DD152851A1 - Hubbalkenofen mit oberheizung zur erwaermung langer knueppel - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hubbalkenofen mit Oberbeheizung zur Erwaermung langer Knueppel besonders fuer den Einsatz in kontinuierlich arbeitenden Draht- und Feinstahlwalzwerken. Die Erfindung soll bewirken, dasz der technisch, oekonomisch und energetisch fuer den Walzwerksbetrieb gut geeignete Hubbalkenofen mit Oberbeheizung zur Erwaermung langer Knueppel unter Ausnutzung der vollen waermetechnisch moeglichen Herdflaechenleistung angewendet werden kann, ohne dasz nennenswerte Erhoehung der Investitionskosten, des Energieverbrauchs, des Kuehlwasserbedarfs und der Reparaturanfaelligkeit und damit Ausfallzeiten auftreten und ohne dasz Betriebsstoerungen durch Verwerfen und Umfallen der Knueppel infolge einseitiger Erwaermung verursacht werden, die zu staendigen Stoerungen des Walzbetriebes bei hohen Leistungen fuehren. Dies wird erreicht, indem die Knueppel am Beschickungsende des Hubbalkenofens abschnittsweise mittels Beheizungstaschen und Hochgeschwindigkeitsbrennern teilweise von unten soweit beheizt werden, dasz die das Verwerfen bewirkenden hohen einseitigen Temperaturdifferenzen bei Beginn der Knueppelerwaermung nicht auftreten.

Description

.Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft Hubbalkenöfen mit Oberbeheizung zur Erwärmung langer Knüppel aus Stahl auf Walztemperatur, die hauptsächlich für kontinuierliche Draht- und Peinstahlwalzwerke angewendet werden· Diese Ofenart ermöglicht gegenüber Öfen mit vollständiger Unterbeheizung Einsparungen an Energie, Investitionen sowie Wartungs- und Instandhaltungsaufwand« Gleichzeitig wird das Auftreten von unerwünschten Kühlschatten im Einsatzmaterial ohne zusätzlichen Aufwand vermieden, da der oberbeheizte Ofen gegenüber dem unter- und oberbeheizten keine wassergekühlten Balken benötigt» Bei relativ langen Knüppeln (10 bis 14 m Länge) kann jedoch die volle, an sich mögliche, Ofenleistung nicht ausgenutzt werden, da sich die Knüppel infolge schneller einseitiger Erwärmung nach oben konvex verbiegen, umfallen und so ständig den Materialtransport stören· Um das zu vermeiden, müßten für eine bestimmte Leistung mehrere oder längere Öfen mit entsprechendem Aufwand, Energie- und Arbeitskräftebedarf gebaut oder besondere Bauarten angewendet werden. Hier liegt das Anwendungsgebiet der Erfindung·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Folgende Hubbalkenofenbauarten und/oder Vorrichtungen zur Erwärmung langer Knüppel sind bekannt:

1« Hubbalkenofen mit vollständiger Ober- und Unterbeheizung

Hier liegen die Knüppel auf wassergekühlten Balken und werden durch zwischen diesen liegende, ebenfalls wassergekühlte Balken, transportiert· Durch ober- und unterhalb der Knüppel angeordnete Brenner wird das Einsatzgut erwärmt·

Vorteile£

Hohe Leistung bei kurzer Ofenlänge, geringer Platzbedarf, kein Verwerfen langer Knüppel durch einseitige schnelle Erwärmung«

Hoher Energie- und Kühlwasserverbrauch, hoher Bau- und Reparaturaufwand j sehr tiefe Ofenkeller, Kühlschatten (schwarze Stellen) am Einsatzmaterial über den Auflagestellen, Durchbiegen der heißen Knüppel zwischen den Auflagepunkten durch das Eigengewicht, dadurch Transport-Störungen,

Hubbalkenofen mit t.eilweiser Unterbeheizung

Hierbei liegen die Knüppel nur in einem Teil der Vorwärm- bzw* Heizzone auf wassergekühlten Balken und v/erden dort von unten und oben beheizt, während im übrigen Teil des Ofens ungekühlte, gemauerte feste und bewegliche Herdbalken verwendet werden und die- Beheizung nur von oben erfolgt.

Vorteile^

Höhere Leistung bei gleicher Ofenlänge gegenüber dem nur oberbeheizten Ofen möglich· geringerer Energieverbrauch als bei ober- und unterbeheizten Öfen, kein Verwerfen der Knüppel durch einseitige schnelle Erwärmung, kein Durchhängen heißer Knüppel am Austragsende des Ofens, keine starken Kühlschatten am erwärmten Knüppel,

Zusätzlicher Energieverbrauch durch Wasserkühlung im unterbeheizten Bereich, sehr tiefer Ofenkeiler, relativ hoher Bau- und Reparaturaufwand, zusätzlicher Kühlwasserverbrauch«,

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3· Hubbalkenöfen mit teilweiser Unterbeheizung durch Taschen zwischen Pest- und Hubbalken

Bei dieser Bauart sind die aus keramischem Material bestehenden Pest- und Hubbalken im Bereich der Vorwärmzone (Materialeinlauf) schmal und konisch ausgeführt« Die entstehenden Taschen im Herd werden beheizt, so daß das Einsatzmaterial teilweise von unten erwärmt wird und zwar soweit, daß keine betriebsbehindernden Verwerfungen durch Wärmespannungen im Knüppel entstehen.

Vorteile:.

Keine Energie verbrauchende Wasserkühlung, kein Verwerfen des Einsatzmaterials, kein Kühlv/asserverbrauch, keine nennenswerten Kahlschatten, volle Ausnutzung der bei ausschließlicher Oberbeheizung wärmetechnisch möglichen Ofen leistung, keine tiefen Keller, relativ kurze Ofenlänge, niedriger Energieverbrauch, kein Durchbiegen der heißen Knüppel.

Die Pest- und Hubbalken sind mechanisch und thermisch hoch beansprucht und weisen eine hohe Reparaturanfälligkeit auf. Durch die schlanke konische Ausbildung und allseitige Wärmebeaufschlagung bei den wie o.g. angeordneten Taschen wird die Reparaturanfälligkeit weiter erhöht, wobei jede Reparatur die Abstellung des Ofens und des durch ihn versorgten Walzwerkes erfordert, wobei die Ausfallzeit wegen der benötigten Abkühl-, Reparatur- und Aufheizzeit des Ofens mindestens 3 bis 4 Tage beträgt, was entsprechenden Produktionsausfall zur Polge hat.

.4,S₁ HubbalkenSfeiLJlit. Oberbeheizung;

Diese Bauart ist für relativ kurze Knüppel gut geeignet· Bei Verwendung für lange Knüppel muß die Herdflächenleistung zur Vermeidung des Verwerfens der Knüppel stark herabgesetzt werden, um unzulässige Temperaturunterschiede im Knüppel zu vermeiden,

Vorteile^ Y/ie unter 3·

Pur lange Knüppel müssen extrem lange Vorwärmzonen vorgesehen werden, wodurch längere oder mehrere Öfen für eine bestimmte Leistung gebaut werden müssen· Dies erfordert einen höheren Platzbedarf, höhere Investitionen und, bei mehreren Öfen, mehr Bedienungspersonal· Weiterhin hat man keine Einflußmöglichkeiten, wenn trotz allem bei bestimmten Knüppelsorten Verwerfungen auftreten, außer die Leistung zu drosseln*

5· Hubbalkenöfen mit Oberbeheizung und konvexem Herd in

der Vorwärmzone .

Diese Bauart versucht nicht, das Verwerfen zu verhindern, sondern paßt die Herdform dem wahrscheinlichen Verlauf der Verwerfung an, um das Umfallen der Knüppel zu verhindern·

Vorteile^

Einfach und billig·

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Hachteile^

Die Herdwölbung paßt nur für eine Ofenleistung und nicht für den gesamten Leistungsbereich, weshalb - abgesehen von der Unsicherheit der richtigen Bemessung der Wölbung · das Umfallen der Knüppel'bei anderen Leistungen nicht verhindert wird«

6» Hubbalkenofen mit Oberbeheizung und Kantvorrichtungen

in der Vorwärmzone

Hierbei werden die Knüppel in der Vorwärmzone durch sägezahnförmige Rechen auf Pest- und Hubbalken transportiert und dabei ständig gedreht, so daß keine einseitige Erwärmung auftritt· Die Rechen bestehen aus hitze- und zunderbeständigem Stahl und sind auf wassergekühlten Trägern befestigt.

Vorteile^

Kein Verwerfen der Knüppel·

Nachteile^

Relativ teurer Aufwand, erhöhte Reparaturbedürftigkeit, erhöhter Energieverbrauch, Auftreten von Kühlwasserbedarf, Schrittlänge kann nicht geändert werden.

7· Hubbalkenofen mit Oberbeheizung, geteiltem Hubbalkensystem und Knüppeltransport in der Vorwärmzone ohne Zwischenraum

Diese Bauart trifft nur auf Öfen für die Erwärmung von Ie-' gierten und Kohlenstoffstählen zu, die zwecks Schnellerwärmung oberhalb 700 ⁰C mit geteilten Transportsystem in Vorwärm- und Heizzone ausgerüstet v/erden. Hierbei werden die Knüppel auf dem 1. Hubbalkensystem ohne Zwischenraum transportiert und erst, nachdem sie auf eine Temperatur

erwärmt sind, bei der keine Verwerfung und damit kein Umfallen mehr auftreten kann, bei Übergabe auf das Hubbalkensystem vereinzelte

Vorteile^

Mit relativ geringem Aufv/and anwendbar, da hauptsächlich nur die Steuerung entsprechend gestaltet werden muß, keine die Reparaturanfälligkeit des Herdes erhöhenden Einbauten, nachträglicher Einbau möglich, kein zusätzlicher Energie- und Kühlwasserbedarf·

Hur bei Hubbalkenöfen mit geteiltem Herd anwendbar.

Informations.quellen:,

Stahl und Eisen % (1976) Nr* 9 S. 443 Stahl und Eisen 97 (1977) Nr* 13 S. 627 -

Gaswärme international Bd. 20 Kr. 10 (1971) S. 343 Gaswärme international Bd₆ 24 Nr. 10 (1975) S„ 407 -

DT - AS 1943330 DT -.AS 2556721 DT - AS 1813605 DT - AS 1508373 DT - OS 1558020

US 3887064

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Ziel der Erfindung; .

Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß Erfindung soll bewirken, daß lange Knüppel in einem technisch-ökonomisch gut für den Walzwerksbetrieb speziell von kontinuierlichen und Peinstahlstraßen geeigneten Hubbalkenofen mit Oberbeheizung ohne Transportstörungen infolge Knüppelverwerfung unter voller Ausnutzung der wärmetechnisch möglichen max. Herdflächenleistung erwärmt werden können, wobei der Investitionsaufwand unter denen anderer Lösungen liegt und ohne daß die Herdhaltbarkeit und die Betriebssicherheit beeinträchtigt werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Durch die Erfindung wird die technische Aufgabe gelöst, das Verwerfen und Umfallen lager Knüppel in oberbeheizten Hubbalkenofen bei voller Ausnutzung der möglichen Herdflächenleistung zu verhindern, in dem durch eine einfach Teil-Unterbeheizung des Einlaufteils der Vorwärmzone die Temperaturdifferenz zwischen Ober- und Unterseite des Knüppels abschnittsweise auf weniger als 150 K begrenzt wird, so lange das Einsatzmaterial noch relativ kalt ist und zum Verwerfen neigt, wobei die Betriebssicherheit der ursprünglichen Ofenbauart im Einlaufteil voll aufrechterhalten wird·

Merkmale der Erfindung

Die Knüppel werden, wie üblich, am Beschickungsende des Ofens seitlich durch Rollgang oder stirnseitig mittels Hubbalken oder Einstoßvorrichtung in den Ofenraum befördert·

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Die Hubbalkenabstände sind so ausgelegt, daß beim fertig erwärmten Knüppel kein Durchhängen während des Anhebens und Transportieren auftritt. In der Vorwärmzone haben die Knüppel eine niedrige Temperatur und relativ hohe Festigkeit, so daß man den Hubbalkenabstand verdoppeln kann, indem jeder 2* Hubbalken (insgesamt muß eine ungerade Hubbalkenanzahl vorgesehen werden) so weit verkürzt wird, daß in den entstehenden Freiräumen eine Unterbeheizung der erforderlichen Länge angeordnet werden kann_e Hiermit wird erreicht, daß Hubbalken und Festbalken nicht geschwächt, sondern in voller Breite und Stabilität erhalten werden, da die Unterbrennertaschen durch Fortlassung je??eils eines Hubbalkens gewonnen werden«.

Da hierdurch die Knüppel im Bereich der Taschen und nicht über annähernd die gesamte Länge von unten beheizt sind, werden die Wärmeübergangsbedingungen so verbessert, daß die abschnittsweise Untererwärmung in der möglichen Wärmzeit ausreichend ist, ein Verwerfen und Umfallen der Knüppel zu verhindern* Dies wird durch Anwendung von Hochgeschwindigkeitsbrennern für die Taschenbeheizung erreicht* Die Brenner, die mit Austrittsgeschwindigkeiten des teilverbrannten Gas-Luft-Gemischs aus dem Brennerstein von 50 bis 150 m/s arbeiten, erzeugen eine starke Turbulenz und Umwälzung der Rauchgase in den Taschen und im Bereich der mit Abständen darüber liegenden Knüppele Da der Wärmeübergang in diesem Temperaturbereich überwiegend durch Konvektion erfolgt und diese durch höhere Gasgeschwindigkeit und Turbulenz am Wärmgut stark erhöht wird (bei z, B« 3facher Geschwindigkeit verdoppelt sich die Wärmeübergangszahl), stellt die Verwendung von Hochgeschwindigkeitsbrennern ein sehr wirksames Verfahren dar, um bei geringstmöglichen Temperaturdifferenzen maximalen Wärmefluß zu erreichen. Damit ist eine wesentliche Voraussetzung dafür geschaffen, die Erwärmung der Knüppelunterseiten am Beschickungsende ohne energetisch unerwünschte Steigerung der Abgastemperatur durchzuführen«

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Zur Realisierung dieses Erwärmungsverfahrens, dessen praktische Anwendung aus dem Ausführungsbeispiel hervorgeht, sind mehrere Vorrichtungen erforderlich·

1· Es muß eine ungerade Hubbalkenkennanzahl vorgesehen werden, ·

2· Die Knüppellängen dürfen für einen Ofen nicht mehr als ± 0,5 m schwanken·

3· Jeder 2· Hubbalken ist um die Länge der Beheizungstasche beschickungsseitig verkürzt·

4· Die Beheizungstasche wird gleichzeitig als Zundertrichter verwendet, um den beim Beschicken des Ofens abfallenden Zunder abzuführen· Hierzu wird der Boden mit Trichterschrägen und einer verschließbaren Öffnung ausgebildet·

5· An der Stirnseite jeder Beheizungstasche werden Hochgeschwind igkeitsbrennersy sterne installiert· Jedes System besteht aus:

- Hochgeschwindigkeitsbrenner mit Brennerstein

- Gas- und Luft-Magnetventilen

-.Verhältnisregler zur Konstanthaltung des Gas-Luft-Verhältnisses

- elektrischer Zünd- und Flammenüberwachungseinrichtung

- Gas- und Luftzuführungsleitung mit Absperrventilen

- Temperaturregler oder Handschaltung in der MSR-Anlage des Ofens zur Fernsteuerung der Brenner

Ausführungsbeispiel

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

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In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Figo 1 einen Längsschnitt durch das Beschickungsende eines Hubbalkenofens mit Deckenbeheizung (Oberbeheizung) und Beheizungstasche (Teilunterbeheizung)

Pig© 2 den Schnitt und Pig· 1

In dem Beschickungsende 1 des mittels Deckenstrahiungsbrennern 2 von oben beheizten Hubbalkenofens gemäß Pig, und 2 werden trichterförmige Beheizungstaschen 3 angeordnet·

Die Knüppel 4 werden durch eine Beschickungsöffnung 5 seitlich über einzeln angetriebene Rollgangsrollen 6 in den Ofenraum eingefahren, durch Abschieber 7 positioniert und mittels Hubbalken 8 schrittweise in Richtung Austragsende 9 des Ofens transportiert· Hierbei werden die Knüppel durch Deckenstrahlungsbrenner 2 und abziehende Rauchgase von oben erwärmt· Die Beheizungstaschen 3 werden durch Hochgeschwindigkeitsbrenner 11 beheizt, so daß die darüberliegenden Knüppel 4 auf den über den Heizungstaschen 3 befindliehen Abschnitten auch von unten erwärmt werden, wobei durch die Hochgeschwindigkeitsbrenner 11 eine intensive Rauchgasbewegung im Knüppelbereich erzeugt wird, da der mit hoher Geschwindigkeit austretende Rauchgas-Preistrahl 12 eine große Rauchgasmenge in sich einsaugt (Rezirkulation) und durch die gesamte Länge der Beheizungstasche 3 wirksam ist·

Beim Einlaufen der Knüppel 4 abfallender Zunder sammelt sich im Trichter der Beheizungstasche 3 und kann durch die Öffnung 13 periodisch abgezogen v/erden·

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Der Transport der Knüppel 4 (in Fig. 2 wurden nur zwei Knüppel 4 dargestellt) erfolgt, in dem sich die Hubbalken· 8 in Richtung Rollgangsrollen 6.bewegen, über Herdoberkante angehoben werden und dabei die Knüppel 4 von den Rollgangsrollen 6 bzw· den Pestbalken 14 abheben, sich um Schrittlänge zum Austragsende 9 bewegen, durch Absenken die Knüppel 4 auf die Pestbalken 14 absetzen und weiter soweit gesenkt werden, daß die Hubbalkenoberkante unter. der Pestbalkenoberflache liegt·

Die Hochgeschwindigkeitsbrenner 11 sind an eine Gasverteilerleitung 15 und eine Luftverteilerleitung 16 angeschlossen und werden über ein Luftmagnetventil 18 und ein Gasmagnetventil 17 und einen in der Gasleitung eingebauten Verhältnisregler 19, der über eine Impulsleitung mit dem Luftanschluß des Brenners verbunden ist, gesteuert,

Für die Zündung und Flammenüberwachung ist je eine Zündspule und ein Gasfeuerungsautomat in Brennernähe am Ofen angebracht· Über einen Temperaturregler in der BMSR-Anlage des Ofens wird die Temperatur'in den Beheizungstaschen 3 geregelt, wobei in diesem Beispiel zwei Hochgeschwindigkeitsbrenner 11 je Beheizungstasche 3 angeordnet sind, die je nach Temperaturabweichung von der Solltemperatur, welche durch ein Thermoelement 20 erfaßt wird, durch den Temperaturregler über den Gasfeuerungsautomat so gesteuert werden, daß entweder beide Hochgeschwindigkeitsbrenner 11 aus sind oder ein oder zwei Hochgeschwindigkeitsbrenner mit Vollast brennen» Es wird also eine Auf-Zu-Regelung angewendet, die, im Gegensatz zu einer stufenlosen Regelung, eine volle Ausnutzung des mit dem Quadrat der Geschwindigkeit steigenden Impulses des Brennerstrahls ermöglicht.

Claims (3)

Erfindungsansprüche

1« Hubbalkenofen mit Oberbeheizung zur Erwärmung langer Knüppel, dadurch gekennzeichnet, daß am Beschickungsende (1) in den Herd aus"Hubbalken (8) und Pestbalken (14), deren Tragkörper aus feuerfestem Material besteht, Beheizungstaschen (3) eingefügt sind, wozu jeder zweite Hubbalken (8) verkürzt ist und an der Stirnseite der Beheizungstaschen (3) ein oder mehrere Hochgeschwindigkeitsbrenner (11) mit der zugehörigen Steuerung (15 bis 20) angeordnet sind*

2« Hubbalkenofen nach Pkt* 1_e, dadurch gekennzeichnet, daß die Beheizungstaschen (3) gleichzeitig als Zundertrichter mit einer entsprechenden Öffnung (13) ausgebildet sind β

3» Hubbalkenofen nach Pkt. 1· und 2«, dadurch gekennzeichnet, daß die Pestbalken (14) gleichzeitig als Seitenwände der Beheizungstaschen (3) ausgebildet sind.

Hierzu ,..^.....Seiten Zeichnungen