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Die
Erfindung betrifft eine Kühlplatte
mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
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In
metallurgischen Öfen,
insbesondere in Hochöfen,
erfolgt die Kühlung
des Ofenpanzers durch Kühlplatten,
die im Inneren des Ofenpanzers angeordnet sind. Diese sogenannten
Staves können aus
in Gusseisen eingegossenen Rohren, aus eingegossenen Rohren in Kupfer
oder einer Kupferlegierung, oder aus tiefgebohrten oder gefrästen Kupferplatten
bestehen. Die Rohre bzw. Kühlmittelkanäle dienen
der Führung
eines Kühlmediums.
Vorzugsweise kommt Wasser zum Einsatz. Die Kühlplatten besitzen auf ihrer
dem Ofenpanzer zugewandten Rückseite üblicherweise
Rohrabgänge,
die durch den Ofenpanzer nach außen geführt werden. Diese Kühlmittelrohre
führen
das Kühlmedium
außerhalb des
Ofenpanzers einer weiteren Kühlplatte
oder aber Sammelleitungen zu.
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Die
Befestigung der Kühlplatten
erfolgt in der Regel über
Schraubbolzen, die an den Ofenpanzer geschraubt oder geschweißt werden.
Es ist auch bekannt, die Kühlplatten über die
Kühlrohre
und mit den Kühlrohren
verbundenen Kompensatoren an dem Ofenpanzer zu befestigen (WO 01/20045
A1). Bei geschraubten Verbindungen werden noch zusätzlich die
Schrauben bedeckende Kappen an die Außenseite des Ofenpanzers geschweißt, um die
notwendige Gasdichtigkeit des Ofens zu gewährleisten.
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Die
Kühlplatten
sind im Einsatz starken thermischen Belastungen ausgesetzt, wobei
es im Einzelfall vorkommen kann, dass die üblicherweise herrschenden Belastungen
wesentlich überschritten
werden. Diese außergewöhnlichen
thermischen Belastungen führen
insbesondere beim Einsatz von Kühlplatten
aus Kupfer bzw. niedrig legierten Kupferlegierungen zu einem Verzug
der Kühlplatten.
Dieser Verzug wirkt sich erfahrungsgemäß am stärksten an den Außenkanten
der Kühlplatten
aus.
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Konstruktionen,
bei denen die Kühlmittelrohre
direkt mit dem Ofenpanzer verschweißt sind, haben den Nachteil,
dass der thermisch bedingte Verzug zu einer hohen mechanischen Belastung
der Kühlrohre
führt.
Es können
Spannungsrisse an den Kühlmittelrohren
und insbesondere an den Übergängen zwischen
der Kühlplatte
und den Kühlmittelrohren
auftreten. Außerhalb
des Ofenpanzers angeordnete Kompensatoren dienen zur Entlastung
und zum Spannungsabbau der in die Kühlmittelrohre thermisch bedingt
eingeleiteten Spannungen. Um die Gasdichtigkeit des Ofenpanzers
zu gewährleisten,
ist es jedoch notwendig, die Kühlmittelrohre
entweder direkt mit dem Ofenpanzer zu verschweißen oder über Zwischenscheiben oder Kompensatoren
mit diesem zu verbinden.
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Als
Nachteil hat sich herausgestellt, dass die von den Kompensatoren,
den Befestigungsschrauben und bolzen nicht aufgenommenen Kräfte bei starken
thermischen Belastungen über
die Kühlrohre abgeführt werden
und dort zu Beschädigungen
führen.
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Hiervon
ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kühlplatte
für metallurgische Öfen aufzuzeigen,
bei welcher thermisch bedingter Verzug der Kühlplatte nicht zu einer Erhöhung der Spannungen
in den angeschlossenen Kühlmittelrohren
führt.
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Diese
Aufgabe ist bei einer Kühlplatte
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, dass
der Kompensator nicht auf der der Kühlplatte abgewandten Außenseite
des Ofenpanzers angeordnet und dort mit dem Kühlmittelrohr verbunden ist,
sondern sich zumindest abschnittsweise zwischen der dem Ofenpanzer
zugewandten Rückseite der
Kühlplatte
und der der Kühlplatte
zugewandten Innenseite des Ofenpanzers erstreckt, wobei die Kühlmittelrohre
mit radialem Abstand durch die Kompensatoren geführt und nicht unmittelbar mit
dem Kompensator verbunden sind. Der Kompensator umgibt vielmehr
das Kühlmittelrohr
in dem zwischen Kühlplatte
und Ofenpanzer vorhandenen Zwischenraum. Die Kompensatoren und die
Kühlmittelrohre sind
unabhängig
voneinander an der Kühlplatte
befestigt. Das hat den Vorteil, dass die von der Kühlplatte
in einen Kompensator eingeleiteten Kräfte nicht auf ein innerhalb
des Kompensators angeordnetes Kühlmittelrohr übertragen
werden können.
Folglich können
auch keine unerwünschten
Spannungsspitzen im Übergangsbereich
zwischen Kühlplatte
und Kühlmittelrohr
oder im Kühlmittelrohr
selbst entstehen.
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Der
Kompensator kann unmittelbar oder über einen zwischengeschalteten
Adapter mit der Rückseite
der Kühlplatte
verbunden sein. Die Verbindung erfolgt vorzugsweise schweißtechnisch.
Der Kompensator kann grundsätzlich
auch lösbar
mit der Rückseite
der Kühlplatte
verbunden sein. Eine schraubtechnische Verbindung mit der Kühlplatte
ist vorstellbar.
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Das
der Kühlplatte
abgewandte zweite Ende des Kompensators ist mit dem Ofenpanzer verbunden.
Es ist vorzugsweise mit dem Ofenpanzer verschweißt. Gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs
2 durchsetzt der Kompensator hierbei einen Durchbruch im Ofenpanzer
und ist dann entweder innerhalb des Durchbruchs oder auf der Außenseite des
Ofenpanzers schweißtechnisch
an diesem fixiert. Diese Anordnung hat aufgrund der verbesserten
Zugänglichkeit
zur Außenseite
des Ofenpanzers wesentliche montagetechnische Vorteile.
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Es
ist üblich,
den zwischen Kühlplatte
und Ofenpanzer vorhandenen Zwischenraum mit einem feuerfesten Material
zu vergießen.
Um die Funktion des Kompensators als Ausgleich für Relativbewegungen zwischen
dem Ofenpanzer und der Kühlplatte
zu gewährleisten,
ist nach Anspruch 3 vorgesehen, dass der Kompensator innerhalb eines
sich zwischen Kühlplatte
und Ofenpanzer erstreckenden Mantels angeordnet ist. Der Mantel
dient als Abschirmung gegenüber
der feuerfesten Vergussmasse. Hierbei kann es sich um ein an der
Kühlplatte
befestigtes Rohr handeln, das über
eine Dichtung an der Innenseite des Ofenpanzers anliegt. Der Mantel
ist im Abstand zu dem Kompensator angeordnet.
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Gemäß den Merkmalen
des Patentanspruchs 4 ist der Kompensator von mehreren Kühlmittelrohren
durchsetzt. D.h. ein einzelner Kompensator kann gleichzeitig mehrere
Kühlmittelrohre
umschließen.
Es ist denkbar, dass der Kompensator zwei, drei, vier oder noch
mehr Kühlmittelrohre
umschließt.
Der Kompensator ist dabei entsprechend groß gestaltet und kann je nach
Anordnung der Kühlmittelrohre
eine von der Kreisform abweichende Gestalt besitzen.
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Es
ist möglich,
dass bei dieser Konfiguration mehrere Kühlmittelrohre in der Nähe der mittleren Vertikalachse
der Kühlplatte
angeordnet sind. Hier wirkt sich der Verzug der Kühlplatte
geringer aus, als in den äußeren Randbereichen.
Durch die Verlagerung der Kühlmittelrohre
aus den Eckbereichen hin zur mittleren Vertikalachse steht in den
Eckbereichen mehr Bauraum für
Befestigungselemente zur Verfügung.
Dadurch können
die erforderlichen Befestigungspunkte, wie z.B. Schrauben oder Bolzen
in die Randbereiche, insbesondere in die Eckbereiche versetzt sein.
Auf diese Weise kann einem Verzug der Kühlplatte wirkungsvoll entgegengetreten
werden.
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Ein
weiterer Vorteil der Zusammenfassung mehrerer Kühlmittelrohre innerhalb eines
Kompensators ist, dass die Anzahl der Öffnungen im Ofenpanzer reduziert
werden kann. Dies ist sowohl fertigungstechnisch von Vorteil als
auch hinsichtlich der Statik des Ofenpanzers.
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Nach
Patentanspruch 5 ist vorgesehen, dass die Kühlmittelrohre lösbar mit
der Kühlplatte
verbunden sind. Die selbstverständlich
ebenso mögliche stoffschlüssige Verbindung
kann durch eine geschraubte Verbindung ersetzt sein oder sogar durch eine
geeignete Kupplung zwischen der Kühlplatte und dem Kühlmittelrohr.
Eine lösbare
Verbindung hat den Vorteil, dass bei einer Leckage des Kompensators
dieser für
eine Reparatur leichter zugänglich
ist.
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Die
lösbare
Verbindung kann auch in Form eines an der Rückseite der Kühlplatte
lösbar
befestigten Flansches gegeben sein (Patentanspruch 6). Dieser Flansch
ist beispielsweise schraubtechnisch fixiert und kann durch einfache
Montagewerkzeuge von der Kühlplatte
gelöst
werden.
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Besondes
günstig
ist es, wenn die Kühlmittelrohre
wenigstens einen thermische Ausdehnungsbewegungen kompensierenden
flexiblen Längenabschnitt
aufweisen, wie dies nach Patentanspruch 7 vorgesehen ist. Es ist
denkbar, dass die Kühlmittelrohre
zumindest in ihrem Übergangsbereich
zur Kühlplatte
aus einem flexiblen Schlauch bestehen, der über einen geeigneten Flansch
oder ein Kupplungselement mit der Kühlplatte verbunden ist. Hierdurch
ist die Montage und Demontage einer Kühlplatte erheblich vereinfacht.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 die rückwärtige Teilansicht einer erfindungsgemäßen Kühlplatte
in einer ersten Ausführungsform
in Blickrichtung des Pfeils l der 2;
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2 die Kühlplatte der 1 an einem Ofenpanzer im Vertikalschnitt
durch einen Kühlmittelkanal;
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3 in der Darstellungsweise
der 1 eine Külhlplatte
mit vier Külhlmittelrohren
innerhalb eines gemeinsamen Kompensators;
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4 eine Ausführungsform
mit drei Kühlmittelrohren
innerhalb eines gemeinsamen Kompensators und
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5 eine Ausführungsform
mit jeweils zwei Kühlmittelrohren
innerhalb je eines Kompensators.
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Die 1 zeigt eine Kühlplatte 1 mit
vier in dieser Darstellung vertikal verlaufenden Kühlmittelkanälen 2.
Die Kühlmittelkanäle 2 münden jeweils
in eine Austrittsöffnung 3,
an die jeweils ein Kühlmittelrohr 4 angeschlossen
ist (2). Die Kühlmittelrohre 4 dienen
zur Zuführung
und Abführung
eines nicht näher
dargestellten Kühlmittels.
Jedes Kühlmittelrohr 4 ist
von einem konzentrisch zum Kühlmittelrohr 4 angeordneten,
im Querschnitt kreisförmigen
Kompensator 5 umgeben. Die Kompensatoren 5 sind
in dieser Ausführungsform
metallische Faltenbälge,
die einlagig oder mehrlagig gestaltet sein können. Die Vorzüge von mehrlagigen
Kompensatoren bestehen in ihrer größeren Flexibilität bei gleicher
Gesamtbalgdicke. Die Kompensatoren 5 umgeben die Kühlmittelrohre
in einem radialen Abstand, der so bemessen ist, dass auch bei maximaler
thermischer Beanspruchung der Kühlplatte
kein unmittelbarer Kontakt zwischen den Kompensatoren 5 und
den Kühlmittelrohren 4 erfolgt.
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Aus
der Schnittdarstellung der 1 ist
erkennbar, dass die Kompensatoren 5 außenseitig im radialen Abstand
jeweils von einem rohrförmigen Mantel 6 umgeben
sind. Der Mantel 6 dient dazu, eine nicht näher dargestellte
feuerfeste Vergussmasse, die zwischen die Rückseite 7 der Kühlplatte 1 und der
Innenseite 8 des Ofenpanzers 9 eingebracht wird,
von dem Kompensator 5 fernzuhalten.
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Aus 2 wird deutlich, dass der
Mantel 6 mit der Rückseite 7 der
Kühlplatte 1 verbunden
ist und sich bis zu einer an der Innenseite 8 des Ofenpanzers 9 befestigten
Dichtungsscheibe 10 erstreckt. Die Dichtungsscheibe 10 umgibt
einen im Querschnitt kreisförmigen
Durchbruch 11 innerhalb des Ofenpanzers 9. Der
Innendurchmesser der Dichtungsscheibe 10 entspricht dem
Durchmesser des Durchbruchs 11.
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Der
Kompensator 5 ist über
einen Flansch 12 in Form eines die Austrittsöffnung 3
im Abstand radial umgebenden Rings auf der Rückseite 7 der Kühlplatte 1 befestigt
und erstreckt sich in Richtung des Ofenpanzers 9 bis in
den Durchbruch 11 hinein, wo er durch eine umlaufende Schweißnaht 13 gasdicht
mit dem Ofenpanzer 9 verschweißt ist. Der Kompensator 5 ist
in seinem Außenumfang
so bemessen, dass er mit einem eine Montage erlaubenden Spiel in
den Durchbruch 11 eingeführt werden kann und abschließend über die
an die Außenseite 14 des
Ofenpanzers 9 angrenzende Schweißnaht 13 in Form einer
Kehlnaht mit diesem verschweißt
werden kann.
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Das
Kühlmittelrohr 4 ist
in diesem Ausführungsbeispiel
gerade ausgeführt
und besitzt auf seinem der Kühlplatte 1 abgewandten
Ende 15 die Möglichkeit
für einen
Anschluss an ein Kühlmittelversorgungssystem.
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Im
Abstand von den Kompensatoren 5 bzw. den Kühlmittelkanälen 2 sind
Befestigungsbolzen 16 angeordnet, über welche die Kühlplatte 1 an
dem Ofenpanzer 9 schraubtechnisch fixiert ist. Der an der Außenseite 14 des
Ofenpanzers 9 anliegende Kopf 17 der Befestigungsbolzen 16 ist
mit einer Kappe 18 bedeckt, die gasdicht mit der Außenseite 14 des Ofenpanzers 9 verschweißt ist.
Die Kühlplatte 1 ist auf
ihrer dem Inneren des nicht näher
dargestellten Ofens zugewandten Seite mit schwalbenschwanzförmigen Hinterschneidungen 19 versehen,
die zur Fixierung einer feuerfesten Auskleidung dient.
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Die
Ausführungsformen
der 3 bis 5 unterscheiden sich von
derjenigen der 1 dadurch, dass
nicht nur ein einziges Kühlmittelrohr
durch jeweils einen Kompensator geführt ist, sondern mehrere Kühlmittelrohre
durch einen entsprechend größer gestalteten
Kompensator geführt
sind. Der Kompensator 22 für die Kühlmittelrohre 20, 21 besitzt
in dem Ausführungsbeispiel
der 3 eine Rechteckform mit
gerundeten Ecken. Der Vorteil dieser Ausführungsform ist darin zu sehen,
dass die äußeren Kühlmittelkanäle 23 im
unteren Bereich der Kühlplatte 1a abgewinkelt
sind, und deren Austrittsöffnungen
nunmehr ebenfalls im mittleren Bereich der Kühlplatte 1a platziert
sind. Dadurch steht für
andere Konstruktionselemente insbesondere für Befestigungsbolzen mehr Freiraum
im Eckbereich der Kühlplatte 1a zur Verfügung. Im
Unterschied zu der Ausführungsform der 1 sind die Befestigungsbolzen 24 daher
im Eckbereich der Kühlplatte 1a angeordnet,
um den hier herrschenden Verzug aufzufangen. Die Anordnung der einzelnen
Befestigungsbolzen 24 ist selbstverständlich abhängig von der Konfiguration
der einzelnen Kühlplatten,
insbesondere von dem Verlauf der jeweiligen Kühlmittelkanäle.
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Die
Ausführungsform
der 4 betrifft eine in
der Breite etwas schmalere Kühlplatte 1b,
bei der nur drei jeweils vertikal verlaufende Kühlmittelkanäle 25 vorgesehen sind,
die wiederum im mittleren unteren Bereich der Kühlplatte 1b hinsichtlich
ihrer Austrittsöffnungen
aus der Rückseite
der Kühlplatte 1b zusammengeführt sind.
Die zugehörigen
Kühlmittelrohre 26 sind
wiederum innerhalb eines gemeinsamen Kompensators 27 angeordnet,
der aufgrund des geringeren Platzbedarfs von nur drei Kühlmittelrohren 26 schmaler
gestaltet ist als in der Ausführungsform
der 3. Die Kühlmittelrohre 26 sind
hinsichtlich ihrer räumlichen
Anordnung in Form eines Dreicks platziert, wobei der Kompensator 27 wiederum
rechteckig mit abgerundeten Ecken gestaltet ist. Selbstverständlich ist
es auch möglich,
den Kompensator 27 an das jeweilige Bohrmuster der Austrittsöffnungen 3 angepasst,
also hier im Querschnitt dreieckförmig konfiguriert auszugestalten.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
sind die Befestigungsbolzen 28 zwischen den Kühlmittelkanälen 25 angeordnet.
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In
der Ausführungsform
der 5 sind jeweils zwei
Kühlmittelrohre 29, 30 innerhalb
eines gemeinsamen Kompensators 31 angeordnet. Während es
prinzipiell möglich
wäre, alle
Kühlmittelrohre 29, 30 ähnlich der
Ausführungsform
der 3 durch einen gemeinsamen
Durchbruch in dem nicht näher dargestellten
Ofenpanzer zu führen
und dabei einen entsprechend großen Kompensator vorzusehen, kann
es bei bestimmten Konfigurationen zweckmäßig sein, kleinere Kompensatoren
zu verwenden, wie es bei der Kühlplatte 1c der 5 der Fall ist. Dies ist insbesondere
dann von Vorteil, wenn nicht alle Kühlmittelkanäle bzw. deren Austrittsöffnungen
so nahe zusammengeführt
werden können,
dass ein möglichst
kompakt gestalteter Kompensator zum Einsatz kommen kann. Da in der
Ausführungsform
der 5 der Abstand der
Kühlmittelrohre 29 wesentlich
größer ist
als der Abstand der Kühlmittelrohre 20 der 3, bietet es sich bei diesem
Verlauf der Kühlmittelkanäle an, zwei
einzelne Kompensatoren 31 mit jeweils zwei Kühlmittelrohren 29, 30 vorzusehen.
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- 1
- Kühlplatte
- 1a
- Kühlplatte
- 1b
- Kühlplatte
- 1c
- Kühlplatte
- 2
- Kühlmittelkanal
- 3
- Austrittsöffnung v. 2
- 4
- Kühlmittelrohr
in 5
- 5
- Kompensator
- 6
- Mantel
um 5
- 7
- Rückseite
v. 1
- 8
- Innenseite
v. 9
- 9
- Ofenpanzer
- 10
- Dichtungsscheibe
- 11
- Durchbruch
in 9
- 12
- Flansch
- 13
- Schweißnaht
- 14
- Außenseite
v. 9
- 15
- Ende
- 16
- Befestigungsbolzen
- 17
- Kopf
von 16
- 18
- Kappe
- 19
- Hinterschneidung
von 1
- 20
- Kühlmittelrohr
- 21
- Kühlmittelrohr
- 22
- Kompensator
- 23
- Kühlmittelkanal
- 24
- Befestigungsbolzen
- 25
- Kühlmittelkanal
- 26
- Kühlmittelrohr
- 27
- Kompensator
- 28
- Befestigungsbolzen
- 29
- Kühlmittelrohr
- 30
- Kühlmittelrohr
- 31
- Kompensator