DE19806788C2

DE19806788C2 - Cooling element for shaft furnaces, in particular blast furnaces

Info

Publication number: DE19806788C2
Application number: DE1998106788
Authority: DE
Inventors: Christian Oehler
Original assignee: Saar Metallwerke GmbH
Current assignee: Saar Metallwerke GmbH
Priority date: 1998-02-18
Filing date: 1998-02-18
Publication date: 2000-07-06
Anticipated expiration: 2018-02-19
Also published as: DE19806788A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühlelement für Schachtöfen, insbesondere Hochöfen, mit Kühlkanälen im Inneren des Kühlelements und mindestens einem Kühlmitteleintritt und einem Kühlmittelaustritt sowie mit einer Grundplatte und mindestens einer an der Grundplatte dauerhaft fixierten Abdeckplatte, wobei die Grundplatte gefräste Kanalnuten aufweist und die Abdeckplatte(n) die Kanalnuten dichtend abdeckt(/-en).The invention relates to a cooling element for shaft furnaces, in particular blast furnaces, with Cooling channels inside the cooling element and at least one coolant inlet and one Coolant outlet and with a base plate and at least one on the base plate permanently fixed cover plate, the base plate having milled channel grooves and the Cover plate (s) sealingly covers the channel grooves (/ -).

Derartige Kühlelemente sind in der Regel im Ofeninneren entlang der Ofenwand angeordnet. An der dem Ofeninneren zugewandten Seite des Kühlelements kann noch eine Schicht aus feuerfestem Material angebracht sein.Such cooling elements are usually arranged inside the furnace along the furnace wall. On the side of the cooling element facing the furnace interior can also have a layer refractory material.

Aus der DE 29 07 511 C2 ist ein Kühlelement bekannt, das aus einem geschmiedeten oder gewalzten Hohlblock aus Kupfer oder einer niedrig legierten Kupferlegierung gefertigt ist, bei dem die Kühlkanäle im Einsatz des Kühlelements vertikal verlaufende Sackbohrungen sind, welche durch mechanisches Tiefbohren eingebracht sind. Die Bohrung erfolgt dabei in Längsrichtung der Platte. Es ist des weiteren offenbart, senkrecht zu den Kühlkanälen verlaufende Sammelkanäle einzubringen, über die es möglich ist, mit einem einzigen Kühlmitteleintritt und einem einzigen Kühlmittelaustritt sämtliche Kühlmittelkanäle zu versorgen. Die Bohrungen für die Kühlmittelkanäle sowie für die Sammelkanäle müssen jeweils mittels Schweißen oder Löten verstopft werden, da die Kühlmittelversorgung in der Regel allein über die der Ofenwand zugewandten Seite des Kühlelements erfolgt.From DE 29 07 511 C2 a cooling element is known which consists of a forged or rolled hollow block is made of copper or a low-alloy copper alloy, at where the cooling channels in the use of the cooling element are vertical blind holes, which are introduced by mechanical deep drilling. The drilling takes place in Longitudinal direction of the plate. It is further disclosed perpendicular to the cooling channels bring running collecting channels, through which it is possible with a single Coolant inlet and a single coolant outlet all coolant channels supply. The holes for the coolant channels as well as for the collection channels must each be clogged by welding or soldering, since the coolant supply is usually alone via the side of the cooling element facing the furnace wall.

Gebohrte Kühlmittelkanäle bzw. Sammelkanäle haben insbesondere den Nachteil, daß sie naturgemäß rund sind und hierdurch für eine gegebene Querschnittsfläche des Kanals die geringste Oberfläche realisiert ist. Das heißt, für einen vorgegebenen Kühlmitteldurchtritt ist die Kühlwirkung hierdurch minimiert, so daß hohe Kühlmittelmengen benötigt werden.Drilled coolant channels or collecting channels have the particular disadvantage that they are naturally round and therefore the for a given cross-sectional area of the channel smallest surface is realized. That is, for a given coolant passage This minimizes the cooling effect, so that large amounts of coolant are required.

Aus der DE 40 35 893 C1 ist ein Kühlelement der eingangs genannten Art bekannt, bei dem jede zur Führung des Kühlmittels dienende Kanalnut am einen Ende unmittelbar in den Kühlmitteleintritt und am anderen Ende unmittelbar in den Kühlmittelaustritt ausläuft. Um das Kühlmittel auf einen möglichst großen Teil des Kühlelementsvolumens verteilen zu können, ist es notwendig, entweder die Kanalnuten in vielen Bögen durch das Kühlelement laufen zu lassen oder aber eine entsprechend große Anzahl von Kühlmitteleintritten und Kühlmittelaustritten vorzusehen, was fertigungstechnisch aufwendig ist.From DE 40 35 893 C1 a cooling element of the type mentioned is known, in which each to guide the coolant channel groove at one end directly into the Coolant inlet and at the other end directly into the coolant outlet. To do that To be able to distribute coolant to as large a part of the cooling element volume as possible it is necessary to either run the channel grooves in many arcs through the cooling element or a correspondingly large number of coolant inlets and coolant outlets to provide what is technically complex.

Aus der DE 297 15 971 U1 ist ein kastenartiges flaches Kühlelement für Schachtöfen mit einem kammerartigen Hohlraum bekannt. Der Hohlraum ist an seinem unteren Ende mit einem Kühlmitteleintritt und an seinem oberen Ende mit einem Kühlmittelaustritt versehen. Zwischen Kühlmitteleintritt und Kühlmittelaustritt sind im Hohlraum zur Führung des Kühlmittels dienende Strömungskörper angeordnet. Es ist fraglich, ob bei einer derartigen Kühlmittelführung gewährleistet ist, dass nicht stellenweise strömungslose oder strömungsarme Bereiche entstehen, die lokal einen unzureichenden Kühlmittelaustausch verursachen.DE 297 15 971 U1 describes a box-like flat cooling element for shaft furnaces with a known chamber-like cavity. The cavity is at its lower end with a Coolant inlet and provided with a coolant outlet at its upper end. Between Coolant inlet and outlet are in the cavity for guiding the coolant serving flow body arranged. It is questionable whether such a coolant guide It is guaranteed that areas without flow or low flow are not created in places, that cause insufficient coolant replacement locally.

Es ist nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfach herzustellendes Kühlelement der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit dem die vorgenannten Nachteile vermieden werden können und bei dem gleichzeitig ein hoher Kühlmitteldurchsatz bei günstigem Oberflächen- /Volumenverhältnis des Kühlmittels gewährleistet werden kann.It is an object of the present invention to provide a cooling element which is simple to manufacture to provide the type mentioned at the outset, with which the aforementioned disadvantages are avoided can and at the same time a high coolant throughput with favorable surface / Volume ratio of the coolant can be guaranteed.

Diese Aufgabe wird bei einem Kühlelement der eingangs genannten Art gelöst durch gefräste Sammelnuten mit gegenüber den Kanalnuten vergrößertem Querschnitt, in die einerseits jeweils mindestens zwei Kanalnuten münden und andererseits jeweils ein Kühlmitteleintritt oder ein Kühlmittelaustritt mündet.This object is achieved in a cooling element of the type mentioned by milled Gathering grooves with a larger cross section than the channel grooves, in each case on the one hand at least two channel grooves open and on the other hand each have a coolant inlet or Coolant outlet opens.

Auf diese Weise ist es möglich, eine Gruppe von Kühlmittelkanälen durch einen einzigen Kühlwassereintritt und einen einzigen Kühlwasseraustritt zu versorgen. Damit kann eine Verteilung des Kühlmittels auf einen möglichst großen Anteil des Kühlelementvolumens erreicht werden, ohne daß die Kanalnuten komplexe und somit ihre Herstellung verkomplizierende Verläufe aufweisen müssen. Der gegenüber den Kanalnuten vergrößerte Querschnitt der Sammelnuten gewährleistet, dass der Kühlmitteldurchsatz im wesentlichen durch die Kanalnuten und nicht durch die Sammelnuten bestimmt wird.In this way it is possible to have a group of coolant channels through a single one To supply cooling water inlet and a single cooling water outlet. With that a Distribution of the coolant to the largest possible proportion of the cooling element volume achieved without the channel grooves being complex and thus complicating their manufacture Must have gradients. The enlarged cross section of the Gathering grooves ensures that the coolant flow rate is essentially through the channel grooves and is not determined by the collecting grooves.

Der Aufbau des Kühlelements mit gefrästen Kanalnuten in der Grundplatte ermöglicht eine einfache Herstellbarkeit von Kühlmittelkanälen mit nahezu beliebigen Verläufen parallel zur Grundplatte sowie von für die Kühlwirkung effizienten Formen der Querschnittsfläche. Insbesondere können die durch die Kanalnuten und die Abdeckplatte gebildeten Kühlmittelkanäle eine rechteckige Querschnittsfläche aufweisen, so daß die Oberfläche der Kühlmittelkanäle im Vergleich zu der von gebohrten Kühlmittelkanälen erheblich größer ist, wodurch eine verbesserte Kühlwirkung erreicht werden kann. Somit ist es möglich, im Vergleich zum vorbeschriebenen bekannten Kühlelement mit gebohrten Kühlkanälen, bei gleicher Kühlwirkung mit einer geringeren Kühlmittelmenge auszukommen.The construction of the cooling element with milled channel grooves in the base plate enables one easy production of coolant channels with almost any course parallel to Base plate as well as shapes of the cross-sectional area that are efficient for the cooling effect. In particular, those formed by the channel grooves and the cover plate Coolant channels have a rectangular cross-sectional area, so that the surface of the Coolant channels is significantly larger compared to that of drilled coolant channels, whereby an improved cooling effect can be achieved. So it is possible to compare to the known cooling element described above with drilled cooling channels, at the same Cooling effect with a smaller amount of coolant.

Des weiteren kann durch eine geeignete Form der Kanalnuten die Dicke des gesamten Kühlelements gering gehalten werden, woraus sich eine Vergrößerung des nutzbaren Ofeninhalts bei gegebenem Innendurchmesser der Ofenwand sowie für die Herstellung der Kühlelemente eine erhebliche Materialersparnis ergeben kann.Furthermore, by a suitable shape of the channel grooves, the thickness of the whole Cooling element can be kept low, resulting in an increase in the usable furnace content given the inside diameter of the furnace wall and for the production of the cooling elements can result in significant material savings.

Sämtliche Kanalnuten können mit einer einzigen Abdeckplatte abgedeckt werden. Es ist allerdings auch möglich, mehrere Abdeckplatten zu verwenden, die jeweils einzelne Kanalnuten oder aber Gruppen von Kanalnuten abdecken.All channel grooves can be covered with a single cover plate. It is however, it is also possible to use several cover plates, each with individual channel grooves or cover groups of channel grooves.

Es ist vorteilhaft, das erfindungsgemäße Kühlelement so auszubilden, daß die Sammelnuten ebenfalls in der Grundplatte vorgesehen sind.It is advantageous to design the cooling element according to the invention such that the collecting grooves are also provided in the base plate.

Somit kann es ausreichen, allein die Grundplatte fräsend zu bearbeiten. Selbstverständlich können die Sammelkanäle auch in die Abdeckplatte eingefräst werden. It may therefore be sufficient to machine the base plate alone. Of course the collecting ducts can also be milled into the cover plate.

Das erfindungsgemäße Kühlelement kann vorteilhaft auch so ausgebildet sein, daß jeder Kühlmitteleintritt und jeder Kühlmittelaustritt an der Abdeckplatte vorgesehen ist.The cooling element according to the invention can advantageously also be designed so that everyone Coolant inlet and each coolant outlet is provided on the cover plate.

Kühlelemente werden stets über die der Ofenwand zugewandten Seite mit Kühlmittel versorgt. Daraus folgt, daß gemäß der zuletzt angesprochenen Ausbildungsform die Abdeckplatte der Ofenwand und die Grundplatte dem Ofeninneren zugewandt ist.Cooling elements are always supplied with coolant via the side facing the furnace wall. It follows that the cover plate of the Oven wall and the base plate is facing the inside of the oven.

Selbstverständlich kann auch die Grundplatte der Ofenwand zugewandt sein. Dann würde die Grundplatte neben den Kanalnuten und ggf den Sammelnuten die Kühlmitteleintritte bzw. -austritte aufweisen. Die dem Ofeninneren zugewandte Abdeckplatte bräuchte somit nicht in besonderer Weise fräsend oder zur Herstellung von Wassereintritten bzw. -austritten bearbeitet zu werden.Of course, the base plate can also face the furnace wall. Then that would Base plate next to the channel grooves and, if applicable, the collector grooves, the coolant inlets or - have exits. The cover plate facing the inside of the furnace would therefore not be required milled in a special way or processed to produce water inlets or outlets to become.

Abdeckplatten können entlang ihres Umfangs an den Grundplatten mittels Schweißen oder Löten dauerhaft befestigt werden. Eine zusätzliche Stabilisierung gegen den Kühlmitteldruck kann es bedeuten, wenn das erfindungsgemäße Kühlelement so ausgebildet ist, daß die Grundplatte oder die Abdeckplatte Verbindungsöffnungen aufweist und Grundplatte und Abdeckplatte entlang des Randes dieser Verbindungsöffnungen insbesondere mittels einer Schweiß- oder Lötverbindung aneinandergefügt sind.Cover plates can be welded or soldered along their circumference to the base plates be permanently attached. It can provide additional stabilization against the coolant pressure mean if the cooling element according to the invention is designed so that the base plate or the cover plate has connection openings and base plate and cover plate along the Edge of these connection openings in particular by means of a welded or soldered connection are joined together.

Durch die Verbindungsöffnungen werden Ansatzpunkte für Durchschweißungen bereitgestellt. Die Durchschweißungen können zwischen den Kühlmittelkanälen angeordnet sein.Starting points for through-welding are provided through the connection openings. The weld-throughs can be arranged between the coolant channels.

Weiterhin kann es vorteilhaft sein, das erfindungsgemäße Kühlelement so auszubilden, daß die Abdeckplatte bzw. die Grundplatte Verbindungsstege aufweist, die in die Verbindungsöffnungen hineinragen.Furthermore, it can be advantageous to design the cooling element according to the invention so that the Cover plate or the base plate has connecting webs, which in the connection openings protrude into it.

Mit derartigen Verbindungsstegen kann die Schweiß- oder Lötverbindung in den Verbindungsöffnungen weiter verstärkt werden.With such connecting webs, the welded or soldered connection in the Connection openings are further reinforced.

Schließlich kann es vorteilhaft sein, das erfindungsgemäße Kühlelement so auszubilden, daß es aus Kupfer oder einer niedrig legierten Kupferlegierung besteht. Finally, it can be advantageous to design the cooling element according to the invention so that it consists of copper or a low-alloy copper alloy.

Gegenüber alternativen Materialien, wie z. B. Gußeisen, ist Kupfer oder eine entsprechende Kupferlegierung weniger anfällig gegen Abnutzung und Rißbildung. Dabei ist es vorteilhaft, geschmiedetes oder gewalztes Kupfer zu verwenden, das gegenüber gegossenem Kupfer insbesondere ein feineres Gefüge aufweist, was für die Dichtigkeit an den Kontaktstellen zwischen Abdeckplatte und Kühlnuten sowie für eine geeignet hohe Festigkeit wichtig ist. Des weiteren treten bei gewalztem oder geschmiedetem Kupfer keine Lunker auf, wie dies bei Kupferguß häufig der Fall ist.Compared to alternative materials, such as. B. cast iron, is copper or a corresponding Copper alloy less susceptible to wear and tear. It is advantageous Forged or rolled copper to be used compared to cast copper in particular has a finer structure, which indicates the tightness at the contact points between the cover plate and cooling grooves and for a suitably high strength is important. Of furthermore, no cavities occur with rolled or forged copper, as is the case with Cast copper is often the case.

Im folgenden wird anhand von Figuren eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlelements dargestellt.In the following, a preferred embodiment of the Shown cooling element according to the invention.

Es zeigtIt shows

Fig. 1 in Aufsicht eine Grundplatte eines Kühlelements, Fig. 1 in a plan view a base plate of a cooling element,

Fig. 2 das Kühlelement inklusive einer Abdeckplatte und Kühlmitteleinlaufrohr und -auslaufrohr im Schnitt B-B gem. Fig. 1 und Fig. 2 shows the cooling element including a cover plate and coolant inlet pipe and outlet pipe in section BB. Fig. 1 and

Fig. 3 das Kühlelement inklusive der Abdeckplatte und Kühlmitteleinlaufrohr und -auslaufrohr gemäß dem Schnitt A-A in Fig. I. Fig. 3, the cooling member including the cover plate and the coolant inlet pipe and -auslaufrohr according to the section AA in Fig. I.

Fig. 1 zeigt eine Grundplatte 1 eines Kühlelements in Aufsicht. In die Grundplatte 1 sind Kanalnuten 2 durch Fräsen eingebracht, die beidseitig in Sammelnuten 3 münden. Zwischen Gruppen von Kanalnuten 2 sind Verbindungsstege 4 vorgesehen. Fig. 1 shows a base plate 1 of a cooling element in supervision. In the base plate 1 , channel grooves 2 are made by milling, which lead to collecting grooves 3 on both sides. Crosspieces 4 are provided between groups of channel grooves 2 .

Zum Kühlelement gehört eine in Fig. 1 nicht dargestellte Abdeckplatte 5, die auf die Grundplatte 1 aufgeschweißt wird und die Kanalnuten 2 und Sammelnuten 3 abdeckt. Fig. 2 zeigt das Kühlelement mit Grundplatte I und Abdeckplatte 5 im Querschnitt nach Schnitt B-B gem. Fig. 1. Die Abdeckplatte 5 weist Verbindungsöffnungen 6 auf, die die Verbindungsstege 4 umschließen. An den Verbindungsöffnungen 6 wird jeweils eine Schweißverbindung angebracht, die zusammen mit der Schweißung entlang des Umfangs der Abdeckplatte 5 für eine hinreichende Stabilität des Kühlelements gegen den Druck des Kühlmittels, in der Regel Wasser, sorgen. Im Querschnitt sind die Kanalnuten 2, die infolge der Abdeckung durch die Abdeckplatte 5 nunmehr Kühlmittelkanäle bilden, rechteckig. Somit weisen die Kühlmittelkanäle eine relativ große Oberfläche auf, mit der ein hinreichender Wärmeübergang zum Kühlmittel gewährleistet werden kann. Die Sammelnuten 3 (Fig. 1), die mit der Abdeckung durch die Abdeckplatte 5 nunmehr Kühlmittelsammelkanäle bilden, sind mit Kühlmitteleinlaufrohren 7 bzw. in Fig. 2 nicht sichtbaren Kühlmittelablaufrohren 9 verbunden.The cooling element includes a cover plate 5 , not shown in FIG. 1, which is welded onto the base plate 1 and covers the channel grooves 2 and collecting grooves 3 . Fig. 2 shows the cooling element with base plate I and cover plate 5 in cross section according to section BB acc. Fig. 1. The cover plate 5 has connection openings 6 which surround the connecting webs 4 . A welded connection is attached to each of the connection openings 6 , which together with the weld along the circumference of the cover plate 5 ensure sufficient stability of the cooling element against the pressure of the coolant, usually water. In cross section, the channel grooves 2 , which now form coolant channels due to the covering by the cover plate 5 , are rectangular. The coolant channels thus have a relatively large surface area, with which an adequate heat transfer to the coolant can be ensured. The collecting grooves 3 ( FIG. 1), which now form coolant collecting channels with the cover through the cover plate 5 , are connected to coolant inlet pipes 7 or coolant outlet pipes 9 not visible in FIG. 2.

Bei einem Kühlelement gem. Fig. 2 ist bei einem Einsatz in einem Hochofen die Grundplatte 1 dem Ofeninneren zugewandt. Die Grundplatte 1 umfaßt durch Fräsen herausgearbeitete Haltestege 8, von denen in Fig. 2 nur einer zu erkennen ist.With a cooling element acc. Fig. 2, the base plate 1 facing the furnace interior when used in a blast furnace. The base plate 1 comprises holding webs 8 worked out by milling, of which only one can be seen in FIG. 2.

Fig. 3 ist eine Darstellung im Schnitt A-A gem. Fig. 1, auf der die Haltestege 8 im Querschnitt erkennbar sind. Die Haltestege 8 können zur Aufnahme von feuerfestem Material dienen. In Fig. 3 ist der Weg des Kühlmittels entlang eines durch eine der Kanalnuten 2 gebildeten Kühlmittelkanals erkennbar. Durch das Kühlmitteleinlaufrohr 7 gelangt das Kühlmittel in den hier nicht erkennbaren Sammelkanal und läuft durch die Kanalnut 2 zu einem Kühlmittelauslaufrohr 9. Kühlmitteleinlaufrohre 7 und Kühlmittelauslaufrohre 9 sind in entsprechende Öffnungen 10 für den Kühlmitteleintritt bzw. Öffnungen 11 für den Kühlmittelaustritt an die Abdeckplatte 5 geschweißt. Die Abdeckplatte 5 weist noch ein Gewinde 12 auf, das zur Befestigung des Kühlelements an einer Ofenwand dient. Fig. 3 is an illustration in section AA acc. Fig. 1, on which the holding webs 8 can be seen in cross section. The holding webs 8 can serve to hold refractory material. The path of the coolant along a coolant channel formed by one of the channel grooves 2 can be seen in FIG. 3. The coolant passes through the coolant inlet pipe 7 into the collecting channel ( not shown here) and runs through the channel groove 2 to a coolant outlet pipe 9 . Coolant inlet pipes 7 and coolant outlet pipes 9 are welded to the cover plate 5 in corresponding openings 10 for the coolant inlet or openings 11 for the coolant outlet. The cover plate 5 also has a thread 12 , which is used to fasten the cooling element to a furnace wall.

Reference list

11

Grundplatte
Base plate

22nd

Kanalnut
Channel groove

33rd

Sammelnut
Collecting groove

44th

Verbindungssteg
Connecting bridge

55

Abdeckplatte
Cover plate

66

Verbindungsöffnung
Connection opening

77

Kühlmitteleinlaufrohr
Coolant inlet pipe

88th

Haltesteg
Landing stage

99

Kühlmittelauslaufrohr
Coolant outlet pipe

1010th

Öffnung für Kühlmitteleintritt
Coolant inlet opening

1111

Öffnung für Kühlmittelaustritt
Coolant outlet opening

1212th

Gewinde
thread

Claims

1. cooling element for shaft furnaces, in particular blast furnaces, with cooling channels inside the cooling element and at least one coolant inlet ( 10 ) and one coolant outlet ( 11 ) as well as with a base plate ( 1 ) and at least one cover plate ( 5 ) permanently fixed to the base plate ( 1 ) , wherein the base plate ( 1 ) has milled channel grooves ( 2 ) and the cover plate (s) ( 5 ) sealingly covers the channel grooves ( 2 ) (/ - en), characterized by milled collecting grooves ( 3 ) with enlarged compared to the channel grooves ( 2 ) Cross section, into which on the one hand at least two channel grooves ( 2 ) open and on the other hand each have a coolant inlet ( 10 ) or a coolant outlet ( 11 ).

2. Cooling element according to claim 1, characterized in that the collecting grooves ( 3 ) are also provided in the base plate ( 1 ).

3. Cooling element according to claim 1 or 2, characterized in that each coolant inlet ( 10 ) and each coolant outlet ( 11 ) is provided on the cover plate ( 5 ).

4. Cooling element according to one of claims 1 to 3, characterized in that the base plate ( 1 ) or the cover plate ( 5 ) has connection openings ( 6 ) and base plate ( 1 ) and cover plate ( 5 ) along the edge of these connection openings ( 6 ) in particular are joined together by means of a welded or soldered connection.

5. Cooling element according to claim 4, characterized in that the cover plate ( 5 ) or the base plate ( 1 ) has connecting webs ( 4 ) which protrude into the connecting openings ( 6 ).

6. Cooling element according to one of claims 1 to S. characterized in that it consists of copper or a low-alloy copper alloy.