EP0052647A1

EP0052647A1 - Hubbalkenofen mit aufsatzstücken

Info

Publication number: EP0052647A1
Application number: EP19810901699
Authority: EP
Inventors: Rüdiger KNAAK; Helmut Heuss
Original assignee: Wistra GmbH Thermoprozesstechnik
Current assignee: Wistra GmbH Thermoprozesstechnik
Priority date: 1980-06-06
Filing date: 1981-06-03
Publication date: 1982-06-02
Also published as: DE3021275A1; WO1981003537A1

Description

Hubbalkenofen mit Aufsatzstücken

Die Erfindung betrifft einen Hubbalkenofen zum Erwärmen von Stahl mit oberhalb und unterhalb des Wärmgutes angeordneten Beheizungsräumen und in der Längsrichtung des Ofens verlaufenden stählernden Tragrohren, die auf Steher abgestützt sind und im Durchfluß von einem Medium gekühlt werden. Insbesondere betrifft die Erfindung die Ausbildung von Aufsatzstücken auf diesen Tragrohren, mit deren Hilfe der Wärmeabfluß vom Wärmgut zum gekühlten Tragrohr minimiert bzw. beseitigt werden soll .

Für den Walzprozeß ist es wichtig, daß das Wärmgut im Ofen so erwärmt wird, daß die Temperaturdifferenzen im Wärmgut möglichst klein sind. Die bei den auch von unten her befeuerten Stoß- und Hubbalkenöfen erforderlichen, im Durchfluß im allgemeinen mit Wasser gekühlten Tragrohre bewirken an den Auflagestellen oberhalb der Tragrohre kältere Streifen, weil einerseits die Wärmestrahlung aus den unteren Beheizungsräύmen an diesen Stellen behindert ist, und weil andererseits Wärme durch Leitung vom Wärmgut zum gekühlten Tragrohr hin abfließt. Es ist bekannt, daß aus diesem Grunde zwischen Wärmgut und Tragrohren Aufsatzstücke angeordnet werden, die das Wärmgut tragen und eine Isolation zwischen Wärmgut und gekühltem Tragrohr bewirken. Derartige Aufsatzstücke sind sowohl für die unterfeuerten Stoßöfen wie auch für die unterfeuerten Hubbalkenöfen bekannt. Die Aufsatzstücke aus Stahl und aus hitzebeständigen Stahllegierungen sind entweder auf das Tragrohr als durchlaufender Streifen oder in Form von einzelnen Stücken aufgeschweißt, oder sie sind auf das Tragrohr nur auf gesetzt. Im letzteren Falle sind die in einzelne Abschnitte aufgeteilten Aufsatzstücke durch an den Tragrohren befestig e Halterungen gegen Verschieben und Abheben gesichert. Derartige lose Aufsatzstücke werden vielfach auch als Reiter bezeichnet. Es ist auch vorgeschlagen worden, zwischen diese Reiter und das gekühlte Tragrohr Zwischenlagen anzuordnen.

Dadurch wird, wie gewünscht, der Wärmedurchgang weiter vermindert. Diese ein- oder zweiteiligen Aufsatzstücke sind in verschiedener Bauausführung beschrieben und ausgeführt worden.

Diese ein- oder zweiteiligen Reiter können jedoch bei hohen Ansprüchen an die Temperaturgleichmäßigkeit den Anforderungen nicht gerecht werden.

Für Stoßöfen sind daher weiter Reiter bekannt geworden, die 3-teilig ausgeführt sind. Diese bestehen aus : a. auf die Tragbalken lose aufgesetzten durch Querstege rahmenartig zusammengefaßten taschenbildenden Halte elementen, b. Isolierstücken in den Taschen der Halteelemente, c. hoch-wärmebeständigen metallischen Gleitstücken, die auf den Isolierstücken b. aufliegen und die nach unten Vorsprünge besitzen, deren senkrechte Flächen an entsprechenden Partien des rahmenartigen Hältelementes anliegen. Derartige Reiter sind in der deutschen Patentschrift 1 193528 beschrieben. Diese dreiteiligen Reiter haben sich aufgrund ihrer technischen Vorteile weitestgehend durchsetzen können, so daß heute praktisch alle größeren Stoßöfen, die keinen festen nicht unterfeuerten keramischen Ausgleichsherd besitzen, in der Ausgleichszone mit dieser Bauart ausgerüstet sind. Ihre Vorteile ergeben sich aus der in optimaler Weise durchgeführten Kombination der hohen Isolationswerte und der guten Druckbeständigkeit von keramischem Material, aus denen die Isolierstücke b. bestehen und den relativ guten allgemeinen Festigkeitseigenschaften und dem ausreichenden Temperatur-wechselverhalten der hoch hitzebeständigεn Metallegierungen, aus denen die rahmenartigen Halteelemente a. und die Gleitstücke c. ausgeführt sind.

Die keramischen Isolierstücke sind allseitig von einem metallenem Schutz umgeben, der so ausgebildet ist, daß. sie nur auf Druck beansprucht werden. Außerdem verhindert das metallische Material, daß die keramischen Isolierstücke starken Temperaturwechselbεanspruchungen ausgesetzt werden. Dadurch haben diese Isolierstücke auch im harten Dauerbetrieb eine gute Haltbarkeit. Die rahmenartigen taschenbildenden Halteelemente haben durch ihre Ausbildung als Hohlträger die größtmögliche Formfestigkeit. Dadurch wird die Festigkeit des metallischen Materials in maximaler Weise zur Aufnahme der auftretenden Beanspruchungen genutzt. Die Gleitstücke , die die senkrechte Last des Wärmgutes aufnehmen und auf die Isolierstücke übertragen, werden bei wechselnder Fahrweise und damit wechselnden Wärmguttemperaturen einer gewissen Temperaturwechselbeanspruchung ausgesetzt. Sie sind als Verschleißteile von den rahmenartigen Haltεelementen getrennt ausgeführt und können sich daher auch ungehindert getrennt dehnen. Insgesamt sind diese 3-teiligen Reiter so dimensioniert, daß die Aufheizung der rahmenartigen Halteelemente durch die Strahlung der heißen Rauchgase von den Seiten her etwa ebenso groß ist wie der Wärmeabfluß von den rahmenartigen Halteelementen zum gekühlten Tragrohr. Durch dieses Gleichgewicht der Wärmezufuhr und der Wärmeabfuhr an den rahmenartigen Halteelementen ergibt sich praktisch (trotz an sich begrenzter Isolation durch die keramischen Isolierstücke) eine vollständige Wärme-Isolation der Gleitstücke nach unten hin. Dadurch nehmen die Gleitstücke praktisch die Temperatur der Unterseite des Wärmgutes an dieser Stelle an. Das bedeutet, daß keine wärme vom Wärmgut über die Gleitstücke abfließt. (Die fehlende Beheizung der Auflagestellen des 'Wärmgutes durch die Strahlung des Ofenraumes bleibt natürlich bestehen).

In der deutschen Patentschrift 1 583 379 wird weiter beschrieben, daß es für Öfen, deren Betrieb nicht immer gleichmäßig ist, zweckmäßig ist, die 3-teiligen Reiter nur im - In der Durchstoßrichtung des Wärmgutes gesehenhinteren Teil des Stoßofens anzuordnen, während im vorderen Teil des Stoßofens prismatische, wärmeleitende Gleitstücke auf dem Rohr aufgesetzt sind. Diese prismatischen wärmeleitenden Gleitstücke (Reiter) ergeben keine so hochgradige Isolation und werden daher auch an ihrer oberen Seite kühler als die aufgesetzten Gleitstücke c. der 3-teiligen Reiter. Sie können daher die Temperaturwechselbeanspruchungen besser aufnehmen und werden daher bei dieser Bauart dort eingesetzt, wo die Temperaturwechselbeanspruchungen besonders hoch sind, d.h. in dem Bereich des Ofens, in dem die eigentliche Aufheizung des Wärmgutes erfolgt. Dies ist der gesamte Bereich des Ofens, der von der Eintrittstür bis zum Beginn der Ausgleichszone reicht. Derartige Konstruktionen sind jedoch nur für Stoßöfen bekannt, bei den Hubbalkenöfen wurden dagegen Reiter-Konstruktionen mit hochisolierenden dreiteiligen Reitern bisher nicht verwendet. Dies liegt dem Stande der Technik nach an zwei Gründen:

Einmal geht man davon aus, daß die Temperaturdifferenzen im Wärmgut, die durch die Tragrohre verursacht werden, bei Hubbalkenöfen nur relativ klein sind, weil das Wärmgut beim Transport jeweils abwechselnd nur auf dem festen Tragrohr-System oder aber auf dem beweglichen Tragrohr-System ruht. Dabei ist eine Betriebsweise möglich, bei der das Wärmgut etwa gleichlang auf dem festen wie auf dem beweglichen Tragrohr-System ruht.

Der andere Grund liegt darin, daß nach in der Fachwelt allgemein herrschender Auffassung die Reiter bei der Übergabe des Wärmgutes von dem einen Tragrohr-System auf das andere einer höheren Stoßbeanspruchung ausgesetzt werden als beim Stoßofen.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde jedoch erkannt, daß die Temperatürdifferenzen im Wärmgut, die von den Tragrohren herrühren, auch bei Hubbalkenöfen Werte haben, die bei hohen Ansprüchen an den Walzprozeß und an das Endprodukt unerwünscht sind. Diese Temperaturdifferenzen können bei der bekannten Ausbildung von Tragrohren und Reitern für Hubbalkenöfen auch durch die den Hubbalkenöfen eigentümliche Betriebsweise praktisch nicht herabgesetzt werden.

Die Erfindung hat die Aufgabe, die Temperaturdifferenzen im Wärmgut, die durch die Tragrohre der Hubbalkenöfen bedingt sind, möglichst weitgehend herabzusetzen. Dafür wird bei einem Hubbalkenofen der eingangs dargelegten Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Teil der Tragrohre, der näher an der Eingangsseite des Wärmgutes liegt, mit einer der bekannten Ausführungen von Aufsatzstücken ausgerüstet ist, die aus jeweils ein oder zwei Elementen bestehen, während der Teil des Ofens, der näher zum Ausgang des Wärmgutes liegt, mit drei-teiligen Aufsatzstücken ausgerüstet ist, die jeweils aus folgenden Teilen bestehen:

auf die Tragbalken lose aufgesetzte, durch Querstege rahmenartig zusammengefaßte, taschenbildende Halteelemente;

Isolierstücke aus keramischem Material in den Taschen der Halteelemente;

hoch-wärmebeständige metallische Gleitstücke, die auf den Isolierstücken aufliegen und nach unten Vorsprünge besitzen, deren senkrechte Flächen an entsprechenden Partien des rahmenartigen Halteelementes liegen.

Dieser erfindungsgemäßen Ausführung liegt der Gedanke zugrunde, daß das abwechselnde Aufliegen des Wärmgutes auf einem der beiden Tragrohr-Systeme des Hubbalkenofens zwar die Dauer der Wärmeabfuhr durch Wärmeleitung vom Wärmgut zum Tragrohr etwa auf die Hälfte herabsetzen kann, daß aber die Temperaturdifferenz dadurch nicht im entscheidenden Maße reduziert wird. Entgegen der gängigen Annahme erkennt die Erfindung vielmehr, daß bei den Temperaturen von oberhalb von 1000°C, wie sie im entscheidenden Bereich des Hubbalkenofens zum Wärmen von Stahl vorliegen, die Wärmeübertragungsverhältnisse maßgeblich nicht durch die Wärmeleitung, sondern durch die 'Wärmestrahlung beeinflußt wird. Maßgeblich ist daher, daß die Beheizung der Partie des Wärmgutes oberhalb des Tragrohres durch die Strahlung des Ofenraumes auch dann durch das Tragrohr abgeschirmt wird, wenn das Wärmgut nicht auf dem Tragrohr aufliegt. Dadurch ergeben sich auch bei Hubbalkenöfen größere Temperaturdifferenzen. Es kommt daher auch bei Hubbalkenöfen darauf an, insbesondere in der Ausgleichszone, die Wärmeableitung durch die Reiter so klein wie möglich zu halten.

Entgegen der allgemeinen Anschauung, daß die bekannten drei-teiligen Reiter mit der keramischen Isolationsschicht nur für Stoßöfen geeignet seien, hat sich nun herausgestellt, daß sie auch in Hubbalkenöfen mit guten Ergebnissen verwendet werden können. Sie erreichen eine völlig ausreichende Lebensdauer und führen zu einer wesentlichen Verbesserung der Wärmeverteilung in dem Wärmgut. Besonders vorteilhafte Ergebnisse werden erzielt, wenn erfindungsgemäß in dem ersten Teil des Hubbalkenofens die bekannten einbis zwei-teiligen Reiter ohne Isolationsschicht vorgesehen sind, während im letzten Teil eine völlig gleichmäßige Wärmeverteilung durch Verwendung der drei-teiligen Aufsatzstücke erreicht wird. Durch diese Konstruktion ergibt sich ein besonders günstiges Verhältnis zwischen den Investitionskosten und der Qualität des aus dem Wärmgut letztendlich hergestellten Produktes.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung ist in der Zeichnung eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäß im näher zum Ausgang des Wärmgutes liegenden Teil des Hubbalkenofens verwendeten drei-teiligen Aufsatzstückes dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 ein solches Aufsatzstück auf einem Tragrohr im Querschnitt durch die Ebene I-I nach Fig. 2,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Ebene II-II nach Fig. 1.

Das Aufsatzstück besteht hauptsächlich aus dem Halteelement a, den Isolierstücken b und dem Gleitstück c. Es ruht auf. einem strichpunktiert dargestellten Tragrohr d.

Das Halteelement a ist im Querschnitt U-förmig ausgebildet und mit zwei einstückig angegossenen Haltearmen e versehen, die über Laschen f des Tragrohres und Bolzen g mit dem Tragrohr verbunden sind. Die dargestellte Ausführungsform des Halteelementes a weist drei Querstege h auf, die das Halteelement rahmenartig umfassen. In den dadurch gebildeten Taschen sind die Isolierstücke b vorgesehen, die aus einem geeigneten mechanisch festen keramischen Material bestehen können. Es sei in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, daß die Isolierstücke mehrteilig ausgebildet sein können, so daß das Aufsatzstück aus mehr als drei Bauteilen besteht. Der Begriff 'drei-teiliges Aufsatzstück' schließt in der hier gewählten Verwendung derartige Konstuktionen ein, soweit der prinzipielle drei-teilige Aufbau aus Halteelement, Isolierstück und Gleitstück gegeben ist.

Die Gleitstücke c liegen auf den Isolierstücken b auf und besitzen nach unten Vorsprünge i, deren senkrechte Flächen j an entsprechenden Partien k des rahmenartigen Halteelementes anliegen. Sie können durch Bolzen 1 am Halteelement gegen Abheben gesichert sein. Zur Sicherung gegen Verdrehen weist das Halteelement Haltenocken m auf, die das Tragrohr d umgreifen oder in entsprechende Aussparungen des Tragrohres eingesetzt sind.

Claims

A n s p r u c h

Hubbalkenofen zum Erwärmen von Stahl mit oberhalb und unterhalb des Wärmgutes angeordneten Brennräumen und in der Längsrichtung des Ofens verlaufenden stählernen Tragrohren, die auf Stützen aufgelagert sind und im Durchfluß von einem Medium gekühlt werden, und mit Aufsatzstücken, die auf den Tragrohren befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der Tragrohre (d), der näher an der Eingangsseite des Wärmgutes liegt, mit einer der bekannten Ausführungen von Aufsatzstücken ausgerüstet ist, die aus jeweils ein oder zwei Elementen bestehen, während der Teil des Ofens, der näher zum Ausgang des Wärmgutes liegt, mit drei-teiligen Aufsatzstücken ausgerüstet ist, die jeweils aus folgenden Teilen bestehen:

auf die Tragbalken (d) lose aufgesetzte, durch Querstege (h) rahmenartig zusammengefaßte, taschenbildende Halteelemente (a);

Isolierstücke (b) aus keramischem Material in den Taschen der Halteelemente (a);

hoch-wärmebeständige metallische Gleitstücke (c), die auf den Isolierstücken (b) aufliegen und nach unten Vorsprünge (i) besitzen, deren senkrechte Flächen (j) an entsprechenden Partien (k) des rahmenartigen Halteelementes (a) anliegen.