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Gitterwerk für Regenerativkammern bei Siemens-Martin- und anderen
Industrieöfen unter Verwendung von stabförmigen Gittersteinen Bei Gitterwerken für
Regenerativkammern für Siemens-Martin- und andere Industrieöfen wird am häufigsten
das sogenannte Rostgitter aus Rechtecksteinen verwendet, bei dem jede beliebige
horizontale Steinlage aus einer Reihe von durchlaufenden und zueinander parallelen
Steinscharen besteht. Die darauffolgende Lage besteht wiederum aus horizontalen,
durchlaufenden Steinscharen, jedoch sind diese Steinscharen im Vergleich zu den
darunterliegenden Steinscharen um 90° versetzt. Die Nachteile eines solchen einfachen,
nicht versetzten Rostgitters sind folgende: a) Die Auflagerflächen der einzelnen
Steine sind beschränkt und können speziell bei Verwendung dünner Steine sehr klein
werden, so daß sich dort ein großer Auflagerdruck ergibt und der Stein bei höherer
Temperatur der Belastung nicht zu widerstehen vermag.
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b) Die Strömungsverhältnisse sind meist derart, daß sich Staubablagerungen
bzw. Ansätze an den horizontalen Flächen ergeben.
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Es ergeben sich Totwasserräume. Das sind Räume zwischen den Steinen
ohne Strömungen. Hier kann sich daher der Staub absetzen, und andererseits tritt
auch kein Wärmeübergang ein, weil keine Wärme durch Konvektion oder Leitung an die
Steine herangetragen wird. Die Steine werden nicht allein nicht ausgenutzt, sondern
erhalten auch einen verschiedenen Spannungszustand, da derselbe Stein verschiedene
Temperaturen annimmt. Die Totwasserräume sind nämlich abhängig von der Steinform
bzw. dem Querschnitt des Steines und zum anderen von dem Abstand der Steine. Sind
die Abstände zu klein, so können die Totwasserräume bis an die nächste Steinlage
heranreichen.
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Den Mangel nach a) -zu geringe Auflagerfläche -kann man durch Verwendung
des Rostgitters beseitigen, bei dem die Steine jeder zweiten Steinlage nicht hintereinander,
sondern nebeneinander angeordnet sind, so daß jeder Stein mit seiner gesamten Breite
des darunterliegenden Steines aufliegt. Die Auflagerfläche ist doppelt so groß wie
beim einfachen, nicht versetzten Rostgitter und der Auflagerdruck demnach nur die
Hälfte.
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Zu b): Bei senkrecht untereinander angeordneten, waagerechten, parallelen
Steinen, die untereinander einen Abstand haben, löst sich die Strömung bei Rechtecksteinen
am Ende der vertikalen Seitenfläche vom Stein ab. Es bildet sich anschließend an
der.: Ende des Steinquerschnittes ein vorbeschriebener Totwasserraum mit seinen
Nachteilen der starken Staubablagerung an den vom Totwasserraum umfaßten Flächen
sowohl auf der Luv- wie auf der Leeseite der Steine. Man hat deshalb Steine mit
ovalem Querschnitt verwendet in der Meinung, daß diese strömungstechnisch günstiger
seien und der Totwasserraum beseitigt werden könnte. Bei den in der Praxis in Frage
kommenden Querschnitten ovaler Steine läßt sich jedoch der Totwasserraum nicht vollständig
vermeiden. Er könnte nur vermieden werden durch Verwendung hoher und sehr schmaler
Steine, von denen die Strömung sich nicht ablöst. Die Herstellung solcher hohen
Steine ist jedoch sehr teuer, die Bruchgefahr ist groß und außerdem die Standfestigkeit
gering.
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Man kann die Nachteile des Totwasserraumes vermeiden, wenn man den
Abstand zweier übereinanderliegender Steine sehr groß macht, so daß der Totwasserraum
bereits vor der Luvseite des folgenden Steines endet. Man bekommt jedoch dann wegen
der großen Zwischenräume Gitterwerke mit nur kleinen Heizflächen und kleinem Steingewicht,
was unwirtschaftlich ist.
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Eine andere Möglichkeit, die Nachteile der Totwasserräume auszuschalten,
besteht in einem Versetzen der Steine. Ein doppelt versetztes Rostgitter hat zwischen
zwei im Gittersystem gleich und übereinanderliegenden Steinen einen hohen Abstand,
der groß genug ist, daß die Luvseite des angeströmten Steines nicht mehr im Totwasserraum
des vorher umströmten Steines liegen wird. Der Nachteil dieser Ausführung ist jedoch
die Belastung der Gittersteine. Jeder Gitterstein wird durch das Gewicht des darüberliegenden
Gitterwerkes
beansprucht wie ein an den Enden aufliegender Balken mit Last in der Mitte. Damit
erhalten die Steine eine zusätzliche Biegungsbeanspruchung, die sehr gefährlich
für-die Haltbarkeit der Steine ist. Außerdem werden auf der Luvseite des Steines
waagerechte Flächen angeströmt, an denen sich auf jeden Fall Staubansätze bilden
werden.
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Ein nicht vorveröffentlichter Vorschlag über Ovalsteine vermeidet
diese Nachteile folgendermaßen.
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1. Die Auflagerfläche ist im Vergleich zu einem nicht versetzten Rostgitter
wesentlich größer und der Auflagerdruck kleiner.
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2. Die Steine werden durch die Last des Barüberliegenden Gitterwerkes
nur auf Druck und nicht auf Biegung beansprucht.
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Leider tritt auch bei dieser Anordnung ein schädlicher Totwasserraum
nach jedem Binderstein auf, auch wenn die Bindersteine eine ovale Querschnittsform
haben. Bei den für die Praxis in Frage kommenden Steinformen ist dieser Totwasserraum
so groß, daß die Luvseite des folgenden Steines noch in den Totwasserraum hineinreicht
und daß sich trotz des ovalen Steinquerschnittes Staubablagerungen an Luv- und Leeseite
des Bindersteines bilden.
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Die vorliegende Erfindung beseitigt nun diese Nachteile. Sie betrifft
ein Gitterwerk für Regenerativkammern für Siemens-Martin- und andere Industrieöfen
unter Verwendung von stabförmigen, kreuzweise übereinanderliegenden Gittersteinen,
mit vorzugsweise rundem oder ovalem Querschnitt, die Ausnehmungen aufweisen, mittels
deren die Gittersteine ineinander eingreifen. Erfindungsgemäß wechseln Lagen aus
durchlaufenden Reihen von Gittersteinen mit horizontalen Auflagerflächen an den
Steinenden mit Lagen aus unterbrochenen Reihen von Bindersteinen mit vorzugsweise
rundem oder ovalem Querschnitt ab, die an ihren Enden Ausnehmungen mit horizontalen
Auflagerflächen besitzen und die zueinander versetzt in der Weise angeordnet sind,
daß sich, in der Strömungsrichtung der Gase gesehen, die oberen und unteren Auflagerflächen
der übereinanderliegenden Steine decken.
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Die Bindersteine, die vorzugsweise einen runden oder ovalen Querschnitt
haben, können aber auch lediglich auf ihrer dem Rauchgasstrom zugekehrten Seite
der Zylinderflächen rund oder oval gehalten sein oder derartige prismatische Flächen
besitzen, die sich in bezug auf den Strömungsvorgang weitgehend ihrer Zylinderform
anpassen. Schließlich können die Steine für die durchlaufenden Reihen Normalsteine
mit rechteckigem Querschnitt sein, während die Bindersteine runden, ovalen oder
polygonen Querschnitt haben mit Endausnehmungen. Die Anwendung von kurzen Steinen
ist an sich bekannt, z. B. auch um Reinigungsöffnungen in den durchlaufenden Steinreihen
zu erhalten.
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Die vorliegende Erfindung betrifft auch nicht grundsätzlich den Aufbau
eines Gitterwerkes von zwei Arten von Steinen, sondern ein Gitterwerk mit einem
bestimmten vorbeschriebenen Aufbau. Durch diesen bestimmten Aufbau wird gegenüber
den üblichen Gitterwerken eine Reihe von Vorteilen erreicht. Das Gitterwerk ist
so aufgebaut, daß die Totwasserräume vermieden werden, d. h., die Steine haben in
den eigentlichen Strömungskanälen einen ausreichenden Abstand und eine entsprechende
Form, nämlich im Querschnitt oval bzw. rund. Sämtliche Steine tragen sich nur vermittels
der an ihren Enden vorgesehenen Ausnehmungen mit horizontalen Auflagerf(ächen, die
zudem zueinander versetzt in der Weise angeordnet sind, daß sich in der Strömungsrichtung
der Gase -gesehen, die oberen und unteren Auflagerfiächen der übereinanderliegenden
Steine decken. Dadurch wird jede sogenannte Balkenwirkung vermieden.
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Kein Stein trägt in der Mitte wie ein Balken eine Last. Es erübrigt
sich, in dieser Beziehung darauf hinzuweisen, daß die Temperatur in den Kammern
so hoch ist, daß die Steine praktisch keine Tragfestigkeit mehr aufweisen. Jede
Belastung eines Steines in der Mitte hat unvermeidlich Durchbiegungen zur Folge.
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Weitere Vorteile sind noch die volle Wärmeausnutzung des Steines als
Folge der geordneten, den Stein allseitig erfassenden Strömung der Gase. Es treten
in dem Stein keine verschiedenen Temperaturzonen auf, die zu Spannungen und damit
zum Reißen der Steine Anlaß geben.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt: Abb. 1 zeigt
eine Draufsicht auf das erfindungsgemäße Gitterwerk, Abb. 2 einen Schnitt hierdurch
in Richtung der Linie ,4-B, Abb. 3 einen Schnitt in Richtung C-D, Abb. 4 einen Stein
1 der durchlaufenden Steinreihen mit daneben gezeichnetem Querschnitt nach der Linie
a, Abb. 5 einen Stein 9 der obersten Schicht der durchlaufenden Steinreihen mit
daneben gezeichnetem Querschnitt nach der Linie a, Abb 6 einen Stein 6 für die Unterlage
mit daneben gezeichnetem Querschnitt nach der Linie a, Abb. 7 a einen Binderstein
2 mit ovalem Querschnitt, Abb. 7 b einen Binderstein 2 mit einer Abrundung auf der
dem kauchgasstrom zugekehrten Seite, Abb. 8 einen Stein 8 für die Bodenlage des
Gitterwerkes.
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Neben den Steinen in Abb. 4 bis 8 sind auch noch die Querschnitte
durch die Steine dargestellt. Das Gitterwerk weist somit durchlaufende Steinreihen
mit Steinen 1 auf, die durch die Bindersteine 2 miteinander verbunden sind; wie
aus diesen Abbildungen hervorgeht, sind die Bindersteine 2 versetzt zueinander angeordnet.
Die in den Abb. 7 a und 7 b dargestellten Bindersteine 2 besitzen Ausnehmungen 4
an den Längsseiten mit horizontalen Auflagerfläehen 4a und schrägen Seitenflächen
4b. Die Steine 1 für die Steinreihen besitzen gemäß der Abb. 4 entsprechende
Kerben 3 und 5 mit horizontalen Flächen 3 a, 5 a und Seitenflächen 3 b und
5 b. Es ist nun ohne weiteres einzusehen, wie auch aus Abb. 1 hervorgeht, daß die
Bindersteine 2 mit großer Fläche aufliegen und andererseits unter sich in vertikaler
Richtung einen so großen Abstand voneinander haben, daß sich keine Totwasserräume
bilden, während aber die Totwasserräume zwischen den durchlaufenden Steinreihen
eben durch die Enden der Bindersteine 2 ausgefüllt sind.
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Das Gitterwerk ruht auf Steinreihen aus Steinen 6 gemäß Abb. 6 auf,
wobei die Zwischenräume mit Steinen 8 gemäß Abb. 8 ausgefüllt sind. Die Steinreihen
aus Steinen 1, 9, 6 gemäß Abb. 4, 5 und 6 können auch kürzer sein, also z. B. nach
der Linie a
geteilt sein, wobei noch zu bemerken ist, daß es sich
bei dem Stein 9 um einen Stein handelt, mit dem das Gitterwerk oben abgeschlossen
wird.
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Die Steine 1 für die durchlaufenden Reihen können auch Steine mit
rechteckigem Querschnitt, vorzugsweise Normalsteine, sein, während die Bindersteine
2 runden, ovalen oder polygonen Querschnitt mit Endausnehmungen haben. Falls Rechtecksteine
und im besonderen Normalsteine für die durchlaufenden Scharen verwendet werden,
entfallen an diesen Rechteck- bzw. Normalsteinen die Kerben.