DE2143716A1

DE2143716A1 - Wassergekühltes Wandteil für oder in Verbindung mit einer Abzugssammelhaube, insbesondere Abgassammeihaube

Info

Publication number: DE2143716A1
Application number: DE19712143716
Authority: DE
Inventors: Hartman; Vietorisz Joseph Adam; Pittsburgh Pa. Mitchell (V.St.A.)
Original assignee: Koppers Co Inc
Current assignee: Beazer East Inc
Priority date: 1970-10-27
Filing date: 1971-09-01
Publication date: 1972-05-04
Also published as: GB1321757A; US3661372A; IT940882B; CA947594A

Description

dr. W.Schalk · dipl-ing. P. Wirth · dipl.-ing.G. Dannenberg DR. V. SCHMIED-KOWARZIK · DR. P. WE I NHOLD · DR. D. G UDEL

6 FRANKFURT AM MAIN CR. ESCHENHEIMER STRASSE 39

30. Aug. 1971

PW/Ar Koppers Company, Inc.

1450 Koppers Building

Pittsburgh, Pa. 15219 / USA

Wassergekühltes Wandteil für oder in Verbindung mit einer Abzugssammelhaube, insbesondere Abgassammeihaube.

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet eines basischen, mit Sauerstoff geblasenen Konverters, nachstehend kurz "basischer Sauerstoff-Konverter" genannt, und betrifft auf diesem Gebiet insbesondere eine Abzugshaube oder Abgassammelhaube zur Aufnahme und Weiterleitung heissar Gase, die von dem Konverter abströmen.

Eine übliche Stahlerzeugungsanlage mit einem basischen, mit Sauerstoff geblasenen Ofen enthält u.a. einen Konverter und eine über diesem angeordnete, wassergekühlte Abgashaube. Die Haube fängt zunächst die vom Konverter abströmenden heissen Abgase auf und leitet sie dann zu anderen Vorrichtungen ab, in denen die Gase gereinigt und weiterbehandelt werden.

Abzugshauben cind in verschiedenen Bauarten bekannt. Einige der bekannten Abzugshauben weisen eine Vielzahl von Hohren auf, die das strömende Medium führen und weitgehend in der gleichen Art angeordnet sind wie die Wasserrohre der dampferzeugenden Waserwand eines Kessels. Andere Abzugshauben weisen eine Vielzahl

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von rechteckigen 7/andteilen oder Y/andfeldern auf, durch die hindurch Wasser strömt; solche Wandteile sind im einzelnen in der USA-Patentschrift 3 347 539 beschrieben.

Die Wandteile oder Wandfelder gemäss dieser Patentschrift sind durch eine flache nahtlos gefertigte Frontplatte gekennzeichnet, d,ie von den heissen Gasen beaufschlagt wird, und durch eine flache Rücken- oder Verstärkungsplatte, die parallel zu der •Frontplatte und in nur geringem Abstand von dieser angeordnet ist; Zwischen den beiden parallelen Platten befindet sich eine Anzahl von Trennwänden, die den Raum zwischen Prontplatte und Rückenplatte in lange und schmale..Wasserkanäle aufteilen. Ein Was s er zufuhr käst en und ein ",iassersammelkasten zur Abfuhr sind gewöhnlich an einander entgegengesetzten Enden des 7/andteils angeordnet ; die Längskanten der Platten sind durch Seitenwände miteinander verbunden.

Eine Belastungs- und Spannungsanalyse eines Wandteils der vorgenannten Art zeigt, dass starke kombinierte Spannungen in der Frontplatte entlang den Trennwänden auftreten, wo zufolge des inneren Wasserdruckes die Biegemomente am grössten sind. Auch die Wärmeausdehnungen beanspruchen die Trennwände, durch die sie behindert werden, und die Schweissverbindung, die die Trennwände mit der Frontplatte und der Rückenplatte verbinden, erhöhen die Spannungskonzentrationen.

Da solche Wandteile unter ungünstigen Bedingungen beaufschlagt werden," ergibt sich durch die Spitzenv/erte der kombinierten Spannungen eine ständige Beanspruchung oder Deformation der Wandteilkonstruktion. Die Hitzebeanspruchung geht zyklisch, d.h. in einem Kreislauf vor sich, bei dem die Prontplatte während der Blasperiode des basischen Sauerstoff-Konverters einer äusserst starken Hitzebeaufschlagung ausgesetzt wird und dann die Rücken- oder Verstärkungsplatte gekühlt wird,wenn der Konverter zum Ausgiessen des Stahls gekippt wird. Die zyklische andauernde Beanspruchung führt gewöhnlich zu Rissen in der

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Frontplatte. Diese Beschädigung wird gewöhnlich dadurch erhöht oder schneller herbeigeführt, dass in den verschiedenen Strömungskanälen des Y/and teils eine ungleichmässige Verteilung der Wasserströmung auftritt.

Bei einer anderen bekannten Ausführungsform eines wassergekühlten V/andteils oder 7/andfelds sind einer flachen Frontplatte U-Profile oder Winkeleisenprofile zugeordnet, die nebeneinanderliegend miteinander und- mit der Prontplatte verschweisst sind, so dass sie innere Strömungskanäle bilden. Dabei dienen Stehbolzen dazu, die nicht unterstützte Länge des Frontplattenbereichs herabzusetzen und sind an entgegengesetzten Enden des Wandteils ein Wassereinlasskasten und ein Y/asserauslasskasten angebracht, die lediglich Füllkammern bilden. Die Erfahrung hat gezeigt, dass diese Yiandteile weniger dazu neigen, Risse zu bilden; jedoch ergibt sich eine übermässige Deformation durch die ".Yärmebeanspruchung, so dass diese Art von '.Vandteilen für längeren Gebrauch nicht brauchbar sind.

Es ist charakteristisch für alle Wandteile von Gasabzugshauben, dass die eine Oberfläche - nämlich diejenige Oberfläche, die von den heissen ausströmenden Gasen und Schlacke beaufschlagt wird, welche während der Blasperiode nach oben in die Haube hinein geblasen bzw. geschleudert werden - periodisch einer sehr starken Hitzebeanspruchung ausgesetzt wird und dass die gegenüberliegende Oberfläche des Wandteils durch Wasser gekühlt wird, das sehr rasch durch das Wandteil strömt.

Die Strömungsgeschwindigkeit des Kiihlwassers ist hoch, und daher wird nur eine geringe Menge der anfallenden Wärme pro Längeneinheit des Wandteils auf das Wasser übertragen.

Um das V/asser zurückzuhalten und das Wandteil wirksamer zu kühlen, sind in jedem der Wandteile verhältnismässig enge Kanäle ausgebildet und stehen gewöhnlich mehrere Wandteile einer

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Haube in Reihenschaltung in Strömungsverbindung miteinander. Infolgedessen ergibt sich bei Absugshauben dieser Bauart ein sehr grosser Druckabfall der Wasserströmung. Demzufolge ist der Wasserdruck am grössten am Boden der Haube in den untersten Wandteilen, in denen die Konverterabgase, die den basischen Sauerstoff-Konverter mit etwa 165O⁰C verli mischt werden, die in die Haube eintritt.

Sauerstoff-Konverter mit etwa 165O⁰C verlassen, mit luft ge-

An diesen Stellen findet eine vehemente Verbrennung statt, die sehr hohe Temperaturen mit sich bringt. Die Belastung durch aus der Verbrennung herrührende Hitze wird noch verstärkt durch sehr heisse, sogar geschmolzene Schlacke und Metallteilchen, die aus dem geschmolzenen Bad des Ofens heftig ausgeschleudert werden. Diese Teilchen können sich anhaftend an die Oberfläche des v/andteils ansetzen und hier erstarren, wodurch sich erhitzte Stellen, sog. "Hot Spots" und übermässige örtliche thermische Deformationen ergeben.

Die vereinte Einwirkung der Wasserdrücke und der thermisch bedingten Bewegungen können zu schweren und gefährlichen Beschädigungen der Wandteile führen. Es können Sprünge auftreten und den Aufbau der Wandteile aufspalten, und die auftretenden Leckstellen können eine G-rösse einnehmen, bei der sie nicht mehr reparierbar sind und das Wandteil für weiteren Gebrauch unbrauchbar machen.

Im Gegensatz zu den genannten und anderen Bauarten von Wandteilen bekannter Art ist das V/and teil oder V/andfeld gemäss der Erfindung in kastenartiger Bauweise ausgeführt und besitzt eine Frontplatte, die eine gewellte Oberflächenkontur aufweist, wobei die Prontplatte mit den heissen Gasen in Berührung steht. Ein solches wassergekühltes Wandteil löst die Aufgabe, das Entstehen von Sprüngen zu verhindern, wie sie bisher zufolge der Spannungskonzentrationen auftraten, welche für die bekannten wassergekühlten Bauteile charakteristisch sind.

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Ein "/andteil gemäss der Erfindung besitzt eine wellenförmig gestaltete innere Platte, die in -unmittelbarer Nähe einer Aussenplatte angeordnet ist, wobei Verbindungsmittel an den Umfangskanten vorgesehen sind, durch die ein hohles Wandteil gebildet wird. In dem Wandteil ist mindestens eine Trennstange oder Trennplatte derart angeordnet, dass darin Strömungskanäle •gebildet werden; ausserdem sind Vorrichtungen zur Einführung eines Kühlmittels und zur Abfuhr des Kühlmittels in das Wandteil bzw. aus diesem vorgesehen.

Nachstehend wird eine Ausführungsform der Erfindung zur Erläuterung ihrer Merkmale imd Vorteile anhand der Zeichnungen beispielsweise beschrieben, und zwar zeigen:

Pig. 1 schematisch und schaubildlich eine Ansicht einer Abgashaube, die aus erfindungsgemässen wassergekühlten Wandteilen bzw. Wandfeidern besteht;

Fig. 2 eine Seitenansicht eines typischen Wandteils der Haube nach Pig. 1;

Pig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III der Pig. 2; Pig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Pig. 3, und

Pig. 5 einen der Pig. 3 ähnlichen Schnitt durch eine abgeänderte Ausführungsform des V/andteils.

Pig. 1 zeigt schematisch eine Abgassammeihaube 11, die über einem üblichen basischen Sauerstoff-Konverter 12 angebracht ist und4us einer Vielzahl von miteinander verbundenen, wassergekühlten Wandteilen 13 besteht, die lagen- oder reihenweise in gesonderten Abschnitten 15, 17, 19» 21 angeordnet sind. Die Reihen von A'andteilen werden durch einen Rohrrahmen 23» der Wasser führt, getragen und der dem im USA-Patent 3 347 539 gezeigten Rohrrahmen ziemlich ähnlich ist.

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Ein typisches Wassergekühltes Wandteil 13 (siehe Fig. 2 und 3) besitzt eine langgestreckte Rücken— oder Verstärkungsplatte 25 und eine langgestreckte, wellenförmig ausgebildete Frontplatte 27j die relativ nahe bei der Rückenplatte 25 angeordnet ist. Die Wellungen der Frontplatte haben eine J?orm mit gleichmässigem Anstieg und Abfallen, wobei die Wellen Y/ellenberge 26 und Yfellentäler 28 aufweisen, die über die Breite des ",Vandteils 13 gleiche Abstände voneinander haben. An einigen Stellen, insbesondere an den Yfellentälern 28, .bei denen die gewellte Frontplatte 27 der flachen Rückenplatte 25 am nächsten kommt, sind langgestreckte Trennwände in Form von Stangen 29 oder Platten 35 angebracht, die, wie dargestellt, sowohl mit der Frontplatte 27 als auch mit der Rüekenplatte 25 verschv/eisst sind. Diese Trennwände 29» 35 bilden innere Strömungskanäle 30 zwischen den Platten 25 und 27 des ¥andteils 13.

Die gewellte Frontplatte 27 besitzt an ihren Seitenrändern von ihr abgebogene Flansche 31 und ist an diesen Seitenflanschen bei 33 mit je einer Längskante der Sückenplatte 25 versehweisst, so dass die Seitenwandungen des Wandteils 13 verschlossen sind.

Die mit 35 bezeichneten zwei !Trennwände sind in gleichen Abständen von der Mittellinie des Wandteilquerschnitts angeordnet und erstrecken sich ein Stück von der Süekenplatte 25 weg nach aussen, wie es Fig. 3 zeigt. Diese Trennwände 35 und die flanschartigen Seitenwände 31 wirken als längsversteifungen für das Wandteil 13.

An geeignet gewählten Stellen, wie sie in Fig. 3 zum Beispiel gezeigt sind, sind Ansatzstücke 37 angebracht, die mit den angeflanschten Seitenteilen 31 bzw. mit den Trennwandplatten 35 versehweisst sind. An den Ansatzstücken 37 sitzen Tragrohre 39 für das Wandteil, die mit (nicht gezeichneten) Haken zusammenarbeiten, die an dein Tragrahmen 23 befestigt sind. Auf diese Weise wird eine Reihe von Wandteilen bzw. Wandfeldern durch den Rahmen getragen und können die Y/andteile leicht ag\benommen,

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ausgebessert und wenn nötig ersetzt werden.

Die Stirnenden jedes Wandteiles 13 sind durch je ein Kopfstück geschlossen, und zwar ein Vi^rassereinlasskopfstück 41 und ein W'asserauslassammelkopfstück 43. Am V/assereinlasskopfstück 41 ist ein Wassereinlassnippel 45 angebracht, der zum Anschluss •an eine Wasserspeiseleitung dient (siehe Fig. 4).

Innerhalb des Y/ass^reinlasskopfstücks 41 reicht die Rückenplatte 25 mit ihrer unteren Kante 47 nahe bis an den Boden des Kopfstücks 41 heran, und der untere Rand der Platte 25 verjüngt sich, wie Pig. 2 zeigt, nach οben^ausgehend von einem unteren Punkt, der nahe dem Einlassnippel 45 liegt, zu den iieitenwänden 31 des V/andteils 13 hin. Auf diese ϊ/eise wird innerhalb des Einlasskopfstücks ein Wasserdurchlasskanal 49 nach Art einer Venturi-Düse gebildet und ein Ausgleich der Wasserströmungsgeschwindigkeiten zwischen den Wasserströmungskanälen 30 innerhalb des Wandteils 13 herbeigeführt.

Fig. 5 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform eines wassergekühlten Yt'andteiles 51» das eine bogenförmig verlaufende Rückenplatte oder Verstärkungsplatte 53 und eine im ganzen bogenförmig verlaufende und in sich gewellte ?rontplatte55 aufweist. Die Frontplatte 55 ist an ihren Enden abgeflanscht und bildet dadurch Seitenwände 57 des Vvandteils. Wie bei der Ausführun£sform nach Fig. 3 sind kurze innere Trennwände 59 und längere plattenförmige nach aussen vorstehende Trennwände 61 vorgesehen, wobei sich diese Trennwände 59 und 61 über die Längsrichtung des 7»andteils erstrecken.

Auch bei der Ausführungsform nach Fig. 5 besitzt das Wandteil 51 Ansatzstücke 63 und Tragrohre 65, die so angebracht sind, wie es für das Wandteil 13 nach Fig. 1 bis 3 beschrieben wurde. Auch in anderer Hinsicht ist das Wandteil 51 dem Wandteil 13 ähnlich gestaltet.

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Im allgemeinen bildet das Wandteil 51 einen Teil einer Abgashaube, die kreisförmigen Querschnitt besitzt. Mir den Fachmann ist ersichtlich, dass die Bauweise nach Fig. 5 leicht auf Abzugssammelhauben bzw. Abgashauben angewendet werden kann, die elliptische oder sonstige Querschnittsform besitzen« In der Praxis ist es erwünscht, dass der Bogen bzw. Winkel, den das Wandteil 51 überspannt, nicht mehr als 30 beträgt und vorzugsweise kleiner als 30° ist. Da die Hauben bei der die gebogenen Randteile 51 angewendet werden können, einen grossen Durchmesser haben, ist die Bogenlänge des Wandteils 51 nicht gross und entstehen keine aussergewöhnlichen konstruktiven Schwierigkeiten.

Ein Kennzeichnen der Erfindung besteht darin, dass die Frontplatte des Wandteils, die der Hitzeeinwirkung der in der Haube befindlichen Gase ausgesetzt ist, gewellt und nicht flach ausgebildet ist. Diese Ausbildung macht es möglich, dass das Wandteil höheren Wasserdrücken standhält, wie sie erforderlieh sind, um das Wasser mit genügender Geschwindigkeit durch die Kanäl° des Wandteils zu treiben.

Kennzeichnend für die gewellte Bauart des Wandteils, wie sie hier beschrieben ist, ist, dass sie freie thermische Querbewegungen zulässt und ausserordentlich hohen, in Längsrichtung A wirkenden Biegekräften standhält, wie sie im Betrieb auftreten.

Ferner ist für die beschriebene gewellte Bauart des Yiandteils kennzeichnend, dass sie sich zur Herstellung vonEaub2n eignet, die sowohl vieleckige als auch kreisförmige, elliptische und sogar unregelmässige Querschnittsformen haben können.

Kennzeichnend für das Wandteil gemäss der Erfindung sind die Venturi-düsenartigen Kanäle in dem Wassereinlasskopfstück, wodurch ganz oder nahezu eine Vergleichmässigung der Wasserströmungsgeschwindigkejt in allen Strömungskanälen des Wandteils herbeigeführt wird.

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Ferner besteht ein Merkmal des erfindungsgemässen Wandteils darin, dass durch die gewellte Bauweise sowohl die thermischen Spannungen als auch die Druckspannungen herabgesetzt werden. Daher können dünnere Platten verwendet werden, und dünnere Platten begünstigen die Wärmeübertragung, so dass sich eine bessere Kühlwirkung ergibt und das Gesamtgewicht des Wandteils beträchtlich geringer wird.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend mit gewissen Einzelhei ten beispielsweise beschriebene bevorzugte Ausführungsform beschränkt.

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Claims

30. Aug. 1971 PW/Ar Koppers Company, Inc. Patent- bzw. Sehutzansprüche

1. Wassergekühltes Wandteil für oder in Verbindung mit einer Abzugshaube, insbesondere Abgassammelhaube, vorzugsweise für einen Konverter, wobei die Haube aus einer Vielzahl von wassergekühlten, "baulich miteinander verbundenen und in Strömungsverbindung miteinander stehenden Wandteilen gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das V/andteil eine erste Platte (25 bzw. 53) und eine gewellte zweite Platte (27 bzw. 55) aufweist, die sehr nahe bei der ersten Platte, jedoch in Abstand von dieser angeordnet ist, dass die umlaufenden Randteile bzw. Kanten der ersten und der zweiten Platte (bei 33) miteinander verbunden sind.und die Platten ein hohles Y/andteil (13 bzw. 51) bilden; dass der Hohlraum des Y/andteils (13 bzw. 51) durch Trennwände (29, 35 bzw. 59» 61), die in seinem Innern angeordnet sind, in langgestreckte Strömungskanäle iur ein iJediumstrom aufgeteilt ist j und dass Organe (4I bzw. 43) zur Zufuhr bzw. Abfuhr eines strömenden Mediums an dem Wandteil angebracht ist und mit seinen inneren Strömungskanalen in Verbindung stehen.

2. Haube aus Wandteilen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Stützglieder (23) vorgesehen sind, die die Wandteile der Haube den Anschluss aneinander und in Strömungsverbindung miteinander halten.

3. Wandteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Organe zur Zufuhr des strömenden Mediums in das Randteil (13 bzw. 51) ein hohles Kopfstück (4-1) aufweisen, das mit jedem der Medium-Strömungskanäle des Y/andteils in Strömungsverbindung steht, und dass die Organe zur Abfuhr des Mediums

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aus dem Wandteil ein weiteres hohles Kopfstück (43) aufweisen, das gleichfalls mit jedem der Medium-Strömungskanäle in Verbindung steht.

4. Wandteil nach Anspruch 1 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der stangen- oder plattenförmigen Trennwände (29, 35 bzw. 59, 61) sowohl an der ersten Platte (25 bzw. 53) als au<- un der gewellten zweiten Platte (27 bzw. 55) an einer Stelle befestigt ist, an der die Wellung der zweiten Platte der ersten Platte am nächsten kommt.

5. Wandteil nach einem der Ansprüche 1, 3 und 4» dadurch gekennzeichnet, daß die gewellte Platte (27 bzw. 55) mindestens zwei Wellenberge (26) und ein Wellental (28) aufweist, das sich sehr nahe bei der ersten Platte, aber in Abstand von dieser befindet, und daß eine Trennwand, die die Platten verbindet, innerhalb des hohlen Wandteils (13 bzw. 5i)an der Stelle vorgesehen ist, an der die zweite Platte der ersten am nächsten kommt.

6. Wandteil nach einem der Ansprüche 3 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Platte (27 bzw. 55) sich in mindestens eines der hohlen Kopfstücke (41 bzw. 43) hinein erstreckt und innerhalb dieses Kopfstücks (bei 47 und 49) einen engen Strömungsdurchlass bildet, derart, daß das durch den Strömungsdurchlass ströhmende Kühlmittel ein Ausgleichen der Strömungsgeschwindigkeiten in den einzelnen Strömungskanälen herbeiführt oder herbeizuführen sucht.

7. Wandteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausgleich der Geschwindigkeit in den einzelnen Strömungskanälen des Wandteils eine Venturi-düsenartige Vorrichtung (bei 49 und 47) vorgesehen ist.

8. Wandteil nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 3 bis 7, vorzugsweise für eine Abzugshaube nach Anspruch 2, dadurch

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gekennzeichnet, dass die erste Platte (25 bzw. 53) bogenförmig gestaltet ist und die zweite Platte (27 bzw. 55) mindestens zwei Wellenberge und ein Y/ellental aufweist, das sich der ersten Platte sehr nahe, aber in Abstand von dieser befindet.

9· Abzugshaube mit Wandteilen nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Stützglieder, die eine Mehrzahl von Wandteilen (51) aneinander anschliessend und in Strömungsverbindung miteinander derart halten,-dass die bogenförmige Platte (53) an der Innenseite der Haube liegt.

im wesentlichen

10. Absaughaube mit Wandteilenfnäch einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, dass die gewellte Platte (27 bzw. 55) mindestens zwei Wellenberge und ein Wellental aufweist, das, mit oder ohne zusätzliche Rückenplatte, bei jedem der V/andteile der Haube die Innenseite bildet, wobei der gewellten Platte Bauteile zugeordnet sind, die das jeweilige Wandteil bilden. '

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