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Gemauerter Brennerkopf für Regenerativöfen mit Heißgasbetrieb Gegenstand
der Erfindung ist ein aus feuerfesten Steinen gemauerter Brennerkopf für Regenerativöfen
mit Heißgasbetrieb, insbesondere für Siemens-Martin-Ofen dieser Art.
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Die Forderungen, die an die Gestaltung solcher Brennerköpfe erfahrungsgemäß
gestellt werden müssen, sind im wesentlichen eine gute Flammenführung, ein günstiger
Abzug der Feuergase, geringer Aufwand an feuerfestem Baumaterial, geringer Verschleiß
desselben und gute Zugänglichkeit der dem Verschleiß besonders unterliegenden Teile.
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Die gleichzeitige Erfüllung all dieser Forderungen ist schwierig,
weil sich diese zum Teil widersprechen, d. h. man ist nach dem heutigen Stande der
Technik nur in der Lage, aus dieser Mehrzahl von Forderungen nur einige bevorzugt
zu befriedigen, jedoch auf Kosten der übrigen Forderungen. Demgemäß hat eine große
Zahl von Ofenbauweisen für Heißgasbetrieb Eingang in die Praxis gefunden.
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Die Grundaufgabe wird darin gesehen, die Verbrennung weitestgehend
im Herdraum erfolgen zu lassen, und zwar möglichst unmittelbar über dem Bade, und
sie im Herdraum möglichst zum Abschluß zu bringen. Zwecks Lösung dieser Grundaufgabe
werden die nachfolgend beschriebenen Maßnahmen getroffen, um die Verbrennung unter
Vermeidung einer Durchwirbelung von Gas und Luft einzuleiten, jedoch im Herdraum
abzuschließen, weiter um eine möglichst vollkommene Ausnutzung der Verbrennungswärme
im Herdraum selbst zu erreichen sowie um einen tiefliegenden Abzug der Feuergase
zu sichern, durch den
die Flamme auf dem Bade gehalten wird. Hierzu
treten die bereits einleitend angegebenen weiteren Forderungen mehr konstruktiver
Art, namentlich geringer Aufwand an feuerfestem Baumaterial, geringer Verschleiß
desselben, gute Zugänglichkeit der dem Verschleiß besonders unterliegenden Teile
und Vermeidung von Zungen und Wänden, die von den Feuergasen umspült werden.
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Es ist gefunden worden, daß diese Ziele dann erreichbar sind, wenn
der Brennerkopf für Regenerativöfen mit Heißgasbetrieb erfindungsgemäß die folgenden,
zum Teil schon bekannten Merkmale, und zwar in Kombination aufweist: einen frei
stehenden Gaszug, an beiden Stirnseiten des Herdraumes je eine .gegenüber der Ofenbreite
erheblich verschmälerte und dem Herdraum vorgebaute. Vorkammer, in die der Gasstrom
durch die Kammerstirnwand, im Grundriß gesehen in der Mitte und im Aufriß gesehen
in einem Abstand von der Kammerdecke, eintritt, ferner zwei getrennte Luftschächte,
die von unten an j e einer der beiden durch die Kammerstirnwand und j e eine Kammerseitenwand
begrenzten Ecken in die Kammer einmünden, so daß die seitliche Begrenzung der in,
die Kammersohle mündenden Luftschächte durch einen Teil der Wände der Vorverbrennungskammer
eine Verlängerung erfährt, Anordnung der Luftschächte in solchem Abstand von dem
aus dem Gaszug austretenden Gasstrom, daß die Luftströme gerade noch, ohne von dem
Gasstrom behindert zu werden, hochsteigen und sodann, von oben auf diesen drükkend,
gegen den Herdraum strömen. können. Dadurch entsteht ein Ofen, der (unter Beibehaltung
des bekannten Prinzips der seitlich des Gasstromes hochsteigenden Luftströme, die
nach ihrer Umlenkung an der Decke von oben auf den Gasstrom drücken) eine deutliche
Unterteilung des Ofenraumes in einen Herdraum und in Vorkammerräume aufweist. Dieser
Ofen gewährleistet die Entwicklung einer hohen Temperatur im Herdraum. Die Wärmeabstrahlung
des Herdraumes in Längsrichtung wird durch die Herdraumstirnpfeiler vermindert.
Dies hat bei höchster Schmelzleistung im Herdraum eine relativ niedrigere Temperatur
in den Vorkammern und daher eine Schonung des Mauerwerks der Brennerköpfe zur Folge.
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Es sind bereits Brennerköpfe für Regenerativöfen bekanntgeworden,
die einige Merkmale dieser Gesamtkombination aufweisen. So münden z. B. bei einem
bekannten Ofen die Luftschächte in den Herdraum selbst, und der Gasstrom tritt aus
einem frei stehenden Gaszug im Abstand von der Herddecke in diesen Raum ein. Diese
Bauweise besitzt keinen verschmälerten Brennerkopf, und es sind die Luftströme nicht
bis nahe an den Gasstrom herangeführt. Die Stirnwand des Ofens ist der strahlenden
Hitze des Herdraumes besonders ausgesetzt und nicht wie bei der erfindungsgemäßen
Ausführung durch Herdpfeiler abgeschirmt, die den Herdraum mehr oder minder abschließen.
Der Verschleiß der Stirnwand ist somit ein stärkerer. Eine Reparatur dieser Stirnwand
bedeutet bei dieser Bauweise eine Reparatur im Herdraum.
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Ein Ofenkopf mit verengten Vorverbrennungskammern ist ebenfalls bekannt.
Bei ihm ist aber nur ein einziger Luftschacht vorhanden, und der Luftstrom schneidet
den Gasstrom. Die Folge ist eine Verwirbelung von Gas und Luft schon in der Vorverbrennungskammer,
d. h. eine weitgehende Verbrennung und dadurch eine übermäßige, der Lebensdauer
abträgliche Hitzeentwicklung in dieser. Demgegenüber wird durch die erfindungsgemäße
steinsparende Verschmälerung der Vorverbrennungskammer unter Vermeidung einer Verwirbelung
die größte Hitze erst über dem Bade erzeugt.
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Es ist auch versucht worden, die Luftschächte dem Gasstrom zu nähern,
um eine lebhaftere Vorverbrennung am Einströmkopf hervorzurufen. Dadurch wurde aber
die Flammenführung und auch die Haltbarkeit des Gewölbes und der Vorderwand verschlechtert.
Demgegenüber wird beim Erfindungsgegenstand die Annäherung der Luftschächte bzw.
Luftströme nur so weit getrieben, daß eine Verwirbelung von Gas und Luft noch nicht
in einem merklichen Ausmaß eintritt. Des weiteren wird durch die konsequente Annäherung
der beiden Luftschächte an den Gaszug und die hierduich ermöglichte geringe Breite
der Vorkammer eine Unterteilung des Ofenraumes in einen Herdraum und die Vorkammerräume
erreicht.
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Der Vollständigkeit halber -sei auch noch erwähnt, daß auch Ofen mit
gegenüber der Ofenbreite verschmälerten Vorverbrennungskammern, in die der Gasstrom
ebenfalls im Abstand von der Decke des Kopfes einmündet, auch schon gebaut worden
sind. Bei diesen Ausführungen wird der Gasstrom jedoch durch weit in die Vorverbrennungskammer
ragende Zungen geführt. Diese frei stehenden Zungen sind beträchtlichem Verschleiß
unterworfen, was zu öfteren Reparaturen nötigt, wobei noch erschwerend ist, daß
diese Kopfteile schlecht zugänglich sind. In rein baulicher Hinsicht weist ferner
ein Ofenkopf -Übereinstimmungen mit dem erfindungsgemäßen Brennerkopf auf, der jedoch
keine Verschmälerung des Vorverbrennungsraumes zeigt und überdies stärkerem Verschleiß
unterliegende Einbauten in Form von Leitwänden und vorspringenden Gaszugmündungen
enthält. In diesem Zusammenhang sei auch ein wassergasbeheizter Ofen erwähnt, der
äußerlich Ähnlichkeiten mit dem erfindungsgemäßen Brennerkopf aufweist. Dieser Ofen
wird jedoch mit Kaltgas befeuert und unterliegt somit anderen technischen Gegebenheiten,
als sie im vorliegenden Zusammenhang bestehen.
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In den Zeichnungen sind drei Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer
Brennerköpfe schematisch dargestellt, und zwar zeigen Fig. i und a eine Ausführungsform
im Aufriß und Grundriß, Fig.3 bis 5 eine zweite Ausführungsform im Auf-, Grund-
und Kreuzriß und
Fig. 6 und 7 eine dritte Ausführung im Auf-und
Grundriß.
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Es bezeichnen die Bezugszeichen i ein Stück des Herdraumes eines Heißgasregenerativofens,
an den sich beidseitig die Brennerköpfe anschließen, 2 den frei stehenden Gaszug
an sich bekannter Art und 3 zwei Luftschächte, die in die Sohle der Vorkammer 4,
und zwar in die durch die Stirnwand und je eine Seitenwand gebildeten Ecken münden.
Wie ersichtlich, weist dieser Raum 4 wesentlich geringere Breite als der Herdraum
auf und ist diesem so vorgebaut, daß die Außenflächen der Seitenwände, die den Vorverbrennungsraum
einschließen, parallel zu den Seitenwänden des Ofens verlaufen. Der Gaszug 2 mündet
in den Vorverbrennungsraum an dessen Stirnseite im Abstand von der Decke; die zu
beiden Seiten des Gasstromes, der frei in die Vorerwärmungskammer eintritt, aufsteigenden
und durch die genannten Ecken des Vorverbrennungsraumes zusätzlich geführten Luftströme
steigen dadurch über den Gasstrom hoch und drücken den Gasstrom gegen das Bad, wobei
ein tiefliegender Abzug der Feuergase im abziehenden Kopf gewährleistet ist. Zwischen
den beiden Luftströmen und dem dazwischenliegenden Gasstrom sind Zungen, Wände oder
Brücken nicht vorgesehen. Damit entfallen diese schwierig herstellbaren, schwer
zugänglichen und hohem Verschleiß unterliegendem Bauelemente. Wie ersichtlich, verlaufen
die beiden aufsteigenden Luftströme sehr nahe seitlich neben dem Gasstrom, wodurch
eine gute Umhüllung des Gasstromes durch die Luft, besonders aber auch, wie eben
bemerkt, erzielt wird, daß die Luft von oben auf den Gasstrom drückt und die Flamme
gegen das Bad lenkt. Zwischen den aufsteigenden Luftschächten 3 wird zweckmäßig
ein Luftspalt io zur Kühlung frei gelassen.
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In der Fig. i ist eine Ausführungsform mit gegen den Herdraum zu aufsteigendem
Gewölbe 5 des Vorverbrennungsraumes dargestellt; 7 ist die Sohle, 8 die Stirnwand
des Vorverbrennungsraumes, und 9 ist die Kühlung (Kühlkasten oder Rohrsystem) für
die Gasmündung. g stellt eine etwaige Kühlung der Sohle des Vorverbrennungsraumes
dar.
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Die in den Fig. 3 bis 5 dargestellte Ausführungsform der Erfindung
unterscheidet sich von der erstbeschriebenen dadurch, daß das Gewölbe 5 des Vorverbrennungsraumes
4 gleichlaufend mit dem Herdgewölbe 6 ausgeführt ist, wodurch sich eine besonders
einfache Deckenkonstruktion des ganzen Ofens ergibt. Bei 9" kann eine Kühleinrichtung
für den Übergang des Vorverbrennungsraumes zum Herdraum angeordnet werden.
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In den Fig.6 und 7 ist eine weitere Ausführungsform im Auf- und Grundriß
dargestellt, bei der das Gewölbe 5 des Vorverbrennungsraumes gegen den Herdraum
nach unten abfällt und somit den Vorverbrennungsraum von oben in der Richtung zum
Gasstrom einschnürt. Die Herddecke 6 kann übrigens vorteilhaft bei der Einmündung
des Vorverbrennungsraumes in den Herdraum ansetzen und gegen' die Herdmitte ansteigen.
Weiter ist in diesen Figuren dargestellt, daß die Seitenwände des Vorverbrennungsraumes
gegen die Mündung in den Herdraum eingezogen sind, wodurch neben einer günstigen
Flammenführung auch durch die verbreiterten Herdpfeiler eine verstärkte Abschirmung
der Wärmestrahlung des Herdraumes gegen die Vorverbrennungskammern erreicht wird.
An der Mündung des Vorverbrennungsraumes in den Herdraum ist zweckmäßig eine Kühleinrichtung
9"' eingebaut.
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Aus den Zeichnungen ist zusammenfassend ersichtlich, daß der Aufbau
des Brennerkopfes sehr einfach ist. Die allseitige gute Zugänglichkeit des Kopfes
ist gewahrt und der Steinverbrauch durch die Verschmälerung des Kopfes vermindert.
Die Vereinigung aller dem Verschleiß besonders unterworfenen Teile zu einem mehr
oder minder vom eigentlichen Ofen getrennten Kopf vereinfacht, wie leicht einzusehen,
etwaige Reparaturen dieser Teile wesentlich. In Anbetracht der Kleinheit des Kopfes
wäre zu erwarten gewesen, daß die Schädigung der Brennerkopfteile durch übermäßige
Wärmeentwicklung eine verhältnismäßig größere sein würde, als dies für die herkömmlichen,
breit gebauten Ofenköpfe zutrifft. Überraschenderweise hat sich jedoch gezeigt,
daß solche Schädigungen eher geringer sind als bei den bekannten Ausführungen. Durch
Temperaturmessungen ist nachgewiesen, daß die Temperatur an der Stirnwand des Vorverbrennungsraumes
um etwa ioo° C niedriger ist als im Herdraum, was auf die wärmeabschirmende Wirkung
der sich an den Vorverbrennungsraum anschließenden und zum Herd überleitenden Wände
(Herdpfeiler) zurückzuführen ist, welche die rückstrahlende Hitze in sehr günstiger
und erwünschter Weise abschirmen.