DE20114739U1

DE20114739U1 - Vorrichtung zum indirekten Erwärmen

Info

Publication number: DE20114739U1
Application number: DE20114739U
Authority: DE
Original assignee: Drever International SA
Current assignee: Drever International SA
Priority date: 2001-09-07
Filing date: 2001-09-07
Publication date: 2002-01-24
Anticipated expiration: 2011-09-08

Description

DR. STARK & PARTNER PATENTANWÄLTE · MOERSER STRASSE 140 · D-47803 KREFELD

Anwaltsakte: 01 679 / 8 th

Drever International S.A., Pare Industriel Du Sart Tilman, B-4030 Liege (Angleur)
Vorrichtung zum indirekten Erwärmen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum indirekten Erwärmen von vorzugsweise flächigen Gebilden, insbesondere von Stahlbändern, mit einem in einen Ofen, z. B. Glühofen, hineinragenden rohrförmigen Gebilde, wobei im Bereich der beiden, auf je einer Seite des Ofens befindlichen und aus dem Ofen herausragenden Enden des rohrförmigen Gebildes ein Brenner bzw. ein Rekuperator in einer entsprechenden Brennerkammer bzw. Rekuperatorkammer angeordnet ist, und mit einem für das Strömen eines gasförmigen Mediums zwischen der Brennerkammer und der Rekuperatorkammer vorgesehenen Verbindungsrohr, wobei das über eine im Bereich des Rekuperators angeordnete Eintrittsöffnung eintretende und zu erwärmende gasförmige Medium im Rekuperator durch das über eine Austrittsöffnung austretende, noch erhitzte gasförmige Medium vorgewärmt wird, das vorgewärmte gasförmige Medium nach Durchströmen des Verbindungsrohres durch den Brenner auf die gewünschte Temperatur erhitzt wird und im Anschluss daran das rohrförmige Gebilde in Richtung des Rekuperators durchströmt.

Derartige Vorrichtungen, auch manchmal als Strahlrohr bezeichnet, dienen üblicherweise zum indirekten Erwärmen von Stahlbändern in Glühöfen. Hierzu sind in den Außenwänden

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des Glühofens entsprechende Montageöffnungen vorgesehen, durch die pro Montageöffnung ein rohrförmiges Gebilde in den Innenraum des Ofens hineingeschoben wird. Der Brenner und der Rekuperator befinden sich im montierten Zustand außerhalb des Innenraum des Glühofens. Entlang der rohrförmigen Gebilde und im geringen Abstand zu diesen wird das zu erhitzende Stahlband geführt und so indirekt erwärmt. Üblicherweise befinden sich beidseits des Stahlbandes mehrer hintereinander angeordnete rohrförmige Gebilde. Die Führung des Stahlbandes erfolgt üblicherweise horizontal oder vertikal, so dass die rohrförmigen Gebilde entsprechend ausgerichtet sind.

Das über die Eintrittsöffnung in die Vorrichtung eintretende und zu erwärmende gasförmige Medium, bei dem es sich üblicherweise um Luft handelt, wird zunächst in dem Rekuperator von dem ausströmenden noch erhitzten gasförmigen Medium vorgewärmt. Das so vorgewärmte gasförmige Medium strömt durch das Verbindungsrohr in den Brenner, wo die eigentliche Erhitzung auf die gewünschte Temperatur durch Verbrennung stattfindet. Im Anschluss daran durchströmt das erhitzte gasförmige Medium das rohrförmige Gebilde und tritt über die Austrittsöffnung wieder aus.·

Als nachteilig erweist sich, dass die Vorrichtung aus insgesamt vier separaten Bauteilen, nämlich dem rohrförmigen Gebilde, der Rekuperatorkammer, der Brennerkammer und dem Verbindungsrohr besteht, die mittels vier Flansche miteinander verbunden werden. Es liegt auf der Hand, dass aufgrund von wiederholten Heiz- und Kühlzyklen die Flanschverbindungen und die verwendeten Dichtungen undicht werden können und so Leckagen auftreten. Derartige Leckagen verschlechtern aber die Verbrennung in der Brennerkammer, da der zugeführte Volumenstrom des gasförmigen Medi-

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ums genau auf die gewünschte und somit erzielte Verbrennung abgestimmt ist. Ebenfalls durch Montagefehler können Leckagen auftreten.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zum indirekten Erwärmen von vorzugsweise flächigen Gebilden anzugeben, die konstruktiv einfacher aufgebaut ist und zudem eine hohe Dichtigkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Brennerkammer, die Rekuperatorkammer und das Verbindungsrohr einstückig mit dem rohrförmigen Gebilde ausgebildet sind und der Brenner und der Rekuperator in entsprechend kammerförmig ausgebildeten Bereichen der entgegengesetzten Enden des Verbindungsrohres vorgesehen sind. Durch eine solche Ausbildung wird die Anzahl der Flanschverbindungen reduziert, so dass auch die Gefahr eventueller Undichtigkeiten verringert wird. Ferner ermöglicht die erfindungsgemäße Ausbildung bereits eine Dichtigkeitsprüfung im Werk, wobei aufgrund der fehlenden Flansche gleichzeitig die Montagezeit verkürzt wird. Zum Wechseln eines Rekuperators oder Brenners muss dieser lediglich aus der entsprechenden Brennerkammer bzw. Rekuperatorkammer herausgezogen und durch einen neuen ersetzt werden.

Das rohrförmige Gebilde kann U- oder W-förmig ausgebildet sein. Es sind aber auch andere Ausbildungen, wie z. B. ein mäanderförmiger Verlauf, denkbar.

Das Verbindungsrohr kann im Wesentlichen geradlinig verlaufend ausgebildet sein. Dies bietet sich an, wenn das vorgewärmte gasförmige Medium auf dem kürzesten Weg von der Rekuperatorkammer zur Brennerkammer strömen soll.

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Zweckmäßigerweise kann ein sich im Wesentlichen parallel zum Verbindungsrohr erstreckendes, insbesondere zumindest einseitig mit einer Isolier- und/oder Schutzschicht versehenes Flächenelement vorgesehen sein, das Ausnehmungen, durch die die Endbereiche des rohrförmigen Gebildes durchgeführt sind, aufweist. Das Flächenelement ist dabei in seinen Abmessungen größer als die entsprechende Montageöffnung des· Glühofens, so dass das Flächenelement im Bereich der Montageöffnung als Wand dient. Dabei ist vorteilhafterweise innenseitig an dem Flächenelement eine Isolier- und/Schutzschicht vorgesehen. Dies kann beispielsweise ein Feuerfestmaterial sein, dass einerseits das Flächenelement vor der hohen Temperatur im Innenraum des Glühofens schützt und andererseits gewisse Isoliereigenschaften aufweist.

Die Brennerkammer und die Rekuperatorkammer können mitsamt dem Verbindungsrohr endseitig an dem rohrförmigen Gebilde angeschweißt sein.

Um Abmessungsschwankungen, die infolge der wiederholten Heiz- und Kühlzyklen auftreten, ausgleichen zu können, kann das Verbindungsrohr zumindest einen Kompensator, insbesondere ein Wellrohr, aufweisen.

Der Brenner und/oder der Rekuperator können lösbar in der Brennerkammer bzw. in der Rekuperatorkammer befestigt sein. Hierdurch ist ein schneller Wechsel, z. B. bei Wartungsarbeiten, möglich.

Dabei kann zur Befestigung des Brenners und/oder des Rekuperators jeweils ein Flansch im Bereich der offenen Enden der Brennerkammer bzw. Rekuperatorkammer vorgesehen sein.

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Insbesondere bei Vorrichtungen, die zur Temperierung von sehr breiten Stahlbändern ausgelegt sind, bietet sich an, dass an dem der Brenner- bzw. Rekuperatorkammer gegenüberliegenden Ende des rohrförmigen Gebildes zumindest eine Abstützeinrichtung vorgesehen ist. Hierdurch wird die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht nur im Bereich der Brenner- bzw. Rekuperatorkammer, sondern zusätzlich in dem gegenüberliegenden Bereich fixiert und somit sicher gehalten.

Im Folgenden wird ein in der Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung,

Fig. 2 eine Draufsicht von rechts auf den Gegenstand nach Fig. 1 und

Fig. 3 einen Schnitt durch den Bereich "X" des Gegenstandes nach Fig. 1 in vergrößertem Maßstab in eingebautem Zustand sowie mit montiertem Brenner und Rekuperator.

In allen Figuren werden für gleiche bzw. gleichartige Bauteile übereinstimmende Bezugszeichen verwendet.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, auch Strahlrohr genannt, die ein W-förmig ausgebildetes rohrförmiges Gebilde 1 aufweist. In dem Bereich der beiden, auf je einer Seite eines nicht dargestellten Glühofens befindlichen und aus dem Glühofen herausragenden Enden des rohrförmigen Gebildes 1 ist eine Rekuperatorkammer 2 und eine Brennerkammer 3 vorgesehen, in der, wie in Fig. 3

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dargestellt ist, ein Rekuperator 4 bzw. ein Brenner 5 vorgesehen sind. Für die Fixierung des Rekuperators 4 bzw. des Brenners 5 weist die Rekuperatorkammer 2 einen Flansch 6 und die Brennerkammer 3 einen Flansch 7 auf, an dem mittels Befestigungsmitteln 8, 9 der Rekuperator 4 bzw. der Brenner 5 befestigt werden.

Zwischen der Rekuperatorkammer 2 und der Brennerkammer 3 ist ein Verbindungsrohr 10 vorgesehen, das zum Ausgleich von Abmessungsschwankungen infolge von Temperaturschwankungen ein als Kompensator ausgebildetes Wellrohr 11 aufweist. Das rohrförmige Gebilde 1, die Rekuperatorkammer 2, die Brennkammer 3 und das Verbindungsrohr 10 können beispielsweise aus Edelstahl oder aus einem sonstigen geeigneten Material bestehen.

Parallel zu dem Verbindungsrohr 10 ist ein Flächenelement 12 vorgesehen, das dem rohrförmigen Gebilde 1 angepasste Ausnehmungen 13, 14 aufweist. Wie in Fig. 2 dargestellt, weist das Flächenelement 12 einen rechteckigen Querschnitt auf und ist in den Abmessungen der entsprechenden in der Wand 16 des Glühofens vorgesehenen Montageöffnung 15 angepasst. Bei der Montage wird die erfindungsgemäße Vorrichtung mit dem der Rekuperator- bzw. Brennerkammer 2, 3 gegenüberliegenden Ende durch die Montageöffnung 15 eingeführt, bis das Flächenelement 12 randseitig an der Wand 16 des Glühofens anliegt.

Im Anschluss daran wird das Flächenelement 12 an der Wand 16 angeschweißt, so dass das Ofengehäuse gasdicht ist. Es ist aber auch durchaus möglich, dass das Flächenelement 12 an der Wand 16 angeschraubt wird, wobei dann zwischen der Wand 16 und dem Flächenelement 12 eine Dichtung vorgesehen wird. Zur späteren Demontage des erfindungsgemäßen

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Stahlrohres sind an dem Flächenelement 12 -Laschen 17 vorgesehen, mittels derer das Flächenelement 12 an einer nicht dargestellten Ausbauvorrichtung fixiert werden kann.

Zusätzlich ist das rohrförmige Gebilde 1 mittels einer Abstützeinrichtung 18 vorzugsweise an der gegenüberliegenden, nicht dargestellten Wand des Glühofens abgestützt. Das nicht dargestellte und zu erwärmende Stahlband läuft dabei parallel entlang der rohrförmigen Gebilde 1, wobei die Breite des Stahlbandes vorzugsweise geringer als der Abstand zwischen der Abstützeinrichtung 18 und dem Flächenelement 12 ist, so dass das Stahlband über die vollständige Breite gleichmäßig erwärmt wird.

Auf der dem Innenraum des Glühofens zugewandten Seite weist das Flächenelement 12 und die Wand 16 des Glühofens eine mehrschichtige Isolier- und Schutzschicht 19 auf, um die Wand 16 bzw. das Flächenelement 12 vor Hitze zu schützen. Darüber hinaus dient die Isolier- und Schutzschicht 19 auch zur Reduzierung von Wärmeverlusten.

Über einen Kompensator 2 0 ist das rohrförmige Gebilde 1 im Bereich der Ausnehmung 13 mit dem Flächenelement 12 verbunden. Der Kompensator 20, der wellenförmig ausgebildet ist, ermöglicht einerseits, dass Abmessungsschwankungen infolge von Temperaturänderungen ausgeglichen werden. Andererseits gewährleistet der Kompensator 2 0 eine gasdichte Verbindung.

Im Bereich der Ausnehmung 13 des Flächenelementes 12 ist in dem rohrförmigen Gebilde 1 zum Ausgleich von Abmessungsschwankungen ein wellförmig ausgebildeter Abschnitt 2 0 vorgesehen.

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Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich, weist die Rekuperatorkammer 2 in dem der Brennerkammer 3 zugewandten Bereich eine Rinne 21 auf, so dass ein entsprechend ausgebildeter Rekuperator 4 in die Rekuperatorkammer 2 einführbar ist. Aufgrund der Rinne 21 ist der Flansch 6 unsymmetrisch in Bezug auf das rohrförmige Gebilde 1 ausgebildet. Es liegt auf der Hand, dass bei Verwendung von Rekuperatoren 4, die über keinen der Rinne 21 entsprechenden Vorsprung verfügen, die Rinne 21 nicht erforderlich ist. In diesem Fall ist der Flansch 6 symmetrisch zu dem rohrförmigen Gebilde 1 ausgerichtet.

Wie in Fig. 3 dargestellt, tritt das zu erhitzende gasförmige Medium in Richtung des Pfeils 22 durch eine Eintrittsöffnung 23 in den Rekuperator 4 ein. Dieser besteht in dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem zylinderförmig ausgebildeten und endseitig geschlossenen Rohr 24, das in dem dem Verbindungsrohr 10 zugewandten Bereich eine Ausströmöffnung 25 aufweist. Das Rohr 24 weist dabei ebenfalls einen wellförmig ausgebildeten Abschnitt 26 zur Vergrößerung der Oberfläche des Rohres 24 und somit zur Verbesserung der Wärmeabgabe auf. In dem Rohr 24 befindet sich ein Innenrohr 27 geringeren Durchmessers.

Es sind aber auch andere Rekuperatortypen verwendbar, die getrennt liegende Kanäle für das zu erhitzende gasförmige Medium sowie das noch erhitzte gasförmige Medium aufweisen. Die räumliche Trennung kann durch Rohrbündel bzw. Wände aus Gusseisen, Stahl, Keramik erfolgen. Die beiden Medien können dabei im Gleich-, Gegen- oder Kreuzstrom geführt werden. Der Wärmetausch selbst kann durch Strahlung und/oder Konvektion erfolgen.

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Das in Richtung des Pfeils 22 über die Eintrittsöffnung 23 in den Rekuperator 4 einströmende kalte gasförmige Medium strömt zunächst durch das Innenrohr 27 und wird infolge des geschlossenen Endes des Rohrs 24 in Richtung des Pfeils 22 umgelenkt. Hierdurch strömt das gasförmige Medium durch den zwischern der Außenseite des Innenrohres 27 und die Innenseite des Rohres 24 gebildeten Hohlraums in Richtung der Ausströmöffnung 25 und wird dabei durch das außen entlang des Rohrs 24, in Richtung der Pfeile 28 strömende noch erhitzte gasförmige Medium vorgewärmt.

Das so vorgewärmte gasförmige Medium strömt dann in Richtung des Pfeiles 29 durch das Verbindungsrohr 10 in die Brennerkammer 3 und wird hier durch den Brenner 5 auf die gewünschte Temperatur erhitzt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel strömt neben dem vorgewärmten gasförmigen Medium (Pfeil 29) ebenfalls in geringen Volumenströmen das noch erhitzte gasförmige Medium (Pfeil 30) in die Brennerkammer 3. Es ist aber durchaus möglich, dass der Volumenstrom an noch erhitztem gasförmigen Medium (Pfeil 30) vollständig unterbunden wird.

Der Brenner 5 weist an seinem nicht in die Brennerkammer 31 hineinragenden Ende Versorgungsleitungen 29 auf. Es können gas- oder flüssige Brennstoffe verwendet werden.

Das vorerwärmte gasförmige Medium (Pfeil 29) wird durch den Brenner 5 auf die gewünschte Temperatur erhitzt und durchläuft dann das rohrförmige Gebilde 1. Nach Umströmen des Rohrs 4 tritt das noch erhitzte gasförmige Medium über eine Austrittsöffnung 32 in Richtung des Pfeils 33, sofern es nicht nochmals die erfindungsgemäße Vorrichtung in Richtung des Pfeils 30 durchströmt, aus.

Claims

1. Vorrichtung zum indirekten Erwärmen von vorzugsweise flächigen Gebilden, insbesondere von Stahlbändern, mit einem in einen Ofen hineinragenden rohrförmigen Gebilde (1), wobei im Bereich der beiden, auf je einer Seite des Ofens befindlichen und aus dem Ofen herausragenden Enden des rohrförmigen Gebildes (1) ein Brenner (5) bzw. ein Rekuperator (4) in einer entsprechenden Brennerkammer (3) bzw. Rekuperatorkammer (2) angeordnet ist, und mit einem für das Strömen eines gasförmigen Mediums zwischen der Brennerkammer (3) und der Rekuperatorkammer (2) vorgesehenen Verbindungsrohr (10), wobei das über eine im Bereich des Rekuperators (4) angeordnete Eintrittsöffnung (23) eintretende und zu erwärmende gasförmige Medium im Rekuperator (4) durch das über eine Austrittsöffnung (32) austretende, noch erhitzte gasförmige Medium vorgewärmt wird, das vorgewärmte gasförmige Medium nach Durchströmen des Verbindungsrohres (10) durch den Brenner (5) auf die gewünschte Temperatur erhitzt wird und im Anschluss daran das rohrförmige Gebilde (1) in Richtung des Rekuperators (4) durchströmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennerkammer (3), die Rekuperatorkammer (2) und das Verbindungsrohr (10) einstückig mit dem rohrförmigen Gebilde (1) ausgebildet sind und der Brenner (5) und der Rekuperator (4) in entsprechend kammerförmig ausgebildeten Bereichen der entgegengesetzten Enden des Verbindungsrohres (10) vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das rohrförmige Gebilde (1) U- oder W-förmig ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsrohr (10) im Wesentlichen geradlinig verlaufend ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein sich im Wesentlichen parallel zum Verbindungsrohr (10) erstreckendes, insbesondere zumindest einseitig mit einer Isolier- und/oder Schutzschicht (19) versehenes Flächenelement (12) vorgesehen ist, das Ausnehmungen (13, 14), durch die die Endbereiche des rohrförmigen Gebildes (1) durchgeführt sind, aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennerkammer (3) und die Rekuperatorkammer (2) mitsamt dem Verbindungsrohr (10) endseitig an dem rohrförmigen Gebilde (1) angeschweißt sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsrohr (10) zumindest einen Kompensator, insbesondere ein Wellrohr (11), aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner (5) und/oder der Rekuperator (4) lösbar in der Brennerkammer (3) bzw. in der Rekuperatorkammer (2) befestigt sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Befestigung des Brenners (5) und/oder des Rekuperators (4) jeweils ein Flansch (6, 7) im Bereich der offenen Enden der Brennerkammer (3) bzw. Rekuperatorkammer (2) vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an dem der Brenner- (3) bzw. Rekuperatorkammer (2) gegenüberliegende Ende des rohrförmigen Gebildes (1) zumindest eine Abstützeinrichtung (18) vorgesehen ist.