DE8705996U1

DE8705996U1 - Regeneratorstein

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Publication number: DE8705996U1
Application number: DE8705996U
Authority: DE
Original assignee: Otto C Feuerfest Dr GmbH
Current assignee: Otto C Feuerfest Dr GmbH
Priority date: 1987-04-23
Filing date: 1987-04-23
Publication date: 1987-06-19

Description

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Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Regeneratorstein in Form eines Gittersteines, der insbesondere in den Regeneratoren von Koksöfen verwendbar sein soll.
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Durch die Regeneratoren von öfen strömt während eines Zeitraumes von beispielsweise 20 Minuten heißes Abgas von der Beheizung der 'öfen und anschließend für etwa dieselbe Zeitspanne kühle Verbrennungsluft, die für die Beheizung benötigt wird. Die in den Regeneratoren angeordneten Gittersteine mit einer Stegbreite von 15 mm und mehr nehmen also während eines ersten Zeitraumes Wärme aus dem Abgas auf, um während des zweiten Zeitraumes die Verbrennungsluft vorzuwärmen. Die mögliche zwischen Gas und Stein austauschbare Wärme hängt von der Oberfläche der Steine ab. Die Leistung bei diesem Wärmeaustausch kann dadurch vergrößert werden, daß die Anzahl der Kanäle unter Verminderung der Breite der Stege auf weniger als 10 mm in den Gittersteinen erhöht wird. Durch diese Maßnahme kann auch bei konstanter Wärmeleistung das Gesamtvolumen eines Regenerators verringert werden. Je nach der Auslegung einer Koksofenbatterie wird der eine oder andere Zweck stärker bevorzugt, wobei in jedem Falle eine Vergrößerung der wärmeübertragenden Oberfläche durch eine Verminderung der Dicke der Stege zwischen den Kanälen erwünscht ist.

Für Koksöfen werden üblicherweise als feuerfeste Werkstoffe Quarz-Schamotte-Steine gemäß DIN 1089, Teil2, verwendet. Nach dieser Norm sind derartige Steine der Sorte E 70 auch für den Regenerator vorgesehen. Dieser Werkstoff hat sich auch für die bisher üblichen Gittersteine bewährt. Bei einer Verringerung der Wanddicke der Stege stellte sich im Betrieb jedoch heraus, daß die Haltbarkeit der Steine aus Schamotte nicht ausreichend war und insbesondere aus den dünnwandigen Stegen Teile herausbrachen.

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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung^ einen Regeneratorstein mit dünnwandigen Stegen oder Wänden so zu Verbessern, daß er im Betrieb eine Lange Lebensdauer zeigt.

Diese Aufgabe wird bei Regeneratorsteinen in Form von Gittersteinen mit einer Breite der Stege zwischen den Längsseiten der KanäLe van etua 10 mm und weniger dadurch geLöst- daß der Stein aus einem keramischen Merkstoff besteht, der bei den im Regenerator auftretenden Temperaturen und TemperaturwechseLn auch in den dünnen Stegen eine hohe TemperaturwechseL-Festigkeit ergibt. Die hohe TemperaturwechseL-Festigkeit des Steines wird durch den Einsatz eines Werkstoffes mit geringer Wärmedehnung erreicht. Insbesondere wird als Werkstoff eine Cordierit enthaltende Zusammensetzung gewählt.

Ein geeigneter Werkstoff weist 46 bis 60 Gew%, vorzugsweise etwa 54 Gew% SiOg, 30 bis 44 Gew%, vorzugsweise etwa 38 Gew%, AI2O3 und 2,4 bis 3,2, vorzugsweise 2,8 Gew%, MgO auf. Anteile anderer Stoffe wie der Oxide des Eisens und des Titans können in geringen Mengen vorhanden sein. Durch diese cordieritische Zusammensetzung wird der Gehalt an SiO?, der bei Schamottesteinen der bisher verwendeten Art 70 % und mehr beträgt, erheblich herabgesetzt. Insbesondere wird hierdurch aber die Wärmedehnung des Werkstoffes bei 600° C je nach der Werkstoff-Zusammensetzung auf weniger als 0,35 %, vorzugsweise auf weniger als 0,30 %, verringert-»

Bei der vorgesehenen bevorzugten Werkstoff-Zusammensetzung beträgt der röntgenografisch ermittelbare Cordierit-Anteil 20 bis 30 Gew%, vorzugsweise etwa 25 GewZ.

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i dem erfiridüngsgemäßen Regenerätöfstein Wird eine offene Porosität voJTii weniger als 23 %/ vorzugsweise von Weniger als 21 %, bevorzugt. Trotz der Wahl eines cördieritischen Steines anstelle eines Quarz-Schamotte-Steines der Sorte E 70-2 werden die für den Schamottestein nach DIN 1089, Teil 2, angegebenen Werte bezüglich der Druckfestigkeit von größer als AO N/mm<v eine npilpl/^&Ggr;&agr;&igr; mpxnac^anrli rtlta-i -h Wrtrj mohp als 135Q^ C* &THgr;&Igr;&Pgr;&THgr; &Rgr;&thgr;&udigr;^&Ggr;"" festigkeit von mehr als Segerkegel 26 und ein Druckfließen von weniger als 0,25 % erreicht.

Der erfindungsgemäße Regeneratorstein zeigte darüber hinaus eine Temperaturwechsel-Beständigkeit zwischen 0 und 950° C gemäß DIN 51068, Teil 2, von mehr als 30 Abschreckungen, ohne daß eine Zerstörung des Steines auftrat, während der Quarz-Schamotte-Stein Sorte E 70 gewöhnlich nur bis zu 6 Abschreckungen bis zu seiner Zerstörung aushält. Praktische Untersuchungen bei Temperaturwechseln, wie sie insbesondere in den unteren Lagen der Regeneratorsteine auftreten, zeigten, daß auch nach einer großen Vielzahl von Temperaturwechseln unter den Einsatzbedingungen eine auf eine beginnende Zerstörung des Steines deutende Veränderung nicht feststellbar war. Damit ist der Stein insbesondere für die unteren drei bis vier Lagen eines Regenerators geeignet, durch deren Kanäle abwechselnd Luft von unten mit einer Außentemperatur von ggf. unter O⁰C einströmt und von oben Abgas mit nur wenig erniedrigter Temperatur von noch über 400⁰C herabfließt.

Temperaturwechsel in dem angegebenen Bereich war für die herkömmlichen Quarz-Schamotte-Steine mit einer Wandstärke von 15 mm und mehr unschädlich, führte aber bei einer Verringerung der Stegbreite auf weniger als 10 mm zu Wärmespannungen in den Stegen offenbar wegen der in diesem Temperaturgebiet eintretenden Volumenänderungen des in Form von Cristobalit vorliegenden hohen SiQ2-Anteils. Die auftretenden Zerstörungen wurden bei dünn-

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Wändigen Qüärz-Schamotte-Steineri dagegen im oberen Bereich der Regeneratorkahäle nicht beobachtet, in denen die Temperaturen des Abgases und der zugeführten Verbrennungsluft höher Liegen und die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Gasen geringer ist. Es kann daher ausreichend sein, in einem Regenerator nur die unteren Lagen aus dem teureren Werkstoff mit cordieritischer Zusammensetzung zu bilden.

Es ist auch im Sinne der Anforderungen ah einen Regenerätöfstein möglich, den Cordieritgehalt noch weiter über einen Anteil von 30 Gew% zu erhöhen mit der Folge, daß die Temperaturwechsel-Be** ständigkeit noch weiter verbessert wird. Entsprechend einem höheren Cordieritgehalt wird der Stein eine andere chemische Zusammensetzung haben, (nämlich höhere MgO- und niedrigere Siü2 -Gehalte). Dieses wäre jedoch eine vergleichsweise teure Lösung. Sie ist auch im Normalfall nicht erforderlich, da bereits die erfindungsgemäß bevorzugten niedrigeren Cordieritanteile eine hinreichend gute Temperaturwechsel-Festigkeit gewährleisten.

Der erfindungsgemäße Regeneratorstein wird in herkömmlicher Wsise plastisch extrudiert, geschnitten, getrocknet und gebrannt.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Regeneratorsteines ist auf den beigefügten Zeichnungen vereinfacht dargestellt.

Es zeigen

Fig. 1 eine Ansicht auf einen als Gitterstein ausgebildeten Regeneratorstein,

Fig. 2 einen Längsschnitt entsprechend Ii-II in Fig. 3,

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Fig. 3 einen Querschnitt durch den Stein entsprechend III-IIT in Fig. 1 und

Fig. 4 in größerem Maßstab eine Ecke des Steines entsprechend der Einzelheit X in Fig. 1.

Der Regeneratorstein 1 enthält eine Anzahl Kanäle 2 von fLachem Querschnitt, die an ihren Längsseiten durch Stege 3 begrenzt sind. Der Stein besitzt äußere Seitenwände 4, die parallel zu den Stegen 3 verlaufen, und äußere Seitenwände 5, die quer zu den Stegen 3 angeordnet sind. Der dargestellte Stein weist darüber hinaus eine Mittelwand 6 auf, die ebenfalls quer zu den Stegen 3 liegt. Bei Brückensteinen, die die untere Lage bilden und die gesamte Breite des Regenerators überspannen, können mehrere Mittelwände 6 vorgesehen werden. Die untere Fläche 7 des Steines 1 weist eine Ausnehmung auf, und entsprechend besitzt die obere Seite 8 einen Vorsprung, so daß die Steine mit sicherem Halt ineinander greifend aufeinander gesetzt werden können, wobei die Kanäle 2 durch einen aufgebauten Stapel derartiger Steine geradlinig hindurchgehen. Die Brückensteine brauchen keine Ausnehmung in ihrer unteren Seite 7.

Fig. 4 zeigt die Breite der Kanäle 2 mit a, die Breite der Stege

3 mit b und die Breite der zu den Stegen parallelen äußeren Wände

4 mit c. Ein erfindungsgemäß hergestellter Stein kann beispielsweise folgende Maße aufweisen:

a = ca. 9 mm, b = ca. 8,5 mm und c = ca. 10 mm. Die Länge der Kanäle kann etwa 90 mm betragen, und der Stein hat eine Einbauhöhe von etwa 150 mm. Die Anzahl der Kanäle kann unter Berücksichtigung der Einbauverhältnisse in dem Regenerator auch größer oder kleiner als dargestellt sein.

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Die Darstellung gemäß Fig. 1 und 3 zeigt, daß durch eine Vielzahl von Kanälen unter Verminderung der Wanddicke der Stege die Wärmeübergangsfläche in einem Stein erheblich vergrößert werden kann. Die Abbildungen machen jedoch auch deutlich, daß die Stege sehr schmale Wände bilden, so daß durch Temperaturänderungen an ihren Oberflächen in den Wandquerschnitten erhebliche Wärmespannungep auftreten können, wenn in dem Werkstoff infolge von Temperaturänderungen auch Volumenveränderungen auftreten. Durch die erfindungsgemäße Verwendung eines Werkstoffes mit insbesondere cordieritischer Zusammensetzung und geringerer Wärmedehnung bei den infrage kommenden Temperaturen werden Wärmespannungen, die die Stege zerstören, vermieden und eine hohe Temperaturwechsel-Beständigkeit erreicht, die die Möglichkeit schafft, den Wärmeaustausch in einem Regenerator zu verbessern.

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Claims

a a a a a · ·■·· «a Regeneratorstein Schutzansprüche

1. Regeneratorstein in Form einviS Gittersteines, insbesondere für Koksöfen, mit einer Breite der Stege (3,4) zwischen den Längsseiten der Kanäle (2) von etwa 10 mm und weniger, dadurch gekennzeichnet, daß der Stein (1) aus einem keramischen Werkstoff besteht, der bei den im Regenerator auftretenden Temperaturwechseln auch in den dünnwandigen Stegen (3,4) eine hohe Temperaturwechsel-Festigkeit aufweist.

2. Regeneratorstein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die hohe Temperaturwechsel-Festigkeit des Steines (1) ergebende keramische Werkstoff eine geringe Wärmedehnung aufweist.

3. Regeneratorstein nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff eine cordieritische Zusammensetzung aufweist.

4. Regeneratorstein nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmedehnung des Werkstoffes bei 600⁰C weniger als 0,35 %, vorzugsweise weniger als 0,30 Y._f beträgt.

5. Regeneratorstein nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff 46 bis 60 Gew% SiOj , 30 bis 44 Gew% AI2O3 und 2,4 bis 3,2 Gew% MgO enthält, wobei geringe Anteile anderer Stoffe wie FejO·* und TiOg vorhanden sein können.

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6. Regeneratorstein nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff etwa 54 GewX SiO2, 38 GewX AL2O3 und 2,8 Gew% MgO enthält.

7. Regeneratorstein nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Cordierit-AnteiL 20 bis 30 Cew%, vorzugsweise etwa 25 GewX, beträgt.

8. Regeneratorsteif\ nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die offene Porosität des Steines weniger aLs 23 %, vorzugsweise weniger als 21 %, beträgt.

9. Regeneratorstein nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stein bezüglich Druckfestigkeit, Druck-Feuer-Beständigkeit, Feuerfestigkeit und Druckfließen wenigstens die für Quarz-Schamotte-Steine Sorte E 70-2 in DIN 1089, Teil 2, angegebenen Werte aufweist.

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