DE1122222B

DE1122222B - Application of the evaporation cooling known for metallurgical ovens with high pressure steam generation

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Publication number: DE1122222B
Application number: DEST6456A
Authority: DE
Original assignee: ERNST R BECKER DIPL ING; Strikfeldt & Co W GmbH
Current assignee: ERNST R BECKER DIPL ING; Strikfeldt & Co W GmbH
Priority date: 1953-05-23
Filing date: 1953-05-23
Publication date: 1962-01-18

Description

Anwendung der für metallurgische Öfen bekannten Verdampfungskühlung unter Hochdruckdampfbildung Es sind Verdampfungskühlungen unter Hochdruckdampfbildung für metallurgische Öfen bekannt, bei denen der Druck und damit die Temperatur des Kühlmittels auf vorbestimmter Höhe konstant einstellbar sind.Use of the evaporative cooling known for metallurgical furnaces with formation of high pressure steam There are evaporative cooling with formation of high pressure steam known for metallurgical furnaces where the pressure and thus the temperature of the Coolant can be adjusted to be constant at a predetermined level.

Derartige Kühlungen dienen dazu, die Lebensdauer des Mauerwerkes von hüttentechnischen Öfen zu verlängern und das Mauerwerk gegen zu hohe Temperatureinflüsse zu schützen. In Übereinstimmung damit sind die Kühlelemente so angeordnet, daß sie die Ofenwandung von außen kühlen. Obgleich die Kühlungstemperaturen unterschiedlich gewählt werden können, um das vorerwähnte Ziel zu erreichen, ergibt sich durch das unvermeidliche Fortschreiten der Mauerwerkszersetzung eine Beeinflussung der gebildeten Schlacke und damit auch der Analyse des erschmolzenen Eisens.Such cooling is used to extend the life of the masonry to extend metallurgical furnaces and to protect the masonry against excessive temperature influences to protect. In accordance with this, the cooling elements are arranged so that they cool the furnace wall from the outside. Although the cooling temperatures are different can be chosen to achieve the aforementioned goal, results from the inevitable progression of masonry decomposition affecting the formed Slag and thus also the analysis of the molten iron.

In metallurgischer Hinsicht ist dies unerwünscht, weil die Werte der Eisenanalyse hierdurch Schwankungen unterworfen werden.From a metallurgical point of view, this is undesirable because of the values of the Iron analysis are subject to fluctuations as a result.

Um in bezug auf die metallurgischen Vorgänge in Schachtöfen, insbesondere Kupolöfen, konstante Verhältnisse herbeizuführen und gleichzeitig zu erreichen, daß kein oder nur ein geringer Verbrauch an feuerfestem Auskleidungsmaterial des Ofens stattfindet, sind Kupolofenkühlungen mit in der Schmelzzone als Innenauskleidung derselben angeordneten Kühlelementen entwickelt und bekanntgeworden.To with regard to the metallurgical processes in shaft furnaces, in particular Cupolas to bring about constant conditions and to achieve them at the same time, that no or only a small consumption of refractory lining material of the Oven takes place, cupola cooling with in the melting zone as the inner lining the same arranged cooling elements developed and become known.

Als Kühlmittel wird dabei umlaufendes Wasser verwendet, so daß eine typische Wasserkühlung gegeben ist.As a coolant, circulating water is used, so that a typical water cooling is given.

Der Mangel dieser letzteren Kühlung besteht indessen darin, daß die Temperatur, auf welche die Ofenwand gekühlt wird, relativ niedrig ist, so daß zwischen Ofenwand und Ofeninnerem eine hohe Temperaturdifferenz entsteht, die sich in einer erhöhten Wärmeabfuhr aus dem Ofeninneren in das Kühlmittel auswirkt. Dies ist gleichbedeutend damit, daß die Abbrandverhältnisse, insbesondere an Eisenbegleitern, in unerwünschter Weise Veränderungen erfahren und daß die Temperatur des erschmolzenen Eisens ungünstig beeinflußt wird. Außerdem ist der Verbrauch an Kühlwasser bei diesem Verfahren sehr hoch. Metallurgisch gesehen ist daher das vorerwähnte bekannte Verfahren zumindest als unvorteilhaft zu bezeichnen.The lack of this latter cooling, however, is that the Temperature to which the furnace wall is cooled is relatively low, so that between The furnace wall and the inside of the furnace create a high temperature difference that results in a increased heat dissipation from the furnace interior into the coolant. This is synonymous so that the burn-up conditions, especially on iron companions, are undesirable Wise experience changes and that the temperature of the molten iron is unfavorable being affected. In addition, the consumption of cooling water in this process is very high high. From a metallurgical point of view, therefore, the aforementioned known method is at least to be described as unfavorable.

Man erhält erfindungsgemäß eine wesentliche Verbesserung gegenüber dem vorerwähnten bekannten Stand der Technik dadurch, daß die oben geschilderte, für metallurgische Öfen bekannte Verdampfungskühlung unter Hochdruckdampfbildung auf die ebenfalls erläuterte Kühlung von Schachtöfen mit in der Schmelzzone als Innenauskleidung derselben angeordneten Kühlelementen angewendet wird.According to the invention, a substantial improvement over this is obtained the aforementioned known prior art in that the above-described, Evaporative cooling with high pressure steam formation known for metallurgical furnaces on the also explained cooling of shaft furnaces in the melting zone as Inner lining of the same arranged cooling elements is applied.

Die Verdampfungskühlung unter Hochdruckdampfbildung in den als Innenauskleidung der Schmelzzone verwendeten Kühlelementen gestattet es, den Druck und damit die Temperatur des Kühlmittelkreislaufes in den durch das Material des Kühlsystems gegebenen Grenzen unterhalb des kritischen Druckes des Kühlmittels beliebig hoch zu setzen. Je höher die Temperatur im Kühlmittelkreislauf eingestellt wird, um so niedriger ist die Wärmeabfuhr aus dem Ofeninneren und um so konzentrierter wird damit die Verbrennungszone im Ofen. Je höher aber die Temperatur in der Verbrennungszone ist, um so geringer wird der Abbrand der Eisenbegleiter, bzw. von einer gewissen Temperatur ab schlägt sogar der Abbrand beispielsweise an Silizium in eine Siliziumreduktion und damit einen Siliziumgewinn um.The evaporative cooling with high pressure steam formation in the as inner lining the melting zone used cooling elements allows the pressure and thus the Temperature of the coolant circuit in the given by the material of the cooling system To set limits below the critical pressure of the coolant as high as desired. The higher the temperature is set in the coolant circuit, the lower is the heat dissipation from the inside of the furnace and the more concentrated it becomes Combustion zone in the furnace. But the higher the temperature in the combustion zone, the lower the burn-off of the iron companion or of a certain temperature even the burn-off of silicon, for example, turns into a silicon reduction and thus a silicon gain.

Beispielsweise kann man, wenn man als Kühlmittel Wasser verwendet, bei einem Druck von 1 ata in den Kühlelementen eine Temperatur von 100° C konstant halten, während man durch Heraufsetzung des Druckes auf 140 atü entsprechend der zu diesem Druck gehörenden Verdampfungstemperatur in den Kühlelementen eine Temperatur von 335° C erhält.For example, if you use water as the coolant, you can at a pressure of 1 ata in the cooling elements a constant temperature of 100 ° C hold while increasing the pressure to 140 atmospheres according to the associated with this pressure evaporation temperature in the cooling elements a temperature of 335 ° C.

Man hat aus der hüttentechnischen Sicht die erfindungsgemäße Anwendung deswegen abgelehnt, weil man befürchtete, daß bei der eventuellen Bildung einer Leckstelle in einem Kühlelement beispielsweise Wasser unter der Einwirkung des erhöhten Druckes gegenüber einem Betrieb mit Atmosphärendruck in verstärktem Maße in das Ofeninnere einströmen würde, so daß hier eine Explosion entstehen könnte. Demgegenüber hat sich bei einem Kupolofen mit einer Kühlung nach der Erfindung gezeigt, daß beim Bilden einer Leckstelle die Wassermenge, die in den Ofen einströmt, geringer ist als bei der bekannten Wasserkühlung. Es war dies genau das Gegenteil von dem, was man befürchtet hatte. Die Erklärung für diese Erscheinung ist thermodynamischer Art. Sie besteht darin, daß das Kühlwasser, das mit dem Druck entsprechender Temperatur in die Leckstelle eintritt, hier entspannt wird, so daß durch die spontan entstehende Verdampfung eine Selbstdrosselung innerhalb der Leckstelle stattfindet. Ein solcher Ofen kann überraschenderweise noch über viele Stunden gefahrlos weiterbetrieben werden, während man üfen mit normaler Wasserkühlung sofort abstellen muß, um größere Gefahren auszuschließen.From the metallurgical point of view, the application according to the invention is used rejected because it was feared that if a Leak in a cooling element, for example, water under the action of the increased Pressure compared to operation with atmospheric pressure in reinforced Measures would flow into the furnace interior, so that an explosion could occur here. In contrast, it has been shown in a cupola furnace with a cooling system according to the invention, that when a leak is formed, the amount of water flowing into the furnace is less is than with the well-known water cooling. It was just the opposite of what one had feared. The explanation for this phenomenon is more thermodynamic Art. It consists in the fact that the cooling water, which with the pressure corresponding temperature enters the leak, is relaxed here, so that by the spontaneously arising Evaporation self-throttling takes place within the leakage point. Such a Surprisingly, the furnace can continue to operate safely for many hours while you have to turn off practicing with normal water cooling immediately to get larger ones Eliminate dangers.

Entsprechend kann man auch Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt als Kühlmittel verwenden.Correspondingly, metals with a low melting point can also be used as Use coolant.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Anwendung besteht darin, daß man an derartige Anlagen zur Kühlung der Schmelzzone gleichzeitig oder nachträglich auch die Kühlelemente anderer Einrichtungen der Gesamtanlage anschließen kann. Dies gilt z. B. für ebenfalls vorwiegend im Zwangsumlauf oder Zwangsdurchlauf betriebene Kühlelemente für Drosselklappen, Absperrschieber u. dgl. Auch ist man in der Lage, an dieses System Einrichtungen zur zusätzlichen Ausnutzung der in den Abgasen der Anlage enthaltenen latenten und fühlbaren Wärme der Ofenanlage beliebig in an sich bekannter Weise anzuschließen.A particular advantage of the application according to the invention is that that one can use such systems for cooling the melting zone at the same time or afterwards can also connect the cooling elements of other devices in the overall system. this applies e.g. B. for also predominantly operated in forced circulation or forced circulation Cooling elements for throttle valves, gate valves and the like. You are also able to to this system facilities for the additional exploitation of the in the exhaust gases System contained latent and sensible heat of the furnace system arbitrarily in itself to connect in a known manner.

Für die Anwendung nach der Erfindung ist eine Einrichtung vorgesehen, für welche charakteristisch ist, daß die Kühlelemente an ein Verteilungssystem (Verteilungsring) angeschlossen sind, das über eine Leitung mit einer flüssiges Kühlmittel fördernden Umwälzpumpe verbunden ist, und daß die Kühlelemente ihrerseits über eine Sammelleitung an eine Ausdampftrommel angeschlossen sind, die einerseits die Kühlflüssigkeit zur Abgabe an die Umwälzpumpe aufnimmt und andererseits den abgeschiedenen Dampf über ein einstellbares überströmventil abgibt.For the application according to the invention a device is provided, for which it is characteristic that the cooling elements are connected to a distribution system (distribution ring) are connected, the conveying via a line with a liquid coolant Circulation pump is connected, and that the cooling elements in turn via a collecting line are connected to an evaporation drum, on the one hand the cooling liquid to Receives delivery to the circulation pump and on the other hand the separated vapor over an adjustable overflow valve emits.

Die Gleichmäßigkeit der Beaufschlagung entweder der einzelnen Rohre oder auch der zusammengefaßten Gruppen wird durch den Einbau von an sich bekannten Drosselvorrichtungen erreicht, deren Widerstand wesentlich höher ist als der Durchflußwiderstand der Elemente selbst.The uniformity of the application of either the individual pipes or even the combined groups is made possible by the incorporation of per se known Reached throttle devices, the resistance of which is significantly higher than the flow resistance the elements themselves.

Um im Bereich der Schmelzzone eine möglichst hohe Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels zu erzielen, wird ferner in Ergänzung der Erfindung vorgesehen, in die einzelnen Rohre entsprechende Verdrängungskörper einzubauen.In order to achieve the highest possible flow velocity in the area of the melting zone to achieve the coolant is also provided in addition to the invention, to install corresponding displacement bodies in the individual pipes.

Die in den vorausgehenden fünf Absätzen erläuterten Maßnahmen sind nur im Zusammenhang mit dem Haupterfindungsgedanken (Anspruch 1) geschützt.The measures outlined in the previous five paragraphs are Protected only in connection with the main inventive concept (claim 1).

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Kühlung dargestellt.The drawing shows an exemplary embodiment for cooling according to the invention.

Fig. 1 zeigt einen waagerechten Schnitt durch die Schmelzzone des Kupolofens; Fig. 2 zeigt einen senkrechten Längsschnitt durch die Schmelzzone, und Fig. 3 stellt ein Schaltungsbeispiel für die Kühleinrichtung dar.Fig. 1 shows a horizontal section through the melting zone of the Cupola furnace; Fig. 2 shows a vertical longitudinal section through the melting zone, and Fig. 3 shows a circuit example for the cooling device.

Den einzelnen Kühlelementen 1, in welche Verdrängungskörper 2 eingebaut sind, wird das Kühlmittel durch die Leitung 3 über einen Verteilungsring 4 zugeführt. Im Ausführungsbeispiel sind jeweils drei Einzelelemente zu einer Kühlgruppe zusammengefaßt, welcher das Kühlmittel von dem Verteilungsring 4 durch Verbindungsstränge 5 zugeleitet wird. In den Verbindungssträngen befinden sich Drosselvorrichtungen 6, durch welche eine gleichmäßige Verteilung des Kühlmittels auf die einzelnen Gruppen erzielt wird. Die einzelnen Kühlelemente 1 sind nach dem Kupolofeninneren zu mit einer an sich bekannten Bestiftung 7 versehen, auf welche eine feuerfeste Masse aufgetragen wird. Im Laufe des Betriebes wird diese feuerfeste Masse normalerweise teilweise abgetragen. An ihrer Stelle entsteht aber infolge der Küh- lung ein Schlackenüberzug. Hierdurch hat man den Vorteil, einen so gekühlten Kupolofen durch einfache Änderung der Gattierung beliebig basisch oder sauer betreiben zu können. Die Ausdampfung des Kühlmittels findet in der Ausdampftrommel8 statt, während der Kühlmittelumlauf durch eine Umwälzpumpe 9 bewirkt wird. Mit 10 ist die Speiseleitung für das Kühlmittel bezeichnet, während die Dampfabführung durch die Leitung 11 erfolgt. Durch Einstellung des überströmventils 12 auf einen entsprechenden Druck wird die Wandungstemperatur in der Schmelzzone reguliert.The coolant is fed through the line 3 via a distribution ring 4 to the individual cooling elements 1 in which displacement bodies 2 are installed. In the exemplary embodiment, three individual elements are combined to form a cooling group, to which the coolant is fed from the distribution ring 4 through connecting lines 5. In the connecting lines there are throttle devices 6, by means of which a uniform distribution of the coolant to the individual groups is achieved. The individual cooling elements 1 are provided after the cupola interior with a known pin 7 , to which a refractory mass is applied. In the course of operation, this refractory mass is normally partially removed. In their place, however, a slag coating arises as a result of the cooling. This has the advantage of being able to operate a cupola furnace that has been cooled in this way by simply changing the charge in any basic or acidic manner. The evaporation of the coolant takes place in the evaporation drum 8, while the coolant is circulated by a circulating pump 9. The feed line for the coolant is denoted by 10, while the vapor discharge takes place through the line 11. The wall temperature in the melting zone is regulated by setting the overflow valve 12 to a corresponding pressure.

Die Anwendungsmöglichkeit der Erfindung ist nicht auf Kupolöfen beschränkt, sondern kann auch bei anderen Schachtöfen, die ähnlichen Zwecken dienen, angewendet werden.The application of the invention is not limited to cupola furnaces, but can also be used in other shaft furnaces that serve similar purposes.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Application of the evaporative cooling known for metallurgical furnaces with the formation of high pressure steam, in which the pressure and thus the temperature of the coolant are kept constant at a predetermined level, to the cooling of shaft furnaces, especially cupolas, with cooling elements arranged in the melting zone as the inner lining of the same.

2. Oven cooling according to claim 1, characterized in that a metal or a metal alloy is used as the coolant with a low melting point is used.

3. Oven cooling according to claim 1 or 2, characterized in that there is a uniform distribution of the coolant to the individual cooling elements or cooling element groups by means of throttle devices built into the individual coolant lines connected in parallel.

4. Device for carrying out the furnace cooling according to one of claims 1 to 3, characterized in that the cooling elements (1) are connected to a distribution system (distribution ring 4) which is connected via a line to a circulating pump conveying liquid coolant, and that the Cooling elements in turn are connected via a collecting line to an evaporation drum (8) , which on the one hand receives the cooling liquid for delivery to the circulating pump and on the other hand emits the separated vapor via an adjustable overflow valve.

5. Device according to one of claims 4, characterized in that the cooling elements, preferably Cooling tubes, after the furnace interior, are equipped with metal pins. 6th Device according to claim 4 or 5, characterized in that the cooling system additional cooling elements for other parts of the overall system to be cooled, for example Throttle valves, gate valves and the like are connected. Considered Publications: German Patent No. 583 381; U.S. Patent No. 2,275 515; Foundry Trade Journal, October 13, 1949, pp. 450 to 456.