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Koksofen In der Regel werden Koksöfen zur Zeit völlig aus Silikasteinen
erbaut. Diese Bauart besitzt die bekannten Nachteile, welche sich aus demhohenWärmeausdehnungskoeffizienten
von Silikasteinen ergeben.
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Im Augenblick des Anheizens dehnt sich eine Batterie von Koksöfen
in der Längsrichtung der Kammern um etwa 15 bis 2o cm aus. Darüber hinaus ist wegen
des Temperaturunterschieds, welcher in einer Batterie von Koksöfen zwischen dem
unteren und dem oberen Teil herrscht, das Maß dieser Ausdehnungen unregelmäßig verteilt.
Hierdurch ergeben sich fast immer Risse, insbesondere in den Regeneratoren.
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Wegen dieser beträchtlichen Ausdehnungen kann eine Koksofenbatterie
nur sehr schwierig abgekühlt werden, wodurch sich große Schwierigkeiten vom Gesichtspunkt
des Betriebes, insbesondere im Fall durchzuführender Instandsetzungen ergeben. Ferner
sind Sili'kasteine im allgemeinen erheblich teurer als die gewöhnlichen Ouarz-Schamotte-Steine.
Vom Gesichtspunkt der Wirtschaftlichkeit gesehen ist es ein Fehler, aus diesen teuren
Silikasteinen die unteren oder oberen Teile der Öfen aufzubauen, welche nur Temperaturen
ausgesetzt werden, denen gegenüber gewöhnliches feuerfestes Material hinreichend
widerstandsfähig ist.
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Die Konstruktion des Teils- der Öfen, welcher auf hohe Temperatur
erhitzt wird, und insbesondere der Heizkammern ergibt gewisse Vorteile als Folge,
insbesondere der Feuerfestigkeit dieses Werkstoffes und ,seiner höheren Widerstandsfähigkeit
gegen die Salze, die in den Kohlen. enthalten sind.
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Um diesen Überlegungen Rechnung zu tragen, ist vorgeschlagen worden,
den unteren Teil der Öfen aus gewöhnlichen Ouarz-Schamotte-Steinen herzustellen
und die Heizkammern aus Silikasteinen.
Diese Bauart erweist sich
aber, wenn nicht besondere Vorsichtsmaßregeln getroffen. werden, als sehr gefährlich.
Bei in dieser Weise konstruierten Ofen dehnt sich der Teil, welcher auf die höchste
Temperatur erhitzt ist und aus Silikamaterial besteht, in weit höherem Maße aus
als der untere Teil aus Quarz-4Schamotte-Steinen, woraus sich häufig die Bildung
erheblicher Risse ergibt.
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Um diesen Nachteil zu beseitigen, wurden komplizierte Vorkehrungen
vorgeschlagen, insbesondere eine Art horizontaler Verankerung im Niveau des mittleren
Teils des Ofens, durch welche der Teil aus Silikamaterial gezwungen wird, sobald
er sich ausdehnt; auf dem unteren Teil zu gleiten.
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Diese Lösung ist gefährlich und unvollkommen, weil das Gleiten des
Silikamaterials unregelmäßig erfolgen kann und weil solche Ofen wegen der Verschiebungen
der Formsteine aus Silikamaterial beim Kühlenlassen der Batterie nur sehr schwierig
außer Betrieb gesetzt werden können.
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Der Ofen nach der Erfindung vermeidet alle diese Nachteile.
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Er ist dadurch gekennzeichnet, daß jede Heizkammer durch eine Reihe
von senkrechten Blöcken gebildet wird, die aus Silikasteinen bestehen und von denen
jeder wenigstens einen besonderen Kanal enthält. Diese voneinander unabhängigen
Blöcke sind im kalten Zustand durch Zwischenräume oder ihre Ausdehnung zulassende
Fugen getrennt, die entsprechend der Arbeitstemperatur der Batterie berechnet sind.
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In den Zeichnungen sind Koksöfen nach der Erfindung beispielsweise
veranschaulicht.
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Fig. i stellt in ihrem linken Teil einen Vertikalschnitt und in ihrem
rechten. Teil eine Außenschicht der Heizkammer eines Ofens nach der Erfindung dar;
Fig.2 ist ein teilweiser Querschnitt durch den Ofen; Fig. 3 und 4 veranschaulichen
einen Horizontalschnitt und eine Aufsicht auf die Heizkammer; Fig.5 ist ein teilweiser
Horizontalschnitt im größeren Maßstabe als Fig.3 und zeigt ein Beispiel der Ausführung
der Verbindung zweier Blöcke in horizontaler Richtung; Fig. 6 ist eine Teilaufsicht
und zeigt eine Ausführungsform der Verbindung zweier Formsteine in vertikaler Richtung;
Fig. 7 ist ein Vertikalschnitt von vorn gesehen und zeigt im Detail eine Ausführungsform,
bei welcher die Formsteine der Heizkammern bis zum oberen Teil des Ofens verlängert
sind; Fig. 8 ist ein Schnitt gemäß Linie VIII-VIII der Fig. 7; Fig. 9 und io stellen
einen Aufriß und eine Endansicht dar, welche die Verbindung zwischen den Steinen
zeigen, welche die aufeinanderfolgenden Blöcke einer Heizkammer bilden; Fig. i i
und 12 sind zwei Horizontalschnitte in zwei aufei.nander@ölgenden Schichten von
Steinen im oberen Teil der Heizkammer; Fig. 13 und 14 sind zwei Vertikalschnitte
in um 9o° voneinander verschiedenen Richtungen der Innenscheidewand eines Blockes,
welche dem Umlauf des Heizgases leitet; Fig.i5 i@steinHornzontalschni,ttnachLinieXV-XV
der Fig. 14.
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Jede Heizkammer (Fig. @,n bis 4) wird durch von-
einander unabhängige
Blöcke i aus Silikaformsteinen gebildet und enthält wenigstens einen unabhängigen
Gaskreislauf, der durch zwei Kanäle 2, 2 gebildet wird, welche in ihrem oberen Teil
durch den horizontalen Kanal 2a miteinander verbunden sind, welcher -den Kreislauf
zur Form einer Haarnadel vervollständigt, -wie dies der Pfeil f1 in Fig. i andeutet.
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Jeder dieser Blöcke kann in seiner Lage im unteren Teil 3 des Ofens,
der vorzugsweise aus feuerfesten Werkstoffen aus OOuarz-Schamotte-Steinen besteht,
mit Hilfe einer Einzapfung ia festgehalten werden, die eine teilweise Falzverbindung
bildet. Der obere Teil 4 kann, wie Fig. i zeigt, aus einem einzigen Zapfen aus Quarz-Schamotte-Steinen
bestehen, und die Blöcke i können damit in ähnlicher Weise wie im unteren Teil verbunden
werden.
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Zwischen den Blöcken i sind in kaltem Zustande die Ausdehnung ermöglichende
Fugen 5 vorhanden. Die Breite dieser Fugen ist so bemessen, daß sie sich im Au.gehblick
des Anheizens der Batterie schließen; ihre Breite im kalten Zustande muß gleich
dem Unterschied der Ausdehnung zwischen den aus Silikamaterial bestehenden Teilen
der Heizkammern und den Teilen aus Quarz-Schamotte-Steinen sein.
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In -der Praxis gibt man .diesen Fugen, damit sie sieh gut schließen,
eine Breite, die etwas geringer ist als die errechnete.
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An den beiden Enden, -den Verankerungen anliegend, kann das Mauerwerk
des Ofens, welches hier sich außerhalb des Teils des Ofens befindet, welcher der
Höchsttemperatur ausgesetzt ist, aus Blöcken 6 aus Quarz-Schamotte-Steinen bestehen.
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Im oberen Teil dieser Blöcke 6 aus Quarz-Schamotte-Steinen kann eine
Horizontalfuge vorgesehen werden, welche -dem Zweck dient, den Unterschied der Ausdehnung
zwischen diesen Blöcken und denen, aus welchen die Heizkammern bestehen, auszugleichen.
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Um das Entstehen von Spalten zwischen den Blöcken zu verhindern wie
um ihre Stabilität zu sichern, gibt man vorzugsweise den Fugen 5 in der Hori.zontalveA-indung
irgendeine sichernde Form, beispielsweise mit Nut und Feder, wie dies Fig. 5 zeigt.
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Um zu verhindern, daß beim Bau des Ofens Material in die Räume zwischen
den Blöcken eindringt, kann man diese zunächst mit Pappe .oder einem Stoff, wie
Asphalt, ausfüllen, welcher später herausfließt. Vorzuziehen ist es jedoch, diese
Fugen leer zu lassen und zu diesem Zweck zur Zeit der Herstellung des Mauerwerks
dort ein Brett oder ein Blech anzubringen, das anschließend weggenommen wird.
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Man kann auch so vorgehen, daß die Fugen, wie dies Fig. 6 zeigt, statt
im vertikalen Sinne ununterbrochen zu verlaufen, eingezapft sind.
Die
Blöcke i bestehen aus Silikasteinen, .die in einer zweckmäßigen Art geschnitten
sind, und die üblicherweise vorgesehene Ausbildung besitzen, um im Verband die Dichtigkeit
des Mauerwerks zu sichern.
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Man kann die Form der Fugen und der Steine auch so wählen, daß zwischen
den Formsteinen jedes der Blöcke ein solcher Verband geschaffen wird, daß sie völlig
fugendicht bleiben, wenn die Batterie angeheizt wird und wenn man sie abkühlen läßt,
oder auch beim Aufbau dieser Blöcke einen Zement verwenden, der zwischen den Steinen
abbindet, um so die völlige Abdichtung jedes der Steine zu sichern.
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Der obere Teil des Ofens kann auch, statt aus einem einzigen Haltekörper
aus 0 uarz-Schamotte-Steinen aus voneinander unabhängigen Blöcken aus dem
gleichen Werkstoff bestehen, welche in der Verlängerung der Blöcke aus Silikamaterial
der Heizkammern liegen. Gemäß einer anderen Ausführungsform werden einfach die Blöcke
aus Silikamaterial der Heizkammern bis zum oberen Teil des Ofens verlängert.
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Um in beiden Fällen im oberen Teil den Absahluß der die Kohle aufnehmenden
Kammern zwischen den Heizkammern und den der Verbindungen 5 zu sichern, kann :die
in der Fig, 7 und 8 veranschaulichte Anordnung getroffen werden, gemäß welcher die
Silikablöcke bis zur ganzen Höhe des Ofens verlängert sind. Wie diese Figuren erkennen
lassen, sind auf den Innenflächen jeder der Kohlekammern zwei Vors.prün e 7, 7 vorgesehen,
auf welchen ein System von Formsteinen 8, 9, io aufruht, welche entweder aus Silikamaterial
oder aus Ouarz-Schamotte-Steinen bestehen und die, da sie lediglich awf diese Vorsprünge
aufgelegt sind, sich unabhängig verschieben können. Um die Dichtigkeit dieses Abschlusses
zu sichern, können die Blöcke 8 beispielsweise miteinander in Nut- und Federverbindung
stehen.
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Andererseits sind die oberen Teile der Heizkammern des Ofens miteinander
über gesicherte Fugen 21 miteinander verbunden. Diese Verbindungen bestehen beispielsweise
aus Nut und Fetter, wobei die Feder 22 eines der Blöcke in eine zwischen
zwei Federn 23 des anderen Blockes ausgesparte Nut eingreift.
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Es wird so im oberen Teil der Heizkammer eine dichte Verbindung geschaffen,
welche die Abdichtung der Destillationskammer sichert.
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Wie bereits erläutert, kann die Bauart nach der Erfindung bei einem
Koksofen beliebigen Systems angewendet werden, vorzugsweise aber findet sie Verwendung
bei den Koksöfen mit einer Gaszirkulation in Haarnadelform.
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Die zum Aufbau des unteren und gegebenenfalls des oberen Teils der
Batterie verwendeten feuerfesten Werkstoffe sind normalerweise O_uarz-Schamotte-Steine,
wie sie üblicherweise für den Bau von Koksöfen verwendet werden. Man kann aber auch
für diese Konstruktion andere Werkstoffe verwenden, deren Ausdehnungskoeffizient
.sie für die Verwirklichung des Erfindungsgedankens geeignet macht. Die Vorteile
des neuen Bausystems sind außerordentliche. Die gesamte Ausdehnung der Batterie
übersteigt nicht die der Teile derselben, welche aus feuerfesten Werkstoffen aus
O_uarz-Schamotte-Steinen bestehen, die des weiteren nur auf eine verhältnismäßig
geringe Temperatur erhitzt werden.
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Der Ofen besitzt trotzdem alle Vorteile eines vollkommen aus Silikamaterial
bestehenden, bei welchem die Verwendung dieses Werkstoffes angezeigt ist. Man könnte
ohne Nachteil den Teil des Ofens, welcher aus Silikamaterial besteht, etwas mehr
nach unten verlängern, als dies die Figuren zeigen., oder auch die Kanäle, welche
die heißen Gase nach den Regeneratoren führen, in Silikamaterial ausführen.
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Das neue Bausystem ergibt eine wesentlich höhere Dichtigkeit wegen
der geringen Ausdehnung der Batterie und besonders, weil im Prinzip jeder der Blöcke,
innerhalb deren der Gaskreislauf stattfindet, für sich eine völlig dichte Einheit
von kleinen Abmessungen darstellt.
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Es ist darauf .hinzuweisen, däß man statt lediglich zweier Vertikalkanäle
in jedem Block auch mehr, beispielsweise vier, vorsehen kann, was zur Bildung zweier
Gaskreisläufe in jedem Block führt.
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Es ist oben erläutert worden, daß und wie die Abdichtungen zwischen
den Blöcken beim Betrieb des Ofens gesichert werden. Wenn sich Spalte bilden sollten,
so würde das zwischen zwei Zeilen erfolgen und verhältnismäßig unwichtig sein, auch
würden sich solche Spalten sehr schnell durch die Bildung von Graphit schließen.
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Nochmals sei auf den wesentlichen wirtschaf't@-lichen Vorteil hingewiesen,
der sich daraus ergibt, daß zum Aufbau einer Batterie nur eine Menge an Silikasteinen
verwendet wird, die nicht größer ist als 2o bis 30°/0 des Gesamtgewichts an feuerfestem
Material.
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Die Steine, aus welchen die Heizwände des Ofens aufgebaut werden,
`kommen miteinander in Berührung, sobald unter der Einwirkung der Wärmeausdehnung
die Fugen 5 sich schließen. Wenn einzelne Steine aneinander anhaften, so sind sie
bei der Kühlung bestrebt, sich voneinander zu trennen, wodurch die Gefahr besteht,
daß der Verband sich löst und die Heizwand Spalte bekommt.
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Dieser Nachteil wird bei dem Ofen nach der Erfindung durch den Verband
der Steine, welche die Heizwände des Ofens bilden (Fig. 9 und io), verhindert. Zu
diesem Zweck sitzt jeder Stein 25 einer der Steinlagen rittlings über den zwei Steinen
261 und 262 der darunterliegenden Lage und steht im Verband mit diesen zwei Steinen,durch
einen mittleren Haltezapfen. 271 von der Höbe h. und zwei seitliche Haltezapfen
272 und 273 von der Höhe H.
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Ferner sitzt der Stein 25 rittlings .in bezug auf die beiden Steine
281 und 282 der darüberliegenden Schicht und steht mit diesen in Verband durch einen
mittleren Zapfen 291 und zwei seitliche Zapfen 292 und 293.
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Es ergibt sich so ein Verband, welcher jeder unzeitigen Verschiebung
der Steine a) in Richtung des Pfeiles f 1o senkrecht zur Ebene der Heizkammern,
b)
in Richtung des Pfeiles f11 in der Ebene der Heizkammern, entgegenwirkt.
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Es -wird so eine Heizkammer geschaffen, welche allen äußeren Beanspruchungen
gegenüber sich wie ein einheitlicher Körper verhält.
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Die Erfindung umfaßt ferner eine weitere, auf die Öfen der in Frage
kommenden Art anwendbare Verbesserung in bezug auf die Vergleichmäßigung der Temperatur
längs der Höhe des Ofens soweit wie möglich.
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Zu diesem Zweck besitzen im oberen Teil der Heizkammern die Formsteine
auf den Innenflächen der Wandungen, d-ren -#aßenseite in Kontakt mit der Kohle steht,
eine oder mehrere Unebenheiten, welche die Größe der wärmeaustauschenden Fläche
erhöhen, indem sie die Wärme zurückhalten und so die Übertragung des Wärmeinhalts
des Gases auf die Kohle erleichtern.
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Gemäß einer verbesserten Ausführungsform sind diese Unebenheiten auf
jeder Fläche jedes der Formsteine, die in Übereinanderanordnung den Block bilden,
verschieden ausgebildet, um so die Gasströme längs der Wandungen der Kanäle zu.
teilen und. ihnen Hindernisse in den Weg zu legen. Hierdurch wird der Wärmeaustausch
noch mehr begünstigt.
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Die Fig. i i und 12 zeigen eine Ausführungsform dieser Anordnung.
In diesen Figuren ist erkennbar, daß die Vorsprünge r,5 beispielsweise von abgerundeter
Form auf ein und derselben Fläche von einer Steinlage zur anderen an Zahl verschieden
sind, beispielsweise der eine Stein nur einen Vorsprung aufweist und der darüber-
und der Barunterliegende je zwei und. so, weiter in abwechselnder Folge. Man kann
sogar Vorsprünge verschiedener Zahl in ein und derselben Ebene eines Kanals 2 gegenüber
der anderen und in einer Fläche zu der entgegengesetzten Fläche des gleichen Kanals.
vorsehen, wie dies die beiden Figuren zeigen.
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Der verbesserte Ofen nach der Erfindung ermöglicht es auch, die Lage
des Horizontkanals 29, der ,den oberen Teil zweier miteinander. gekuppelter Kanäle
verbindet, nach Belieben zu wählen, was sehr wichtig für die Kohlenschicht im oberen
Teil der Kohlenkammer ist.
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Zu diesem Zweck besitzen, wie dies die Fig. 13
bis 15 zeigen,
die beiden Innenflächen jedes: Blocks ,der Gaskammer senkrecht zu der Scheidewand.
16 zwischen den beiden Kanälen 2 ein und desselben Gaskreislaufs in ihrem oberen
Teil einander entgegengesetzt liegende Rillen 17, die zwischen zwei Vorsprüngen
18 ausgespart und so ausgebildet sind, daß sie in veränderlicher Anzahlkleine Formsteine
i9 aufnehmen können, deren unterster sich auf der oberen Stirnfläche der Scheidewand
abstützt und. mittels .deren 'die Gesamthöhe desselben beliebig geändert werden
kann, gleichzeitig damit die Lage und Höhe des Horizontalkanals 2a, -der durch den
freien Durchgangsquerschnitt zwischen dem obersten der kleinen Formsteine ig und
der oberen Begrenzung der Kanäle gebildet wird.
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Die kleinen Formsteine i9 sind vorzugsweise mit Löchern 2o versehen,
die dazu dienen, sie mit- Hilfe von Haken vom oberen Teil des Ofens aus zu handhaben.