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Anheizverankerung für regenerativ gasbeheizte, batterieweise angeordnete
Öfen zur Erzeugung von Gas und Koks Die Erfindung bezieht sich auf regenerativ gasbeheizte,
batterieweise angeordnete Öfen zur Erzeugung von Gas und Koks mit liegenden Kammern
und unterhalb derselben befindlichen, sich in der Kammerachse erstreckenden Regeneratoren
(sogenannten Querregeneratoren), bei dem die Regeneratorwände aus einem Werkstoff
geringerer Wärmeausdehnung aufgemauert sind als diejenige Partie des Mauerwerks,
welche die Ofensohle bildet und die Ofenkammern umschließt, bei dem also beispielsweise
das Regeneratormauerwerk aus halbsaurem Material, die Ofenwände selbst aus Silikamaterial
bestehen. Beim Anheizen derartiger Öfen dehnt sich das halbsaure Material erheblich
weniger als das Silikamaterial; das gilt besonders in dem Temperaturbereich bis
400° C aufwärts. Auch wenn die aus verschiedenem Material bestehenden Teile des
Mauerwerks in einer ebenen Trennfuge aufeinanderliegen, besteht die Gefahr, daß
das stärker dehnende Mauerwerk das schwächer dehnende mit sich reißt und in diesem
sich Risse bilden, die Undichtigkeiten bezüglich der durch die Regeneratoren strömenden
gasförmigen Verbrennungsmittel mit sich bringen.
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Man hat der geringeren Dehnung der Regeneratorpa.rtie derartiger regenerativ
beheizter Kammeröfen zur Erzeugung von Gas und Koks bereits dadurch Rechnung getragen,
daß man vor die Längswände der Regeneratoren beiderseits Hilfsankerständer gesetzt
und diese federnd gegenüber denjenigen Ankerständern verspannt hat, die über die
ganze Mauerwerkshöhe durchlaufen. Damit allein ist es aber bisher nicht gelungen,
eine gegenseitige Verschiebung der beiden Mauerwerksteile in genügendem Ausmaße
während des Anheizens sicherzustellen. Das liegt daran, daß diese Hilfsankerständer
sich gerade an einer Stelle gegen die Hauptankerständer abstützen, die unweit der
größten Ausbiegung derselben liegt, wo sie also nicht in der Lage sind, besonders
große Horizontalkräfte aufzufangen. In jedem Falle aber müssen Hilfsankerständer,
die das schwächer dehnende Mauerwerk halten, vorhanden sein, wenn das Ziel der vorliegenden
Erfindung erreicht werden soll, nämlich im ersten Teil der Anheizperiode das Mauerwerk
der Ofenbatterie so abzustützen, daß sowohl das Silikamauerwerk als auch das halbsaure
Mauerwerk sich ständig im erforderlichen Spannungszustand befinden, sich aber dennoch
hinreichend unabhängig voneinander nur entsprechend den wirksamen thermischen Kräften
bewegen können, wobei also eine gewisse Relativbewegung in Richtung der Ofenachse
zwischen den oberhalb und unterhalb der ebenen Trennfuge liegenden, aus verschiedenem
Material aufgebauten Mauerwerksteilen möglich sein soll.
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Der besonders starken Beanspruchung, welcher über die ganze Mauerwerkshöhe
durchlaufende Ankerständer gerade im mittleren Bereich ausgesetzt sind, hat man
schon in verschiedener Weise Rechnung zu tragen versucht. So hat man die Kopfbewehrung
für Koksöfen, bestehend aus Ankerständern und sich daran anlegendem, als geschlossener
Bauteil ausgeführtem Türrahmen, so ausgebildet, daß im unbeheizten, noch spannungsfreien
Zustand des Ofens der Türrahmen das Kopfmauerwerk nur in seiner waagerechten Mittelachse
berührt und nach den untersten und obersten Rahmenquerkanten zu ein stetig wachsender
Zwischenraum zwischen Rahmen und Kopfmauerwerk verbleibt. Dies konnte entweder durch
ein Abschrägen des Ofenkopfmauerwerks nach oben und unten hin oder durch ein konvexes
Ausbiegen des Ankerständers selbst erfolgen, bei dem er im spannungslosen Zustand
der Verankerung nur in seiner Mittelachse gegen den Ofenkopf anliegt. Mit einer
solchen Bewehrung hat man zwar den Türrahmen von dem Druck des wachsenden Mauerwerks
entlastet, jedoch liegt hier der Punkt stärkster Spannungsaufnahme des Ankerständers
erheblich über der Ofensohle; eine Relativbewegung der oberhalb und unterhalb der
Trennfuge liegenden Mauerwerksschichten wird dadurch nicht erreicht.
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Man hat auch bereits in waagerechte Kanäle, die unterhalb der Ofensohle
in Kammerrichtung durchlaufen,
z. B. in Starkgasverteilleitungen,
nach der Rufmauerung des Ofens Anker eingeführt und verspannt und nach der ersten
Anheizperiode entfernt. Dieses an sich brauchbare Verfahren, das Mauerwerk unter
Spannung zu halten, ist auf dasjenige Temperaturintervall beschränkt, bei dem die
eingeführten Anker noch nennenswerte Zugkräfte aufzunehmen in der Lage sind und
noch nicht durch Hitze zerstört werden. Das Verfahren ist auch nicht anwendbar,
wenn derartige »Kanäle« nicht vorhanden sind, der Ofen z. B. nach dem bewährter!
Unterbrennerprinzip beheizt wird, gemäß dem die Starkgaszuführung von der Unterkellerung
aus erfolgt, wo eine leicht zugängliche Regelung möglich ist.
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Man hat schon statt eines in unverändertem Querschnitt über die ganze
Mauerwerkshöhe durchlaufenden Ankerständers gesonderte Abstützungen für den oberen
Mauerwerksteil einerseits und den unteren Mauerwerksteil andererseits benutzt und
eine Schwenkmöglichkeit der beiden Abstützungen gegeneinander vorgesehen. Eine Schwenkbewegung
wird aber der hier gestellten Aufgabe nicht gerecht, dem oberen Mauerteil eine stärkere
Dehnung zu gestatten und den unteren Mauerteil derart festzuhalten, daß während
des Anheizens eine Relativbewegung der Mauerwerksschichten längs der Trennebene
möglich ist.
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Man hat ferner zur Anpassung an die Maximalbeanspruchungen des Ankerständers
im mittleren Teil horizontale Gitterträger benutzt und diese gegebenenfalls durch
Druckstreben gegenüber dem tiefer liegenden Erdboden abgestützt, auch unter Zwischenschaltung
von Federn angepreßt. Soweit dabei keine besonderen Hilfsankerständer zur Abstützung
des schwächer dehnenden Mauerwerks Verwendung fanden, konnte diese Anordnung das
Problem der Erfindung nicht lösen, nämlich eine Relativbewegung der unterschiedlich
dehnenden Mauerwerksteile zuzulassen. Im übrigen müssen solche Gitterträger und
Sprengwerke so stark ausgebildet werden, wenn sie der starken Beanspruchung des
Ankerständers in waagerechter Richtung genügend entgegenwirken sollen, daß sie *aus
praktischen Gründen nicht in Frage kommen.
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Man hat schließlich eine Relativbewegung des oberen und unteren Teiles
eines in der Mitte durchgeschnittenen Ankerständers in waagerechter Richtung vorgesehen
und den unteren Teil des Ankerständers durch ein halbportalartiges Gerüst abgestützt,
wobei das Halbportal aus einem waagerechten, mit seinem einen Ende an dem Ankerständer
anliegenden und mit dem anderen Ende auf einer Pendelstütze ruhenden Kopfbalken
und Sprengwerk besteht, das gelenkig einerseits mit dem Kopfbalken, andererseits
mit dem unteren Ende des Ankerständers verbunden ist; ein solches Halbportal findet
sich auch beschrieben im Zusammenhang mit einem Koksofen, der mit über die ganze
Höhe durchlaufenden Ankerständern versehen ist. Das Sprengwerk dieses Halbportals
besteht aus drei Rundeisen, die mit ihrem einen Ende in einem innerhalb des Portalraumes
liegenden Blech gelenkig gelagert sind, während das andere Ende des einen Rundeisens
am ofenseitigen Ende des Kopfbalkens, das zweite am ofenabgewandten Ende des Kopfbalkens,
das dritte im unteren Teil des Ankerständers angreift. Das erstgenannte Rundeisen
übt eine Zugwirkung, keine abstützende Wirkung auf den Ankerständer aus. Um diese
Zugwirkung aufzuheben, müssen die beiden anderen Zugeisen erheblich stärker bemessen
werden, als dem Andruck des Ankerständers entspricht, der erforderlich ist, um das
Mauerwerk während der Dehnungsvorgänge unter genügender Spannung zu halten, und
der bei Großraumkammeröfen der heute üblichen Bauart bei etwa 8 t liegt.
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Wie bereits erwähnt, müssen die Querschnitte der Teile eines solchen
Sprengwerks, wenn sie die beim Anheizen auftretenden Dehnungskräfte in genügender
Weise aufzunehmen in der Lage sein sollen, so erheblich sein, daß unvertretbare
Aufwendungen zur Herstellung des Sprengwerks erforderlich sind und die dabei wirksam
werdenden Kräfte Gefahrenquellen für den Betrieb der Batterie darstellen. Im übrigen
behindern solche voluminösen Sprengwerke die Unterbringung anderer, für den Betrieb
der Koksofenbatterie erforderlichen Einrichtungen, z. B. der Einrichtungen zur Zufuhr
und Abfuhr der Verbrennungsmittel, und beeinflussen die Zugänglichkeit des Ofens
während des Betriebes nachteilig.
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Demgegenüber ist es das Ziel der Erfindung, die Verankerung während
der Anheizzeit derart zu gestalten, daß auf die oberhalb und unterhalb der Ma terialtrennfuge
liegenden Mauerwerksschichten Druckkräfte von genügender Stärke einwirken,, um,
trotz der hohen oberhalb der Trennfuge liegenden Lasten eine Relativbewegung der
Schichten zuzulassen.
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Bei einer Anheizverankerung für regenerativ gasbeheizte, batterieweise
angeordnete Öfen zur Erzeugung von Gas und Koks mit liegenden Kammern und unterhalb
derselben angeordneten, sich in der Kammerachse erstreckenden Regeneratoren (sogenannten
Querregeneratoren), bei denen die Längswände der Regeneratoren, die aus einem Werkstoff
geringerer Wärmeausdehnung aufgemauert sind als das die Ofensohle und die Ofenkammer
bildende Mauerwerk, durch Hilfsankerständer gehalten und diese federnd gegenüber
den über die ganze Mauerwerkshöhe durchlaufenden Ankerständern verspannt sind, werden
die erforderlichen Druckkräfte während der Anheizperiode gemäß der Erfindung erzeugt
durch ein abnehmbares Sprengwerk, das sowohl am oberen und am unteren Ende jedes
Ankerständers als auch mittels einer Druckstütze am mittleren Teil des Ankerständers
dicht oberhalb der ebenen Trennfuge zwischen den beiden Mauerwerksteilen angreift.
Der Angriff der Druckstütze an dem Ankerständer erfolgt dabei vorzugsweise über
eine einstellbare Feder. Es werden ebensoviel Sprengwerke verwendet, wie Ankerständer
vorhanden sind.
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Es hat sich gezeigt, daß ein auch am oberen Ende des Ankerständers
angreifendes Sprengwerk, um die gleichen Druckkräfte auf den Ankerständer auszuüben,
mit einem Bruchteil desjenigen Querschnitts aufgebaut werden kann, der bei dem bekannten
Sprengwerk erforderlich wäre, das man bei einer Abstützung durch ein halbportalartiges
Gerüst benötigt, dessen Kopfbalken auf einer Pendelstütze ruht. Man erreicht also
mit praktisch vertretbaren Dimensionen eine Unterstützung des Hauptankerständers
dicht oberhalb derjenigen Stelle, an der er die Verspannungskräfte aufzunehmen hat,
die an den oberen Enden der vor den Regeneratorwänden liegenden Hilfsankerständer
auftreten. Da das Sprengwerk gemäß der Erfindung abnehmbar ist, hindert es die Zugänglichkeit
des Ofens im Betrieb nicht. Auch die Unterbringung der Organe, die für die Zufuhr
und Abfuhr der Verbrennungsmittel erforderlich sind, wird bei geeigneter Gestaltung
des Sprengwerks nicht gestört.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
hat das Sprengwerk die Form eines stumpfwinkligen Dreiecks, dessen längste Seite
der durchlaufende Ankerständer bildet und bei dem im Scheitel des stumpfen Winkels
ein. Knotenstück liegt; in einer Bohrung desselben ist die Druckstütze geführt,
die dicht oberhalb der ebenen Trennfuge am durchlaufenden Ankerständer angreift.
Zn diesem Knotenstück ist ferner drehbar das eine Ende eines oberen und auch eines
unteren schwenkbaren Zugeisens gelagert, deren andere Enden in vorstehenden Laschen,
die sich am oberen bzw. unteren Ende des Ankerständers befinden, gelagert sind.
Die Zugeisen können als Paare mit Abstand parallelliegender Flacheisen ausgebildet
sein. Da die Sprengwerke, die auf beiden Seiten der Ofenbatterie, und zwar je eines
an jedem Ankerständer, vorzusehen sind, nur beim Anheizen der Batterie gebraucht
und danach in der Regel abgenommen werden, besteht der Wunsch, sie so auszubilden,
daß man sie den unterschiedlichen Höhen der Ofenkammern bzw. Ankerständer bei den
einzelnen Batterien anpassen kann, um sie möglichst oft benutzen zu können. Diesem
Umstand kann man bei einem wie vorstehend ausgebildeten Zugeisen dadurch Rechnung
tragen, daß jedes Zugeisen aus einem Paar von zwei in Längsrichtung hintereinanderliegenden
Flacheisen von im wesentlichen gleichem Querschnitt besteht; diese beiden Flacheisen
sind an den einander zugekehrten Enden durch aufgesetzte Laschen derart miteinander
verschraubbar, daß man das Zugeisen auf unterschiedliche Längen bringen kann.
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Die Zeichnungen stellen die neue Abstützung der Verankerung an einem
Unterbrenner-Regenerativkoksofen mit Zwillingsheizzügen dar, und zwar zeigt Abb.
1 einen Schnitt durch die Ofenbatterie parallel zu einer Kammermittelebene, und
zwar im linken Teil durch die in Zwillinge aufgeteilte Heizwand, im übrigen Teil
durch eine Ofenkammer, Abb. 2 in größerem Maßstab einen Ausschnitt aus Abb.1. Abb.
3 ebenfalls in einem Verhältnis zu Abb. 1 größeren Maßstab eine Ansicht eines Teiles
der Batterie von einer Seite her, und zwar unter Fortlassung des in Abb. 1 vorgesehenen
Sprengwerks, Abb. 4 einen waagerechten Schnitt durch in Abb. 3 erkennbare Teile
der Verankerung in verschiedenen Höhenlagen entsprechend der Schnittlinie
IV-IV in Abb. 3.
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Unterhalb des in Abb.1 dargestellten Ofens, der auf den Säulen 10
ruht, befindet sich ein Kellerraum 11. In demselben liegt die Starkgasleitung 12,
an die Verteilungsleitungen 13 und 14 angeschlossen sind, von denen sich ein Paar
unterhalb jeder Heizwand befindet. Von diesen führen senkrechte Kanäle 15 zu den
in Zwillinge aufgeteilten Heizzügen 16. Abwechselnd mit den Reihen senkrechter Starkgaskanäle
liegen unterhalb der Ofenkammer 17 die Regeneratoren 18. Oberhalb der Heizzüge und
Ofenkammern liegt die Ofendecke 19. Sowohl auf der Koksseite wie auf der Maschinenseite
befindet sich ein Laufsteg 40, der auf den Stützen 41 ruht. Mit 20 ist eine waagerechte
Trennebene bezeichnet; das oberhalb dieser Ebene liegende Mauerwerk der Ofensohle
und der Heizwände besteht aus Silikamaterial. Das unmittelbar unterhalb der Trennebene
20 liegende Mauerwerk der Regeneratorwände besteht aus einem Material mit geringerer
Wärmedehnung, beispielsweise aus halb-oder hochsaurem Material. Beim Anheizen wächst
das Mauerwerk der Ofenbatterie, so daß sich die Ofenkammern und Regeneratoren nach
beiden Seiten hin ausdehnen. Es ist die Aufgabe der Erfindung, das Mauerwerk der
Batterie in allen Teilen während des Anheizens so zu halten, daß es ständig unter
Spannung steht, keine Risse bildet und in erforderlichem Maße wachsen kann.
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Zunächst seien diejenigen Verankerungsmittel beschrieben, die auch
bisher schon vielfach Anwendung gefunden haben. Es sind dies die durchlaufenden
Ankerständer 21, die sich bei den Ofenwänden sowohl auf der Koksseite als auch auf
der Maschinenseite befinden und mittels in der Ofendecke 19 liegenden Ankern 22
und in der Betonplatte liegenden Ankern 23 zusammengehalten werden. Die Verspannung
der Anker mit den Ankerständern erfolgt in bekannter Weise dadurch, daß die Enden
der Anker mit Gewinden versehen sind, auf denen Muttern 24 verstellt werden können,
die über Unterlegscheiben 25 auf die Ankerfedern 26 einwirken. Mittig zu den Heizwänden
liegen vor den Regeneratortrennwänden 27 die Hilfsankerständer 28, die aus einem
Flacheisen mit aufgesetzten Schenkeln 29 bestehen, auf deren äußeren Enden Querplatten
30 aufgesetzt sind. Auf diese wirkt über Federn 31 eine Verspannung ein, die sich
an dem Außenflansch des als Breitflanschträger ausgebildeten durchlaufenden Ankerständers
21 unmittelbar oder mittelbar abstützt. Die obere Abstützung der Hilfsankerständer
28 ist in Abb. 3 mit B bezeichnet. Weitere Hilfsankerständer 32, bestehend aus einem
1-Eisen, befinden sich vor den Regeneratorzwischenwänden 33. Ihre Verspannung erfolgt
mittels der Federn 34 über Traversen 35, die sich ebenfalls an den Hauptankerständern
21 abstützen. Die obere Abstützung der Hilfsankerständer 32 ist in Abb. 3 mit A
bezeichnet. Wie Abb. 3 erkennen läßt, reichen die Hilfsankerständer 28 und 32 bis
dicht unter die Trennebene 20 zwischen dem Silikamauerwerk und dem halbsauren
Mauerwerk.
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Es kommt nun darauf an, daß an den Verspannungsstellen A und
B das Regeneratormauerwerk derart fest zusammengehalten wird, daß es dem
Barüberliegenden Silikamauerwerk, welches in stärkerem Maße wächst, nicht zu folgen
vermag. Der Widerstand, welchen die durchlaufenden Ankerständer 21 einer elastischen
Verformung entgegenstellen, reicht nun nicht aus, um genügend große Druckkräfte
an den Verspannungsstellen A und B zur Anwendung zu bringen. Der Widerstand der
durchlaufenden Ankerständer 21 muß also gerade an dieser Stelle erheblich erhöht
werden. Dies geschieht gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein Sprengwerk, wie
es aus Abb. 1 erkennbar und dessen mittlerer Teil in Abb. 2 genauer dargestellt
ist. Dieses Sprengwerk besteht aus einem Knotenstück 36, einem oberen Zugeisen 37,
einem unteren Zugeisen 38 und der Druckstütze 39. Jedes der beiden Zugeisen besteht
aus zwei Paaren von Flacheisen 42 und 43, die in Längsrichtung hihtereinanderliegen
und durch beiderseits aufgesetzte Laschenpaare 44 miteinander verschraubt werden.
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Die dem Knotenstück 36 zugewandten Flacheisenpaare 43 beider Zugeisen
sind mittels Bolzen 45 darin drehbar gelagert. Das Flacheisenpaar 42 des oberen
Zugeisens 37 ist in einem Paar vorstehender Laschen 46, das am oberen Ende auf denAnkerständer
21 aufgesetzt ist, mittels eines Bolzens 47 drehbar gelagert; das Flacheisenpaar
42 des unteren Zugeisens 38 ist in einem entsprechenden Laschenpaar 48 am unteren
Ende
des Ankerständers 21 mittels des Bolzens 49 drehbar gelagert. Die Druckstütze 39
besteht aus einem nahtlosen Rohr 50, auf das nach der Seite zum Ofen hin axial ein
Stift 51 aufgesetzt ist, während sich auf der entgegengesetzten Seite ein Gewindebolzen
52 befindet, der in eine Bohrung des Knotenstückes 36 hineinragt und auf dem eine
Mutter 53 mit Unterlegscheibe 54 verstellbar angeordnet ist. Zum Halten der Druckstütze
am Ankerständer ist auf dessen äußeren Flansch ein Keilstück 55 aufgesetzt, an dem
sich ein dem Stift 51 entsprechender zylindrischer Ansatz 56 befindet. Auf die Stifte
51 und 56 ist die Schraubenfeder 57 aufgesetzt.
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Durch Anziehen der Verspannung an den Stellen A (Hilfsankerständer
32), B (Hilfsankerständer 28) und Verstellen der Mutter 53 ist man bezüglich jeder
einzelnen Ofenwand in der Lage, dem Druck auf das Regeneratormauerwerk einen solchen
Wert zu geben, daß eine Mitnahme durch das darauf lastende Silikamauerwerk in der
Trennebene 20 nicht stattfindet. Die praktischen Versuche mit der Abstützung
der Verankerung gemäß der Erfindung bei einer ganzen Ofenbatterie haben erstmalig
zu dem Ergebnis geführt, daß das Silikamauerwerk in der Trennebene 20 gegenüber
dem Regeneratormauerwerk um einen Betrag auf beiden Seiten hinausgewachsen ist,
der annähernd der unterschiedlichen thermischen Dehnung zwischen Silikamauerwerk
und halbsaurem Mauerwerk entspricht. Ohne den durch das neue Sprengwerk erreichten
Andruck würde das Regeneratormauerwerk durch das mit seiner Gewichtsbelastung darauf
ruhenden Silikamauerwerk, dessen auf der Erwärmung beruhende Ausdehnung natürlich
in keiner Weise zu unterbinden ist, mitgenommen, und in der oberen Partie des Regeneratormauerwerks
entstünden Risse, die die Abdichtung der von den gasförmigen Heizmedien durchflossenen
Räume in Frage stellen.
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Wie Abb. 1 erkennen läßt, durchsetzt das obere Zugeisen 37 der Abstützung
den Laufsteg 40. Während des Anheizens spielt dies keine große Rolle. Sobald
das Mauerwerk eine Temperatur von über 400° C angenommen hat, wachsen das Silikamauerwerk
einerseits und das halbsaure Mauerwerk andererseits etwa im gleichen Maße. Von diesem
Zeitpunkt ab ist die zusätzliche Abstützung daher nicht mehr von großer Bedeutung.
Sie kann jedenfalls vor der ersten Füllung der Öfen entfernt werden. Die zur Abstützung
erforderlichen Einzelteile können beim Anheizen anderer Ofenbatterien Verwendung
finden. Die an den Ankerständern angeordneten Laschen und Keilstücke können, falls
dies gewünscht wird, entfernt werden, jedoch stören diese im' allgemeinen die Bedienung
der Batterie nicht.