und in Abb. 8 unter der linken Ventilhälfte liegt. Die
, rechte Ventilhälfte in Abb. 8 ist fortgelassen. Die senkrechten Kanalstutzen werden
durch eine Glocke 9 bedeckt, die aus zwei halbkreisförmigen Teilen fo und i i besteht.
Diese Teile werden bei der dargestellten Ausführungsform von doppelwandigen, wassergekühlten
Kästen aus Eisen gebildet. Die Kästen sind innen zum Schutz gegen die Hitze der
durchstreichenden Gase sowie gegen ihre chemische Einwirkung mit geeigneten Anstrichen
oder einer Ausmauerung versehen (feuerfestes Mauerwerk, andere feuerfeste Stoffe,
geeignete Metallüberzüge). Man kann auch statt der Eisenkästen gemauerte Aufsätze
verwenden; diese müssen jedoch dann auf einem eisernen Tragrahmen aufgebaut sein.
Sie können als zwei voneinander getrennte umgekehrt U-förmige Kanäle ausgeführt
werden.
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Derjenige Gaskanal, durch den die heißen Abgase des Ofens dem Ventil
zugeführt werden, beispielsweise der Kanal a, wird zweckmäßig tiefer nach unten
gelegt als die übrigen Kanäle, damit die Ecke 12 - (Abb. 7), an der sich
die heißen Gase stoßen, zugänglich wird. Diese Ecke ist dann gleichsam luftgekühlt
und kann, da sie frei liegt, ohne besondere Schwierigkeiten ausgebessert werden.
Es kann auch Kühlung durch Erde oder besonders angebrachte Kühlvorrichtungen, z.
B. Wasserkühlung; erfolgen.
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Die senkrechten Kanalaufsatzstücke 6, und 8 enthalten Aussparungen
13, in denen zwecks Kühlung Luft oder Wasser umlaufen
kann. Es ist
auch möglich, diese Kanalstücke aus doppelwandigen, wassergekühlten Kästen aufzubauen.-
Ebenso kann man statt der Aussparungen im Mauerwerk wärmeisolierende Schichten aus
verhältnismäßig weichem Stoff einfügen. Hierdurch wird erreicht, daß sich die Kanalwandungen
unter der Wirkung der heißen Gase frei ausdehnen können und nicht von beiden Seiten
ungleichförmig erhitzt werden.
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Die Dichtungszungen i :1 und 15 an der unteren Seite der Glocke greifen
in bekannter Weise in eine Rinne 16 ein, die aus einem ringförmigen Kranz
mit eingesetztem Kreuz besteht (Abb.8). Gemäß der Erfindung kann diese Rinne zur
Verbesserung der Kühlung doppelwandig sein, um eine unter Druck stehende Kühlflüssigkeit,
z. B. Wasser, hindurchzutreiben. Die Rinne selbst kann die verschiedenartigsten
Dichtungsstoffe enthalten, entweder in bekannter Weise Wasser oder auch Sand für
sich allein oder in Verbindung mit Wasser, Teer allein oder in Verbindung mit Wasser,
öl, Metallstaub, leicht schmelzende Metalle und ähnliche Stoffe. Die Kühlung in
der doppelten Rinnenwand dient dann sowohl zum Kühlen des Binneninhaltes wie zum
Schutz gegen cheinische--Einwirkungen der das Ventil durchziehenden Gase. Die Rinne
kann entweder auf dem die Kanalmündungen umschließenden Mauerwerk aufliegen oder
auch in dieses eingelassen sein. In letzterem Falle -wird eine wirksame Kühlung
der oberen Kanalkanten erzielt und die Haltbarkeit des Mauerwerks verbessert.
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Eine weitere Verbesserung der Kühlung kann in der Weise durchgeführt-werden,
daß man ein Rohr -17 (Abb. 9) nach der Mitte des Binnenkreuzes führt. Das
Rohr besitzt einen sternförmigen Aufsatz 18 mit vier Mündungen, zwischen denen die
mittlere Zunge 15 hindurchläuft. Durch das Rohr 17 wird die Kühlflüssigkeit zugeführt;
sie läuft dann außen wieder ab. Man kann auch außen zufließen lassen und innen absaugen.
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fVie Abb. io vergrößert zeigt, kann die Rinne unten zur Verbesserung
der Abdichtung bei i 9 mit Sand oder Teer oder anderen geeigneten körnigen Stoffen
gefüllt werden, über die eine Wasserschicht 2o gelegt wird. Es ist dann nötig, zur
Aufrechterhaltung des Wasserumlaufs in der Rinne U-förmige Umlaufrohre 21 einzufügen.
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Damit in die Rinne 16 keine Fremdkörper hineingelangen, kann die Glocke
9 außen mit einem wagerechten Flansch 22 zur Abdekkung der Rinne versehen sein (Abb.7).
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Abb. i i zeigt eine weitere Ausführungsform der Rinne 16 mit metallenen
Dichtungsflächen. An die Glocke 9 sind Dichtungsringe 23 angesetzt und in die Rinne
16 Dichtungsringe 24 eingelegt. Die Ringe können aufgeschlifffen, profiliert (gerippt,
gewellt) oder mit dichtenden Einlagen versehen sein. Da die Rinne auf diese Weise
völlig abgeschlossen wird, muß für die Wasserzu- oder -abführung eine Rohrleitung
z5 vorgesehen werden.
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In Abb. i 2 ist die Rinne doppelwandig dargestellt, und die Oberkanten
derselben sind als Dichtungsflächen benutzt. Auch diese Dichtungsflächen können
aufgeschliffen oder profiliert oder mit dichtenden Einlagen versehen sein. Ein Rohr
26 für den «Wasserumlauf durchdringt beide Rinnenwände und fährt zum Innenraum.
Im Hohlraum 27 zwischen den Rinnenwänden läuft ebenfalls Wasser um.
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In Abb. 13 ist eine der in Abb. 12 gezeichneten ähnliche Rinnenform
dargestellt. Jedoch besitzt die Glocke 9 unten einen verjüngten Ansatz 28, der die
Zunge 15 trägt und mit keilförmigen Dichtungsflächen 29 versehen ist. Die Rinne
hat innen- konsolartige Ansätze 3o, die sich der Förm des Fortsatzes 28 der Glocke
9 anpassen und mit Dichtungsflächen für die Auflage der Flächen 29 versehen sind.
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Abb. 14 zeigt eine weitere Ausführungsform der Rinne und der Kastenunterseite
mit doppelten, keilförmigen Dichtungsflächen. Abb. 15 ist Abb. 12 ähnlich.
Es sind jedoch- die doppelten, keilförmigen Dichtungsflächen (vgl. Abb. 14) auf
die Rinnenoberkante verlegt.
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In Abb. 16 taucht das untere Kastenende in die Rinne ein, und diese
ist in ihrem- unteren Teil verjüngt, so daß bei _3i Dichtflächen entstehen. Da hier
die einzelnen Binnenteile voneinander abgesperrt sind, müssen besondere Rohrleitungen
32, 33 und 34 für die Aufrechterhaltung des Wasserumlaufs vorgesehen werden. In
Abb. 17 sind die Dichtflächen - der Abb. 16 keilförmig gestaltet; außerdem sind
eine Anzahl Rohre eingefügt. Die Rohre 35 und 36 dienen dem Wasserumlauf im inneren
Binnenteil, während das Rohr 37 ein überlaufrohr ist. Angenommen, es fließe in der
Mitte des Kreuzes durch ein Rohr, wie es bei 17 in Abb. 8 und 9 dargestellt ist,
das Wasser zu, dann wird die Wassermenge so geregelt, daß sie in der Hauptsache
durch das Rohr 36 abfließt, und; daß das Rohr 37 gerade tropft. Man weiß dann stets,
daß die Rinne ausreichend gefüllt, aber nicht überfüllt ist.
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Abb. 18 und i 9 stellen weitere Ausführungsformen mit keilförmiger
Dichtung an der Glockenunterseite dar.
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Die Rinne nach Abb.2o ist doppelwandig zur Einführung von unter Druck
stehendem Kühlwasser, enthält aber innen eine nicht
flüssige, z.
B. könnigie Dichtungsmasse oder Teer oder einen anderen plastischen Stoff geeigneter
Beschaffenheit. Die Glocke 9 hat unten einen Ansatz 38 (Abb.2o), der keilförmig
in die Dichtungsmasse 39 eindringt und die Zunge 15 trägt.
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Abb.2i und 22 stellen eine weitere Ausführungsform der Glocke dar,
bei der hohle Stege '4o durch die halbkreisfönnige Glokkenhälfte hindurchlaufen,
die den Arm 41 des Kreuzes, der von der mittleren Scheidewand der Glocke nicht bedeckt
wird, in Abb. 8 den das Rohr 17 enthaltenden Arm abdecken und so das Dichtungsmittel
in diesem Arm gegen die Einwirkung der heißen Gase schützen. Um bei dieser Glocke
den Wasserumlauf sicherzustellen, sind zum Teil doppelte Böden vorhanden (s. Abb.
23), und die innere Wand 42 ist bis zur Oberkante der Glocke hochgeführt. Das Wasser
läuft durch ein Rohr 43 von oben in die Glocke hinein, fließt dann, wie der Pfeil
a andeutet, außen nach unten, läuft längs der Außenwand. über den Doppelboden 44
bis zu den Öffnungen. 45, wo es im Doppelboden, wie die Pfeile b andeuten, nach
der Mitte zurückkehrt. Dann läuft es gemäß den Pfeilen c durch den Steig 4o nach
der Mitte und unter dem Doppelboden 46 (s. die Pfeile d) nach außen. Hier befinden
sich im Doppelboden öffnungen 47, durch die das Wasser hindurchtreten und, wie die
Pfeile e andeuten, zwischen den Wänden 42 und 48 aufsteigen kann. Bei 49 (Abt. 21)
läuft das Wasser nach außen ab.
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In Abb. 24 besitzt nicht nur die Glocke geschlossene Querstege 40,
sondern es sind auch die sämtlichen Kreuzarme 50 und 5 t der Rinne 16 als
geschlossene Kästen ausgebildet, in denen Preßwasser umläuft. Die Berührungsflächen
zwischen den Annen 5o und 51 einerseits und der Glocke andererseits können aufgeschliffen,
in geeigneter Weise profiliert oder mit dichtenden Einlagen versehen sein.
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In *Abb. y ist noch eine Einrichtung zum Umschalten der Glocke dargestellt.
über der Glocke liegt ,eine Platte 52, die an einer Welle 53 drehbar aufgehängt
ist. Unten an der Platte sind zwei Bitnehmer 54 angebracht, die gebogene Schlitze
55 (s. Abb.8) besitzen. In die Schlitze 55 greifen Stifte 56 an der Glocke 9 ein.
Außerdem ist die Glocke mit einem Flansch 57 versehen und mit Hilfe von Kugehi oder
Rollen auf einem ringförmigen Bock 58 gelagert. Der Bock 58 wird von senkrechten
Stangen 59 :getragen, die mit Rollen 6o an Führungen 61 laufen. Außerdem sind an
den Stangen 59 Rollen 62 gelagert, die auf dem senkrechten Kranz 63 der Scheibe
52 aufliegen. Der Kranz 63 ist mit als Schubkurve dienenden Vertiefungen 64 versehen.
In der Ruhelage der Glocke liegen die Rollen 62 in den Vertiefungen 64. Will man
die Glocke umschalten, so wird die Scheibe 52 mit Hilfe der Welle 53 gedreht. Dann
werden mit Hilfe der Schubkurven 64 die Rollen 62, die Träger 59 und die Glocke
angehoben, bis die mittlere Zunge 15 aus der Rinne 16 herausgehoben ist.
Sobald dies geschehen ist, kommen die Stifte 56 am entgegengesetzten Ende der Mitnehmerschlitze
55 zur Anlage, und jetzt wird die Glocke mitgedreht, bis sie an einen Anschlag stößt.
Dann 'wird die Glocke festgestellt und, die Scheibe 52 so lange zurückgedreht, bis
die Rollen 62 wieder an der tiefsten Stelle der Vertiefungen 64 liegen. Hierbei
senkt sich die Glocke wiederum in die in Abb. 7 dargestellte Lage.