DE1956837A1

DE1956837A1 - Bodenkuehleinrichtung fuer Schachtoefen,insbesondere fuer Hochoefen

Info

Publication number: DE1956837A1
Application number: DE19691956837
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl-Ing Genge; Walter Wirtz
Original assignee: Demag AG
Current assignee: Mannesmann Demag AG
Priority date: 1969-11-12
Filing date: 1969-11-12
Publication date: 1971-05-27
Also published as: FR2066312A5; US3705713A; DE1956837B2; GB1327210A

Description

Anmelderin:

DEMAG Aktiengesellschaft 31. 10. I969

4l Duisburg 2320-Pl/Me.

Wolfgang-Reuter-Platz 1956837 5543/HH

Bodenkühleinriehtung für Schachtöfen, insbesondere für Hochöfen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bodenkühl-Einrichtung für Schachtöfen, insbesondere für Hochöfen, bestehend aus einer Anordnung von Kühlmittelleitungen hinter . einer Schicht von Ausmauerungssteinen (Kohlenstoffsteinen), vor der sich flüssiges, auf die Mauerwerkssteine zerstörend wirkendes Metall, insbesondere Roheisen befindet, und einem stählernen Abschlußblech.

Als Grundlage für die Erfindung dient ferner die Erkenntnis, daß widerstandsfähige Böden oder Ausmauerungsschichten von öfen und vergleichbaren metallurgischen Gefäßen hauptsächlich durch Kühlung erhalten werden können, weil der mechanische und chemische Verschleiß häufig vernachlässigbar gegenüber dem thermischen Verschleiß ist. Es ist danach ferner bekannt, daß flüssiges Roheisen Kohlenstoffsteine auflöst. Der Grund dafür ist in einem wechselnden Gehalt des Roheisens an aggressiven Stoffen zu suchen. Gleichwohl verhalten sich die Kohlenstoffsteine gegenüber Schlacke, Gasen und Dämpfen entschieden günstig. Die Verwendung von Kohlenstoffsteinen erscheint auch wegen der hohen Wärmeleitfähigkeit zweckmäßig, weil durch eine schnelle Abfuhr der Wärme insgesamt das Temperaturniveau niedrig gehalten werden kann, was wiederum auf die chemisch-physikalischen Reaktionen einen hemmenden Einfluß ausübt. Je nach dem Schmelzverlauf Im Hochofen spielt ferner die Temperaturwechselbeständigkeit eine bedeutsame Rolle. Auch hier verhalten sich Kohlenstoffsteine verhältnismäßig günötip; und sind insf£esamt hinsichtlich mehrerer Punkte, den

überlegen.

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Die Herabsetzung der Temperaturen in dicken Ausmauerungsschichten stellt sich als wirksamste Maßnahme zur Verfügung, eine weitergehende Auflösung der Steine zu verhindern und damit diejLebensdauer der öfen beträchtlich zu steigern. An Hochöfen entsteht die besondere Schwierigkeit, daß sich eine unregelmäßige Schicht eines Gemisches von Eisen, Erz und Koks bildet, die sogenannte Ofensau. Je mächtiger die Ofensau wird, desto schwieriger gestalten sich die Arbeiten bei der Neuzustellung des Ofens, zunächst erst einmal diese feste Schicht zu entfernen. Meist ist diese Arbeit nur durch das sehr gefährliche Sprengen mög-Ifc lieh. Der Hochöfner ist zweifellos bemüht, derartige Sprengarbeiten in Grenzen zu halten, um nicht übrige Teile des Ofens und vor allen Dingen das Personal zu gefährden.

Die Erfindung geht daher von dem Grundsatz aus, möglichst viel Wärme abzuführen, das heißt, das Mauerwerk kühl zu halten und nicht einer anderen technischen Richtung zu folgen, das heißt möglichst wirksame Isolationen einzubauen, die das Abführen von Wärme verhindern und einen Wärmestau in einer bestimmten Ausmauerungsschicht zu verursachen.

Zur unterstützung einer größeren Wärmeabfuhr ist es bekannt, - an einem Hochofen mit 9 m Gestelldurchmesser eine Kühlluft-" . menge von 35.000 Nnr/h durch ein Zentralrohr im Ofenfundament unter die Bodenplatte zu führen und radial durch 60 Segmente nach außen zu leiten. Der Wärmeübergang vom Mauerwerk auf die Bodenplatte und von dieser auf das Kühlmedium ist in seinem Wesen von Paktoren abhängig, die einen hohen Wärmeentzug pro Zeiteinheit ausschließen. Der notwendige hohe thermische Wirkungsgrad stellt sich praktisch erst bei einem höheren Temperaturniveau ein, das die Erfindung bezüglich des Mauerwerks gerade zu verhindern trachtet.

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Die vorliegende Erfindung geht daher von der Aufgabe aus j den Wärmeübergang vom Mauerwerk auf das Kühlmittel zu verbessern,und zwar unter Einhaltung einer Isothermen von ca. HOO⁰C bei einer möglichst dünnen Anfangsmauerwerksschicht, die sich im Verlauf des Betriebes nur noch geringfügig vermindert.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,· daß zwischen Ausmauerungsschicht und Abschlußblech eine metallische hochwärmeleitende Schicht eingefügt ist, innerhalb deren Kühlmittelkanäle verlaufen. Der von der Ausmauerungsschicht her anfallende Wärmestrom kann intensiv übernommen werden und gelangt allseitig an die Kühlmittelkanäle und daher findet in erhöhtem Maß ein Wärmeübergang von der gut wärmeleitenden Schicht auf das Kühlmedium statt. Je intensiver daher das Kühlmedium die Wände der Kühlmittelkanäle berührt, wie dies bei Flüssigkeiten beispielsweise der Fall ist, desto vorteilhafter gestaltet sich die Wärmebilanz der pro Zeiteinheit abgeführten Wärmemenge.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung besteht die hochwärmeleitfähige Schicht aus Aluminium und die Kühlmittelrohre sind aus Kupfer gefertigt. Diese Kombination führt zu einer wirtschaftlich vertretbaren Lösung, weil der Anteil des Aluminium höher ist als der des teueren Kupfers und beiden Metallen eine große Wärmeleitfähigkeit zuzuschreiben ist.

In Ausgestaltung des Grundgedankens der Erfindung besteht die hochwärmeleitfähige Schicht aus hohlen Aluminium-Platten oder -barren, die in entsprechend ausreichender Anzahl vorhanden und deren Kühlmittelkanäle an Kühlmittelzuflüsse und - abflüsse angeschlossen sind. Bei verhältnismäßig großen zu belegenden Flächen, wie diese an Hochöfen von 10 und mehr Meter Gestelldurchmesser gegeben sind, ergibt sich ein wesentlicher Vorteil für die Fertigung und für die Montage der zu erstellenden hochwärmeleitenden Schicht.

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Nach einem anderen Merkmal bilden die Kühlmittelrohre bzw. die Kühlmittelkanäle für Vor- und Rücklauf gerade, parallele Sekanten bezogen auf den Grundkreis des Ofens. Die Strömung des Kühlmediums kann daher ohne jede Umlenkung erfolgen, woraus höhere Strömungsgeschwindigkeiten, geringere Widerstände und daher eine größere Wärmeabfuhr bewirkt werden können.

Nach einer anderen, die Erfindung ergänzenden Maßnahme sind die Kühlmittelrohre außerhalb des Ofens mit einem Stutzen versehen, der eine verschließbare öffnung zwecks Einfuhr eines Reinigungsmittels aufweist. Falls daher nicht innerhalb eines Kühlmedium-Kreislaufs gearbeitet wird, können Ablagerungen und ähnliche Verunreinigungen leicht von Zeit zu Zeit aus den geraden Rohren entfernt werden. Ferner ist die Möglichkeit geschaffen, Temperaturmeßglieder leicht an verschiedenen Stellen des Ofen-Durchmessers anzubringen.

Eine hohe Sicherheit gegen unvorhersehbare Kühlmedium-Mängel ist dadurch gegeben, daß der Hauptanschluß für die Rücklaufrohre höher liegt als der Hauptanschluß für die Vorlaufrohre. Sofern zeitweise der Kühlmedium-Strom ausfällt, kann daher das Rohrleitungsnetz nicht leerlaufen und es tritt nur eine zeitweise größere Erwärmung des Kühlmittels ein, wobei ohnehin die hochwärmeleitfähige Schicht des Metalls einen zusätzlichen Speicher bietet.

Zwischen den Kühlrohren und den Hauptanschlüssen für Vor- und Rücklauf ist nach einem anderen Merkmal jeweils ein die Längenausdehnung der Rohre auffangendes Glied eingeschaltet. Ein solcher Kompensator gleicht auch Wärmeausdehnungen zwischen den den Ofenmantel überragenden Stutzen und dem Mantel selbst aus, und ebenfalls Längsbewegungen, die durch Schieben der Metallschicht erfolgen.

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Eine weitere Ausgestaltung ergibt sich erfindungsgemäß dadurch, daß die längsten Rohre der Sekanten Rohre größeren Durchmessers aufweisen als die kürzeren. Die im Zentrum oder in einzelnen Zonen erhöht anfallenden Wärmemengen können deshalb Berücksichtigung finden. An einer solchen Zone si-eht man schon bei der Konstruktion größere Durchmesser vor, so daß dort auch schon ein größerer Kühlmedium-Durchfluß erfolgt. Unter gewissen Umständen ist es auch vorteilhaft, deshalb eine etwas verminderte Wanddicke der Metallschicht in Kauf zu nehmen, weil dadurch die Wegstrecke des Wärmeflusses verkürzt wird.

Im allgemeinen kann die Kühlung aufgrund der Erfindung mittels Gasen erfolgen. Wasserkühlung vergrößert jedoch bereits die pro Zeiteinheit abzuführende Wärmemenge. Nach einem zusätzlichen Vorschlag besteht das Kühlmittel aus Glyzerin oder einem Gemisch Wasser-Glyzerin.

Die Erfindung bietet nicht nur Vorteile hinsichtlich der Verstärkung des Wärmeflusses von der Ausmauerungsschicht in das Kühlmedium, sondern zeigt im weiteren auch Herstellungsverfahren der hochwärmeleitfähigen Schicht auf.

Iiach einem diesbezüglichen Vorschlag werden innerhalb einer Gießform mehrere Kühlrohre derart verlegt, daß diese ihren Abstand zu verändern nicht im Stande sind und danach die Gießform mit Metall ausgegossen und die Rohre umgössen werden, wobei die Erwärmung des Werkstoffes der Rohre von innen her reguliert wird. Diese Erzeugung der Verbindung zwischen wärmeleitfähiger Metallschicht und Kühlmittelrohren erweist sich nämlich besonders günstig, einen den Wärmefluß hemmenden und üen Wärmewiderstand erhöhenden Luftspalt zwischen Metallschicht und eingelegtem Kühlrohr zu vermelden.

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Ein anderes Verfahren zum Herstellen der hochwärmeleitfähigen Schicht besteht darin, daß jeweils eine bestimmte Rohrlänge eines geraden Einzelrohres mit Barren-Querschnittsform umgössen wird, und daraus unterschieälich lange Stücke durch Abtrennen gewonnen werden. Diese Herstellungsmethode ist einfach, um einzelne Baustücke für die kreisförmig vorliegende .Fläche am Hochofenfundament zu bilden. Pur sämtliche Teillängen wird danach nur eine einzige Gießform notwendig, wobei auch vorgesehen werden kann, die erwähnten Stutzen durch vorstehende Rohrstücke vorzubereiten.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt und im folgenden näher erläutert.

Figur 1 stellt einen senkrechten Querschnitt durch die Fußzone eines Hochofens dar.

Figur 2 zeigt die Draufsicht auf die Kühlmittelkanäle, die sich innerhalb der hochwärmeleitfähigen Schicht befinden. . -

Gemäß Figur 1 ist der Ofenmantel 1 durch eine Stampfschicht 2 von der Ausmauerungsschicht 3 getrennt. Von letzterer stützt sich jeweils der unterste Bodenstein 4 über eine Graphitbodenlage 5 auf die metallische Schicht 6. In dieser sind ohne jeden Spalt die Kühlmittelkanäle in Form von Rohren 7 eingegossen. Es ist besonders hervorzuheben, daß ein solcher Spalt eine Isolation zwischen Metallschicht 6 und dem in den Rohren 7 strömenden Kühlmittel 8 bedeuten könnte. Die Methode, die Kühlmittelrohre 7 einzugießen oder beim Gießen mittels Kernen zu erzeugen, garantiert daher die erwünschten Wärmeflüsse.

Im Gegensatz zum Stand der Technik befindet sich eine Isolierung 9 nunmehr über dem Abschlußblech 10 und anliegend an der Unterseite 11 der metallischen Schicht 6. Die Kühlmittelrohre 10 stehen über Kompensatoren 12 mit den Stutzen 13 In Verbindung. An diesen sind die Kühlmittelzuflüsse l4 'Hauptanschluß Vorlauf) bzw. -Abflüsse 15 (Hauptanschluß Hüeklauf) angeschlossen, Die Stutzen 13 besitzen verschließ-

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bare Öffnungen 16.

Das Abschlußblech 10 bildet eine Rinne 17, aus der Kondenswasser aus der Ausmauerungsschicht 3 bzw. der Stampfmasse 2 durch die Leitung 16 abgeführt wird.

In Figur 2 bilden die Kühlmittelrohre 7 Sekanten 19 zu einem Grundkreis 20, wobei diese Sekanten den Ofenmantel 1 um den Betrag der Stutzen 13 überragen und dadurch die Sekanten zustande kommen.. Es ist wichtig, daß durch die Parallelführung der Rohre 7 nur gerade Rohre erforderlich werden. Es ergeben sich daraus mittlere, längere Rohre 7, die als Mittenrohre bezeichnet sind und kürzere Rohre 22, die am Rand des Grundkreises 20 verlaufen. Sämtliche Kühlmittelrohre 7 sind nunmehr an die Verteilerleitung 23 und an die Sammelleitung 24 angeschlossen. Der Hauptanschluß Vorlauf 14 und die Verteilerleitung 23 bzw. der Hauptanschluß Rücklauf 15 und die Sammelleitung 25 sind gekoppelt. Es ist zweckmäßig, den Erfindungsgegenstand mit Wasser zu betreiben. Damit kann eine intensive Wärmeabfuhr erfolgen.

Es versteht sich, daß der Erfindungsgegenstand sowohl an SM-Öfen als auch Elektro-Öfen und auch an Konverter-Böden angewendet werden kann. Insbesondere das Merkmal völlig sicher eingebetteter Kühlmittelrohre unterbindet die Gefahr eines Durchbruches des Kühlmittelrohres.

In Betracht gezogene Druckschriften: "Stahl und Eisen", 20. Okt. 1966,

Seiten 13^5 bis 135¹J₃ insbesondere Seite 13*19.

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Claims

Anmelderin: 31. 10. 1969

DEMAG Aktiengesellschaft
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Patentansprüche

Bodenkühl-Einrichtung für Schachtofen, insbesondere für Hochöfen, bestehend aus einer Anordnung von Kühlmittelleitungen hinter einer Schicht von Ausmauerungssteinen (Kohlenstoffsteinen), vor der sich flüssiges, auf die Mauerwerkssteine zerstörend wirkendes Metall, insbesondere Roheisen befindet, und einem stählernen Abschlußblech, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Ausmauerungsschicht (3) und Abschlußblech (10) eine metallische, hochwärmeleitende Schicht (6) eingefügt ist, innerhalb deren Kühlmittelkanäle (7) verlaufen.

Bodenkühl-Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß· die hochwärmeleitfähige Schicht (6) aus Aluminium besteht und die Kühlmittelrohre (7) aus Kupfer gefertigt sind.

Bodenkühl-Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die hochwärmeleitfähige Schicht (6) aus hohlen Aluminium-Platten oder -Barren besteht, die in entsprechend ausreichender Anzahl (Fig. 2) vorhanden und deren Kühlmittel-Kanäle (7) an Kühlmittel-Zuflüsse (14) und -Abflüsse (15) angeschlossen sind.

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4. Bodenkühl-Einriehtung nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet,

daß die Kühlmittelrohre (7) bzw. die Kühlmittelkanäle für Vor- und Rücklauf (I¹J ,15) gerade, parallele Sekanten (19) bezogen auf den Grundkreis (20) des Ofens bilden.

5. Bodenkühl-Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelrohre (7) außerhalb des Ofens mit einem Stutzen (19) versehen sind, der eine verschließbare öffnung (16) zwecks Einfuhr eines Reinigungsmittels aufweist.

6. Bodenkühl-Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

daß der Hauptanschluß (15) für die Rücklaufrohre (7) höher liegt als der Hauptanschluß (14) für die Vorlaufrohre (7).

7. Bodenkühl-Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,

daß zwischen den Kühlrohren (7) und den Hauptanschlüssen (14,15) für Vor- und Rücklauf jeweils ein die Längenausdehnung der Rohre (7) auffangendes Glied (12) eingeschaltet ist.

8. Bodenkühl-Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet,

daß die längsten Rohre (21) der Sekantenrohre (19) größeren Durchmesser aufweisen als die kürzeren (22).

9. Bodenkühl-Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,

daß daa Kühlmittel aus Glyzerin oder einem Gemisch V/aüser-Olyzerin besteht.

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10. Verfahren zum Herstellen der hoehwärmeleitfähigen Schicht nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß innerhalb einer Gießform mehrere Kühlrohre derart verlegt werden, daß diese ihren Abstand zu verändern nicht imstande sind und danach die Gießform mit Metall ausgegossen und die Rohre umgössen werden, wobei die Erwärmung des Werkstoffes der Rohre von innen her reguliert wird._t

11. Verfahren zum Herstellen der hoehwärmeleitfähigen Schicht nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß jeweils eine bestimmte Rohrlänge eines geraden Einzelrohres, mit Barren-Querschnittsform umgössen wird und daraus unterschiedlich lange Stücke durch Abtrennen gewonnen werden.

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