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Verfahren und Einrichtung zur Verminderung des Gewölbeverschleißes
von Herdschmelzöfen Bei Siemens-Martin-Öfen, wie sie; zum, Schmelzen und Raffinieren
von Stahl verwendet werden und auch bei anderen Herdöfen, z. B. solchen zum Schmelzen
von Glas, Kupfer od. dgl., treten häufig Gewölbeschäden auf, die zu unangenehmen,
Betriebsunt@erbrechungen führen. Die durchschnittliche Lebensdauer eines aus Silikatsteinen
bestehenden Siemens-Martin-Ofen-Gewölbes beträgt nur etwa ro Wochen. Das Gewölbe
verschleißt dabei in der Regel nicht gleichmäßig, sondern bevorzugt an bestimmten
Stellen, meist mehr im Mittelteil als an den Stirnseiten und gewöhnlich nahe an
der Rück- und Vorderseite des Ofens. Die Fläche dicht am Stichloch, das etwa in
der Mitte der Rückseite des Ofens liegt, ist meist dem stärksten Angriff ausgesetzt.
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Es hat sich gezeigt, daß dieser örtliche Gewölbeverschleiß im wesentlichen
durch dien Anprall der Flammen und der staubhaltigen Gase an das Gewölbe verursacht
wird. Dabei wird der Verschleiß durch Eisenoxyd, Kalk und andere korrodierend wirkende
Stoffe erhöht, die durch die Gase von ,der Oberfläche der Charge mitgerissen werden.
Die Neigung der Gase, nach oben zu steigen und das Gewölbe zu ,beaufschlagen, wird
durch chargierten Schrott usw. verstärkt. Außerdem ergibt das Mitreißen der Gase
durch die Flamme einen Rückstrom von mit Korrosionsstoffen beladenem
Rauchgas,
der mit dem Gewölbe in Berührung kommt.
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'Es ist schon oft versucht worden, den örtlichen Verschleiß der Herdofengewölbe
zu vermindern, z. B.. durch die Verwendung von Silikatsteinen mit besonders niedrigem
Flußmittelgehalt oder von basischen Steinen, z. B. Chrom-Magnesit-Steinen, an den
gefährdeten Stellen. Mitunter werden auch Winddüsen zur Kühlung der Außenfläche
des Gewölbes benutzt. Auch der Einbau von KühlschJangen ist.b:ereits vorgeschlagen
worden.
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Gemäß der Erfindung wird eine strömende Schutzga.sschicht .in einer
der Flamme entgegengesetzten Richtung über die am stärkstem: verschleißgefährdete
Gewölbefiäche geführt. Dadurch wird verhindert, daß die Flamme und die Rauchgase.
mit dem Gewölbe überhaupt in Berührung kommen, vor allem aber, daß sie in einem
Winkel auf das Gewölbe auftreffen und an ihm entlangziehen. Je größer die von der
Schutzgasschicht bestrichene Gewölbefläche ist, desto geringer ist der Gesamtverschleiß
des Gewölbes. Es ist sehr schwierig, das ganze Gewölbe durch die erfindungsgemäße
Schutzgasschicht zu schützen. Die Lebensdauer des Gewölbes wird aber schon dadurch
wesentlich erhöht, daß sich die Schutzgasschicht über eine verhältnismäßig kleine
Fläche bewegt, die praktisch -immer im mittleren Drittel des Gewölbes liegt.
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Als Gas für die Schutzgasschicht wird vorzugsweise Luft verwendet
und nachstehend der Einfachheit halber als deren Hauptbestandteil angegeben. Gegebenenfalls
kann auch Dampf oder sonst zur Verfügung stehendes Gas dafür benutzt werden.
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Die Bewegung der Schutzgasschicht ist. wesentlich, um zu verhindern,
daß durch die Konvektion und Wirbel.ung der Ofengase korrodierender Staub und Dampf
an die Gewölbefläche gelangen. Andererseits darf sich dieSclultzgasschicht nicht
zu schnell bewegen, weil- sie-söns#idie Verbrennungsgase mitreißt und bald nicht
mehr aus reiner Luft, sondern, aus einer Mischung von Luft und Korrosionsgas besteht.
Dadurch ist also die Geschwindigkeit begrenzt, mit .der die die Schutzgasschicht
bildende Luft eingeführt werden kann. Dementsprechend vermindert sich die Reichweite-
der Schutzgasschicht aus nur an einer Stelle in .den Ofen eingeführter Luft.
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Bei kleineren Öfen hat es sich .bewährt, eine oder mehrere- Lufteinlaßöfnungen
um den in einer Stirnseite des Ofens gelegenen Rauchgasabzug herum vorzusehen. Bei
größeren Öfen biegt jedoch die so eingeführte Luft schon vor dem Mittelteil des
Ofens keinen wirksamen Schutz mehr. Dieser Nachteil läßt sich überwinden, indem
man weitere Luftmengen an verschiedenen Stellen längs des Ofens einführt, so daß
sich :mehrere Schutzgasschichten ergeben, von, denen jede eine Fortsetzung der voraufgegangenen
bildet.
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Unabhängig davon, ob die Schutzgasschicht . durch eine oder mehrere
Öffnungen von einer oder von mehreren auf der Ofenlänge gelegenen Stellen aus eingeführt
wird, empfiehlt es sich, daß sie die ganze Boeit.e des Ofengewölbes schützt.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an Ausführungsbeispielen erläutert,
und zwar zeigt Fig. i einen Längsschnitt durch einen kleinen Ofen, Fig.2 einen waagerechten
Schnitt nach der Linie II-II von Fig. i, Fig. 3 und 4 senkrechte Schnitte nach .den
Linien III-III bzw. IV-IV von Eig. i und Fig. 5 einen Schnitt ähnlich Fig. i .durch
einen .abgewandelten Ofen.
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In dem Ofen nach Fig. i bis 4 sind der Herd i, die Vorderseite 2 und
die Rückseite 3 von üblicher Gestalt. Wie üblich, sind Chargieröffnungen 4 in der
Vorderseite und ein Stichloch 5 in der Rückseite vorgesehen. Ein Brenner 6 ist .durch
eine Stirnwand eingeführt. Die. Rauchgase strömen durch einen Abzug 7 in der gegenüberliegenden
Stärnwand und fließen durch einen, Schlackenfang 8 zu einem Rekuperator g. Die Luft
wird dem Rekuperator g durch ein Rohr io zugeiführt. Sie gelangt nach der Vorwärmung
üb-eir,den Kanal i i zu zwei senkrechten Kanälen-i2 in der den Rauch gasalbzug 7
aufweisenden Stirnwand. Die Kanäle i2 sind oben durch einen. Querkanal 13 verbunden
und ergeben mit diesem einen Lufteinlaß 14 von umgekehrter U-Form. Das Gewölbe 15
wölbt sich in Längs- und Querrichtung, so daß es oberhalb des Schmelzspiegels Teil
eines Hallbeilipsoi.ds ist.
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Die Luft wird dem Ofen. als Halbkreiss.trom von der Abgasöffnung her
entgegen der Richtung des auf .der anderen Seite einströmenden Brenngases zugeführt.
Sie bildet längs des Gewölbes'und der Seitenwände eine strömende Schutzgasschicht.
Mit abnehmender Geschwindigkeit das Stromes nimmt diese Schutzgasschicht ab, da
beständig Luft durch Einwärtsbewegung vom Gewölbe und den. Seitenwänden und durch
Berührung mit dem Brennstoff verlorengeht, wie das durch diel Pfeile 16 in Fig.
i, 2 angedeutet ist. Vom Querschnitt durch den Ofen aus gesehen entstehen durch
die Maßnahmen nach der Erfindung drei Zonen. (Fig. 4), nämlich eine Fla.mmzone 17,
:die von einer Zone 18. aus Rauchgas und Flammgas umgeben ist, während .die Zone
i8 wiederum von einer in entgegengesetzter Richtung ziehenden Luftzone ig umgeben,
ist. Die Zonengrenzen sind in der Praxis nicht so. klar wie in der Darstellung nach
Fig.4. Die Eintrittsgeschwindigkeit der Luft muß der Form insbesondere des Gewölbes
angepaßt sein, um übermäßige Luftverluisbe zu vermeiden und 'die Aufrechterhaltung
einer genügenden, Luftschicht an der zu schützenden Gewölbefläche zu gewährleisten.
Diese Fläche ist durch die Linien A, B in Rig. 2 umgrenzt, @dio sich von der Mittellinie
C aus in einem Abstand gleich einem Viertel der Gesamtofenlänge von der Spitze des
Brenners 6 bis zur Mündung der ö'ffnung 7 befinden. Bei dem dargestellten Ofen bedeutet
das, daß die Schutzgasschicht sich über mindestens drei Viertel der Gesamtofenlänge
von der Abgasöffnung aus hält.
Die Gewöl,beoberfläche muß in der
Strömungsrichtung der Schubzgasschicht ärodynarnischs möglichst glatt sein. Das
Gewölbe des Ofens nach Fig. i bis 4 ist beständig und fließend längs gewölbt, ohne
.dem Schutzgasstrom mit Hindernissen oder plötzlichen Abbiegungen zu begegnen. Das
Gewölbe kann in der Stromri.ehtung auch ganz erben sein. Es :darf nur keinen plötzlichen
Bruch des Wölbkurvenverlaufs aufweisen.. Wenn. beispielsweise das Gewölbe 15 nur
über die Mittelstrecke zwischen den Linien A, B flach wäre, würde der Stromlinienverlauf
ibei B plötzlich unterbrochen mit der Wirkung, daß :die angestrebte Schutzgasschicht
verlorenginge. Ebenso dürfen dem Schutzgasstrom keine Schultern oder sonstigen Erhebungen
entgegenstehen. Andererseits bedarf die Ciewölb:efläche keiner besonderen Glätte
im Sinne einer PolituT, vielmehr ist unter ärodynamische Glätte in denn hier verstandenen
Sinn nur das: Fehlen plötzlicher Übergänge zwischen Kurvenabschnitten verschiedener
Radien sowie von sonstigen Hindernissen für den glatten Verlauf dies Schutzgasstrames
zu verstehen.
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Die nach :der Erfindung erzeugte Schutzgasschicht bietet den weiteren
Vorteil, daß :die Luft selbst Wärme vom Gewölbe und den Wänden aufnimmt, so daß
sich ohne zusätzliche -Elrhitzung :des Gewölbes die Flammtempeeratur erhöhst.
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Die bekannten Siemens-Martin-Öfen sind durchweg umsteuerbar und mit
Wärmespeichern ausgerüstet. Nicht umsteuerbare Öfen mit Rekuperatoren sind wenig
im Gebrauch, weil mit Rekuperatoren sim allgemeinen keine genügende, Vorwärmung
der Verbrennungsluft zu erzielen ist.. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die
Luft beim Bestreichen des Gewölbes und der Windei vorgeheizt. Damit wird es nun
praktisch möglich, nicht umsteuerbare Öfen mit Rekuperatoren, z. B. den Ofen nach
Fig. i bis 4, zum Schmelzen von Stahl zu verwenden. Die Ofen können, auch: mit Kohlenstaub
befeuert werden.
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Der Ofentyp nach Fig. i bis 4 kann in mehrfacher Hinsicht abgewandelt
"verden. Beispielsweise kann die Luft in Form mehrerer Ströme eingefÜhrt werden.,
die mehr oder minder einen Halbkreis um die Aibgasöffnung bilden, und nicht in Form
eines einzigen Stromes.
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Wie bereits erwähnt, eignet sich die Anordnung nach Fig. i bis 4 vornehmlich
für kleinere Öfen-Bei größeren Ofen wird ein Teil der Luft durch einen Einlaß 14,
der Rest durch Öffnungen oder Schlitzego im Gewölbe 15 an Stellen in der Nähe des
Brennstoffeintritts eingeführt (s. Fig. 5), wobei die Öffnungen. oder Schlitze so
angeordnet sind, daß :die Zusatzluft die Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung der
Schutzgasschicht aufrechterhält. In diesem Fall sind drei hintereinandergeschaltete,
ineinander übergebende Schutzgasschichten vorgesehen. Die von jeder Schicht bestrichene
Fläche a5 ist in der Stromrichtung beständig gekrümmt.
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Die zur Bildung der Schutzgasschicht erforderliche Luftmenge macht
einen. wesentlichen Teil der zur Verbrennung erforderlichen Luft aus. Daher ist
die Vorwärmung der Luft vor ihrem Einlaß zu empfehlen. Wird statt Luft Dampf oder
ein anderer Gas verwendet, so muß natürlich außerdem die erforderliche Verbrennungsluft
vorhanden sein.