DE2529372A1

DE2529372A1 - Formstein fuer die gitterung von regenerativ beheizten oefen

Info

Publication number: DE2529372A1
Application number: DE19752529372
Authority: DE
Inventors: Helmut Hehemann
Original assignee: Kloeckner Werke AG
Current assignee: Kloeckner Werke AG
Priority date: 1975-07-02
Filing date: 1975-07-02
Publication date: 1977-01-20

Description

KLÖCKNER-WERKE, AKTIENGESELLSCHAFT, 41 Duisburg, Mülheimer Straße 50

Formstein für die Gitterung; von regenerativ beheizten Öfen

Die Erfindung betrifft einen Formstein für die Gitterung von regenerativ beheizten öfen mit viereckiger Grundfläche.

Es ist bekannt, die Gitterung von regenerativ beheizten öfen aus sogenannten NormaIsteinen aufzubauen, die die Gestalt von Rechtecksteinen haben. Diese Nörmalsteine werden hochkant in zueinander in vorgegebenen Abstand verlaufenden Reihen angeordnet, die in den aufeinanderfolgenden Ebenen sich rechtwinklig kreuzen. Durch diese Anordnung der Normalsteine werden die lotrechtverlaufenden durchgehenden Kanäle für die Längs strömung und die horizontal verlaufenden Kanäle für die Diagonalströmung gebildet.

Da diese Normalsteine ohne Verbindungsmittel übereinander geschlichtet sind, werden durch die in der Praxis stets auftretenden unterschiedlichen Wärmedehnungen in den einzelnen Bereichen der Gitterung an den Normalsteinen Kräfte erzeugt, so daß die Gitterung stellenweise einstürzen kann. Dies ereignet sich insbesondere dann, wenn das Wartungspersonal zur Durchführung von Reparaturarbeiten die Gitterung begehen muß. Da hierbei das Bedienungspersonal über die hochkant stehenden Steine balancieren muß, ist nicht auszuschließen, daß infolge des lockeren Verbundes der Normalsteine diese kippen und zu Verletzungen des Bedienungspersonals führen. Insbesondere tritt dies häufig dann auf, falls es nach

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einer längeren Betriebsdauer des Wärmeofens zu Versetzungen innerhalb der Gitterung gekommen ist. Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß sich auf den freien Stirnkanten dieser Normalsteine die Flugasche der durch die Gitterung geleiteten heißen Abgase sehr leicht absetzen kann, und zwar insbesondere an strömungstechnisch ungünstigen Stellen, die bereits beim Aufb-au der Gitterung entstehen, zumal die genaue Einhaltung der gegenseitigen Abstände der Normalsteine sowie die genaue parallele Ausrichtung der Reihen aus verständlichen Gründen schwierig ist. Aus diesem Grunde kommt es oft vor, daß schon nach kurzer Betriebszeit Teile des Gitterwerks einstürzen, das restliche Gitterwerk somit über Gebühr belastet und in der Regel somit zur vollkommenen Funktionsunfähigkeit des Gitterwerks führt.

Weiterhin soll bei einer Gitterung die Wärmekapazität der Gitterung groß.sein, was im einfachsten Fall bei vorgegebenem Material für die Normalsteine durch einen kleinen Abstand der Reihen, erreicht wird, wobei jedoch der Strömungswiderstand für die längs- und Diagonalströmung nicht zu hoch werden darf. Aus diesen Gründen hat man bisher mit Normalsteinen die Gitterungen hergestellt, wobei, auf die Erfahrung gestützt, die Abstände zwischen den einzelnen Reihen derart gewählt wurden, daß zwischen den beiden Forderungen einer möglichst großen Wärmekapazität und eines möglichst geringen StrömungswiderStandes ein Kompromiß getroffen wurde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Formstein für die Gitterung von regenerativ beheizten öfen zu schaffen, der die Kanäle für die Längs- und Diagonalströmung vorgibt und den Aufbau einer form- und/oder kraftschlüssigen Gitterung erlaubt, so daß die für das Bedienungspersonal bisher aufgetretenen sicherheits-

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technischen Nachteile vermieden werden. Darüber hinaus sollen "die Wärmekapazität und die Strömungs Verhältnisse verbessert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Formstein aus mindestens zwei eine Einheit bildenden würfeiförmigen Elementen besteht, jedes würfelför-

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mige Element symetrisch zu seiner Querschnittsfläche einen durchgehenden Kanal für die Längsströmung hat und daß die zu dem Kanal senkrechten Kanten der ihn begrenzenden Seitenflächen symmetrisch angeordnete Ausnehmungen aufweisen, die mit den Ausnehmungen der angrenzenden Formsteine miteinander fluchtende Begrenzungen für die Diagonalströmung bilden. Durch diese Maßnahmen ist ein Formstein geschaffen, der aus mindestens zwei identischen würfelförmigen Elementen, die eine Einheit bilden, besteht, wobei jedes würfelförmige Element gewissermaßen eine Elementar ze He der Gitterung bildet, die sich nach jeder Raumrichtung der Gitterung wiederholt, die Kanäle für die Längsströmung von den Seitenwänden dieser Elemente begrenzt werden, während die Kanäle für die Diagonalströmung von als Blenden wirkenden miteinander fluchtenden Ausnehmungen erzeugt werden. Dadurch, daß jeder Formstein aus mindestens zwei derartigen, eine Einheit bildenden würfelförmigen Elementen besteht, wird durch das bündige Aneinander- und Obereinanderanordnen dieser Formsteine ein kraftschlüssiger und formschlüssiger Verbund dann geschaffen, wenn diese Formsteine abwechselnd in Längsrichtung und in Querrichtung hintereinander angeordnet werden. Hierdurch wird beim Aufbau der Gitterung in den einzelnen Lagen bzw. Ebenen ein form- und kraftschlüssiger Verbund erzielt. Die Formsteine können auch aus lediglich einem würfelförmigen Element bestehen. Dies hat jedoch den Nachteil, daß während des Aufbaues der Gitterung die

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Steine lediglich einen lockeren Verbund "bilden, der auch im längeren Betrieb nicht in allen Bereichen der Gitterung in einen form- und/oder kraftschlüssigen Verbund übergeht, so daß "bei Reparaturarbeiten in der Gitterung durch herabfallende EOrmsteine das Wartungspersonal-verletzt werden kann. Eine besonders gute Handhabung der erfindungsgenäßen SOrmsteine ergibt sich dadurch, daß sie lediglich aus zwei würfelförmigen Elementen bestehen. Durch die erfindungsgemäße symmetrische Ausbildung der würfelförmigen Elemente wird zwangsläufig die fluchtende Anordnung für die Kanäle für die Längs- und Diagonalströmung geschaffen, und zwar ebenfalls unabhängig von der Ausrichtung der formsteine in der Gitterung.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung haben die Ausnehmungen einen rechteckförmigen Querschnitt, wobei ihre horizontal verlaufenden Kanten abgeschrägt sind. Durch diese Abschrägung wird erreicht, daß sich möglichst wenig Flugasche absetzen kann, wobei zur Ausbildung der Symmetrie der würfelförmigen Elemente der rechteckförmige Querschnitt der Ausnehmung so gewählt wird, daß jeweils zwei zusammen gehörende Ausnehmungen eine öffnung von quadratischem Querschnitt begrenzen.

Es zeigte sich überraschenderweise, daß dann ein optimales Ergebnis für die Wärmekapazität und die Strömungswiderstände erzielt wird, wenn sich die Abmessungen der Formsteine verhalten wie:

Länge : Breite : Höhe wie 2:1:1;

die Querschnittsfläche des würfelförmigen Elementes zur Querschnittsfläche des Kanals wie 25 : 16;

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und die Querschnittsfläche der Ausnehmung zur Querschnittsflache des würfelförmigen Elementes wie 1 : 12,5.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Pig. 1 eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 eine Ansicht der Längsseite des Aufführungsbeispiels nach Pig. 1, wobei der Formstein in der Gitterung, die ausschnittsweise dargestellt ist, angeordnet ist:

Pig. 3 eine perspektivische Ansicht des Ausführungsbeispiels .und

Fig. 4- einen Ausschnitt aus einer Gitterung mit den Formsteinen nach Pig. 2 in perspektivischer Darstellung.

Wie aus Pig. 1 ersichtlich, besteht der Formstein 1 aus zwei identischen würfelförmigen Elementen 2 und 3» die längs der gestrichelten Linie I-I zusammengesetzt sind, d.h. diese beiden würfelförmigen Elemente werden zur Herstellung des Pormsteins in einer Form gemeinsam gepreßt bzw. gegossen und jedes Element hat einen durchgehenden Kanal 10 von quadratischem Querschnitt. Die den beiden Elementen gemeinsame Seitenfläche" 4· hat die doppelte Wanddicke wie die übrigen Wandflächen des Formsteines, die mit 5 bzw- 6 bezeichnet sind. Die.Wandflächen 5 haben hierbei den doppelten Flächeninhalt wie

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die Wandf lachen 6, wie sich unmitterbar aus der Fig. 1 anhand der linie I-I ergibt. Jede Seitenfläche eines ■würfelförmigen Elementes weist an den unteren und oberen zu dem Kanal 10 senkrechten Kanten jeweils eine Ausnehmung 7 auf, wobei die Ausnehmungen an der Linie I-I der "beiden Elemente ineinander übergehen. Hierbei ist die Breite dieser Ausnehmungen und ihre Anordnung so getroffen, daß sich die Verlängerungen ihrer Kanten 9 auf den Diagonalen der Querschnittsflächen der Elemente schneiden. Gerade durch diese Ausbildung bzw. Bemessung und Anordnung dieser Ausnehmungen wird erreicht, daß unabhängig davon, ob die angrenzenden Formsteine, die in Fig. 1 nicht dargestellt sind,mit einer Seite 5 bzw. 6 an dem Formstein 1 anstehen, die Ausnehmungen stets fluchtend zueinander ausgerichtet sind. Gleiches gilt auch für die quadratischen Querschnittsflächen 10 der Kanäle. Die Gitterung ist demnach erfindungsgemäß aus würfelförmigen Elementen aufgebaut, wobei je nach Art des Aneinander- und Aufeinanderfügens der Formsteine jeweils zwei würfelförmige Elemente längs der in Fig. 1 mit I-I bezeichneten oder einer dazu in der Zeichnungsebene verlaufenden senkrechten linie zu einem Formstein verbunden sind.

In Fig. 2 ist eine Seitenansicht auf die eine Fläche 5 des Formsteins 1 dargestellt, der mit weiteren Formsteinen die Gitterung bildet, wobei die angrenzenden Formsteine im Ausschnitt dargestellt sind. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Tiefe der Ausnehmungen 7 so getroffen ist, daß sie jeweils mit den zugehörigen Ausnehmungen der angrenzenden Formsteine eine quadratische Querschnittsfläche 8 bilden, die die fluchtenden Begrenzungen für die Diagonalströmung bilden. Durch die in Fig. 2 strichpunktiert dargestellte Linie H-II ist die

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Zusammensetzung des formst eins aus den beiden würfelförmigen Elementen angezeigt, wobei jeweils eine Hälfte dieser Seitenfläche 5 mit einer Ansicht der Seitenfläche 6 (Fig. 1) identisch ist.

Fig. 3 zeigt diesen Formstein in perspektivischer Ansicht, wobei zusätzlich die untere Kante 14 der Ausnehmung mit der aufgehenden Kante 15 einen spitzen Winkel einschließt. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß sich möglichst wenig Flugasche auf diesen Abschnitten festsetzen kann. Da in der Gitterung jeweils zwei derartige Ausnehmungen aneinandergrenzen, wird durch diese "beiden abgeschrägten Kanten eine satteldachähnliche Fläche erzeugt.

In Fig. 4 ist ein Ausschnitt aus der Gitterung in perspektivischer Ansicht dargestellt, wobei die Steine in · den verschiedenen Lagen abwechselnd mit ihren Flächen 5 bzw. 6 aneinandergrenzen.

Eine Optimierung hinsichtlich der Wärmekapazität und den Strömungswiderständen ergaben sich bei folgenden Abmessungen der Gitterbausteine gemäß Fig. 3:

Länge : Breite : Höhe =1:1:2; Querschnittsfläche des Kanals = 25 : 16;

Querschnittsfläche der Ausnehmung zur Querschnitt sflache des würfelförmigen Elementes wie 1 : 12,5.

Eine mit derartigen Formsteinen, wobei die Kantenlänge des würfelförmigen Elements 250 mm beträgt, aufgebaute Gitterung ergab gegenüber einer mit quaderförmigen HOrmalsteinen vom Format 300 mm χ 150 mm χ 65 mm aufgebau-

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ten Gitterung "bezogen auf eine Gitterkammer eines 250 t Siemens-Martin-Ofens "bei dem gleichen Gitterkammervo-

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lumen von 275?7 m folgende Werte:

Bekannte Gitterung Erfindungsgemäße

■, -z Gitterung Steinvolumen 0,259 ώΡ/έΡ 0,296 mVm^ freier Strömungsquerschnitt: 57,39 % 64 %

Vertikalheizflä- ο * -in on. τ_η2/_3 ehe: 9,01 m²/m³ 10,24 m /m

Diagonaldurchströmung: 45 mm - 70 mm

waagerechte

Schmutzaufla- _{P P}

geflachen: 296,01 m <0,0 .. m

(theoretisch)

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist eine Gitterung geschaffen, die einen kraftSchlussigen und teils formschlüssigen Verbund aus Formsteinen aufweist, wobei zusätzlich erhebliche größere Wärmekapazitäten und geringere Strömungswiderstände als bei der an sich bekannten Gitterung erzielt werden und darüberhinaus ein sicheres Arbeiten des Bedienungspersonals gewährleistet ist.

Ansprüche

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Claims

1. Formstein für die Gitterung von regenerativ beheizten Wärmeöfen, dadurch gekennzeichnet, daß der Formstein (1) aus mindestens zwei eine Einheit bildenden würfelförmigen Elementen (2,3) besteht, jedes würfelförmige Element symmetrisch zu seiner Querschnittsfläche einen durchgehenden Kanal(10) für die Längs strömung hat und daß die zu dem Kanal senkrechten Kanten der ihn begrenzenden Seitenflächen symmetrisch angeordnete Ausnehmungen (7) aufweisen, die mit den Ausnehmungen der angrenzenden Formsteine miteinander fluchtende Begrenzungen für die Diagonalströmung bilden.

2. Formstein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen einen rechteckförmigen Querschnitt haben und ihre horizontal verlaufenden Kanten (14) abgeschrägt sind.

3. Formstein nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Abmessungen des Formsteins folgendermaßen verhalten:'

Länge : Breite : Höhe wie 2:1 : 1;

Querschnittsfläche des würfelförmigen Elementes zur Querschnittsfläche des Kanals wie 25 : 16;

Querschnittsfläche der Ausnehmung zur Querschnittsfläche des würfelförmigen Elementes wie 1 : 12,5-

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