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Schmelzzonenkühlmantel für Schachtöfen Es ist bekannt, zur Verminderung
des Futterausbrandes die Schmelzzone von Kupolöfen zu kühlen. Darüber hinaus ist
es bekannt, daß man auf eine Futterzustellung des Kupolofens in der Schmelzzone
überhaupt verzichten kann, wenn man den Mantel entsprechend von außen kühlt, so
daß sich innerhalb desselben eine Schutzschicht aus erstarrender Schlacke bildet.
Ein Kupolofen mit gekühlter futterloser Schmelzzone kann daher beliebig lange ohne
Futterreparatur in der Schmelzzone betrieben werden. Die Ofenführung kann durch
entsprechende Zuschläge sauer, basisch oderneutral sein, da kein Futtermaterial
in die Schlacke eingeht. Der Ofeninnendurchmesser bleibt während der ganzen Schmelzzeit
konstant, so daß die spezifische Windbelastung des Ofenquerschnitts sich nicht ändert,
was eine Grundbedingung für einen konstanten Schmelzbetrieb ist.
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Die Kühlung der Schmelzzone von Kupolöfen erfolgt sowohl durch Wasserberieselung
des Ofenmantels als auch durch im Ofenmantel eingebaute wasserdurchflossene Kühlelemente
bzw. Kühlkästen.
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Die Wasserberieselung kann ohne viel Aufwand hergestellt werden, aber
sie verursacht hohe Betriebskosten, da ein Teil des Wassers als Spritzwasser verlorengeht.
Geringste Unebenheiten. auf der Ofenmanteloberfläche störenden Lauf der herabfließenden
Wasserhaut, so daß örtliche Überhitzungen des Ofenmantels zu Spannungen. bzw. Verzug
führen können.
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Eine Kühlung der Schmelzzone von Kupolöfen durch im Ofenmantel einsgebaute
Kühlkästen bringt insofern 'eine Verbesserung, als Verluste durch Spritzwasservermiedenwerden,
jedochistesbisherschwierig, Kühlkästen zu bauen, bei denen örtliche Überhitzungen
ausgeschaltet sind. Örtliche Überhitzungen führen auf die Dauer zum Leckwerden der
Kühlkästen. Das aus solchen Leckstellen in den Ofen sickernde Kühlwasser wird gemäß
der Wassergasreaktion gespalten. Der Wasserstoff wird vom flüssigen Eisen begierig
aufgenommen. Die fertigen Gußstücke zeigen Gasblasen und sind daher in den meisten
Fällen als Ausschuß zu verwerfen. Es ist äußerst schwierig, Leckstellen in. Kühlkästen
rechtzeitig zu erkennen, wenn nicht laufend Gichtgasanalysen durchgeführt werden.
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Es sind doppelwandige Kühlmäntel bekannt, in denen eine Rotation des
Kühlmittels angestrebt wird. Doch ist nachgewiesen, daß durch ein tangential angebrachtes
Einströmrahr allein, welches zudem noch unterhalb der Winddüsen angebracht ist,
die Rotation des Kühlmittels statt der beabsichtigten günstigen eine sehr schädliche
Wirkung hat.
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Kühlkästen mit Führung des Kühlwassers durch Umlenk- oder Leitbleche
leiden unter dem Mangel, daß an allen Umlenkstellen, selbst bei bester Ausbildung,
auf der dem Strömungskrümmungsmittelpunkt zugewandten Seite Ablösung und auf der
abgewandten Seite Totraum auftritt. Beide Erscheinungen verlangen zur Vermeidung
örtlicher Dampfbildung eine Verstärkung der Kühlmittelzufuhr; die jedoch wiederum
eine Verstärkung der Ablösungserscheinungen zur Folge hat.
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Die bekannte Rohrwendelkühlung hat den Nachteil, daß bei einseitigem
Abschmelzen großer Brokken in den Rohren an der betreffenden Seite Dampfbildungen
auftreten können. Da der Kühlwasserdurchfluß durch den Rohrquerschnitt bei gegebenem
Druckgefälle bestimmt ist, hat diese örtliche Verdampfung, die in mehreren Ringen
gleichzeitig stattfindet, eine Verminderung der Kühlwassermenge und damit wiederum
eine Vergrößerung der Verdampfung zuT Folge.
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Da sich der futterlose gekühlte und damit metallurgisch neutrale Kupolofen
immer mehr durchsetzt, besteht die Aufgabe, auch vorhandene ältere Kupolöfen normaler
Ausführung mit Futter in der Schmelzzone auf einfache Weise mit einer betriebssicheren
futterlosen Schmelzzone auszurüsten. Diese Aufgabe wird durch die Erfindung durch
Bildung eines einfachen Wassermantels innerhalb des vorhandenen Kupolofenmantels
in der Schmelzzone in einfachster Weise :gelöst.
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Darüber hinaus bezweckt die Erfindung, den Wassermantel durch besondere
Maßnahmen und Ein-bzw. Anbauten so auszubilden, daß gefährliche örtliche Überhitzungen
vermieden werden und auf diese Weise eine betriebssichere und wirtschaftliche Schmelzzonenkühlung
für Kupolöfen geschaffen wird.
Örtliche Überhitzungen sind zu erwarten
an allen Stellen, an denen 1. sich Schlamm absetzt, 2. sich Luftpolster bilden und
3. Dampfblasen auftreten.
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Schlamm setzt sich im unteren Teil des Kühlmantels ab. Luftpolster
bilden sich im oberen Teil. Dampfblasen können an. der gesamten Kühlfläche entstehen,
weil die Grenzschicht des Kühlwassers an der Kühlfläche, haftet und bei ruhiger
Strömung dick ist.
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Erfindungsgemäß werden diese Nachteile behoben, denn zur Erzielung
einer guten Rotation des Kühlmittels werden mehrere Einführungsrohre für das Kühlmittel
sowohl unterhalb als auch oberhalb der den Sohmelzzonenkühlmantel durchdringenden
Ofenwinddüsen auf den Umfang des Kühlmantels gleichmäßig verteilt und gleichsinnig
angeordnet.
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Die Zeichnung zeigt den Längsschnitt eines Aus-. führungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Kühlmantels für Kupolöfen.
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Im Ofenmantel 1 ist der ringförmige Boden 2 des Kühlmantels
3 dicht eingeschweißt. Mit dem Boden 2
ist der Innenmantel 4 wasserdicht
verbunden. Der Innenmantel 4 ist als Zylindermantel dargestellt. Er kann aber jede
andere Form haben. Beispielsweise ist es besonders vorteilhaft, den Innenmantel
konisch, d. h. unten mit größerem Durchmesser als oben, zu gestalten. Der Innenmantel
ist in bekannter Weise mit Stiften 5 versehen, die -ein Aufbringen einer wärmedämmenden
Masse 6 für das erste Anfahren des Ofens gestatten. Im Laufe der ersten Betriebsstunden
ersetzt sich dann automatisch diese Masse durch einen metallurgisch neutral reagierenden
dauerhaften Schlackenüberzug, dessen Stärke sich entsprechend denn herrschenden
Temperaturverhältnissen einstellt. Am oberen Ende des die Kühlfläche bildenden Innenmantels
4 ist der Deckel? angesetzt, dessen untere Begrenzungsfläche zum Ofenmantel
hin ansteigt. Die Abdichtung zwischen dem Deckel ? und der Ofenwand 1 wird zur Vermeidung
von Wärmespannungen vorzugsweise als bewegliche Dichtstelle ausgebildet; gezeichnet
ist eine Stopfbüchse B. Die Stelle kann jedoch auch als Linsenausgleicher
od. ä. ausgebildet sein. Im Kühknante13 kann mit dem Ofenmantel l fest verbunden
eine ringförmige Ablaufrinne 9 vorgesehen werden, deren 1?berlaufkante 10 so hoch.
liegt, daß das Kühlwasser einen großen Teil des Deckels 7 benetzt. Das Abflußrohr
11 ist fest mit dem Ofenmantel 1 verbunden und so angebracht, daß sich die Ablaufrinne
9 bei Absperrung des Kühlwasserzuflusses vollkommen leeren kamt. Im oberen Teil
des Kühlmantels 3 sind im Ofenmantel 1 Durchbrüche 12
vorgesehen,
an die Rohrstücke 13 angebracht sein können. Bei Kühlwassermangel entweicht
aus den Durchbrüchen 12 bzw. Rohrstücken 13 Dampf, so daß der Mangel
sofort erkannt wird. Die Durchbrüche 12 bzw. Rohrstücke 13 dienen außerdem zum Ansaugen
von Luft aus der Atmosphäre, weil im weiteren Ausbau der Erfindung das Abflußrohr
11 so dimensioniert werden kann, daß .der Kühlwasserabfluß unter Bildung
eines Strudels 14 erfolgt, der Luft mitreißt, die eine Rückkühlung des Kühlwassers
bewirkt. Es ist jedoch auch ohne weiteres möglich, das abfließende Kühlwasser im
Kreislauf irgendwelchen Wärmeverbrauchern zuzuführen (beispielsweise Raumheizung),
in denen, dann die Rückkühlung stattfindet. Ein solcher Kreislaufbetrieb des Kühlwassers
hat den großen Vorteil, daß man eine stärkere Aufwärmung im Kühlmittel zulassen
kann, ohne aufbereitetes bzw. enthärtetes Wasser benutzen zu müssen. Quer durch
den Kühlmantel gehen die eingeschweißten Düsenrohre 15, die zur Vermeidung von Wärmespannungen
durch die Linsenausgleicher 16 od. ä. flexibel gemacht sind. Das Kühlwasser
gelangt aus der Ringleitung 17 über die Einspritzrohre 18 in den Kühlmantel
3 kurz oberhalb .des Bodens 2. Die Einspritzrohre 18 sind so
angeordnet, daß das eintretende Kühlwasser etwaigen Bodenschlamm aufwirbelt und
daß der Wasserinhalt des Kühlinantels 3 in Drehung versetzt wird, so daß die sich
hauptsächlich unter den Düsenrohren 15 bildenden kleinen Dampf- und Luftblasen immer
wieder sofort entfernt werden. Oberhalb der Düsenrohre 15 sind weitere Einspritzrohre
19 angeordnet,. die die Rotation des Kühlkasteninhaltes verstärken. Zur Erzielung
einer guten Rotation sind die Einspritzrichtungen der Einspritzrohre 18
und
19 vorzugsweise so zu legen, daß sie Tangenten eines mit dem Ofenmantel 1
koaxial gedachten Zylinders sind, der innerhalb des Kühlmantels 3 liegt. Die Rotation
des Kühlmantelinhaltes ist annähernd eitle Strömung mit der maximalen Geschwindigkeit
in Nähe des Innenmantels 4. Dadurch wird die Grenzschicht des Kühlwassers
an .der Kühlfläche des Innenmantels 4 dünn und die Wärmeabfuhr groß. Eventuell
entstehende Dampf- bzw. Luftbläschen können in der dünnen Grenzschicht nicht verweilen
und werden mit der Strömung fortgerissen. Im Kühlmantel 3 können zur Strömungsführung
usw. gegebenenfalls noch entsprechende Einbauten vorgesehen werden.
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Wird der Kupolofen mit Heißwind betrieben, ist es zweckmäßig, in das
Düsenrohr 15 ein Schutzrohr 20
einzusetzen. Der sich zwischen Düsenrohr
15 und Schutzrohr 20 ausbildende Spalt verhindert eine zu starke Abkühlung
des Heißwindes.
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Die erfindungsgemäße Kühleinrichtung ist besonders zum Einbau in bestehende
Kupolöfen geeignet, die so als futterlose Öfen mit den bekannten metallurgischen
Vorteilen betrieben werden können.
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Für den Fall, daß man Kühlwasser verwendet, welches in stärkerem Maß
Schlamm oder sonstige Verunreinigungen führt, kann man im Boden 2 des Kühlmantels
- ähnlich wie es bei Dampferzeugern üblich ist - eine oder mehrere Entschlammungsleitungen
mit entsprechenden Ventilen anbringen, durch die kontinuierlich oder periodisch
ein gewisser Bruchteil des dem Kühlmantel zugeführten Kühlwassers abgeführt wird,
so daß der mit dem Wasser über den Boden streichende Schlamm entfernt wird. Zweckmäßig
wird man solche Entschlammungsleitungen schräg tangential im Boden 2 oder
im untersten Teil des Kühlmantels 3 am Ofenmantel 1 so anbringen, daß über den Boden
streichende Wasserverunreinigungen in diese Leitungen hineinströmen bzw. gewissermaßen
abgeschält werden.