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Für Siemens-Martin-Öfen bestimmter gekühlter Türrahmen mit einem Querbalken,
dessen Hohlraum in einzelne, übereinanderliegende, waagerechte Kühlkanäle unterteilt
ist Für Siemens-Martin-Öfen bestimmter gekühlter Türrahmen mit einem Querbalken,
dessen Hohlräume in einzelne, übereinanderliegende, waagerechte Kühlkanäle unterteilt
ist.
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Die Erfindung betrifft einen gekühlten Türrahmen für Siemens-Martin-Öfen,
der von einem teilweise verdampfenden Kühlmittel durchströmt wird und der aus zwei
seitlichen, lotrechten Kühlbalken mit einem darüber- oder dazwischenliegenden Querbalken
zusammengesetzt ist, dessen Hohlraum in einzelne übereinanderliegende, waagerechte
Kühlkanäle unterteilt ist.
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Es ist bekannt, Türrahmen mittels einer durchfließenden Flüssigkeit
zu kühlen. Eine derartige Flüssigkeitskühlung ergibt zwar einen Schutz der hoch
erhitzten Türrahmenteile gegenüber Schäden durch Wärmeeinwirkung, jedoch bleibt
die bei der Durchführung des metallurgischen Prozesses im Siemens-Martin-Ofen auf
die Türrahmen abgestrahlte Wärmemenge ungenutzt. Man ist deshalb dazu übergegangen,
die Türrahmen mittels eines teilweise verdampfenden Kühlmittels zu kühlen, was den
Vorteil hat, neben dem Schutz der Türrahmen gleichzeitig noch hochgespannten Dampf
zu erhalten.
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Hierzu wurde vorgeschlagen, das Kühlmittel zuerst durch den waagerechten
Querbalken und dann durch die senkrechten Schenkel des Türrahmens zu führen. In
diesem Fall hat das den waagerechten Querbalken durchströmende Dampf-Wasser-Gemischeine
niedrige Geschwindigkeit. Bei geringer Geschwindigkeit trennen sich jedoch Wasser
und Dampf und der über dem Wasser strömende Dampf hat bei geringer Geschwindigkeit
keine genügende Kühlwirkung, so daß Überhitzung, Dampfspaltung und damit Schäden
an der Anlage auftreten müssen. Ferner - wurde vorgeschlagen, die Strömungsgeschwindigkeit
des Kühlmittels möglichst gleich zu halten, weshalb die Querschnitte der Kühlkanäle
mit zunehmendem Volumen des Kühlmittels vergrößert wurden. Gerade die hohe Geschwindigkeit
des Dampf-Wasser-Gemisches ergibt aber eine gute Kühlwirkung und beseitigt darüber
hinaus die Gefahr von Überhitzungen durch stehenden Dampf, da das Wasser eine genügend
hohe Schleppkraft hat, um Dampfblasen mitzureißen.
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Ferner wurde ein Türrahmen bekannt, bei welchem die senkrechten und
waagerechten Rahmenteile je für sich einen getrennten Umlauf haben. Auch hierbei
ergibt sich die Schwierigkeit in den waagerechten Teilen eine genügend hohe Wassergeschwindigkeit
zu erzielen, weshalb man hier gezwungen ist, ungefähr 25- bis 30mal soviel Wasser
umzuwälzen, als in dem Türrahmen Dampf entsteht. Neben einer übermäßig großen Pumpe
bedingt das Rohrleitungen großen Querschnittes. Der Erfindung liegt die Aufgabe
zugrunde, die vorgenannten Nachteile bekannter Türrahmen zu beseitigen. Es soll
erreicht werden, daß der Türrahmen, insbesondere der hochbelastete Querbalken, von
dem Kühlmittel mit hoher Geschwindigkeit durchströmt wird, daß die umzuwälzende
Wassermenge die erzeugte Dampfmenge möglichst wenig übersteigt und daß die Trennung
von Dampf und Wasser und damit die Bildung von Dampfstraßen an den Türrahmenwandungen
vermieden wird.
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Gemäß der Erfindung wird deshalb vorgeschlagen, daß zur Erzielung
eines Kühlmittelstromes, welcher vom unteren zum oberen Ende der lotrechten Kühlbalken
und dann in den unteren waagerechten Kühlkanal sowie die darüberliegenden waagerechten
Kühlkanäle des Ouerbalkens nacheinander bis zum Kühlmittelaustritt geführt ist,
der Hohlraum des Querbalkens durch parallel zur Längsachse liegende Trennbleche
in einzelne, übereinanderliegende, waagerechte Kühlkanäle unterteilt ist, daß jeweils
im unteren Ende der beiden lotrechten Kühlbalken das offene Ende der luflußleitung
des Kühlmittels angeordnet ist, während
jeweils das obere Ende der
beiden lotrechten Kühlbalken mit dem unteren waagerechten Kühlkanal des Querbalkens
kühlmittelseitig verbunden ist, und daß am oberen waagerechten Kühlkanal des Querbalkens
eine oder zwei Ableitungen für das Dampf-Wassergemisch angeschlossen sind. Auf diese
Weise wird in dem Querbalken eine hohe Geschwindigkeit erzielt, da einerseits durch
die Trennbleche der Durchflußquerschnitt verringert und andererseits das Volumen
des Kühlmittels durch den Dampfanteil aus den lotrechten Kühlbalken erhöht und im
Querbalken noch stetig vergrößert wird. Es ist damit die Gewähr dafür gegeben, daß
eine Trennung von Dampf und Wasser verhindert und auch der Querbalken in allen Teilen
ausreichend gekühlt wird.
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Der Querbalken kann in an sich bekannter Weise aus mehreren Vierkantrohren
zusammengesetzt sein, die miteinander verbunden sind. Zur weiteren Verringerung
des Durchflußquerschnittes im Querbalken können in jedem Vierkäntrohr Einsätze angeordnet
sein, die nur einen Spaltquerschnitt nach den beheizten Seiten des Vierkantrohres
freilassen. Die im Querbalken angeordneten Trennbleche oder Einsätze können derart
federnd ausgebildet sein, daß sie durch die Federkraft an die Innenwandung des Vierkantrohres
gepreßt werden.
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Es ist von Vorteil, auch die Geschwindigkeit des Kühlmittels in den
lotrechten Kühlbalken zu erhöhen. Dies kann einmal dadurch erreicht werden, daß
in bekannter Weise der Querschnitt der Kühlbalken durch Füllkörper vermindert wird.
Zum anderen können im Kühlbalken Leitkörper vorgesehen sein, die oben und unten
offen und mit Abstand von der beheizten Kühlbalkenwandung eingesetzt sind. Durch
diese Leitkörper wird ein Naturumlauf ermöglicht, da diese als Rücklaufrohre wirken.
Vorzugsweise wird das Kühlmittel im Zwanglauf durch den Türrahmen gefördert, wobei
eine Umwälzpumpe beispielsweise von einer Dampftrommel das Kühlmittel ansaugt. Der
durch die Leitkörper bewirkte Naturumlauf ist dann dem Zwanglauf überlagert, wodurch
die insgesamt umlaufende Wassermenge ein Mehrfaches der zugeführten Wassermenge
beträgt.
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Die Erfindung ist an Hand der Ausführungsbeispiele nach Fig. 1 bis
11 näher erläutert.
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Der Türrahmen besteht aus zwei seitlichen, lotrechten Kühlbalken 1
und 2, die durch einen über oder zwischen diesen liegenden Querbalken 3 verbunden
sind.
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In Fig. 1 ist der Hohlraum des Querbalkens 3 durch Trennbleche 4 in
Kühlkanäle 5, 5;-,5" unterteilt. Das Kühlmittel wird am unteren Ende der lotrechten
Balken 1 und 2 durch die Rohre 6 zugeführt. Das in dem Balken 1 erzeugte Dampf-Wasser-Gemisch
tritt durch die Öffnung 7 in den unteren Kühlkanal 5 über. Am anderen Ende des Kühlkanals
5 kommt das Dämpf-Wasser-Gemisch aus dem Balken 2 hinzu. Statt einer großen Öffnung
7 können - wie gezeigt - auch mehrere kleinere Öffnungen 8 vorgesehen werden, und
zwar vorzugsweise nahe der lotrechten Wandung, um Toträume zu vermeiden. Zur Verringerung
des Durchflußquerschnittes in den lotrechten Balken können auch Füllkörper vorgesehen
werden. So ist in dem Balken 2 ein solcher Füllkörper 9 gezeigt. Das Dampf-Wasser-Gemisch
aus den lotrechten Balken wird in dem Querbalken durch die Kühlkanäle 5, 5', 5"
hin-und hergeleitet und am Ende des obersten Kühlkanals 5" durch eine Rohrschlange
10 abgeleitet.
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Zur Erhöhung der Kühlmittelgeschwindigkeit in den lotrechten Balken
1 und 2 können Leitkörner dienen, wie in Fig. 2 gezeigt ist. In dem Balken 1 ist
der Leitkörper 11 angeordnet. Dieser besteht aus einem dünnwandigen, am unteren
Ende durch eine Bodenplatte 12 verschlossenen Rohr. Oberhalb der Bodenplatte sind
Öffnungen 13 vorgesehen. Das Kühlmittel wird von unten durch das Rohr 6 in den Kühlbalken
1 eingeleitet und durch die Bodenplatte 12 des Leitkörpers 11 nach allen Seiten
verteilt. Es strömt in dem Spalt zwischen den Wandungen des Leitkörpers und des
Balkens nach oben. Durch die intensive Beheizung der Balkenwandung wird ein Teil
des Kühlmittels verdampft. Am Ende des Spaltes können Lenkbleche 14 vorgesehen sein,
durch die das austretende Dampf-Wassergemisch umgelenkt wird. Dabei wird ein Teil
des Wassers ausgeschleudert und fließt im Innern des Leitkörpers 11 wieder nach
unten- Durch die Bohrungen 13 wird es dem neu einströmenden Kühlmittel zugesetzt.
Auf diese Weise ist dem von unten nach oben gerichteten Zwanglauf des Kühlmittels
ein natürlicher Wasserumlauf überlagert. Dadurch werden der Wasseranteil im Gemisch
und die Strömungsgeschwindigkeit erhöht, so daß die Kühlwirkung wesentlich verbessert
wird.
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In Fig. 3 ist ein Beispiel dargestellt, wonach das Kühlmittel durch
ein Rohr 15 zugeführt wird. Dieses Rohr ist durch den Querbalken 3 hindurch bis
zum unteren Ende des Kühlbalkens 1 geführt und endet in einer Düse 16. Das Rohr
15 ist von dem Leitkörper 11 umgeben, der am unteren Ende ebenfalls düsenartig verengt
ist. Durch die hohe Ausströmgeschwindigkeit des Kühlmittels aus der Düse 16 wird
eine Sogwirkung erreicht, die den natürlichen Umlauf in dem Balken 1 verstärkt.
Das er-zeugte Dampf-Wasser-Gemisch tritt durch die Bohrungen 8 wieder in den Querbalken
3 über.
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In Fig. 4 ist der Hohlraum des Querbalkens 3 durch ein Blech 17 unterteilt.
Das hat einerseits den Vorzug, daß die waagerechten und besonders gefährdeten Kühlstrecken
kurz sind und daß andererseits die beiden Kühlmittelströme aus den lotrechten Kühlbalken
sich nicht gegenseitig beeinflussen können.
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Die Leitkörper 11 in den lotrechten Kühlbalken 1 und 2 können auch,
wie Fig. 5 mit dem zugehörigen Schnitt in Fig.6 zeigt, an der Außenwandung mit schräggestellten
und schraubenförmig aneinandergereihten Blechen 18 besetzt werden. Dadurch wird
dem in dem Spalt zwischen Balkenwandung und Leitkörper aufsteigenden Dampf-Wasser-Gemisch
ein Drall verliehen und das Hängenbleiben von Dampfblasen verhindert.
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Fig. 7 zeigt die Anordnung des Querbalkens 3 zwischen den lotrechten
Kühlbalken 1 und 2. Auch bei dieser Ausführung ergibt sich eine Verkürzung der waagerechten
Kühlstrecken. Hierbei muß besonders darauf geachtet werden, daß sich am oberen Ende
der lotrechten Kühlbalken keine Dampfpolster bilden können. Um dies zu verhindern,
sind für die Überleitung des Gemisches aus den lotrechten Kühlbalken zum Querbalken
3 Krümmer 19 vorgesehen, deren Einströmöffnungen dicht unter dem oberen Balkenabschluß
liegen. Der Hohlraum des Querbalkens ist wieder durch Trennbleche 4 in Kühlkanäle
5, 5', 5" unterteilt.
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In Fig. 8 ist ein Einsatzkörper 20, welcher an die Stelle der Trennfläche
4 treten kann, im Schnitt dargestellt. Der Einsatzkörper 20 besteht aus zwei waagerechten
und zwei lotrechten Blechen. Die waagerechten Bleche sind mit geringem Abstand von
der Wandung des Balkens angeordnet. Durch die dazwischenliegenden lotrechten Bleche
entstehen mehrere Kühlkanäle
21, 22, 23. Aus dem lotrechten Kühlbalken
wird das Dampf-Wasser-Gemisch in den unteren Kühlkanal 21 eingeleitet und strömt
von hier aus durch die beiden seitlichen Kanäle 22 und dann durch den oberen Kanal
23. Der mittlere Kanal 24 ist an einem Ende geschlossen, so daß in ihm keine Strömung
erfolgt. Es ist jedoch möglich, auch den Kanal 24 in den Strömungsverlauf einzuschließen,
wenn aus irgendwelchen Gründen eine nochmalige Querführung erwünscht ist.
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In Fig. 9 besteht der Einsatzkörper 20 aus einem vierkantigen Hohlkörper
mit angesetzten Blechen 25, die in den Ecken des Querbalkens 3 anliegen. Damit die
Bleche 25 möglichst dicht anliegen, ist es vorteilhaft, den inneren Hohlkörper elastisch
auszubilden, z. B. dadurch, daß zwei gegenüberliegende Seitenwände nach innen oder
außen federnde Ausbiegungen 26 erhalten.
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In den bisherigen Beispielen wurde von einem Türkühlrahmen ausgegangen,
dessen einzelne Kühlbalken aus einem einzigen starkwandigen V ierkantrohr bestehen.
In den Beispielen nach Fig. 10 und 11 ist gezeigt, daß die einzelnen Balken jeweils
aus mehreren Vierkantrohren zusammengesetzt sein können.
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Wie Fig. 10 zeigt, besteht der Türrahmen aus zwei miteinanderverschweißtenVierkantrohren.
Derwaagerechte Querbalken 3 des Türrahmens ist aus den Vierkantrohren 27 und 28
zusammengesetzt. Zur Sicherstellung der Kühlung sind in jedem Vierkantrohr Einsatzkörper
20 angeordnet in der Weise, daß an jeder beheizten Wand ein Kühlkanal verläuft,
während der innere Raum von einem Totkanal24 ausgefüllt ist, der als Füllkörper
wirkt und ohne Strömung ist, wie zu Fig. 8 beschrieben. Dieser Totkanal 24 ist in
diesem Fall aber nicht mittig angeordnet, sondern liegt an den unbeheizten Zwischenwänden
29 an.
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Nach Fig. 11 kann bei Verwendung von vier Vierkantrohren für jeden
Rahmenbalken auf besondere Bleche zur Unterteilung des Hohlraumes verzichtet werden.
Hier sind die einander zugewandten, unbeheizten Wände der Vierkantrohre 27, 27',
28, 28' selbst als Trennbleche im Sinne der Erfindung anzusehen. Auch in diesem
Fall kann der Durchflußquerschnitt durch Einsatzkörper 20 verringert werden, die
in jedem Vierkantrohr an den unbeheizten Wänden anliegen, so daß in jedem Vierkantrohr
ein im Schnitt etwa rechtwinkeliger Kühlkanal entsteht.
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In Fig. 12 und 13 ist dargestellt, wie zur Abscheidung des Wassers
aus dem in den lotrechten Kühlbalken 1 erzeugten Dampf-Wasser-Gemisch die Fliehkraft
genutzt werden kann. Der Einsatzkörper 11' ist am oberen Ende bis zum Abschlußblech
der lotrechten Kühlbalken geführt. Das Dampf-Wasser-Gemisch tritt durch eine tangential
angeordnete Düse 30 in den Leitkörper 11' über. Durch ein Rohr 31 wird das Dampf-Wassergemisch
zu dem Kühlkanal s des waagerechten Querbalkens 3 übergeleitet, nachdem der größte
Teil des Wassers ausgeschleudert wurde. Dieses Wasser fließt in dem Leitkörper 11'
nach unten und nimmt erneut am Umlauf teil.