DE3115930C2

DE3115930C2 - Stoßofen zum Wärmen von Stahl

Info

Publication number: DE3115930C2
Application number: DE3115930A
Authority: DE
Inventors: Helmut Ing.(grad.) 4030 Ratingen Heuß; Rüdiger Dipl.-Ing. Dr. 4040 Neuss Knaak
Original assignee: Wistra GmbH Thermoprozesstechnik
Current assignee: EOn Ruhrgas AG
Priority date: 1981-04-22
Filing date: 1981-04-22
Publication date: 1983-12-29
Also published as: DE3115930A1; US4470808A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stoßofen zum Wärmen von Stahl, bei dem das Wärmgut von oben und unten durch Brenner und deren Rauchgase erwärmt wird und bei dem das Wärmgut auf wassergekühlten Tragrohren ruht, die sich durch den Ofen vom Eintrittsende zum Austrittsende hin erstrecken, wobei die Tragrohre teilweise Aufsatzstücke tragen, über die das Gewicht des Wärmgutes auf die Tragrohre übertragen wird. Eine besonders gleichmäßige Erwärmung des Wärmgutes wird dabei durch die Kombination folgender Maßnahmen erreicht: Die Tragrohre sind in Längsrichtung in zwei Abschnitte geteilt und der austrittsseitige Abschnitt ist gegenüber dem eintrittsseitigen seitlich, vorzugsweise um 10-40 cm, versetzt angeordnet; die Teilung der Tragrohre liegt bei 10-30% der Ofenlänge am Austrittsende des Ofens; die Tragrohre sind in ihren austrittsseitigen Abschnitten mit Aufsatzstücken ausgerüstet, die aus einer rahmenartigen, auf das Rohr aufgesetzten Halterung, aus von der Halterung umfaßten druckfesten, wärmeisolierenden Zwischenstücken und aus auf den Zwischenstücken gelagerten metallischen Gleitstücken bestehen.

Description

1.1 Die Tragrohre (6, 7) sind in Längsrichtung in zwei Abschnitte geteilt und der austrittsseitige Abschnitt (7) ist gegenüber dem eintrittsseitigen (6) seitlich, vorzugsweise um 10—40 cm, versetzt angeordnet;

\2 die Teilung der Tragrohre (6, 7) liegt bei 10—30% der Ofenlänge am Austrittsende (3) des Ofens;

IJJ die Tragrohre (6, 7) sind in ihren aus«rittsseitigen Abschnitten (7) mit Aufsatzstücken (8) ausgerüstet, die aus einer rahmenartigen, auf das Rohr aufgesetzten Halterung (8b), aus von der Halterung umfaßten druckfesten, wärmeisolierenden Zwischenstücken (Sa) und aus auf den Zwischenstücken gelagerten metallischen Gleitstücken (8c; bestehen.

2. Stoffen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich dV' Teilung der austrittsseitige Abschnitt des Tragrohres (7) mit einem festen, einteiligen, prismatischen Ansatzstück (11) ausgerüstet ist, das etwa den gleichen Querschnitt wie die anschließenden aufgesetzten dreiteiligen Aufsatzstücke (8) besitzt.

3. Stoßofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das — in Durchstoßrichtung gesehen

— erste feste, prismatische, einteilige Aufsatzstück (11) des austrittsseitigen Tragrohres eine nach unten gerichtete Nase (12) besitzt, die, in Durchstoßrichtung gesehen, vor dem Ende des austrittsseitigen Tragrohres (7) liegt.

4. Stoßofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das — in Durchstoßrichtung gesehen

— erste feste prismatische Aufsatzstück (11) an seiner Oberkante eine Abschrägung besitzt, die in Durchstoßrichtung ansteigend mit der normalen Höhe der Aufsatzstücke endet.

Die Erfindung betrifft einen Stoßofen zum Wärmen von Stahl, bei dem das Wärmgut von oben und unten durch Brenner und deren Rauchgase erwärmt wird und bei dem das Wärmgut auf wassergekühlten Tragrohren ruht, die sich parallel zur Längsachse des Ofens vom Eintrittsende zum Austrittsende hin erstrecken, wobei die Tragrohre teilweise Aufsatzstücke tragen, über die das Gewicht des Wärmgutes auf die Tragrohre übertragen wird.

In einem Stoßofen soll der Stahl möglichst gleichmäßig auf Walztemperatur erwärmt werden. Dabei besteht das Problem, daß das Wärmgut an den Stellen, an denen es auf den wassergekühlten Tragrohren ruht eine gegenüber den übrigen Bereichen niedrigere Temperatur hat, weil einerseits die Beheizung durch die unter den Tragrohren befindlichen Brenner an diesen Stellen behindert ist und andererseits die Wärme zu den wassergekühlten Tragrohren abfließen kann. Vor dem Walzvorgang müssen auch diese Stellen die hierfür notwendige Temperatur angenommen haben. Dies wurde bei einer weitverbreiteten vorbekannten Bauform von Stoßöfen dadurch erreicht, daß die sich an die Aufheizzone des Ofens anschließende Ausgleichszone

■ο mit keramischen Festherden ausgerüstet war, in denen das Wärmgut auf einem Boden aus keramischen Material ruht, das gute thermische Isolationseigenschaften hat. Die Ausgleichszone ist schon deshalb notwendig, weil das Wärmgut zunächst hauptsächlich

ι j an der Oberfläche erhitzt wird, während der Kern der Brammen, Blöcke und dergleichen längere Zeit benötigt, um auf die gleiche Temperatur zu kommen. Auf den Festherden sollte· gleichzeitig auch der Temperaturausgleich bezüglich der. durch die wassergekühlten Tragrohre in der Aufheizzone erzeugten Kühlschatten erfolgen. Das Ergebnis mußte jedoch bei derartigen öfen schon deshalb unbefriedigend bleiben, weil eine Beheizung innerhalb der Ausgleichszone bei Verwendung keramischer Festherde nur von oben möglich war. Dadurch ergaben sich erhebliche Temperaturunterschiede in vertikaler Richtung. Dies führte, wie jedem Fachmann unmittelbar einsichtig ist, zu erheblichen Problemen beim anschließenden Walzvorgang. Insbesondere waren die Bleche häufig verzogen, was zu ungleichmäßiger Produktqualität und erhöhtem Ausschuß führte.

Diese Nachteile wurden durch eine Konstruktion vermieden, von der auch die vorliegende Erfindung ausgeht, bei der die wassergekühlten Tragrohre im wesentlichen ununterbrochen vom Eintrittsende zum Austrittsende des Ofens verlaufen, d.h. auch in der Ausgleichszone, die auch in diesem Fall schon wegen des Oberflächen-Kern-Ausg.leichs notwendig ist, befinden sich metallene Tragrohre jt-itt der keramischen Festherde. Um die für den Temperaturausgleich notwendige verminderte Wärmeableitung zwischen dem Wärmgut und den Tragrohren zu erreichen, sind bei derartigen öfen Aufsatzstücke vorgesehen, die in ihrer einfachsten Form als prismatische Reiter ausgebil-

+5 det sind. Diese Konstruktion ist verhältnismäßig einfach und kostengünstig, jedoch ist die Wärmeableitung zu den Tragrohren im Ausgleichsbereich des Ofens bei höheren Ansprüchen an die Qualität des Walzgutes zu groß. Es bedurfte daher noch einer weiteren Verbesserung, damit das Konzept der durchgehenden Tragrohre sich in der Praxis in großem Umfang durchsetzen konnte.

In der DE-AS 15 83 379 ist ein Stoßofen beschrieben, bei dem im vorderen, der Aufheizung des Wärmgutes dienenden Teil die erwähnten, einfachen, prismatischen metallischen Aufsatzstücke vorgesehen sind, während im hinteren, dem Wärmeausgleich dienenden Ofenteil die aus der DE-AS 11 93 528 bereits zuvor bekannten dreiteiligen Aufsatzstücke zur Anwendung kommen, die aus-einer rahmenartigen, auf das Rohr aufgesetzten Halterung, von der Halterung umfaßten, druckfesten, wärmeisolierenden Zwischenstücken und aus auf den Zwischenstücken gelagerten metallischen Gleitstücken bestehen. Im Vergleich zu einer Temperaturausgleichs-

^b5 zone mit Festherden erreicht man bei dieser Konstruktion eine wesentlich bessere Temperaturgleichmäßigkeit in vertikaler Richtung in den Brammen und Blöcken, weil eine Befeuerung von unten im gesamten

Ofen, also auch in der, Temperaturausgleichszone möglich ist Auch die Kühlschatten an den Stellen, an denen das Wärmgut auf den Tragrohren aufliegt, wurden durch diese Maßnahmen, erheblich vermindert. Hier wäre jedoch eine weitere Verbesserung wünsehenswert ■· ·- ■

Ein anderer Weg, die Verwendung von metallischen, wassergekühlten Tragrohren in der Ausgleichszone eines Stoßofens zu ermöglichen, der bereits praktisch erprobt wurde, besteht darin, die Tragrohre in zwei Abschnitte aufzuteilen, wobei der in der Ausgleichszone des Ofens liegende, hintere Abschnitt gegenüber dem vorderen Abschnitt der Tragrohre quer versetzt angeordnet ist Dabei werden Temperaturdifferenzen, die beim Aufheizen oberhalb des Tragrohres entstanden sind beim anschließenden Aufliegen auf dem versetzt angeordneten Tragrohr wieder ausgeglichen, weil dann an dieser Stelle die unbehinderte Beheizung von unten her erfolgen kann und keine Kühlung durch das Tragrohr mehr bewirkt wird. Hierbei entstehen jedoch an den neuen Auflagestellen des Tragrohres wiederum Kühlschatten. Um diese zu vermeiden, wurden metallische Aufsatzstücke verwendet, die jedoch relativ groß und kompliziert sein müssen, um einen befriedigenden Temperaturausgleich zu bewirken. Diese Lösung kann auch insbesondere unter dem Gesichtspunkt der Energieersparnis nicht befriedigen. Soweit die einteiligen metallischen Aufsatzstücke (Reiter) nämlich eine noch ausreichende Temperaturgleichmäßigkeit oberhalb des versetzt angeordneten Tragrohres erDringen, wird dies, wie im Rahmen der vorliegenden Erfindung erkannt wurde, nur dadurch bewirkt, daß die Isolation, die die Reiter an deren Seite umgibt, im praktischen Betrieb im allgemeinen schon nach kürzerer Betriebsdauer weggedrückt wird, weil der aufgesetzte Reiter auf dem Tragrohr, an dem die Isolation befestigt ist, im Betrieb kleine Bewegungen macht. Dadurch werden die Seitenflächen der Reiter vom Ofen her beheizt Dies führt zu relativ hohen Reitertemperaturen und damit zu einer relativ -kleinen Temperaturdifferenz im, Wärmgut. Die Temperaturgleichmäßigkeit wird aber in diesem Fall nur um den Preis einer erhöhten Energiezufuhr erreicht.

Auch für öfen mit keramischen Festherden wurde in der DE-AS 12 00 332 bereits vorgeschlagen, den⁴⁵ Festherd in Streifen zu unterteilen, die ungekühlte keramische Gleitschienen bilden. Diese keramischen Gleitschienen sollen nach der vorbekannten Druckschrift versetzt zu den metallenen Gleitschienen im Aufheizbereich des Ofens angeordnet sein. Außerdem ⁵" soll zwischen den keramischen Gleitschienen in der Ausgleichszone des Ofens eine Befeuerung nach unten durch entsprechende Ofenräume ermöglicht werden. Diese Konstruktion hat jedoch geringe praktische Bedeutung erlangt, weil die Festherdstreifen aus keramischem Material entweder sehr breit sein müssen oder einem zu großen Verschleiß unterliegen. Bei hinreichender Breite ist der Temperaturausgleich und die Möglichkeit der Beheizung von unten unbefriedigend. Wenn man urngekehrt die Festherdstreifen so schmal macht, daß ein ausreichender Temperaturausgleich erzielt würde, ergibt sich ein zu starker Verschleiß insbesondere durch die Verzunderung der Keramik. Schon durchgehende Festherde haben im allgemeinen erhebliche Verschleißprobleme durch Ver- ^0:l zunderung. Dies gill selbstverständlich verstärkt, wenn nur Festherdstreifen verwandt werden.

Aufgabe der vorliegenden F.rfindiing ist es. einen Stoßofen der eingangs beschriebenen Art mit wassergekühlten Tragrohren in der Ausgleichszone dahingehend zu verbessern, daß Kühlschatten beim Wärmgut weitgehend vermieden werden, wobei der Energieverbrauch, der zu Erreichung einer gleichmäßigen Temperatur notwendig ist, möglichst gering sein soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Kombination folgender Maßnahmen:

Die Tragrohre sind in Längsrichtung in zwei Abschnitte geteilt und der austrittsseitige Abschnitt istgegenüber dem eintrittsseitigen seitlich, vorzugsweise um 10—40 cm, versetzt angeordnet; die Teilung der Tragrohre liegt bei 10—30% der Ofenlänge am Austrittsende des Ofens; die Tragrohre sind in ihrem austrittsseitigen Abschnitten mit Aufsatzstücken ausgerüstet, die aus einer rahmenartigen, auf das Rohr aufgesetzten Halterung, aus von der Halterung umfaßten druckfesten, wärmeisolierenden Zwischenstücken und aus auf den Zwischenstücken gelagerten metallischen Gleitstücken bestehen.

Durch die erfindungsgemäße Kor>;^ruktion wird ein ungewöhnlich guter Temperaturausgleich ohne zusätzlichen Energiebedarf erreicht Dadurch wird es sogar möglich, im eintrittsseitigen Abschnitt des Ofens, also in der Aufheizzone, völlig ohne Aufsatzstücke zu arbeiten oder zuirJndest deren Anzahl zu reduzieren beziehungsweise eine besonders einfache und damit kostengünstige Ausführungsform von Reitern zu wählen.

Die erfindungsgemäß zur Anwendung kommenden dreiteiligen Aufsatzstücke haben, wie erwähnt, eine wesentlich bessere Isolationswirkung als die einteiligen metallischen Reiter. Das liegt daran, daß die bei ihnen verwendeten, druckfesten, wärmeisolierenden Zwischenstücke im allgemeinen aus keramischem Material mit verhältnismäßig sehr geringem Wärmeleitvermögen bestehen. Diese nehmen den größten Teil der Druckkräfte auf, so daß die metallische Halterung wesentlich kleinere Querschnitte benötigt Zwar ist auch bei den 3teiligen Reitern deren seitliche Isolation ,durch die unvermeidlichen Bewegungen des Reiters auf dem Tragrohr ähnlich gefährdet wie bei den einteiligen metallischen Aufsatzstücken, jedoch ist die Wärmeableitung zum gekühlten Tragrohr hin auch bei abgefallener Seitenisolation des Reiters und Aufheizung der Seiten des 3teiligen Reiters wesentlich geringer, weil, wie gesagt, die metallischen Querschnitte viel kleiner sind. Gleichzeitig ist aber auch wegen der kleineren metallischen Querschnitte die Wärmeisolation der 3teiligen Aufsatzstücke wesentlich besser. Dadurch wird die Temperaturgleichmäßigkeit im Wärmgut in der erwünschten Weise weiter verbessert und gleichzeitig der Energieverlust durch zum Tragrohr abfließende Wärme verringert

Die e:;findungsgemäße Konstruktion bedingt, daß die heißen Brammen beim Erreichen der versetzt angeordneten Tragrohre auf die 3teiligen Reitet auflagern. Dieses unmittelbare Auflaufen der Brammen auf 3teilige Reiter wurde in Fachkreisen als nachteilig angesehen, weil bei vorbekannten Anlagen mit 3teiligen Reitern, bei denen diese auch im Eingangsbereich des Wärmofens vorgesehen sind, die Erfahrung gemacht wurde, daß die Reiter einen hohen Verschleiß zeigten. Dadurch war die Meinung verbreitet, daß die 3teiligen Reiter nicht geeignet sind, die erhöhten Belastungen beim Auflaufen der Brammen auszuhalten.

Die vorliegende Erfindung hat nun erkannt, daß derartige Probleme nicht auftreten, wenn das Auflaufen auf die 3teiligen Reiter nicht, wie bei den bekannten

Anlagen, im Eingangsbereich des Ofens sondern in dessen letztem Drittel erfolgt. Diese zunächst überraschende Feststellung läßt sich wohl damit begründen, daß im mittleren Bereich des Ofens eine zwar hohe aber sehr gleichmäßige Temperatur herrscht, während die Temperatur im Eingangsbereich, insbesondere aufgrund der wechselnden Beschickung mit Wärmgut, erheblichen Änderungen unterworfen ist. Die 3teiligen Reiter sind, wie sich herausgestellt hat, unter den Bedingungen einer gleichmäßig hohen Temperatur durchaus in der Lage, den Druck der auflaufenden Brammen aufzunehmen, wenn die Temperatur zwar hoch, aber gleichmäßig ist. Bei wechselnden Temperaturen unterliegen sie dagegen, wie erwähnt, einem erhöhten Verschleiß.

Die hervorragende Isolation der 3teiligen Aufsatzstücke bewirkt, daß sie praktisch keine Wärmeableitung vom Wärmgut zum Tragrohr hin bewirken. Dabei spielt die Tatsache eine wichtige Rolle, daß die Seiten der Reiter von den heißen Rauchgasen aufgeheizt werden, und der Wärmeabfluß vom Reiter zum Tragrohr hin praktisch vollständig von der Erwärmung der Seiten der Reiter gedeckt wird. Dadurch kann auch eine größere Länge des Abschnittes mit versetztem Tragrohr vorgesehen werden, ohne daß eine unzulässige Temperaturabsenkung oberhalb des versetzt angeordneten Tragrohres eintritt. Dadurch wird auch die Benutzung einer größeren Länge des Ofens für die Nachheizung des Bereiches des Wärmgutes ermöglicht, der vorher auf dem Tragrohr aufgelegen hat, so daß auch in diesem Bereich des Wärmgutes eine verbesserte Temperaturgleichmäßigkeit erzielt werden kann. Die Länge des versetzt angeordneten Tragrohres kann auch so groß gewählt werden, daß die im Eingangs- und Mittenbereich des Ofens nicht versetzt angeordneten Tragrohre nicht mit Reitern ausgerüstet zu werdem brauchen und auch dabei ein verbesserter Temperaturausgleich erzielt wird. Da die Ansatzstücke aus hochhitzebeständigem Material bestehen müssen und dadurch sehr teuer sind, werden dadurch auch die Erstellungs- und Betriebskosten herabgesetzt.

Weiter wird vorgeschlagen, daß im Bereich der Teilung der austrittsseitige Abschnitt des Tragrohres mit einem festen, einteiligen, prismatischen Aufsatzstück ausgerüstet ist, das etwa den gleichen Querschnitt wie die anschließenden aufgesetzten 3teiligen Aufsatzstücke besitzt

Das Wärmgut wechselt, wie bereits zuvor beschrieben, im Bereich der Teilung der Tragrohre seine Auflage und wird dabei von dem austrittsseitigen, versetzt angeordneten Tragrohr übernommen. Zwar hat sich, wie weiter oben dargelegt wurde, herausgestellt, daß die 3teiligen Aufsatzstücke überraschenderweise diese besondere Belastung bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform tragen können, jedoch ergeben sich bezüglich des jeweils ersten Aufsatzstückes des austrittsseitigen Abschnitts des Tragrohres insbesondere dann besondere Probleme, wenn die Unterkante des Wärmgutes in der Horizontalen nicht geradlinig ist, sondern sich unter der Wärmebeanspruchung und unter

dem Einfluß der Schwerkraft durchgebogen hat. Unter derartigen Bedingungen ist es besonders vorteilhaft, gemäß der beschriebenen bevorzugte/i Ausführungsform der Erfindung als jeweils ersten Reiter auf dem austrittsseitigen Abschnitt des Tragrohres ein einstückiges Aufsatzstück zu verwenden.

Weiter wird vorgeschlagen, daß das erste feste, prismatische, einteilige Aufsatzstück des austrittsseitigen Tragrohres eine nach unten gerichtete Nase besitzt, die, in Durchstoßrichtung gesehen, vor dem Ende des austrittsseitigen Tragrohres liegt. Diese Ausführung ist in der Lage, die bei dem vorstehend beschriebenen Übernehmen des Wärmgutes durch das austrittsseitige, versetzt angeordnete Tragrohr entstehenden zusätzlichen Horizontalkräfte in Durchstoßrichtung direkt mit Hilfe der Nase auf das Tragrohr zu übertragen.

Dabei steht durch die Nase ein Materialquerschnitt für die Übertragung der Horizontalkräfte zur Verfügung, der gegenüber den ohnehin vorhandenen Halterungen um ein Vielfaches größer ist.

Schließlich wird vorgeschlagen, daß das — in Durchstoßrichtung gesehen — erste feste prismatische Aufsatzstück an seiner Oberkante eine Abtragung besitzt, die in Diirchstoßrichtung ansteigend mit der normalen Höhe der Aufsatzstücke endet. Diese Ausführung verhindert, daß ein nach unten durchgebogenes Wärmgutstück mit seiner Unterkante gegen die Stirwieite des ersten Aufsatzstückes des des austrittsseitigen, versetzt angeordneten Tragrohres gegenläuft und damit eine Betriebsstörung hervorruft oder das Aufsatzstück und das Tragrohi beschädigt Die

F i g. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Stoßofen im Längsschnitt. Die

F i g. 2 diesen Ofen im Schnitt A -A. Die

Fig.3 zeigt drs Detail B der Fig. t in größerem Maßstab.

Dabei bezeichnet (!) das Ofengehäuse. (2) die Eintrittsöffnung, (3) die Austrittsöffnung, (4) in der Decke angeordnete Brenner, (5) die Seitenbrenner der unteren Beheizungsräume, (6) das eintrittsseitige Tragrohr, das sich auf knapp 80% der Ofenlänge erstreckt, (7) das austrittsseitige, versetzt angeordnete Tragrohr, das die 3teiligen Reiter (8) trägt Die 3teiligen Reiter bestehen jeweils aus einer auf das Rohr (7) aufgesetzten rahmenartigen Halterung (86Ji aus von der Halterung (Sb) umfaßten druckfesten wärmeisolierenden Zwischenstücken (Sa) und aus auf den Zwischenstücken (8a) gelagerten metallischen Gleitstücken (Qc). (9) die Steher, die die Tragrohre tragen, (10) die in Fig.3 im Schnitt dargestellte Isolation von Tragrohren und Stehern. Das feste, einteilige, prismatische Aufsatzstück am Beginn des austrittsseitigen, versetzt angeordneten Tragrohres ist mit (U) bezeichnet Seine nach unten gerichtete Nase die vor dem Ende des austrittsseitigen Tragrohres liegt, ist mit (12) und die Abschrägung an seiner Oberkante mit (13) bezeichnet (14) schließlich bezeichnet eine Schleißleiste, die auf das eintrittseitige Tragrohr aufgeschweißt ist

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Stoßofen zum Wärmen von Stahl, bei dem das Wärmgut von oben und unten durch Brenner und deren Rauchgase erwärmt wird und bei dem das Wärmgut auf wassergekühlten Tragrohren ruht, die sich parallel zur Längsachse des Ofens vom Eintrittsende zum Austrittsende hin erstrecken, wobei die Tragrohre teilweise Aufsatzstücke tragen, über die das Gewicht des Wärmgutes auf die Tragrohfe übertragen wird, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Maßnahmen: