DE2022388B2 - Fluessigkeitsgekuehlte hochofenwindform - Google Patents

Description

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' υ Ist der von der Kühlflüssigkeit abgeführte Wärmestrom geringer als der von den Wandflächen aufgenommene Wärmestrom, so steigt die Temperatur der

genügen, wobei F den Strömungsquerschnitt, U 35 Wandfläcnen und damit auch die Dampfbildung. Die

den Umfang des betreffenden Querschnittes und Loslösung der Dampfblasen von der Wandung ge-

d die kleinste Abmessung dieses Querschnittes be- staltet sich immer schwieriger, so daß sich schließlich

deutet. ein zusammenhängender Dampffilm an der ganzen

4. Windform nach den Ansprüchen 1 bis 3, da- Wandinnenfläche, mindestens aber an Teilen der durch gekennzeichnet, daß sie einen in einen 30 Wandinnenfläche ausbildet. Dieses als Filmsieden beHohlraum mit ringförmigem Querschnitt ein- zeichnete Phänomen verschlechtert den Wärmeüberschiebbaren Einsatz (9) aufweist, dessen am au- gang und damit das Maß der mittels der Kühlflüssigßeren Umfang vorgesehene Rillen zusammen mit keit bewirkten Wärmeabfuhr. Die hierdurch hervorder Innenfläche der Außenwandung (1) der Wind- gerufene Temperatursteigerung kann zur vollständiform die Rückleituiig (10) und dessen am inneren 35 gen Zerstörung der Windform führen.

Umfang vorgesehene Rillen zusammen mit der Das Phänomen des Filmsiedens ist praktisch unInnenfläche der Innenwandung (2) der Windform kontrollierbar, da der Wirkungsgrad einer solchen die Zuleitung (11) bilden. Kühlvorrichtung lediglich auf Giund der Temperaturdifferenz der in die Windform einströmenden und au< 40 ihr ausströmenden Kühlflüssigkeit bestimmt werden

kann. Eine solche Bestimmung dieser Temperatur-

differenz ergibt jedoch nur einen Mittelwert zwischen der Temperatur derjenigen Teile der Kühlflüssigkeit.

Die Erfindung betrifft eine flüssigkeitsgekühlte die in Berührung mit der heißen Wandfläche kamen. Hochofenwindfonn mit einer schraubenförmigen 45 und der Temperatur derjenigen Teile der Flüssigkeit. Kühlschlange, die zum Zewck einer Vergrößerung die im Inneren des Strömungsquerschnittes verblieben der Strömungsgeschwindigkeit der Kühlflüssigkeit in und nicht an die Wandung der Windform gelangten, dem vorderen, der Hochofentemperatur ausgesetzten Zur Behebung dieser Schwierigkeiten wurden Teil der Windform einen in der Zuleitung sich veren- schon mancherlei Vorschläge gemacht,
genden und in der Rückleitung sich wieder erwei- 50 Durch die Patentschrift 29 901 des Amtes für Erternden Querschnitt aufweist. findungs- und Patentwesen in Ost-Berlin ist eine flüs-Bei Hochöfen bekannter Bauart bestehen die Wind- sigkeitsgekühlte Windform der vorgenannten Art beformen aus Kupfer und sind Temperaturen von der kanntgeworden. bei der innerhalb eines sich konisch Größenordnung von 170Π bis 2000° C ausgesetzt, so verjüngenden Außenmantels eine Kühlschnecke vordaß ihre Lebensdauer im Durchschnitt nur ungefähr 55 gesehen ist, die eine gegenüber der Rückflußleitung bis 300 Tage beträgt. Die Windtemperaturen jeweils um einen Schneckengang versetzte Zuflußleiwurden in den zurückliegenden Jahren von 700 auf rung aufweist. Der Wirkungsgrad einer solchen Windetwa 1100° C gesteigert und werden schon in kurzer form ist jedoch insofern ein verhältnismäßig geringer, Zeit noch weiter gesteigert, so daß sie bis zu etwa weil die Hälfte der den vom heißen Wind durchström-1400⁰C betragen. Durch die Einspritzung von flüs- 60 ten Raum umgebenden Wärmeaustauschfläche von sigen oder gasförmigen Kohlenwasserstoffen werden der auf erhöhter Temperatur befindlichen zurückfliedie Windtemperaturen, denen die Innenwandflächen ßenden Kühlflüssigkeit bestrichen wird und außerdem der Windformen ausgesetzt sind, noch weiter erhöht. zwischen der Zuleitung und der Rückleitung der Dadurch wird der von den Wandflächen der Wind- Kühlflüssigkeit eine große Wärmeaustauschfläche vorformen aufzunehmende und von der Kühlflüssigkeit 65 handen ist.

abzuführende Wärmestrom immer noch zunehmen, Ein weitere Windform ist durch die britische Paso daß die Lebensdauer der verhältnismäßig sehr teu- tentschrift 204 262 bekanntgeworden. Diese weist ren Windformen sich immer mehr verkürzen wird. einen von einem konischen Mantel aufgenommenen

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Einsatz auf, der an seinem äußeren Umfang eine leitung verbunden ist Die Zuleitung und die Rückschraubenfönnig ausgebildete, zusammen Mt dem leitung sind hierbei so ausgebildet, daß die Stromkonischen Mantel die Zuflußleitung bildende Rille fäden über jeden einzelnen Querschnitt der Leitungen und im Inneren des vom Wind durchströmten Rau- dieselbe Geschwindigkeit aufweisen, mes eine rohrförmige Rückflußleitung auf, deren dem 5 Sofern die einzelnen Kühlmittelleitungen keinen heißen Wind ausgesetzte Mantelfläche somit eine un- kreisförmigen Querschnitt aufweisen, werden diese zureichende Kühlung erfährt Für hohe Windtempe- vorteilhafterweise se ausgebildet daß sie der Beraturen ist diese Windform somit insbesondere des- dingung

halb nicht geeignet, weil durch diese Ausbildung einer c·

Windform das der Erfindung zugrunde liegende Pro- io d < 2,2 —

blem der Vermeidung des Filmsiedens nicht gelöst ^ wird.

Dieselben Nachteile weist auch eine durch die genügen, wobei F den Strömungsquerschnitt, U den

deutsche Patentschrift 977 087 bekanntgewordene Umfang des betreffenden Querschnittes und d die

Windform auf, bei der eine das vom Wind durch- i₅ kleinste Abmessung dieses Querschnittes bedeutet,

strömte Seelenrohr umgebende Rohrspirale als Dop- Auf diese Weise wird eine in einzelnen dünnen

pelspirale mit konstantem Querschnitt ausgebildet ist, Schichten unterschiedliche Strömung vermieden,

in der die Kühlflüssigkeit durch den äußeren Spiralen- Die erfindungsgemäße Windform wird des weiteren

teil zur Windformspitze geleitet und durch den inne- vorteilhafterweise so ausgebildet, daß sie eine selb-

ren, auf dem Seelenrohr aufliegenden Spiralenteü zu- 20 ständige, in den von den zu kühlenden Flächen um-

rückgeleitet wird. schlossenen Raum einsetzbare Einheit bildet

Es sind auch schon Windformen bekannt, bei de- Als Werkstoff wird ein solcher verwendet, der genen in den Wassermantel der Windform mehrere genüher der Kühlflüssigkeit inert und gegenüber dem Tauchrohre eingeführt sind, um auf diese Weise an Metall der zu kühlenden Flächen elektronegativ ist. der Windformspitze eine Wirbelströmung zu erzeu- as Die Windform ist des weiteren vorteilhafterweise gen. Diese Maßnahme hat sich jedoch als wenig wirk- so ausgebildet, daß sie einen in einen Hohlraum mit sam erwiesen, da der so hervorgerufene Wiaserum- ringförmigem Querschnitt einschiebbaren Einsatz auflauf nicht kontrollierbar ist und da die Strömungs- weist, dessen am äußeren Umfang vorgesehene Rillen geschwindigkeiten an den Wandflächen in Abhängig- zusammen mit der Innenfläche der Außenwandung keit des jeweiligen Abstandes der Wandflächen von 30 der Windform die Rückleitung und dessen am inneden Enden der Tauchrohre sehr stark voneinander ren Umfang vorgesehene Rillen zusammen mit der abweichen. Außerdem beeinträchtigen die harten Innenfläche der Innenwandung der Windform die Zuübergänge zwischen den einzelnen freien Strömungs- leitung bilden.

querschnitten den Wirkungsgrad einer solchen Kühl- In der Zeichnung i-t ein Ausführungsbeispiel des

vorrichtung erheblich. ₃₅ Erfindungsgegenstandes in schematischer Weise dar-

Auch hat man schon versucht, in den Wasserman- gestellt. Es zeigt

w\ eine zylindrische bzw. konisch sich verjüngende F i g. 1 einen Achsenschnitt durch eine Windform 1 rennfläche einzubauen, um auf diese Weise eine mit einem in diese eingeschobenen Einsatz, konzentrische Strömung in dünnen Schichten zu be- F i g. 2 einen senkrechten Schnitt nach der Schnittwirken. Hierbei traten jedoch dieselben Schwierig- 40 linie 2-2 der F i g. 1,

keiten auf, die der Erzielung einer gleichen Geschwin- F i g. 3 einen senkrechten Schnitt nach der Schnitt-

digkeitsverteilung über den ganzen Strömungsquer- linie 3-3 der Fig. 1.

schnitt entgegenstehen. Die beiden Wandungen 1 und 2 sind an an der

Bei aus massiven Gußstücken mit eingegossenen Windformspitze durch einen ringförmigen Abschluß 3

Kühlschlangen hergestellten Windformen verursachen 45 miteinander verbunden und an der offenen Stirnseite

die Wandstärken erhebliche Temperaturgradienten, der Windform auf das Kopfstück 4 aufgelötet bzw.

wobei die Kühlkanäle, da sie als Teile eines Gußkör- aufgeschweißt. Das aus Stahl oder Kupfer bestehende

pers nicht bearbeitet werden können, Rauhigkeiten Kopfstück 4 dient zur Befestigung der Windform an

aufweisen, die den Wirkungsgrad einer solchen Wind- uem Panzer 8 des Hochofens und benötigt keine we

form erheblich verringern. 50 sentliche Abkühlung, da es nur in geringem Maße

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Wärme ausgesetzt ist. Die Stirnfläche 3 und die Waneine Windform mit verbesserten Wärmeaustauschver- dung 1 sind dagegen sehr hohen Temperaturen aushältnissen zu schaffen und insbesondere die Ursachen gesetzt, die voneinander verschieden sein können, wodes Filmsiedens zu beseitigen, indem dafür Sorge ge- bei sich die höchste Temperatur an der Windaustrittstragen wird, daß die Strömungsgeschwindigkeit längs 55 stelle ausbildet, die der Wärmestrahlung des Hochder zu kühlenden Flächen genügend groß ist und ofeninneren ausgesetzt ist.

diese Geschwindigkeiten in den einzelnen Querschnit- Tm Inneren des durch die beiden Wand; agen 1

ten quer zur Strömung gleich groß und leicht kon- und 2 gebildeten Rohrmantels befindet sich ein

trollierbar sind. schwach konisch ausgebildeter Einsatz 9 mit beidsei-

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, 60 tig schraubenförmig angeordneten Rillen, der mit der daß bei einer Hochofenwindform der eingangs ge- Innenfläche der Außenwandung 1 die schraubenförnannten Art die Zuleitung und die Rückleitung einen mig gewundene Rückleitung 10 bildet, deren Querunterschiedlichen Abstand von der Windformachse schnitt sich von dem Kopfstück 4 zu der Stirnaufweisen und damit eine an die zu kühlende Fläche fläche 3 hin stetig verringert und der mit der Innenanliegende, von der kältesten bis zu der heißesten O5 fläche der Innenwandung 2 die schraubenförmig ge-Stelle der Windform sich erstreckende Kühlschlange wundene Zuleitung 11 bildet, die eine zu der Rückgebildet wird, die vorteilhafterweise über eine an der leitung 10 gegenläufige Steigung aufweist und deren Windformspitze angeordnete Spirale mit der Rück- Querschnitt sich in derselben Richtung wie im Falle

der ersten Leitung verringert. Diese beiden Leitungen keiten der Stromfäden eines einzelnen Querschnittes werden im Bereich der vorderen Stirnfläche der Wind- kann, wie festgestellt werden konnte, dann erzielt form über eine spiralförmige Rille 12 miteinander werden, wenn der Strömungsquerschnitt F der Kühlverbunden, wie aus F i g. 3 ersichtlich ist. An der mittelleitungen an irgendeiner Stelle, der Umfang U Stirnseite des Kopfstückes 4 sind vier Wassereinlässe 5 und die kleinste Abmessung d dieses Umfangs der 13 und 14 vorgesehen, die in die Zuleitung 11 mün- Bedingung
den. Die in dem Kopfstück 4 vorgesehenen Einlasse ρ
und Auslässe sind bis zu dem in die Windform ein- rf < 2,2 —
gesetzten Einsatz 9 geführt und durch eine in dem V
Kopfstück 4 angeordnete Trennwand 15 voneinander io
getrennt. genügen. Diese Bedingung zeigt z. B. für den Fall der

Das durch die Einlasse 13 und 14 in dem Kopf- im vorstehenden beschriebenen Vorrichtung, daß,

stück eintretende Wasser durchströmt zuerst einen wenn der Querschnitt der schraubenförmig gekrümm-

Raum 16, der zwischen der Trennwand 15 und der ten Leitungen kein kreisförmiger ist, kein Querschnitt

Innenwand des Kopfstückes liegt Von hieraus ge- 15 vorhanden sein darf, in welchem eine laminare

langt das Wasser in die Zuleitung 11 und durch diese Schichtströmung stattfindet was die Bildung toter

in die spiralförmig ausgebildete Leitung 12, von der Zonen am äußeren Umfang dieses Querschnittes zur

es wieder durch die schraubenförmige Rückleitung 10 Folge hätte. Erreicht man auf diese Weise eine Lei-

zurückfließt und bei 17 zwischen der Trennwand 15 tung mit einem günstigen hydraulischen Querschnitt,

und der äußeren Wandung des Kopfstückes 4 aus- 20 so werden die Leistungsverluste wesentlich verringert,

fließt. An einem praktischen Beispiel hat man festgestellt.

Auf diese Weise wird die ganze Fläche der beiden daß bei einem rechteckigen Querschnitt die Breite

Wandungen 1 und 2 von dem Kühlwasser bespült nicht größer sein darf als das achtfache der Höhe des

Die in Strömungsrichtung erfolgende Verringerung Leitungsquerschnittes.

des Querschnittes der Zuleitung 11 und die stetige in 25 Da die Temperatur am Wasserauslaß ein Maß für Strömungsrichtung erfolgende Vergrößerung des die Temperatur an der Innenfläche der Außenwand Querschnittes der Rückleitung 10 hat zur Wirkung, des Kühlmittelkanals ist kann man den Wasserdurchdaß die heißesten Teile der Windform am nachhaltig- satz so steuern, daß die Strömungsgeschwindigkeit sten gekühlt werden. Darüber hinaus ist der Drehsinn sich in jedem Augenblick der Größe der abzuführendes Kühlwassers um die Längsachse der Windform 30 den Wärmemenge anpaßt und unter Vermeidung des stets derselbe, so daß auch auf diese Weise die Strö- »Filmsiedens« ein Wärmeaustausch durch Konvekmungsverluste auf ein Minimum reduziert werden tion stattfindet. Es ist offensichtlich, daß die Zentri- und damit der Wirkungsgrad der Vorrichtung erhöht fugalbeschleunigung des Kühlmittels, die dieses auf wird. Grund der schraubenförmigen Ausbildung der Lei-

Es ist von besonderer Bedeutung, daß die Ge- 3S tungen erfährt, der Erscheinung des »Filmsiedens« schwindigkeiten der einzelnen über einen Querschnitt entgegenwirkt, indem sie das Ablösen der Dampfverteilten Stromfäden praktisch dieselben sind. blasen von der Außenwand begünstigt.
Weisen diese unterschiedliche Geschwindigkeiten auf, Die erfindungsgemäße Vorrichtung, die im Grunde so ist es schwierig, die Erscheinung des »Filmsiedens« eine Regelvorrichtung darstellt und mittels der stellenan irgendeiner Stelle der Außenwand des Wasser- 40 weise eine Beschleunigung des Kühlmitteldurchflusses mantels festzustellen, zu überwachen und damit eine erzielt wird, ermöglicht es, auf einfache Weise seither optimale Kühlung der Windform zu erreichen. Das gebräuchliche Windformen in solche gemäß der ErAuftreten des »Fümsiedens« kann nur durch den findung zu verwandeln, da es hierzu nur des Einsatzes Anstieg der Temperatur zwischen dem Einlaß und des erSndungsgemäßen Formkörpers in den Hohldem Auslaß der Kühlflüssigkeit festgestellt werden, 45 raum einer Windform bedarf. Dieses Einsatzstück aus der jedoch keine Rückschlüsse auf die tatsäch- kann selbstverständlich aus den verschiedensten liehe Temperatur der Außenwandung 1 gezogen wer- Werkstoffen, beispielsweise Metall, Kautschuk oder den können, die festgestellte Temperatur nur einen Kunststoff bestehen, sofern diese Werkstoffe durch Mittelwert zwischen der Temperatur der Künlflüssig- das Kühlmittel, die auftretenden Temperaturen und ieit, die in Berührung mit der Außenwandung ge- 50 Drücke nicht beeinträchtigt werden. Da andererseits langte, und der Temperatur derjenigen Kühlnüssig- zum Betrieb der erimdungsgemäßen Vorrichtung verkeit darstellt, die mit dieser Außenwand nicht in Be- hältmsmäBig geringe Drücke ausreidhen, um verhältruhrung kam, wenn die Geschwindigkeiten der ein- nismaßig große Strömungsgeschwindigkeiten zu erzelnen Stromfäden nicht an allen Puakten eines Strö- zielen, kann man mehrere Windformen in Reihe mungsquerschnittes praktisch dieselben sind. SS hintereinandergeschaltet an eine Wässerquelle an-

Eme solche Übereinstimmung der Geschwindig- schließen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Da auch die Tendenz bestellt, Hochöfen immer Patentansprüche: größer zu bauen, -wirkt sich die Stillsetzung eines !', Hochofens zum Zweck des Austausches der Windfor-

1. Flüssigkeitsgekühlte Hochofenwindfonn mit men in einem wirtschaftlich nicht mehr tragbaren einer schraubenförmigen Kühlschlange mit in der 5 Maß aus. Es besteht daher ein dringendes Wirtschaft-Zuleitung sich verengendem und in der Rücklei- liches Bedürfnis, die Lebensdauer solcher Windfortung sich erweiterndem Querschnitt, dadurch men zu erhöhen. Hieraus ergab sich die Notwendiggekennzeichnet, daß Zuleitung (11) und keit, die beim Wärmeaustausch bei wassergekühlten Rückleitung (10) einen unterschiedlichen Abstand Windfonnen auftretenden Probleme einer eingehenvon der Windformachse aufweisen. io den Untersuchung zu unterwerfen.

2. Windform nach Anspruch 1, dadurch ge- Es ist bekannt, daß an den sehr hohen Windtempekennzeichnet, daß die Zuleitung (11) und die raturen ausgesetzten Wandfläclken der wasserführen-Rückleitung (10) über eine spiralförmige Leitung den Rohrmäntel Dampfbildung auftritt. Die sich bil-(12) miteinander verbunden sind. denden Dampfblasen sondern sich mehr oder weniger

3. Windform nach Anspruch 1 oder 2, dadurch 15 rasch je nach der Ausbildung der Wandflächen von gekennzeichnet, daß die Leitungen (10, 11), so- diesen ab, worauf sich der Wasserdampf im Innenren fern sie keinen kreisförmigen Querschnitt auf- des Flüssigkeitsstromes, wo eine gegenüber den Wandweisen, der Bedingung flächen niedrigere Dampfspannung herrscht, wieder

kondensiert. Auf diese Weise bilden sich innerhalb 20 der strömenden Kühlflüssigkeit Konvektionsströmun-