DE2144348A1 - Durchflussvorrichtung für Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Priorität 9. Oktober I97O V. St. A., Ser. No. 79*379

Die Erfindung bezieht sich auf eine Durchflussvorrichtung für Flüssigkeiten in Form einer gewendelten Rohrleitung mit einer Mehrzahl an Windungen, die als Flüssigkeitsleitung in extrem heissen Umgebungen insbesondere an Schlackenformen, Schlackenstichöffnungen, Winddüsen und dergleichen Einrichtungen dienen, die in hüttenmännischen öfen vorhanden sind und Kühlung benötigen.

Bekanntermssen sind Schlackenformen, Winddüsen und dergleichen Einrichtungen, die in extrem heisser Umgebung eingesetzt werden, mit irgendeiner Vorrichtung ausgerüstet, die für die erforderliche Kühlung sorgt, und die Qebrauehsdauer dieser Einrichtungen hängt von der Wirksamkeit der Kühl-Anordnung ab. Es sind zahlreiche Techniken für die Kühlung solcher Einrichtungen entwickelt worden, jedoch besteht noch immer Bedarf für eine !CUhI-Anordnung, die das Zubruchgehen solcher Einrichtungen ausschaltet oder wenigstens beachtlich vermindert. Die Vorteile, die man damit erreichen könnte, sind signifikant. Beispielsweise treten, wenn Winddüsen am Hochofen

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zu Bruch gehen, neben den Kosten für den Ersatz der Düse Ausbeute-Verluste an heissem Metall und Leistungsverluste auf, wodurch wiederum der Koksverbrauch ansteigt. Weiterhin besteht ein entscheidender Nachteil darin, dass dann, wenn die Düse an ihrem vorderen Ende bricht, der rückwärtige Teil der Düse weiter gekühlt und intakt gehalten wird und an Ort und Stelle verbleibt. Es besteht dann die Gefahr, dass das Düsenmaterial schmilzt und als Folge davon das Heisswindsystem an dieser Stelle entzweigeht; der Hochofen-Fachmann weiss um das Ausmass dieser Gefahr.

Es ist bekannt, dass der Wärmedurchgangskoeffizient einer bewegten Kühlflüssigkeit, wie beispielsweise Wasser ansteigt, wenn die Geschwindigkeit der Flüssigkeit grosser wird, sofern die Durchflussmenge einen bestimmten Minimum-Wert übersteigt. Natürlich ist es möglich, dadurch hohe Geschwindigkeiten zu erreichen, dass hohe Durchflussmengen benutzt werden, was seinerseits hohen Druckabfall erfordert. Es ist Jedoch aus verschiedenen Gründen unvorteilhaft, eine Kühl-Anordnung für eine Winddüse, eine Schlackenform oder dergleichen Einrichtung zu benutzen, für die hohe Durchflussmengen und hoher Druckabfall erforderlich sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bisherigen Nachteile zu vermeiden und eine Durchfluss-Vorrichtung für Flüssigkeiten zu schaffen, die in Kühl-Anordnungen bei Schlaekenformen und Winddüsen und dergleichen Einrichtungen eingesetzt werden können und eine verbesserte Kühlung dieser Einrichtungen gestatten sowie deren Gebrauchsdauer zu verlängern.

Diese Aufgabe wird gelöst mittels einer Durchfluss-Vorrichtung für Flüssigkeiten der eingangs beschriebenen Art in Form einer gewendelten Rohrleitung mit einer Mehrzahl an Windungen, welche erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet ist, dass die Rohrleitung aus einem an einem Ende gegen den Flüssigkeitsstrom

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abgeschlossenen Aussenrohr und einem innerhalb des Aussenrohrs angeordneten Innenrohr besteht, wenigstens das Aussenrohr aus einem hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisenden Material gebildet ist, zwischen dem Aussenrohr und dem Innenrohr ein ringförmiger Durchgang, in dem Innenrohr ein Mittelgang vorhanden sind und zwischen dem ringförmigen Durchgang und dem Mittelgang Plüssigkeitsverbindung an dem geschlossenen Ende des Aussenrohrs besteht.

Vorteilhaft sind die aufeinander folgenden Windungen der gewendelten Rohrleitung gegeneinander anliegend angeordnet? dadurch wird die Flüssigkeit, die innen durch die gewendelte Rohrleitung fliesst, längs der Längsachse in der Rohrleitung zusammengedrückt. Es können weiterhin Flansche an einem Ende der gewendelten Rohrleitung angeordnet sein, mit denen die Rohrleitung in einer Düsenkühleinrichtung an einem hüttenmännischen Ofen eingesetzt und gehalten werden kann. Die Rohrleitung insgesamt wird zweckmässig ummantelt mit einer aus Material hoher Wärmeleitfähigkeit bestehenden Hülse angeordnet, wobei das Aussenrohr in guten Wärmeleitungskontakt mit der Hülse gebracht ist.

Als Material hoher Wärmeleitfähigkeit wird für das Aussenrohr und/oder Innenrohr zweckmässig Kupfer oder eine Kupferlegierung eingesetzt, und als Material hoher Wärmeleitfähigkeit für die Flansche und die Hülse ist zweckmässig Kupfer, eine Kupferlegierung oder eine Aluminiumlegierung vorhanden.

Mit der erfindungsgemässen Vorrichtung lassen sich Kühlflüssigkeiten mit extrem hohen Geschwindigkeiten, Jedoch niedrigen Durchflussmengen und geringem Druckabfall fahren. Ausserdem ist die Bruchgefahr verringert, und es bleibt der Kühlvorgang am Einspeisende bestehen und unbeschädigt, selbst wenn das andere Ende ausfällt.

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Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstands werden nachfolgend im einzelnen anhand von beispielsweisen Ausführungsformen, wie sie in der Zeichnung veranschaulicht sind, näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Kühl-Anordnung mit einer e rf indungsge massen Durchfluss-Vorrichtung, in der Längssicht, teilweise im Schnitt,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Kühl-Anordnung, in einer Düseneinrichtung eingesetzt,

Fig. 3 die Kühl-An Ordnung, so in eine Düsenkonstruktion eingesetzt, dass sie einen Bestandteil der den Heisswind leitenden Fläche bildet, in Längssioht, teilweise geschnitten, und

Fig. 4 vergrössert einen Schnitt durch einen Teil der Kühl-Anordnung.

In der Zeichnung sind gleiche Teile mit derselben Bezugsziffer markiert.

In Fig. 2 ist eine insgesamt als 10 bezeichnete Düsen-Anordnung auf einer einen runden Querschnitt besitzenden Hülse abgebildet. Die Hülse 11 ist aus Kupfer, einer Kupferlegierung, einer Aluminiumlegierung oder irgendeinem sonstigen hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisenden Material gefertigt und hat ein rückwärtiges Endstück, das mit 12 gekennzeichnet ist und eine konische Aussenfläche 14 besitzt, sowie ein vorderes Endstück 13. Für den Gebrauch wird die Düse mit dem rückwärtigen Endstück 12 in einen Hochofen eingesetzt, und dabei ist die äussere Fläche 14 auf einer dazu passend geformten Fläche in einer in der Hochofenwand eingebauten Düsenkühl-Anordnung aufgesetzt. Es erstreckt sich sozusagen das gesamte vordere

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Endstück 13 der Düse nach innen in den Hochofen, und durch den Durchgang 15, der sich von dem rückwärtigen Ende zu dem vorderen Ende der Düse erstreckt, wird Heisswind in den Ofen eingespeist.

In der Hülee 11 eingebettet ist eine Kühl-Einrichtung, wie sie in Pig. 1 veranschaulicht ist, in der eine Kühl-Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, durch die Düse zu zirkulieren vermag, diese kühlt und gegen die Einwirkung der heissen Umgebung, in der die Düse angeordnet ist, abschirmt und vor Zerstörung durch Einwirkung der Hitze schützt, vorhanden. Die Kühl-Anordnung besteht aus einer gewendelten Rohrleitung 16, die eine Vielzahl von Windungen 17-17 aufweist. Die Rohrleitung dient dazu, Kühlflüssigkeit der Düse zuzuführen und gleichzeitig dazu, die von der Düse wieder abfliessende Flüssigkeit wegzuführen. Die Rohrleitung besteht aus einem Aussenrohr 18, welches an einem Ende 19 gegen den Flüssigkeitsstrom abgeschlossen 1st und mit seinem anderen Ende 20 an einer Wasserleitung angeschlossen werden kann. Innerhalb des Aussenrohrs 18 ist ein Innenrohr 21 angeordnet, das an seinem an dem geschlossenen Ende 19 des Rohres 18 gelegenen Ende 22 für den Plüssigkeitsdurohfluss offen ist und dessen anderes Ende 23 so ausgebildet ist, dass es angeschlossen werden kann an eine Einrichtung, in die das aus der Düse abgeleitete Wasser abgeführt werden kann. Das Aussenrohr 1st aus Kupfer oder einer Kupferlegierung oder einem sonstigen hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisenden Material gebaut. Das Innenrohr kann

ebenfalls Aus einem hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisenden Material gebildet sein, jedoch arbeitet die erfindungsgemässe Vorrichtung auch dann zufriedenstellend, wenn die Kühl-Anordnung diese spezielle Ausbildung nicht aufweist.

Der äuseer« Durchmesser des Innenrohrs 21 ist kleiner als der innere Durchmesser des Aussenrohrs 18, so dass die beiden Rohre miteinander einen ringförmigen Durchgang 24 ergeben, während die Oberfläche des Innenrohre 21 einen Mitteldurchgang 25 bildet. Das Kühlwasser, welches an dem Ende 20 des Aussen-

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rohra 18 eingebracht wird, zirkuliert durch die Leitung und die Düse und fliesst dabei zunächst entlang dem ringförmigen Durchgang 24, wird an dessen Ende 22 in den Mittelgang 25 geführt und durchfliesst diesen, bis es an dem Ende 23 aus der Düse herausgeleitet wird. Zwischen den Rohren 21 und l8 sind längs der Aussenseite der Windungen 17-17 im wesentlichen über die gesamte Länge der Rohre Abstandshalter 30» beispielsweise Kupferstäbe mit geringem Durchmesser, angeordnet. Durch diese Konstruktion wird ein guter Fluss der Kühlflüssigkeit längs der Aussenseite der Windungen, das ist der Bereich in einer Düsenkonstruktion, an welchem die grösstmögliche Kühlung benötigt wird, gesichert. Durch die Abstandsstücke erfolgt der Kontakt zwischen dem Innenrohr und dem Aussenrohr im wesentlichen nur an einem einzigen Punkt, während dann, wenn keine Abstandshalter eingesetzt sind, eine sehr viel grössere Kontaktfläche zwischen dea Innenrohr und dem Aussenrohr entlang der Aussenseite der Windungen 17-17 vorhanden sein kann und der PlUssigkeitsf luss zu diesem Bereich erheblich blockiert sein kann. Die wendeiförmige Rohrleitung kann in der Weise hergestellt werden, dass ein gerader Kupferstab mit einem ersten geradlinigen Rohrabschnitt, der das Innenrohr 21 bilden soll, punktverschweisst wird. Es werden dann dieses Rohrstttck mit dem Stab in eine zweite gerade Rohrlänge eingesetzt, die das Aussenrohr 18 bildet. Die resultierende Konstruktion wird um einen Dorn gewendelt, der in seiner Gestalt und seinen Ausmassen so dimensioniert ist, dass der Vollstab in den gebildeten Windungen aussen sich befindet. Es versteht sich, dass der Durchgang zwischen den beiden Rohren nicht im strengen Sinne ringförmig geformt ist. An kann ihn jedoch für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung und der Ansprüche als ringförmig geformt ansehen. Nachdem die Kühl-Anordnung gebildet ist, wird zur Herstellung der kompletten Düse die Hülse 11 unter Verwendung von üblicher Metallgie ssverfahren Über die Anordnung . gegossen· Man kann gewünschtenfälls die Windungen I7-17 mit-

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einander verschweissenj dadurch wird das Giessen erleichtert und es wird sicher verhindert, dass Heisswind zwischen den Windungen entweicht, wenn diese beispielsweise infolge von Erosion der Hülse durch die heissen Materialien in dem Ofen, freiliegen.

Es ist unter den heutigen Verhältnissen vorteilhaft, die Rohre mit solchen Abmessungen einzusetzen, dass ein Verhältnis von Querschnittfläche des Mitteldurchgangs 25 zu Querschnittfläche des ringförmigen Durchgangs 24 von wenigstens etwa 2 : 1 besteht. Unter diesen Umständen kann in dem ringförmigen Durchgang eine Kühlwasser-Geschwindigkeit von mehr als etwa 750 cm/Minute bei niedriger Durchflussmenge und mit nur geringem Druckabfall in dem Mitteldurchgang aufrecht erhalten werden.

Für den Fall, dass das vordere Endstück Ij5 der Düse beschädigt wird und die Kühl-Anordnung, die gewendelte Rohrleitung 16 ausfällt, kann weiter Kühlwasser dem rückwärtigen Endstück 12 der Düse zugeführt werden, so dass diese weitergekühlt wird, intakt gehalten wird und an der Stelle, an der sie sich befindet, verbleiben kann.

Bei der in Fig» 3 veranschaulichten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung grenzen die Windungen 17-17 der gewendelten Rohrleitung aneinander an. Sie werden dadurch in dieser Lage zueinander gehalten, dass die Windungen miteinander verschweisst werden, wie dies bei 26-26 gezeigt ist. Um mehrere der Windungen 17-17 an einem Ende der gewendelten Rohrleitung ist ein aus Kupfer, einer Kupferlegierung, einer Aluminiumlegierung oder einem anderen hoch wärmeleitfahigen Material bestehender Flansch 27 gegossen oder angebracht. Der Flansch hat eine konische Oberfläche 28, und mit dieser wird er an einer entsprechend geformten Oberfläche einer Düsen-Kühlung in einer Hochofenwand angebaut. Wenn man die Vorrich-

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tung so benutzt, wird Helssdampf über die innen gelegenen Flächen 29-29 der Windungen 17-I7 der Innenseite des Ofens zugeleitet. Da die Windungen 17-17 durch die SchweissteIlen 26-26 in enger Berührung miteinander gehalten werden und dadurch jeglicher freier Raum zwischen aufeinanderfolgenden Windungen dicht abgeschlossen ist, wird der Heissdampf, der innen durch die gewendelte Rohrleitung strömt, längs der Längsachse in der gewendelten Rohrleitung zusammengehalten und entweicht nicht zwischen den Windungen.

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Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE ———^*»™? '- J ■'■ ■' m ' - —- ■ ■

1.) Durchfluss-Vorrichtung für Flüssigkeiten in Form ner gewendelten Rohrleitung mit einer Mehrzahl an Windungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung (16) aus einem an einem Ende (I9) gegen den Flüssigkeitsstrom abgeschlossenen Aussenrohr (l8) und einem unterhalb des Aussenrohrs (18) angeordneten Innenrohr (21) besteht, wenigstens das Aussenrohr (18) aus einem hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisenden Material gebildet ist, zwischen dem Aussenrohr (18) und dem Innenrohr (21) ein ringförmiger Durchgang (24), in dem Innenrohr (21) ein Mittelgang (25) vorhanden sind und zwisohen dem ringförmigen Durchgang (24) und dem Mittelgang (25) Flüssigkeitsverbindung an dem geschlossenen Ende (19) des Aussenrohrs (l8) besteht.

2. Durchfluss-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aufeinanderfolgenden Windungen (17) der gewendelten Rohrleitung (16) gegeneinander anliegend angeordnet sind.

3. Durchfluss-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als höhe Wärmeleitfähigkeit aufweisendes Material Kupfer oder eine Kupferlegierung eingesetzt ist»

4. Durchfluss-Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, dass aus hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisendem Material gefertigte Flansche (27) an einem Ende der gewendelten Rohrleitung (16) angeordnet sind.

5. Durchfluss-Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung (16) insgesamt von einer aus Material hoher Wärmeleitfähigkeit bestehenden Hülse (11) ummantelt ist und da« Aussenrohr (l8) guten Wärmeleitungskontakt mit der Hülse (11) hat.

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6· Durchfluss-Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5* dadurch gekennzeichnet, dass als Material hoher Wärmeleitfähigkeit für die Plansche (27) und/oder die Hülse (11) Kupfer, oder eine Kupferlegierung oder eine Aluminiumlegierung eingesetzt ist.

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