DE102005013924A1 - Wandpaneel für Schmelzöfen - Google Patents
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Abstract
Ein solches Wandpaneel für Metallschmelzöfen besteht aus einer Metallplatte mit zumindest einem im Abstand von der zur Ofeninnenseite hin anzuordnenden Platteninnenseite verlaufenden Kühlkanal in der Plattenwandung zum Anschluß an ein Kühlwassersystem. In die Plattenwandung ist wenigstens ein Sensor eingelassen, der mit einem Meßsystem zwecks Erfassung des Verschleißzustandes der Plattenwandung verbindbar ist. Der zumindest eine Sensor soll so ausgebildet und angeordnet sein, daß der Fortschritt des Materialabtrags zuverlässig jedenfalls dann signalisiert wird, kurz bevor er den Kühlkanal in der Plattenwandung erreicht. Dazu ist der Sensor als Liniensensor ausgebildet und, von der Platteninnenseite her gesehen, vor dem Kühlkanal mit Abstand von der Platteninnenseite angeordnet, wobei er in einem Bereich verläuft, der dem Verlauf des Kühlkanals folgt.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Wandpaneel für Schmelzöfen gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
- Zur Gewinnung von Metallen, insbesondere von Edelmetallen, aus Gestein und/oder Erz werden Lichtbogenöfen und Niederschacht-Lichtbogenöfen eingesetzt. Moderne Ausführungen dieser Öfen weisen wassergekühlte Seitenwände aus Kupfer auf, an denen die Schlacke bzw. das geschmolzene Metall eine erstarrte Schutzschicht (frozen lining) bildet. Diese Schutzschicht verhindert, daß flüssiges Schmelzgut die metallenen, wassergekühlten Seitenwände unmittelbar berührt. Für den Aufbau solcher Ofen-Seitenwände wird eine Mehr- oder Vielzahl von Wandpaneelen der vorgenannten Art verwendet.
- Obwohl über den einen oder die mehreren Kühlkanäle in der Plattenwandung derartiger Wandpaneele eine intensive Wasserkühlung vorgenommen wird, kommt es trotz der erstarrten Schutzschicht an der zur Schmelze hin liegenden Innenseite der Wandpaneele zu Korrosion und zum Abtrag des Metalls. Dies wird hervorgerufen durch eine teilweise Zerstörung der erstarrten Schutzschicht wie auch durch die Anwesenheit von chemischen Substanzen im Schmelz gut. Die Erosion an den metallenen Wandpaneelen führt dann zu erheblichen Problemen, wenn das Metall, wie das Kupfer, soweit abgetragen ist, daß die in den Plattenwandungen der Paneele angeordneten Kühlwasserkanäle angegriffen werden. In diesem Fall tritt Wasser in die bis zu 1700°C heiße Metallschmelze ein, Dampf- und Wasserstoffexplosionen sind die Folgen, welche nicht nur enorme Anlagenschäden und Produktionsausfälle verursachen, sondern auch für das Bedienungspersonal höchst gefährlich sind.
- Um das geschilderte Problem zu beherrschen, werden in die Plattenwandung der Paneele Sensoren in Gestalt von Mantelthermoelementen eingelassen, die in orthogonal von außen her in die die Paneele bildenden Metallplatten eingebrachten Bohrungen angeordnet sind. Wenn auch über die Dicke der Plattenwandung gesehen die Thermoelemente in unterschiedlichen Tiefen angeordnet werden, ist der Erfolg der damit ausgeführten Meßmethode unzureichend, denn ein Thermoelement mißt nur punktuell, und es können nicht unendlich viele dieser Meßelemente in den Metallwandungen der Paneele vorgesehen werden. Darüberhinaus ist es nicht möglich, die Thermoelemente unmittelbar vor den Kühlkanälen in Richtung zur Platteninnenseite hin anzuordnen, weil beim Einbringen der Bohrungen die in den Plattenwandungen angeordneten Kühlkanäle nicht beschädigt werden dürfen.
- Eine andere Möglichkeit ist, die Lebensdauer der Wandpaneele nach statistischen Methoden festzulegen. Jedoch führen Abweichungen in der Zusammensetzung des zu schmelzenden Gesteins oder bereits stochastische Störungen im Produktionsablauf zu abnormem Verschleiß, weswegen man auch auf diese Weise die geschilderten Probleme nicht zuverlässig in den Griff bekommen kann.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wandpaneel der in Rede stehenden Art zu schaffen, bei dem der zumindest eine Sensor zur Erfassung des Verschleißzustandes so ausgebildet und angeordnet ist, daß der Fortschritt des Materialabtrags von der Platteninnenseite der Paneele her zuverlässig jedenfalls dann signalisiert wird, kurz bevor er den Kühlkanal in der Plattenwandung erreicht.
- Diese Aufgabe wird nach der Erfindung bei einem Wandpaneel der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
- Für die Erfindung ist wesentlich, daß der von der Platteninnenseite des Wandpaneels her gesehen jeweils vor dem Kühlkanal angeordnete Liniensensor einen sicheren Schutz vor dem Zusammentreffen der Schmelze mit dem Kühlwasser gewährleistet. Denn der Liniensensor ist exakt vor dem Kühlwasserkanal entweder entlang einer dem Verlauf des Kühlkanals folgenden Linie oder bandförmigen, zur Platteninnseite parallelen Fläche so angeordnet, daß er den Werkstoffabtrag bzw. die gefährlich nahegekommene Schmelze sicher erkennt und signalisiert.
- Vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel noch näher erläutert. Dabei zeigen:
-
1 einen Vertikalschnitt durch ein Wandpaneel für einen Schmelzofen im unverschlissenen Ausgangszustand, -
2 einen Vertikalschnitt durch ein Wandpaneel entsprechend dem von1 bei Erreichen der Verschleißgrenze, -
3 eine perspektivische Wiedergabe der Kühlkanalanordnung für die Wandpaneele nach den1 oder2 , -
4 einen vergrößerten Querschnitt durch die Plattenwandung eines Wandpaneels gemäß den1 oder2 mit einer Sensoreinrichtung gemäß der Erfindung, -
5 eine schematische Ansicht der Anordnung der Sensoreinrichtung mit Auswerteinheit für ein Wandpaneel entsprechend der Ausführung nach4 und -
6 in vergrößerter, perspektivischer Darstellung einen Abschnitt eines Kühlkanals mit benachbart angeordnetem Sensor für ein Wandpaneel in der4 entsprechenden Ausführung. - Die
1 und2 zeigen den Aufbau eines Wandpaneels, welches im wesentlichen aus einer Metallplatte1 besteht, die eine über ihre Dickenrichtung sich erstreckende Wandung2 aufweist. Die Plattenwandung2 hat eine Innenseite4 , die in der Einbaulage zur Ofeninnenseite hin angeordnet ist. An der gegenüberliegenden Seite ist die Metallplatte1 durch einstückig mit der Plattenwandung2 verbundene Stege3 versteift, die sich entlang dem Plattenrand und den längs- und querlaufenden Mittellinien erstrecken. In der Plattenwandung2 ist ein Kühlkanal5 angeordnet, der einen mäanderförmigen Verlauf aufweisen kann, wie es in3 veranschaulicht ist. Weiter zeigt3 , daß der Kühlkanal5 in zwei oder mehrere Abschnitt5.1 ,5.2 untergliedert sein kann, die je für sich Anschlüsse6.1 ,6.2 für den Zulauf und Ablauf von Kühlwasser haben. Auf diese Weise erreicht man eine intensive Kühlung des gesamten Wandpaneels, welches in bevorzugter Ausführung aus einer Kupferlegierung besteht und dementsprechend eine hohe Wärmleitfähigkeit aufweist. - Im Unterschied zu
1 zeigt2 ein identisch aufgebautes Wandpaneel, bei dem durch Metallabtrag an der Platteninnenseite4 , was durch "A" kenntlich gemacht ist, die Verschleißgrenze erreicht ist, wodurch das gesamte Wandpaneel unbrauchbar geworden ist. Denn der Metallabtrag reicht bis nahe an den zumindest einen Kühlkanal5 heran, wobei es zur Vermeidung von Schäden besonders wichtig ist, daß die Metallerosion die Wandung des Kühlkanals noch nicht erreicht hat. - Erreicht der Materialabtrag an der Metallplatte
1 von der Platteninnenseite4 her eine kritische Grenze, wird durch zumindest einen Sensor7 ein Signal generiert, was im einzelnen aus den4 –6 hervorgeht. Bei dem Sensor7 handelt es sich um einen Liniensensor, der exakt dem Verlauf des Kühlkanals5 nachfolgt und von der Platteninnenseite4 der Metallplatte1 her gesehen vor dem vor dem Eindringen der Schmelze zu schützenden Kühlkanal5 angeordnet ist. Der Sensor7 hat zum Kühlkanal5 hin einen geringeren Abstand als zur Platteninnenseite4 der Metallplatte1 , soweit es den unverschlissenen Neuzustand betrifft. So steht zwischen dem Sensor7 und der Platteninnenseite4 eine ausreichend dicke Verschleißschicht der Metallplatte1 zur Verfügung, bei deren Abtrag erst der Sensor7 anspricht, was immer noch rechtzeitig ist, bevor die Metallschmelze den Kühlkanal5 erreichen kann. In anderer Ausführung kann der Sensor7 auch weiter zur Platteninnenseite der Metallplatte1 hin angeordnet sein, so kann er sich in der Mitte zwischen dem Kühlkanal5 und der Platteninnenseite4 befinden. - Der Durchmesser des Liniensensors
7 ist wesentlich geringer als der Durchmesser des Kühlkanals5 . Deshalb ist der Liniensensor7 vor demjenigen Querschnittsbereich des Kühlkanals5 angeordnet, der der Platteninnenseite4 der Metallplatte1 am nächsten liegt. Hat der Kühlkanal5 wie beim Ausführungsbeispiel einen kreisrunden Querschnitt, ist der Liniensensor7 dem zur Platteninnenseite4 hin liegenden Scheitelbereich des Querschnittes des Kühlkanals5 gegenüber angeordnet. Des weiteren verläuft der Liniensensor7 exakt parallel zum Kühlkanal5 , folglich hat er einen konstanten Abstand zum Kühlkanal5 und folgt genau dem Verlauf des Kühlkanals5 . In anderer Ausführung kann der Liniensensor7 auch in Schlangenlinien, Mäanderform, Spiralform oder Zickzackform angeordnet sein, also in Windungen verlaufen, die sich zwischen Grenzen erstrecken, die wiederum dem Verlauf des Kühlkanals5 nachfolgen. Insoweit bildet der Liniensensor7 ein flächiges Band, welches von der Platteninnenseite4 der Metallplatte1 her gesehen den Kühlkanal5 abschattet bzw. überdeckt. - Wie die
5 und6 im einzelnen zeigen, wird der jeweilige Kühlkanal5 durch ein Rohr10 gebildet, welches in das Metall des Wandpaneels eingebettet, insbesondere eingegossen ist. Dafür stehen besondere Metalllegierungen zur Verfügung, die beim Herstellen der Wandpaneele mit der in der Regel verwendeten Kupferlegierung umgossen werden können. Der jeweilige Liniensensor7 wird äquidistant auf dem Rohr10 fixiert, dazu dienen Distanzhalter11 , die aus Metall bestehen und auf die Außenwandung des Rohres10 aufgeschweißt werden können. In besonders zweckmäßiger Ausführung sind die Distanzhalter11 auf ihren vom Rohr10 abgewandten Seiten mit einer solchen Aufnahmevorrichtung versehen, in welche der Liniensensor7 eingerastet werden kann. - Der zumindest eine Liniensensor
7 ist an ein Meßsystem8 angeschlossen, also an eine Auswerteinheit, welche eine Zustandsänderung des Liniensensors7 infolge Temperatur oder bis zu ihm vorgedrungener Schmelze in eine Warnanzeige oder ein Warnsignal umsetzt. Der beim Ausführungsbeispiel angedeutete Liniensensor7 weist zwei Innenleiter und einen Außenleiter auf, wofür vier Leiteranschlüsse9 zur Verbindung mit dem Meßsystem8 vorgesehen sind. Zwischen diesen Leitern befindet sich ein Keramikmaterial, dessen spezifischer Widerstand sich mit dem Erhöhen der Temperatur ändert. Diese Widerstandsveränderung zwischen den Innenleitern einerseits oder den Innenleitern und dem Außenleiter andererseits wird von dem Meßsystem8 ausgewertet und in eine entsprechende Anzeige verwandelt. In dieser Ausführung erlaubt es der Liniensensor7 , über seine gesamte Länge hinweg lokale Überhitzungen zu erkennen. - In anderer Ausführung kann der Liniensensor
7 nach Art einer Schmelzsicherung aufgebaut sein und fungieren. So kann vorgesehen werden, daß der Liniensensor7 bei einer vorbestimmten Grenztemperatur unterbrochen wird, sei es durch Überhitzung oder durch die vordringende Schmelze selbst. Auch in dieser Ausführung ist der Liniensensor7 in der Lage, eine an irgendeiner Stelle seiner gesamten Länge auftretende lokale Überhitzung erkennbar zu machen, indem das Meßsystem auf den Bruch des Liniensensors7 reagiert. Es gibt weitere Ausführungsmöglichkeiten für den Liniensensor7 . So kann es sich bei dem Liniensensor7 um einen faseroptischen Sensor handeln, bei dem mittels des Raman-Effektes die Temperatur ermittelt wird. Ein solcher Sensor7 erlaubt es sogar, entlang seiner gesamten Länge diejenige Stelle zu orten, an der eine Überhitzung auftritt. So kann mit einem derartigen Sensor7 derjenige Bereich in der Plattenwandung2 lokalisiert werden, in dem am ehesten ein Durchbruch der Schmelze zum Kühlkanal5 hin bevorsteht. - Für das Einbringen des Liniensensors
7 in das Material der Metallplatte1 können anstelle dem erwähnten Vergießen andere Methoden angewandt werden. So kann der Liniensensor in in das Metall der Plattenwandung2 der Metallplatte eingearbeiteten Nuten angeordnet werden, die in geeigneter Weise, beispielsweise durch Verschweißen, verschlossen werden.
Claims (12)
- Wandpaneel für Schmelzöfen, die für Metallschmelzen bestimmt sind, bestehend aus einer Metallplatte (
1 ) mit zumindest einem im Abstand von der zur Ofeninnenseite hin anzuordnenden Platteninnenseite (4 ) verlaufenden Kühlkanal (15 ) in der Plattenwandung (2 ) zum Anschluß an ein Kühlwassersystem, wobei in die Plattenwandung (2 ) wenistens ein Sensor (7 ) eingelassen ist, der mit einem Meßsystem (8 ) zwecks Erfassung des Verschleißzustandes infolge Materialabtrags an der Plattenwandung (2 ) von der Platteninnenseite (4 ) her verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (7 ) als Liniensensor ausgebildet und von der Platteninnenseite (4 ) her gesehen vor dem Kühlkanal (5 ) mit Abstand von der Platteninnenseite (4 ) angeordnet ist, wobei der Liniensensor (7 ) in einem Bereich verläuft, der dem Verlauf des Kühlkanals (5 ) folgt. - Wandpaneel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Liniensensor (
7 ) in einem dem Verlauf des Kühlkanals (5 ) folgenden, flächigen zur Platteninnenseite (4 ) parallel liegenden Bereich in Windungen verläuft. - Wandpaneel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Liniensensor (
7 ) mit seiner Längsrichtung der Längserstreckung des Kühlkanals (5 ) nachfolgend angeordnet ist. - Wandpaneel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Liniensensar (
7 ) parallel zum Kühlkanal (5 ) angeordnet ist. - Wandpaneel nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, daß der Liniensensor (
7 ) einen Durchmesser hat, der kleiner als der Durchmesser des Kühlkanals (5 ) ist, wobei der Liniensensor (7 ) benachbart demjenigen Querschnittsbereich des Kühl-kanals (5 ) angeordnet ist, welcher den geringsten Abstand zur Platteninnenseite (4 ) der Metallplatte (1 ) hat. - Wandpaneel nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, daß der Liniensensor (
7 ) als ein seiner Temperatur proportionales Signal erzeugender Sensor ausgebildet ist. - Wandpaneel nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, daß der Liniensensor (
7 ) als ein bei einer vorbestimmten Grenztemperatur zu Bruch gehender Sensor ausgebildet ist. - Wandpaneel nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, daß der Liniensensor (
7 ) einem Sensortyp entspricht, der eine Lokalisierung einer Überhitzungsstelle innerhalb seiner Längserstreckung ermöglicht. - Wandpaneel nach einem der Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, daß der Liniensensor (
7 ) in das Metall der Plattenwandung (2 ) eingegossen ist. - Wandpaneel nach einem der Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, daß der Liniensensor (
7 ) in in das Metall der Plattenwandung (2 ) eingearbeiteten, verschlossenen Nuten angeordnet ist. - Wandpaneel nach einem der Ansprüche 1–10, dadurch gekennzeichnet, daß der Liniensensor (
7 ) mittels Distanzhaltern (11 ) an einem den jeweiligen Kühlkanal (5 ) bildenden Rohr (10 ) befestigt ist. - Wandpaneel nach einem der Ansprüche 1–11, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallplatte (
1 ) aus einer Kupferlegierung besteht.
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- 2005-03-26 DE DE102005013924A patent/DE102005013924B4/de active Active
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