EP0089623A2 - Verkokungsofen - Google Patents

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EP0089623A2
EP0089623A2 EP83102630A EP83102630A EP0089623A2 EP 0089623 A2 EP0089623 A2 EP 0089623A2 EP 83102630 A EP83102630 A EP 83102630A EP 83102630 A EP83102630 A EP 83102630A EP 0089623 A2 EP0089623 A2 EP 0089623A2
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EP
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refractory
plates
walls
stones
heating
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EP83102630A
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EP0089623B1 (de
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Dirk Dipl.-Ing. Kruse
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Bergwerksverband GmbH
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Bergwerksverband GmbH
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B29/00—Other details of coke ovens
    • C10B29/02—Brickwork, e.g. casings, linings, walls

Definitions

  • the invention relates to a coking oven with walls between heating trains and coke chambers made of refractory material.
  • So-called horizontal chamber coking ovens are particularly affected by the invention.
  • the coking (cooking) process must be as short as possible; forth flow of heat between the heating flues and coking chambers required - therefore an HO possible is. With this heat flow, the thermal resistance of the heating walls (walls between heating trains and coke chambers) must be overcome.
  • the heat flow can be increased by increasing the heating train temperatures and / or by using refractory bricks with higher thermal conductivity instead of the conventional silica material or particularly thin bricks made from such silica material (DE-PS 21 61 980).
  • a further reduction in the heating wall thickness is not justifiable for mechanical, especially structural reasons.
  • a refractory retort module is known from a thin-walled main surface with a solid, tongue and groove frame.
  • Such retort modules have an improved heat transfer coefficient compared to uniformly thick modules, but the material thickness of the thin-walled main surfaces cannot be chosen to be as thin as desired, because otherwise different thermal expansions between the main surface and the frame lead to stress cracks.
  • the size of such stones is limited because of their one-piece construction. Particular difficulties arise when such stones are used for the walls of coke oven chambers, since they are poorly suited for the interlocking of runner and binder stones.
  • the invention is therefore based on the object to provide a coking oven of the type mentioned with heating walls with higher heat transfer rates and at the same time to avoid reversible thermal expansion of the heating walls as a whole at temperatures above 1000 ° C., and a solid connection between the binding stones separating the heating cables from one another and to ensure the runner blocks separating the coke oven chambers from the heating trains.
  • the invention is based on the basic idea of filling a self-supporting serum made of refractory bricks of the material composition "A” in the form of a lattice of the material composition "A” with thin plates of the material composition "B” filling the free lattice areas and serving only the highest possible heat transfer .
  • This separation of the supporting function from the function of heat conduction allows the two functional elements to be optimally designed.
  • the resulting frontal joints at the plate edges in relation to the frame construction allow a different thermal expansion between the two functional elements, free of stress cracks.
  • Refractory bricks have proven to be particularly favorable with regard to the stability of the lattice-shaped frame construction, which at the same time separate the individual heating trains of a heating wall of the coking oven lying side by side separate others.
  • preferably two horizontally juxtaposed refractory bricks of two opposite heating walls form the binding stones which separate the heating trains from one another. This results in a particularly high strength of the frame construction.
  • the thermal transmittance through the heating walls is improved in that they are created from a strong horizontal and vertical continuous latticework made of fireproof stones known per se and suitable for heating walls, in particular from silica bricks, and plates from a likewise refractory material are more justifiable Enclose size and comparatively high heat transfer coefficient.
  • the last-mentioned panels can include, in comparison to the prior art, relatively thin panels made of the same material from which the lattice-shaped frame construction is made.
  • filling plates made of refractory material the thermal conductivity of which is higher than that of the stones used for the frame construction, e.g. B. SiC stones or SiC-containing plates (see DE-PS 20 19 078) in a frame construction made of silica stones.
  • the panel format should not be larger than a tolerably tight joint can compensate for absolute length and width changes resulting from the format dimensions. This largely prevents mechanical stress on the frame structure from the plates.
  • suitable tongue and groove connections should be provided between these areas. It is recommended that the side surfaces beveled only slightly by tongue and groove or possibly even designing them at right angles to the head surfaces and mortaring them. - So there is only a minimal change in the joint width when moving the tongue relative to the groove, so that the joint remains practically tight.
  • the joints mentioned can be filled with an easily deformable sealing material in the region of their end faces lying opposite one another transversely to the wall plane.
  • cavities formed by the joints should be provided with such material.
  • the top surfaces of the tongues and the bottom surfaces of the groove can be sealed against one another when bricked up by ceramic fibers or possibly cardboard strips in order to keep a space for the reversible expansion of the plates after the coking oven has been heated up.
  • the proposed construction enables the heating walls to be easily installed on a conventional substructure (sub-furnace); therefore, it can also be used in a coking oven to be repaired from the chamber bottom, e.g. H. be retrofitted.
  • chamber-side Wienwandtemperatur increases the mean at the same Thompsonzugtemperatur to about 100 0 C over a heating wall of silica stones with the same average wall thickness.
  • the new, lattice-shaped frame construction it is also possible to manufacture and use the filling panels from approximately 50 mm thick silica panels, and thus to achieve the smallest wall thicknesses known to date from this material in a coking oven.
  • FIG. 1 shows a section of a horizontal coking furnace with walls (heating walls) 2 between heating trains 3 and coke chambers 4.
  • the heating walls 2 consist of a lattice-shaped frame construction 5, of known, refractory stones 6 and the frame-filling plates 7 with a relatively high heat transfer coefficient, for. B. silicon carbide.
  • These stones can also be known, heating draw-side cavities 7a for further improvement of the heat transfer coefficient, in particular they can be made comparatively thin compared to the previously known so-called runner stones and also consist of the same material as the refractory bricks 6 of the frame structure 5.
  • Refractory bricks 6, which form the verticals of the frame structure 5, have a depth across the heating walls 2 such that opposing refractory bricks meet two heating walls and thus form the heating blocks 3 separating binding stones. Different depths of the opposing refractory bricks allow a solid interlocking when laid alternately.
  • Fig. 2 illustrates the lattice-shaped frame construction in which, for. B. horizontally several refractory bricks 6 are layered on top of one another and possibly mortarized, while vertical refractory bricks 6 bridge the spaces between the vertical columns in a yoke-like manner, toothings 6a oinon securely holding the frame construction against shear and tensile forces at the intersection points of the latticework.
  • FIG 3 shows a possible design of the joints between the refractory bricks 6 of the frame structure 5 and the plates 7.
  • a tongue and F ederge- staltung was chosen only slightly bevelled side surfaces of the grooves 8a and 8b of the springs.
  • the joint 8 runs through the wall 2 from surface to surface and is with mortar; backfilled.
  • An end surface 9 of the refractory bricks 6 and the plates lying opposite one another transversely to the wall plane can also be completely or partially filled with an elastic sealing material 11; this applies in particular to cavities 10, as shown on the bottom of the groove 8.

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Abstract

Bei einem Verkokungsofen (1) mit Wänden (2) zwischen Heizzügen (3) und Kokskammern (4) aus feuerfestem Material wird der Wärmedurchgang durch die Wände (2) unter weigehendem Ausschluß reversibler Wärmedehnung oberhalb von etwa 1000°C dadurch erreicht, daß die Wände (2) aus einer etwa gitterförmigen Rahmenkonstruktion (5) aus an sich bekannten feuerfesten Steinen (6) sowie die Rahmen ausfüllenden Platten (7) - aus ebenfalls feuerfestem Material - mit relativ hoher Wärmedurchgangszahl bestehen. Die Platten (7) haben bevorzugt eine bessere Wärmeleitfähigkeit als die feuerfesten Steine (6) der Rahmenkonstruktion (5); Fugen (8) zwischen den Platten (7) und den feuerfesten Steinen (6) der Rahmenkonstruktion (5) gleichen unterschiedliche Wärmedehnungen zwischen diesen Konstruktionselementen aus, wobei elastische Dichtmaterialien (11) Hohlräume (10) zwischen den unterschiedlichen Konstruktionsteilen im Bereich der Fugenstirnflächen (9) ausfüllen.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Verkokungsofen mit Wänden zwischen Heizzügen und Kokskammern aus feuerfestem Material.
  • Insbesondere sind von der Erfindung sogenannte Horizontalkammer-Verkokungsöfen betroffen. Zum wirtschaftlichen Betreiben von Verkokungsöfen muß der Verkokungs-(Garungs-) prozeß möglichst kurz sein; deshalb ist ein möglichst ho-- her Wärmefluß zwischen den Heizzügen und den Kokskammern notwendig. Bei diesem Wärmefluß ist der Wärmewiderstand der Heizwände (Wände zwischen Heizzügen und Kokskammern) zu überwinden.
  • Den Wärmefluß kann man bekanntlich erhöhen, indem man die Heizzugtemperaturen erhöht und/oder indem man feuerfeste Steine mit höherer Wärmeleitfähigkeit anstelle des herkömmlichen Silikamaterials oder besonders dünne Steine aus solchem Silikamaterial verwendet (DE-PS 21 61 980).
  • Der Erhöhung der Heizzugtemperaturen sind über das z. Z. erreichte Maß hinaus technische Grenzen gesetzt, deren Überschreitung die Haltbarkeit von Koksöfen unvertretbar mindern würde.
  • Eine weitere Verminderung der Heizwandstärken ist aus mechanischen, insbesondere baustatischen, Gründen nicht vertretbar.
  • Die Verwendung von Feuerfestmaterial höherer Wärmeleitfähigkeit wurde - erfolglos - versucht. So ist z. B. ein Großversuch mit sogenannten Magnesit-Steinen wegen der Unmöglichkeit der Beherrschung der hohen reversiblen Wärmedehnung dieses Materials, fehlgeschlagen. Im Gegensatz zu Silika-Steinen, die nach Erreichen einer Steintemperatur von ca. 1.000°C bei prozeßbedingtem Temperaturwechsel oberhalb dieser Grenze keinerlei reversible Wärmedehnung mehr zeigen, unterliegen alle anderen Feuerfestmaterialien auch oberhalb der 1.000°C einer reversiblen Wärmedehnung, wenn sie auch nicht so groß wie bei Magnesit-Steinen sein muß. - Dies gilt z. B. auch für Siliciumcarbid (SiC), welches unter den gebräuchlichsten Feuerfestmaterilien dasjenige mit der höchsten Wärmeleitfähigkeit ist. Solche Steine als ausschließliches Baumeterial für Kokskammerwände zu verwenden, erscheint nach den Erfahrungen mit den Magnesit-Steinen zu riskant, auch wenn die reversible Wärmedehnung von SiC nur halb so groß wie die von Magnesit ist.
  • Aus der DT-PS 1 43 332 ist ein feuerfester Retortenbaustein' aus einer dünnwandig ausgebildeten Hauptfläche mit einem massiven, mit Feder und Nut versehenen Rahmen bekannt. Solche Retortenbausteine besitzen zwar eine gegenüber gleichmäßig dicken Bausteinen verbesserte Wärmedurchgangszahl, doch kann die Materialstärke der dünnwandigen Hauptflächen im Vergleich zu der Umrahmung nicht beliebig dünn gewählt werden, weil sonst unterschiedliche Wärmeausdehnungen zwischen der Hauptfläche und der Umrahmung zu Spannungsrissen führen. Insbesondere ist die Größe solcher Steine wegen ihrer Einstückigkeit beschränkt. Besondere Schwierigkeiten entstehen, wenn solche Steine für die Wände von Koksofenkammern verwendet werden, da sie für die Verzahnung von Läufer- und Bindersteinen nur schlecht geeigent sind.
  • | Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Verkokungskofen der eingangs genannten Art mit Heizwänden höherer Wärmeduchgangszahlen zu schaffen und dabei gleichzeitig eine reversible Wärmedehnung der Heizwände als Ganzes bei Temperaturen oberhalb 1000°C zu vermeiden, sowie eine solide Verbindung zwischen den die Heizzüge voneinander trennenden Bindersteinen und den die Koksofenkammern von den Heizzügen trennenden Läufersteinen zu gewährleisten.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Verkokungsofen der eingangs genannten Art durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, ein gitterder stofflichen Zusammensetzung "A" förmiges, freitragendeserus aus feuerfesten Steinen der stofflichen Zusammensetzung "A" mit dünnen, die freien Gitterflächen ausfüllenden und nur einer möglichst hohen Wärmeübertragung dienenden Platten der stofflichen Zusammensetzung "B" auszu- füllen. Diese Trennung der Tragfunktion von der Funktion der Wärmeleitung gestattet es, die beiden Funktionselemente jeweils optimal zu gestalten. Die sich dabei zwingend ergebenden stirnseitigen Fugen an den Plattenrändern gegenüber der Rahmenkonstruktion lassen eine spannungsrißfreie unterschiedliche Wärmeausdehnung zwischen den beiden Funktionselementen zu.
  • Als besonders Günstig hinsichtlich der Stabilität der gitterförmigen Rahmenkonstruktion haben sich feuerfeste Steine erwiesen, die gleichzeitig die einzelnen nebeneinanderliegenden Heizzüge einer Heizwand des Verkokungsofens voneinander trennen. Dabei bilden bevorzugt je zwei horizontal nebeneinanderliegende feuerfeste Steine zweier einander gegenüberliegender Heizwände die die Heizzüge voneinander trennenden Bindersteine. Hierdurch wird eine besonders hohe Festigkeit der Rahmenkonstruktion erzielt.
  • Demgemäß wird die Wärmedurchgangszahl durch die Heizwände dadurch verbessert, daß diese aus einem kräftigen horizontal und vertikal durchlaufenden Gitterwerk aus an sich bekannten und für Heizwände geeigneten feuerfesten Steinen, insbesondere aus Silika-Steinen, erstellt werden und Platten aus einem ebenfalls feuerfesten Material vertretbarer Größe und vergleichsweise hoher Wärmedurchgangszahl umschließen. Bei den letztgenannten Platten kann es sich u. a. um, im Vergleich zum Stande der Technik, relativ dünne Platten aus demselben Material handeln, aus dem die gitterförmige Rahmenkonstruktion erstellt ist.
  • Bevorzugt wird erfindungsgemäß die Verwendung von solchen ausfüllenden Platten aus feuerfestem Material, deren Wärmeleitfähigkeit höher als die der für die Rahmenkonstruktion verwendeten Steine ist, z. B. SiC-Steine bzw. SiChaltige Platten (siehe DE-PS 20 19 078) in einer Rahmenkonstruktion aus Silika-Steinen.
  • Das Wachsen und Schwinden.der Platten wird also.in den sie umgebenden Verbindungsfugen zu der gitterförmigen Rahmenkonstruktion aufgefangen.Hierbei soll erfindungsgemäß das Plattenformat nicht größer werden, als eine vertretbar dichte Fuge an aus den Formatabmessungen resultierenden absoluten Längen- und Breitenänderungen kompensieren kann. Hierdurch wird eine mechanische Belastung der Rahmenkonstruktion durch die Platten weitgehend unterbunden. - Um den Mauerwerksverband der Rahmenkonstruktion starr und die Fugen gegenüber den Platten dicht zu halten, sollten geeignete Nut- und Federverbindungen zwischen diesen Bereichen vorgesehen sein. Dabei empfiehlt es sich, die Seitenflächen von Nut und Feder nur schwach anzuschrägen oder sie eventuell sogar in rechtem Winkel zu den Kopfflächen zu gestalten und sie zu vermörteln. - So ergibt sich bei einem Verschieben der Feder gegenüber der Nut nur eine minimale Veränderung der Fugenbreite, so daß die Fuge auch dann praktisch dicht bleibt.
  • Die erwähnten Fugen können, gemäß einer Weiterbildung der-Erfindung, im Bereich ihrer quer zur Wandebene einander gegenüberliegenden Stirnflächen mit einem leicht verformbaren Dichtmaterial ausgefüllt sein. insbesondere sollten von den Fugen gebildete Hohlräume mit solchem Material versehen sein. Z. B. können die Kopfflächen der Federn und die Bodenflächen der Nut beim Vermauern durch keramische Fasern oder eventuell Pappstreifen gegeneinander gedichtet werden, um nach dem Aufheizen des Verkokungsofen einen Freiraum für die reversible Dehnung der Platten zu behalten.
  • Die vorgeschlagene Konstruktion ermöglicht einen problemlosen Aufbau der Heizwände auf einem gebräuchlichen Unterbau (Unterofen); deshalb kann sie auch bei einem zur Reparatur ab der Kammersohle anstehenden Verkokungsofen verwendet, d. h. nachgerüstet, werden.
  • Gestaltet man die Heizwände flächenmäßig zu ca. 50 % aus Siliciumcarbid zumindest enthaltende Platten und im übrigen aus einer gitterförmigen Rahmenkonstruktion aus Silika-Steinen, so erhöht sich die mittlere, kammerseitige Heizwandtemperatur bei gleicher Heizzugtemperatur um etwa 1000C gegenüber einer Heizwand aus Silika-Steinen mit der gleichen mittleren Wandstärke.
  • Durch die neuartige, gitterförmige Rahmenkonstruktion ist es auch möglich, die ausfüllenden Platten aus etwa 50 mm dicken Silika-Platten herzustellen und zu verwenden, und damit die geringsten bisher bekannten Wandstärken aus diesem Material bei einem Verkokungsofen zu realisieren.
  • Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nach-., folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der beiliegenden Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand : der vorliegenden Erfindung,auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
  • In der Zeichnung zeigen:
    • Fig. 1 einen Ausschnitt eines horizontalen Verkokungsofens im Horzizontalschnitt;
    • Fig. 2 einen Ausschnitt aus einer Heizwand gemäß Fig. 1 in der Ansicht;
    • Fig. 3 eine Mauerwerkfuge in einem vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1.
  • In Fig. 1 ist mit 1 ein Ausschnitt aus einem horizontalen Verkokungsofen mit Wänden (Heizwänden) 2 zwischen Heizzügen 3 und Kokskammern 4 dargestellt. Die Heizwände 2 bestehen aus einer gitterförmigen Rahmenkonstruktion 5, aus an sich bekannten, feuerfesten Steinen 6 sowie die Rahmen ausfüllenden Platten 7 mit relativ hoher Wärmedurchgangszahl, z. B. Siliciumcarbid. Diese Steine können auch an sich bekannte, heizzugseitige Aushöhlungen 7a zur weiteren Verbesserung der Wärmedurchgangszahl aufweisen, insbesondere können sie vergleichsweise dünn gegenüber den bisher bekannten, sogenannten Läufer-Steinen gestaltet sein und dabei auch aus dem gleichen Material wie die Feuerfeststeine 6 der Rahmenkonstruktion 5 bestehen.
  • Feuerfeststeine 6, die die Vertikalen der Rahmenkonstruktion 5 bilden, weisen quer zu den Heizwänden 2 eine solche Tiefe auf, daß sich gegenüberliegende Feuerfeststeine zweier Heizwände treffen und so die Heizzüge 3 trennenden Bindersteine bilden. Unterschiedliche Tiefen der gegenüberliegenden Feuerfeststeine gestatten bei wechselseitigem Verlegen eine solide Verzahnung.
  • Fig. 2 verdeutlicht die gitterförmige Rahmenkonstruktion, bei der z. B. horizontal mehrere Feuerfeststeine 6 aufeinander geschichtet und ggf. vermörtelt sind, während vertikale Feuerfeststeine 6 jochähnlich die Zwischenräume zwischen den vertikalen Säulen überbrücken, wobei Verzahnungen 6a oinon sicheren Halt der Rahmenkonstruktion gegen Schub- und Zugkräfte auf die Kreuzungspunkte des Gitterwerkes auffangen.
  • Aus Fig. 3 ist eine mögliche Gestaltung der Fugen zwischen den Feuerfeststeinen 6 der Rahmenkonstruktion 5 und den Platten 7 zu erkennen. Hier wurde eine Nut- und Federge- staltung gewählt mit nur schwach angeschrägten Seitenflächen der Nuten 8a und der Federn 8b. Die Fuge 8 durchzieht die Wand 2 von Oberfläche zu Oberfläche und ist mit Mörtel ; verfüllt. Ein sich zwishen den quer zur Wandebene cinander gegen- überliegenden Stirnflächen 9 der Feuerfeststeine 6 und der Platten kann auch ganz oder teilweise durch ein elastisches Dichtmaterial 11 ausgefüllt sein; dies gilt besonders für Hohlräume 10, wie sie an der Sohle der Nut 8 dargestellt sind.

Claims (5)

1. Verkokungsofen (1) mit Wänden (2) zwischen Heizzügen (3) und Kokskammern (4) aus feuerfestem Material, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände (2) aus einer etwa gitterförmigen Rahmenkonstruktion (5) aus an sich bekannten, feuerfesten Steinen (6) sowie die Rahmen aus- füllenden insbesondere einstufigen, Platten (7) aus ebenfalls feuerfestem Material mit relativ hoher Wärmedurchgangszahl bestehen.
2. Verkokungsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (7) aus einem feuerfesten Material mit einer besseren Wärmeleitfähigkeit bestehen, als die Rahmenkonstruktion (5).
3. Verkokungsofen nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch unterschiedliche Wärmedehnung zwischen den Platten (7) und der Rahmenkonstruktion (5) ausgleichenden Fugen (8).
4. Verkokungsofen nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Fugen (8) mit etwa quer zur Wandebene einander gegenüberliegenden Stirnflächen (9) mit dazwischenliegenden, durch ein leicht verformbares Dichtmaterial (11) ausgefüllten Hohlräumen (10).
5. Verkokungsofen, nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die feuer- festen Steine (6) der etwa gitterförmigen Rahmenkonstruktion (5) gleichzeitig als die Heizzüge (3) trennende, sogenannte Bindersteine dienen.
EP83102630A 1982-03-19 1983-03-17 Verkokungsofen Expired EP0089623B1 (de)

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EP0089623A3 EP0089623A3 (en) 1985-01-09
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