DE102004035968A1

DE102004035968A1 - Kühlplatte

Info

Publication number: DE102004035968A1
Application number: DE102004035968A
Authority: DE
Inventors: Hans-Günther Dr. Wobker; Walter Nieporte; Christof Dratner
Original assignee: KM Europa Metal AG
Current assignee: KME Special Products GmbH and Co KG
Priority date: 2004-07-23
Filing date: 2004-07-23
Publication date: 2006-02-16
Also published as: EP1826518A1

Abstract

Die Kühlplatte (1) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung für Schachtöfen weist mehrere in einer Reihe im Abstand zueinander verlaufende und sich parallel zur Heißseite (2) erstreckende Bohrungen (5) für ein Kühlmittel, wie Wasser, auf. Die Bohrungen (5) sind in Gruppen (13, 13a) zusammengefasst. Das Verhältnis des Durchmessers (d) der Bohrungen (5) zum Mittenabstand (s) zweier benachbarter Bohrungen (5) in einer Gruppe (13, 13a) ist wie d s 3d gestaltet. Der Mittenabstand (s) benachbarter Bohrungen (5) in einer Gruppe (13) ist kleiner als der Mittenabstand (s¶1¶) einander benachbarter Bohrungen (5) von zwei aufeinander folgenden Gruppen (13, 13a) bemessen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlplatte aus Kupfer oder einer Kupferlegierung für Schachtöfen gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine solche Kühlplatte zählt im Umfang der DE 29 07 511 C2 zum Stand der Technik. Sie weist mehrere in einer Reihe im Abstand zueinander verlaufende, sich parallel zu der Nuten besitzenden Heißseite erstreckende Bohrungen für ein Kühlmittel auf. Die Bohrungen sind endseitig mit quer gerichteten Anschlussrohren zur Kopplung mit einem Kühlmitteleinlauf und einem Kühlmittelauslauf verbunden. Sie sind durch Tieflochbohren in die Kühlplatte eingebracht. In aller Regel besitzen die Bohrungen einen Durchmesser von 50 mm bis 65 mm. Der Mittenabstand zweier benachbarter Bohrungen ist gleichmäßig gestaltet. Er beträgt ungefähr das Vierfache des Durchmessers einer Bohrung.
Bedingt durch die Anordnung und Abmessungen der Bohrungen weist eine bekannte Kühlplatte eine Dicke zwischen 90 mm und 150 mm incl. von Vorsprüngen an der Heißseite auf. Diese Dicke ergibt sich durch den Durchmesser der Bohrungen sowie den Sachverhalt, dass die Materialdicke zwischen den Bohrungen und der Heißseite bzw. der Kaltseite der Kühlplatte zwischen 15 mm und 30 mm betragen soll, um Leckagen vorzubeugen. Hieraus resultiert ein hohes Gewicht für die Kühlplatte verbunden mit einem relativ hohen Materialaufwand.
Der Erfindung liegt – ausgehend vom Stand der Technik – die Aufgabe zugrunde, eine Kühlplatte aus Kupfer oder einer Kupferlegierung für Schachtöfen zu schaffen, die bei gleichen oder besseren Kühleigenschaften ohne Gefährdung durch Leckagen eine geringere Dicke aufweist.
Diese Aufgabe wird mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Aufgrund des Sachverhalts, dass nunmehr das Verhältnis des Durchmessers der Bohrungen zum Mittenabstand zweier benachbarter Bohrungen wie d ≤ s < 3d gestaltet ist, kann eine Bohrung mit einem bislang großen Durchmesser durch mehrere Bohrungen mit geringeren Durchmessern ersetzt werden. Dies hat den Vorteil, dass die Dicke der Kühlplatte um 25 mm bis 35 mm reduziert werden kann, so dass der Materialeinsatz merklich verringert wird. Die Wirtschaftlichkeit bei der Bereitstellung einer Kühlplatte wird erhöht.
Neben der Reduzierung der Dicke der Kühlplatte wird durch die erfindungsgemäße Maßnahme auch eine bessere Kühlwirkung erreicht. Bei annähernd gleicher Kühlwassermenge wie bei der Bauart des Standes der Technik ergibt sich eine Temperaturreduzierung von etwa 60°C bis 70°C auf der Heißseite der Kühlplatte. Grund hierfür ist die größere Oberfläche der kleineren Bohrungen in Relation zu einer Bohrung mit einem größeren Durchmesser.
Ferner wird durch die Erfindung der Temperaturgradient auf der Heißseite begrenzt. Auf diese Weise wird eine gleichmäßigere Belastung der Kühlplatte erzielt. Hiermit ist eine Reduzierung des an der Kühlplatte zu erwartenden Verzugs verbunden.
Die Erfindung lässt zu, dass alle in einer Reihe angeordneten Bohrungen mit demselben Mittenabstand von Bohrung zu Bohrung eingebracht werden. Denkbar ist aber auch, dass gemäß den Merkmalen des Anspruchs 2 mindestens zwei, maximal vier Bohrungen, gruppenweise zusammengefasst sind, wobei der Mittenabstand benachbarter Bohrungen in einer Gruppe kleiner als der Mittenabstand einander benachbarter Bohrungen von zwei aufeinander folgenden Gruppen bemessen ist.
In diesem Zusammenhang ist es dann entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 3 von Vorteil, dass die Bohrungen einer Gruppe über eine zentrale Zu-/Abführung mit einem Anschlussrohr verbunden sind, das mit einem Kühlmitteleinlauf oder mit einem Kühlmittelauslauf gekoppelt ist. Hierbei kann der Innendurchmesser des Anschlussrohrs auf den Durchmesser der zentralen Zu-/Abführung abgestellt sein. Denkbar ist aber auch, dass das Befestigungsende des Anschlussrohrs an der Kühlplatte oval verformt ist. Diese Maßnahme dürfte sich zweckmäßig erweisen, wenn mehr als zwei Bohrungen einem Anschlussrohr zugeordnet werden.
Eine weitere Ausführungsform bei einer gruppenweisen Anordnung von Bohrungen besteht in den Merkmalen des Anspruchs 4. Danach sind die Bohrungen einer Gruppe mindestens zum Teil über Schrägbohrungen mit einem Anschlussrohr verbunden, das seinerseits mit einem Kühlmitteleinlauf oder einem Kühlmittelauslauf gekoppelt ist. Auch bei dieser Ausführungsform dürfte die ovale Verformung des Anschlussrohrs von Vorteil sein, um alle Mündungen der Schrägbohrungen zu erfassen.
Ein bevorzugtes Verhältnis des Durchmessers der Bohrungen zum Mittenabstand zweier benachbarter Bohrungen ist in den Merkmalen des Anspruchs 5 gekennzeichnet. Dieses Verhältnis beträgt d + 5 mm ≤ s ≤ 2d.
Die Dicke der Kühlplatte wird bei gleicher oder verbesserter Kühlwirkung nach Anspruch 6 dadurch noch weiter reduziert, dass das Verhältnis der Dicke der Kühlplatte zum Durchmesser der Bohrungen 1,4 bis 4, bevorzugt 1,5 bis 2,7, beträgt.
Das Verhältnis der Materialdicke zwischen einer Bohrung und der Heißseite zum Durchmesser einer Bohrung beträgt nach Anspruch 7 0,4 bis 1,25, bevorzugt 0,5 bis 1,0.
In Zahlen ausgedrückt ist nach Anspruch 8 der Durchmesser einer Bohrung vorteilhaft zwischen 18 mm und 45 mm, bevorzugt zwischen 20 mm und 40 mm groß.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 in schematischer Seitenansicht eine Kühlplatte für einen Schachtofen;
2 einen Horizontalschnitt durch die Darstellung der 1 entlang der Linie II-II in Richtung der Pfeile IIa gesehen und
3 eine Darstellung entsprechend derjenigen der 2 gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Mit 1 ist in der 1 eine Kühlplatte aus einer Kupferlegierung für einen Schachtofen bezeichnet. Auf der Heißseite 2 weist die Kühlplatte 1 abwechselnd Nuten 3 und Vorsprünge 4 auf.
Die Kühlplatte 1 wird in vertikaler Richtung von mehreren in einer Reihe liegenden Bohrungen 5 durchzogen, die durch Tieflochbohren hergestellt sind. Diese Bohrungen 5 sind als Sackbohrungen gestaltet. Die Eintrittsenden sind durch Stopfen 6 verschlossen.
Die Bohrungen 5 werden von einem Kühlmitteleinlauf 7 aus über ein Anschlussrohr 8 mit einem Kühlmittel, wie z.B. Wasser, am unteren Ende 9 der Kühlplatte 1 beaufschlagt. Das erwärmte Kühlmittel tritt am oberen Ende 10 der Bohrungen 5 über ein Anschlussrohr 11 in einen Kühlmittelauslauf 12 aus.
Wie bei gemeinsamer Betrachtung der 1 und 2 zu erkennen ist, sind die Bohrungen 5 jeweils im Bereich der Anschlussrohre 8, 11 gruppenweise zusammengefasst. Jede Gruppe 13, 13a besitzt beim Ausführungsbeispiel drei Bohrungen 5. Der Mittenabstand s der Bohrungen 5 in einer Gruppe 13, 13a ist kleiner als der Mittenabstand s₁ einander benachbarter Bohrungen 5 von zwei aufeinander folgenden Gruppen 13, 13a bemessen.
Die Bohrungen 5 jeder Gruppe 13, 13a sind über eine zentrale Zu-/Abführung 14 mit einem Anschlussrohr 8, 11 verbunden. Beim Ausführungsbeispiel bestehen die Anschlussrohre 8, 11 aus einer Kupferlegierung. Sie weisen umfangsseitig Manschetten 15 aus Stahl auf, über die sie mit einem Schachtofenmantel gasdicht verschweißt werden. Die der Kühlplatte 1 benachbarten Enden 16 der Anschlussrohre 8, 11 sind aufgebördelt und liegen in Vertiefungen 17 auf der Kaltseite 18 der Kühlplatte 1. Die umgebördelten Enden 16 sind über V-Nähte 19 mit der Kühlplatte 1 verschweißt.
Das Verhältnis des Durchmessers d der Bohrungen 5 zum Mittenabstand s zweier benachbarter Bohrungen 5 ist wie d ≤ s ≤ 3d gestaltet. Bevorzugt beträgt dieses Verhältnis d + 5 mm ≤ s ≤ 2d.
Das Verhältnis der Dicke t der Kühlplatte 1 – gemessen vom Nutengrund aus – zum Durchmesser d der Bohrungen beträgt zwischen 1,4 bis 4, bevorzugt wie 1,5 bis 2,7.
Das Verhältnis der Materialdicke r zwischen einer Bohrung 5 und der Heißseite 2 im Nutengrund der Kühlplatte 1 zum Durchmesser d einer Bohrung 5 beträgt 0,4 bis 1,25, bevorzugt 0,5 bis 1,0.
Beim Ausführungsbeispiel beträgt der Durchmesser d der Bohrungen 18 mm bis 45 mm, bevorzugt 20 mm bis 40 mm.
Die in der 3 dargestellte Variante zeigt im Unterschied zu derjenigen der 2, dass die Bohrungen 5 einer Gruppe 13 zum Teil über Schrägbohrungen 20 mit einem Anschlussrohr 8, 11 verbunden sind, das seinerseits mit einem Kühlmitteleinlauf 7 oder einem Kühlmittelauslauf 12 gekoppelt ist. Ansonsten entspricht die Ausführungsform der 3 derjenigen der 2.
Statt der eingebördelten Enden 16 der Anschlussrohre 8, 11 ist es auch denkbar, dass die Anschlussrohre 8, 11 gerade in die Kühlplatte 1 münden und durch Kehlnähte verschweißt sind.

1: Kühlplatte
2: Heißseite v. 1
3: Nuten in 2
4: Vorsprünge an 2
5: Bohrungen in 1
6: Stopfen
7: Kühlmitteleinlauf
8: Anschlussrohr
9: unteres Ende v. 5
10: oberes Ende v. 5
11: Anschlussrohr
12: Kühlmittelauslauf
13: Gruppe v. 5
13a: Gruppe v. 5
14: zentrale Zu-/Abführung
15: Manschetten
16: Enden v. 8, 11
17: Vertiefungen in 18
18: Kaltseite v. 1
19: V-Nähte
d: Durchmesser v. 5
s: Mittenabstand v. 5
s₁: Mittenabstand v. 5
t: Dicke v. 1
r: Materialdicke

Claims

Kühlplatte aus Kupfer oder einer Kupferlegierung für Schachtöfen, die mehrere in einer Reihe im Abstand zueinander verlaufende und sich parallel zur Heißseite (2) erstreckende Bohrungen (5) für ein Kühlmittel aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Durchmessers (d) der Bohrungen (5) zum Mittenabstand (s) zweier benachbarter Bohrungen (5) wie d ≤ s < 3d gestaltet ist.
Kühlplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei, maximal vier Bohrungen (5) gruppenweise zusammen gefasst sind, wobei der Mittenabstand (s) benachbarter Bohrungen (5) in einer Gruppe (z.B. 13) kleiner als der Mittenabstand (s₁) einander benachbarter Bohrungen (5) von zwei aufeinander folgenden Gruppen (13, 13a) bemessen ist.
Kühlplatte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (5) einer Gruppe (13, 13a) über eine zentrale Zu-/Abführung (14) mit einem Anschlussrohr (8, 11) verbunden sind, das mit einem Kühlmitteleinlauf (7) oder mit einem Kühlmittelauslauf (12) gekoppelt ist.
Kühlplatte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (5) einer Gruppe (13, 13a) mindestens zum Teil über Schrägbohrungen (20) mit einem Anschlussrohr (8, 11) verbunden sind, das seinerseits mit einem Kühlmitteleinlauf (7) oder einem Kühlmittelauslauf (12) gekoppelt ist.
Kühlplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Durchmessers (d) der Bohrungen (5) zum Mittenabstand (s) zweier benachbarter Bohrungen (5) wie d + 5mm ≤ s ≤ 2d gestaltet ist.
Kühlplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Dicke (t) der Kühlplatte (1) zum Durchmesser (d) der Bohrungen (5) 1,4 bis 4,0, bevorzugt 1,5 bis 2,7 beträgt.
Kühlplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Materialdicke (r) zwischen einer Bohrung (5) und der Heißseite (2) zum Durchmesser (d) einer Bohrung (5) 0,4 bis 1,25, bevorzugt 0,5 bis 1,0, beträgt.
Kühlplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (d) einer Bohrung (5) 18 mm bis 45 mm, bevorzugt 20 mm bis 40 mm, beträgt.