EP0727631A1 - Steel tube for industrial kilns - Google Patents

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EP0727631A1
EP0727631A1 EP96100133A EP96100133A EP0727631A1 EP 0727631 A1 EP0727631 A1 EP 0727631A1 EP 96100133 A EP96100133 A EP 96100133A EP 96100133 A EP96100133 A EP 96100133A EP 0727631 A1 EP0727631 A1 EP 0727631A1
Authority
EP
European Patent Office
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jet pipe
sleeve
flange part
section
flange
Prior art date
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Granted
Application number
EP96100133A
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German (de)
French (fr)
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EP0727631B1 (en
Inventor
Joachim Dr.-Ing. Wünning
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
WS Warmeprozesstechnik GmbH
Original Assignee
WS Warmeprozesstechnik GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by WS Warmeprozesstechnik GmbH filed Critical WS Warmeprozesstechnik GmbH
Publication of EP0727631A1 publication Critical patent/EP0727631A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP0727631B1 publication Critical patent/EP0727631B1/en
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C3/00—Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber
    • F23C3/002—Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber the chamber having an elongated tubular form, e.g. for a radiant tube
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S165/00—Heat exchange
    • Y10S165/051—Heat exchange having expansion and contraction relieving or absorbing means
    • Y10S165/052—Heat exchange having expansion and contraction relieving or absorbing means for cylindrical heat exchanger
    • Y10S165/053—Flexible or movable header or header element
    • Y10S165/057—Flexing tubesheet

Definitions

  • So-called radiant tubes are often used for indirect heating or cooling of industrial furnaces, which are installed through openings in the furnace wall and sealed there. Burners or electric heaters are used to supply heat, and cooling systems are used to dissipate heat, which are inserted into the jet pipe. Heat-resistant steel is often used as the material for the radiant tubes, but increasingly also ceramic because of the higher temperature limit.
  • a ceramic flange extension is clamped on the radiant tube between two metallic flanges, one of which is gas-tightly connected to the furnace housing.
  • elastic seals are available that cover the different expansion catch the flanges made of metal and ceramic. The contact pressure is often applied by spring elements.
  • seals made of relatively stiff material e.g., metal rings can be used. They require defined surfaces on the ceramic flange attachment, i.e. an expensive grinding operation in its manufacture. In addition, there is a risk of stress cracks in the ceramic because the contact forces with rigid seals must be high.
  • SIC ceramics which are particularly suitable for radiant tubes and have a thermal conductivity of over 50 W / mK
  • the temperatures on the flange generally rise above 250 ° C, especially when hot gases from the burner or cooling system flow past at this point.
  • Metal rings are used as sealing rings when exposed to heat above 250 ° C, which require a ground flange shoulder.
  • the ceramic jet pipe has a metallic flange part that can be easily screwed to a flange provided on a furnace wall.
  • the metallic sleeve arranged between the flange part and the jet pipe acts both as a sealing device and as a holding device in relation to axial forces.
  • the section shrunk onto the relevant end of the ceramic jet pipe forms an essentially gas-tight connection with the jet pipe.
  • the sleeve is thin-walled, i.e. it has a much smaller wall thickness than the jet pipe.
  • the jet pipe whose wall thickness is between 4 and 10 mm, is stiff. The sleeve therefore adapts when shrinking on the outer shape of the jet pipe, so that grinding of the jet pipe can be omitted.
  • the sleeve creates a robust connection to the flange part.
  • the connection is also to a certain extent compliant, so that different thermal expansions of the jet pipe and the flange part do not lead to stress cracks or leaks.
  • the jet pipe is kept free of larger tensile stresses at all occurring temperature differences.
  • the sleeve With its first and its second section, the sleeve is tubular in each case, the second section expanding from the first section.
  • the second section presents with its enlarging Diameter represents a transition member to the flange part with a larger inner diameter. Differences in the expansion coefficients of the jet pipe and the flange part are particularly well compensated for by the second section of the sleeve if the second section is at least partially conical.
  • a simple arrangement results if the sleeve lies with its second section from the flange part. To shorten the overall length, it is also possible to slip the second section of the sleeve connected to the flange part around the first section of the sleeve shrunk onto the jet pipe. The second section is then essentially concentric with the first section of the sleeve.
  • the jet pipe consists of silicon carbide ceramic. This is extremely heat-resistant. However, it has a relatively high thermal conductivity, so that the end held in the sleeve heats up relatively strongly. However, the shrink connection between the sleeve and the jet pipe easily withstands this heating.
  • the jet pipe which usually has a diameter of between 50 and 250 mm, has a wall thickness of 4 to 7 mm. In contrast, the wall thickness of the sleeve is less than 1 mm, so that it is elastic compared to the jet pipe and acts as a spring element.
  • the sleeve has an expansion coefficient that is less than or equal to that of the ceramic used in the temperature range in question.
  • the shrink connection is equally strong at all temperatures, or its strength increases with higher temperatures.
  • Iron-nickel alloys with a low coefficient of expansion are particularly advantageous.
  • a sealant can be introduced between the second section and the jet pipe.
  • a sealant for elevated temperatures such as graphite, or a solder is particularly suitable for this.
  • the sleeve fixes the jet pipe in the axial direction.
  • a support tube can also be provided, which starts from the flange part welded or otherwise connected to the sleeve and is arranged coaxially to the support tube. It is advantageous if the support tube delimits an annular gap with the jet tube, so that there is a certain radial play. This play prevents the introduction of tensions into the jet pipe, which could lead to its destruction. It is advantageous if the annular gap narrows away from the sleeve, so that the support tube has an abutment area for the jet tube in the region of its mouth.
  • a bending moment acting on the jet pipe between the mouth of the support pipe and the sleeve is thus derived.
  • Almost the entire length of the support tube is then available as a lever arm, as a result of which the resulting forces acting on the jet tube remain bearable. In particular, they are smaller than the reaction forces that occur when the ceramic jet pipe is clamped only at its mouth.
  • the jet pipe can advantageously be used for heating an oven space with a protective gas atmosphere.
  • the radiant tube With its flange part, it serves to separate two gas compartments, the furnace compartment and the surroundings.
  • the radiant tube is screwed with its flange part to a flange which is arranged on an opening provided in a corresponding furnace wall and penetrated by the radiant tube.
  • the 1 shows an industrial furnace 1, the furnace chamber 2 of which is indirectly heated by jet pipes 7 provided on its furnace wall 3 in a corresponding opening 5.
  • the jet pipe 7 passes through the opening 5 provided in the furnace wall 3 and is fastened to a flange 8 provided on the furnace wall.
  • the jet pipe 7, which is closed at its end projecting into the furnace chamber 2, is connected at its open end 9 to a burner 11, which has connections 13, 15 for supplying fuel gas and air, and a connection 17 for discharging flue gas.
  • the connection 17 is connected to an annular exhaust gas chamber 19 of a tubular housing part 21, so that an exhaust gas duct delimited by the jet pipe 7 opens into the exhaust gas chamber 19 located in the housing part 21.
  • the jet pipe 7 is heated by combustion of the supplied fuel gas at 22, as a result of which hot exhaust gases emerging from the jet pipe 7 at the end 9 are produced.
  • the flange part 23 sits concentrically with the jet pipe 7, which is designed to be rotationally symmetrical with respect to a longitudinal central axis 27.
  • the flange part 23 has the shape of an annular disk and merges at 29 into a support pipe 30 which extends coaxially with the longitudinal central axis 27.
  • the support tube 30 is initially hollow-cylindrical with a diameter that clearly exceeds the diameter of the jet tube 7.
  • the jet pipe 7 made of ceramic has a diameter of 50 to 250 mm and a wall thickness of 3 to 10 mm, usually 4 to 7 mm
  • the support tube 30 made of a metal such as steel has a comparable wall thickness but a diameter that is a few millimeters larger.
  • the sleeve 25 provided for connecting the jet pipe 7 to the flange part 23, on the other hand, has a continuous wall thickness that is less than 1 mm.
  • the ratio of the wall thickness of the sleeve 25 to that of the jet pipe 7 is 1/10. Therefore, the sleeve 25 is elastic with respect to the thick-walled, rigid jet pipe 7.
  • the sleeve 25 is provided with a first, hollow-cylindrical section 40 which is shrunk onto the jet pipe 7. This means that the inner diameter of the section 40 is smaller than the outer diameter of the jet pipe 7.
  • the section 40 of the sleeve 25 merges into a conical section 42 to which a hollow cylindrical section 44 and connect another conical section 46.
  • the sleeve 25 is welded at its portion 46 to the flange 23 at a weld 48. This leads along the entire inner circumference of the opening delimited by the flange part 23, so that the sleeve 25 seals the jet pipe 7 gas-tight against the flange part 23.
  • the flange part 23 has an axial annular groove 47 in the immediate vicinity of the weld seam 46, which facilitates the welding of the sleeve 25 to the flange part 23.
  • the sleeve 25, which is resilient in comparison to the jet pipe, consists of a nickel-iron alloy, the coefficient of thermal expansion of which is equal to or less than the coefficient of thermal expansion of the jet pipe 7. This keeps the gas-tight connection made by shrinking on between the section 40 of the sleeve 25 and the jet pipe 7 obtained even when the end 9 of the jet pipe 7 is heated to temperatures which are greater than 300 ° C. Regardless of the temperature of the jet pipe 7, the elastically stretched section 40 of the sleeve 25 exerts a radially inward pressure force on the jet pipe 7, which is easily absorbed by the latter.
  • an additional sealant can be provided between the section 40 and the jet pipe 7.
  • Graphite powder or a solder is used as a sealant.
  • the flange part 23 is held between the flange 8 fixedly connected to the furnace wall 3 and a flange 52 provided on the housing part 21.
  • a flange 52 provided on the housing part 21.
  • the sealing of the jet pipe 7 against the furnace chamber 6 is provided by the sleeve 25 in a simple manner, without the jet pipe 7 requiring special finishing, and without this being at risk of breakage.
  • the seal is reliable and secure, so that no gases or gases from the furnace atmosphere can escape to the outside at any operating temperature. Differences in the temperature-dependent expansions between the annular flange part 23 and the jet pipe 7 are compensated for by the sleeve 7. This non-rigid clamping offers good protection against stress cracks in the jet pipe 7.
  • the flange part 23 is made of metal, for example steel, and can be easily sealed against the adjacent flanges 56, 57, which are also made of metal, with the interposition of temperature-resistant seals 56, 57.
  • the support pipe 30 with its hollow cylindrical section 33 serves to absorb bending moments. Due to the dimensioning of the section 33 in such a way that it holds the jet pipe 7 with play at any temperature for which the jet pipe 7 is provided, the section 33 does not generate any thermal stresses for the jet pipe 7.

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Abstract

Ein aus keramischem Material bestehendes Strahlrohr (7) ist an einem Industrieofen (1) über eine dünnwandige Metallhülse gehalten, die mit einem Ende auf das Strahlrohr (7) aufgeschrumpft und mit ihrem anderen Ende mit einem Flansch (8) verschweißt ist. Der Flansch (8) ist mit einem an einer entsprechenden Ofenwand (3) vorgesehenen Flansch (8) verschraubt. Bei horizontalem Einbau kann zum Abstützen des Strahlrohres (7) ein Stützrohr vorgesehen sein, das das Strahlrohr (7) ein Stück weit umgibt und mit diesem einen Ringspalt begrenzt. <IMAGE>A jet pipe (7) made of ceramic material is held on an industrial furnace (1) by means of a thin-walled metal sleeve which is shrunk onto the jet pipe (7) at one end and welded to a flange (8) at the other end. The flange (8) is screwed to a flange (8) provided on a corresponding furnace wall (3). In the case of horizontal installation, a support tube can be provided to support the jet pipe (7), which surrounds the jet pipe (7) to a certain extent and limits an annular gap with it. <IMAGE>

Description

Für die indirekte Beheizung oder Kühlung von Industrieöfen werden häufig sogenannte Strahlrohre benutzt, die durch Öffnungen in der Ofenwand eingebaut und dort abgedichtet werden. Zur Wärmezufuhr dienen Brenner oder Elektroheizungen, zur Wärmeabfuhr Kühlsysteme, die in das Strahlrohr eingesetzt werden. Als Werkstoff für die Strahlrohre wird vielfach hitzebeständiger Stahl verwendet, in zunehmendem Maße aber auch Keramik, wegen der höheren Temperaturgrenze.So-called radiant tubes are often used for indirect heating or cooling of industrial furnaces, which are installed through openings in the furnace wall and sealed there. Burners or electric heaters are used to supply heat, and cooling systems are used to dissipate heat, which are inserted into the jet pipe. Heat-resistant steel is often used as the material for the radiant tubes, but increasingly also ceramic because of the higher temperature limit.

Zur Befestigung und Abdichtung keramischer Strahlrohre in der Ofenwand wird ein keramischer Flanschansatz am Strahlrohr zwischen zwei metallischen Flanschen eingeklemmt, wovon einer gasdicht mit dem Ofengehäuse verbunden ist. Bis zu Temperaturen von etwa 250°C sind elastische Dichtungen verfügbar, die die unterschiedliche Ausdehnung der Flansche aus Metall- und Keramik auffangen. Die Anpreßkraft wird häufig durch Federelemente aufgebracht.To fix and seal ceramic radiant tubes in the furnace wall, a ceramic flange extension is clamped on the radiant tube between two metallic flanges, one of which is gas-tightly connected to the furnace housing. Up to temperatures of around 250 ° C, elastic seals are available that cover the different expansion catch the flanges made of metal and ceramic. The contact pressure is often applied by spring elements.

Bei Temperaturen über 250°C an den Flanschen müssen Dichtungen aus relativ steifem Material, z. Bsp. Metallringe, eingesetzt werden. Sie erfordern definierte Oberflächen am keramischen Flanschansatz, d.h. eine teure Schleifoperation bei dessen Herstellung. Außerdem besteht die Gefahr von Spannungsrissen in der Keramik, weil die Anpreßkräfte bei steifen Dichtungen hoch sein müssen.At temperatures above 250 ° C on the flanges, seals made of relatively stiff material, e.g. For example, metal rings can be used. They require defined surfaces on the ceramic flange attachment, i.e. an expensive grinding operation in its manufacture. In addition, there is a risk of stress cracks in the ceramic because the contact forces with rigid seals must be high.

Bei der für Strahlrohre besonders geeigneten SIC-Keramik mit einer Wärmeleitfähigkeit von über 50 W/mK steigen die Temperaturen am Flansch in der Regel über 250°C, insbesondere dann, wenn an dieser Stelle heiße Gase vom Brenner oder Kühlsystem vorbeiströmen.With SIC ceramics, which are particularly suitable for radiant tubes and have a thermal conductivity of over 50 W / mK, the temperatures on the flange generally rise above 250 ° C, especially when hot gases from the burner or cooling system flow past at this point.

Aus der DE 41 32 236 C1 ist ein Industriebrenner mit einem keramischen Strahlrohr bekannt, bei dem das betreffende Rohr mit einem keramischen Flanschansatz unter Zwischenlage eines Dichtungsringes an eine Innenschulter eines rohrförmigen Gehäuseteiles angedrückt ist. Zur Fixierung und weiteren Abdichtung ist ein zweiter Dichtungsring vorgesehen, der in einem von dem rohrförmigen Gehäuseteil und dem keramischen Strahlrohr begrenzten Ringspalt angeordnet ist. Innerhalb des Brennerkopfes angeordnete Federn drücken das keramische Strahlrohr mit seinem Flanschansatz zur Abdichtung gegen den sich an der Innenschulter abstützenden Dichtungsring.From DE 41 32 236 C1 an industrial burner with a ceramic jet pipe is known, in which the pipe in question is pressed against an inner shoulder of a tubular housing part with a ceramic flange attachment with the interposition of a sealing ring. For fixing and further sealing, a second sealing ring is provided, which is arranged in an annular gap delimited by the tubular housing part and the ceramic jet pipe. Springs arranged inside the burner head press the ceramic jet pipe with its flange attachment for sealing against the sealing ring supported on the inner shoulder.

Als Dichtungsringe werden bei Wärmebelastung von über 250 °C Metallringe verwendet, die einen geschliffenen Flanschansatz erfordern.Metal rings are used as sealing rings when exposed to heat above 250 ° C, which require a ground flange shoulder.

Daraus ergibt sich die Aufgabe, ein robustes Strahlrohr für Industrieofen, mit verbesserter und vereinfachter Abdichtung zu schaffen.This results in the task of creating a robust jet pipe for industrial furnaces with improved and simplified sealing.

Diese Aufgabe wird durch ein Strahlrohr mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a jet pipe with the features of patent claim 1.

Das keramische Strahlrohr weist einen metallischen Flanschteil auf, der problemlos mit einem an einer Ofenwand vorgesehenen Flansch verschraubt werden kann. Die zwischen dem Flanschteil und dem Strahlrohr angeordnete metallische Hülse wirkt sowohl als Dichtungseinrichtung, als auch als Halteeinrichtung in Bezug auf Axialkräfte. Der auf das betreffende Ende des keramischen Strahlrohres aufgeschrumpfte Abschnitt bildet mit dem Strahlrohr eine im wesentlichen gasdichte Verbindung. Die Hülse ist dünnwandig, d.h. sie weist eine wesentlich geringere Wanddicke auf als das Strahlrohr. Das Strahlrohr, dessen Wanddicke zwischen 4 und 10 mm liegt, ist demgegenüber steif. Die Hülse paßt sich deshalb beim Aufschrumpfen der äußeren Form des Strahlrohres an, so daß eine Schleifbearbeitung des Strahlrohres entfallen kann. Kleinere Oberflächenunregelmäßigkeiten des Strahlrohres werden toleriert, denn die Hülse paßt sich an diese an. Auch können Durchmessertoleranzen oder Abweichungen von der Rundheit des Strahlrohres bis zu einem gewissen Grad ausgeglichen werden. Die beim Schrumpfen entstehenden Druckspannungen verträgt die Keramik bei entsprechender Wanddicke gut.The ceramic jet pipe has a metallic flange part that can be easily screwed to a flange provided on a furnace wall. The metallic sleeve arranged between the flange part and the jet pipe acts both as a sealing device and as a holding device in relation to axial forces. The section shrunk onto the relevant end of the ceramic jet pipe forms an essentially gas-tight connection with the jet pipe. The sleeve is thin-walled, i.e. it has a much smaller wall thickness than the jet pipe. In contrast, the jet pipe, whose wall thickness is between 4 and 10 mm, is stiff. The sleeve therefore adapts when shrinking on the outer shape of the jet pipe, so that grinding of the jet pipe can be omitted. Smaller surface irregularities of the jet pipe are tolerated because the sleeve adapts to them. Diameter tolerances or deviations from the roundness of the jet pipe can also be compensated to a certain extent. The ceramics tolerate the compressive stresses that occur during shrinking with the appropriate wall thickness.

Die Hülse schafft eine robuste Verbindung zu dem Flanschteil. Die Verbindung ist außerdem bis zu einem gewissen Grade nachgiebig, so daß unterschiedliche thermische Ausdehnungen des Strahlrohres und des Flanschteiles nicht zu Spannungsrissen oder Undichtigkeiten führen. Insbesondere wird das Strahlrohr bei allen auftretenden Temperaturdifferenzen von größeren Zugspannungen frei gehalten.The sleeve creates a robust connection to the flange part. The connection is also to a certain extent compliant, so that different thermal expansions of the jet pipe and the flange part do not lead to stress cracks or leaks. In particular, the jet pipe is kept free of larger tensile stresses at all occurring temperature differences.

Die Hülse ist mit ihrem ersten und ihrem zweiten Abschnitt jeweils rohrförmig ausgebildet, wobei sich der zweite Abschnitt ausgehend von dem ersten Abschnitt erweitert. Der zweite Abschnitt stellt mit seinem sich vergrößernden Durchmesser ein Übergangsglied zu dem Flanschteil mit größerem Innendurchmesser dar. Unterschiede der Ausdehnungskoeffizienten des Strahlrohres und des Flanschteiles werden von dem zweiten Abschnitt der Hülse besonders gut ausgeglichen, wenn der zweite Abschnitt wenigstens bereichsweise konisch ausgebildet ist.With its first and its second section, the sleeve is tubular in each case, the second section expanding from the first section. The second section presents with its enlarging Diameter represents a transition member to the flange part with a larger inner diameter. Differences in the expansion coefficients of the jet pipe and the flange part are particularly well compensated for by the second section of the sleeve if the second section is at least partially conical.

Eine einfache Anordnung ergibt sich, wenn die Hülse mit ihrem zweiten Abschnitt von dem Flanschteil abliegt. Zur Verkürzung der Baulänge ist es auch möglich, den zweiten, mit dem Flanschteil verbundenen Abschnitt der Hülse um den ersten, auf das Strahlrohr aufgeschrumpften Abschnitt der Hülse zu stülpen. Der zweite Abschnitt liegt dann im wesentlichen konzentrisch zu dem ersten Abschnitt der Hülse.A simple arrangement results if the sleeve lies with its second section from the flange part. To shorten the overall length, it is also possible to slip the second section of the sleeve connected to the flange part around the first section of the sleeve shrunk onto the jet pipe. The second section is then essentially concentric with the first section of the sleeve.

Für die meisten Anwendungsfälle ist es vorteilhaft, wenn das Strahlrohr aus Siliziumkarbid-Keramik besteht. Diese ist hochgradig wärmefest. Allerdings weist sie eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit auf, so daß sich das in der Hülse gefaßte Ende relativ stark erwärmt. Dieser Erwärmung hält die Schrumpfverbindung zwischen der Hülse und dem Strahlrohr jedoch ohne weiteres stand. Das üblicherweise einen Durchmesser zwischen 50 und 250 mm aufweisende Strahlrohr hat eine Wanddicke von 4 bis 7 mm. Demgegenüber liegt die Wanddicke der Hülse bei weniger als 1 mm, so daß diese im Vergleich zu dem Strahlrohr elastisch ausgebildet ist und als Federelement wirkt.For most applications, it is advantageous if the jet pipe consists of silicon carbide ceramic. This is extremely heat-resistant. However, it has a relatively high thermal conductivity, so that the end held in the sleeve heats up relatively strongly. However, the shrink connection between the sleeve and the jet pipe easily withstands this heating. The jet pipe, which usually has a diameter of between 50 and 250 mm, has a wall thickness of 4 to 7 mm. In contrast, the wall thickness of the sleeve is less than 1 mm, so that it is elastic compared to the jet pipe and acts as a spring element.

Es ist vorteilhaft, wenn die Hülse einen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der im betreffenden Temperaturbereich kleiner oder gleich dem der verwendeten Keramik ist. In diesem Fall ist die Schrumpfverbindung bei allen Temperaturen gleich fest, bzw. nimmt in ihrer Festigkeit zu höheren Temperaturen hin noch zu. Besonders vorteilhaft sind Eisen-Nickel-Legierungen mit geringem Ausdehnungskoeffizienten.It is advantageous if the sleeve has an expansion coefficient that is less than or equal to that of the ceramic used in the temperature range in question. In this case, the shrink connection is equally strong at all temperatures, or its strength increases with higher temperatures. Iron-nickel alloys with a low coefficient of expansion are particularly advantageous.

Um die Gasdichtigkeit zwischen der Hülse und dem Strahlrohr noch zu erhöhen, kann ein Dichtmittel zwischen den zweiten Abschnitt und das Strahlrohr eingebracht werden. Dazu eignet sich insbesondere ein Dichtmittel für erhöhte Temperaturen, wie Graphit, oder ein Lötmittel.In order to further increase the gas tightness between the sleeve and the jet pipe, a sealant can be introduced between the second section and the jet pipe. A sealant for elevated temperatures, such as graphite, or a solder is particularly suitable for this.

Die Hülse fixiert das Strahlrohr in axialer Richtung. Zum Schutz vor Biegebeanspruchungen, die insbesondere bei von der Vertikalen abweichender Anordnung des Strahlrohres auftreten, kann zusätzlich ein Stützrohr vorgesehen sein, das von dem mit der Hülse verschweißten bzw. anderweitig verbundenen Flanschteil ausgeht und koaxial zu dem Stützrohr angeordnet ist. Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Stützrohr mit dem Strahlrohr einen Ringspalt begrenzt, so daß ein gewisses radiales Spiel vorhanden ist. Dieses Spiel verhindert das Einleiten von Spannungen in das Strahlrohr, die zur Zerstörung desselben führen könnten. Dabei ist es vorteilhaft, wenn sich der Ringspalt von der Hülse weg verengt, so daß das Stützrohr einen im Bereich seiner Mündung liegenden Anlagebereich für das Strahlrohr aufweist. Damit wird ein auf das Strahlrohr einwirkendes Biegemoment zwischen der Mündung des Stützrohres und der Hülse abgeleitet. Als Hebelarm steht dann nahezu die gesamte Länge des Stützrohres zur Verfügung, wodurch die resultierenden, auf das Strahlrohr einwirkenden Kräfte erträglich bleiben. Insbesondere sind sie kleiner als Reaktionskräfte, die bei Einspannung des keramischen Strahlrohres allein bei seiner Mündung auftreten.The sleeve fixes the jet pipe in the axial direction. To protect against bending stresses that occur in particular when the jet tube is arranged differently from the vertical, a support tube can also be provided, which starts from the flange part welded or otherwise connected to the sleeve and is arranged coaxially to the support tube. It is advantageous if the support tube delimits an annular gap with the jet tube, so that there is a certain radial play. This play prevents the introduction of tensions into the jet pipe, which could lead to its destruction. It is advantageous if the annular gap narrows away from the sleeve, so that the support tube has an abutment area for the jet tube in the region of its mouth. A bending moment acting on the jet pipe between the mouth of the support pipe and the sleeve is thus derived. Almost the entire length of the support tube is then available as a lever arm, as a result of which the resulting forces acting on the jet tube remain bearable. In particular, they are smaller than the reaction forces that occur when the ceramic jet pipe is clamped only at its mouth.

Das Strahlrohr ist vorteilhaft zur Beheizung eines Ofenraumes mit Schutzgasatmosphäre verwendbar. Es dient mir seinem Flanschteil der Trennung zweier Gasräume, dem Ofenraum und der Umgebung. Dazu ist das Strahlrohr mit seinem Flanschteil mit einem Flansch verschraubt, der an einer in einer entsprechenden Ofenwand vorgesehenen, von dem Strahlrohr durchgriffenen Öffnung angeordnet ist.The jet pipe can advantageously be used for heating an oven space with a protective gas atmosphere. With its flange part, it serves to separate two gas compartments, the furnace compartment and the surroundings. For this purpose, the radiant tube is screwed with its flange part to a flange which is arranged on an opening provided in a corresponding furnace wall and penetrated by the radiant tube.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

  • Fig. 1 einen Industrieofen, an dessen Ofenwand ein mittels eines Industriebrenners beheiztes Strahlrohr abgedichtet gehalten ist, in einer schematischen und ausschnittsweisen Schnittdarstellung, und
  • Fig. 2 die Ofenwand mit dem Strahlrohr nach Fig. 1 in einer vergrößerten, ausschnittsweisen und schematischen Schnittdarstellung.
In the drawing, an embodiment of the invention is shown. Show it:
  • 1 shows an industrial furnace, on the furnace wall of which a radiant tube heated by means of an industrial burner is kept sealed, in a schematic and partial sectional view, and
  • Fig. 2 shows the furnace wall with the jet pipe according to Fig. 1 in an enlarged, partial and schematic sectional view.

In Fig. 1 ist ein Industrieofen 1 dargestellt, dessen Ofenraum 2 durch an seiner Ofenwand 3 in einer entsprechenden Öffnung 5 vorgesehene Strahlrohre 7 indirekt beheizt ist. Das Strahlrohr 7 durchgreift die in der Ofenwand 3 vorgesehene Öffnung 5 und ist an einem an der Ofenwand vorgesehenen Flansch 8 befestigt. Das an seinem in den Ofenraum 2 ragenden Ende geschlossene Strahlrohr 7 ist an seinem offenen Ende 9 mit einem Brenner 11 verbunden, der Anschlüsse 13, 15 zur Zuführung von Brenngas und Luft, sowie einen Anschluß 17 zur Ausleitung von Rauchgas aufweist. Der Anschluß 17 steht mit einer ringförmigen Abgaskammer 19 eines rohrförmigen Gehäuseteils 21 in Verbindung, so daß ein von dem Strahlrohr 7 begrenzter Abgaskanal in die in dem Gehäuseteil 21 befindliche Abgaskammer 19 mündet. Erwärmt wird das Strahlrohr 7 durch Verbrennung des zugeführten Brenngases bei 22, wodurch heiße, an dem Ende 9 aus dem Strahlrohr 7 austretende Abgase entstehen.1 shows an industrial furnace 1, the furnace chamber 2 of which is indirectly heated by jet pipes 7 provided on its furnace wall 3 in a corresponding opening 5. The jet pipe 7 passes through the opening 5 provided in the furnace wall 3 and is fastened to a flange 8 provided on the furnace wall. The jet pipe 7, which is closed at its end projecting into the furnace chamber 2, is connected at its open end 9 to a burner 11, which has connections 13, 15 for supplying fuel gas and air, and a connection 17 for discharging flue gas. The connection 17 is connected to an annular exhaust gas chamber 19 of a tubular housing part 21, so that an exhaust gas duct delimited by the jet pipe 7 opens into the exhaust gas chamber 19 located in the housing part 21. The jet pipe 7 is heated by combustion of the supplied fuel gas at 22, as a result of which hot exhaust gases emerging from the jet pipe 7 at the end 9 are produced.

Zur Verbindung des Strahlrohres 7 mit der Ofenwand 3 bzw. dem Flansch 8 ist eine mit einem Flanschteil 23 versehene dünnwandige Hülse 25 vorgesehen, die im einzelnen aus Fig. 2 ersichtlich ist. Der Flanschteil 23 sitzt konzentrisch zu dem rotationssymmetrisch bezüglich einer Längsmittelachse 27 ausgebildeten Strahlrohr 7. Der Flanschteil 23 weist die Form einer Ringscheibe auf und geht bei 29 in ein sich koaxial zu der Längsmittelachse 27 erstreckendes Stützrohr 30 über. Das Stützrohr 30 ist ausgehend von dem Flanschteil 23 zunächst hohlzylindrisch mit einem den Durchmesser des Strahlrohres 7 deutlich übersteigenden Durchmesser ausgebildet. Es verläuft von dem Ende 9 des Strahlrohres 7 weg, und geht dann über einen konischen Abschnitt 32 in einen engeren hohlzylindrischen Abschnitt 33 über, der mit dem Strahlrohr einen engen Ringspalt 35 begrenzt. Während das aus Keramik bestehende Strahlrohr 7 einen Durchmesser von 50 bis 250 mm und eine Wanddicke von 3 bis 10 mm, meist 4 bis 7 mm, aufweist, weist das aus einem Metall wie bspw. Stahl hergestellte Stützrohr 30 eine vergleichbare Wanddicke, dabei jedoch einen um einige Millimeter größeren Durchmesser auf.A thin-walled sleeve 25, which is provided with a flange part 23 and is shown in detail in FIG. 2, is provided for connecting the jet pipe 7 to the furnace wall 3 or the flange 8. The flange part 23 sits concentrically with the jet pipe 7, which is designed to be rotationally symmetrical with respect to a longitudinal central axis 27. The flange part 23 has the shape of an annular disk and merges at 29 into a support pipe 30 which extends coaxially with the longitudinal central axis 27. Starting from the flange part 23, the support tube 30 is initially hollow-cylindrical with a diameter that clearly exceeds the diameter of the jet tube 7. It runs away from the end 9 of the jet pipe 7 and then merges via a conical section 32 into a narrower hollow cylindrical section 33 which delimits a narrow annular gap 35 with the jet pipe. While the jet pipe 7 made of ceramic has a diameter of 50 to 250 mm and a wall thickness of 3 to 10 mm, usually 4 to 7 mm, the support tube 30 made of a metal such as steel has a comparable wall thickness but a diameter that is a few millimeters larger.

Die zur Verbindung des Strahlrohres 7 mit dem Flanschteil 23 vorgesehene Hülse 25 hingegen weist durchgehend eine Wanddicke auf, die kleiner als 1 mm ist. Das Verhältnis der Wanddicke der Hülse 25 zu der des Strahlrohres 7 liegt bei 1/10. Deshalb ist die Hülse 25 in Bezug auf das dickwandige, steife Strahlrohr 7 elastisch. Zur Verbindung mit dem Strahlrohr 7 ist die Hülse 25 mit einem ersten, hohlzylindrisch ausgebildeten Abschnitt 40 versehen, der auf das Strahlrohr 7 aufgeschrumpft ist. Dies bedeutet, daß der Innendurchmesser des Abschnittes 40 geringer ist, als der Außendurchmesser des Strahlrohres 7. An seiner dem Ende 9 des Strahlrohres 7 zugewandten Seite geht der Abschnitt 40 der Hülse 25 in einen konischen Abschnitt 42 über, an den ein hohlzylindrischer Abschnitt 44 und ein weiterer konischer Abschnitt 46 anschließen. Die Hülse 25 ist an ihrem Abschnitt 46 mit dem Flanschteil 23 bei einer Schweißnaht 48 verschweißt. Diese führt entlang des gesamten inneren Umfanges der von dem Flanschteil 23 begrenzten Öffnung, so daß die Hülse 25 das Strahlrohr 7 gasdicht gegen den Flanschteil 23 abdichtet.The sleeve 25 provided for connecting the jet pipe 7 to the flange part 23, on the other hand, has a continuous wall thickness that is less than 1 mm. The ratio of the wall thickness of the sleeve 25 to that of the jet pipe 7 is 1/10. Therefore, the sleeve 25 is elastic with respect to the thick-walled, rigid jet pipe 7. For connection to the jet pipe 7, the sleeve 25 is provided with a first, hollow-cylindrical section 40 which is shrunk onto the jet pipe 7. This means that the inner diameter of the section 40 is smaller than the outer diameter of the jet pipe 7. On its side facing the end 9 of the jet pipe 7, the section 40 of the sleeve 25 merges into a conical section 42 to which a hollow cylindrical section 44 and connect another conical section 46. The sleeve 25 is welded at its portion 46 to the flange 23 at a weld 48. This leads along the entire inner circumference of the opening delimited by the flange part 23, so that the sleeve 25 seals the jet pipe 7 gas-tight against the flange part 23.

Der Flanschteil 23 weist in unmittelbarer Nachbarschaft der Schweißnaht 46 eine axiale Ringnut 47 auf, die das Anschweißen der Hülse 25 an den Flanschteil 23 erleichtert.The flange part 23 has an axial annular groove 47 in the immediate vicinity of the weld seam 46, which facilitates the welding of the sleeve 25 to the flange part 23.

Die im Vergleich zu dem Strahlrohr federnd ausgebildete Hülse 25 besteht aus einer Nickel-Eisen-Legierung, deren Temperaturausdehnungskoeffizient gleich oder kleiner ist als der Temperaturausdehnungskoeffizient des Strahlrohres 7. Dadurch bleibt die gasdichte durch Aufschrumpfen hergestellte Verbindung zwischen dem Abschnitt 40 der Hülse 25 und dem Strahlrohr 7 auch bei einer Erwärmung des Endes 9 des Strahlrohres 7 auf Temperaturen erhalten, die größer als 300 °C sind. Unabhängig von der Temperatur des Strahlrohres 7 übt der elastisch gedehnte Abschnitt 40 der Hülse 25 eine radial nach innen gerichtete Druckkraft auf das Strahlrohr 7 aus, die von diesem ohne weiteres aufgenommen wird.The sleeve 25, which is resilient in comparison to the jet pipe, consists of a nickel-iron alloy, the coefficient of thermal expansion of which is equal to or less than the coefficient of thermal expansion of the jet pipe 7. This keeps the gas-tight connection made by shrinking on between the section 40 of the sleeve 25 and the jet pipe 7 obtained even when the end 9 of the jet pipe 7 is heated to temperatures which are greater than 300 ° C. Regardless of the temperature of the jet pipe 7, the elastically stretched section 40 of the sleeve 25 exerts a radially inward pressure force on the jet pipe 7, which is easily absorbed by the latter.

Zur Verbesserung der Abdichtung zwischen dem Abschnitt 40 der Hülse 25 und dem Strahlrohr 7 kann, insbesondere wenn dieses eine rauhere Oberfläche aufweist, ein zusätzliches Dichtmittel zwischen dem Abschnitt 40 und dem Strahlrohr 7 vorgesehen werden. Als Dichtmittel dient Graphitpulver oder ein Lötmittel.To improve the seal between the section 40 of the sleeve 25 and the jet pipe 7, in particular if it has a rougher surface, an additional sealant can be provided between the section 40 and the jet pipe 7. Graphite powder or a solder is used as a sealant.

Der Flanschteil 23 ist zwischen dem ortsfest mit der Ofenwand 3 verbundenen Flansch 8 und einem an dem Gehäuseteil 21 vorgesehenen Flansch 52 gehalten. Zur Verbindung des Flanschteiles 23 mit den Flanschen 8, 52 dienen in Fig. 2 lediglich schematisch angedeutete Schrauben 55.The flange part 23 is held between the flange 8 fixedly connected to the furnace wall 3 and a flange 52 provided on the housing part 21. For the connection of the flange part 23 with the flanges 8, 52, only schematically indicated screws 55 are used in FIG. 2.

Die Abdichtung des Strahlrohres 7 gegen den Ofenraum 6 wird durch die Hülse 25 auf einfache Weise erbracht, ohne daß das Strahlrohr 7 besonderer Feinbearbeitung bedürfte, und ohne daß dieses bruchgefährdet wäre. Die Abdichtung ist zuverlässig und sicher, so daß bei keiner Betriebstemperatur Abgase oder Gase der Ofenatmosphäre nach außen dringen können. Unterschiede der temperaturabhängigen Ausdehnungen zwischen dem ringförmigen Flanschteil 23 und dem Strahlrohr 7 werden von der Hülse 7 ausgeglichen. Diese nicht starre Einspannung bietet einen guten Schutz gegen Spannungsrisse des Strahlrohres 7. Das Flanschteil 23 besteht aus Metall, bspw. Stahl, und läßt sich unter Zwischenlage temperaturfester Dichtungen 56, 57 problemlos gegen die benachbarten, ebenfalls aus Metall bestehenden Flansche 56, 57 abdichten.The sealing of the jet pipe 7 against the furnace chamber 6 is provided by the sleeve 25 in a simple manner, without the jet pipe 7 requiring special finishing, and without this being at risk of breakage. The seal is reliable and secure, so that no gases or gases from the furnace atmosphere can escape to the outside at any operating temperature. Differences in the temperature-dependent expansions between the annular flange part 23 and the jet pipe 7 are compensated for by the sleeve 7. This non-rigid clamping offers good protection against stress cracks in the jet pipe 7. The flange part 23 is made of metal, for example steel, and can be easily sealed against the adjacent flanges 56, 57, which are also made of metal, with the interposition of temperature-resistant seals 56, 57.

Während die Hülse 25 das Strahlrohr 7 in axialer und radialer Richtung hält, dient das Stützrohr 30 mit seinem hohlzylindrischen Abschnitt 33 der Aufnahme von Biegemomenten. Aufgrund der Bemessung des Abschnittes 33 derart, daß dieser bei jeder Temperatur, für die das Strahlrohr 7 vorgesehen ist, das Strahlrohr 7 mit Spiel hält, erzeugt der Abschnitt 33 keine thermischen Spannungen für das Strahlrohr 7.While the sleeve 25 holds the jet pipe 7 in the axial and radial directions, the support pipe 30 with its hollow cylindrical section 33 serves to absorb bending moments. Due to the dimensioning of the section 33 in such a way that it holds the jet pipe 7 with play at any temperature for which the jet pipe 7 is provided, the section 33 does not generate any thermal stresses for the jet pipe 7.

Claims (10)

Strahlrohr (7), insbesondere für Industrieöfen, das endseitig über eine Dichtungseinrichtung an einem Flanschteil abgedichtet gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungseinrichtung eine dünnwandige metallische Hülse (25) ist, die einen ersten, auf das keramische Strahlrohr (7) aufgeschrumpften Abschnitt (40) aufweist, der über einen zweiten Abschnitt (42, 44, 46) mit dem Flanschteil (23) größeren Durchmessers abgedichtet verbunden ist.Jet pipe (7), in particular for industrial furnaces, which is sealed at the end by means of a sealing device on a flange part, characterized in that the sealing device is a thin-walled metallic sleeve (25) which has a first section (shrunk onto the ceramic jet pipe (7) 40), which is connected in a sealed manner to the flange part (23) of larger diameter via a second section (42, 44, 46). Strahlrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Abschnitt (42, 44, 46) wenigstens bereichsweise konisch ausgebildet ist.Jet pipe according to claim 1, characterized in that the second section (42, 44, 46) is at least partially conical. Strahlrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (25) mit dem Flanschteil (23) verschweißt ist.Jet pipe according to claim 1, characterized in that the sleeve (25) is welded to the flange part (23). Strahlrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (25) derart auf das Strahlrohr (7) aufgeschrumpft ist, daß der erste Abschnitt (40) von dem Flanschteil (23) abliegt.Jet pipe according to Claim 1, characterized in that the sleeve (25) is shrunk onto the jet pipe (7) in such a way that the first section (40) lies away from the flange part (23). Strahlrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlrohr (7) aus einer Siliziumkarbid-Keramik besteht.Jet pipe according to claim 1, characterized in that the jet pipe (7) consists of a silicon carbide ceramic. Strahlrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (25) eine Wanddicke aufweist, die kleiner als 1 mm ist.Jet pipe according to claim 1, characterized in that the sleeve (25) has a wall thickness which is less than 1 mm. Strahlrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (25) einen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der wenigstens in dem Temperaturintervall von Umgebungstemperatur bis zur Betriebstemperatur kleiner oder gleich dem Ausdehnungskoeffizienten der verwendeten Keramik ist.Jet pipe according to claim 1, characterized in that the sleeve (25) has an expansion coefficient which is at least smaller in the temperature interval from ambient temperature to the operating temperature or is equal to the coefficient of expansion of the ceramic used. Strahlrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten Abschnitt (40) und dem Strahlrohr (7) ein Dichtmittel eingebracht ist.Jet pipe according to claim 1, characterized in that a sealant is introduced between the first section (40) and the jet pipe (7). Strahlrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (25) mit einem Stützrohr (30) verbunden ist, das mit dem Flanschteil (23) verbunden ist und das sich von der Hülse (25) weg das Strahlrohr (7) umgebend erstreckt.Jet pipe according to claim 1, characterized in that the sleeve (25) is connected to a support tube (30) which is connected to the flange part (23) and which extends away from the sleeve (25) and surrounds the jet pipe (7). Strahlrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlrohr (7) zur Beheizung eines Ofenraumes (6) des Industrieofens (1) verwendet und mit einem Brenner (11) beheizt wird, wobei das Strahlrohr (7) mit seinem Flanschteil (23) mit einem Flansch (8) verschraubt ist, der an einer in einer entsprechenden Ofenwand (3) vorgesehenen, von dem Strahlrohr (7) durchgriffenen Öffnung (5) angeordnet ist.Jet pipe according to one of the preceding claims, characterized in that the jet pipe (7) is used for heating an oven space (6) of the industrial furnace (1) and is heated with a burner (11), the jet pipe (7) with its flange part (23 ) is screwed to a flange (8) which is arranged on an opening (5) provided in a corresponding furnace wall (3) and penetrated by the jet pipe (7).
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