DE2120444A1

DE2120444A1 - Kühlkörper

Info

Publication number: DE2120444A1
Application number: DE19712120444
Authority: DE
Inventors: auf Nichtnennung. C21b7-12 Antrag
Original assignee: S.A. des Anc. Ets. Emile Dupret, Chaudronnerie et Fonderie de cuivre Luxemburg
Priority date: 1970-11-25
Filing date: 1971-04-26
Publication date: 1972-06-15
Also published as: ES396955A1; NL7102425A; LU62135A1; BE763106A; FR2115771A5

Description

21204U

S.A. des Anc. Ets. EMILE DUPKET
98 - 102, rue Auguste Charles
LUXEMBOURG
G-rossherzogtum Luxemburg

Kühlkörper

Die Erfindung betrifft einen Kühlkörper für Ofenschächte, insbesondere für Hochöfen, mit zwei kühlmitteldurchströmten Elementen.

Derartige Kühlkörper werden in die feuerfeste Umhüllung von Ofenschächten, insbesondere von Hochöfen, eingesetzt, um ihre äußere Wandtemperatur herabzusetzen.

Es ist bekannt, dass die Außenhaut von Ofenschächten, insbesondere von Hochöfen, die aus Stahlblech besteht, trotz des feuerfesten Ofenmantels sehr hohen Temperaturen ausgesetzt ist und daher an bestimmten, kritischen Stellen während der Bedienung des Ofens stetig gekühlt sein sollte.

Es sind verschiedene Kühlsysteme bekannt, deren wichtigste auf der Anordnung von kühlmitteldurchströmten Kühlkörpern in der Außenwand und der feuerfesten Umhüllung des Ofens beruhen, um diese zu kühlen und, beim Einbau in einen Hochofenmantel, insbesondere die Temperatur der Schächte auf die der Hochofenraste zu bringen.

Diese Kühlkörper weisen mindestens ein kühlmitteldurchströmtes Element auf. Als Kühlmittel dient vorzugsweise Wasser. Derzeit werden verschiedene Kühlkörpertypen eingesetzt, die entweder einfach oder doppelt kühlmitteldurchströmte Elemente aufweisen und deren Wandungen aus gegossenem Kupfer, aus Grauguss, oder besser aus Stehlguss oder aus miteinander verschweißten Stahlteilen bestehen.

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Es hat sich jedoch gezeigt, dass diese bekannten Kühlkörper nach einer bestimmten Betriebszeit ausgewechselt werden müssen, da sie, bedingt durch die Arbeitsweise des Ofens, beschädigt und damit unbrauchbar wurden. Derart aus gegossenem Kupfer, dessen thermisches Verhalten grundsätzlich sehr vorteilhaft ist, hergestellte Kühlkörper werden bei dem hohen Wasserdruck sehr oft undicht und Reparaturen am Ofen erhöhen die Störanfälligkeit. Darüber hinaus ist die Herstellung derartiger Kühlkörper aufwendig und ihre Gestaltung eingeschränkt durch Einbauschwierigkeiten. Guss- oder Stahlkühlkörper, die den Vorzug einer guten Dichtigkeit zumindest in der ersten Zeit nach ihrer Inbetriebnahme aufweisen, haben dagegen eine geringe thermische Leitfähigkeit, sind sehr stark thermischen Spannungen ausgesetzt, werden von Ofengasen angegriffen und können in Ofenbereichen hoher Temperatur nicht eingesetzt werden.

Die angeführten, bekannten Kühlkörper weisen ein gemeinsames Merkmal und zwar im Querschnitt abgesetzte kühlflüssigkeitsdurchströmte Kanäle auf. Die dadurch sich ergebenden Kanalverengungen und Erweiterungen, wodurch, je nach Art der Konstruktion, grundsätzlich größere Abmessungen zumindest an bestimmten Stellen entstehen, bedingen erhöhte Belastung des Wassers und erleichtern infolge unterschiedlicher Wassergeschwindigkeiten die Ablagerung von Schlamm, die Bildung von Dampf und örtliche Überhitzung der Wand, wodurch auf diese Weise eine Undichtigkeit und damit örtliche Zerstörung des Behälters auftreten kann.

Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, Kühlkörper mit hohem Wirkungsgrad und guter Lebensdauer für Ofenschächte und insbesondere für Hochofenschächte vorzuschlagen.

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Ausgehend von Kühlkörpern mit zwei kühlmitteldurchströmten Elementen wird diese Aufgabe durch ein inneres Kühlelement, dessen Wandungen von einer Grundplatte und einem Grundkörper gebildet sind, durch ein äußeres Kühlelement mit Stahlwandungen und durch ein Mantelstück des äußeren Kühlelementes aus gegossenem Kupfer, das sich bis zur Grundplatte und bis zum Grundkörper erstreckt, gelöst.

Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung besteht die Wandung des äußeren Kühlelementes eus einem Walzstahlrohr einheitlichen Durchmessers. Vorteilhaft bilden miteinander und mit der Grundplatte verschweißte Stahlblechplatten den Grundkörper des inneren Kühlelementes und weisen die Wandungen der Kühlelemente in bezug auf die Kupferumhüllung eine wesentlich geringere Stärke auf.

Die folgende Beschreibung soll nur beispielhaft eine Ausführungsmöglichkeit gemäß der Erfindung zeigen und keineswegs die Erfindung auf das Ausführungsbeispiel beschränken. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten Kühlkörper;

Fig. 2 einen Längsschnitt nach Schnittlinie II - II der Fig. 1.

Der Kühlkörper 1 besteht im wesentlichen aus einem inneren Kühlelement mit einem Grundkörper 5 und- einer rechteckig ausgebildeten Grundplatte 12 aus Stahlblech. Untereinander und mit der Grundplatte verschweißte Stahlblechplatten 7, 8 und 9 bilden den Grundkörper 5· Dss derart gebildete innere Kühlelement a wird durch eine mit der Grundplatte 12 und gegebenenfalls mit den Stahlblechplatten 7 und 8 verschweißte Trennwand 6 derart in zwei Hälften aufgeteilt, dass auf der

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der Grundplatte abgewandten Seite des Kühlelementes ein freier Durchgang zum Durchströmen von Kühlmittel bleibt. Zur Zuführung und Ableitung von Kühlmittel weist die Grundplatte 12 zwei Ausnehmungen 14- und 15 auf, an die sich mit ihr verschweißte Stahlrohre 10 und 10' anschließen. Es besteht auch die Möglichkeit, dieses innere Kühlelement nach herkömmlicher Art aus einem Gußstück herzustellen.

Ein äußeres Kühlelement b, das aus einem nahtlosen, verstärkten Stahlrohr besteht, weist zwei etwa rechtwinklig W ausgebildete Bögen auf, umgibt das innere Kühlelement und ist mit einem aus gegossenem Kupfer bestehenden Mantelstück 4 versehen. Das Walzstahlrohr durchdringt mit seinen beiden Endstücken 2 und 2¹, die den Kühlmittelzufuhr- und Abfuhranschluss darstellen, die Grundplatte 12 und ist mit ihr verschweißt. Damit wird die Kühlwirkung des äußeren Kühlelementes auf der gesamten Länge des Stahlrohres, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, erreicht.

Das kupferne Mantelstück 4- umgibt die Stahlwandungen 3 äußeren Kühlelementes bis zur Grundplatte 12 und vereint in bezug auf thermischen Ausgleich das äußere Kühlelement b mit dem inneren Kühlelement a. Ein oder mehrere Ankerkloben 11, die mit dem Grundkörper 5 verschweißt sind, ermöglichen eine gute Verbindung zwischen dem kupfernen Mantelstück 4 und dem EundkÖrper 5 auch bei unterschiedlicher Ausdehnung der verschiedenen Elemente des Kühlkörpers infolge unterschiedlicher Temperaturen. Tragösen IJ und 13', die mit der Außenwandung der Grundplatte 12 verschweißt sind, ermöglichen einen späteren Ausbau des Kühlkörpers aus der Wandung des Ofenschachtes.

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Die Rohrendstücke 2 und 2¹ des äußeren Kühlelementes b und die Rohranschluss se 10 und 10' des inneren Kühlelementes a können mit Gewinde versehen werden oder auch Anschlussmuffen, beispielsweise Schnellanschlussmuffen_T soweit die Notwendigkeit gegeben ist, aufweisen.

Das äußere Kühlelement b, das Auswirkungen durch überhöhte Temperaturbeanspruchungen am meisten ausgesetzt ist, ermöglicht infolge des verengungs- und erweiterungsfreien Querschnittes des Stahlrohres 3 einschließlich der Anschlußstutzen 2 und 2¹ einen Wasserdurchsatz hoher Geschwindigkeit und geringen hydraulischen Druckverlustes, wodurch darüber hinaus der Wärmeübergangskoeffizient zwischen der Innenwand des Stahlrohres 3 und dem Kühlwasser herabgesetzt wird, so dass eine erhebliche Herabsetzung der Kühlwasserdurchsatzmenge und damit an Wasserverbrauch erreicht wird.

Ein derartiger, aus Stahl und Kupfer bestehender, erfindungsgemäß ausgebildeter Behälter genügt den härtesten thermischen Anforderungen und weist große Vorteile gegenüber Kühlkörpern bekannter Ausführung auf. Die Dichtigkeit derartiger Kühlkörper wird dadurch erreicht, dass das äußere Kühlelement, das den stärksten thermischen Belastungen ausgesetzt ist, ein durchgehendes, absetzungsfreies Stahlrohr aufweist, in dem sich keine Ablagerungen bilden können, und dess gleichermaßen das innere Kühlelement aus verschweißten, insbesondere mechanisch verschweißten Stahlteilen besteht.

Das Mantelstück des äußeren Kühlelementes aus gegossenem Kupfer sichert einen hohen thermischen Wirkungsgrad und verhindert eine Erosion der Kühlelementoberfläche durch Hochofengase, so d8ss eine gute Dichtigkeit des Kühlkörpers und eine hohe Lebensdauer gewährleistet sind« In bezug auf die

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Dichtigkeit sind die Eigenschaften des erfindungsgemäß' vorgeschlagenen Kühlkörpers zum mindesten denen bekannter Guss- oder Stahlkühlkörper gleichzusetzen.

Die Anwendung eines das äußere Kühlelement umgebenden Mantelstückes aus gegossenem Kupfer ermöglicht einen schnellen Wärmeaustausch innerhalb des Kühlkörpers und daher eine schnelle Wärmeübertragung von einem zum anderen Kühlelement. Zum anderen erfolgt auch eine sehr gute Wärmeleitung zwischen den Kühlelementen und der Grundplatte über das Mantelstück aus gegossenem Kupfer, das eine wesentlich größere Wandstärke aufweist als die Stahlwandung des äußeren Kühlelementes, so dass schließlich beide Kühlelemente gemeinsam an der Mantelkühlung des Ofenschachtes beteiligt sind. Der Wärmeaustausch ist gegenüber bekannten Kühlkörpern aus Guss oder Stahl wesentlich verbessert und erreicht in etwa Werte von Kühlkörpern aus Kupfer. Vergleicht man Kühlkörper aus Guss oder Stahl, ihre Wandstärken und vor ellem die der äußeren Kühlelemente, so zeigt sich, dass die durch die Erfindung ermöglichte geringe Stärke der Stahlwandung des äußeren Kühlelementes einen sehr guten und schnellen Wärmeaustausch mit der Kühlflüssigkeit ermöglicht.

Das äußere Kühlelement, das den höchsten thermischen Beanspruchungen durch den Ofen ausgesetzt ist und ein Walzstahlrohr einheitlichen Durchmessers aufweist, ermöglicht eine Wasserzirkulation hoher Geschwindigkeit und geringen Druckabfalles und überdies durch die gute Wärmeleitung des Mantelstückes aus Kupfer eine erhebliche Herabsetzung des Wasserverbrauches.

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Anhand von Zahlendeispielen mit gemessenen und berechnet en Einzelwerten des Temperaturanstieges der Of-enwand in Abhängigkeit von dem Wärmeübergangskoeffizienten zwischen gekühlter Ofenwand und dem Kühlwasser soll der große Vorteil der erfindungsgemäss ausgebildeten Kühlkörper gegenüber herkömmlichen herausgestellt werden.

a) Gussbehälter

Wasserdurchsatz

hydraulischer Durchmesser mittlere Wassertemperatur mittlere Erwärmung des Wassers Wärmeübergangskoe ffizient Wärmeflussmessung Temperaturdifferenz zwischen

gekühlter Wand und Kühlwasser 266⁰C

damit erzeilte Temperatur der

gekühlten Wand 266 + 31 - 297⁰C

b) Erfindungsgemäss ausgebildeter, Kupfer und Stahl aufweisender Behälter

Wasserdurchsatz 5,5 m /h

hydraulischer Durchmesser 32 mm

mittlere Wassertemperatur 33,9⁰C

mittlere Aufheizung des Wassers 4-,4-⁰C

Wärmeflussmessung 24 300 kcal (unverändert)

Temperaturdifferenz zwischen

gekülter Wand und Kühlwasser 80⁰C

damit erzielte Temperatur der

gekühlten Wand 80 + 33,9 = H3,9°C

16	,4 m
92	mm
31	⁰C
1,	5⁰C
1	518
24	300
ι Vn



kcal/m²/h°C
kcal

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Ein Vergleich der obigen Beispiele zeigt eine sehr starke Verringerung der Temperatur von Ofenwänden durch erfindungsgemäß ausgebildete Kühlkörper gegenüber Gusskörpern trotz der sehr wesentlichen Herabsetzung des Wasserdurchsatzes auf ein Drittel des Vergleichswertes.

Sind Kühlmittelzufuhr- und -abfuhreinrichtungen 8ls Muffenschnellanschlüsse ausgebildet, so können die Verbindungen zu äußeren Kühlmittelkreisen, die mit flexiblen Bohrleitungen,versehen sein können, leicht hergestellt werden. Die Kühlmittelzufuhr selbst der einzelnen Kühlelemente kann dabei getrennt oder auch in Serie erfolgen. Ein getrennter Betrieb weist den Vorteil auf, dass beim Ausfall eines Kühlelementes d8s zweite weiterhin betriebsbereit ist.

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Claims

21204U Patentansprüche :

1. Kühlkörper für Ofenschächte, insbesondere für Hochöfen, mit zwei kühlmitteldurchströmten Elementen, gekennzeichnet durch ein inneres Kühlelement (a), dessen Wandungen von einer Grundplatte (12) und einem Grundkörper (5) gebildet sind, durch ein äußeres Kühlelement (b) mit Stehlwandungen (5) und durch ein Mantelstück (4) des äußeren Kühlelementes aus gegossenem Kupfer, das sich bis zur Grundplatte und bis zum Grundkörper erstreckt.

2. Kühlkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (3) des äußeren Kühlelementes (b) 8US einem Walzstahlrohr einheitlichen Durchmessers besteht.

3· Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (5) des inneren Kühlelementes aus miteinander und mit der Grundplatte (12) verschweißten Stahlblechplatten (7, 8, 9) besteht.

4. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet , dass Wandungen von Kühlelementen in bezug auf die Kupferumhüllung (4) eine wesentlich geringere Stärke aufweisen.

5. Kühlkörper nech einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet , dass Kühlmittelzufuhr- und -ebfuhreinrichtungen aus mit der Grundplatte (12) verschweißten Stahlmuffern bestehen.

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L e e r s e i t e