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Von oben beheizter Hochofenwinderhitzer Die bekannten Windüberhitzer
für den Hochofenbetrieb bestehen aus einem zylindrischen Eisenmantel, der oben koppelförmig
geschlossen ist. Das Innere ist mit feuerfesten Steinen ausgemauert und zerfällt
im wesentlichen in zwei Teile, den sogenannten Brennschacht und den übrigen Teil,
das sogenannte Gitterwerk, in dem die Wärmespeicherung erfolgt. Der Brennschacht
mit meist rundem oder ovalem Ouerschnitt ist für sich aufgemauert und ist-bis zur
Kuppel vollständig leer. Das Hochofengas wird unten in den Brennschacht eingeleitet
und unter Zusatz von Verbrennungsluft entzündet. Die Flamme zieht in dem Brennschacht
hoch, überschlägt sich in dem leeren Koppelraum und durchstreicht das den ganzen
übrigen Raum ausfüllende Gitterwerk. Nachdem die Verbrennungsgase den größten Teil
ihrer Wärme an das feuerfeste Gitterwerk abgegeben haben, ziehen sie unten in den
Rauchkanal ab, der mit dem Schornstein in Verbindung steht.
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Nach der etwa 2i/2 bis 3 Stunden dauernden Aufheizung wird der Winderhitzer
auf Wind umgestellt und dabei Kaltluft im umgekehrten Sinne durch den ,beschriebenen
Gasweg gedrückt, auf dem sie sich erhitzt und alsdann dem Hochofen zuströmt.
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Diese Art von Winderhitzern haben den Nachteil, daß die für den Hochofen
entnommene Heißluft keine gleichbleibende Temperatur aufweist, sondern daß die Temperatur
von einer Spitze im Verlaufe der Windzeit abfällt, wodurch eine wirtschaftliche
Verwendung des Heißwindes eingeschränkt wird. Erfahrungsgemäß kommt der Erhöhung
der Heißwindtemperatur im Hochofen um je roo° C in den praktisch angewendeten Temperaturgebieten
eine Koksersparnis von rund 41/, gleich. Ein Temperaturabfall des Heißwindes im
Verlaufe der Windzeit des Winderhitzers um etwa 2oo° C bedeutet dann für den Ofengang
Ähnliches wie ein Wechsel des Kokssatzes um rund 8 °/o. Um schwere Gangstörungen
des Hochofens zu beseitigen, ist fast immer eine vorübergehende Vermehrung des Kokssatzes
um wenigstens 5 °/o nötig. Aus diesem Einfloß des Windtemperaturabfalls ergibt sich
die Notwendigkeit, für einen störungsfreien Hochofengang die Temperaturschwankungen
innerhalb möglichst geringer Grenzen zu halten.
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Je geringer der Temperaturabfall des Heißwindes sein muß, um so kürzer
ist für den gewöhnlichen Winderhitzer die Dauer der Windzeit zu wählen. Mit ihrer
Verkürzung steigen aber Wärme- und Windverlust. Zum gänzlichen oder teilweisen Ausgleich
der Temperaturschwankungen des Heißwinds werden bekanntlich Temperaturregler angewandt.
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Ihre Wirkung beruht darauf, daß dem Heißwind so viel Kaltluft zugesetzt
wird, daß seine Temperatur dauernd nur so hoch wie die am Ende der Windzeit liegt.
Durch
den Kaltwindzusatz wird aber teuere, hochwertige 'Windwärme
vernichtet. Die Temperaturregler sind außerdem verwickelte Ge:; räte, die` eine
dauernde Beärbeitung und Be-' -'obachtung erfordern, wenn ihre Betriebs" sicherheit
gewahrt bleiben soll Die Erfindung schlägt einen wesentlich wirtschaftlicheren Weg
vor, die H.eißwindtemperatur zu regeln, und besteht darin, daß außer einem unmittelbar
beheizten Speicherraum ein zusätzlicher, während der Gaszeit nicht oder nur teilweise
beheizter Speicherraum vorhanden ist, durch den in der Windzeit der im unmittelbar
beheizten Speicherraum erhitzte Wind geführt wird. Vorzugsweise wird dieser zusätzliche
Speicherraum innerhalb des Mantelmauerwerks des Winderhitzers derart vorgesehen,
daß er ganz oder teilweise von dem unmittelbar beheizten, mit feuerbeständigem Gitterwerk,
Füllkörpersteinen u: dgl. ausgefüllten Speicherraum umgeben ist. Ebenso wie letzterer
wird er mit Füllkörpern besetzt, z. B. mit einer Gitterausmauerung versehen.
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Dieser zusätzliche Speicherraum, als welcher bei vorhandenen Winderhitzern
auch der bisher leere Brennschacht Verwendung finden kann, wird während der Gaszeit
mittelbar bis auf eine gewisse Temperatur erhitzt, die je-
doch unterhalb
der Temperatur- des unmittelbar erhitzten Speicherraumes. liegt. In der Windzeit
durchstreicht die Kaltluft zuerst das unmittelbar erhitzte Gitterwerk o. dgl. und
erhitzt sich bis auf die Höchsttemperatur. Hierauf tritt sie in den zusätzlichen
Speicherraum mit niedrigerer Temperatur ein; gibt die Übertemperatur an dessen Gitterwerk
ab und verläßt an einer geeigneten Stelle den zusätzlichen Speicherraum- mit der
für den. Hochofenbetrieb passenden Temperatur. Diese vom Heißwind abgegebene Wärme
speichert sich also in dem zusätzlichen sogenannten Ausgleichsspeicher und unterstützt
später den unmittelbar beheizten Gitterwerksraum in der Winderhitzung. Auf diese
Weise wird erreicht, daß die Temperatur des dem Hochofen zugeführten Windes im Gegensatz
zu den bekannten Winderhitzern bei gleichen Gas- und Windzeiten in der Höhe der
mittleren Heißwiiidtemperatur, gehalten werden kann, ohne daB irgendwelche sonstige
Temperaturregler notwendig sind und für den Hochofenbetrieb, nachteilige Temperaturschwankungen
eintreten.
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Die Gaszufuhr zu dem Winderhitzer nach der Erfindung erfolgt mit Vorteil
in an sich bekannter Weise im oberen Teil der Kuppel, wobei die Verbrennungsluft
zwischen dem Mantelmauerwerk des Winderhitzers und dem äußeren Eisen- o. dgl. Mantel
von unten zur Kuppel hochgeführt werden kann. Es ist jedoch selbstverständlich,
daß nicht nur eine Gaszufuhr von der Mitte der Kuppel aus möglich ist, sondern die
Beheizung kann ".`auch im übrigen Teil der Kuppel und ge-`-@-jebenenfalls auch noch
in dem unmittelbar Barunterliegenden Teil des Winderhitzers erfolgen. Durch die
Brennluftführung unter dem äußeren Mantel ergibt sich der Vorteil, daß die Abkühlungsverluste
im Verlaufe der Gaszeit wesentlich verringert werden und gleichzeitig eine für die
Verbrennung günstige Luftvorwärmung eintritt.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus folgender Beschreibung
des auf der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei-Spieles. Es zeigen Fig. i einen
Längsschnitt durch den Winderhitzer, Fig.2 einen Querschnitt durch denselben, Fig.3
eine andere Ausführungsform der Kuppel des Winderhitzers mit eineW Brenner im Schnitt.
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Der Winderhitzer besteht aus einem üblichen äußeren schachtförmigen
Mauerwerk i, vorzugsweise aus feuerfesten Stoffen, wie Schamotte u. dgl., das oben
durch eine Kuppel geschlossen ist. Innerhalb des Mantelmauerwerks i ist ein zweiter
Schachtmantel 2 bis annähernd zur Kuppel ähnlich wie ein Kamin hochgeführt. Dieser
zweite Schachtmantel, dessen Durchmesser ähnlich wie bei dem bei Winderhitzern an
sich bekannten Brennschacht einen Teil des äußeren Mantels i betragen kann, lehnt
sich auf einer Seite an die Innenwand des letzteren an. Der Schachtmantel : kann
aber auch vollständig frei im Innern der Vorrichtung hochgeführt sein und gegebenenfalls
eine ovale oder sonstige Querschnittsform haben.
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Sowohl der vom Mantel 2 eingeschlossene Raum 5 als auch der übrige
Raum 6 innerhalb des äußeren Mantels i, die in Fig. i der Einfachheit halber ohne
Besatz gezeichnet sind, sind durch auf Roste 3, q. aufgesetzte Gitterwerke ausgemauert,
die in Fig. 2 durch die Schraffur schematisch dargestellt sind und von denen das
Gitterwerk im Raum 6 in der Fig. i nur durch den oberen gestrichelten Umriß 7 angedeutet
ist.
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In der Mitte der Kuppel erfolgt die Zufuhr des vom Hochofen kommenden
Heizgases für den Wärmespeicher durch das Rohr ä, das durch Schieberventile 9, io
absperrbar ist. Die Zufuhr der zur Verbrennung erforderlichen Luft erfolgt über
ein Ventil i i durch das Rohr 12, welches in einen Ringkanal 13 mündet, der das
ganze Mantelmauerwerk i umgibt. Dieses ist unter Belassung eines Zwischenraums durch
einen Mantel 14. aus Eisenblech o. dgl. umgeben, so daß die Verbrennungsluft vom
Ringkanal 13 in diesem
Zwischenraum zur Kuppel Kochströmen kann,
wo sie beispielsweise durch einen Kanal 15 in den Kuppelraum einströmt und dem Hochofengas
den zur Verbrennung erforderlichen Sauerstoff liefert. Durch diesen mantelförmigen
Luftschacht um das Mauerwerk i wird einerseits die Wärmeabstrahlung nach außen während
der Gaszeit erheblich vermindert und andererseits die Verbrennungsluft vorgewärmt,
was sich für die Verbrennung als vorteilhaft erweist.
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Die Flamme zieht vom Kuppelraum durch das Gittermauerwerk o. dgl.
im Raum 6 nach abwärts und gibt dabei ihre Wärme ab. Die Abgase streichen durch
den Rost 3 und durch einen oder mehrere Austrittskanäle und den Abgasschieber 16
in den Schornstein.
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Die Auf heizung des Wärmespeichers dauert so lange, bis das obere
Drittel des unmittelbar beheizten Gitterwerkbesatzes o. dgl. im Flammraurn 6 auf
die erforderliche Temperatur erhitzt ist, z. B. über iooo° C. Dabei hat sich das
Gitterwerk in dem kleineren Ausgleichsraum 5, der teilweise vom Gitterwerk des Raumes
6 umgeben ist, mittelbar ebenfalls aufgewärmt. Seine Temperatur liegt jedoch unterhalb
der des Raumes 6.
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Nach Erreichung dieses Zustandes wird die Vorrichtung auf Wind umgestellt,
d. h. wie bisher üblich die Gaszufuhr durch Schließung der Ventile 9 und io abgestellt
und auch das Abgasventil 16 geschlossen und hierauf Kaltwind durch die Vorrichtung
gedrückt. Dieser tritt durch einen oder mehrere Einlässe 17 unterhalb des Rostes
3 ein, steigt durch die Kanäle des Gitterwerkbesatzes im Raum 6 hoch, erhitzt sich
hier und strömt von der Kuppel als Heißwind im Schacht 5 wieder nach abwärts. Der
Heißwind verläßt den Winderhitzer durch ein an geeigneter Stelle oberhalb oder unterhalb
des Rostes q. angeschlossenes Rohr 18, das durch einen Schieber i9 abschließbar
ist. Der Heißwind hat beim Verlassen des Gitterwerkbesatzes . im Raum 6 die gleiche
oder annähernd gleiche Temperatur wie dieser. Da aber der Gitterwerkbesatz im Raum
5 eine niedrigere Temperatur hat, gibt der nach abwärts strömende Heißwind Wärme
an das Gitterwerk des Ausgleichsraumes 5 ab, die sich in diesem aufspeichert. Es
findet also in diesem Teil des Winderhitzers zu Beginn der Windperiode eine weitere
Temperaturzunahme statt, bis das Gitterwerk in beiden Räumen 5 und 6 annähernd die
gleiche Temperatur aufweist. Von diesem Zeitpunkt ab unterstützt das Gitterwerk
im Raum 5 die Wärmeabgabe des Gitterwerks im Raum 6 an den Heißwind. Auf diese Weise
kann die zum Hochofen strömende Heißlufttemperatur gleichmäßig, zumindest innerhalb
so enger Grenzen. gehalten werden, - daß schädliche Einflüsse auf den Ofengang nicht
mehr eintreten.
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In Fig. 3 ist ein .Brenner dargestellt, wie er mit Vorteil zur besseren
Brenngas- und Hitzeverteilung Verwendung finden kann. Dem Gaseintritt in der Kuppel
ist hier ein Mischraum 2o vorgelagert, dem das Hochofengas durch den Kana121 und
die Brennluft durch zwei oder mehrere vorzugsweise gleichmäßig verteilte Kanäle
22 zugeführt werden. Das Gasgemisch strömt von hier durch schräg nach außen gerichtete
Kanäle 23, die ebenfalls in gleichmäßiger Verteilung in größerer Anzahl,
z. B. vier,. vorhanden sein können., in den Kuppelraum. Dieser Brenner kann auch
auswechselbar in die Kuppel eingesetzt werden. Es besteht aber auch die Möglichkeit,
andere an sich bekannte Brenner zu verwenden,. die ebenfalls fest oder auswechselbar
in der Kuppel angeordnet werden können.
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Die Erfindung läßt sich auch ohne weiteres an bereits vorhandene Winderhitzer
mit einem. Brennschacht anwenden. Hierzu ist es nur erforderlich, die Gas- und Windführung
abzuändern und den bisher leeren Brennschacht mit einem geeigneten Gitterwerk auszumauern,
ohne daß dadurch erhebliche Kosten entstehen. Gegebenenfalls kann an Stelle eines
Gitterwerkes auch ein anderes an. sich bekanntes Füllgut treten.
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Den jeweiligen Verhältnissen entsprechend können der Abzugsstutzen
18 und auch der Rost ¢ in beliebiger Höhe des Ausgleichsraumes 5 vorgesehen werden,
da sich die Höhe des Luftaustritts durch die Temperatur des Heißwindes in den verschiedenen
Zonen oder Höhenlagen des Ausgleichsraumes 5 bestimmt, die er beim Austritt beibehalten
soll. Bei Winderhitzern der üblichen Höhe von etwa 30 m kann sich der Auslaßstutzen
18 beispielsweise etwa 8 bis 1o m über dem Boden befinden.
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Die Gitterausmauerung des Raumes-6 und gegebenenfalls auch die des
Ausgleichsraumes 5 kann in an sich bekannter Weise nach Art der Mehrzonenwinderhitzer
erfolgen, wobei verschiedene Höhenabschnitte zur größeren Wirtschaftlichkeit in
wärmetechnischer Hinsicht mit verschieden großen Durchgangsöffnungen und verschieden
starken Steinwänden ausgeführt werden können. Wie schon erwähnt, kann aber auch
eine ganze oder teilweise Füllung des Speicherraumes 6 und gegebenenfalls auch des
Speicherraumes 5 mit einer anderen an sich bekannten Füllkörperschüttung o. dgl.
erfolgen.
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Durch die Erfindung ergeben sich zusammengefaßt folgende Vorteile:
Der
zusätzliche Wärmespeicher im Raum 5 gleicht .die Temperaturschwankungen des den
üblichen Speicher 6 verlassenden Heißwindes im Verlaufe der Windzeit- aus. Die für
den Hochofen verfügbare Heißwindtemperatur liegt. dabei im Gegensatz zur Anwendung
von Temperaturreglern mechanischer Bauart bei den bekannten Winderhitzern in der
Höhe der mittleren Heißwindtemperatur. Die Windzeit des Winderhitzers kann bei gleichem
Gitterwerksgewicht verlängert werden in dem Maße, als der Temperaturabfall des Windes
im Speicher 6 durch den zusätzlichen Wärmespeicher 5 ausgeglichen wird. Der beheizte
Gitterwerksraum 6 kann also vollkommener zum Wärmeaustausch herangezogen werden,
als es bisher der Fall war. Die Temperaturspitzen zu Beginn der Windzeiten mit ihrem
schädlichen Einfluß auf die Haltbarkeit der Heißwindschieber fallen fort, und es
können daher Heißwindschieber aus feuerfestem bzw. hitzebeständigem Stoff, z. B.
aus Hämatit, mit vereinfachter Kühlung angewendetwerden, gegebenenfalls mit lediglich
zwei wassergekühlten Ringen und ungekühlter Zunge. Die toten Räume des bisherigen
Brennschachtes und der Kuppel fallen ganz bzw. teilweise fort, und es kann dabei
der Winderhitzer nach der Erfindung in seinen äußeren Abmessungen bei gleicher Leistung
bisherigen Winderhitzern gleichen. Ferner ist auch dieWärmebeanspruchung der Kuppel
nicht mehr so groß wie bei- der Verwendung eines Brennschachtes, wobei die gesamte
aufsteigende Hitze der Kuppel entlang streicht, da im wesentlichen nur mehr eine
Beanspruchung durch abstrahlende Wärme eintritt, insbesondere dann, wenn der Brenner
etwas in die Kuppel hineinragt. Ein weiterer Vorzug besteht auch in der Anwendbarkeit
der Erfindung bei vorhandenen Winderhitzern mit Brennschacht ohne wesentlichen Arbeits-und
Kostenaufwand.
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Durch die besondere Führung der Verbrennungsluft werden außerdem die
Abkühlungsverluste im Verlaufe der Gaszeit wesentlich verringert. Die Gesamtbaukosten
werden gegenüber der bisherigen Bauart nur unwesentlich höher, denn der Mehraufwand
wird durch Fortfall der Anschaffungs- und Betriebskosten von mechanischen Reglern
allein mehr als ausgeglichen.