EP0117911B1

EP0117911B1 - Koksofentür

Info

Publication number: EP0117911B1
Application number: EP83112235A
Authority: EP
Inventors: Heinz Dipl.-Ing. Dürselen; Winfried Dipl.-Ing. Faust; Rainer Schlösser
Original assignee: Krupp Koppers GmbH
Current assignee: Krupp Koppers GmbH
Priority date: 1983-03-05
Filing date: 1983-12-06
Publication date: 1988-03-30
Also published as: US4532010A; JPS59168087A; JP2536474Y2; EP0117911A3; ATE33263T1; DE3376120D1; EP0117911A2; DE3307844A1; JPH0676348U

Description

Die Erfindung betrifft eine Koksofentür mit mindestens 2 Verriegelungen, deren Türkörper durchgehend biegeelastisch ausgeführt und mit einer angedrückten Membrandichtung versehen ist, wobei die Tür mit einem Temperaturgradienten von mehr als 100 K/m beaufschlagt ist.
Beim Bau von modernen Koksofenanlagen geht die Entwicklung, wie die Vergangenheit gezeigt hat, zu immer grösseren Koksofenkammern, wobei besonders starke Zunahmen bei der Höhe der Kammern zu beobachten sind. Während früher vornehmlich Öfen mit Kammerhöhen bis zu ca. 4 m und Kammerbreiten bis zu ca. 450 mm gebaut wurden, sind heute Koksofenbatterien mit Kammerhöhen bis zu 8 m und Kammerbreiten bis zu 600 mm erfolgreich in Betrieb bzw. im Bau. Diese Entwicklung hat massgeblich zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit der Kokserzeugung beigetragen.
Bei den vorgenannten Abmessungen kommt einer guten Abdichtung der Kammern durch die Koksofentüren aus Umweltschutzgründen eine besondere Bedeutung zu. Dabei wird die Koksofentür durch Riegel, in der Regel 2, manchmal auch 3, gegen den Kammerrahmen gedrückt.
Eine Vielzahl von Türkonstruktionen ist im Laufe der Jahre entwickelt und mit unterschiedlichem Erfolg eingesezt worden. Allgemein ist festzustellen, dass Konstruktion und Bau möglichst über den gesamten Garungsvorgang dicht abschliessender Türen sich mit grösser werdenden Kammeröffnungen immer schwieriger gestalten.
Es ist bekannt, Metall auf Metall dichtende Koksofentüren mit den unterschiedlichsten Formen von Dichtleisten, wie Winkelmembranen, Z-Membranen, Flacheisenmembranen, Keildichtleisten oder dergleichen auszustatten. Alle diese bekannten Dichtungsausführungen, wie sie beispielsweise in Fig. 1 und 2 (Ausschnitt A nach Fig. 1) dargestellt sind, müssen, auch wenn sie über einen gewissen Bereich elastisch sind und durch Druckelemente AF, beispielsweise Federn, zur Anlage gebracht werden, von Zeit zu Zeit entsprechend den durch Temperaturdifferenzen hervorgerufenen Verwerfungen von Kammerrahmen KR und/oder Türkörper T verstellt werden. Dies geschieht bei Flach- bzw. Keilmembranen üblicherweise durch Hammerschläge, bei den elastischen Membranen M durch Nachstellen an Befestigungselementen.
Es hat sich nun in der Praxis gezeigt, dass die vorgenannten Massnahmen zum Abdichten der Türen vor allem bei grossen Kammerhöhen nicht immer ausreichend wirksam sind, so dass es zu Belastungen der Umwelt kommt.
Zwischen dem Füllen einer Kammer mit kalter Kohle und dem Garungsende ergeben sich je nach Auslegung der Öfen Zeiträume von 16-25 Stunden. Während dieser Zeit treten unterschiedliche Temperaturbelastungen von Kammerrahmen und Türkörper auf. Diese Temperaturbelastungen bewirken ihrerseits unterschiedliche Temperaturgradienten in Kammerrahmen TGR und Türkörper TGT, die wiederum zu unterschiedlichen Verformungen über die Garungszeit führen. Der Verformungszustand von Kammerrahmen und Türkörper wird weiterhin von Umwelteinflüssen, wie starkem Regen und grossen Temperaturschwankungen, beeinflusst. Vielfach ist auch eine Veränderung der Kammerrahmenform über längere Zeiträume durch Flammenschlag zu beobachten.
Die infolge der Temperaturbelastung hervorgerufene Türkontur weicht von der Kammerrahmenkontur normalerweise stark ab, so dass sich über die Türhöhe zwischen Tür- und Kammerrahmenkontur ein unterschiedlich breiter Spalt ausbildet, dessen Breite sich über die Zeit verändert.
Der Betrag der thermischen Verformung von Kammerrahmen und Türkörper nimmt mit der Kammerhöhe quadratisch zu, womit der Spalt zwischen Kammerrahmen und Türkörper in gleichem Umfang breiter wird. Es ist daher verständlich, dass die Dichtungsprobleme mit grösser werdender Kammerhöhe wesentlich zunehmen.
Die heute bekannten Türkörperausführungen erfahren infolge der thermischen Belastungen erhebliche thermische Verformungen, die bei Türen bis zu 8 m Höhe ca. 25 mm betragen können. Bei den üblicherweise eingesetzten Türkörpern aus einem schweren U-Profil mit grossen Steghöhen SH von mehr als 250 mm ist eine Rückverformung der Tür mit den heute gebräuchlichen Riegelkräften nur in einem äusserst geringen Umfang möglich.
Die eingesetzten, vornehmlich federbelasteten Dichtmembranen sollen daher in der Hauptsache im Kopf-, Mittel- und Fussbereich der Türen diese relativ grossen Spaltbreiten überdecken. Um die dafür erforderliche Biegeelastizität zu erhalten, werden sie üblicherweise in geringen Blechstärken von höchstens 1,5 mm ausgeführt. Diese Blechstärken sind jedoch dem rauhen Kokereibetrieb und Angriff der mechanischen Reinigungswerkzeuge nur unzureichend gewachsen. Ein erheblicher Wartungsaufwand ist daher erforderlich.
Die Membrandruckfedern AF müssen eine Kennlinie aufweisen, die bei den relativ langen Federwegen genügend Kraft zur Verfügung stellen, um die Membranreaktionskräfte infolge der Membranverbiegung zu kompensieren und darüber hinaus noch einen genügend hohen Anpressdruck (spezifische Dichtleistenkraft q) zwischen Dichtschneide und Kammerrahmen in jedem Betriebszustand zu gewährleisten. Der Anpressdruck sollte nach Möglichkeit über die gesamte Garungszeit einen bestimmten Mindestwert nicht unterschreiten. Mit den bisherigen Türkonstruktionen war diese Forderung meist nicht zu erfüllen.
Um diese vorstehend geschilderten Schwierigkeiten zu verringern, ist auch schon vorgeschlagen worden, Türen mit biege-elastischen Türkörpern T auszustatten. So wird mit der DE-PS 25 36 291 unter anderem vorgeschlagen, dass oberhalb und unterhalb der Verriegelungsvorrichtungen (Türriegel TR) im metallischen Türkörper widerstandsverringernde und damit dessen Durchbiegung in den Kopf- und Fusspartien ermöglichende Aussparungen im Türkörper vorgesehen werden. Diese Massnahm hat jedoch bei hohen Öfen nicht die in sie gestellten Erwartungen voll erfüllt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Koksofentür so auszubilden, dass die vorgenannten Nachteile beseitigt werden. Hierzu wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass das Verhältnis von Türkörpersteifigkeit (E. I) zur spezifischen Dichtleistenkraft (q) so gering bemessen ist, dass die thermische Verformung des Türkörpers (T) überwiegend durch die Verriegelungskräfte (R) und die Dichtleistenkraft (q) kompensiert wird.
Diese Bedingungen sind, wie gefunden wurde, dann gegeben, wenn die Koksofentür der Formel:
mit
genügt, wobei E der Elastizitätsmodul des Türkörperwerkstoffes, I das Flächenträgheitsmoment des Türkörpers, q die Dichtleistenkraft zwischen Dichtleiste DS und Kammerrahmen pro Längeneinheit, H den Abstand zwischen oberem und unterem Türriegel, f den Abstand des oberen bzw. unteren Türriegels vom oberen bzw. unteren Türende, L die Türgesamtlänge und B die Dichtschneidenlänge über die Türbreite bedeuten.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Tür wird im folgenden an Hand der Zeichnungen, die als ein Ausführungsbeispiel eine Tür mit 2 Riegeln darstellen, näher erläutert.
Es zeigen:

Fig. 3 die Verformung der Tür durch die Temperaturlast;
Fig. 4 die Verformung der Tür durch Riegel- und Dichtleistenkraft;
Fig. 5 die Verformung der Tür durch Temperaturlast und Riegel- sowie Dichtleistenkraft und
Fig. 6 eine Ansicht der Tür, in der die wesentlichen Abmessungen eingetragen sind.

Für die vereinfachte Darstellung der sich einstellenden Verformungen wird angenommen, dass der Kammerrahmen KR, auf dem die Tür aufliegt, gerade (plan) bleibt. In Wirklichkeit will sich jedoch der Kammerrahmen thermisch verformen auf Grund des sich einstellenden Temperaturgradienten TGR im Kammerrahmen. Durch das Verankerungssystem kann er daran gehindert werden, indem die Verankerungslasten den Kammerrahmen auf dem geraden (planen) Mauerwerk mit Gewalt niederhalten.
Im Betriebszustand (Fig. 3) erfährt die auf dem Kammerrahmen aufliegende Tür eine thermische Verformung auf Grund des sich im Türkörper einstellenden Temperaturgradienten TGT sowie des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Türwerkstoffes von 0,9-2 10-5 K-'. Die Türdurchbiegung in Türmitte ist in Fig. 3 durch Y_th dargestellt.
Gleichzeitig erfährt die Tür eine Verformung etwa gemäss Fig. 4 auf Grund der Verriegelungskräfte R und der spezifischen Dichtleistenkräfte q, die üblicherweise zwischen 10 und 30 kp/cm liegen. Die Türverformung in Türmitte ist mit Yq bezeichnet. In der Praxis treten beide Belastungsfälle gleichzeitig auf, d.h. es tritt eine Überlagerung der Verformungen gemäss Fig. 5 ein, Y_th-Yq=Y.
Eine wesentliche Verformung Yq ist bei im allgemeinen verfahrenstechnisch vorgegebener spezifischer Dichtleistenkraft q jedoch nur erreichbar, wenn die Biegesteifigkeit E-1 des Türkörpers so gering ist, dass die Bedingung nach der oben erwähnten Formel erfüllt wird.
Die vorstehenden Ausführungen bezogen sich, wie erwähnt, auf eine Koksofentür mit 2 Riegeln und einem planen Kammerrahmen. In der Praxis ist es jedoch meistens nicht auszuschliessen, dass auch der Kammerrahmen eine thermische Verformung erfährt. In diesem Fall kann es sich als zweckmässig erweisen, eine dritte Verriegelung in der Mitte der Tür anzuordnen.
Beispielsweise Ergebnisse der Formel für Türen zwischen 6 m und 10 m Gesamtlänge enthält die folgende Tabelle. Für die Ermittlung dieser Werte wurde davon ausgegangen, dass f aus verfahrenstechnischen Gründen nicht kleiner als 1 m sein kann und B heute üblicherweise bei 500 mm liegt.
Herkömmliche Koksofentüren aus Grauguss mit ca. 7,30 m Gesamtlänge weisen für E^-1 Werte von q 4,5·10¹² bis 5,0·10¹² m_m ³ auf.
Der Vergleich mit der erfindungsgemässen Tür mit 7,5 m Gesamtlänge gemäss Tabelle zeigt beispielsweise, dass sich die vorgeschlagene Tür in ihrer Biegesteifigkeit von herkömmlichen in hohem Masse unterscheidet.
Durch die Erfindung wird erreicht, dass der sich auf Grund der Überlagerung (gemäss Fig. 5) ergebende Spalt wesentlich geringer ist als es bei üblichen Türkonstruktionen mit starrem Türkörper und Membrandichtung der Fall ist. Es hat sich gezeigt, dass die sich einstellende Spaltbreite < 5 mm gehalten werden kann. Über die Membrane müssten also nur noch Differenzen von ± 5 mm ausgeglichen werden.
Bei der erfindungsgemässen Koksofentür können daher Materialstärken für die Membrandichtungen von-über 1,5 mm verwendet werden, die ausreichende Widerstandskraft gegen den Einsatz mechanischer Reinigungswerkzeuge bieten und auch geeignet sind für die Anwendung einer hydraulischen Hochdruckreinigung.
Dadurch, dass die Anpassung des verformten Türkörpers an den Kammerrahmen überwiegend durch die Riegel- und Dichtleistenkräfte erfolgt, stehen die genannten Riegelkräfte auch als Dichtleistenkraft zur Verfügung, und es wird vermieden, dass ein Teil der Riegelkräfte über Anschlagstücke (Stopper ST) wirkungslos in den Rahmen geleitet werden.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung wird darin gesehen, dass nicht ganz zu vermeidende Verformungsänderungen des Kammerrahmens über längere Zeiträume von der vorgeschlagenen Türkonstruktion leicht ausgeglichen werden können, d.h. die auftretende Spaltbreite, auch in diesem Fall < 5 mm, gehalten werden kann. Damit entfallen die üblicherweise notwendigen Einstell- und Justierarbeiten an Andruckelementen der Membranen sowie an der Membrane selbst.

Claims

1. Koksofentür mit mindestens 2 Verriegelungen, deren Türkörper durch Reduzierung des Trägheitsmomentes biege-elastisch ausgeführt und mit einer am Kammerrahmen angedrückten Membrandichtung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Türkörpersteifigkeit (E.l) zur spezifischen Dichtleistenkraft (q) so gering bemessen ist, dass die thermische Verformung des Türkörpers (T) überwiegend durch die Verriegelungskräfte (R) und die Dichtleistenkraft (q) kompensiert wird, wozu der Türkörper der Formel

where

genügt, wobei E der Elastizitätsmodul der Türkörperwerkstoffes, I das Flächenträgheitsmoment des Türkörpers, q die Dichtleistenkraft zwischen Dichtleiste DS und Kammerrahmen pro Längeneinheit, H den Abstand zwischen oberem und unterem Türriegel, f den Abstand des oberen bzw. unteren Türriegels vom oberen bzw. unteren Türende, L die Türgesamtlänge und B die Dichtschneidenlänge über die Türbreite bedeuten.

2. Koksofentür nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in halber Höhe der Tür eine 3. Verriegelung vorgesehen ist.