<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren und Einrichtung zur Kühlung von Schmelzöfen, insbesondere
Siemens-Martin-Öfen
EMI1.1
<Desc/Clms Page number 2>
Wasser (Umlaufwasser), das in einem offenen Kühlturm rückgekühlt wird, durchzuführen ; hiebei wird jedoch das Wasser allmählich verunreinigt und ausserdem erfolgt in einem offenen Kühlturm die
Rückkühlung in Abhängigkeit vom jahreszeitlichen Temperaturgang und kann nicht beliebig beschleunigt werden, so dass eine relativ grosse Kühlwassermenge in Umlauf versetzt werden muss, um eine ausreichende Kühlung des Ofens zu gewährleisten.
Eine wesentliche Verbesserung ergibt sich, wenn, wie dies für Hochöfen bekannt ist, eine Kühlung im geschlossenen Kreislauf mit reinem, enthärtetem Wasser angewandt wird, wobei das aus den
Kühlrohren abströmende Wasser durch geschlossene Luftkühler oder mit Wärmerückgewinn in einer
Warmwasserheizung rückgekühlt wird. Auch bei dieser Kühlmethode ist jedoch die Kühlleistung bis zu einem gewissen Ausmass vom jahreszeitlichen Temperaturgang abhängig und die Geschwindigkeit der
Rückkühlung des heissen Wassers kann nicht ausreichend erhöht werden ; daher müssen auch bei dieser
Art der Kühlung grosse Rückkühleinrichtungen vorgesehen und verhältnismässig grosse Reinwassermengen in Umlauf gehalten werden, um eine ausreichende Kühlwirkung an den heissen Ofenteilen sicherzustellen.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Kühlung von
Schmelzöfen, insbesondere Siemens-Martin-Ofen, zu schaffen, bei dem bzw. bei der mit einem gegenüber den bekannten Kühleinrichtungen beträchtlich herabgesetzten Kostenaufwand auch in sehr heissgehenden Schmelzöfen die thermisch höchstbeanspruchten Ofenteile gleichmässig und wirksam gekühlt und die Kühlrohre auch an den heissesten Stellen des Ofens frei von Ablagerungen aus der
Kühlflüssigkeit, insbesondere Kühlwasser, gehalten werden können.
Demnach betrifft die Erfindung ein. Verfahren zur Kühlung von Schmelzöfen, insbesondere
Siemens-Martin-Öfen, im geschlossenen Kreislauf mit einer Kühlflüssigkeit, insbesondere enthärtetem Wasser, das immer wieder durch Wärmeentzug rückgekühlt wird, und erreicht das angestrebte Ziel im wesentlichen dadurch, dass zur Rückkühlung der beim Kühlen der heissen Ofenteile erhitzten
Kühlflüssigkeit, insbesondere destilliertes Wasser, das vorzugsweise ein Gefrierschutzmittel enthält, eine kalte Sole verwendet und diese Sole durch ein Kältemittel gekühlt wird, das in einem mit einem Kälteerzeuger der Kompressor- oder Absorptionstype ausgestatteten Kältemittelkreislauf geführt wird.
Die Einrichtung gemäss der Erfindung zur Durchführung dieses Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Rückkühlung des erhitzten Kühlmittels bzw. Wassers (Reinwassers), das insbesondere destilliert ist und vorzugsweise ein Gefrierschutzmittel enthält, ein Abschnitt des geschlossenen Kreislaufleitungssystems in einer kalten Sole liegt, die ihrerseits durch ein Kältemittel gekühlt ist, das in einem mit einem Kälteerzeuger ausgestatteten Kältemittelkreislauf zirkuliert.
Bei der im Rahmen der Erfindung vorgesehenen Art der Rückkühlung des Kühlmittels, insbesondere Reinwasser, können dem heissen Kühlmittel durch die kalte Sole sehr rasch so grosse Wärmemengen entzogen werden, dass die Rückkühlung einer bestimmten Kühlmittelmenge praktisch nicht mehr Zeit erfordert als die Erhitzung einer gleich grossen Kühlmittelmenge beim Durchgang durch die Kühlrohre. Dies ist insbesondere dadurch möglich, weil die Kühlwirkung der Sole durch Erhöhung der Kälteleistung des Kälteerzeugers stark gesteigert werden kann.
Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, in einem Stahlschmelzofen üblicher Durchschnittsgrösse Reinwasser mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0, 5 bis 1 m/sec im geschlossenen Kreislauf in Umlauf zu halten und hiebei mit einer Reinwassermenge von höchstens 450 bis 600 I die Vorderwand des Schmelzofens einwandfrei und gleichmässig zu kühlen.
Da es sich also um keineswegs beträchtliche Mengen an Reinwasser handelt, und diese Mengen überdies im Betrieb durch die auch in einem geschlossenen Kreislaufsystem nicht gänzlich vermeidbaren Verluste nur sehr langsam vermindert werden, ist es wirtschaftlich ohne weiters tragbar, für den Reinwasserkreislauf destilliertes Wasser zu verwenden. Wenn dem Reinwasser etwa 5 bis 15% Glycerin oder Alkohol zugesetzt werden oder ein anderes neutrales Gefrierschutzmittel beigemischt wird, kann auf Grund der dadurch bewirkten Erhöhung des Siedepunktes und Herabsetzung des Gefrierpunktes des Wassers die Kühlleistung gesteigert werden. Ferner hat ein solcher Zusatz den Vorteil, dass auch bei Frostwetter bei abgestelltem Ofen die Reinwasserrohre nicht platzen können.
Die erfindungsgemässe Kühleinrichtung kann in verschiedener Weise noch weiter vorteilhaft ausgestaltet werden.
Bei einer besonderen Ausführungsform enthält der Kältemittelkreislauf einen in der Sole liegenden Verdampfer und einen Kondensator, der mit Nutzwasser gekühlt ist, das durch Leitungen zu- und abgeführt wird, die im Nebenschluss mit einer Nutzwasserhauptleitung verbunden sind, die von einer in dem betreffenden Werk vorhandenen Lieferquelle, z. B. einem Teich oder Wasserlauf, gespeist ist. Bei dieser Ausbildung der Erfindung sind an den Kühlflüssigkeit- bzw. Reinwasserkreislauf aber nur die an
<Desc/Clms Page number 3>
thermisch sehr hoch beanspruchten Teilen des Ofens angeordneten Kühlrohre angeschlossen, wogegen die Kühlrohre für thermisch wenig beanspruchte Ofenteile von dem aus dem Kondensatorkühlmantel abströmenden Nutzwasser durchströmt werden, das erst dann ablaufen gelassen wird.
Dadurch braucht nur eine für die Kühlung der tatsächlich sehr heissgehenden Teile des Ofens erforderliche Menge an
Kühlflüssigkeit bzw. Reinwasser vorgesehen werden.
Nach andern Merkmalen der Erfindung ist an den in der kalten Sole liegenden Abschnitt der
Kreislaufleitung der Kühlflüssigkeit bzw. des Reinwassers ein Verteilerbehälter angeschlossen, an den die den einzelnen Ofenteilen zugeordneten Kühlrohre im Nebenschluss angeschlossen sind ; das aus diesen
Kühlrohren stammende und bei der Kühlung der Ofenteile erhitzte Kühlmittel bzw. Reinwasser strömt in einen Sammelbehälter ab, aus dem es dann in den in der kalten Sole liegenden Abschnitt der
Kreislaufleitung des Kühlmittels bzw. Reinwassers zurückgeführt wird.
Von dem Verteilerbehälter und Sammelbehälter können Verbindungsleitungen zur Kühlleitung für die wenig beanspruchten Ofenteile geführt sein, um diese Ofenteile erforderlichenfalls wahlweise mit
Kühlmittel bzw. Reinwasser zu kühlen, wobei aber Vorsorge zur Verhinderung eines Übertrittes von Nutzwasser in den Kühlmittel- bzw. Reinwasserkreislauf getroffen werden muss.
Die einzelnen Kühlleitungen werden zweckmässig durch Temperaturfühler überwacht, die auch zu einer automatischen Regelung des Kühlmittelumlaufes herangezogen werden können.
Um den Wärmeentzug aus dem heissen Ofenmauerwerk an den thermisch sehr stark beanspruchten Ofenteilen durch das in den Kühlrohren zirkulierende Kühlmittel bzw. Reinwasser besonders wirksam zu gestalten, werden gemäss der Erfindung die Kühlrohre vorzugsweise im Steinmaterial eingelassen angeordnet, wobei zweckmässig an jedem solchen heissen Ofenteil mehrere parallelgeschaltete Rohre vorgesehen sind. Die Rohre können hiebei in Rinnen mit rechteckigem Querschnitt eingelegt sein, deren Breite etwa gleich gross wie der Durchmesser der Rohre und deren Tiefe etwa eineinhalbmal so gross wie dieser Durchmesser ist.
Um zur Erhöhung des Wärmedurchganges eine grössere Berührungsfläche der Kühlrohre mit dem heissen Ofenmauerwerk zu erhalten, werden zweckmässig Rohre verwendet, an deren Aussenseite der Länge nach U-Profile angeschweisst sind, die einen Sohlenteil, der am Boden der rechteckigen Rinnen im Ofenmauerwerk anliegt, und zwei Schenkel haben, die an den beiden Seitenwänden dieser rechteckigen Rinne anliegen. Diese U-Profile können aus drei Längsstreifen zusammengesetzt sein oder aus einem doppelt abgewinkelten Blech bestehen und erhöhen die Festigkeit der unter Verwendung von feuerfestem Mörtel hergestellten Verbindung zwischen dem Ofenmauerwerk und den Kühlrohren, so dass diese die Ofenteile auch mechanisch fester als bei bekannten öfen abstützen.
Die Kühlrohre sind zweckmässig an einem Ende durch Flansche und am andern Ende mittels einer Muffe mit gegensinnigen Gewinden mit den Anschlussrohren des Kühlmittelkreislaufes verbunden.
Dadurch wird die Montage so sehr erleichtert, dass einzelne Rohre in sehr kurzer Zeit und erforderlichenfalls sogar ohne Betriebsunterbrechung ausgewichselt werden können.
Ein besonders guter Wärmedurchgang durch die Rohrwände wird erzielt, wenn das Kühlrohr mit den Schenkeln bzw. Wandflanschen in einem Stück gezogen ist.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung die Leitungssysteme der erfindungsgemässen Kühleinrichtung und die Fig. 2 und 3 zeigen Einzelheiten der Kühlrohre.
EMI3.1
ein Block --3-- angedeutet. An diesen Ofenteilen sind Kühlrohre4 bzw. 5 bzw. 6-angeordnet.
Die an den sehr heissen Ofenteilen und 2--angeordneten Kühlrohre--4 bzw. 5-- sind mit Zuleitungsrohren--7 bzw. 8--an einen Verteilerbehälter --9-- und mit Ableitungsrohren - 10 bzw. 11- - an einen Sammelbehälter --12-- angeschlossen. Die Zu- und Ableitungsrohre sind mit Ventilen zur unabhängigen Reglung der Kühlung der einzelnen Ofenteile versehen. Vom Sammelbehälter --12-- führt eine Rohrleitung --13-- über zwei Ventile-14, 15-- (oder ein Dreiweg-Umschaltventil) zu zwei Pumpen, von denen die eine, die Pumpe--16--, mit einem
EMI3.2
Betriebsunterbrechung zu vermeiden.
Die beiden Pumpen-16 und 18-- sind über ein Umschaltventil - mit einem Wendelrohr--21--verbunden, das in einer kalten Sole --22-- liegt, die sich in einem gut wärmeisolierten Solebehälter --23-- befindet, der zweckmässig im näheren Bereich des Schmelzofens, vorzugsweise unter Flur im Boden versenkt, angeordnet ist. Vom Wendelrohr - 21-führt eine gegebenenfalls mit einem nicht dargestellten Ventil versehene, gut wärmeisolierte Rohrleitung
<Desc/Clms Page number 4>
--24-- zum Verteilerbehälter --9-- und bildet den Schlussteil eines geschlossenen Kühlwasserkreislaufes, der gemäss der Erfindung enthärtetes, indsbesondere destilliertes Wasser, vorzugsweise mit einem Gefrierschutzmittel, enthält.
Das Kühlwasser (Reinwasser) wird den Kühlrohren--4 bzw. 5--mit einer sehr niedrigen
EMI4.1
--t1-- zugeführtKältemittelbehälter --25-- in flüssigem Zustand durch eine Rohrleitung --26-- einem Verdampfer zugeführt wird, der beim dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem in der Sole liegenden Wendelrohr
EMI4.2
besteKältemittelbehälter--25--aströmt.
Die zur Kondensation des verdichteten Kältemittels nötige Wärmeabführung erfolgt z. B. mit Hilfe von Kühlwasser, das aus einer Nutzwasserhauptleitung-31-entnommen wird, die mittels einer Pumpe --82-- aus einer schematisch angedeuteten Quelle-83--, z. B. einem Teich oder Flusslauf, gespeist wird. Die Nutzwasserhauptleitung --31-- und die Quelle --83-- können im Werk gegebenenfalls bereits von vornherein vorhanden sein.
Das Nutzwasser wird aus der Hauptleitung - durch eine mit einem Regelventil --32-- ausgestattete Zuleitung --33-- dem den Kondensator --30-- umschliessenden Behälter mit einer Anfangstemperatur--t4--, die gleich der Umgebungstemperatur ist, zugeführt, und aus diesem Behälter mit einer höheren Temperatur-t5-- abgeleitet. Gemäss der Erfindung wird nun dieses Nutzwasser durch eine Leitung --34-- den an den thermisch wenig beanspruchten Ofenteilen--3--angeordneten Kühlrohren--6--zugeleitet, in welchen bei den verhältnismässig niedrigen Temperaturen Anlagerungen aus dem Nutzwasser an den Rohrwänden nicht zu befürchten sind.
Das aus den Kühlorhren --6-- durch eine Leitung--35-- abströmende Nutzwasser wird abfliessen gelassen oder einer nicht dargestellten Wärmerückgewinnungseinrichtung zugeführt. Die Abströmtemperatur --t6-- dieses Nutzwassers, d. h. seine Temperatur nach dem Kühlen der Ofenteilen-6-, ist wesentlich niedriger als die Temperatur tides abströmenden Reinwassers. Das aus den Kühlrohren-6-durch die Leitung-35- abströmende Nutzwasser kann nach Abkühlen oder beispielsweise durch Verdunstungskühlung bzw.
Berieselungskühlung auch zur Temperaturerniedrigung des Kältemittels im Kondensator--30- verwendet werden.
Die Kühlrohre --6-- der wenig heissen Ofenteile können wahlweise über Verbindungsleitungen - -36, 37 -- auch an den geschlossenen Reinwasserkreislauf angeschlossen werden, wobei aber ein Übertritt von Nutzwasser in das Reinwasser verhindert werden muss.
Die Temperaturen des Kühlwassers in den verschiedenen Leitungen werden durch
EMI4.3
automatischen Auswerte- und Steuereinrichtung ausgestattet ist, die Impulse zum Regeln der Strömungsmenge in den Kühlrohren, des Pumpenantriebes oder der Kälteleistung des Kälteerzeugers liefern kann. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel betätigt die Messanzeigeeinrichtung --38-- ein akustisches Warnsignal--39--, vorzugsweise mit Aufzeichnung, einen Strömungsregler --40-- des Kompressors --29-- und ein Schaltrelais--41--für den Elektromotor--28--des Kompressors --29--.
Wenn in der Kühleinrichtung ein Kälteerzeuger der Absorptionstype vorgesehen ist, kann dessen Austreiber durch Abwärme des Ofens beheizt werden, wobei diese Beheizung gegebenenfalls auch durch das Messanzeigegerät--38--geregelt werden kann.
An einem Rohr des geschlossenen Reinwasserkreislaufes ist ein Füllrohr --42-- angeschlossen, durch das mit einer kleinen Pumpe ohne Abschalten des Kühlwasserumlaufes die Reinwassermenge während des Betriebes ergänzt werden kann, soferne dies erforderlich sein sollte.
In Fig. 2 ist ein Teil eines thermisch hoch beanspruchten Ofenteiles, z. B. eines Peilers--1-der Ofenwand, im vertikalen Querschnitt nach der Linie 11-11 in Fig. 3 in grossem Massstab dargestellt und Fig. 3 zeigt diesen Pfeiler im horizontalen Querschnitt nach der Linie III--III in Fig. 2 in kleinerem Massstab. An diesem Pfeiler--l--sind mehrere, z. B. drei Kühlrohre --4-- in Abständen übereinander angeordnet, wobei die Kühlrohre eines Pfeilers in Nbenschluss vom Kühlwasser
<Desc/Clms Page number 5>
durchströmt werden. Jedes dieser Kühlrohre --4-- ist durch Flansche --43-- mit dem z.
B. mit einem Temperaturfühler--a--versehenen Kühlwasserzuleitungsrohr-7-und mittels einer Muffe - mit gegensinnigen Gewinden mit dem Kühlwasserableitungsrohr --10-- verbunden. Diese Art des Rohranschlusses ermöglicht ein rasches Auswechseln einzelner Rohre ohne Betriebsunterbrechung.
Die Kühlrohre --4-- liegen in rechteckigen Rinnen-45-, die inden Seitenflächen und in
EMI5.1
des Ofens beträchtlich erhöht und der Wärmeübergang aus dem Ofenmauerwerk in das im Rohr strömende Kühlwasser stark begünstigt.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, hat der Boden der Rinne --45-- eine Breite, die etwa gleich dem Durchmesser des Kühlrohres-4--ist, und eine um die Hälfte grössere Tiefe. Die U-Profile können z. B. aus drei einzelnen Streifen zusammengesetzt sein oder aus einem abgewinkelten Blech bestehen.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die nur schematisch dargestellte Ausführungsform beschränkt. So kann insbesondere bei der Kühlung des Reinwassers in der Sole, der Kühlung der Sole durch das Kältemittel und im Kondensator jede beliebige Wärmeaustauschertype mit Gleichstrom- oder Gegenstromkühlung verwendet werden. Ferner kann die automatische Regelung abgeändert oder noch beliebig ergänzt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Kühlung von Schmelzöfen, insbesondere Siemens-Martin-öfen, im geschlossenen Kreislauf mit einer Kühlflüssigkeit, insbesondere enthärtetem Wasser, das immer wieder durch
EMI5.2
Kühlflüssigkeit, insbesondere destilliertes Wasser, das vorzugsweise ein Gefrierschutzmittel enthält, eine kalte Sole verwendet und diese Sole durch ein Kältemittel gekühlt wird, das in einem mit einem Kälteerzeuger der Kompressor- oder Absorptionstype ausgestatteten Kältemittelkreislauf geführt wird.