AT519400A1 - Verfahren zur Herstellung eines Kühlelementes - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Kühlelementes Download PDF

Info

Publication number
AT519400A1
AT519400A1 ATA51062/2016A AT510622016A AT519400A1 AT 519400 A1 AT519400 A1 AT 519400A1 AT 510622016 A AT510622016 A AT 510622016A AT 519400 A1 AT519400 A1 AT 519400A1
Authority
AT
Austria
Prior art keywords
copper
tube
cooling
ionic liquid
cooling element
Prior art date
Application number
ATA51062/2016A
Other languages
English (en)
Other versions
AT519400B1 (de
Original Assignee
Mettop Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mettop Gmbh filed Critical Mettop Gmbh
Priority to ATA51062/2016A priority Critical patent/AT519400B1/de
Publication of AT519400A1 publication Critical patent/AT519400A1/de
Application granted granted Critical
Publication of AT519400B1 publication Critical patent/AT519400B1/de

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27BFURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B1/00Shaft or like vertical or substantially vertical furnaces
    • F27B1/10Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types
    • F27B1/24Cooling arrangements
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/0072Casting in, on, or around objects which form part of the product for making objects with integrated channels
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21BMANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B7/00Blast furnaces
    • C21B7/10Cooling; Devices therefor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27BFURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B3/00Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Tank furnaces
    • F27B3/10Details, accessories, or equipment peculiar to hearth-type furnaces
    • F27B3/24Cooling arrangements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27DDETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D1/00Casings; Linings; Walls; Roofs
    • F27D1/12Casings; Linings; Walls; Roofs incorporating cooling arrangements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27DDETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D9/00Cooling of furnaces or of charges therein

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kühlelementes (1) für beispielsweise metallurgische Öfen, wobei zumindest ein Rohr (2) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bereitgestellt und mit Kupfer umgossen wird, um das Kühlelement (1) zu bilden, wobei das Rohr zumindest während des Umgießens mit Kupfer mit einer ionischen Flüssigkeit gekühlt wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein nicht beschichtetes Rohr bereitgestellt und mit einer Chlorfreien ionischen Flüssigkeit gekühlt wird.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Kühlelementes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kühlelementes für beispielsweise metallurgische Öfen, wobei zumindest ein Rohr aus Kupfer und oder einer Kupferlegierung bereitgestellt und mit Kupfer umgossen wird, um das Kühlelement zu bilden, wobei das Rohr zumindest während des Umgießens mit Kupfer mit einer ionischen Flüssigkeit gekühlt wird.
Metallurgische Öfen wie Hochöfen, Schmelzöfen, elektrisch betriebene Umschmelzöfen oder andere Industrieöfen zur Herstellung oder Verarbeitung von Metallen oder Legierungen werden üblicherweise gekühlt. Bei der Kühlung können Kühlelemente zum Einsatz kommen, die überwiegend aus Kupfer gefertigt sind. Entsprechende Kühlelemente können mit einem innenliegenden Kanalsystem ausgebildet sein, durch welches eine Kühlflüssigkeit führbar ist, um eine Kühlwirkung möglichst hoch zu halten.
In einem metallurgischen Ofen sind die Kühlelemente in der Regel an der keramischen Auskleidung angeordnet. Eine Ausbildung der Kühlelemente zumindest überwiegend aus Kupfer ist insofern zweckmäßig, als Kupfer eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit aufweist und damit eine Kühlwirkung maximiert werden kann. Als Kühlflüssigkeit, welche das oder die Kühlelemente durchströmt, wurde viele Jahre lang Wasser verwendet. Wasser hat allerdings den Nachteil, dass die Kühltemperatur im Bereich von 5 °C bis 60 °C liegt, wohingegen eine Innenseite eines Ofens im Bereich der Kühlelemente z. B eine Temperatur von 200 °C aufweisen kann, welche unter dem Taupunkt von Säuren im Abgas liegt. Dadurch kann es zur Entstehung von beispielsweise Schwefelsäure oder Salzsäure an einer Oberfläche von Kühlelementen kommen, sodass diese angegriffen werden, was zu einem Wasseraustritt und der Gefahr einer Explosion führt. Nachteilig ist auch, flüchtiges Wasser an den relativ kalten Kühlelementen kondensieren kann. Im Fall einer Magnesiumoxidauskleidung des Ofens kann dann das Wasser mit dem Magnesiumoxid unter Bildung von Magnesiumhydoxid reagieren, was zur Zerstörung der Auskleidung führen kann.
Zur Behebung der vorstehenden Probleme bei der Wasserkühlung wurde in der AT 508 292 A1 vorgeschlagen, anstelle des Wassers ionische Flüssigkeiten als Kühlmedium zu verwenden. Insbesondere erlaubt eine Kühlung mit einer ionischen
Flüssigkeit eine höhere Prozesssicherheit und gegebenenfalls auch eine Kühlung von Bereichen, die aufgrund sicherheitstechnischer Anforderungen mit Wasser nicht gekühlt werden können.
Eine Herstellung der Kühlelemente kann erfolgen, indem ein oder mehrere Rohre bereitgestellt werden, die dem späteren Kanalsystem innerhalb des Kühlelementes entsprechen bzw. durch welche später nach Verbauen des Kühlelementes in bzw. an einem Ofen das Kühlmedium geleitet wird. Das oder die Rohre können aus Kupfer bestehen. Möglich ist es auch, hierfür geeignete Kupferlegierungen einzusetzen, beispielsweise UNS 71500 (70 Gew.-% Cu, 30 Gew.-% Ni) oder Monel 400 (63 Gew.-% Ni, 31 Gew.-% Cu), die im Vergleich mit reinem Kupfer erst bei höheren Temperaturen schmelzen. Das oder die bereitgestellten Rohre, die z. B. als gebogene oder mänderförmige Rohre vorliegen können, werden anschließend mit Kupfer umgossen. Dabei ist zum einen darauf zu achten, dass das oder die Rohre nicht durchschmelzen, weil dann ein späterer Transport eines Kühlmediums nicht möglich wäre. Zum anderen ist aber auch darauf zu achten, dass ein möglichst inniger Verbund zwischen dem oder den Rohren einerseits und dem umgebenen Block aus dem abgegossenen Kupfer gegeben ist. Dies ist erforderlich, um im Einsatz eine gute Kühlleistung zu erzielen.
Aus der EP 0 816 515 A1 ist es bekannt geworden, ein Kupferrohr während des Umgießens mit Kupfer mit Wasser zu kühlen. Eine Wasserkühlung während des Umgießens birgt allerdings ein großes Sicherheitsrisiko. Sobald flüssiges Kupfer mit Wasser in Kontakt kommt, kommt es zu einer heftigen Reaktion bzw. zu einer Dampfexplosion, was eine große Gefahr darstellt.
Um die bei einer Wasserkühlung auftretenden Gefahren zu beseitigen, ist man dazu übergegangen, mit Stickstoff oder einem anderen inerten Gas zu kühlen.
In der DE 10 2015 001 190 A1 wurde als weitere Alternative vorgeschlagen, während des Umgießens eines Rohres aus Kupfer dasselbe mit einer ionischen Flüssigkeit zu kühlen. Allerdings ist es hierfür erforderlich, das zu umgießende Rohr zunächst innenseitig, aber auch außenseitig zu beschichten. Dies stellt einen außerordentlich großen Aufwand dar, vor allem die außenseitige Beschichtung. Diese außenseitige Beschichtung wird in Bezug auf einen innigen Verbund des Rohres mit dem umgebenden Kupfer aufgebracht und umfasst eine elektrolytische Vernickelung mit anschließender Versilberung. Beim Umgießen schmilzt das umgossene Rohr außenseitig an und es bildet sich eine Cu-Ag-Legierung, die für den gewünschten innigen Verbund sorgt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend vom Stand der Technik ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem auf einfache Weise ein Kühlelement herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird gelöst, wenn bei einem Verfahren der eingangs genannten Art ein zumindest außenseitig nicht beschichtetes Rohr bereitgestellt wird.
Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass eine Erstellung eines Kühlelementes auch dann erfolgen kann, wenn das Rohr außenseitig unbeschichtet bereitgestellt wird. Zur Kühlung kann eine ionische Flüssigkeit eingesetzt werden, da diese eine ausreichende Kühlwirkung aufweist. Bei einem derartigen Verfahren ergibt sich auch eine innige Verbindung mit dem umgossenen Kupfer, zumal das Rohr auch außenseitig nicht beschichtet ist und somit das Rohr und der umgebende Block exakt die gleiche Zusammensetzung aufweisen, wohingegen beim Stand der Technik ein Legierungsbereich im Grenzbereich Rohr-Block vorliegt. Neben diesem Vorteil kann insbesondere auch die innenseitige Beschichtung vollkommen entfallen. Somit ergibt sich ein inniger Verbund bei minimiertem Herstellungsaufwand. Darüber hinaus besteht auch kein Sicherheitsrisiko, weil die ionische Flüssigkeit auch bei Kontakt mit der Kupferschmelze nicht zu heftigen Reaktionen führt. Der Begriff ionische Flüssigkeit hat hierbei die dem Fachmann geläufige übliche Bedeutung, wobei es sich um niedrig schmelzende Salze relativ niedriger Viskosität und niedrigem Dampfdruck handelt.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann zur Herstellung von Kühlelementen für metallurgische Öfen eingesetzt werden, ist aber nicht darauf beschränkt. Erfindungsgemäß hergestellte Kühlelemente können auch für Glasherstellungsöfen, Öfen für die Müllverbrennung oder dergleichen eingesetzt werden.
Das zumindest eine Rohr kann aus einer Cu-Ni-Legierung oder aus Kupfer bestehen. Kupfer ist insofern bevorzugt, als sich Kupfer relativ leicht biegen lässt, und zwar auch mit kleinen Biegeradien, wohingegen Cu-Ni-Legierungen deutlich schwerer biegbar sind, was dazu führt, dass diese in der Regel unter Ausbildung nachteiliger Schweißnähte aus einzelnen Teilen zusammmengeschweißt werden müssen.
Das Rohr kann mit einer Wandstärke von 1 mm bis 10 mm, insbesondere 1,5 mm bis 5 mm, bereitgestellt werden. Entsprechende Wandstärken haben sich als geeignet erwiesen, um bei Kühlung mit einer ionischen Flüssigkeit ausreichend stabil zu sein. Während des Verfahrens kann mit einer chlorfreien ionischen Flüssigkeit gekühlt werden. Ein Korrosionsangriff während des Umgießens des zumindest einen Rohres ist dann so weit zurückgedrängt, dass das Kühlelement ohne Weiteres erstellt werden kann. Dies erlaubt es insbesondere auch, dass ein innenseitig nicht beschichtetes Rohr bereitgestellt wird.
Als ionische Flüssigkeiten eignen sich beispielsweise solche, die Tetrafluorborat als Anion aufweisen. Als Kationen kommen bei den ionischen Flüssigkeiten insbesondere solche infrage, die ein Imidazolinderivat aufweisen. Eine besonders geeignete ionische Flüssigkeit stellt 1-Ethyl-3-methylimidazoliniumtetrafluorborat dar.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen ergeben sich aus dem nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispiel. In der Zeichnung, auf welche dabei Bezug genommen wird, zeigt:
Fig. 1 ein Kühlelement.
In Fig. 1 ist ein Kühlelement 1 dargestellt, wie dieses bei metallurgischen Öfen, beispielsweise Hochöfen, Schmelzöfen oder dergleichen, Anwendung finden kann. Das Kühlelement 1 umfasst ein gebogenes Rohr 2, das aus Kupfer besteht. Das Rohr 2 weist weder innenseitig noch außenseitig eine gesonderte metallische Beschichtung auf. Das Rohr 2 ist von einem Block 3 umhüllt, der abgesehen von herstellungsbedingten Verunreinigungen ebenfalls ausschließlich aus Kupfer gebildet ist.
Zur Herstellung des Kühlelementes 1 wird das Rohr 2 frei von einer metallischen Beschichtung bereitgestellt. Hierfür wird das Rohr 2 so gebogen, wie es dem späteren Kanalsystem für ein Kühlmittel im fertigen Kühlelement 1 entsprechen soll. Anschließend wird das Rohr 2 mit Kupferschmelze umgossen. Dies kann in an sich bekannterWeise im Sandguss erfolgen. Während des Umgießens mit der Kupferschmelze wird das Rohr 2 mit einer ionischen Flüssigkeit gekühlt, beispielsweise 1 -Ethyl-3-
Methylimidazoliniumtetrafluorborat. Gleichzeitig wird die ionische Flüssigkeit unter Druck gesetzt, um einem Einfallen des Rohres 2 bei Kontakt mit der Kupferschmelze entgegenzuwirken. Nachdem das Rohr 2 umgossen ist, wird die Kupferschmelze unter Ausbildung des Blockes 3 erstarren gelassen. Auch während dieser Phase kann das (ehemalige) Rohr 2 noch mit ionischer Flüssigkeit gekühlt werden, um die Kupferschmelze bzw. den Block 3 geregelt erstarren zu lassen. Dadurch kann die Qualität einer Verbindung des Blockes 3 mit dem Rohr 2 kontrolliert werden.

Claims (6)

  1. Patentansprüche
    1. Verfahren zur Herstellung eines Kühlelementes (1) für beispielsweise metallurgische Öfen, wobei zumindest ein Rohr (2) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bereitgestellt und mit Kupfer umgossen wird, um das Kühlelement (1) zu bilden, wobei das Rohr (2) zumindest während des Umgießens mit Kupfer mit einer ionischen Flüssigkeit gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein nicht beschichtetes Rohr (2) bereitgestellt und mit einer chlorfreien ionischen Flüssigkeit gekühlt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rohr (2) aus Kupfer bereitgestellt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (2) mit einer Wandstärke von 1 mm bis 10 mm, insbesondere 1,5 mm bis 5 mm, bereitgestellt wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ionische Flüssigkeit mit Tetrafluorborat als Anion eingesetzt wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ionische Flüssigkeit mit einem Imidazolinderivat als Kation eingesetzt wird.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass 1-Ethyl-3-methylimidazoliniumtetrafluorborat eingesetzt wird.
ATA51062/2016A 2016-11-23 2016-11-23 Verfahren zur Herstellung eines Kühlelementes AT519400B1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA51062/2016A AT519400B1 (de) 2016-11-23 2016-11-23 Verfahren zur Herstellung eines Kühlelementes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA51062/2016A AT519400B1 (de) 2016-11-23 2016-11-23 Verfahren zur Herstellung eines Kühlelementes

Publications (2)

Publication Number Publication Date
AT519400A1 true AT519400A1 (de) 2018-06-15
AT519400B1 AT519400B1 (de) 2019-08-15

Family

ID=62528968

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ATA51062/2016A AT519400B1 (de) 2016-11-23 2016-11-23 Verfahren zur Herstellung eines Kühlelementes

Country Status (1)

Country Link
AT (1) AT519400B1 (de)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1386645A (en) * 1971-10-11 1975-03-12 Outokumpu Oy Method of casting cooling elements
EP0816515A1 (de) * 1996-07-05 1998-01-07 MAN Gutehoffnungshütte Aktiengesellschaft Kühlplatte für metallurgische Öfen der Eisen- und Stahlindustrie
WO2013113461A1 (en) * 2012-02-02 2013-08-08 Vtu Holding Gmbh Ionic liquids for cooling in high temperature environment
DE102015001190A1 (de) * 2015-01-31 2016-08-04 Karlfried Pfeifenbring Kühlelement für metallurgische Öfen sowie Verfahren zur Herstellung eines Kühlelements

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1386645A (en) * 1971-10-11 1975-03-12 Outokumpu Oy Method of casting cooling elements
EP0816515A1 (de) * 1996-07-05 1998-01-07 MAN Gutehoffnungshütte Aktiengesellschaft Kühlplatte für metallurgische Öfen der Eisen- und Stahlindustrie
WO2013113461A1 (en) * 2012-02-02 2013-08-08 Vtu Holding Gmbh Ionic liquids for cooling in high temperature environment
DE102015001190A1 (de) * 2015-01-31 2016-08-04 Karlfried Pfeifenbring Kühlelement für metallurgische Öfen sowie Verfahren zur Herstellung eines Kühlelements

Also Published As

Publication number Publication date
AT519400B1 (de) 2019-08-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102007018123A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils aus einer Aluminiumbasislegierung
DE102009034566A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines Tanks für Treibstoff
DE2315035A1 (de) Verfahren zur herstellung von zusammengesetzten waermeaustauschern
DE102009017596B3 (de) Verfahren zur Herstellung eines Halbzeugs für Mokume Gane Schmuck
DE4240288C2 (de) Geschweißtes Stahlrohr mit ausgezeichneter korrosionsbeständiger Innenfläche und Verfahren zur Herstellung desselben
EP0129691B1 (de) Formstück aus einem Verbundwerkstoff und Herstellungsverfahren hierzu
WO2016119770A1 (de) Kühlelement für metallurgische öfen sowie verfahren zur herstellung eines kühlelements
EP2872660A1 (de) Formteile aus korrosionsbeständigen kupferlegierungen
DE102009025197B4 (de) Verfahren zur Herstellung von Verbundmetall-Halbzeugen
DE2049757A1 (de) Verfahren zum Herstellen beschichteter Gegenstände
AT519400B1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Kühlelementes
DE69903706T2 (de) Nahtlose rohre aus kupferlegierung für wärmetauscher mit ausgezeichneter 0.2% elastizitätsgrenze und dauerfestigkeit
EP3423605B1 (de) Zinnhaltige kupferlegierung, verfahren zu deren herstellung sowie deren verwendung
DE3609074A1 (de) Verfahren zum herstellen von komposit-huellrohren fuer kernbrennstoffe sowie danach erhaltene produkte
DE19756815C2 (de) Kupfer-Knetlegierung, Verfahren zur Herstellung eines Halbzeuges daraus und deren Verwendung
DE102020102124A1 (de) Verfahren zum verbinden von ungleichen materialien
DE2241243C2 (de) Verfahren zur Erhöhung der Beständigkeit von Messing gegen Entzinken
DE655672C (de) Verfahren zur Herstellung von Bimetallrohren durch Schweissplattierung
AT55304B (de) Verfahren zur Herstellung platinierter Metallerzeugnisse.
DE69738545T2 (de) Verfahren zur Herstellung von Wärmetauscher
KR20110131272A (ko) 무연 황동 합금
EP1581779A1 (de) Kühlelement, insbesondere für öfen, sowie verfahren zur herstellung eines kühlelementes
EP1712319B1 (de) Anlage und Verfahren zum Herstellen von gelöteten Bauteilen mit einem Durchlauflötofen und einer statischen Abkühlzone
DE2732798C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Metallartikeln durch Diffusionsschweißen
AT58624B (de) Verfahren zur Überführung in der Kälte spröder Metalle bzw. Legierungen in duktile Modifikation.