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Die Erfindung betrifft eine Kühlplatte mit Verstärkungsteil, beispielsweise einem verstärkten Kopf- und/oder Fussende, für mit einer feuerfesten Auskleidung versehene Schachtöfen, Hochöfen und roheisenerzeugende Schmelzgefässe, insbesondere auch CORE Einschmelzvergaser, bestehend aus Kupfer oder einer niedriglegierten Kupferlegierung mit in ihrem Inneren angeordne- ten Kühlmittelkanälen, wobei die Kühlplatte aus einem geschmiedeten oder gewalzten Rohblock gefertigt ist, die Kühlkanäle vertikal verlaufende Sackbohrungen sind und wobei auf der dem Inne- ren des Schachtofens zugewandten Seite Stege und Nuten eingearbeitet sind.
Derartige Kühlplatten sind üblicherweise zwischen dem Mantel und der Ausmauerung ange- ordnet und an ein Kühlsystem angeschlossen. Auf der dem Prozessraum zugewandten Seite sind die Kühlelemente zum Teil mit feuerfestem Material versehen.
Aus der DE 39 25 280 A1 ist eine Kühlplatte bekannt, bei der die Kühlkanäle durch in Guss- eisen eingegossene Rohre gebildet werden und die Unterkante des Plattenkörpers als Tragnase für das feuerfeste Mauerwerk ausgebildet ist. Auch die Tragnase ist an das Kühlsystem ange- schlossen. Diese Platten haben eine geringe Wärmeabfuhr infolge der geringen Wärmeleitfähigkeit des Gusseisens und wegen des Widerstandes zwischen den Kühlrohren und dem Plattenkörper, verursacht durch eine Oxidschicht oder einen Luftspalt.
Im Falle eines Verlustes des Hochofenmauerwerks nach einer gewissen Betriebszeit ist die in- nenfläche der Kühlplatten direkt der Ofentemperatur ausgesetzt. Da die Ofentemperatur weit oberhalb der Schmelztemperatur des Gusseisens liegt und die inneren Wärmedurchgangswider- stände der Kühlplatten zu einer ungenügenden Kühlung der heissen Plattenseite führen, ist ein beschleunigter Verschleiss der gusseisernen Platten unvermeidbar und die Standzeit entsprechend begrenzt.
Es sind weiterhin Platten aus Kupferguss bekannt, bei denen die Kühlkanäle entweder durch eingegossene Rohre gebildet sind oder durch Formguss direkt eingegossen sind. Das Gefüge von Kupferguss ist nicht so homogen und dicht wie das von geschmiedeten bzw. gewalztem Kupfer.
Infolgedessen ist auch die Wärmeleitung von Kupferguss schlechter und die Festigkeit geringer. Bei den eingegossenen Rohren behindert eine Oxidschicht zwischen Rohr und Kupferblock die Wär- meleitung.
Aus der DE 29 07 511 A1 ist eine Kühlplatte bekannt, die aus einem geschmiedeten oder ge- walzten Rohblock gefertigt ist und wo die Kühlkanäle vertikal verlaufende Sackbohrungen sind, welche durch mechanisches Tiefbohren eingebracht sind. Das Gefüge der Kühlplatte ist wesentlich dichter und homogener als das einer Kupfergussplatte. Lunker, wie sie bei Kupfergussplatten häufig auftreten, sind durch den Umformprozess ausgeschlossen. Die Festigkeitswerte liegen höher und die Wärmeleitfähigkeit ist gleichmässiger und höher als die der gegossenen Kupferplat- ten. Durch das mechanische Herstellen der Bohrungen wird die Sollage nach Höhe und Seite genau eingehalten und dadurch wird eine gleichmässige Wärmeabfuhr gewährleistet. Die Kühlplatte ist an der dem Ofeninneren zugekehrten Seite mit feuerfesten Steinen oder mit einer feuerfesten Stampfmasse ausgekleidet.
Dadurch wird die Kühlfläche der Platte verkleinert und im Falle des Verschleisses bzw. des Verlustes der vorgemauerten feuerfesten Auskleidung wird der Wärmeent- zug aus dem Ofen begrenzt. Ferner sollte die Kühlung der Platte so intensiv sein, dass die Tempe- ratur der heissen Plattenseite weit unter der Erweichungstemperatur von Kupfer gehalten wird.
Aus der DE 23 62 974 A ist ein gekühlter Schachtofen mit einem Stahlmantel bekannt, mit des- sen Innenseite Kühlplatten mit im wesentlichen lotrechten inneren Rohren verbunden sind, die am oberen und unteren Ende der Kühlplatte von dieser aus den Stahlmantel durchsetzen. Die Kühl- platte ist an der vom Stahlmantel abgekehrten Seite mit einem Haltenocken bzw. einer Haltenase versehen, durch den bzw. die ein anderes, in einer im wesentlichen waagerechten Ebene verlau- fendes Rohr mit durch den Stahlmantel hindurchgeführten Anschlüssen verläuft, wobei sich zumin- dest ein Teil der lotrechten Rohre über einen beträchtlichen Teil der lotrechten Abmessung streckt.
Aus der FR 22 30 730 A1 ist ein Kühler für die Verdampfungskühlung eines Hochofens be- kannt, der aus einer Platte mit einer quer in der Nähe des Endes der Platte angeordneten Auskra- gung sowie aus Rohren, die in der Platte sowie in der besagten Auskragung montiert sind, besteht und in denen ein Kühlmittel fliesst. Die Ein- und Austrittsenden dieser Rohre sind auf verschiedenen Höhe auf der der Auskragung gegenüberliegenden Seite angeordnet. Das Rohr für den Umlauf des Kühlmittels in der Auskragung ist so gestaltet, dass es in der Auskragung so angeordnet ist, dass die Ein- und Austrittsenden zwischen den Austrittsenden der in der Platte verlegten Rohre liegen.
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Die Enden der Teile des Umlaufrohres in der Auskragung, die sich im Innern dieser Auskragung befinden, sind in einem Winkel von 2 bis 4" in der Vertikalen angeordnet, so dass der Umlauf des Kühlmittels vom Eintrittsende zum Austrittsende der Rohre steigend ist.
Aus der US-4 071 230 A sind Kühlelemente für einen Schachtofen bekannt, die an der Innen- seite des Ofenpanzers befestigt sind. Das rechteckige Kühlelement setzt sich aus fünf übereinan- der, auf Lücke angeordneten metallischen Blöcken zusammen, die an zwei vertikal verlaufenden Kühlrohrpaaren mittels geeigneten Befestigungselementen angebracht sind. Die Rohrpaare mit unterem Kühlwassereintritt und oberem Kühlwassereintritt werden durch Öffnungen in der metalli- schen Ofenwand geführt, die metallischen Blöcke werden nur an der Aussenseite der zum Hoch- ofenpanzer gerichteten Seite gekühlt.
Aus der EP 0 705 906 A1 ist eine aus einem geschmiedeten oder gewalzten Kupferrohblock gefertigte Kühlplatte bekannt, bei der zur Kühlung der Randzonen zusätzlich zu den vertikal verlau- fenden Sackbohrungen Kühlkanäle eingebracht werden, die als vertikale oder horizontale Sack- bohrungen kleineren Durchmessers um die vertikal angeordneten Sackbohrungen in die Ränder eingebracht werden.
Nachteilig bei diesen gewalzten oder geschmiedeten Kupferkühlplatten ist jedoch, dass die Tragfähigkeit des Mauerwerkes bzw. des Vormauerwerkes an den Kopfenden der Kühlplatte nicht optimal ist und dadurch auch die Standzeiten der feuerfesten Stampfmassen bzw. FF-Steine nicht ausreichend ist.
In der EP 0 731 180 B1 wird eine Kühlplatte mit verstärktem und gekühltem Kopfende be- schrieben. Die Kühlkanäle an der Verstärkung sind durch ihre Anordnung, bzw. dadurch gekenn- zeichnet, dass sie durch vertikale und horizontale Sackbohrungen hergestellt werden. Die Kühlme- diumzu- bzw.-abfuhr erfolgt über Kühlrohre. Diese können in das Kühlsystem des Schachtofens einbezogen sein.
Nachteilig ist bei dieser Variante die komplizierte und umständliche Herstellung des gekühlten Kopfteiles, welche oftmaliges Umrüsten der Werkzeuge bei der Herstellung der Sackbohrungen erfordert. Für das dichte Verschliessen dieser Sackbohrungen sind mehrere Schweiss- bzw. Lötstel- len notwendig. Diese Stellen liegen herstellungsbedingt dem Prozessraum sehr nahe und sind anfällig für Versagen. Es ist daher erstrebenswert, die Anzahl dieser Stellen möglichst gering zu halten. Zusätzlich ist die Kühlkanaloberfläche, die für das Erzielen der notwendigen Kühlleistung erforderlich ist, durch die geometrische Ausführung der angesetzten Feuerfestunterstützung be- grenzt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine Kühlplatte mit Verstärkungsteil zu schaf- fen, bei der Kühlung und Wärmeabfuhr in diesem Verstärkungsteil ebenfalls gleichmässig und homogen erfolgt, so dass auch dort eine verbesserte Kühlung der feuerfesten Ofenauskleidung und des Ofenpanzers gewährleistet wird. Zusätzlich sollen die notwendigen Schweissungen auf ein Minimum reduziert werden und zugleich die zur Verfügung stehende Wärmeaustauschfläche vergrössert werden.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass zumindest ein zusätzliches Kühlsegment vorgesehen ist, welches mit einem Kühlkanal versehen ist, in den ein Verdrängungskörper eingesetzt ist.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass es nicht erforderlich ist, für das zusätzliche Kühl- segment eine komplizierte Kombination aus vertikalen und horizontalen Sackbohrungen vorzuse- hen. Es wurde vielmehr festgestellt, dass es für die erforderliche Kühlwirkung ausreichend ist, an die geschmiedete oder gewalzte Kupferkühlplatte beispielsweise im oberen oder unteren Bereich ein zusätzliches Kühlsegment, welches lösbar sein kann, anzubringen in welches ein von einer horizontalen Bohrung gebildeter Kühlkanal eingebracht wird. Um die für die Wärmeübertragung nötige optimale Strömungsgeschwindigkeit zu erzielen, wird in diese Bohrung zusätzlich ein Ver- drängungskörper eingesetzt. Die Bohrung wird in bekannter Weise endseitig durch verschweisste oder verlötete Stopfen dicht verschlossen und über Kupferrohrstutzen mit dem Kühlsystem ver- bunden.
Anstelle eines lösbaren Kühlsegmentes kann ein Wulst für das feuerfeste Mauerwerk auch aus dem Kupferrohblock geschmiedet werden, das Bohren der Kühlkanäle in diesem Wulst erfolgt in der bekannten Art und Weise.
Um die Wärmeaustauschfläche des Kühlkanals möglichst gross zu halten ist es von Vorteil, den Durchmesser des Kühlkanals möglichst gross, zumindest aber grösser als die Durchmesser der
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Kühlmittelkanäle der Kühlplatte zu wählen.
Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemässen Kühlplatte ist der Verdrängungskörper als Hohlraum zur Kühlmittelführung ausgeführt.
Bei einer solchen Ausführungsform weist der Verdrängungskörper zweckmässigerweise Durch- lässe auf, die den Durchtritt von Kühlmedium aus dem Kühlkanal in das Innere des Verdrängungs- körpers und von diesem wieder in den Kühlkanal gestatten.
Einer vorteilhaften Ausführungsform zufolge münden für die Zu- bzw. Abführung von Kühlwas- ser Bohrungen in den Kühlkanal.
Einer dazu alternativen Ausführungsform zufolge münden für die Zu- bzw. Abführung von Kühl- wasser Rohrstücke in den als Hohlraum ausgeführten Verdrängungskörper, wobei die Rohrstücke in die Bohrungen eingeschoben und an der Mündungsstelle mit dem Verdrängungskörper ver- schraubt sind.
Die Bohrungen für die Zu- bzw. Abführung von Kühlwasser können horizontal oder schräg ver- laufend ausgeführt sein.
Die Erfindung wird anhand von schematischen Ausführungszeichnungen näher erläutert. Es zeigen :
Fig. 1 einen Horizontalschnitt durch die Kühlplatte mit angebrachter Feuerfestunterstützung
Fig. 2 einen Querschnitt durch die Kühlplatte mit einem ausgeschmiedeten Wulst
Fig. 3 einen Querschnitt durch ein lösbar angebrachtes Kühlsegment
Fig. 1 zeigt einen Horizontalschnitt durch die Kühlplatte 1 mit beispielsweise fünf vertikal ange- ordneten Sackbohrungen 3 sowie mit dem in dem Kühlsegment 4 eingebrachten von einer horizon- talen Bohrung gebildeten Kühlkanal 5 und dem eingesetzten Verdrängungskörper 6.
Die Zuführung des Kühlwassers bei den Sackbohrungen 3 erfolgt von unten über die mit den Kühlmittelversorgungsleitungen verbundenen Rohransätze 2, bei dem von der horizontalen Boh- rung des Kühlsegmentes 4 gebildeten Kühlkanal 5 ebenfalls über Rohrstücke 2. Bohrungen 7 werden auch in der Kühlplatte 1 angeordnet, um die Kühlwasserzu- und-abfuhr über die Rohran- sätze 2 durch die Wand des Hochofenpanzers zu gewährleisten. Die Kühlkreisläufe der Kühlplatte 1 und des Kühlsegmentes 4 können sowohl als getrennte Kühlkreisläufe oder als gemeinsamer Kühlkreislauf an das Kühlsystem angeschlossen. Der Verdrängungskörper 6 weist Durchlässe 11 auf, die den Durchtritt von Kühlwasser aus dem Kühlkanal 5 in das Innere des Verdrängungskör- pers 6 und von diesem wieder in den Kühlkanal 5 gestatten. Die Flussrichtung von Kühlwasser ist durch Pfeile angedeutet.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die Kühlplatte 1 mit den vertikal angeordneten Sackbohrungen 3, die in bekannter Weise wahlweise am unteren oder oberen Ende durch Schweiss- bzw. Lötstellen verschlossen sind. Die Kühlwasserzu- bzw.-abfuhr erfolgt über die Rohrstücke 2. Im oberen Teil der Kühlplatte 1 ist ein aus dem Rohblock ausgeschmiedeter Kühlwulst 8 angebracht, in den der von der horizontalen Bohrung gebildete Kühlkanal 5 eingebracht ist. In diesem ist wiederum ein Verdrängungskörper 6 eingesetzt, um die entsprechende Strömungsgeschwindigkeit zu gewähr- leisten.
Die Zu- und Abfuhr von Kühlwasser erfolgt hier über schräge Bohrungen 7. In jede schräge Bohrung 7 ist ein Rohrstück 12 eingesetzt, welches bis in den Verdrängungskörper 6 geführt und mit diesem verschraubt ist.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform erfolgt die Kühlmittelzu- und abfuhr also in den bzw. aus dem Verdrängungskörper 6, während sie bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform in den bzw. aus dem Kühlkanal 5 erfolgt.
Für das Einbringen von Feuerfestmaterial, entweder Steine oder Spritz-/Stampfmassen, sind auf der dem Prozessraum zugewandten Seite in die Kühlplatte 1 und in den Kühlwulst 8 Nuten 9 eingearbeitet, die jeweils durch Stege 10 begrenzt werden.
Fig. 3 zeigt ein lösbar angebrachtes Kühlsegment 4, in das ein von einer horizontalen Bohrung gebildeter Kühlkanal 5 eingebracht ist. Zusätzlich ist der Verdrängungskörper 6 dargestellt. Auch hier ist diese horizontale Bohrung 5 über horizontale Bohrungen 7 in der Kühlplatte 1 und in weite- rer Folge über Rohransätze 2 durch die Wand des Panzers mit dem Kühlkreislauf verbunden.
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Bezugsziffernliste 1 Kühlplatte 2 Rohransätze/Rohrstücke 3 Sackbohrungen in 1 4 Kühlsegment 5 Kühlkanal in 4 bzw. in 8 6 Verdrängungskörper 7 Bohrungen in 1,4 und 8 für Kühlmediumzu- und-abfuhr 8 Verstärktes Kühlsegment/ Wulst 9 Nuten in 1,4 und 8 10 Stege auf 1,4 und 8 11 Durchlässe in 6 12 Rohrstück in 7
PATENTANSPRÜCHE : 1. Kühlplatte (1) mit Verstärkungsteil für mit einer feuerfesten Auskleidung versehene Öfen, mit in ihrem Inneren angeordneten Kühlmittelkanälen (3), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein zusätzliches Kühlsegment (4,8) vorgesehen ist, welches mit einem Kühlka- nal (5) versehen ist, in den ein Verdrängungskörper (6) eingesetzt ist.