DE10061359A1

DE10061359A1 - Kühleinrichtung für Schachtöfen sowie mit einer solchen Kühleinrichtung ausgestattete Schachtöfen

Info

Publication number: DE10061359A1
Application number: DE2000161359
Authority: DE
Inventors: Rudolf Hebel
Original assignee: Didier M&P Energietechnik GmbH
Current assignee: Paul Wurth Deutschland GmbH
Priority date: 2000-12-09
Filing date: 2000-12-09
Publication date: 2002-06-27
Anticipated expiration: 2020-12-10
Also published as: DE10061359C2; WO2002046478A2; WO2002046478A3; AU2002231663A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühleinrichtung für Schachtöfen, wie Hochöfen oder dgl., aus einem hochwärmeleitfähigen Material, vorzugsweise Kupfer oder Kupferlegierungen, mit einem Kühlmittelkanäle aufweisenden, als Hohlkörper ausgebildeten Kühlelement, welches eine im Vertikalschnitt zum Ofeninnenraum vorgewölbte, z. B. im Wesentlichen dreieckförmig zum Odeninnenraum weisende Grundform hat und an wenigstens einer der feuerfesten Innenauskleidung des Ofens zugewandten Fläche eine treppenförmige, sägezahnähnliche oder dgl. strukturierte Oberflächenkontur aufweist, sowie Schachtöfen mit derartigen Kühleinrichtungen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühleinrichtung für Schachtöfen, wie Hoch öfen oder dgl., aus einem hochwärmeleitfähigen Material, vorzugsweise Kupfer oder Kupferlegierungen, mit einem Kühlmittelkanäle aufweisenden, als Hohlkör per ausgebildeten Kühlelement, sowie auf mit derartigen Kühleinrichtungen ausgestattete Schachtöfen, insbesondere Hochöfen.

Kühlsysteme mit unterschiedlichen Kühlelementen für Stahlpanzer von Schachtöfen, insbesondere Hochöfen, sind aus einer Vielzahl von Literaturhin weisen und Schutzrechten bekannt. In der Fachliteratur ist hierbei z. B. "Hütte" (Taschenbuch für Eisenhüttenleute), Verlag Stahl und Eisen, Seiten 530 und 531; "Stahl und Eisen", 106 (1986) Nr. 5, Seiten 205 bis 210 und "Iron and Steel Engineer", Band 69, Nr. 12, Dezember 1992, Seiten 26 bis 29 zu nennen. Hin sichtlich der Patentliteratur sei insbesondere auf DE 198 01 425 A1, WO 98 32 883 A1, EP 0 926 247 A1, DE 198 06 788 A1, DE 198 16 867 A1, EP 0 887 428 A1, EP 0 918 092 A1, EP 0 950 722 A1 und EP 0 705 906 B1 verwiesen.

Alle zuvor genannten Vorschläge beziehen sich auf Kupfer-Kühlelemente zum Schutz des Schachtpanzers von Schachtöfen, insbesondere von Hochöfen und ihrer feuerfesten Auskleidung. Der Schutz entsteht im Wesentlichen durch das Vermögen des Kupferelements, im breiigen und schmelzflüssigen Bereich Schutzschichten (Krusten) aus der Möllerung an seine inneren Oberflächen anzufrieren. Diese Schutzschichten, bestehend aus breiigem/schmelzflüssigem Möllermaterial, haben sehr geringe Wärmeleitfähigkeit, weshalb bereits dünne Schichten von wenigen Zentimetern Stärke als gute Wärmeisolation angesehen werden können. Diese Schutzschicht-Isolationen lassen den Wärmestrom vom Inneren des Schachtofens bis zum Kühlmedium beachtlich absinken. Sie tragen somit zur Energieersparnis von Schachtöfen bei.

Kupfer-Kühlelemente (sogenannte Kupfer-Staves) zeigen auch bei kurzzeitigem Verlust der Schutzschicht und hoher thermischer Belastung im Gegensatz zu klassischen Guss-Stave-Konzeptionen keine Rissbildung und haben einen ver nachlässigbar geringen Materialverschleiß. Versuche an Kupfer-Staves zeigen bspw. nach etwa 10-jährigem Einsatz im Schachtofen (Hochofen) einen Materi alverschleiß von nur 3 bis 4 mm.

Nachteilig bei den herkömmlichen Kupfer-Staves ist jedoch, dass sie trotz ge ringer Wanddicken von ca. 150 mm (Grauguss-Staves ca. 250 mm und mehr) relativ schwer sind. Das hohe Gewicht und der ebenfalls hohe Aufwand der me chanischen Bearbeitung (Nut- und Stegprinzip) verteuern das Produkt und ma chen eine kräftig ausgeführte Verankerung am Stahlmantel des Schachtofens erforderlich.

Nachteilig bei den z. B. tieflochgebohrten Kupfer-Massiv-Staves ist ferner, dass ab einer gewissen Stavelänge die Kühlkanäle überproportional große Boh rungsdurchmesser haben, was zu unwirtschaftlichen Kühlmedium-Kreisläufen führt.

Nachteilig ist weiterhin, dass es mit Hilfe der bekannten Kupfer-Stave-Systeme in wandnaher Stahlpanzeranordnung nicht gelungen ist, Übergangszonen in Schachtöfen, wie bspw. in der Rast oder im unteren/mittleren Schacht von Hochöfen (Auslauf der kohäsiven Zonen) verschleißtechnisch sicher zu gestal ten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, insbesondere die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und eine Kühleinrichtung zu schaffen, wel che im Übergangsbereich der Rast und/oder im unteren/mittleren Schacht von Schachtöfen, vorzugsweise von Hochöfen, problemlos einsetzbar sind. Auf die se Weise sollen eine sichere Beherrschung der in der Rast bzw. in dem Unter- und Mittelschacht auftretenden Verschleißphänomene, verbunden mit den er forderlichen wesentlich dickeren Feuerfestmauerwerksstärken der Windform ebene einerseits und des unteren/mittleren Schachts (Auslaufzone der kohäsi ven Zone) andererseits erreicht werden.

Diese Aufgabe wird bei einer Kühleinrichtung der eingangs genannten Art bspw. dadurch gelöst, dass das Kühlelement, welches aus mehreren Teilkühlelemen ten bestehen kann, eine im Vertikalschnitt vorgewölbte, z. B. im Wesentlichen dreieckförmig zum Ofeninnenraum weisende Grundform hat und an wenigstens einer der feuerfesten Innenauskleidung des Ofens zugewandten Fläche eine treppenförmige, sägezahnähnliche oder dgl. strukturierte Oberflächenkontur aufweist.

Mit Hilfe einer solchen Kühleinrichtung kann der Verschleiß der Kühlformen und der Kühlringe in der Blasformebene des Ofens durch abtropfendes schmelzflüs siges Metall oder thermomechanische bzw. thermochemische Zerstörung der Kühlformen bzw. der Kühlringe bei Verlust des feuerfesten Mauerwerks in der oberen Blasformregion vermieden oder zumindest stark reduziert werden. Auf grund der besonderen Oberflächenkontur des Kühlelements wird dem notwen digen feuerfesten Auskleidungsmaterial in der Rast und in dem unte ren/mittleren Schachtbereich eine konstruktiv sichere und feuerfesttechnisch günstige Auflage und Verankerung geschaffen, so dass eine spannungsarme, thermomechanisch günstige und somit langlebige Feuerfestkonstruktion gewährleistet werden kann. Dem Schachtofenbetreiber wird eine in dem Bereich von Rast und unterem/mittlerem Schacht wesentlich verbesserte Verschleiß technologie aufgrund der Verbindung von Kühlelement und feuerfester Innen auskleidung angeboten, um die gewünschten langen Schachtofenbetriebskam pagnen zu erreichen. Ferner ist die konstruktive Gestaltung eines möglichst günstigen Rastwinkels mit dem Vermögen einer stabilen Auflage der kohäsiven Zone im Schachtofen, insbesondere im Hochofen, erreichbar.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn eine im Wesentlichen horizontale oder nach dem Ofeninneren abfallende Oberseite des Kühlelements treppenförmig ausgebildet ist und/oder eine im Wesentlichen vertikale oder von oben nach un ten schräg nach außen verlaufende Innenseite des Kühlelements sägezahnartig ausgebildet sind/ist, da auf diese Weise der Innenauskleidung des Ofens be sonders günstig Halt geboten wird.

Des Weiteren bietet eine konstruktiv günstig ausgeführte Auflage mit Nut- bzw. Federausbildung oder Aussparungen, wie Kerben, im Treppenbereich sehr gute Bedingungen zur gewünschten Ansatzbildung und dessen Verankerung.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist der Hohlraum des Kühlelements panzerseitig offen und mit einer gegen Gashinter strömung kompakten, dichten, vorzugsweise selbstfließenden und selbstentlüf tenden feuerfesten Hinterfüllmasse, z. B. einer 35 bis 98%igen hochtonerdhalti gen feuerfesten Masse auf Korundbasis ausgekleidet.

Diese Hinterfüllmasse kann bspw. einen 15 bis 30%-igen Zusatz an SiC- Anteilen enthalten, um ihre Standfestigkeit und Abriebfestigkeit zu sichern. Die Abriebfestigkeit der Hinterfüllmasse sollte in den Grenzen zwischen 15 bis 25 cm³ nach ASTM C-704 liegen, um Betriebsbedingungen der Schachtöfen zu genügen. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Einsatzes sollte die Hinterfüll masse bis zu 1800°C temperaturbeständig sein und eine hohe Abriebfestigkeit aufweisen, welche bspw. durch einen Stahlnadelzusatz erreicht werden kann.

Um eine einfache Montage und sichere Funktion des Kühlelements zu sichern, ist es vorzugsweise panzerseitig dem Radius der Ofenwandung, insbesondere des Schachtes bzw. der Rast des Ofens, angepasst.

Ferner ist es von Vorteil, wenn das Kühlelement mit inneren Stegen zur panzer seitigen Befestigung bzw. zur Verstärkung der Wandungen des Kühlelements ausgestattet ist.

Die Wandungen des Kühlelements können bspw. lediglich von einem Oberjoch und einem Unterjoch oder einem Oberjoch und einer Innenwand, sowie ggf. den Stegen, gebildet sein, wodurch die Kühlelemente einfach und kostengünstig herstellbar sind.

Auf konstruktiv einfache Weise können Wandungen des Kühlelements, z. B. des Oberjochs, aus mehreren gleich- oder verschiedenartigen, z. B. treppenbilden den Modulen zusammengefügt sein.

Hierbei ist es von Vorteil, wenn das Kühlelement oder dessen Module gegos sen, stranggepresst oder gewalzt ist/sind.

Ein erfindungsgemäßer Schachtofen, insbesondere Hochofen, mit einer Kühl einrichtung der zuvor geschilderten Art zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass das Kühlelement, welches aus mehreren Einzelelementen bestehen kann, im unteren/mittleren Schachtbereich, in dem Übergangsbereich dünner zu di cker feuerfester Innenauskleidung oder in dem Rastbereich zur Bildung des Rastwinkels und/oder zum Schutz des Blasform-Kühlringes angeordnet ist.

Dabei kann die Unterjochkontur des Kühlelements an die runde Form des Blas form-Kühlringes angepasst sein, um einen besonders wirksamen Schutz des Blasform-Kühlringes zu erreichen.

Wie bereits erwähnt, kann das Kühlelement aus mehreren mechanisch mitein ander verbundenen Teilen bestehen, welche Herstellung und Montage erleich tern und verbilligen.

Mit Hilfe des Kühlelements kann vorzugsweise der Rastwinkel auf einen mög lichst günstigen Wert, welcher dem natürlichen Verschleißbild entspricht, einge stellt werden.

Das Kühlelement kann auch so eingesetzt sein, dass mit seiner Hilfe der feuer festen Innenauskleidung des Ofens eine glatte innere prozesstechnisch günsti ge Kontur gegenüber der absinkenden Schüttung (Möllerung) gegeben ist.

Andererseits ist es auch möglich, dass dem äußeren Panzer des Ofens mit Hilfe des Kühlelements in dem Übergangsbereich dünner zu dicker Auskleidung eine glatte äußere Kontur gegeben ist. Damit hat das Hochofengefäß eine vorteilhaf te Ausgestaltung als Innendruck führendes Aggregat.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Stege des Kühlelements aus zu dem Material des Panzers artverwandtem oder artgleichem Material bestehen, so dass eine gegen hohe thermomechanische Beanspruchung zuverlässige Veran kerung möglich ist, insbesondere wenn das Kühlelement mittels der Stege an dem Panzer angebracht ist.

Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Hierbei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dar gestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, auch unabhängig von deren Zusammenfassung in einzelnen Ansprü chen oder deren Rückbeziehung.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch den oberen Teil eines Hochofens mit einer erfindungsgemäßen Kühleinrichtung im Rastbereich,

Fig. 2A und 2B Vertikalschnitte durch den unteren/mittleren Schachtbereich eines Hochofens mit erfindungsgemäßen Kühleinrichtungen in zwei un terschiedlichen Ausführungsformen,

Fig. 3A bis 3C in Seitenansicht und in einem Vertikalschnitt A-B und in dem Detail "C" ein anderes erfindungsgemäßes Hohlkörper-Kühlelement,

Fig. 4A und 4B Darstellungen entsprechend Fig. 3A und 3B für eine weitere Aus führungsform der Erfindung,

Fig. 5 einen Horizontalschnitt in Höhe Blasformebene,

Fig. 6A und 6B Ansichten gemäß Fig. 3A und 3B für eine noch weitere Ausgestal tung der Erfindung,

Fig. 7 eine weitere alternative Ausgestaltung des Hohlkörper- Kühlelements nach Fig. 6 in Modulbauweise, und

Fig. 8A und 8B eine noch weitere alternative Ausgestaltung des Hohlkörper- Kühlelements gemäß den Fig. 6 und 7 mit Innenaufhängung und Innenbefestigung an dem Schachtofenpanzer mit zusätzlichem De tail "B".

Der Hochofen gemäß Fig. 1 hat eine Blasform a, eine Rast b, einen Kohlensack c und einen unteren Schacht d. Ein als Hohlkörper ausgebildetes Kühlelement 1 ist aus gegossenen oder stranggepressten Profilen mit ein oder mehreren innen verlaufenden, runden oder von der Kreisform abweichenden Kühlmittelkanälen 2 gebildet. Das Kühlelement 1 ist auf der Oberseite seines Oberjoches 11 mit ei ner treppenförmigen Kontur 4 zur sicheren und stabilen Aufnahme der Mauer werks-Zustellung 4' im Rastbereich ausgestattet. Bei Verschleiß der feuerfesten Auskleidung 4' kann sich an den Treppen sofort eine Schutzschicht (Kruste) aus Möllermaterial bilden. Das Kühlelement 1 hat ferner vorzugsweise eine glatte Unterseite 5 des Unterjochs 20, welche mit einer Unterjochkontur 6 an den Blas form-Kühlring 3 (vgl. Fig. 3A) angepasst ist.

Ein Hohlraum 10 des Kühlelements 1 ist über eine schlitzförmige Vergussöff nung 14 (vgl. Fig. 4A) auf der Oberseite des Kühlelements 1 mit einer selbstflie ßenden und selbstentlüftenden feuerfesten Hinterfüllmasse 10' einfach vergieß bar.

Zur Befestigung des Kühlelements 1 an dem metallenen Panzer i des Schacht ofens dienen neben den konstruktiv kräftig ausgebildeten Oberjoch 11 und Un terjoch 20 in radiale Richtung verlaufende Stege 9, welche gleichzeitig zur Ver stärkung der Statik des Kühlelements 1 dienen.

Der Rastwinkel α des Schachtofens, insbesondere Hochofens, kann ersichtlich durch die nach innen vorspringende, bspw. im Wesentlichen dreieckige Form gebung des Kühlelements 1 einerseits und der zugehörigen feuerfesten Aus kleidung andererseits auf verschleißgünstige Winkel und/oder ansatzfördernde natürliche Rastwinkel eingestellt werden, und zwar unabhängig von dem Winkel und der Geometrie der jeweiligen Rastpanzerschüsse des Schachtofens, insbe sondere Hochofens.

Aus den Fig. 2A und 2B ist der untere/mittlere Schachtbereich des Hochofens mit unterem/mittlerem Schacht f, herkömmlichen Kupfer-Flachstave e und Kup fer-Kühlplatte (Kühlkasten) k erkennbar. Auch dieser Vertikalschnitt zeigt ein Kühlelement 1 im unteren/mittleren Schachtbereich aus gegossenen oder stranggepressten Profilen bzw. gewalzten Profilsegmenten mit innenverlaufen den ein oder mehreren runden oder von der Kreisform abweichenden Kühlmit telkanälen 2. Das Kühlelement 1 hat in diesem Fall an der Oberseite 13 seines Oberjochs 11 eine glatte horizontale Fläche zur Aufnahme der Schachtmauer werkszustellung 4' entsprechend einer einzigen Stufe. Zur feuerfestmäßig güns tigen Ausgestaltung der Auflage kann die horizontale Fläche des Oberjochs mit einer zusätzlichen metallischen Nut- oder Federanordnung versehen sein.

Auf der mehr oder weniger schräg von oben innen nach unten außen abfallen den Innenwand 26 ist eine dem Ofeninnenraum l zugekehrte sägezahnähnliche Kontur 8 vorgesehen. Diese dient einerseits einer vorteilhaften Verankerung ei ner torkretierten oder mittels Shotkast-Verfahren aufgebrachten, der Ausklei dung dienenden feuerfesten Masse 8', welche vornehmlich zum Anfahrschutz des Schachtofens vorgesehen wird, andererseits der vorteilhaften Verankerung der sich bildenden Schutzschichten (Krusten) aus schmelzflüssigem Möllerma terial. Auch hier ist der Hohlraum 10 mit einer dichten, selbstfließenden und selbstlüftenden feuerfesten Hinterfüllmasse 10' vergossen. Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel sind auch hier Stege 9 zur Befestigung, Verstärkung und Verbesserung der Statik vorgesehen.

Während gemäß Fig. 2A der metallene Panzer i des Schachtofens im unte ren/mittleren Schachtbereich f zur Schaffung einer druckgünstigen Konzeption im Wesentlichen glatt durchläuft und die Innenkontur der Wandauskleidung auf grund des Kühlelements 1 abgewinkelt ist, ist es bei der Ausführungsform ge mäß Fig. 2B gerade umgekehrt. Dort ist eine übergangslose glatte feuerfeste Mauerwerkskontur 25 zum Ofeninnenraum l im unteren/mittleren Schachtbe reich f vorgesehen. Hierdurch ist eine prozessgünstige, verschleißhemmende Konzeption gegen absinkende Schüttung (Möllerung) verwirklicht. Der notwen dige Mauerwerkssprung (Dickenänderung) im Bereich unterer/mittlerer Schacht kann demnach konstruktiv problemlos mit Hilfe des erfindungsgemäßen Kühl elements 1 nach außen verlegt werden. Der sich sonst zwangsläufig einstellen de hohe Verschleiß der Feuerfestauskleidung nach klassischer Konstruktion im Übergangsbereich der verschiedenen Kupfer-Stave-Kühlelement-Konzeptionen, auf Kühlplatten oder Grauguss-Stave-Konzeptionen, kann hierbei erfindungs gemäß stark verringert oder ganz vermieden werden. Speziell beim Neubau von Schachtöfen, insbesondere Hochöfen, kann der Radius des metallenen Panzers i bei gleichen spezifischen Roheisen-Erzeugungsraten um den erforderlichen Dickensprung des Feuerfestmauerwerks im Bereich Rast, Kohlensack, unte rer/mittlerer Schacht kleiner ausgelegt werden. Dies führt zu erheblichen Sen kungen der Investitionskosten beim Neubau von Schachtöfen oder bei deren Generalumbaumaßnahmen.

Aus den Fig. 3A und 3B ist ersichtlich, dass das Kühlelement 1, von welchen um den Umfang des Schachtofens herum mehrere vorgesehen sein können, vor zugsweise einteilig oder mehrteilig gegossen oder einteilig bzw. mehrteilig stranggepresst bzw. walztechnisch hergestellt werden kann. Mittels mechani scher Verbindungstechniken, wie Schweißen, Löten, Kleben bzw. Schrauben, Stiften und dgl. Verbindungsstücke 12 lassen sich bspw. mehrteilige Kühlele ment-Module zu kompakten Kühlelement-Einheiten zusammensetzen.

Aus Fig. 3A sind insbesondere die Kühlringe g und die Blasformspitzen h und die angepasste Unterjochkontur 6 der Kühlelemente 1 zu erkennen.

Aus den Fig. 4A und 4B ist insbesondere gezeigt, wie über schlitz- oder trichter förmige Vergussöffnungen 14 auf der Oberseite des Oberjochs 11 der Hohlraum mit einer dichten, selbstfließenden und selbstentlüftenden feuerfesten Masse 10' vergossen werden kann. Die Aufhängung und Befestigung des Kühlelements 1 erfolgt durch eingegossene oder mechanisch eingearbeitete Profilvertiefungen oder Aufhängeöffnungen 15 in dem Oberjoch 11 bzw. dem Unterjoch 20 des Kühlelements 1. In den Stegen 9 können Gewindelöcher 16 der mechanischen Befestigung an dem metallenen Panzer i des Schachtofens dienen.

Der Horizontalschnitt gemäß Fig. 5 in Höhe Blasformebene des Schachtofens veranschaulicht die Kühlringe g, die Blasformspitzen h und dem Panzer i, wobei der Außenradius 7 und der Innenradius 7' des jeweiligen Kühlelements 1 an die radial verlaufende Form des Panzers i sowie der Innenkontur der feuerfesten Auskleidung angepasst sind.

Die Besonderheit des in den Fig. 6A und 6B dargestellten erfindungsgemäßen Kühlelements 1 besteht darin, dass es im Wesentlichen aus dem Oberjoch 11 mit den radialen Stegen 9 besteht, wobei das Unterjoch 20 ganz entfallen oder durch ein gesondertes Bauteil in Modulbauweise vorgesehen sein kann, letzte res ggf. mit eigenen Kühlmittelkanälen 2.

Die Kühlelemente 1 gemäß den Fig. 7 und 8 sind vollständig in Modulbauweise gefertigt, und zwar mittels gleichartiger Treppenmodule 17 und verschiedenarti ger Treppenmodule 18 sowie den Rippen 9 und ggf. dem Unterjoch 20. Dabei sind die Treppenmodule 17, 18 entweder selbst schon treppenförmig ausgebil det oder so zueinander versetzt, dass sie eine Art Treppe bilden. Zur feuerfest mäßig günstigen Ausgestaltung der Auflage sind auf den Treppenabsätzen me tallische Nut- oder Federelemente 28 angeordnet (Fig. 3C und 8B). Ebenso ver ankern Stege oder Aussparungen 29 nach dem Verschleiß des feuerfesten Ma terials die angefrorenen Schutzschichten. Derartige einfache Module aus Kupfer oder niedrig legierter Kupferlegierung sind einfach herstellbar und bei 19 durch bekannte Fügetechniken, wie bspw. Schweißen, Löten, Kleben und/oder andere mechanische Verbindungstechniken, wie Schrauben, Stiften oder ähnlichem zu dem Kühlelement 1 zusammensetzbar.

Bei der Ausführung gemäß Fig. 8 ist eine vorteilhafte Innenaufhängung mittels der Stege 9, Befestigungslaschen 22 und Schweißungen 23 vorgesehen. Das Unterjoch 20 bildet mit weiteren Plattenelementen 27, welche mittels Befesti gungselementen 21 an den Treppenmodulen 17, 18 angebracht sind, ein Kas tenblech 24, welches den Hohlraum 10 umschließt.

Die Treppenmodule 17, 18 aus Kupfer oder niedrig legierten Kupferlegierungen können bevorzugt mittels Strangpressen, aber auch walztechnisch hergestellt werden. Letzteres hat den Vorteil, dass die Treppenmodule 17, 18 dichter, frei von Einschlüssen und Gießfehlern und mit höherer Wärmeleitfähigkeit ausges tattet sind. Bekanntlich fördert die höhere Wärmeleitfähigkeit das Vermögen zum Anfrieren von verschleißhemmenden Schutzschichten (Krusten) aus teigi gen bzw. schmelzflüssigen Möllerprodukten im Schachtofen. Die kräftige und robust ausgeführte Konstruktion der gleich- oder verschiedenartigen Treppen module 17, 18 und Stege 9 tragen den rauhen Beanspruchungen des Schacht ofenbetriebes Rechnung und gewährleisten eine lange Haltbarkeit des Kühlele ments 1.

Das Material der Rippen 9 ist veränderbar. Bei Anwendung artverwandtem oder artgleichem Material der Rippen 9 wie dem Panzer i können die Rippen 9 dau erhaft an dem Panzer i befestigt werden, wie dies mit der Schweißverbindung 23 angedeutet ist. Hierdurch entfällt die klassische aufwendige Außen- /Innenmontage zur Befestigung der Kühlelemente 1 ebenso wie das Einbringen von zusätzlichen Löchern oder Öffnungen zur Befestigung der Kühlelemente 1 in dem druckführenden Schachtpanzergefäß.

Die als Befestigungsrippen ausgebildeten Stege 9 haben zusätzliche Befesti gungselemente 21 und Befestigungslaschen 22, damit das Kühlelement 1 unab hängig von den Rippen 9 im Schachtofen an dem Panzer i montiert werden kann. Hierdurch wird der Zeitaufwand für die Montage aufgrund des Wegfalls gleichzeitiger Außen-/Innenmontage im Schachtofengefäß verringert. Außer dem werden Löcher oder Öffnungen zur Durchführung erforderlicher Befesti gungselemente durch den Druck tragenden Schachtofenpanzer i erspart. Auf diese Weise wird einem zusätzlichem Sicherheitsaspekt des drucktragenden Schachtofenpanzers durch die erfindungsgemäß vorteilhafte Montage des Kühl elements 1 Rechnung getragen.

Das Kastenblech 24 verhindert Durchgasungsstörungen zwischen der Blasform und dem Kühlelement 1.

Allen beschriebenen und dargestellten Kühlelementen 1 ist gemeinsam, dass bei unkontrolliertem, voreilendem Verschleiß und/oder Leckagen eines Kühl elements 1 dieses vom Wasserkreislauf abgetrennt und durch Injizieren (Muxen) mittels einer hochwärmeleitfähigen Kohlenstoff/Grafitmasse oder einer adäqua ten feuerfesten SiC-Masse stillgelegt werden kann. Der Schachtofen kann des halb bspw. bis zu einem geplanten längeren Stillstand weiter betrieben werden; ein sofortiger Stillstand ist somit nicht erforderlich.

Das Ausfüllen/Hinterfüllen des Kühlelements 1 mit Hilfe der roheisen- und schlackeresistenen hochtonerdigen feuerfesten Masse 10 mit anteiligen SiC- Zusätzen verhindert selbst bei weitgehendem Verlust des Kühlelements 1 durch voreilenden Verschleiß das Überhitzen des Blechpanzers bzw. die Bildung von heißen Stellen am Schachtofenpanzer.

Bezugszeichenliste

1

Kühlelement

2

Kühlmittelkanäle

3

Blasform-Kühlring

4

treppenförmige Kontur

4

' Zustellung

5

Unterjochseite

6

Unterjochkontur

7

Außenradius

7

' Innenradius

8

sägezahnähnliche Kontur

8

' Auskleidung, feuerfeste Masse

9

Stege

10

Hohlraum

10

' feuerfeste Hinterfüllmasse

11

Oberjoch

12

Verbindungsstück

13

Oberjochseite

14

Vergussöffnung

15

Aufhängeöffnung

16

Gewindeloch

17

Treppenmodule

18

Treppenmodule

19

Fügung

20

Unterjoch

21

Befestigungselemente

22

Befestigungslasche

23

Schweißverbindung

24

Kastenblech

25

Mauerwerkskontur

26

Innenwand

27

Plattenelemente

28

Nutanordnungen

29

Aussparungen, Kerben
α Rastwinkel
a Blasform
b Rast
c Kohlensack
d oberer Schacht
e Kupferschachtstave
f unterer/mittlerer Schacht
g Kühlringe
h Blasformspitzen
i Panzer
k Kupfer-Kühlplatte
l Ofeninnenraum

Claims

1. Kühleinrichtung für Schachtöfen, wie Hochöfen oder dgl., aus einem hochwärmeleitfähigen Material, vorzugsweise Kupfer oder Kupferlegierungen, mit einem Kühlmittelkanäle (2) aufweisenden, als Hohlkörper ausgebildeten Kühlelement (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (1) eine im Vertikalschnitt zum Ofeninnenraum (l) vorgewölbte, z. B. im Wesentlichen drei eckförmig zum Ofeninnenraum weisende Grundform hat und an wenigstens ei ner der feuerfesten Innenauskleidung (4', 8') des Ofens zugewandten Fläche eine treppenförmige, sägezahnähnliche oder dgl. strukturierte Oberflächenkon tur (4, 8) aufweist.

2. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine im Wesentlichen horizontale oder nach dem Ofeninnenraum (l) abfallende O berseite des Kühlelements (1) treppenförmig ausgebildet ist.

3. Kühleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der treppenförmigen Ausbildungen des Kühlelements (1) Nut- oder Fe deranordnungen (28), Aussparungen oder ähnliche geometrische Arretierungs mittel, wie Kerben (29), vorgesehen sind.

4. Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, dass eine im Wesentlichen vertikale oder von oben nach unten schräg nach außen verlaufende Innenseite des Kühlelements (1) sägezahnartig ausgebildet ist.

5. Kühleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (10) des Kühlelements (1) panzerseitig offen und mit einer gegen Gashinterströmung kompakten, dichten, vorzugswei se selbstfließenden und selbstentlüftenden feuerfesten Hinterfüllmasse (10'), z. B. einer 35 bis 98%igen hochtonerdehaltigen feuerfesten Masse auf Korund basis, ausgekleidet ist.

6. Kühleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterfüllmasse (10') einen 15 bis 30%-haltigen Zusatz an SiC-Anteilen enthält.

7. Kühleinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterfüllmasse (10') bis zu 1800°C temperaturbeständig ist.

8. Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, dass die Hinterfüllmasse (10') hohe Abriebfestigkeit und ggf. einen Stahlnadelzusatz aufweist.

9. Kühleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (1) panzerseitig dem Radius der O fenwandung, insbesondere des Schachtes (d, f) bzw. der Rast (b) des Ofens angepasst ist.

10. Kühleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (1) mit inneren Stegen (9) zur panzer seitigen Befestigung bzw. zur Verstärkung der Wandungen (11, 20; 26) des Kühlelements (1) ausgestattet ist.

11. Kühleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (1) lediglich aus einem Oberjoch (11) und einem Unterjoch (20) oder einem Oberjoch (11) und einer Innenwand (26), sowie ggf. den Stegen (9), gebildet ist.

12. Kühleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandungen (11, 20; 26) des Kühlelements (1), z. B. das Oberjoch (11) aus mehreren gleich- oder verschiedenartigen, z. B. Treppen bildenden Modulen (17, 18) zusammengefügt sind.

13. Kühleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (1) und/oder dessen Module (17, 18) gegossen, stranggepresst oder gewalzt sind.

14. Schachtofen oder dgl. mit wenigstens einer Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (1) in dem unteren/mittleren Schachtbereich, in dem Übergangsbereich dünner zu di cker feuerfester Innenauskleidung (4', 8') oder in dem Rastbereich zur Bildung des natürlichen Rastwinkels und/oder zum Schutz des Blasform-Kühlringes (3) angeordnet ist.

15. Schachtofen nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Un terjochkontur (6) des Kühlelements (1) an die runde Form des Blasform- Kühlringes (3) angepasst ist.

16. Schachtofen nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterjochkontur (6) des Kühlelements (1) dachförmig gerade oberhalb des Kühlringes (3) verläuft.

17. Schachtofen nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (1) aus mehreren mechanisch miteinander verbundenen Teilen besteht.

18. Schachtofen nach einer der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekenn zeichnet, dass der Rastwinkel (α) mit Hilfe des Kühlelements (1) auf einen ver schleißtechnisch günstigen Wert, welcher dem natürlichen Verschleißbild ent spricht, eingestellt ist.

19. Schachtofen nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekenn zeichnet, dass der feuerfesten Innenauskleidung (4', 8') mit Hilfe des Kühlele ments (1) eine glatte innere Kontur gegeben ist.

20. Schachtofen nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekenn zeichnet, dass dem äußeren Panzer (i) mit Hilfe des Kühlelements (1) in dem Übergangsbereich dünner zu dicker Innenauskleidung (4', 8') eine glatte äußere Kontur gegeben ist.

21. Schachtofen nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekenn zeichnet, dass die Stege (9) des Kühlelements (1) aus zu dem Material des Panzers (i) artverwandtem oder artgleichem Material bestehen.

22. Schachtofen nach einem der Ansprüche 13 bis 29, dadurch gekenn zeichnet, dass das jeweilige Kühlelement (1) mittels der Stege (9) an dem Pan zer (i) angebracht ist.