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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Drehherdofen zur Herstellung
von reduziertem Metall durch Erwärmen
und Reduzieren von Kohlenstoff-enthaltenden Materialien, welche
mindestens aus Metalloxid-enthaltendem Material und kohlenstoffhaltigem
Reduktionsmaterial zusammengesetzt sind, und insbesondere eine Struktur
eines Herds.
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In
letzter Zeit nimmt der Bedarf für
reduziertes Eisen, da Stahlprodukte aktiv unter Verwendung eines Elektrolichtbogenofens
hergestellt werden, aufgrund der Probleme der Versorgung mit Schrott
als Hauptausgangsmaterial der Stahlprodukte oder aufgrund der Nachfrage
für die
Herstellung von Stahl mit hoher Qualität in dem Elektrolichtbogenofen
mehr und mehr zu.
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Als
eines der Verfahren zur Herstellung von reduziertem Eisen ist ein
Verfahren bekannt, bei dem feines Erz- und Kohlematerial wie z.B.
Kohlepulver oder Kokspulver zur Bildung eines agglomerierten Materials, wie
z.B. Pellets, gemischt werden, das in einen Drehherdofen eingespeist
und auf eine hohe Temperatur erwärmt
wird, um Eisenoxid zu Eisen zu reduzieren, so dass festes metallisches
Eisen erhalten wird.
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Ferner
kann ein solches Reduktionsverfahren nicht nur zur Herstellung von
metallischem Eisen, sondern auch zur Reduktion eines Nichteisenmetalls,
wie z.B. Ni und Cr, verwendet werden.
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Reduziertes
Eisen wird durch den Drehherdofen beispielsweise wie folgt hergestellt
(vgl. die 5).
- (1)
Gepulvertes Eisenoxid und gepulvertes kohlenstoffhaltiges Material
werden gemischt und zur Bildung von Rohpellets pelletiert.
- (2) Die Rohpellets werden zur Entfernung von enthaltener Feuchtigkeit
auf einen Temperaturbereich erwärmt,
der derart ist, dass brennbare flüchtige Komponenten, die von
den Pellets erzeugt werden, sich nicht entzünden können, um trockene Pellets (nachstehend
einfach als Pellets bezeichnet) zu erhalten.
- (3) Die Pellets 7 werden unter Verwendung einer geeigneten
Einspeisungseinheit 13 in den Drehherdofen 17 eingespeist,
so dass auf dem Drehherd 1 eine Pelletschicht gebildet
wird.
- (4) Die Pellets, die eine Schicht gebildet haben, werden zur
Reduktion durch die Verbrennung mittels eines Brenners 17c,
der in dem oberen Teil im Inneren des Ofens installiert ist, durch
Strahlungswärme
erwärmt, so
dass durch eine Metallisierung reduziertes Eisen gebildet wird.
- (5) Dieses reduzierte Eisen wird durch direktes Gassprühen auf
das reduzierte Eisen durch einen Kühler 18 oder indirektes
Kühlen
unter Verwendung eines Kühlwassermantels
auf eine Temperatur gekühlt,
die eine mechanische Handhabung erlaubt, und dann durch eine Austrageinheit 12 aus
dem Ofen ausgetragen, um reduzierte Eisenprodukte zu erhalten.
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Die 6 ist
eine Schnittansicht des Drehherdofens zur Veranschaulichung dieses
Verfahrens (4). Der Drehherd 1 weist eine Anzahl
von Rädern 19 auf,
die an dessen Boden angebracht sind, so dass sich dieser mittels
einer Antriebseinheit (nicht gezeigt) mit einer konstanten Geschwindigkeit
auf einer Kreisbahn 20 dreht. Eine Abdeckung 21 zum
Abdecken des oberen Teils des Drehherds besteht aus einer Deckenfläche 22 und
einer Seitenwand 2 und ist am Boden fixiert. Daher ist
es erforderlich, Gas innerhalb des Ofens und die atmosphärische Luft
abzuschirmen, während
der Drehherd 1 frei um die Abdeckung 21 drehen
gelassen wird, und im Allgemeinen ist eine Wassersperreinrichtung 4 zwischen
dem Drehherd 1 und der Seitenwand 2 installiert.
Die Wassersperreinrichtung 4, wie sie in der 6 gezeigt
ist, umfasst einen kreisförmigen
Metallkasten, der als Sperrtrog bezeichnet wird, mit Wasser gefüllt ist
und integral an dem unteren Ende der beiden Seitenwände 2 installiert
ist, und einen nach unten gerichteten kreisförmigen Metallrand 4a,
der in dem Herd 1 integral unter beiden Seitenenden 1a des
Drehherds 1 installiert ist, wobei die Führungsenden
des Rands 4a in das Wasser 4b in den Sperrtrögen 4 eingetaucht
sind, ohne mit den Sperrtrögen 4 in
Kontakt zu sein.
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Da
der Herd 1 mittels Strahlungswärme von dem oberen Teil her
mit dem in der Abdeckung 22 installierten Brenner 17c auf
eine hohe Temperatur erwärmt
wird, wenn die Pellets 7 auf dessen oberen Teil aufgebracht
worden sind, wird eine Struktur eingesetzt, bei der ein isolierendes,
nicht-geformtes Feuerfestmaterial 5 schichtartig auf der
unteren Oberflächenseite
des Herds angeordnet ist und ein wärmebeständiges nicht-geformtes Feuerfestmaterial
schichtartig auf der oberen Oberflächenseite des Herds angeordnet
ist.
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Da
das Erwärmen
und Kühlen
in einem kurzen Zeitraum (für
10 bis 20 min) in der Nähe
der oberen Oberfläche
des Herds 1 zum Beschicken der Pellets 7 wiederholt
werden, kann ein Feuerfestmaterial mit normaler Qualität durch
Abplatzen und dergleichen beschädigt
werden.
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Auch
aufgrund von Faktoren wie einem Rollen, einem Abrieb oder einem
Stoß durch
das Herabfallen beim Zuführen
der Pellets 7 auf die obere Oberfläche des Herds 1, liegt
ein feines Material, das aus den Pellets 7 erzeugt worden
ist, zusammen mit den Pellets 7 in dem Ofen als Gemisch
vor und wird zu Eisenpulver reduziert, so dass eine akkumulierte
Materialschicht auf der oberen Oberfläche des Herds 1 gebildet
wird. Daher wird der Bereich in der Nähe der oberen Oberfläche des
Herds 1 häufig
aus einem Herdmaterial gebildet, das Eisenoxid als Hauptbestandteil
aufweist, so dass dieser kein Problem des Abplatzens aufweist und
die akkumulierte Materialschicht leicht entfernt wird.
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Ferner
werden die Pellets 7, wie es in der 6 gezeigt
ist, nicht in der Nähe
der Spitzen der Seitenenden 1a des Herds aufgebracht, um
zu verhindern, dass die Pellets 7 zu dem Sperrtrog 4 herabfallen.
Daher sind, während
die obere Oberfläche 1u des
Feuerfestmaterials der Seitenenden 1a des Herds direkt
der Strahlungswärme
von dem Inneren des Ofens, wie z.B. von dem heißen Brenner 17c, dem
Inneren der Deckenfläche 22,
der Abdeckung 21 und dem Inneren der Seitenwand 2 ausgesetzt
ist und eine erhöhte
Temperatur aufweist, so dass sie sich in einem großen Bereich
ausdehnt, die Seitenwände 1s des
Feuerfestmaterials der Seitenenden 1a des Herds nicht direkt
der Strahlungswärme
ausgesetzt und dehnen sich somit nicht aus. Daher tritt in der Kante 1e (nachstehend
als Herdkante des Feuerfestmaterials der Seitenenden 1a des
Herds bezeichnet) eine große
Spannung auf, die durch eine Wärmeverformung
verursacht wird, die zusammen mit der geringen Festigkeit aufgrund
eines unzureichenden Brennens zu einem Abplatzen führen kann.
Wenn die Herdkante 1e abplatzt, fallen zerbrochene Stücke zu dem
Sperrtrog 4 herab und es besteht eine Tendenz dahingehend,
dass auch die Pellets 7, die in der Nähe der Herdkante 1e aufgebracht
sind, zu dem Sperrtrog 4 herabfallen. Dies vermindert nicht
nur die Ausbeute der reduzierten Eisenprodukte, sondern kann auch
die Drehung des Herds 1 stoppen, da auf dem Boden des Sperrtrogs 4 eine
schlammförmige
Ablagerung auftritt und das Führungsende
des Rands 4a in der Ablagerung eingebettet ist.
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Demgemäß ist es
eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Herdstruktur bereitzustellen,
durch die ein Feuerfestmaterial an Seitenenden des Herds nicht beschädigt wird
und Kohlenstoff-enthaltende Materialien (wie z.B. Kohlenstoff-enthaltende
Pellets) nicht nach unten zu der Wassersperreinrichtung (Sperrtrog) fallen.
Ferner ist es eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren
zur Verbesserung der Ausbeute an reduziertem Metall bereitzustellen.
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Als
Mittel zur Lösung
der vorstehend genannten Probleme betrifft die Erfindung gemäß Anspruch
1 einen Drehherdofen zur Herstellung von reduziertem Metall durch
Erwärmen
und Reduzieren von Kohlenstoff-enthaltenden Materialien, welche
aus Metalloxid-enthaltendem Material und kohlenstoffhaltigem Reduktionsmaterial
zusammengesetzt sind, umfassend: einen Herd zum Beschicken der Kohlenstoff-enthaltenden Materialien
und eine Abdeckung zum Bedecken der gesamten Oberseite der Herdform,
wobei die oberen Teile von beiden Seitenenden des Herds mit einem
Seitenwandunterende der Abdeckung bedeckt sind, und ein Kühlmittel
bzw. eine Kühleinrichtung
an dem unteren Ende der Seitenwand bereitgestellt ist. In diesem
Fall können
die oberen Seiten von beiden Seitenenden der oberen Oberfläche des
Herds mit einem Teil des Seitenwandunterendes abgedeckt sein, während sie
mit dem Seitenwandunterende der Abdeckung abgedeckt sind.
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Das
Seitenwandunterende der Abdecknung deckt die Seitenenden der oberen
Oberfläche
des Herds so ab, dass das Feuerfestmaterial der Seitenenden nicht
direkt der Strahlungswärme
von dem Inneren des Ofens ausgesetzt ist. Die Herdkante wird dabei
nicht durch die Wärme
verformt und ein Abplatzen der Herdkante findet nicht statt. Die
Kühleinrichtung
ist in dem Seitenwandunterende installiert, um die Wärmeverformung
in den Kanten des Seitenwandunterendes im Inneren des Ofens zu mäßigen und
ein Abplatzen in diesem Abschnitt zu vermeiden.
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Erfindungsgemäß ist der
Drehherdofen zur Herstellung von reduziertem Metall gemäß Anspruch
1 daher dadurch gekennzeichnet, dass ein vertikaler Abschnitt, welcher
eine Rotationsachse des Drehherdofens einschließt, eine Kombination von θ und L aufweist,
welche beide den folgenden Gleichungen 1 und 2 genügen: L·tanθ ≥ 30 Gleichung 1 L ≥ 0,16θ2 – 2,44θ + 92 Gleichung 2wobei θ (°) der minimale
Depressionswinkel für
das Exponieren von mindestens einem Bereich des Herdseitenendes
ist, wenn das Herdseitenende abwärts
von einem Führungsende
an der Herdmittelseite in dem unteren Ende der Seitenwand betrachtet
wird, und L (mm) die horizontale Länge von dem Führungsende
zu einer Position an dem Seitenende ist, um den minimalen Depressionswinkel
aufzuweisen.
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Da
erfindungsgemäß die Temperatur
der Kante in einem Ausmaß vermindert
werden kann, dass ein Abplatzen in der Herdkante nicht stattfinden
kann, wenn die Atmosphärentemperatur
in dem Ofen bei oder unter 1200°C
liegt, kann der Effekt der Erfindung gemäß Anspruch 1 sichergestellt
werden.
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Die
Erfindung gemäß Anspruch
2 betrifft den Drehherdofen zur Herstellung von reduziertem Metall nach
Anspruch 1, wobei die Gleichung 2 von L ≥ 0,16θ2 – 2,44θ + 92 nach
L ≥ 0,19θ2 – 2,44θ + 100 ersetzt
ist.
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Erfindungsgemäß kann selbst
dann, wenn die Atmosphärentemperatur
in dem Ofen höher
als 1200°C ist,
die Temperatur der Herdkante in einem Ausmaß gesenkt werden, dass ein
Abplatzen in der Herdkante nicht stattfinden kann, wenn die Atmosphärentemperatur
bei oder unter 1400°C
liegt, und folglich kann der Effekt der Erfindung gemäß Anspruch
1 sichergestellt werden.
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Die
Erfindung gemäß Anspruch
3 betrifft den Drehherdofen zur Herstellung von reduziertem Metall nach
Anspruch 1 oder 2, wobei das Seitenende eine geneigte Oberfläche mit
einem Aufwärtsgradienten
zu einem Seitenführungsende
entgegengesetzt zu der Herdmittelseite aufweist.
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Erfindungsgemäß fallen
Kohlenstoff-enthaltende Materialien nicht zu der Wassersperreinrichtung (Sperrtrog)
herab, so dass die Drehung des Herds nicht beeinträchtigt wird.
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Die
Erfindung gemäß Anspruch
4 betrifft den Drehherdofen zur Herstellung von reduziertem Metall nach
einem der Ansprüche
1 bis 3, wobei das Seitenende aus einem gebrannten, vorgefertigten
Feuerfestmaterial oder einem geformten Feuerfestmaterial gebildet
ist.
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Erfindungsgemäß kann das
Feuerfestmaterial des Seitenendes außerhalb des Ofens so gebrannt werden,
dass es einen ausreichenden Festigkeitsgrad aufweist, wodurch das
Problem der niedrigen Festigkeit des Seitenendes aufgrund des unzureichenden
Brennens, das vorstehend beschrieben worden ist, verhindert werden
kann, so dass ein Abplatzen der Herdkante effektiver verhindert
werden kann.
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Die
Erfindung nach Anspruch 5 betrifft ein Verfahren zur Herstellung
von reduziertem Metall durch Erwärmen
und Reduzieren von Kohlenstoff-enthaltenden Materialien, welche
aus Metalloxid-enthaltendem Material und kohlenstoffhaltigem Reduktionsmaterial
zusammengesetzt sind, umfassend die Schritte: Beschicken der Kohlenstoff-enthaltenden
Materialien auf den Herd des Drehherdofens zur Herstellung von reduziertem Metall
nach einem der Ansprüche
1 bis 4, und Erwärmen
und Reduzieren der kohlenstoffhaltigen, wärmebehandelten Produkte.
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Erfindungsgemäß findet
ein Abplatzen in der Herdkante nicht statt und folglich können die
Pellets nicht zu dem Sperrtrog herabfallen, so dass die Ausbeute
an reduziertem Metall verbessert werden kann.
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1 ist
eine Schnittansicht zur Veranschaulichung einer Herdstruktur eines
erfindungsgemäßen Drehherdofens
zur Herstellung von reduziertem Metall;
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2 veranschaulicht
die Beziehung zwischen der Überlappungslänge L, dem
Depressionswinkel θ und
der Temperatur einer Herdkante;
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3 zeigt
den Kombinationsbereich der Überlappungslänge L und
des Depressionswinkels θ der
Erfindung gemäß den Ansprüchen 2 und
3;
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4 ist eine Schnittansicht zur Veranschaulichung
einer Herdstruktur mit einer geneigten Oberfläche mit einem Aufwärtsgradienten
zu der Herdkante der Erfindung gemäß Anspruch 4;
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5 ist
eine Draufsicht zur schematischen Veranschaulichung eines Drehherdofens
zur Herstellung von reduziertem Eisen; und
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6 ist
eine Schnittansicht zur Veranschaulichung einer ursprünglichen
Herdstruktur eines Drehherdofens zur Herstellung von reduziertem
Eisen.
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Die 1 zeigt
eine Ausführungsform
der Erfindung. In der 1 ist eine Struktur in der Nähe einer Seitenwand
eines vertikalen Schnitts in einer radialen Richtung eines Drehherds
(beispielsweise eines Schnitts entlang der Linie A-A, die in der 5 gezeigt
ist) in einer in der 5 gezeigten Verbrennungseinheit (ein
Bereich von einer Einspeisungseinheit 13 bis zu einer Kühleinheit 12 in
einer Drehrichtung) gezeigt. Da die äußere Umfangsseite und die innere
Umfangsseite die gleiche Struktur in der Nähe der Seitenwand aufweisen,
ist nur eine davon gezeigt. Der Herd 1 besteht aus einer
schichtartigen Konfiguration vom Boden bis zur Spitze, z.B. in der
Reihenfolge einer isolierenden Feuerfestmaterialschicht 5a,
einer wärmebeständigen Feuerfestmaterialschicht 5b und
einer Herdmaterialschicht 6, mit Ausnahme eines Seitenendes 1a,
das durch die Bereitstellung einer Schicht aus einem vorgefertigten
Feuerfestmaterial 5c, das gebrannt wird (nachstehend als
gebranntes, vorgefertigtes Feuerfestmaterial auf der isolierenden
Feuerfestmaterialschicht 5a bezeichnet), aufgebaut ist.
Ferner grenzt das Seitenende 1a an das untere Ende 2a einer
Seitenwand 2 einer Abdeckung an und wird dadurch abgedeckt,
so dass es in einem bestimmten Bereich überlappt. Dies verhindert,
dass die obere Oberfläche 1u des
Seitenendes 1a direkt der Strahlungswärme von dem Inneren des Ofens
und insbesondere von der Oberseite des Ofens ausgesetzt ist, so
dass die Wärmeverformung
einer Herdkante 1e gemäßigt wird,
wodurch die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung, wie z.B. eines Abplatzens, einer
Erosion durch Austragen von heißem
DRI (Eisenschwamm), einer Korrosion, usw., aufgrund der Hochtemperaturbedingungen
an der Herdkante 1e vermindert wird. Selbst wenn es nicht
erforderlich ist, dass das Seitenende 1a auf das gebrannte,
vorgefertigte Feuerfestmaterial 5c beschränkt ist,
da das Seitenende 1a im Vorhinein gebrannt worden ist,
so dass es ein ausreichendes Ausmaß an Festigkeit zeigt, wenn
das gebrannte, vorgefertigte Feuerfestmaterial 5c verwendet
wird, kann die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung in der Herdkante 1e weiter
vermindert werden. Auch wenn als das gebrannte, vorgefertigte Feuerfestmaterial 5c ein Rahmen
mit einer Form hergestellt wird, welche die äußere Umfangsseite und die innere
Umfangsseite des Herds 1 in einer geeigneten Anzahl in
der Umfangsrichtung aufteilt, und ein gebranntes Material (Randziegel) durch
Gießen
eines nicht-geformten Feuerfestmaterials in den Rahmen gefolgt von
einem Formen außerhalb des
Ofens und einem Brennen hergestellt wird, um in dem Ofen installiert
zu werden, ersetzt selbst dann, wenn einer der Randziegel 5c abplatzt,
der vorher angeordnete Randziegel 5c den abgeplatzten Randziegel,
nachdem der Ofen abgekühlt
worden ist, so dass der Betrieb ohne Verzögerung wieder aufgenommen werden kann.
Selbst wenn ein geformtes Feuerfestmaterial das gebrannte, vorgefertigte
Feuerfestmaterial ersetzen kann, um den gleichen Effekt zu erhalten,
ist das gebrannte, vorgefertigte Feuerfestmaterial im Allgemeinen bevorzugt,
da das geformte Feuerfestmaterial Vorgänge wie z.B. ein Schneiden
des Feuerfestmaterials erfordert, um es an die Form des Herds anzupassen,
wodurch die Arbeitskosten häufig
erhöht
werden. Wenn im Gegensatz dazu das Feuerfestmaterial des Seitenendes 1a mit
dem nicht-geformten Feuerfestmaterial in dem Ofen installiert wird,
wird nach dem Abkühlen
des Ofens zusätzliche
Zeit benötigt,
um den abgeplatzten Teil mit dem nicht-geformten Feuerfestmaterial
zu reparieren und diesen reparierten Abschnitt durch den Brenner 17c des
Ofens zu brennen. Zusätzlich
dazu, dass die Betriebsrate des Drehherdofens 17 vermindert
wird, besteht ein Problem dahingehend, dass einige Teile, wie z.B.
die Seiten 1s des Herds, eine geringe Festigkeit aufweisen,
da das gesamte Feuerfestmaterial des Seitenendes 1a nicht
unter Erwärmen
gebrannt werden kann.
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Das
untere Ende 2a der Seitenwand ist z.B. als nicht-geformtes
Feuerfestmaterial bereitgestellt, worin eine Kühleinrichtung 3 z.B.
als Metallkühlwasserrohr
eingebettet ist. Vorzugsweise ist das Kühlwasserrohr 3 mit
einer Ankerplatte 3a verschweißt, so dass ein Kühleffekt
die Oberfläche
des Feuerfestmaterials erreichen kann. Alternativ kann anstelle
des Kühlwasserrohrs 3 ein
kastenförmiger
Kühlwasserkanal
verwendet werden und das Kühlen
kann unter Verwendung von Gas anstelle von Wasser durchgeführt werden.
Da das Kühlen bis
zur Oberfläche
des Feuerfestmaterials durchgeführt
wird, kann die Festigkeit des Feuerfestmaterials selbst erhöht werden,
wodurch ein Verschleiß der
Oberfläche
des Feuerfestmaterials aufgrund des Schweißens und dergleichen verhindert
wird. Ferner wird die Temperaturdifferenz zwischen der Innenoberfläche des
Ofens in dem Seitenwandunterende und der unteren Oberfläche vermindert,
so dass die Wärmeverformung
der Seitenwandkante 2e gemäßigt werden kann, um eine Beschädigung der
Seitenwandkante 2e zu verhindern. Wenn die Kühleinrichtung 3 nicht
in dem Seitenwandunterende 2a installiert ist, wird die
Seitenwandkante 2e aufgrund der Wärmeverformung durch die Temperaturdifferenz
zwischen der Innenoberfläche
des Ofens und der unteren Oberfläche
beschädigt,
und eine effektive Abdeckung (A) des Herdseitenendes 1a ist
beschränkt,
so dass die Herdkante 1e beschädigt werden kann. Ferner ist
es bevorzugt, die Kühleinrichtung 3,
wie z.B. ein Kühlwasserrohr
oder einen kastenförmigen
Kühlwasserkanal,
in dem Seitenwandunterende 2a einzubetten, da die eingebettete
Kühleinrichtung 3 zusätzlich zu
diesem Effekt angepasst werden kann, zum Tragen des Gewichts des
Seitenwand-Feuerfestmaterials 5 zu dienen.
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Die
Installation des Feuerfestmaterials des Herds wird vorzugsweise
z.B. in der folgenden Reihenfolge durchgeführt: Als erstes wird die isolierende
geformte oder nicht-geformte Feuerfestmaterialschicht 5a über die gesamte
Herdbreite installiert, worauf eine Alterung und Verfestigung folgt. Über der
Feuerfestmaterialschicht 5a werden die Randziegel 5c aus
dem gebrannten, vorgefertigten Feuerfestmaterial über die
gesamten inneren und äußeren Umfänge des
Herdseitenendes angeordnet, so dass eine Bande 1a gebildet
wird (die A angibt, wobei die Beschreibung von A nachstehend weggelassen
wird). Das wärmebeständige, nicht-geformte Feuerfestmaterial 5b wird
zwischen der Bande 1a der inneren und äußeren Umfänge etwas niedriger angeordnet
als die Bande 1a. Dann wird der Ofen durch den Brenner 17c erwärmt, um
das nicht-geformte Feuerfestmaterial 5b zu trocknen und
zu brennen. In eine Vertiefung, die aus der Bande 1a und
dem nicht-geformten Feuerfestmaterial 5b nach dem Brennen
gebildet wird, wird ein Herdmaterial 6, das Eisenoxid als
Hauptbestandteil aufweist, in der Form von Klumpen oder eines Pulvers
gefüllt,
das unter Verwendung des Brenners 17c zur Bildung der Herdoberfläche zum
Beschicken bzw. Aufbringen von Pellets 7 erwärmt wird.
Dadurch ist der Herd frei von einer Beschädigung aufgrund eines Abplatzens
und kann flach bleiben, da eine akkumulierte Materialschicht, die
auf der oberen Oberfläche
des Herds gebildet wird, einfach entfernt werden kann. Alternativ
kann der Randziegel 5c nach dem Aufbringen, Trocknen und
Verfestigen des nicht-geformten Feuerfestmaterials 5b installiert
werden.
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Ferner
haben die Erfinder gefunden, dass das Abplatzen der Herdkante 1e aufgrund
der Wärmeverformung
der Herdkante 1e stattfindet, die eng mit der Temperatur
der Herdkante 1e zusammenhängt und in der folgenden Weise
untersucht worden ist.
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Unter
Bezugnahme auf die 1 ändert sich die Temperatur in
der Nähe
der Herdkante 1e aufgrund der geometrischen Konfiguration
in der Nähe
des Herdseitenendes 1a, wobei eine direkte Messung der
Temperatur schwierig ist. Daher werden unter Berücksichtigung der Strahlungswärmeübertragung über eine
Lücke zwischen
dem Herd 1 und der Seitenwand 2 von der Innenseite
des Ofens und der Leitungswärmeübertragung von
der oberen Oberfläche
des Herds 1 die Temperatur der Herdkante und dergleichen
mittels einer Wärmeübertragungsberechnung
abgeschätzt.
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Gemäß der 2 wird
dann, wenn die Atmosphärentemperatur
in dem Ofen auf 1400°C
nahe an der oberen Grenztemperatur bei der Herstellung von reduziertem
Eisen unter Verwendung des Drehherdofens 17 eingestellt
wird, eine Auftragung der Temperatur der Herdkante vorgenommen,
die durch eine Wärmeübertragungsberechnung
unter Verwendung von Parametern wie z.B. des Depressionswinkels θ abwärts von
der Herdkante 1e von der Seitenwandkante 2e, die
in der 1 gezeigt ist, betrachtet, und einer horizontalen
Länge L
von der Seitenwandkante 2e zu der Herdkante 1e (die
Länge,
bei der das Seitenwandunterende und die obere Oberfläche des
Herds überlappen,
nachstehend einfach als Überlappungslänge bezeichnet)
erhalten wird. Ferner sind Herdstrukturen bereitgestellt (entsprechend
den Experimenten Nr. 2, 4 und 5, die nachstehend beschrieben werden),
bei denen der Depressionswinkel θ und
die Überlappungslänge L unter
Verwendung des gebrannten, vorgefertigten Feuerfestmaterials aus
gießbaren
Feuerfestmaterialien auf Aluminiumoxidbasis für das Herdseitenende in einem
vorhandenen Drehherdofen (Herddurchmesser 8,5 m und Herdbreite 1,25
m) in Form von drei Arten variiert werden. Die Atmosphärentemperatur
wird in dem Ofen auf etwa 1400°C
eingestellt, um Experimente zur Herstellung von reduziertem Eisen
für einen
bestimmten Zeitraum (22 bis 30 Tage) durchzuführen, das Abplatzen der Herdkante 1e wird
untersucht und die entsprechenden Ergebnisse sind in der 2 gezeigt.
In der 2 bedeutet das Symbol O, dass die Herdkante 1e kein
Abplatzen aufweist, und das Symbol × bedeutet, dass die Herdkante 1e ein
Abplatzen aufweist. Aus diesen Ergebnissen ist ersichtlich, dass
die Herdkante 1e eine sehr geringe Wahrscheinlichkeit eines
Abplatzens aufweist, wenn die Temperatur der Herdkante bei oder
unter 550°C
gehalten wird. Vorzugsweise werden die Überlappungslänge L so
groß wie
möglich
und der Depressionswinkel so klein wie möglich eingestellt, um die Temperatur der
Herdkante bei oder unter 550°C
zu halten, jedoch ist es erforderlich, die folgenden Bedingungen
zu berücksichtigen.
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Wenn
der Spalt zwischen dem Herdseitenende 1a und dem Seitenwandunterende 2a zu
klein eingestellt wird, kann sich das Pellet 7 in dem Spalt
festsetzen, so dass die Drehung des Herds 1 unterbrochen
wird. Daher beträgt
der Spalt im Hinblick darauf, dass der Durchmesser des Pellets im
Gebrauch im Allgemeinen 5 bis 20 mm beträgt, vorzugsweise mindestens
30 mm.
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Wie
es vorstehend erwähnt
worden ist, ist es zur Verhinderung eines Abplatzens der Herdkante 1e bevorzugt,
dass die folgenden Gleichungen 1 und 2 erfüllt sind: L·tanθ ≥ 30 Gleichung 1 L ≥ 0,16θ2 – 2,44θ + 92 Gleichung 2wobei
L die Einheit mm und θ die
Einheit Grad (°)
hat. Ferner wird die Gleichung 2 durch Ablesen von Kombinationen
aus der Überlappungslänge L und
der Neigung θ,
wenn die Temperatur der Herdkante 550°C beträgt, aus einer Näherung der
Kurve von 2 erhalten.
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Die 3 zeigt
die Gleichungen 1 und 2. Mit anderen Worten: Eine Fläche über einer
Kurve entspricht der Gleichung 1 und eine andere Fläche über einer
Kurve b entspricht der Gleichung 2. Daher können Kombinationen von L, wobei
es sich um beliebige Punkte in dem Bereich sowohl über der
Kurve a als auch über
der Kurve b handelt (einschließlich
die Punkte auf den Kurven), und θ ein
Abplatzen der Herdkante 1e verhindern.
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Wenn
darüber
hinaus die Überlappungslänge L auf
oder unter 400 mm eingestellt wird, kann der offene Bereich des
Ofenherds, der nicht zur Herstellung von reduziertem Eisen verwendet
wird, minimiert werden, während
eine Dicke sichergestellt wird, die für die Wärmeisolierung des Ofens erforderlich
ist, wobei es sich um den ursprünglichen
Zweck der Seitenwand 2 handelt, und die bezüglich einer
wirtschaftlichen Basis, wie z.B. der Verminderung der Herstellungskosten
des Ofens, bevorzugt ist. Daher werden die Kombinationen von L und θ in dem
Bereich einer geneigten Region von 3 ausgewählt, die
durch die Gerade c und die Kurven a und b definiert ist, worin eine
Region, die mit gestrichelten Linien unter der Geraden c markiert
ist, der Bedingung L ≤ 400
mm entspricht. Dabei können
vorzugsweise das Abplatzen der Herdkante 1e verhindert
und die Herstellungskosten des Ofens vermindert werden.
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Ferner
zeigt die Beschreibung eine bevorzugte Bedingung, bei der die Atmosphärentemperatur 1400°C beträgt, was
nahe an der Obergrenze in dem Ofen bei der Herstellung von reduziertem
Eisen durch den Drehherd 17 liegt, wohingegen die Atmosphärentemperatur
in dem Ofen aufgrund verschiedener Beschränkungen, wie z.B. der Merkmale
des eingesetzten Ausgangsmaterials, manchmal auf 1200°C eingestellt wird.
In diesem Fall werden die Bedin gungen von Gleichung 2 eingesetzt,
da die Temperatur der Herdkante verglichen mit der Atmosphärentemperatur
im Ofen von 1400°C
abgesenkt ist. Die Atmosphärentemperatur wird
auf 1200°C
eingestellt und die Wärmeübertragung
wird in der gleichen Weise, wie es vorstehend beschrieben worden
ist, berechnet, um eine Zeichnung (nicht gezeigt) wie in der 2 zu
erhalten, wodurch die Herdkante 1e eine niedrige Wahrscheinlichkeit
eines Abplatzens aufweist. Unter der Bedingung, dass das Führungsende
der Kante eine Temperatur von oder unter 550°C aufweist, wird die Gleichung
2' wie folgt erhalten: L ≥ 0,19θ2 – 2,44θ + 100 Gleichung 2'
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Die
Gleichung 1 ist eine einschränkende
Bedingung, die ungeachtet der Atmosphärentemperatur in dem Ofen ohne Änderung
einfach geometrisch bestimmt wird, wobei ein bevorzugter Kombinationsbereich
der Überlappungslänge L und
des Depressionswinkels θ bei
der Atmosphärentemperatur
in dem Ofen von 1200°C sowohl
der Gleichung 1 als auch der Gleichung 2' genügt.
Wenn die Gleichung 2' auch
in der 3 aufgetragen wird, entspricht die Fläche über der
Kurve b' der Gleichung
2' und die Fläche über der
Kurve a und die Fläche über der
Kurve b' (einschließlich der
Fläche
auf der Kurve b')
entsprechen dem Bereich der Auswahl von L und θ, der breiter ist als in dem
Fall, bei dem die Atmosphärentemperatur
in dem Ofen 1400°C
beträgt.
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Da
die Atmosphärentemperatur
in dem Ofen aufgrund der Qualitäten
der eingesetzten Ausgangsmaterialien unterschiedlich ist, kann eine
geeignete Ofenstruktur in diesem Fall auf der Basis des technischen Prinzips
der Erfindung verwendet werden.
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Ferner
kann, während
die Temperatur an der Herdkante gemäß der Wärmeleitfähigkeit des gebrannten, vorgefertigten
Feuerfestmaterials 5c mehr oder weniger variiert wird,
und auch das Material des Feuerfestmaterials bezüglich der Temperatur der Herdkante,
bei der die Herdkante 1e kein Abplatzen aufweist, mehr oder
weniger Unterschiede verursacht, in dem Fall des gebrannten, vorgefertigten
Feuerfestmaterials im Bereich der Wärmeleitfähigkeit und des Materials,
die im Allgemeinen eingesetzt werden, der Bereich zur Verhinderung
eines Abplatzens der Herdkante 1e gemäß der 3 ausgedrückt werden.
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Während die
obere Oberfläche
der Herdseitenkante 1a im Allgemeinen flach ausgebildet
ist, so dass reduziertes Metall einfach mit einer Schnecke oder
einem Schrapper ausgetragen werden kann, kann eine geneigte Oberfläche 1k ausgebildet
werden, die einen Aufwärtsgradienten
zu der Herdkante (Seitenführungsende) 1e auf
dem Herdseitenende 1a aufweist, wie es in den 4A und 4B gezeigt
ist, um zu verhindern, dass die Pellets zu dem Sperrtrog herabfallen.
Während
der Winkel der geneigten Oberfläche 1k nicht
speziell beschränkt
ist, wird der Winkel in dem Herdseitenende in einem Bereich (im
Allgemeinen die innere Umfangsseite), die sich von dem Bereich (im
Allgemeinen die äußere Umfangsseite)
unterscheidet, bei dem die Pellets aus reduziertem Eisen aus dem
Ofen durch eine Austrageinheit ausgetragen werden, vorzugsweise
mindestens auf den Schüttwinkel
der Pellets 7 von z.B. 25° eingestellt, so dass die Pellets 7,
welche die geneigte Oberfläche
erreichen, einfach in den ursprünglichen
Ofen zurückkehren
können.
Darüber
hinaus ist es bevorzugt, dass die Umgebung der Herdkante 1e im
Vorhinein schräg
geschnitten wird (4C) oder mit einem Radius R
(nicht gezeigt) ausgestattet wird, so dass sie eine Konfiguration
zur Verteilung einer Spannung aufweist, so dass die Herdkante 1e kaum
ein Abplatzen aufweist. Ferner sind die Definitionen der Überlappungslänge L und
des Depressionswinkels θ zusammen
in den 4A bis 4C gezeigt,
worin eine solche Konfiguration des Herdseitenendes 1a vorliegt.
Mit anderen Worten: Der Depressionswinkel θ ist der minimale Depressionswinkel
für das
Exponieren von mindestens einem Bereich des Herdseitenendes 1a,
wenn das Herdseitenende 1a abwärts von der Seitenwandkante 2e betrachtet
wird. Ferner ist die Überlappungslänge L ein
horizontaler Abstand bis zu einer Position 1z auf dem Herdseitenende 1a,
das den minimalen Depressionswinkel θ aufweist. Die Position 1z basiert
auf der Definition der Überlappungslänge L und
des Depressionswinkels θ,
da die Strahlungswärme
nicht direkt einen Bereich des Ofens über die Position 1z hinaus
erreicht, während
die Strahlungswärme
den anderen Bereich des Ofens von der Position 1z einwärts direkt
erreicht, so dass die Position 1z zu einer Stelle wird,
bei der die maximale Wärmeverformung
erzeugt wird.
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Während die
Pellets in dieser Ausführungsform
als Beispiel für
die Kohlenstoff-enthaltenden Materialien beschrieben worden sind,
sind die Kohlenstoff-enthaltenden Materialien nicht darauf beschränkt, sondern können auch
eine Brikettform, eine Plattenform, eine Klumpenform, ein Pulvergemisch
und dergleichen umfassen.
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Beispiele
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In
einer Ofenstruktur, bei der ein Drehherdofen einen Herddurchmesser
von 8,5 m und eine Herdbreite von 1,25 m aufweist, und Modifizierungen
in verschiedenartiger Weise bezüglich
der Überlappungslänge L, des
Depressionswinkels θ,
des Vorliegens einer geneigten Oberfläche mit einem Aufwärtsgradienten
zu der Herdkante (Seitenführungsende),
des Einbettens des Kühlwasserrohrs
in dem Seitenwandunterende, der Art des Seitenende-Feuerfestmaterials
und des Installationsverfahrens vorgenommen werden, werden nach
der Einstellung der Atmosphärentemperatur
in dem Ofen auf 1400 oder 1200°C
und nach der Erzeugung von Eisen für einen vorgegebenen Zeitraum
(etwa 30 Tage) unter der jeweiligen Bedingung der Grad der Beschädigung der
Herdkante und die Zunahme des Schlamms in dem Sperrtrog untersucht.
Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 1 gezeigt.
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Bezüglich des
Experiments Nr. 1 in der Tabelle 1 wird eine Herdstruktur ausgewählt, bei
welcher der obere Teil des herkömmlichen
Herdseitenendes nicht mit einem Seitenwandunterende bedeckt ist
und das Herdseitenende durch Gießen von gießbaren Feuerfestmaterialien
auf Aluminiumoxidbasis (die 50 Masse-% Al2O3 und 45 Masse-% SiO2 enthalten)
im Ofen gebildet wird. In diesem Fall wird nach einem Betrieb für 22 Tage
bei der Atmosphärentemperatur
in dem Ofen von 1400°C
festgestellt, dass die Herdkante eine große Menge an Abplatzungen entlang
des Umfangs aufweist und dass die Schlammmenge in dem Sperrtrog
ebenfalls stark zugenommen hat.
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Bezüglich des
Experiments Nr. 2, bei dem eine Struktur (L ist 100 mm und θ ist 21°) ausgewählt worden
ist, bei der das Herdseitenende durch Gießen der gießbaren Feuerfestmaterialien
auf Aluminumoxidbasis in dem Ofen gebildet wird und das Seitenwandunterende
direkt das Seitenende wie im Experiment Nr. 1 bedeckt, ist die Kühleinrichtung
nicht in dem Seitenwandunterende installiert. Selbst in diesem Fall
wird nach einem Betrieb für
22 Tage bei der Atmosphärentemperatur
in dem Ofen von 1400°C
festgestellt, dass die Herdkante eine große Menge an Abplatzungen entlang
des Umfangs aufweist, dass die Schlammmenge in dem Sperrtrog stark
zugenommen hat und dass auch die Seitenwandkante entlang des Umfangs
Abplatzungen in großen
Mengen aufweist. Es wird davon ausgegangen, dass die nicht installierte
Kühleinrichtung
die Beschädigung
der Seitenwandkante verursacht, so dass der Effekt der Abschirmung
von Strahlungswärme
von dem Inneren des Ofens nicht vorhanden ist, so dass die Herdkante
beschädigt
wird.
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Bezüglich des
Experiments Nr. 3 wird das Herdseitenende wie in den Experimenten
Nr. 1 und 2 durch Gießen
der gießbaren
Feuerfestmaterialien auf Aluminumoxidbasis in dem Ofen gebildet,
wobei die Länge
der Abdeckung direkt über
dem Seitenende mit dem Seitenwandunterende (Überlappungslänge) geringfügig größer ist
als im Experiment Nr. 2 und der Depressionswinkel ebenfalls geringfügig kleiner
ist als im Experiment Nr. 2 (L ist 200 mm und θ ist 17°), und ferner ist in dem Seitenwandunterende
das Kühlwasserrohr
eingebettet, das mit der Ankerplatte verschweißt ist. In diesem Fall weist
die Herdkante selbst nach dem Betrieb für 30 Tage bei der Atmosphärentemperatur
in dem Ofen von 1400°C
nur geringfügige
Risse auf, die kein Abplatzen bewirken, und in der Seitenwandkante
wird keine Beschädigung
gefunden. Darüber
hinaus ist die Zunahme des Schlamms in dem Sperrtrog stark vermindert.
Da die Kühleinrichtung
installiert ist, wird das Abplatzen der Seitenwandkante verhindert
und der Effekt der Abschirmung von Strahlungswärme von dem Inneren des Ofens kann
das Abplatzen der Herdkante verhindern, und als Ergebnis kann verhindert
werden, dass die Pellets und dergleichen zu dem Sperrtrog herabfallen.
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Im
Experiment Nr. 4 wurde nur das Gießverfahren des Feuerfestmaterials
des Herdseitenendes zu dem Verfahren zum Gießen des Randziegels (der 50
Masse-% Al2O3 und
45 Masse-% SiO2 enthält) des gebrannten, vorgefertigten
Feuerfestmaterials geändert,
wobei die anderen Bedingungen mit denen des Experiments Nr. 3 identisch
sind. Als Ergebnis wird in der Herdkante keinerlei Beschädigung,
wie z.B. Risse, gefunden. Es wird davon ausgegangen, dass es sich
dabei um einen Effekt handelt, der auf den Randziegel zurückzuführen ist,
der im Vorhinein in einem ausreichenden Ausmaß außerhalb des Ofens gebrannt
wird und dessen Festigkeit verglichen mit dem Verfahren des Gießens des
nicht-geformten Feuerfestmaterials in dem Ofen bis zur Kante in
ausreichender Weise erhalten wird.
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Im
Experiment Nr. 5 ist die Überlappungslänge größer und
der Depressionswinkel kleiner (L ist 250 mm und θ ist 14°) als in der Herdstruktur in
Nr. 4, wobei die anderen Bedingungen mit denjenigen von Experiment
Nr. 4 identisch sind. Dadurch wird auch im Wesentlichen der gleiche
Effekt erhalten wie im Experiment Nr. 4. Aus den Ergebnissen der
Experimente Nr. 3 bis 5 bei der Atmosphärentemperatur in dem Ofen von 1400°C kann, wenn
die Kombination aus der Überlappungslänge L und
dem Depressionswinkel θ gleichzeitig die
Gleichungen 1 und 2 erfüllt
(in dem Bereich sowohl über
der Kurve a als auch über
der Kurve b in der 3) bestätigt werden, dass die erfindungsgemäßen Effekte
zuverlässig
erhalten werden.
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Im
Experiment Nr. 6 werden die Überlappungslänge L und
der Depressionswinkel θ so
variiert, dass sie in dem Bereich (L ist 150 mm und θ ist 25°) sowohl über der
Kurve a als auch über
der Kurve b' vorliegen, obwohl
nicht sowohl über
der Kurve a als auch über
der Kurve b in der 3, und die Atmosphärentemperatur in
dem Ofen wird auf 1200°C
gesenkt, wobei die anderen Bedingungen mit denjenigen der Experimente
Nr. 4 und 5 identisch sind. Dadurch wird auch im Wesentlichen der
gleiche Effekt erhalten wie in den Experimenten Nr. 4 und 5. Wenn
die Atmosphärentemperatur
in dem Ofen auf 1200°C
gesenkt wird, wird bestätigt,
dass der Kombinationsbereich von L und θ im Vergleich zu der Atmosphärentemperatur
von 1400°C
erweitert ist.
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Im
Experiment Nr. 7 weisen die Überlappungslänge L und
der Depressionswinkel θ den
gleichen Wert wie im Experiment Nr. 5 auf und eine geneigte Oberfläche mit
einem Aufwärtsgradienten
zur Kante ist an der am weitesten an der Kante befindlichen Seite
des Herdseitenendes ausgebildet (die horizontale Länge beträgt 100 mm
und der Gradient beträgt
30°), wobei
die anderen Bedingungen mit denjenigen der Experimente Nr. 4 und
5 identisch sind. In diesem Fall wird weder die Herdkante noch die
Seitenwandkante beschädigt
und eine Zunahme von Schlamm in dem Sperrtrog wird fast überhaupt
nicht gefunden. Es wird davon ausgegangen, dass in dem Herdseitenende
die geneigte Oberfläche
mit einem Aufwärtsgradienten (20
bis 25°)
ausgebildet ist, der geringfügig
größer als
der Schüttwinkel
der Pellets ist, so dass nahezu verhindert wird, dass die Pellets zu
dem Sperrtrog herabfallen.
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Gemäß der im
Anspruch 1 beschriebenen Erfindung bedeckt das Seitenwandunterende
der Abdeckung die Seitenenden der oberen Oberfläche des Herds, so dass das
Feuerfestmaterial der Seitenenden nicht direkt der Strahlungswärme von
dem Inneren des Ofens ausgesetzt ist. Ferner wird die Herdkante
nicht wärmeverformt
und deren Abplatzen kann verhindert werden. Da die Kühleinrichtung
in dem Seitenunterende installiert ist, kann die Wärmeverformung
der Seitenwandkante gemäßigt werden,
wodurch das Abplatzen in diesen Abschnitten verhindert wird.
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Über Anspruch
1 und 2 hinausgehend kann die Temperatur der Herdkante in einem
solchen Maß gesenkt
werden, dass ein Abplatzen in dem Herd nicht stattfinden kann.
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Gemäß der im
Anspruch 3 beschriebenen Erfindung weist das Seitenende eine geneigte
Oberfläche mit
einem Aufwärtsgradienten
zu einem Seitenführungsende
auf und Kohlenstoff-enthaltende
Materialien fallen nicht zu dem Sperrtrog herab, so dass der Effekt
der Erfindung gemäß den Ansprüchen 1 und
2 erhalten werden kann, ohne die Drehung des Herds zu beeinträchtigen.
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Gemäß der im
Anspruch 4 beschriebenen Erfindung kann das Feuerfestmaterial des
Seitenendes außerhalb
des Ofens gebrannt werden, so dass es einen ausreichenden Festigkeitsgrad
aufweist, wodurch das Problem der geringen Festigkeit des Seitenendes
aufgrund des unzureichenden Brennens verhindert werden kann, so
dass ein Abplatzen der Herdkante in einer effektiveren Weise verhindert
werden kann.
