DE19755225A1

DE19755225A1 - Coolant duct for wall or ceiling cooling elements in electric arc furnaces

Info

Publication number: DE19755225A1
Application number: DE1997155225
Authority: DE
Inventors: Rainer Schmidt
Original assignee: Vom Bovert & Co Schweistechnik
Current assignee: Vom Bovert & Co Schweistechnik
Priority date: 1997-12-12
Filing date: 1997-12-12
Publication date: 1999-06-24

Abstract

The coolant duct (1) has chicanes (3,7) in the duct's inner chamber for generating turbulence and/or increasing the flow speed. The chicanes are located without contacting the inner wall of the duct, and are formed by at least one rod-shaped element (3) aligned parallel to the longitudinal axis of the duct. The rod-shaped element is located in the middle of the duct. The chicanes are also formed by crossbars, spirals and/or vanes. The chicanes lead to a reduction in the cross-sectional area of the duct in the region of large heat loading.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Kühlmittelleitungen für Wand- oder Deckelkühlelemente in Elektrolichtbogenöfen sowie ein Verfahren zur Kühlung von Elektrolichtbogenöfen unter Einsatz eines Kühlmittels.The present invention relates to coolant lines for wall or Lid cooling elements in electric arc furnaces and a method for cooling of electric arc furnaces using a coolant.

Der Einsatz von Elektrolichtbogenöfen erfolgt vornehmlich beim Aufschmelzen von Stahlschrott. Dabei hat sich herausgestellt, daß eine Begrenzung der Leistung derartiger Öfen durch die thermische Belastbarkeit der Ofenwände gegeben ist.Electric arc furnaces are mainly used for melting of steel scrap. It has been found that a limitation of Performance of such furnaces due to the thermal load-bearing capacity of the furnace walls given is.

Ein im Stand der Technik bekannter Weg zur Reduzierung der Belastung der Ofenwände besteht darin, in den Wänden und im Deckel des Ofens ein Kühlung vorzusehen. Dabei wird insbesondere Wasser durch geeignete Kühlmittelleitungen geführt. Eine Verfeinerung derartiger Kühlverfahren kann dadurch erfolgen, daß die Kühlmitteltemperatur ständig überwacht wird und in Abhängigkeit von kritischen Werten die elektrische Leistung des Lichtbogens geregelt wird. In der DE 31 03 883 C2 wird ergänzend eine Überwachung der Kühlmitteldichte vorgeschlagen, um auch bei Verdampfen des Kühlmittels, wenn eine Temperaturkontrolle erfolglos ist, regeln zu können.A way known in the prior art to reduce the load on the Furnace walls consist of cooling in the walls and in the lid of the furnace to provide. In this case, water is particularly suitable Coolant lines led. Such cooling processes can be refined in that the coolant temperature is constantly monitored and in Dependence on critical values the electrical power of the arc is regulated. DE 31 03 883 C2 also includes monitoring of the Coolant density suggested to even when the coolant evaporates, though temperature control is unsuccessful in being able to regulate.

Auch wenn mit der Temperaturüberwachung zerstörerische Überhitzungen des Kühlmittels vermieden werden können, unterliegen die Kühlmittelleitungen dennoch einem hohen Verschleiß durch thermische Belastung. Während eines Schmelzprozesses vom Chargieren der Schrottkörbe bis zum Abstich des flüssigen Stahls gibt es Schmelzphasen mit niedrigen Kühlflächenbelastungen und mit sehr hohen Belastungen. Durch diese Wärmewechselbelastungen in Verbindung mit dem hohen Temperaturgefälle zwischen der Rohraußen- und Rohrinnenwand ermüdet der Rohrwerkstoff, und es bilden sich Querrisse in der Rohrwand, die zu Undichtigkeiten führen.Even if destructive overheating of the Coolant can be avoided, are subject to the coolant lines high wear due to thermal stress. During one Melting process from charging the scrap baskets to tapping the molten steel there are melting phases with low cooling surface loads and with very high loads. Due to these thermal cycling loads in Connection with the high temperature gradient between the pipe and The pipe material is tired of the inner pipe wall and cross cracks form in the Pipe wall that lead to leaks.

In der deutschen Offenlegungsschrift DE 42 35 662 A1 wird dieses Problem dadurch vermindert, daß die Wände der Kühlrohre, Umkehrkappen oder Enden, Bogen und sonstigen wärmebeaufschlagten Bauelementen sowie die dazugehörigen Schweißnähte aus einem Verbund des Werkstoffs Stahl und eines aufgeschweißten oder plasmaaufgespritzten, gut wärmeleitenden, nicht oder nur bedingt magnetischen Werkstoff bestehen. Bei den eingesetzten nicht magnetischen Werkstoffen handelt es sich vorzugsweise um Kupfer.This problem is described in German Offenlegungsschrift DE 42 35 662 A1 reduced by the fact that the walls of the cooling tubes, reversing caps or ends, Arch and other heat-affected components and the associated welds made of a composite of steel and one welded or plasma-sprayed, good thermal conductivity, not or only conditional magnetic material exist. Not with the used ones magnetic materials are preferably copper.

Bedingt durch die sehr hohen Temperaturbelastungen auf der Außenwand der Rohre kann jedoch auf der Innenseite der Rohre ein Dampffilm entstehen. Dieser Dampffilm wirkt als Wärmeisolierschicht, d. h. es wird die Abfuhr von Wärme durch die Rohrwand hindurch ins Kühlwasser verhindert. Sofern auf der Außenwand des Rohres eine Kupferschicht aufgebracht ist, kommt es zu einer starken Erhitzung, die ein Schmelzen des Kupfers zur Folge haben kann. Wird andererseits auf die Auflage einer Kupferschicht verzichtet, kann es durch Überhitzung der Rohrwand zu hohen thermischen Wechselspannungen kommen, die eine Ermüdung des Materials zur Folge haben. Infolgedessen bilden sich nach einer gewissen Anzahl von Chargen Querrisse in den Rohren, die wiederum zu Undichtigkeiten führen, so daß das Kühlwasser aus den Rohren in den Ofen austreten kann. Dies geschieht bei den wassergekühlten Elementen insbesondere in den thermisch hochbelasteten Bereichen (sog. Hot-Spots- Bereiche).Due to the very high temperature loads on the outer wall of the However, a vapor film can form on the inside of the tubes. This Steam film acts as a heat insulation layer, i.e. H. it will dissipate heat through prevents the pipe wall into the cooling water. Unless on the outside wall a copper layer is applied to the tube, there is a strong Heating that can cause the copper to melt. Becomes on the other hand, without the application of a copper layer, it can be Overheating of the pipe wall leads to high thermal AC voltages, which result in material fatigue. As a result, form after a certain number of batches transverse cracks in the pipes, which in turn lead to leaks, so that the cooling water from the pipes into the furnace can leak. This happens with the water-cooled elements especially in areas subject to high thermal loads (so-called hot spots Areas).

Die Bildung des Dampffilms wird nach dem Stand der Technik dadurch verhindert, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers erhöht wird. Eine große Wassergeschwindigkeit bedingt jedoch einen hohen Bedarf an Wasser. Solche Wassermengen sind einerseits nicht immer verfügbar und andererseits auch mit einem erheblichen Kostenaufwand verbunden.According to the prior art, the formation of the vapor film is prevented by that the flow rate of the water is increased. A big However, water speed requires a high amount of water. Such Amounts of water are not always available on the one hand and are also available on the other associated with a considerable cost.

Die vorliegende Erfindung hat sich demgegenüber die Aufgabe gestellt, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben eines Elektrolichtbogenofens mit kühlmittel durchflossenen Wänden zur Verfügung zu stellen, bei denen der Ofen mit einer hohen Leistung betrieben werden kann und der thermische Verschleiß des Kühlmittelsystems minimiert wird. Gleichzeitig soll der Verbrauch an Kühlmittel auf einem geringen Niveau gehalten werden.In contrast, the present invention has the object that Avoid disadvantages of the prior art and a device and a Method for operating an electric arc furnace with coolant flow-through walls available, in which the furnace with a high performance can be operated and the thermal wear of the Coolant system is minimized. At the same time, the consumption of coolant is supposed to kept at a low level.

Diese Aufgabe wird durch den Einsatz von erfindungsgemäßen Kühlmittel leitungen gelöst, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie im Leitungsinnenraum Schikane zur Erzeugung von Turbulenzen und/oder zur Steigerung der Durchflußgeschwindigkeit enthalten. Zu den Kühlmittelleitungen im Sinne der Erfindung gehören dabei sämtliche Leitungsabschnitte wie z. B. Umkehrkappen, Enden und Bögen. Unter Schikanen werden beliebige Körper verstanden, die sich in der Strömungsbahn des Kühlmittels befinden und dort zu einem Strömungs widerstand führen und/oder die Querschnittsfläche der Kühlmittelleitung verengen.This object is achieved through the use of coolant according to the invention Lines solved, which are characterized in that they are in the interior of the line Baffles to create turbulence and / or to increase the Flow rate included. To the coolant lines in the sense of Invention include all line sections such. B. reverse caps, Ends and arches. Baffles are understood to mean any body that is located in the flow path of the coolant and there to a flow lead resistance and / or the cross-sectional area of the coolant line narrow.

Der Stand der Technik war gerade bestrebt, Turbulenzen durch eine gerade Rohrführung und glatte Innenrohre zu vermeiden, um die Durchflußrate durch die Rohre zu maximieren. Zudem entsprach es der einfachsten und naheliegendsten Möglichkeit, freie Rohrquerschnitte gleichbleibender Größe - und damit gleichbleibender Durchflußgeschwindigkeit - über die gesamte Länge der Kühlmittelleitung vorzusehen. Im Gegensatz dazu sollen nach der Erfindung Turbulenzen und/oder Steigerungen der Durchflußgeschwindigkeit ausdrücklich durch Schikane erzeugt werden. Dadurch wird erreicht, daß eine sich eventuell bildende Dampfschicht ständig wieder abgebaut, d. h. letztendlich verhindert wird. Ferner verbessert sich die Wärmeaufnahme des Kühlmittels, da ständig frisches, d. h. kühles Medium an die Rohrwand geführt wird und sich nicht ein quasi stationäres Temperaturgefälle im Rohr ausbilden kann, wie es bei (vorwiegend) laminarer Strömung der Fall wäre. Weiterhin bewirkt eine erhöhte Durchfluß geschwindigkeit, daß mit einer gesteigerten Rate Wärme aufgenommen und abgeführt werden kann.The prior art was just trying to create turbulence from a straight line Avoid pipe routing and smooth inner pipes to reduce the flow rate through the Maximize pipes. It also corresponded to the simplest and most obvious Possibility of free pipe cross sections of constant size - and thus constant flow rate - over the entire length of the Provide coolant line. In contrast, according to the invention Turbulence and / or increases in the flow rate expressly be created by chicane. It is thereby achieved that a possible forming vapor layer continuously degraded, d. H. is ultimately prevented. Furthermore, the heat absorption of the coolant improves because fresh, d. H. cool medium is led to the pipe wall and is not a quasi can develop a steady temperature gradient in the pipe, as is the case with (predominantly) laminar flow would be the case. It also causes increased flow speed that heat is absorbed at an increased rate and can be dissipated.

Vorzugsweise enthalten die Kühlmittelleitungen im Leitungsinnenraum Schikanen, die im wesentlichen ohne Kontakt zur Innenwand der Kühlmittelleitung angeordnet sind. Darunter ist zu verstehen, daß sich ihr Kontakt zur Rohrwand auf das notwendige Mindestmaß zur Befestigung beschränkt. Die Vermeidung des Kontaktes zur Rohrwand hat den Vorteil, daß sich keine Totzonen in der Strömung ausbilden, in denen sich Feststoffe ablagern können. Durch die erfindungsgemäßen Schikanen muß das Kühlmittel ständig seine Flußrichtung ändern. Dadurch wird es es immer wieder auf die Wand der Kühlmittelleitung zugelenkt wird und in turbulente Strömung versetzt. So wird verhindert, daß sich verhindert, daß sich an der Rohrwand eine Dampfschicht bilden kann bzw. eine solche wird sofort wieder zerstört. Außerdem sorgt die Turbulenz für eine verbesserte konvektive Wärmeaufnahme durch das Kühlmittel. Insgesamt wird damit sowohl die Kühlleistung verbessert als auch die Bildung einer Wärmeisolierschicht durch den Dampf mit den damit verbundenen kritischen Folgen verhindert. Der erfindungsgemäße Einbau von Schikanen geht dabei in eine völlig andere Richtung als der vom Stand der Technik eingeschlagene Weg. Denn letzterer bestand darin, Kühlleistung und Dampfschichtabbau durch eine Erhöhung der eingesetzten Kühlmittelmenge zu erreichen. Für die dazu notwendige Steigerung der Durchflußraten ist es aber erforderlich, möglichst wenig Hindernisse in den Strömungsweg zu legen, d. h. die Kühlmittelleitungen möglichst geradlinig und glatt auszubilden.The coolant lines preferably contain baffles in the interior of the line, the essentially without contact with the inner wall of the coolant line are arranged. This means that they are in contact with the pipe wall limited to the minimum necessary for fastening. Avoidance the contact to the pipe wall has the advantage that there are no dead zones in the Form a flow in which solids can accumulate. Through the Baffles according to the invention, the coolant must constantly its direction of flow to change. This will keep it on the wall of the coolant line is directed and set in turbulent flow. This prevents prevents a vapor layer from forming on the pipe wall or a such is immediately destroyed again. The turbulence also ensures one improved convective heat absorption by the coolant. Overall will thus both improving the cooling performance and the formation of a Thermal insulation layer through the steam with the associated critical Prevents consequences. The installation of baffles according to the invention goes in a completely different direction than the path taken by the prior art. Because the latter consisted of cooling performance and vapor layer degradation by one To achieve an increase in the amount of coolant used. For that However, it is necessary to increase the flow rates if possible to place few obstacles in the flow path, d. H. the coolant lines to be as straight and smooth as possible.

Bei einer möglichen Ausgestaltung der Schikanen werden diese durch mindestens ein parallel zur Längsachse der Kühlmittelleitung ausgerichtetes stabförmiges Element gebildet. Hierbei kann es sich z. B. um eine Stange oder ein Rohr handeln. Solche Elemente können symmetrisch zur Rohrachse angeordnet werden (vorzugsweise drei), insbesondere kann ein Element mittig auf der Achse liegen. Es sind aber auch asymmetrische Anordnungen denkbar, um z. B. den asymmetrischen Temperaturverhältnissen zwischen Ofeninnerem und -äußerem Rechnung zu tragen.In the event of a possible configuration of the baffles, at least one aligned parallel to the longitudinal axis of the coolant line rod-shaped element formed. This can be, for. B. a rod or a Act pipe. Such elements can be arranged symmetrically to the pipe axis (preferably three), in particular one element can be centered on the axis lie. However, asymmetrical arrangements are also conceivable in order, for. B. the asymmetrical temperature relationships between the inside and outside of the furnace To take into account.

Durch das parallel zur Längsachse der Kühlmittelleitung ausgerichtete stabförmige Element wird das umströmende Kühlmittel an die Wand der Rohrleitung gedrängt und es wird verhindert, daß das normalerweise in der Rohrmitte befindliche Strömungsmaximum entstehen kann. Durch Verringerung der Querschnittsfläche der Rohres kann das Element außerdem zu einer Erhöhung der Flußgeschwindigkeit beitragen. Außerdem trägt ein Element aus gut wärmeleitendem Material zu einer Vergleichmäßigung der axialen Temperaturverteilung innerhalb des Rohres bei und verringert somit die Gefahr lokaler Überhitzungen.Through the parallel to the longitudinal axis of the coolant line rod-shaped element, the coolant flowing around the wall of the Pipeline crowded and it is prevented that normally in the Flow maximum located in the middle of the pipe can arise. By reducing the cross-sectional area of the tube, the element can also be a Contribute to increasing the flow rate. In addition, an element carries out good heat-conducting material to equalize the axial Temperature distribution within the pipe and thus reduces the risk local overheating.

Nach weiteren Ausbildungen der Erfindung können die Schikanen vorzugsweise durch Querstangen von Rohrwand zu Rohrwand, durch spiralförmige Wendel oder Leitbleche gebildet werden. Selbstverständlich kann diese Liste der Möglichkeiten vom Fachmann beliebig fortgesetzt werden. Ebenso ist es möglich, innerhalb eines Kühlmittelsystems verschiedene Formen von Schikanen zu verwenden, um unterschiedlichen Anforderungen hinsichtlich der Gefahr einer Dampfbildung oder der Strömungsverhältnisse gerecht zu werden. Es ist allerdings von Vorteil, wenn die Schikanen nicht unmittelbaren Kontakt zur Rohrwand haben, damit sich hinter ihnen (im Schatten der Strömung) nicht unerwünschte Schlammansammlungen bilden können.According to further developments of the invention, the baffles can preferably through crossbars from tube wall to tube wall, through spiral helix or baffles are formed. Of course, this list can Possibilities can be continued by the specialist as desired. It is also possible various forms of baffles within a coolant system use to meet different hazard requirements Vapor formation or the flow conditions. It is however, an advantage if the harassment is not in direct contact with the Pipe wall so that they are not behind them (in the shadow of the current) can form undesirable sludge accumulations.

Zur Erfindung gehört weiterhin als (passive) Maßnahme zur Steigerung der Durchflußrate, daß die Querschnittsfläche der Kühlmittelleitungen in den Bereichen hoher Wärmebelastung verkleinert wird. Dadurch wird eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit erzwungen, so daß mehr Kühlmittel in engeren Kontakt zur Rohrwand kommt, d. h. die Wärmeaufnahme gesteigert wird. Die Querschnittsfläche kann durch eine Verkleinerung des Rohrdurchmessers vermindert werden, welche z. B. durch eine Verdickung der Rohrwand erzielt wird. Die Rohrwandverdickungen wären in diesem Falle Schikane im Sinne der vorliegenden Erfindung. Ebenso führt aber auch der Einbau von innenliegenden Verdrängungskörpern zu einer Verringerung des Querschnitts.The invention also includes a (passive) measure to increase the Flow rate that the cross-sectional area of the coolant lines in the Areas of high heat load is reduced. This will increase the flow rate is forced, so more coolant in narrower Contact comes to the pipe wall, d. H. the heat absorption is increased. The Cross-sectional area can be achieved by reducing the pipe diameter are reduced, which z. B. is achieved by thickening the tube wall. In this case, the pipe wall thickenings would be chicane in the sense of present invention. Likewise, the installation from the inside leads Displacers to reduce the cross section.

Vorzugsweise wird die Querschnittsfläche der Kühlmittelleitung derart variiert, daß sie vom oberen Rand des Elektrolichtbogenofens zu seinem Boden hin abnimmt. Hierdurch wird erreicht, daß die verbesserte Wärmeaufnahme gerade im belasteten Bodenbereich (Hot-Spots) stattfindet.The cross-sectional area of the coolant line is preferably varied such that that it goes from the top of the electric arc furnace to its bottom decreases. This ensures that the improved heat absorption straight takes place in the contaminated floor area (hot spots).

Die erfindungsgemäßen Schikanen in den Kühlmittelleitungen können problemlos mit anderen Maßnahmen nach dem Stand der Technik kombiniert werden. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Wände der Kühlmittelleitungen aus einem Verbund des Werkstoffes Stahl und einem vorzugsweise aufgeschweißten oder plasmaaufgespritzten, gut wärmeleitenden und nicht oder nur bedingt magnetischen Werkstoff bestehen. Hierbei kann es sich vorzugsweise um Kupfer handeln, welches eine Stärke von 3-12 mm hat. Selbstverständlich kann eine derartige Maßnahme auch bei sonstigen wärmebeaufschlagten Bauelementen vorgenommen werden, also z. B. bei an den Rohren angeordneten Umkehrkappen, Enden und Bogen.The baffles according to the invention in the coolant lines can easily can be combined with other measures according to the prior art. In particular, it is advantageous if the walls of the coolant lines are made of a composite of steel and a preferably welded or plasma-sprayed, good thermal conductivity and not or only to a limited extent magnetic material exist. This can preferably be copper act, which has a thickness of 3-12 mm. Of course, one such measure also for other components subject to heat be made, e.g. B. arranged on the tubes Reverse caps, ends and bends.

Die erfindungsgemäßen Kühlmittelleitungen mit den verbesserten Maßnahmen zur Wärmeaufnahme (Schikane, Verengungen) werden vorzugsweise in den Bereichen größter Wärmebelastung angeordnet. Diese befinden sich in der Regel zum Boden des Elektrolichtbogenofens hin. The coolant lines according to the invention with the improved measures for heat absorption (chicane, constrictions) are preferably in the Areas of greatest heat load arranged. These are usually located towards the bottom of the electric arc furnace.

Zur Erfindung gehört ferner ein Verfahren zur Kühlung von Elektrolichtbogenöfen, bei welchem ein Kühlmittel durch die Kühlmittelleitung von Wand- oder Deckelkühlelementen geleitet wird. Ein solches Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß im Kühlmittelfluß die Entstehung von Turbulenzen stimuliert und/oder gefördert wird.The invention also includes a method for cooling electric arc furnaces, in which a coolant through the coolant line of wall or Cover cooling elements is passed. Such a method is in accordance with the invention characterized in that the development of turbulence in the coolant flow is stimulated and / or promoted.

Nach dem Stand der Technik war man gerade bestrebt, Turbulenzen durch eine gerade Rohrführung und glatte Innenrohre zu vermeiden, um die Durchflußrate durch die Rohre zu maximieren. Im Gegensatz dazu sollen nach der Erfindung Turbulenzen ausdrücklich gefördert und stimuliert werden. Durch eine derartige Maßnahme wird erreicht, daß eine sich eventuell bildende Dampfschicht ständig wieder abgebaut, d. h. letztendlich verhindert wird. Ferner verbessert sich die Wärmeaufnahme des Kühlmittels, da ständig frisches, d. h. kühles Medium an die Rohrwand geführt wird und sich nicht ein quasi-stationäres Temperaturgefälle im Rohr ausbilden kann, wie es bei (vorwiegend) laminarer Strömung der Fall wäre.According to the state of the art, efforts have just been made to prevent turbulence from straight pipe routing and smooth inner pipes to avoid the flow rate by maximizing the pipes. In contrast, according to the invention Turbulence is explicitly encouraged and stimulated. By such Measure is achieved that a possibly forming vapor layer constantly dismantled again, d. H. is ultimately prevented. Furthermore, the Heat absorption of the coolant, since fresh, i.e. H. cool medium to the Pipe wall is guided and there is not a quasi-steady temperature gradient in the Pipe can form, as would be the case with (predominantly) laminar flow.

Für die Erzeugung der Turbulenzen stehen verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung. Eine bevorzugte besteht darin, innerhalb der Kühlmittelleitungen Schikanen anzuordnen, welche die Strömungsrichtung des Kühlmediums fortlaufend ändern.There are various options for generating the turbulence Available. A preferred one is within the coolant lines Arrange baffles, which the flow direction of the cooling medium change continuously.

Ferner können die Turbulenzen auch durch eine geeignete Leitungsführung der Kühlmittelleitung erzielt werden, wobei es in der Regel ausreichend ist, von den dem Fachmann bekannten Regeln zur Erzeugung einer laminaren Strömung gezielt abzuweichen. Dies ist insbesondere durch einen häufigen Richtungswechsel in der Kühlmittelleitung möglich, wobei die dadurch erzwungenen Richtungswechsel des Kühlmittels zu den gewünschten Turbulenzen führen. Ebenso ist eine Verengung der Querschnittsfläche der Leitung möglich, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit lokal erhöht wird.Furthermore, the turbulence can also be reduced by a suitable cable routing Coolant line can be achieved, it is usually sufficient from the rules known to those skilled in the art for generating a laminar flow deliberately deviate. This is particularly common Change of direction in the coolant line possible, the thereby forced change of direction of the coolant to the desired Cause turbulence. There is also a narrowing of the cross-sectional area of the Conduction possible, which locally increases the flow rate.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels weniger als 4 m/s betragen, was einen entsprechend geringen Durchsatz und damit Verbrauch an Kühlmittel zur Folge hat. Außerdem kann der Aufwand an Pumpen vermindert werden. Vorzugsweise beträgt die Strömungs geschwindigkeit sogar weniger als 3 m/s, ganz besonders bevorzugt weniger als 2,5 m/s. Demgegenüber liegt sie im Stand der Technik typischerweise über 4 m/s. Der Durchsatz an Kühlmittel kann also nach dem erfindungsgemäßen Verfahren größenordnungsmäßig bis zur Hälfte gesenkt werden. In the method according to the invention, the flow rate of the Coolant is less than 4 m / s, which is a correspondingly low Throughput and thus consumption of coolant results. In addition, the Pump effort can be reduced. The flow is preferably speed even less than 3 m / s, very particularly preferably less than 2.5 m / s. In contrast, it is typically above 4 m / s in the prior art. The throughput of coolant can thus by the method according to the invention be reduced in size by half.

Das üblicherweise verwendete Kühlmittel ist Wasser, welches leicht und kostengünstig erhältlich ist.The commonly used coolant is water, which is light and is available inexpensively.

Ferner wird das Kühlmittel vorzugsweise im Temperaturbereich bis zu seiner Siedetemperatur eingesetzt.Furthermore, the coolant is preferably in the temperature range up to it Boiling temperature used.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren beispielhaft erläutert.In the following the invention is explained by way of example with reference to the figures.

Fig. 1 zeigt einen Elektrolichtbogenofen im Querschnitt. Fig. 1 shows an electric arc furnace in cross section.

Fig. 2 zeigt in Querschnitten eine Schikane mit mittiger Stange. Fig. 2 shows in cross sections a chicane with a central rod.

Fig. 3 zeigt in Querschnitten eine Schikane mit Querstangen. Fig. 3 shows in cross sections a chicane with crossbars.

Fig. 4 zeigt in Querschnitt und Seitenansicht eine Schikane mit Wendel. Fig. 4 shows in cross section and side view a chicane with a helix.

Fig. 5 zeigt in Querschnitten eine Schikane mit Leitblechen. Fig. 5 shows in cross sections a chicane with baffles.

In Fig. 1 ist schematisch ein befüllter Lichtbogenofen 2 im Querschnitt dargestellt. Er besteht aus einem Ober- und einem Untergefäß. Das Untergefäß ist durch Feuerfestmaterial ausgemauert und mit einer Stahlabstichvorrichtung ausgestattet (nicht dargestellt). Das Obergefäß weist auf dem Umfang Wandkühlelemente 1 auf. Typischerweise befinden sich in einer Rohrwand ca. 20 Rohrwindungen (schematisch dargestellt sind 4). Diese Rohrwindungen unterliegen unterschiedlich starken thermischen Belastungen, wobei die unten gelegenen Rohre in der Regel stärker belastet sind und daher die meisten Defekte (z. B. Querrisse) aufweisen. In diesem Bereich liegen auch die sog. "Hot- Spots" des Ofens.In Fig. 1, a filled arc furnace 2 is shown schematically in cross section. It consists of an upper and a lower vessel. The lower vessel is lined with refractory material and equipped with a steel tapping device (not shown). The upper vessel has wall cooling elements 1 on the circumference. There are typically around 20 pipe windings in a pipe wall (4 are shown schematically). These pipe windings are subject to different levels of thermal stress, whereby the pipes below are generally heavier and therefore have the most defects (e.g. transverse cracks). The so-called "hot spots" of the furnace are also located in this area.

Der Lichtbogenofen 2 ist durch einen Deckel verschließbar, der zur Kühlung ebenfalls mit Wasserrohren 1 ausgestattet ist. Durch den Deckel werden gewöhnlich ein bis drei Elektroden geführt. Im Falle des Einsatzes einer Elektrode handelt es sich um Gleichstromöfen, bei mehreren Elektroden um Drehstromöfen.The arc furnace 2 can be closed by a cover which is also equipped with water pipes 1 for cooling. One to three electrodes are usually passed through the cover. If one electrode is used, it is a direct current furnace, if several electrodes are used, it is a three-phase furnace.

Im Rahmen der Erfindung werden die Kühlmittelleitungen 1 in Wand und Deckel des Ofens ganz oder teilweise in ihrem Inneren mit Schikanen versehen und/oder in ihrer Querschnittsfläche verengt, um die Strömungsgeschwindigkeit zu erhöhen. Dabei können sich diese Maßnahmen auf die besonders gefährdeten Bereiche beschränken. So werden vorzugsweise in einer Rohrwand mit 20 übereinanderliegenden Rohrwindungen ca. bis zur 12. Windung von unten Schikane vorgesehen. Außerdem kann die Menge und Art der Schikane sowie die Querschnittsfläche der Rohre kontinuierlich oder stufenweise den Belastungen angepaßt werden.In the context of the invention, the coolant lines 1 in the wall and cover of the furnace are provided with baffles wholly or partly in their interior and / or their cross-sectional area is narrowed in order to increase the flow rate. These measures can be limited to the areas that are particularly at risk. For example, chicane is preferably provided in a tube wall with 20 tube turns lying one above the other up to the 12th turn from below. In addition, the amount and type of baffle, as well as the cross-sectional area of the pipes, can be continuously or gradually adapted to the loads.

Beispielhafte Ausgestaltungen der Schikanen sind in den Fig. 2 bis 5 dargestellt.Exemplary configurations of the baffles are shown in FIGS. 2 to 5.

Fig. 2 zeigt in radialem und axialem Querschnitt durch das Kühlmittelrohr 1 eine durch eine zentral angeordnete Stange 3 gebildete Schikane. Diese Stange wird z. B. in regelmäßigen Abständen von drei symmetrisch angeordneten Stützen 7 an der Rohrinnenwand abgestützt. Diese Stützen 7 können ebenfalls zur Bildung von erwünschten Turbulenzen beitragen. Durch die Stange 3 wird das Kühlmittel an die Rohrwand gedrängt und die Ausbildung eines (für die Kühlung nutzlosen) Strömungsmaximums auf der Rohrachse verhindert. Anstelle einer mittigen Stange können auch drei (oder eine andere Anzahl) um die Rohrachse herum angeordnete Stangen vorgesehen werden. Anstelle massiver Stangen 3 könnten selbstverständlich auch Rohre verwendet werden. Fig. 2 shows in radial and axial cross section through the coolant tube 1 a baffle formed by a centrally located rod 3 . This rod is used e.g. B. is supported at regular intervals by three symmetrically arranged supports 7 on the inner tube wall. These supports 7 can also contribute to the formation of desired turbulence. The rod 3 pushes the coolant onto the pipe wall and prevents the formation of a flow maximum (useless for cooling) on the pipe axis. Instead of a central rod, three (or a different number) rods arranged around the pipe axis can also be provided. Instead of solid rods 3 , tubes could of course also be used.

Fig. 3 zeigt in radialem und axialem Querschnitt durch das Kühlmittelrohr 1 eine Schikane, die durch Querstangen 4 gebildet wird. Die Querstangen 4 können dabei wie dargestellt von Rohrwand zu Rohrwand durch den Rohrmittelpunkt verlaufen und in axialer Richtung jeweils um 90° rotiert angeordnet werden. Ebenso sind aber auch außermittige Anordnungen und andere Rotationswinkel denkbar. Anordnung, Größe und Abstand der Querstangen 4 wird vom Fachmann nach den individuellen Anforderungen vor Ort zu wählen sein. Fig. 3 shows in radial and axial cross section through the coolant tube 1, a baffle, which is formed by cross bars 4 . The crossbars 4 can run from tube wall to tube wall through the center of the tube as shown and can be arranged rotated in the axial direction by 90 °. However, off-center arrangements and other angles of rotation are also conceivable. The arrangement, size and spacing of the crossbars 4 will have to be chosen by a person skilled in the art on the basis of the individual requirements.

Fig. 4 zeigt in radialem Querschnitt und in einer axialen Seitenansicht des Kühlmittelrohres 1 eine Schikane, die durch eine Wendel 5 gebildet wird. Die Wendel 5 verläuft spiralförmig an der Rohrinnenwand entlang. Denkbar ist jedoch auch, daß zwischen Wendel und Rohrinnenwand ein Spalt gebildet wird, durch den das Kühlmittel strömt. Ebenso könnte die Wendel zentral auf der Innenachse des Rohres 1 angeordnet sein, was einer schraubenförmigen Stange gemäß Fig. 2 entspräche. FIG. 4 shows in a radial cross section and in an axial side view of the coolant tube 1 a chicane which is formed by a helix 5 . The helix 5 runs in a spiral along the inner tube wall. However, it is also conceivable that a gap is formed between the coil and the inner tube wall, through which the coolant flows. Likewise, the helix could be arranged centrally on the inner axis of the tube 1 , which would correspond to a helical rod according to FIG. 2.

Fig. 5 zeigt in radialem und axialem Querschnitt durch das Kühlmittelrohr 1 eine Schikane, die durch Leitbleche 6 gebildet wird. Die Leitbleche 6 sind in der dargestellten Ausgestaltung an der Rohrinnenwand angebracht und stehen senkrecht von ihr ab zur Rohrachse hin. Sie sind in axialer Richtung in regelmäßigen Abständen und jeweils um 90° rotiert angeordnet, wobei selbstverständlich auch andere Rotationswinkel denkbar sind. Ferner ist es denkbar, daß die Fläche der Leitbleche nicht vollständig senkrecht zur Strömungsrichtung des Kühlmittels steht, sondern schräg. Fig. 5 shows in radial and axial cross-section through the refrigerant pipe 1, a baffle, which is formed by baffles. 6 The baffles 6 are attached to the inner tube wall in the embodiment shown and are perpendicular to the tube axis. They are arranged at regular intervals in the axial direction and each rotated by 90 °, although other angles of rotation are of course also conceivable. Furthermore, it is conceivable that the surface of the guide plates is not completely perpendicular to the direction of flow of the coolant, but rather at an angle.

Bei den Anordnungen nach den Fig. 4 und 5 (Wendel, Leitbleche) ist es vorteilhaft, wenn die Schikane (anders als dargestellt) einen Abstand zur Rohrwand aufweisen und zu diesem Zweck z. B. von Stützen getragen werden. Ein derartiger Abstand verhindert nämlich, daß sich hinter den Schikanen im Schatten der Strömung Feststoffe (Schlamm) ab lagern können.In the arrangements of FIGS. 4 and 5 (Wendel, guide plates), it is advantageous if the baffle (different than shown) are at a distance to the tube wall, and z for this purpose. B. worn by supports. Such a distance prevents solids (mud) from being deposited behind the baffles in the shadow of the current.

Die in den Fig. 2 bis 5 beispielhaft dargestellten Schikanen können beliebig miteinander kombiniert und durch andere, dem Fachmann bekannte Formen ergänzt werden.The baffles shown by way of example in FIGS. 2 to 5 can be combined with one another as desired and supplemented by other forms known to the person skilled in the art.

Claims

1. Coolant line for wall or cover cooling elements in electric arc furnace ( 2 ), characterized in that the coolant line ( 1 ) in the interior of the baffle ( 3 , 4 , 5 , 6 , 7 ) for generating turbulence and / or for increasing the flow rate .

2. Coolant line according to claim 1, characterized in that the baffles ( 3 , 4 , 5 , 6 , 7 ) are arranged substantially without contact to the inner wall of the coolant line ( 1 ).

3. Coolant line according to claim 1 or 2, characterized in that the baffles are formed by at least one rod-shaped element ( 3 ) aligned parallel to the longitudinal axis of the coolant line ( 1 ).

4. Coolant line according to claim 3, characterized in that the rod-shaped element ( 3 ) is arranged centrally in the coolant line ( 1 ).

5. Coolant line according to one of claims 1 to 3, characterized in that the baffles are formed by cross bars ( 4 ), helix ( 5 ) and / or baffles ( 6 ).

6. coolant line according to one of claims 1 to 5, characterized in that the baffles become one Reduction of the cross-sectional area of the coolant line in the area large heat load.

7. coolant line according to claim 6, characterized in that the cross-sectional area of the Coolant line from the top of the electric arc furnace to his The floor decreases.

8. Coolant line according to one of claims 1 to 7, characterized in that the walls of the coolant line ( 1 ) consist of a composite of the material steel and a preferably welded or plasma-sprayed, good heat-conducting and not or only partially magnetic material.

9. A method for cooling electric arc furnaces ( 2 ), in which a coolant is passed through the coolant line ( 1 ) of wall or lid cooling elements, characterized in that the generation of turbulence is stimulated and / or promoted in the coolant flow.

10. The method according to claim 9, characterized in that the turbulence is generated by baffles ( 3 , 4 , 5 , 6 , 7 ) in the coolant lines ( 1 ).

11. The method according to any one of claims 9 to 10, characterized in that the turbulence is generated by the routing of the coolant line ( 1 ), preferably by frequent changes of direction in the coolant line and / or a narrowing of the cross-sectional area of the line.

12. The method according to any one of claims 9 to 11, characterized in that the coolant with a medium Speed of less than 4 m / s, preferably less than 3 m / s, very particularly preferably less than 2.5 m / s through the coolant line flows.

13. The method according to any one of claims 9 to 12, characterized in that the coolant is water.

14. The method according to any one of claims 9 to 13, characterized in that the coolant in Temperature range is used up to its boiling temperature.