DE746187C

DE746187C - Multi-zone heater, especially for blast furnaces

Info

Publication number: DE746187C
Application number: DEST48269D
Authority: DE
Original assignee: ALFRED SCHACK DR ING; JENNY POHL GEB HOHL; BROHLTAL AG fur STEIN U TONIN
Current assignee: ALFRED SCHACK DR ING; JENNY POHL GEB HOHL; BROHLTAL AG fur STEIN U TONIN
Priority date: 1931-01-24
Filing date: 1931-01-24
Publication date: 1944-12-12

Description

Mehrzonenwinderhitzer, insbesondere für Hochöfen Bei der gebräuchlichen Ausgitterung der Wärmespeicher nach Art der Mehrzonenwinderhitzer verwendet man in den heißen Lagen dicke Steine mit weiten Kanälen, die nach den kühleren Lagen stufenweise in ein engmaschiges Gitterwerk übergehen, wobei sich die Steinstärken ebenfalls stufenweise verringern. In neuerer Zeit geht die Entwicklung dahin, die Kanalweiten in den heißen Lagen unter gleichzeitiger Verminderung der Wandstärken der Steine zu verkleineren. Man hat so bei Kanalweiten bis herunter zu zoo mm iznd vereinzelt bis -zu 8o mm Gitterwerke erhalten, die etwa den gleichen freien Durchgangsquerschnitt besitzen wie das alte weitmaschige Gitterwerk, d. h. etwa 50°/0. Die Strömungswiderstände und die Strömungsgeschwindigkeit .sind also nicht wesentlich verändert, und das Steingewicht je Kubikmeter Gitterwerk ist etwa glas gleiche geblieben.Multi-zone coil heaters, especially for blast furnaces Stripping of the heat accumulator in the manner of the multi-zone heater is used in the hot areas thick stones with wide channels, those in the cooler areas Gradually merge into a close-meshed latticework, whereby the stone thicknesses increase also gradually decrease. In recent times the development is going on that Channel widths in the hot areas with a simultaneous reduction in wall thickness to shrink the stones. This means that with duct widths down to zoo mm iznd occasionally up to 80 mm latticework with approximately the same free passage cross-section like the old wide-meshed latticework, d. H. about 50 ° / 0. The flow resistances and the flow velocity .are not significantly changed, and that The weight of the stone per cubic meter of the latticework has remained roughly the same as glass.

Demgegenüber wird nach der Erfindung vorgeschlagen, in den heißen Lagen des Mehrzonenwinderhitzers die Kanalweiten der Steine trotz dicker Wandstärken so weit zu verengen, daß der Durchgangsquerschnitt in den heißen Lagen auf 36°%o und weniger des Gesamtquerschnitts des Gitterwerks vermindert und wesentlich kleiner als in den kühleren Lagen ist. Die Weiten der einzelnen Kanäle der heißen Lagen werden dabei vorzugsweise auf unter 6o mm herabgesetzt.In contrast, it is proposed according to the invention, in the hot The channel widths of the stones were in the position of the multi-zone heater despite the thick walls to narrow so far that the passage cross-section in the hot areas to 36 °% o and less of the overall cross-section of the latticework and much smaller than is in the cooler areas. The width of the individual channels of the hot layers are preferably reduced to less than 60 mm.

Die Erfindung weicht also von der geschilderten Entwicklungslinie ab. Jeder Konstrukteur wäre auf Grund der bisherigen Entwicklung bestrebt gewesen, bei einer Verengung der einzelnen Kanäle gleichzeitig die Wandstärken entsprechend dünn zu wählen, um einen großen freien Durchgangsquerschnitt für die an diesen Stellen noch heißen Gase mit entsprechend großen Volumen beizubehalten und dadurch nach der herrschenden Meinung die Strömungswiderstände sowie die-Strömungsgeschwindigkeit in den heißen Lagen in erträglichen Grenzen zu halten. Es ist nämlich zu berücksichtigen, daß der Strömungswiderstand bei einer derart starken Verengung der einzelnen Kanäle, da der Reibungswiderstand mit abnehmendem Kanaldurchmesser zunimmt, schon bei gleichbleibender Strömungsgeschwindigkeit steigt. Trotzdem wird nach der Erfindung durch die dicken Wandstärken auch der Durchgangsquerschnitt erheblich vermindert und der größere Strömungswiderstand sowie die durch die Verminderung des freien Durchgangsquerschnitts erhöhte Str5muiigageschwindigkeit in Kauf genommen. weil gleichzeitig die Wärinedurchgangsverhältnisse in der heißen Zone derart geändert werden, daß sich eiii@. stark verringerte Steintemperatur und dßirizufolge wieder eine bessere Lebensdauer-,@es Gitterwerks, neben der Erhöhung der Wäriteühertragung ie 1.tauineinheit, ergibt. '.The invention thus deviates from the line of development described away. Every designer would have endeavored on the basis of previous developments with a narrowing of the individual channels, the wall thicknesses accordingly to choose thin, in order to have a large free passage cross-section for the in these places to maintain still hot gases with correspondingly large volumes and thereby after the prevailing opinion is the flow resistances and the flow velocity to keep within tolerable limits in the hot areas. It must be taken into account that the flow resistance with such a strong narrowing of the individual channels, since the frictional resistance increases with decreasing channel diameter, even if it remains the same Flow velocity increases. Nevertheless, according to the invention by the thick Wall thicknesses also include the passage cross-section considerably reduced and the greater flow resistance as well as the reduction in the free Passage cross-section increased flow rate accepted. because at the same time the heat transmission ratios in the hot zone changed in this way become that eiii @. greatly reduced stone temperature and consequently again a better service life -, @ es latticework, in addition to increasing the heat transfer the 1st rope unit results. '.

Zum Verständnis dieser Verhältnisse seien die wärmetechnischen Vorgänge im Winderhitzer auf Grund der neuen Forschung kurz erläutert: Der Wärmeübergang im Winderhitzer erfolgt teils durch Berührung des gasförmigen :Mittels mit der Heizfläche (Konvektion), teils durch Strahlung. Der Wärmeübergang durch Konvektion nimmt mit steigender Geschwindigkeit des gasförmigen Mittels zu und mit steigender Schiclitdicl;e. d. h. mit zunehmendem Kanaldurchmesser, ab. Der Wärmeübergang durch Strahlung dagegen nimmt mit steigender Schichtdicke des strahlenden gasförmigen Mittels zu. Die Strahlung ist aber an das Vorhandensein strahlender Stoffe -für den Winderhitzer kommen insbesondere Wasserdampf und Kohlensäure in Fragein dem gasförmigen Mittel gebunden. Außerdem ist die Strahlung besonders stark von der Temperatur abhängig, mit deren Zunahme sie stark ansteigt.To understand these relationships, let us consider the thermal processes briefly explained in the boiler based on the new research: The heat transfer in the heater is partly done by the contact of the gaseous: agent with the heating surface (Convection), partly due to radiation. The heat transfer by convection takes away increasing velocity of the gaseous agent and with increasing schiclitdicl; e. d. H. with increasing channel diameter. The heat transfer through radiation, on the other hand increases with increasing layer thickness of the radiating gaseous medium. The radiation However, the presence of radiant substances is particularly important for the heater Water vapor and carbonic acid in question are bound in the gaseous medium. aside from that the radiation is particularly dependent on the temperature, with its increase it rises sharply.

Da die Luft keine in Betracht kommenden Mengen von Kohlensäure und Wasserdampf enthält, ist der Anteil der Strahlung am Wärmeübergang in derWindperiode praktisch gleich Null, und der Luftstrom nimmt nur Wärme durch Konvektion auf. In der Gasperiode dagegen überwiegt der Wärmeübergang durch Strahlung, zumal das Heizgas mit Temperaturen über rooo° C in die oberste Zone des Winderhitzers eintritt. Im ganzen ist die Wärrneübergangszahl bei dicken Steinen finit weiten Kanälen in der heißen Zone ebenso wie bei den neueren Ausgitterungen mit dünnen Steinen und engeren Kanälen infolge des ebenfalls starken Anteils der Konvektion gröber als in der Windperiode.Since the air does not contain any suitable amounts of carbonic acid and Contains water vapor, is the share of the radiation in the heat transfer in the wind period practically zero, and the air flow only absorbs heat by convection. In In the gas period, on the other hand, the heat transfer through radiation predominates, especially since the heating gas enters the uppermost zone of the heater with temperatures above rooo ° C. in the The whole of the heat transfer coefficient for thick stones is finitely wide channels in the hot zone as well as the newer grids with thin stones and narrower ones Canals are coarser than in the wind season due to the likewise strong proportion of convection.

Diese Verschiedenheiten in der Wärmeübertragung äußern sich darin, daß in der Gasperiode der Temperaturunterschied zwischen dein heizenden Gas und der Heizfläche infolge der großen Wärmeübergangszahl klein und in der Windperiode der Temperaturunterschied zwischen der Heizfläche und dein Wind infolge der kleinen Wärmeübergangszahl groß ist: Das bedeutet praktisch, daß die mittlere Steintemperatur nahe der Gastemperatur, also sehr hoch liegt, während die Windtemperatur verhältnismäßig niedrig bleibt. Die Steintemperatur erreicht dabei leicht eine gefährliche Höhe.These differences in heat transfer are expressed in that in the gas period the temperature difference between your gas and heating the heating surface due to the large heat transfer coefficient and small in the wind season the temperature difference between the heating surface and your wind as a result of the small Heat transfer coefficient is large: That practically means that the average stone temperature close to the gas temperature, i.e. very high, while the wind temperature is relatively high remains low. The stone temperature can easily reach a dangerous level.

Da nach der Erfindung in den heißen Lagen trotz dicker Wandstärken enge Kanäle gewählt sind und daher gleichzeitig die Strömungs-@rschwindigkeit stark gestiegen sowie die Schichtdicke des strömenden Mittels stark 'verkleinert ist, ist der Wärmeübergang durch Konvektion stark auf Kosten des Wärmeü.ber-"angs durch Strahlung vergrötlert. Der Wärmeübergang der Gasperiode ist dadurch dem Wärmeübergang der Windperiode mehr angeglichen, und ebenso ist einerseits der Temperaturunterschied zwischen dem heizenden Gas und der Heizfläche in der Gasperiode vergrößert und andererseits der Tetnperaturunterchied zwischen der Heizfläche und dem Wind in der Windperiode verringert. Die Mehrzonen«-inderhitzer nach der Erfindung ergeben daher eine niedrigere mittlere Steintempcratur und eine bessere Ausnutzung des Gitterwerks.Since according to the invention in the hot areas despite thick wall thicknesses narrow channels are chosen and therefore the flow velocity is strong at the same time increased as well as the layer thickness of the flowing medium is greatly reduced, the heat transfer by convection is strong at the expense of the heat transfer through Radiation grows bigger. The heat transfer of the gas period is therefore the heat transfer the wind period is more aligned, and on the one hand the temperature difference is also between the heating gas and the heating surface in the gas period is increased and on the other hand the temperature difference between the heating surface and the wind in the wind season decreased. The multi-zone "inheater according to the invention therefore result in a lower one medium stone temperature and better utilization of the latticework.

Die vorliegende Erfindung besteht also kurz zusammengefaßt darin, dar in den heißen Lagen die Kanalweiten gegenüber dein heutigen Mehrzonenwinderhitzer so weit verengt werden, daß dadurch eineVerschiebung derGröße der Wärmeübergangszahlen zu Gunsten der Wärnieübergangszahlen des Windes erreicht wird. -Nebenwirkungen bestehen in einer erlieblichen Vergrößerung der Wärmedurchgangszahl sowie des Speichergewichtes und der Heizfläche je Kubikmeter in den heißen Lagen gegenüber den modernen weitmaschigen Mehrzonenwinderhitzern.Briefly summarized, the present invention consists in: in the hot areas, the channel widths compared to your current multi-zone heater are narrowed so far that this results in a shift in the size of the heat transfer coefficients in favor of the heat transfer figures of the wind is achieved. - There are side effects in an appreciable increase in the heat transfer coefficient and the storage weight and the heating surface per cubic meter in the hot areas compared to the modern, wide-meshed areas Multi-zone hot water heaters.

Claims

PATENT CLAIM: -1, Zelirzone hot water heater, especially for blast furnaces, in which stones with larger wall thicknesses and larger channel widths are arranged in the hot layers than in the cooler layers, characterized in that the free passage cross-section in the hot layers is achieved by reducing the channel widths and by means of strong Increase in the weight of the stone to 36 per cent and less of the total cross-section is reduced and much smaller than in the higher layers. To distinguish the subject of the application from the state of the art, the following publications were considered in the granting procedure: "Report of the Blast Furnace Committee of the Association of German Ironworkers" - "Zr. 76, March 16, 1926, pp. 18 and r9; Austrian patent specification No. 118 225;:> Textbook of Metallurgy "by O; zinn, Vol. I, 1923, p.379