DE4404316C2 - Heißwinddüsenstock für einen Schachtofen, insbesondere Hochofen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Heißwinddüsenstock für einen Schachtofen, insbesondere Hochofen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei solchen, z. B. aus der DE 73 25 087 U1 bekannten Heißwinddüsenstöcken können Beweglichkeits- und Dichtheitsprobleme auftreten. Infolge der hohen Temperatur der vorerhitzten Luft (ungefähr 1200°C oder darüber) und der hohen Temperatur, die im Inneren des Ofens herrscht, sind die Wand des Ofens, sowie die Versorgungsrohrleitung und der Heißwinddüsenstock in der Tat ther­ mischen Ausdehnungen und Verformungen ausgesetzt, die nicht zu vernachlässigende relative Verschiebungen zwischen der Versorgungsrohrleitung und der Wand des Ofens hervorrufen. Es ist daher erforderlich, daß der Heißwinddüsenstock diese relativen Verschiebungen kompensieren kann, ohne daß die Gase oder die vorerhitzte Luft über Lecks entweichen.

Um diese Anforderungen zu erfüllen, wird in dem US-Patent 3,766,868 ein Heißwinddüsenstock von der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Art vorgeschlagen. Dieser Heißwinddüsenstock wurde in der Folge durch Kugelgelenke von der in dem Dokument DE 22 18 331 C2 beschriebenen Art verbessert. Die Kugelgelenke dieses Heißwinddüsenstocks ermöglichen die Kompensation aller relativen Bewegungen zwischen der Versorgungsrohrleitung und der Wand des Ofens. Die Abdichtung im Bereich der Kugelgelenke erfolgt durch Balgkompensatoren, während die mechanische Stabilität beispielsweise durch Kardanverbindungen sichergestellt wird, die im Bereich der zwei Kugelgelenke an den zwei entgegengesetzten Enden des mittleren, rohrförmigen Bauteils angebracht sind.

Die am meisten beanspruchte und empfindlichste Stelle liegt immer im Bereich der Kugelgelenke. Die Beweglichkeit des Kugelzapfens bezüglich seiner Kugelpfanne hat in der Tat oft Reibung von feuerfestem Beton auf feuerfestem Beton zur Folge. Der feuerfeste Beton des vorderen Teils des Kugelzapfens kann beschädigt werden, und eventuell können Ausbrüche hervorgerufen werden.

Angesichts der großen Temperaturschwankungen können sich an manchen Stellen auch Mikrorisse bilden, die die Ursache von lästigen Umwälzungen und Wirbeln sind.

In dem amerikanischen Patent US 5,209,657 wird vorgeschlagen, die metallische Panzerung, die die Umhüllung des Kugelzapfens bildet, bis zu der diametralen Basis des konvexen Kugelzapfens auszudehnen. Diese Erfindung verbessert die mechanische Stabilität der konvexen Kugelzapfen wesentlich, und ermöglicht ein besseres Gleiten des konvexen Kugelzapfens in der konkaven Kugelpfanne des angrenzenden Abschnitts.

Auf die Dauer verzundert jedoch der feuerfeste Stahl, der den vorderen Teil des Kugelzapfens bildet, und dann muß die gesamte Umhüllung des Kugelzapfens ersetzt werden.

Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, ein neues Ge­ lenksystem vorzusehen, das den thermischen und ebenfalls den mechanischen Beanspruchungen, denen es unterworfen wird, besser widersteht.

Um dieses Ziel zu erreichen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Heißwinddüsenstock vorgeschlagen, der im wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, daß mindestens der konvexe Kugelzapfen des Kugelgelenks einen feuerfesten Profilstein umfaßt, der in der inneren Auskleidung aus feuerfestem Beton verankert ist.

Die Herstellung des konvexen Kugelzapfens aus feuerfestem Profilstein ermöglicht, einen besseren Kompromiß zwischen der mechanischen Stabilität und der thermischen Stabilität zu finden.

Diese Kugelzapfen aus feuerfestem Profilstein weisen in der Tat eine größere Stabilität als die aus gegossenem, feuerfestem Beton hergestellten Kugelzapfen auf, und haben eine größere thermische Stabilität als die Kugelzapfen aus gegossenem, feuerfestem Beton, der mit einer Schutzumhüllung aus feuerfestem Stahl versehen ist.

Infolge des besseren Kompromisses zwischen der mechanischen Stabilität und der thermischen Stabilität besteht praktisch kein Risiko, daß sich Mikrorisse bilden und der Kugelzapfen sich verschlechtert. Die Wartung wird leichter und weniger teuer.

Es ist auch wichtig, darauf hinzuweisen, daß eine bessere Wärmeisolation im Bereich der Kugelzapfen erreicht werden kann.

Gemäß einer ersten Ausführungsform des Heißwinddüsenstocks ist der Krümmungsradius jedes Kugelgelenks von der Größenordnung des äußeren Radius der rohrförmigen Bauteile. Dieser kleine Krümmungsradius ergibt eine bessere Führung der Kugelzapfen in ihrer Kugelpfanne, wodurch bei der Winkelbewegung die gleiche Dicke der Dichtung aufrechterhalten werden kann.

Gemäß einer anderen Ausführungsform erstreckt sich die Auskleidung aus feuerfestem Stahl bis zu dem konvexen Teil des Kugelzapfens, wobei er mit einer vorspringenden Lippe endet, auf der der feuerfeste Profilstein aufliegt. Die Auflagelippe in Verbindung mit dem kleinen Radius gewährleistet, daß die Auflagekräfte immer senkrecht zu dem Krümmungsradius sind. Das Risiko, daß Ausbrüche bei dem feuerfesten Profilstein hervorgerufen werden, ist auf diese Weise beseitigt.

Die konkave Kugelpfanne kann ebenfalls aus feuerfestem Profilstein hergestellt werden, der in der inneren Auskleidung aus feuerfestem Beton verankert wird. Auf diese Weise wird die Bildung von Mikrorissen vermieden, und die Wärmeisolation im Bereich der konkaven Kugelpfanne des Kugelgelenks verbessert.

Zwischen dem feuerfesten Profilstein und der äußeren Panzerung kann erforderlichenfalls eine isolierende Matte angeordnet werden.

Der Kugelzapfen und das rohrförmige Bauteil können mit der feuerfesten Auskleidung des rohrförmigen Bauteils einen einzigen Block bilden, oder der Kugelzapfen kann ein getrenntes Bauteil bilden, das auf dem rohrförmigen Bauteil angebracht und von der inneren Auskleidung des rohrförmigen Bauteils durch eine ringförmige Dichtung getrennt ist.

Die Panzerung des rohrförmigen Bauteils und die Panzerung des angrenzenden Stutzens können über einen Kompensator oder mittels eines Flansches oder einer lösbaren Schweißnaht unmittelbar miteinander verbunden werden.

Eine feuerfeste, weiche Dichtung zwischen dem Kugelzapfen und der Kugelpfanne kann teilweise auf der Panzerung und teilweise auf dem Rand der Kugelpfanne befestigt werden. Sie kann ebenfalls teilweise in einem inneren Sitz der zylindrischen Umhüllung und teilweise auf der feuerfesten Auskleidung befestigt werden. Gemäß einer anderen Variante kann sie ebenfalls teilweise auf der feuerfesten Auskleidung und teilweise in einem sitz, der durch den oberen Teil der Umhüllung und durch einen im Inneren der Panzerung aufgeschweißten Ring begrenzt wird, befestigt werden.

Weitere Besonderheiten und Merkmale ergeben sich aus der ausführlichen Beschreibung mehrerer Ausführungsformen, die nachstehend zur Veranschaulichung wiedergegeben werden, wobei auf die im Anhang beigefügten Figuren Bezug genommen wird, die Folgendes darstellen:

Fig. 1 einen axialen Schnitt eines Kugelgelenks eines Heißwinddüsenstocks, dessen konvexer Kugelzapfen aus feuerfestem Profilstein hergestellt ist,

Fig. 2 einen axialen Schnitt eines Kugelgelenks eines Heißwinddüsenstocks, dessen konvexer Kugelzapfen aus feuerfestem Profilstein hergestellt ist, gemäß einer anderen, bevorzugten Ausführungsform,

Fig. 3 einen axialen Schnitt eines Kugelgelenks eines Heißwinddüsenstocks, dessen Kugelzapfen und dessen Kugelpfanne aus feuerfestem Profilstein hergestellt sind, und

Fig. 4 eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Gelenks im axialen Schnitt.

In der Fig. 1 sind zwei rohrförmige Bauteile 10, 12 eines Heißwinddüsenstocks wiedergegeben, die über ein Kugelgelenk 14 und einen Balgkompensator 16 miteinander verbunden sind. Die rohrförmigen Bauteile 10, 12 umfassen eine äußere Panzerung 18 aus feuerfestem Stahl, und eine innere Auskleidung 20 aus gegossenem, feuerfestem Beton. Der heiße Wind strömt durch eine zentrale Öffnung 22, die in der Auskleidung 20 aus feuerfestem Beton vorgesehen ist. Das Kugelgelenk 14 wird von einem konvexen Kugelzapfen 24 und einer konkaven Kugelpfanne 26 gebildet. Der Kugelzapfen 24 besteht aus einem feuerfesten Profilstein 28. Der Profilstein 28 umfaßt eine speziell ausgelegte, ringförmige Verankerungsoberfläche 29, die ermöglicht, ihn in der inneren Auskleidung 20 aus gegossenem, feuerfestem Beton sicher zu befestigen.

Der konvexe Teil des Kugelzapfens 24 hat einen Krümmungsradius, der zwischen dem 0,8- bis 1,2fachen äußeren Ra­ dius der rohrförmigen Bauteile 10, 12 liegt. Eine Umhüllung 30 aus feuerfestern Stahl erstreckt sich bis zu dem konvexen Teil des Kugelzapfens 24 und endet mit einer vorspringenden Lippe 32, die eine Auflagefläche für den Profilstein 28 bildet.

Der konvexe Kugelzapfen 24 ist durch einen Flansch 34 und eine ringförmige Dichtung 36 mit dem rohrförmigen Bauteil 10 verbunden. Dies erleichtert den Einbau und den Ausbau des Kugelgelenks 24.

Zwischen dem Kugelzapfen 24 und der Kugelpfanne 26 ist ein Zwischenraum 38 vorgesehen, der auf seinem Umfang durch eine an der Panzerung 18 befestigte, weiche Dichtung 40 und eine auf dem äußeren Rand der Kugelpfanne 26 haftende, weiche Dichtung 42 abgedichtet ist. Die weiche Dichtung 40 ist in einem Sitz 39 befestigt, der durch zwei innerhalb der Panzerung 18 aufgeschweißte Ringe begrenzt ist.

In der Fig. 2 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Heißwinddüsenstock-Kugelgelenks wiedergegeben. Zwischen der Umhüllung 30 aus feuerfestem Stahl und dem feuerfesten Profilstein 28 wurde eine isolierende Matte 44 angeordnet, die eine bessere Wärmeisolation des konvexen Kugelzapfens 24 und des Kompensators 16 sicherstellt. Die Verankerungsoberfläche 129 des feuerfesten Profilsteins 28 in der inneren Auskleidung 20 aus gegossenem, feuerfestem Beton hat die Form eines "Schwalbenschwanzes". Infolge dieser besonderen Form der Verankerungsoberfläche 129 wird der feuerfeste Profilstein 28 an seinem Platz gehalten und eine vertikale und horizontale Verschiebung verhindert.

In der Fig. 3 ist noch eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Heißwinddüsenstock-Gelenks wiedergegeben, bei dem sowohl der konvexe Kugelzapfen 24 als auch die hohle Kugelpfanne 26 aus feuerfestem Profilstein 28, 48 hergestellt ist.

Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist, daß die Bildung von Mikrorissen im Bereich der konkaven Kugelpfanne verhindert wird.

Eine an dem feuerfesten Profilstein 48 der konkaven Kugelpfanne 26 befestigte, weiche Dichtung 142, und die weiche Dichtung 40 stellen die Abdichtung des zwischen dem konvexen Kugelzapfen 24 und der konkaven Kugelpfanne 26 vorgesehenen Zwischenraums sicher.

In der Fig. 4 ist ein Heißwinddüsenstock-Kugelgelenk wiedergegeben, bei dem der konvexe Kugelzapfen 24 und die konkave Kugelpfanne 26 aus feuerfestem Profilstein 28, 148 hergestellt sind. Zwischen der Panzerung 18 aus feuerfestem Stahl und dem Profilstein 148 ist eine isolierende Matte 130 angeordnet, um die Wärmeisolation zu verbessern. Eine "schwalbenschwanzförmige" Verankerungsoberfläche 229 hält den Profilstein 148 in der Auskleidung aus gegossenem, feuerfestem Beton fest.

Aus den Fig. 2, 3 und 4 ist ersichtlich, daß der konvexe Kugelzapfen mit dem rohrförmigen Bauteil 10 fest verbunden ist.

Claims (9)

1. Heißwinddüsenstock für einen Schachtofen, insbesondere einen Hochofen, umfassend ein erstes und ein zweites rohrförmiges Bauteil (10, 12), von denen jedes mit einer äußeren Panzerung (18) aus feuerfestem Stahl und einer inneren, feuerfesten Auskleidung (20) aus gegossenem, feuerfesten Beton versehen ist, wobei die zwei rohrförmigen Bauteile (10, 12) durch ein Kugelgelenk (14) und einen Kompensator (16) miteinander verbunden sind und das Kugelgelenk (14) einen konvexen Kugelzapfen (24) aufweist, der mit dem ersten rohrförmigen Bauteil verbunden ist und in einer konkaven Kugelpfanne (26) schwenkbar ist, die mit dem zweiten rohrförmigen Bauteil verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der konvexe Kugelzapfen (24) des Kugelgelenks einen feuerfesten Profilstein (28) umfaßt, der in der inneren, feuerfesten Auskleidung (20) aus gegossenem, feuerfesten Beton verankert ist.

2. Heißwinddüsenstock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umhüllung (30) aus feuerfestem Stahl sich bis zu dem konvexen Teil des Kugelzapfens (24) erstreckt und mit einer vorspringenden Lippe (32) endet, die eine Auflagefläche für den feuerfestem Profilstein (28) bildet.

3. Heißwinddüsenstock nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius des Kugelgelenks (14) von der Größenordnung des äußeren Radius der zwei rohrförmigen Bauteile (10, 12) ist.

4. Heißwinddüsenstock nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die konkave Kugelpfanne (26) des Kugelgelenks (14) einen feuerfesten Profilstein umfaßt, der in der inneren, feuerfesten Auskleidung (20) verankert ist.

5. Heißwinddüsenstock nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine isolierende Matte (44) zwischen dem feuerfesten Profilstein (28) und der Umhüllung (30) aus feu­ erfestem Stahl angeordnet ist.

6. Heißwinddüsenstock nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der feuerfeste Beton, in dem der Profilstein (28) verankert ist, mit der feuerfesten Auskleidung (20) des ersten rohrförmigen Bauteils einen einzigen Block bildet.

7. Heißwinddüsenstock nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelzapfen (24) ein getrenntes Element bildet, das an dem rohrförmigen Bauteil (10) angebracht und von der inneren, feuerfesten Auskleidung dieses rohrförmigen Bauteils durch eine ringförmige Dichtung (36) getrennt ist.

8. Heißwinddüsenstock nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die feuerfesten Dichtungen 40, 42 auf der Panzerung (18) des zweiten rohrförmigen Elements (12) und auf dem Rand der konkaven Kugelpfanne (26) befestigt sind.

9. Heißwinddüsenstock nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die feuerfeste Dichtung teilweise in einem inneren Sitz (39) des rohrförmigen Bauteils und teilweise auf der feuerfesten Auskleidung befestigt ist.