-
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Drehherdofen zur Verwendung
in der Eisen- und Stahlindustrie.
-
Drehherdöfen werden
seit langer Zeit insbesondere auf dem Eisen- und Stahlgebiet verwendet.
-
Ihre
Anwendungen sind sehr unterschiedlich. Beispielsweise werden sie
verwendet, Metalle in Gussblöcken,
Brammen oder Walzblöcken
vor dem Auswalzen zu erhitzen; oder für die Wärmebehandlung von Materialien,
beispielsweise Metallteilen, Glas oder Graphit; oder wiederum zur
Verarbeitung von losen oder agglomerierten Rohmaterialien wie Kohle
oder Aluminiumoxid, oder Mischungen von Rohmaterialien wie Eisenerz
mit Kohlenstoffmaterialien oder Abfällen reich an Eisen mit Kohlenstoffmaterialien.
-
Drehherdöfen werden
in unterschiedlichen Formen und mit einem Durchmesser gebaut, der
von einigen wenigen Metern bis mehr als 50 m reicht, mit einer Breite
von mehr als 6 m.
-
Die
Herddrehgeschwindigkeiten sind ebenfalls unterschiedlich. Große Heizöfen drehen
sich sogar mit weniger als einer Umdrehung pro Stunde, während kleine
Drehöfen
für eine
Kalzinierung oder zur Verarbeitung von Rohmaterialien beispielsweise 15
Umdrehungen pro Stunde erreichen.
-
Der
Herd hat für
gewöhnlich
die Form eines Rings und dreht sich mittels zweier umfangsseitiger Sätze von
Rädern.
Diese liegen auf dem Umfang nahe an den Enden des Rings.
-
Die
Räder laufen
auf Schienen und zwei unterschiedliche Konstruktionslösungen sind
möglich.
-
Eine
erste Lösung
ist, die Räder
einstückig mit
dem Rahmen des Drehherds auszuführen
und die Schienen am Boden zu befestigen, angebracht auf sehr steifen
Strukturen, welche oft aus verstärktem
Beton hergestellt sind.
-
Die
zweite Lösung
ist, die Schienen einstückig
mit dem Rahmen des Drehherdes auszuführen und die Räder am Boden
zu befestigen, angebracht auf sehr steifen Strukturen, welche oft
aus verstärktem
Beton hergestellt sind.
-
Im
letzteren Fall muss der Drehherd, aufgrund der fortlaufenden Änderung
der Kontaktpunkte zwischen den Rädern
und der Schienen während
der Drehung des Herds, unter Berücksichtigung
einer Ermüdungsbeanspruchung
in der Metallstruktur und folglich in seiner feuerfesten Auskleidung
geplant und gebaut werden.
-
Diese
Ermüdungsbeanspruchung
kann für die
Lebensdauer der Auskleidung sehr kritisch sein und somit werden
die Öfen
so geplant, dass die Räder
auf zwei Durchmessern, innen und außen, auf den gleichen Radien
liegen, um in der Lage zu sein, die obige Metallstruktur in Sektoren
zu unterteilen, welche den gleichen Winkelabstand wie die Räder haben.
Hierdurch erzeugt die auf die Struktur aufgebrachte Verformung der
Herdstruktur aufgrund der Positionsänderung des Kontaktpunktes
der Räder mit
den Schienen begrenzte Belastungen und beseitigt oder minimiert
die zyklischen Bewegungen der Auskleidung.
-
Unlängst wurden
neue Prozesse auf dem Gebiet der Behandlung von Eisenerz entwickelt,
welche Drehherdöfen
mit sehr großen
Herdflächen
und in manchen Fällen
mit sehr hohen Drehzahlen erfordern, sogar mehr als 15 Umdrehungen
pro Stunde.
-
Diese
Drehherdöfen
benötigen
Herdoberflächen,
welche größer als
diejenigen sind, die bislang gebaut worden sind, mit Durchmessern
noch über
50 m und Herdbreiten größer als
6 m, sogar über
10 m.
-
In
diesen Öfen
werden gewisse Probleme, die bei bisherigen Anwendungsfällen nicht
bedeutend sind, kritisch, wenn die Abmessungen und Drehzahlen so
deutlich erhöht
werden. Die anzugehenden Hauptprobleme sind der Verschleiß im Eingriff
zwischen den Rädern
und der Schienen und die Verwerfung der Herdpaneele aufgrund der
Temperaturdifferenz in den Paneeltragstrukturen.
-
Normalerweise
sind die Räder
und die Schienen im Wesentlichen auf zwei Umfängen sehr nahe an denen der
Herdenden angeordnet. Aufgrund der Geometrie des Systems sind die
Räder an
dem äußeren Umfang
stärker
belastet als die Räder
an dem inneren Umfang. Mit zunehmender Breite des Herds erhöht sich
diese Lastdifferenz und infolge dessen kann es große Unterschiede
im Verschleiß der
Räder und
der Schienen geben, welche auf den beiden inneren und äußeren Umfängen liegen.
Das oben beschriebene Verhalten kann beispielsweise dadurch kompensiert
werden, dass die Größe der Räder und der
Schienen geändert
wird.
-
Bei
diesen Öfen
ist auch die Ebenheit des Herds von besonderer Wichtigkeit. Wie
bekannt ist, unterliegen die Stützträger des
Herds einer Aufheizung aufgrund einer Wärmeleitung durch den Herd und
gleichzeitig werden sie durch Abstrahlung und Ableitung an die darunter
liegende Umgebung abgekühlt.
Dies erzeugt für
gewöhnlich
in diesen Stützträgern eine
Temperaturdifferenz zwischen der Ober- und der Unterseite des Herds,
was das Phänomen erzeugt,
dass sich der Herd bei Erreichen der Arbeitstemperatur verwirft.
-
Wenn
die Spannweite des Herds ansteigt, wird die herkömmliche Konstruktion mit Rahmen, welche
Paneele so breit wie der Herd selbst haben, angesichts der Spannungen
kritisch, welche aufgrund dieser thermischen Effekte und der sich
hieraus ergebenden Belastungen oder Spannungen ergeben, welche in
der feuerfesten Struktur erzeugt werden können.
-
Da
weiterhin einige neue Drehherdöfen
in einer erheblichen Höhe über dem
Boden eingebaut werden müssen,
sogar höher
als 20 m, erhöhen
die hohen Träger
des Ofens, welche die Räder
oder die Schienen des Herds stützen
müssen,
die Nachgiebigkeit der Struktur. Insbesondere wenn die Struktur unter
der Last des Herds unterschiedliche Auslenkungen von Punkt zu Punkt
und hier insbesondere in einer asymmetrischen Weise erzeugt, können die
induzierten Belastungen sehr kritisch sein und Funktionsschwierigkeiten
und Ermüdungsphänomene während des
Ofenbetriebs hervorrufen.
-
Das
allgemeine Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, in einem Drehherdofen
die Leistungen der Räder
und der Schienen zu verbessern und die Belastungen der Strukturen
des Drehherds und seiner feuerfesten Auskleidung zu verringern.
-
Ein
weiteres Ziel ist es, die oben genannten vorhandenen Unannehmlichkeiten
herkömmlicher Konstruktionstechniken
auf eine äußerst einfache, ökonomische
und insbesondere funktionelle Weise zu beseitigen.
-
Angesichts
der obigen Aufgaben ist es gemäß der vorliegenden
Erfindung beabsichtigt, einen Drehherdofen zur Verwendung in der
Eisen- und Stahlindustrie zu realisie ren, der die Eigenschaften hat,
welche in den beigefügten
Ansprüchen
aufgeführt
sind.
-
Die
baulichen und funktionellen Eigenschaften der vorliegenden Erfindung
und ihre Vorteile gegenüber
dem Stand der Technik ergeben sich besser und deutlicher aus einem
Studium der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die
beigefügte
Zeichnung, in der ein Drehherdofen zur Verwendung in der Eisen-
und Stahlindustrie gezeigt ist, der gemäß den erfinderischen Prinzipien
der Erfindung realisiert ist.
-
In
der Zeichnung zeigt:
-
1 eine
Gesamtansicht von unten nur einer Metalllagerstruktur eines Drehherds
für einen Ofen
gemäß einer
ersten Ausführungsform
eines Ofens der vorliegenden Erfindung;
-
2 einen
Schnitt entlang der Ebene II-II in 1, d. h.
in einer Radialebene einer ersten Ausführungsform eines Drehherdofens
zur Verwendung in der Eisen- und Stahlindustrie, wobei dessen Drehherd
in 1 gezeigt ist;
-
3 eine
abgewickelte vergrößerte Seitenansicht,
welche im Ausschnitt eine Vorrichtung zur Drehung des Herds gemäß der Ausführungsform
in 2 zeigt, wobei die Räder an einer Befestigungsstruktur
angeordnet sind;
-
4 eine
abgewickelte Seitenansicht in einer Radialebene der Hälfte des
Ofens gemäß einer zweiten
Ausführungsform
eines Drehherdofens zur Verwendung in der Eisen- und Stahlindustrie;
-
5 eine
abgewickelte vergrößerte Seitenansicht,
welche ausschnittsweise eine Vorrichtung zur Drehung des Herds gemäß der Ausführungsform von 4 zeigt,
wobei die Räder
an der mobilen Struktur des Ofens angeordnet sind.
-
Zunächst bezugnehmend
auf die 1, 2 und 3 ist
ein Drehherdofen gemäß der Erfindung
zur Verwendung in der Eisen- und Stahlindustrie, in einem ersten
möglichen
Ausführungsbeispiel,
insgesamt als Ofen 12 bezeichnet, auf einer Stützstruktur 16 angeordnet
und mit einem Drehherd 14 ausgestattet.
-
Der
Ofen 12 hat einen Grundriss in Form eines Rings, der mit
feuerfestem Material ausgekleidet ist und seitlich und an der Oberseite
durch Wände 13 geschlossen
ist, die an der Innenseite mit feuerfestem Material ausgekleidet
sind. Im Gegensatz hierzu ist der Ofen 12 am Boden durch
den Herd 14 verschlossen, der ebenfalls die Form eines
Rings hat, jedoch um eine zentrale Vertikalachse des Rings dreht. Dieser
Herd 14 ist an der Oberseite mit feuerfestem Material 15 verkleidet,
beispielsweise mit feuerfesten Platten.
-
Der
Herd 14 ist aus einer Reihe von Ringsektoren 17 zusammengesetzt.
Neben dieser umfangsseitigen Unterteilung der Sektoren 17 kann
es gemäß 1 auch
eine radiale Unterteilung des Ringes des Herds 14 geben,
so dass die Sektoren 17 in zwei Halbsektoren 17' entlang Bögen 18 mit
einem Zwischenumfang zwischen den beiden Endumfängen des Rings, nämlich den
inneren und den äußeren, unterteilt
sind.
-
Der
Zwischenumfang, der die Bögen 18 aufweist,
liegt so, dass der Sektor 17 in zwei Halbsektoren 17' mit gleichem
Gewicht unterteilt wird. Aufgrund von geometrischen Überlegungen
an den Flächen, welche
durch die Halbsektoren eines Rings aufgespannt werden, ist er daher
größer als
der mittlere Umfang des Rings des Herdes 14.
-
Die
Unterteilung des Herds in Halbsektoren 17' erlaubt eine erhebliche Verringerung
von Höhenschwankungen
des Herds aufgrund der thermischen Verwerfung einer Stützstruktur
der Sektoren 17, wenn der Herd die normalen Arbeitstemperaturen
erreicht.
-
Die
Halbsektoren 17' sind
oberhalb einer gitterartigen Struktur dargestellt, welche Querträger 22, Stützen 23 und 23' und möglicherweise
Zugstangen oder Versteifungsstreben 24 aufweist.
-
Wie
aus den 2 und 3 zu erkennen ist,
hat die Gitterstruktur am Boden zwei ringförmige Träger 19, die konzentrisch
zum Ring des Herds 14 sind. Diese Träger 19 liegen auf
Umfängen,
welche mit dem Massenschwerpunkt der Sektoren 17 und 17' zusammenfallen,
so dass das Gewicht dieser Sektoren direkt auf das darunter liegende
System abgeleitet wird.
-
Unter
diesen Trägern 19 befinden
sich zwei Schienen 20, welche den gleichen Querschnitt
haben.
-
In
dem Beispiel der 2 liegen diese Träger 19 in
einer solchen Position, dass das Gewicht des Herds 14,
welches nach unten auf die beiden Träger 19 drückt, annähernd gleich
verteilt ist.
-
Die
Stützstruktur 16 weist
eine Basis 28 auf, welche auf umfangsseitigen Sätzen von
Säulen 30 ruht.
Auf dieser Basis 28 sind zwei Sätze von Stützen 25 für Räder 26 befestigt,
welche entlang eines Umfangs liegen, so dass die Räder 26 komplementär zu und
betrieblich ausgerichtet mit den beiden Schienen 20 des
Herds 14 sind.
-
Die
beiden Sätze
von Rädern 26 sind
so angeordnet, dass die Paare von Rädern 26 auf den gleichen
Radien zweier konzentrischer Umfänge,
nämlich
inneren und äußeren, liegen,
wobei diese Radien auf den gleichen Umfängen in gleichen Abständen beabstandet
sind. Die Anzahl dieser Paare von Rädern 26 ist gleich
derjenigen der Sektoren 17. Auf diese Weise werden die
Belastungen aufgrund der Positionsänderung während der Drehung des Herds 14 selbst
durch die Kräfte,
welche von den Rädern 26 auf
die Träger 19 und
damit auf die Sektoren 17 und auf das feuerfeste Material 15 ausgeübt werden,
minimiert. Tatsächlich
sind die Halbsektoren 17 und 17' im Wesentlichen von den Stützen 23 getragen,
die sie vertikal mit einem der beiden ringförmigen Träger 19 verbinden.
Diese Stützen 23 liegen,
wie in 2 zu erkennen ist, tatsächlich in einem Bereich nahe dem
Massenschwerpunkt der Halbsektoren 17'.
-
Jeder
Sektor 17 ist somit mit zwei Stützen 22 ausgerüstet, einer
für jeden
Halbsektor 17',
welche mit den beiden Trägern 19 verbunden
sind. Die beiden Träger 19 sind
mit den Querträgern 22 verbunden,
welche in einer radialen Position liegen.
-
Die
Querträger 22 können entsprechend
den beiden Stützen 23 eines
jeden Sektors 17 angeordnet werden. Eine Stütze 23' wird den beiden
Stützen 22 im
Bereich des trennenden Bogens 18 zwischen den beiden Halbsektoren 17' hinzugefügt, was
das Ziel hat, jegliche Vertikalkraft aufzunehmen, welche erzeugt
werden könnte,
wenn die Position der Stützen 23 nicht
exakt im Massenschwerpunkt der Halbsektoren 17, 17' liegt und um
ferner den Halbsektoren 17 und 17' selbst Stabilität zu verleihen.
-
Es
sei bemerkt, dass der beste Zustand derjenige ist, bei dem die Stützen 23 sich
im Massenschwerpunkt der Halbsektoren 17' befinden. In diesem Fall werden
die Vertikalbelastungen in dem Bogen 18, der die beiden
Halbsektoren 17' unterteilt, aufgehoben
und die Unterteilung kann als thermische Ausdehnungsverbindung verwendet werden. Weiterhin
ermöglicht
die Tatsache, dass der Querträger 22 nicht
durch die Lasten belastet wird, welche entsprechend dem Ständer 23' auf den Herd übertragen
werden, das Vermeiden möglicher
Auslenkungsphänomene
des Trägers,
so dass die Arbeitsweise der Räder 26 auf
den Schienen 20 optimiert wird.
-
In 2 sind
umfangsseitige Sätze
von Säulen 30 (in
diesem Fall vier) derart gezeigt, dass die Säulen 30 in Gruppen
auf die gleichen Radien konzentrischer Umfänge ausgerichtet sind, wobei
diese Radien auf den gleichen Umfängen in gleichen Abständen voneinander
beabstandet sind. Die Anzahl dieser Gruppen von Säulen 30 ist
gleich derjenigen der Sektoren 17.
-
Insbesondere
können
bezugnehmend auf die 2 und 3 zwei der
vier Umfänge,
auf denen die Säulen 30 angeordnet
sind, gleich der Umfänge
sein, auf denen die Stützen 25 für die Räder 26 angeordnet
sind, und diese Stützen 25 sind
auf der Basis 28 entsprechend einer jeden Säule 30 angeordnet.
-
Da
die Säulen 30 derart
ausgelegt sind, dass sie unter der Last des Herds 14 alle
die gleiche vertikale Auslenkung haben, sind somit Belastungen des Herds 14 aufgrund
einer Änderung
der Einwirkpunkte der Last auf die Träger 19 an den Rädern 26 während der
Drehung minimiert.
-
Andererseits
muss, wenn die Säulen 30 nicht wie
beschrieben angeordnet werden können,
die Stützstruktur 16 derart
ausgestaltet werden, dass die vertikale Auslenkung der Räder 26 so
identisch wie möglich
ist.
-
Die 4 und 5 zeigen
eine weitere mögliche
praktische Ausführungsform
der Erfindung, wobei Bauteile gleich zu und/oder äquivalent
zu denjenigen in den 1, 2 und 3 mit
gleichen Bezugszeichen, jedoch um 100 erhöht, bezeichnet sind.
-
Diese
zweite Ausführungsform
unterscheidet sich von der ersten nur durch die Tatsache, dass die wechselseitige
Position zwischen den Stützen 25 der Räder 26 und
den Schienen 20, wie sie in der ersten Ausführungsform
angegeben ist, umgekehrt ist.
-
Wie
in den 4 und 5 zu sehen ist, sind in dieser
Ausführungsform
die Schienen 120 an der Basis 128 befestigt.
-
Die
Stützen 125 sind
stattdessen unterhalb der ringförmigen
Träger 119 verankert.
Genauer gesagt, sind die Stützen 125 paarweise
zusammengefasst und auf den gleichen Radien der beiden konzentrischen
Umfänge
der Träger 119 angeordnet, gleichmäßig auf
den Umfängen
selbst beabstandet. Die Anzahl dieser Paare von Stützen 125 ist
gleich derjenigen der Sektoren 117. Weiterhin sind die
Stützen 125 entsprechend
den Stützen 123 der
Gitterstruktur befestigt, welche den Herd 114 hält.
-
Was
somit insoweit die Stützstruktur 116 betrifft,
wird stets die Vorsichtsmaßnahme
ergriffen, die umfangsseitigen Sätze
von Säulen 130 derart
anzuordnen, dass sie in Gruppen auf die gleichen Radien der konzentrischen
Umfänge
ausgerichtet sind, wobei die Radien in gleichen Abständen auf
den Umfängen
selbst beabstandet sind. Die Anzahl dieser Sätze von Säulen 130 ist gleich
derjenigen der Sektoren 117.
-
Auf
diese Weise üben
die Räder 126 des Herds 114,
welche in gleichen Abständen
auf gleiche Weise wie die Säulen 130 beabstandet
sind, keinerlei Differenzbelastungen auf den Herd 114 aus,
wenn dieser gedreht wird. Tatsächlich
wird der Herd einer gleichförmigen
Hebe- und Senkbewegung aufgrund der Auslenkung der Schienen 120 und
der darunter liegenden Stützstruktur 116 unterworfen.
Diese erzeugt keine Belastung in der Struktur des Herds 114 und
löst auch
keine Bewegungen in dem auf ihm angeordneten feuerfesten Material 115 aus.
-
Schließlich belastet
ein Drehherdofen zur Verwendung in der Eisen- und Stahlindustrie
gemäß der Erfindung,
bei dem die Struktur, welche den Herd trägt, einen mittleren Radius
gleich demjenigen hat, durch den der Herd in zwei konzentrische
Ringe mit gleicher Last unterteilt wird, die Räder auf den beiden inneren
und äußeren Umfängen auf
eine identische oder sehr ähnliche
Weise.
-
Auf
diese Weise ist das Verhalten der Räder das gleiche und der Aufbau
kann vereinfacht werden, indem Räder
und Schienen gleicher Größe verwendet
werden.
-
Zusätzlich zur
Vereinfachung der Konstruktion und damit auch der Wartung ergeben
sich andere Vorteile, beispielsweise Verbesserungen der Zugänglichkeit
der Ofendichtungen.
-
Darüber hinaus
ist es möglich,
mit maximalem Vorteil dann, wenn die Spannweite des Ofens erheblich
ist, die Herdstruktur nicht nur radial in Sektoren zu unterteilen,
sondern sie auch entlang des Umfangs in Halbsektoren zu unterteilen;
dies wird er leichtert, indem die Räder annähernd auf dem Massenschwerpunkt
bezüglich
der beiden Halbsektoren angeordnet werden und somit Belastungen
in dem Bereich, wo die Sektoren in Halbsektoren unterteilt sind,
und Torsionsbelastungen in den ringförmigen Trägern minimiert werden.
-
Diese
Halbsektoren erzeugen verschiedene Vorteile. Vor allem wird der
Torsionseffekt auf die Stützstrukturen
der Schienen oder Räder,
welche am Herd angebracht sind, beseitigt oder minimiert. Sodann
ergibt sich eine Verringerung der maximalen radialen Wärmeausdehnung
an den Sektoren der Struktur, da diese nun in zwei Halbsektoren
unterteilt ist, welche im Mittelpunkt verankert sind. Schließlich wird
durch Unterteilen der Sektoren in Halbsektoren der Gesamtbiegewert
der Herdsektoren aufgrund der Temperaturdifferenzen zwischen der
Ober- und der Unterseite der Metallstrukturen, welche die Sektoren bilden,
im Vergleich zu der Lösung
ohne die Halbsektoren verringert.
-
Aus
der obigen Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren erschließt sich,
dass ein Drehherdofen zur Verwendung in der Eisen- und Stahlindustrie
mit großen
Abmessungen gemäß der Erfindung
besonders anwendbar und vorteilhaft ist. Die in der Einleitung der
Beschreibung genannten Aufgaben sind somit gelöst.
-
Die
Formen des Drehherdofens zur Verwendung in der Eisen- und Stahlindustrie
gemäß der Erfindung
können
selbstverständlich
unterschiedlich von derjenigen sein, welche rein als ein Beispiel
ohne Einschränkungen
in der Zeichnung gezeigt wurde, ebenso können die Materialien unterschiedlich
sein.
-
Der
Schutzumfang der Erfindung wird daher durch die beigefügten Ansprüche definiert.