DE1583165C3 - Vorrichtung zur Verhinderung und Beseitigung ortlicher Uberhitzungser scheinungen an mit Kühlflüssigkeit durchströmten Bauteilen, insbesondere an Hochofen - Google Patents

Description

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bildet wird, in welchem einander gegenüberliegend wachung des zu kühlenden Bauteils in bezug auf

zwei elektrisch gespeiste Elektroden zur Erregung dessen Dichtigkeit erfolgt mittels eines Registrier-

von Stoßwellen in der Kühlflüssigkeit angeordnet gerätes 8 und eines Signalsystems 9 in Serien-

sind, und daß die Achsen der Zufuhrleitung und Ab- schaltung mit dem Programmblock 6, die ein un-

fuhrleitung des Behälters sich in einem Punkt 5 mittelbares Kommando von der Kontrollvorrich-

schneiden, der zwischen den Elektroden auf deren tung5 erhalten.

Verbindungsachse liegt. Die Druckerzeugungsvorrichtung 3 umfaßt einen

Der Behälter der Druckerzeugungsvorrichtung be- Behälter, der aus zylinderförmigen Kammern 10 und steht vorteilhaft aus mehreren vertikal übereinander 11 (F i g. 2) besteht, die axial übereinander angeangeordneten und miteinander in Verbindung stehen- io ordnet sind und miteinander in Verbindung stehen, den zylinderförmigen Kammern, deren Durchmesser Der Durchmesser der Kammern 10 und 11 verin Richtung von der Zufuhrleitung zur Abfuhrleitung größert sich in Richtung von der Zufuhrleitung 2 zur hin größer werden, wobei die Elektroden in der Abfuhrleitung 12 hin.

Kammer mit dem größeren Durchmesser eingebaut Innerhalb der Kammer 10 sind zwei Elektroden

sind. 15 13 und 14 so angeordnet, daß sich die Achsen α

Die Erfindung ermöglicht, eine momentane und α der Zufuhrleitung 2 und der Abfuhrleitung 12

Änderung des Strömungszustandes der Kühlflüssig- in dem Punkt A schneiden, der zwischen diesen

keit innerhalb eines Bauteils zu erreichen, was Elektroden auf ihrer Achse a" liegt. Zum Einstellen

wiederum eine Beseitigung der Dampfschicht an de/ und Zentrieren der Elektroden 13 und 14 ist die

überhitzten Oberfläche und eine Wiederherstellung 20 Elektrode 14 beweglich ausgeführt, während die

der normalen Wärmeübergangszahl zwischen den Elektrode 13 starr an einem Flansch 15 befestigt ist.

erhitzten Wänden des Bauteils und der Flüssigkeit Die Ausrichtung der Stoßwelle bei einer Entladung

ermöglicht. in der den Behälter ausfüllenden Flüssigkeit erfolgt

Ein Hauptvorteil der Erfindung besteht also in der mit Hilfe der zylinderförmigen Innenfläche der

Möglichkeit, eine momentane Erhöhung des Druckes 25 Kammer 10.

und der Geschwindigkeit der Kühlflüssigkeit ohne Die Elektroden 13 und 14 werden an eine (in den

konstruktive Änderungen des Bauteils und des Zeichnungen nicht dargestellte) Stromquelle ange-

Durchmessers der Zufuhrleitungen zu erreichen. schlossen.

Ein weiterer Vorteil ist in weitem Umfang eine Der Ausgleich des Verbrauchs an Flüssigkeit im regelbare Stärke des hydraulischen Stoßes . ent- 30 Augenblick des hydraulischen Stoßes, der bei Entsprechend den Festigkeitswerten des Kühlelements. ladung in der Kammer 10 entsteht, erfolgt auf Kosten

Ein anderer Vorteil der Erfindung besteht in dem des Volumens der Kammer 11.

einfachen Aufbau und in den geringen Abmessungen Die Vorrichtung 5 zur Kontrolle der Wärmeder Vorrichtung, die einen gerichteten hydraulischen belastung der Windform 1 wird nicht näher beStoß erzeugt. 35 schrieben.

Die Erfindung eignet sich für beliebige auto- Die Verbindung des Blocks 6 mit der Kontrollmatische Systeme, mit deren Hilfe eine Kontrolle des vorrichtung 5 erfolgt zur Registrierung der VerBetriebes flüssigkeitsgekühlter Bauteile erfolgt, und änderungen von Amplitude und Schwingungskann sowohl zur Verhinderung des Durchbrennens frequenz der Schwankungen des Unterdrucks in dem als auch zur Dampferzeugung Verwendung finden. 40 Hohlraum 16 (F i g. 1).

Die Erfindung kann außerdem, unabhängig von Der absolute Druck ändert sich in Abhängigkeit

primären Gebern, z. B. nach einem Zeitrelais ar- von dem Sättigungspunkt der Kühlflüssigkeit und der

beiten. Temperatur des Kavitationsprozesses, der sich bei

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von der Verdampfung der Flüssigkeit an den Wänden Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die 45 der Windform 1 vollzieht. An Stelle der Kontroll-Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt vorrichtung 5 können auch Vorrichtungen anderen

F i g. 1 den Anschluß einer erfindungsgemäßen Typs, z. B. in dampferzeugenden Anlagen Druck-Vorrichtung an ein System für die Kontrolle des geber und Geber für den Dampfverbrauch, ver-Zustandes der Windformen eines Hochofens, wendet werden.

F i g. 2 eine erfindungsgemäße Druckerzeugungs- 50 Nachstehend wird die Arbeitsweise der Vorvorrichtung in perspektivischer Ansicht, richtung innerhalb eines Systems zur Verhinderung

F i g. 3 eine Druckerzeugungsvorrichtung, welche des Durchbrennens der Windform 1 eines Hochofens

an das System einer Dampfkraftanlage ange- beschrieben,

schlossen ist. Entsprechend der nominalen Wärmebelastung

An der zu der Windform 1 (Fig. 1) führenden 55 stellt der Programmblock 6 den Sollwert für die Leitung 2 wird die Druckerzeugungsvorrichtung 3 an- Druckerzeugungsvorrichtung 3 ein, die bei Übergebracht, die starr mit dem Eintrittsstutzen der schreiten der nominalen, auf die Windform 1 ein-Windform 1 verbunden ist. In der Abfuhrleitung 4 wirkenden Wärmebelastung in den Stromkreis einist eine Kontrollvorrichtung 5 zur Kontrolle der geschaltet wird.

Wärmebelastung, welcher die Windform 1 ausgesetzt 60 Eine Konstanthaltung und Kontrolle des Sollwerts

wird, eingebaut. der Wärmebelastung erfolgt mit Hilfe des Programm-

Die Druckerzeugungsvorrichtung 3 und die Kon- blocks 6 und der kontinuierlich arbeitenden Kontrollvorrichtung 5 sind direkt und mittels einer Rück- trollvorrichtung 5.

kupplung mit dem Programmblock 6 für die Wärme- In dem Augenblick, in dem von der Kontrollbelastung verbunden. Die Regulierung des Ver- 65 vorrichtung 5 eine Überschreitung des Sollwerts der brauchs an Flüssigkeit, die die Druckerzeugungs- Wärmebelastung der Windform 1 angezeigt wird, vorrichtung 3 durchströmt und in die Windform 1 schaltet der Programmblock 6 die Elektroden 13 und gelangt, erfolgt mit Hilfe eines Ventils 7. Die Über- 14 in der Kammer 10 an den elektrischen Stromkreis

an, wodurch eine elektrische Entladung mit einer Stoßwelle der Kühlflüssigkeit erfolgt, die in die Windform 1 gelangt, die Dampfschicht von den Wänden spült und dadurch die normale Wärmeübergangszahl wiederherstellt.

Bei Dauerbetrieb der Windform 1 unter einer hohen Wärmebelastung, die die normale Belastung überschreitet, folgen die hydraulischen Stöße in der Kammer 10 so lange kontinuierlich aufeinander, bis die Kontrollvorrichtung 5 ein Signal über die Wiederherstellung der nominalen Wärmebelastung an den Block 6 abgibt.

Ähnlich verläuft die Arbeit dieser Kontrollvorrichtung innerhalb einer Dampfkraftanlage, wie sie in F i g. 3 dargestellt ist.

In diesem Fall werden an Stelle der Kontrollvorrichtung 5, die die auf das zu kühlende Bauteil — die Windform 1 — einwirkende Wärmebelastung überwacht, ein Dampfdruckgeber 17 oder ein Geber

18 für den Dampfverbrauch verwendet, die am Kessel 19 der Dampfanlage angebracht sind und zur Kontrolle ihrer Leistung dienen.

Damit noch mehr Dampf von der Arbeitsoberfläche des Kessels 19 abgezogen werden kann, werden in den Leitungen 20 und 21, die dem Kessel Wasser zuführen, Druckerzeugungsvorrichtungen 3' und 3" eingebaut, die nach Anschluß an das System

ίο eines Programmblocks 22 bei einer Senkung des Sollwerts des Dampfdruckes und des Dampfverbrauchs im Kessel 19 in Betrieb gesetzt werden. Der Sollwert für den Programmblock 22 wird entsprechend der maximal erforderlichen Belastung des Aggregats festgelegt. Die Wasserzufuhr zum Kessel

19 über die Druckerzeugungsvorrichtung 3' und 3" erfolgt von einem Wasserbehälter 23 aus über Ventile 24 und 25.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 2 vorgänge hervor, was zur Folge hat, daß sich im Patentansprüche: Hochofenherd Schlacken- und Graphitablagerungen stauen.

1. Vorrichtung zur Verhinderung und Be- Um diese Gefahren zu vermeiden, wurden schon seitigung örtlicher Uberhitzungserscheinungen an 5 Versuche zur Verbesserung des Wärmeaustausches unter Wärmeeinwirkung stehenden, mit Kühl- entweder durch Erhöhung der Geschwindigkeit, mit flüssigkeit durchströmten Bauteilen, insbesondere der die Kühlflüssigkeit entlang den erhitzten Wänden an Windformen von Hochöfen, die eine in der des Bauteils geführt wird, oder durch Erhöhung des Zufuhrleitung angeordnete Druckerzeugungs- Flüssigkeitsdurchsatzes unternommen. Zu diesem vorrichtung zur periodischen Erhöhung des Ver- io Zweck ist in der Zufuhrleitung eine Druckbrauchs an Kühlflüssigkeit, die pro Zeiteinheit erzeugungsvorrichtung zur periodischen Erhöhung das Bauteil durchströmt, enthält, dadurch des Verbrauchs an Flüssigkeit, die durch das zu gekennzeichnet, daß die Druckerzeugungs- kühlende Bauteil fließt, eingebaut worden. Die vorrichtung (3) von einem mit Kühlflüssigkeit ge- Regelung des Wärmeaustausches kann auch durch füllten Behälter gebildet wird, in welchem ein- 15 Verringerung des Flüssigkeitsvolumens der Kühlander gegenüberliegend zwei elektrisch gespeiste elemente erfolgen, was jedoch in der Praxis nur Elektroden (13 und 14) zur Erregung von Stoß- schwierig durchführbar ist.

wellen in der Kühlflüssigkeit angeordnet sind, Bei rohrförmigen Bauteilen hat man in zahlreichen

und daß die Achsen («, a) der Zuführleitung^) Fällen durch eine dieser Maßnahmen ein positives

und Abfuhrleitung (12) des Behälters sich in 20 Ergebnis erzielt, bei hohlen Bauteilen dagegen, die

einem Punkt (A) schneiden, der zwischen den ein größeres Flüssigkeitsvolumen besitzen, z. B.

/ Elektroden auf deren Verbindungsachse («") Hochofen-Windformen und Spurzapfenträgern von

liegt. Siemens-Martin-Öfen, erwies es sich jedoch als nicht

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- möglich, Ausströmgeschwindigkeiten der Flüssigkeit kennzeichnet, daß der Behälter der Druck- 25 von 5 bis 8 m/sek zu erreichen. Deswegen erbrachten erzeugungsvorrichtung aus mehreren vertikal die bekannten Versuche keine positiven Ergebnisse, übereinander angeordneten und miteinander in Hervorzuheben ist, daß die Stabilität der gekühlten Verbindung stehenden zylinderförmigen Kam- Bauteile noch von der Art der zeitlichen Veränderung mern (10 und 11) besteht, deren Durchmesser in der Wärmebelastung abhängt. Besonders große Be-Richtung der Zufuhrleitung (2) zur Abfuhrleitung 30 deutung hat dieser Umstand für Windformen in (12) hin größer werden, und daß die Elektroden Hochöfen, die bei sich sehr schnell ändernder (13 und 14) in der Kammer (10) mit dem Wärmebelastung arbeiten, bei der ein »Wärmestoß« größeren Durchmesser eingebaut sind. den doppelten bzw. dreifachen Nennwert erreicht.

In diesem Fall gewährleisten auch bereits stabilisierte 35 Abkühlungsbedingungen der Windformen, die durch

den Verbrauch und durch den Rohrdurchmesser begrenzt sind, keine rechtzeitige Wärmeabfuhr, und infolgedessen verbrennen diese Windformen sehr Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen schnell.

zur Verhinderung und Beseitigung örtlich begrenzter 40 Eine erhöhte Wärmeabfuhr von den Windformen Uberhitzungserscheinungen an flüssigkeitsgekühlten läßt sich durch eine Änderung der Strömungs-Bauteilen hydraulischer Systeme, die einer Wärme- bedingungen der Kühlflüssigkeit, welche der ]eeinwirkung ausgesetzt sind, und dient insbesondere weiligen Wärmebelastung entspricht, erreichen,
zur Verhütung des Durchbrennens gekühlter Bau- Die bekannten Einrichtungen, die einen Übergang

teile von Hüttenöfen, wie Windformen und Kühl- 45 von niedrigem Druck zum höheren Flüssigkeitsdruck, kästen von Hochöfen. z. B. von 3 auf 8 kp/cm², hervorrufen, gestatten je-

Die Zerstörung von Bauteilen durch Wärme- doch nicht, die Kühlwirkung so schnell zu steigern, einwirkung ist meist auf die Tatsache zurück- wie die Wärmebelastung ansteigt, da diese Belastung zuführen, daß der Bewegungsablauf der Kühlflüssig- sehr plötzlich ansteigt, während der Verbrauch an keit innerhalb des jeweiligen Bauteils der auf diesen 50 Flüssigkeit nur allmählich zunimmt,
einwirkenden Wärmebeanspruchung nicht entspricht. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

Bei genügendem Besprühen der erhitzten Wände des Vorrichtung anzugeben, die eine momentane jeweiligen Bauteils mit Kühlflüssigkeit bildet sich, Änderung der Strömungsbedingungen der Flüssigwenn die Wärmebelastung 1 · 10° bis 3 · 10° kcal/m²h keit durch gleichzeitige Erhöhung des Verbrauchs, erreicht, auf der Innenfläche dieser Wände eine 55 der Geschwindigkeit und des Druckes der Flüssig-Dampfschicht, die mit hoher Oberflächen-Kohäsion keit, die an die erhitzte Wand des gekühlten Bauteils an den Wänden des Bauteils haftet. Diese Dampf- gelangt, ermöglicht.

schicht erschwert den Wärmeaustausch zwischen den " Dli~Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zur Ver-Wanden und der Kühlflüssigkeit, wodurch sich der hinderung und Beseitigung örtlicher Überhitzungs-Wärmebelastungskoeffizient stark verringert und die 60 erscheinungen an unter Wärmeeinwirkung stehenden, Wände des Bauteils durchbrennen. mit Kühlflüssigkeit durchströmten Bauteilen, insbe-

Wenn das Bauteil undicht wird, dringt Kühlflüssig- sondere an wTndformen von Hochöfen, die eine in keit in den Arbeitsraum des Aggregats ein, und der der Zufuhrleitung angeordnete Druckerzeugungsnormale Betriebsablauf wird gestört. vorrichtung zur periodischen Erhöhung des Ver- _ So ruft z. B. das Eindringen von Kühlflüssigkeit in 65 brauchs an Kühlflüssigkeit, die pro Zeiteinheit das einen Hochofen eine Temperatursenkung in der Bauteil durchströmt, enthält, erfindungsgemäß da-Oxydationszone infolge der Flüssigkeitsdissoziation durch gelöst, daß die Druckerzeugungsvorrichtung und eine Verminderung der Stärke der Reduktions- von einem mit Kühlflüssigkeit gefüllten Behälter ge-