DE2151629A1 - Kuehlvorrichtung fuer ein warmgaengiges gefaess, insbesondere fuer einen stahlwerkskonverter - Google Patents

Description

DEMAG Aktiengesellschaft 4. Oktober 1971

41 Duisburg 5705-6412 - Pl/Schi

Wolfgang-Reuter-Platz

Kühlvorrichtung für ein warmgängiges Gefäß, insbesondere für einen Stahlwerkskonverter

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für ein warmgängiges Gefäß, insbesondere für einen Stahlwerkskonverter, die aus einem mit Zu- und Abflüssen versehenen hohlen Körper besteht und mit deren Hilfe von der Gefäßwandung Wärme auf das im Innern strömende Kühlmedium übertragbar ist.

Stahlwerkskonverter erwärmen sich unangenehm hoch im Bereich der Mündung bis in den Bereich des mittleren Gefäßteils. Die Temperaturen im Bodenbereich sind dagegen niedriger vnd nach den Erfahrungen weniger schädlich. Die ungleichmäßige Erwärmung im Mündungs-, Gefäßmittel- und Bodenteil ist andererseits für eine gleichmäßige Ausdehnung des Gefäßes abträglioh. Es antstehen in Zonen unterschiedlich hoher Temperaturen unter Umständen unerwünschte Spannungsspitzen im Werkstoff. Diese Temperaturvertellung tritt besonders bei nach dem Sauerstoffaufblasverfahren betriebenen Konvertern auf. über dem Schmelzbad erreicht der Abgasstrom eine sehr hohe Temperatur, so daß die Ausmauerung des Gefäßes stärker als im Bodenteil erhitzt wird. Von der Ausmauerung strömt folglich im oberen Gefäßteil mehr Wärme in den das Gefäß haltenden Gefäßmantel als im Bodenteil. Am mittleren Gefäßmantelteil sind meist die Pratzen zur Stützung des Gefäßes in seinem Kippgestell angebracht. Die StUtzkrafteinleitung erfolgt somit in einem thermisch hoch beanspruchten Teil des Gefäßmantels, was naturgemäß zu Problemen führt.

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Es ist schon vorgeschlagen worden, den Tragring eines Stahlwerkskonverters als einen den Gefäßmantel mit einbeziehenden gasdichten Kasten rechteckigen Ouerschnitts auszubilden und durch die am Tragring angeschlossenen hohlen Kippzapfen ein Kühlmittel ein- bzw. abzuführen. Die Kühlung des Konvertermittelteils erwies sich jedoch als zu schroff. Während der Mittelteil zwangsgekühlt ist, fehlt es für den übrigen Teil des oberen Gefäßmantels an einer gleichstarken Kühlung, Der obere und der untere Teil des Gefäßes sind weiterhin naturgekühlt, d. h. die Wärme wird durch Konvektion an die Umgebungsluft abgegeben. Die Folge ist plötzliches Ansteigen der Wärmespannung in den an den mittleren Gefäßteil grenzenden Teilen.

Nach einem anderen bekannten Vorschlag wird zwar vermieden, den mittleren Gefäßteil schroff zu kühlen, jedoch wird eine ebenso übermäßig wirkende Kühlungsmethode im gesamten Mündungsteil des Konvertergefäßes angewendet. Hierzu dienen einzelne Rohre, deren Mündung in Höhe des Schlackenschildes liegen und aus denen Kühlwasser frei und in vertikaler Aufrechtstellung über den GefäOmantel strömt. Das Kühlmittel wird nicht nur der Gefahr der Verdampfung ausgesetzt, sondern muß zumindest, was seinen flüssigen Restteil betrifft, wieder aufgefangen werden. Diese Verdampfungskühlung gewährleistet einerseits nur eine ungleichmäßige Kühlung und bildet andererseits eine Gefahr für die Bildung explosionsfähiger Gasgemische.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühlvorrichtung für eine sichere und gleichmäßige Temperaturverteilung in der Gefäßwandung vorzuschlagen.

Die Erfindung wendet sich zur Lösung des Problems grundsätzlich vom zwangsweisen Kühlen ab und geht von der Erkenntnis aus, einerseits die natürliche Abstrahlung als ausreichend zu eraohten und andererseits nur so viel Wärme abzuführen, daß ein Gleich-

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gewicht zu Stellen der natürlichen Wärmeabfuhr eingehalten wird. Nach den,von der Erfindung verfolgten Prinzip stellt sich eine gegenüber den bekannten Wirkungsweisen höhere absolute Temperatur ein, die jedoch an allen Stellen des Gefäßmantels weitestgehend gleich hoch ist. Dadurch vermindern sich die Wärmespannungen,und vor allen Dingen werden Spannungsspitzen abgebaut. Die höhere Temperatur wirkt sich nach der weitergehenden Erkenntnis günstig für das an der Innenseite des Qefäßmantels anliegende Mauerwerk aus. Die im Gefäßinnern herrschende Temperatur wird so in einem stetig fallenden Temperaturverlauf im Mauerwerk auf die Temperatur des Gefäßiaantels hinabgeführt. Eine auf dieser Betrachtungsweise aufbauende Lehre sichert daher die bestmögliche Haltbarkeit der Werkstoffe des Gefäßmantels und des Mauerwerks sowie der Isolierstoffe.

Die erfindungsgetnäße Kühlvorrichtung sieht eine hohle Wandplatte gegenüber einer zu kühlenden Gefäßwandzone vor und ordnet die Wandplatte innerhalb des Wirkungs-Abstandes der von der Gefäßwandzone ausgehenden Wärmestrahlung an. Die hohle Wandplatte vereinigt mehrere Vorzüge einer leicht steuerbaren Kühlung. Das in ihrem Innertfi strömende Kühlmedium berührt eine der äußeren Strahlungcfläche entsprechende innere Kühlfläche. Die hohle Wandplatte wird vorteilhaft gegenüber selektiv zu kühlenden Zonen des Gefäßes angebracht. Sie ist jedoch auch dafür geeignet, beliebige Teile einer technischen Anlage vor der Hitzestrahlung des Gefäßes zu schützen. Der Wandplatte kommt aus diesem Grund eine Doppelfunktion zu. Sie eignet sich sowohl für das berUhrungsfrele Kühlen des Gefäßes als auch für das berührende Kühlen eines durch die Wärmestrahlung unerwünscht erwärmten Gegenstandes.

In Ausgestaltung der Erfindung kann die Wandplatte dem Verlauf einer ausgewählten Gefäßwandzone angepaßt sein. Einer zu kühlenden Gefäßwandzone steht daher stets eine flächen-

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gleiche und gleich große Kühlfläche gegenüber. Die Herstellung der Wandplatte selbst ist verhältnismäßig einfach. Nach "einer weiteren Verbesserung ist die Wandplatte aus ebenen, paarweise parallel sich gegenüberliegenden Seitenwänden oder aus Rohrwänden gebildet.

Die Anordnung der Wandplatte erfolgt jeweils nach den Gegebenheiten des zu kühlenden Gefäßes. Gemäß der Erfindung sind an einem auf einem Tragring abgestutzten Stahlwerkskonverter einzelne Wandplatten zwischen Tragring-Wand und Gefäßwand über den Gefäßurafang verteilt vorgesehen. Es ist jedoch auch möglich, daß an einem auf einem Tragring abgestutzten Stahlwerkskonverter eine zusammenhängende, aus einem oder mehreren Rohrstücken gebildete Wandplatte zwischen Tragringwand und Gefäßwand vorgesehen ist. Die Wandplatte aus einem einzigen Rohrstück wird zweckmäßigerweiße in der Art eines ein- oder mehrgängigen Gewindes hergestellt.

Vorteilhafte Anordnungsmöglichkeiten ergeben sich besonders im Bereich metallurgischer Gefäße. Nach der weiteren Erfindung ist vorgesehen, daß die Wandplatten zusätzlich an einem Schlackenschutzschild, einem Pratzenring oder vor der öffnung der am Tragring eines Stahlwerkskonverters befestigten Kippzapfen angeordnet sind.-Die Anwendung der hohlen Wandplatte am Schlackenschutzschild bildet ein Beispiel für eine berührende Kühlung des Schlackenschutzschildes und gleichzeitig für eine berUhrungsfreie Kühlung des MUndungsbereichs des Stahlwerkskonverters. Eine vorteilhafte Anordnung ergibt sich an Trag- bzw. Pratzenringen im Innern dieser Ringe, weil dort ansonsten ungenutzte Hohlräume zur Verfügung stehen. Dabei kann die Anordnung der hohlen Wandplatten wegen ihrer geringen Ausdehnung ohne Beeinträchtigung der übrigen Struktur dieser Ringe erfolgen.

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Nach der Erfindung ist außerdem vorgesehen, daß die wandplatten entweder mit Abstandshaltern an der Gefäßwandung selbst oder an einem mit dem Gefäß in Verbindung stehenden Teil bzw. an einem vom Gefäß getrennten Teil einer das Gefäß umgebenden Einrichtung befestigt sind.

Die Durchführung von Kühlmedium durch die erfindungsgemäße hohle Wandplatte gestattet an und für sich, die Kühltemperatur in der Platte .ausreichend niedrig einzustellen. Die Erfindung eröffnet zusätzlich einen Weg, um das Temperaturgefälle zwischen Gefäßwandung und der die Strahlung der Gefäßwandung aufnehmenden Plattenoberfläche zu erhöhen. Anstelle von Kühlwasser kann zum Betreiben der Kühlvorrichtung ein sich entspannendes inertes Gas oder eine Mischung von Luft und einem inerten, verflüssigten Gas durch die Wandplatten geleitet werden. Die somit geschaffene extrem intensiv wirkende Kühlung, ohne das Gefäß zu berühren, ist besonders vorteilhaft gegenüber stark gefährdeten Stellen an der Gefäßoberfläche anzuwenden. Diese Methode kann jedoch auch dann eingesetzt werden, wenn Meßinstrumente oder dergleichen ira Bereich des Gefäßes geschützt werden sollen bzw. Meßtemperaturen ohne Beeinträchtigung durch die Gefäßstrahlung auf einem vorgeschriebenen Niveau gehalten werden müssen. Das Anwendungsgebiet der Erfindung wird durch inerte Gase bzw. inerte, verflüssigte Gase beträchtlich erweitert. Als inertes Gas bietet sich in den Hüttenwerken insbesondere der von LuftspaIt-Anlagen gewonnene Flüssigstickstoff an. Im Falle des Auftretens einer undichten Stelle an der Kühlvorrichtung verhält sich Stickstoff neutral und bildet keine Ausgangsbasis für unkontrolliert ablaufende Reaktionen.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen in mehreren AusfUhrungsbeispielen dargestellt und im folgenden näher erläutert.

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Es zeigen:

Pig. 1 einen Stahlv/erkskonverter im Mittelachsenschnitt (Aufriß),

Fig. 2 einen Querschnitt durch Fig. 1 in Höhe des Tragrings mit den Kippzapfen,

Fig. 3 die halbe Schnittansicht zu Pig. I

für eine veränderte Tragringanordnung.

Pig· %* 5 u. 6 Herstellungsart und AusfUhrungsformen aus Seitenwänden gebildeter hohler Wandplatten,

Fig. 7, 8 u. 9 aus Rohren gebildete Wandplatten und AusfUhrungsformen.

Der Stahlwerkskonverter 1 besitzt einen MUndungsteil 2, einen mittleren Teil 3 und einen Bodenteil 4. Die Ausmauerung 5 wird durch den aus ca. 50 bis 60 mm dickem Stahlblech bestehenden Gefäßmantel la umschlossen. Der Stahlwerkskonverter 1 ruht auf dem Tragring 6. Hierzu besitzt der Stahlwerfcskonverter 1 Pratzenringe 7 und 8.In Aufrecht- und Kopfstellung stützt sich ,Jeder eier beiden Pratzenringe 7 bzw. 8 über weiter nicht dargestellte Stutzglieder auf die jeweils oben liegende Tragringstirnflache 6a. bzw. 6b. Tragring 6 und Pratzenringe 7 bzw. 8 sind für das Gewicht bzw. die Betriebszustände des Stahlwerkskonverters 1 konstruiert und daher so knapp wie nur möglich bemessen. Währenddem die. Pratzenringe 7 und 8 eine feste Einheit mit dem Gefäßmantel la bilden, ist gemäß Pig. 1 der Tragring 6 mit einem nur angedeuteten Spalt 9 um den Umfang des Stahlwerkskonverters 1 gelegt. Am Tragring 6 sind Kippzapfen 10 und 11 befestigt, die aus statischen Gründen hohl sein können. Die beiden Kippzapfen 10 und 11 werden von einem weiter nicht dargestellten, bekannten Kipp-

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gestell gehalten, In dem der Stahlwerkskonverter 1 kippbar gelagert ist. Im Bereich des Gefäß-MUndungstells ist außerdem der Sehlackenschutzschild 12 an der Gefäßwandung 1 befestigt.

Während des Blasbetriebes wird im Stahlwerkskonverter 1 im Mündungsteil 2 eine höhere Temperatur erzeugt als im mittleren Teil 3 und im letzteren wiederum eine höhere Temperatur als im Bodenteil 4. Hieraus resultieren unterschiedliche Temperaturen der Pratzenringe 7 und 8 untereinander sowie.... auch unterschiedlich gegenüber der im Tragring 6 bewirkten Erwärmung. Die Erfindung gestattet, jeden Bereich des Stahlwerkskonverters sowie der ihn umgebenden Teile getrennt zu kühlen. Zu diesem Zweck sind die erfindungsgemäßen hohlen Wandplatten 13 vorgesehen.Hohle Wandplatten 13 befinden sich in geeigneter Länge und Breite unter dem Schlackenschutzschild 12 (13), innerhalb des Pratzenringes 7 (13a) an der Innenseite des Tragringes 6, d. h. mit Abstand des Spaltes 9 zur Gefäßwandung la angeordnet sowie auch im Innern des Pratzenringes 8 (13c). In allen Gestaltungsformen besitzen die hohlen Wandplatten 13 einen Zufluß 14 und einen Abfluß 15. Zu- und Abflüsse 14,15 sind jeweils an Saramlungs- bzw. Verteilungsleitungen gelegt.

Hierzu ist (Fig. 2) für den Pratzenring 7 eine ringförmige Verteilerleitung 16 vorgesehen sowie eine ringförmige Sammelleitung 17. Von diesen Leitungen sind jeweils die Zu- und Abflüsse 14 bzw. 15 abgezweigt. Dasselbe Verzweigungssystem ist für die hohlen Wandplatten im Tragring 6 bzw. für die hohlen Wandplatten im Pratzenring 8 vorgesehen. Sämtliche Ringleitungen l6 und 17 werden von einer Zuführungsleitung 18 für das Kühlmedium, die durch den hohlen Kippzapfen 10 geführt ist, gespeist. Sämtliche Sammelleitungen sind an die Ableitung 19 angeschlossen, die durch den hohlen Kippzapfen 11 führt.

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In Fig. 3 ist die Gefäßwandung la des Stahlwerkskonverters 1 ein Teil des Tragringes 20, d. h. als vierte Wandung eines geschlossenen Kastenprofils dient die Gefäßwandung la. Innerhalb des Tragrings 20 ist wiederum wie bereits in Fig. 1 gezeigt und beschrieben die hohle Wandplatte 13b angeordnet. Zwischen Gefäßwandung la und äußerer Fläche der hohlen Wandplatte 13b ist ein Spalt 21 gelassen, der praktisch nur wenige Millimeter oder Zentimeter breit zu sein braucht. Es kommt daher zu einer besonders intensiven Wärmeübertragung» wenn dieser Spalt nur eine geringe Breite besitzt. Eine diesem Spalt entsprechende Luftschicht bildet bereits die Ausgangsbasis für die ftbertragung der Wärme durch Strahlung.

Die Wandplatten 13 sind einfach ein- und wieder auszubauen. P Die Befestigungsarten sind in den Figuren 4 bis 9 gezeigt. An einer äußeren Fläche befinden sich Abstandshalter 22 mit einer Flanschplatte 23 für eine Schrauben-Befestigung an beliebiger Stelle. Die Abstandshalter 22 können vorzugsweise gleichzeitig als Zu- und Abflüsse dienen. Die Absfcands-• halter 22 eignen sich in gleicher Welse für alle in den Figuren 4 bis 9 gezeichneten AusfUhrungsformen.

Fig. 4 zeigt den äußeren Umriß einer aus ebenen Blechwänden hergestellten erfindungsgemäßen hohlen Wandplatte. Dabei kann die hohle Wandplatte in ihrer äußeren Form gemäß Fig. 5 selbst eben sein oder gem. Fig. 6 eine Form aufweisen, die dem Verlauf der zu kühlenden Gefäßwandung entspricht. Die ebene Außenform ist mit 24 und die gewölbte mit 24a bezeichnet.

In den Fig. 7 bis 9 ist die erfindungsgemäße hohle Wandplatte in einer weiteren Herstellungs- bzw. AusfUhrungsform dargestellt. Die der hohlen Wandplatte 13 entsprechende Doppelwand ist aus einer Anzahl von Rohren 25 gebildet, die jeweils mit ihren Enden in Sammelrohre 26 und 27 münden. Die ebene Grund-

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fern? ist in fig. 8 »it 24 bezeichnet und die gewölbte Form in Fiif. 9 wit 24§.

Die Gestaltung dtr erTindungggemäßen hohlen Wandplatte Kann in isghrfacher Hinsioht abgeändert sein. So ist z. B. zweckmäßig, die SuIfPf Pläche der Wandplatten für die Strahlungswärme aufnahmefähig zu gestalten. Sie kann u. a. durch eine entsprachende Wahl des Werkstoffes als auch durch besondere

bzw. Farbgebung bewirkt werden.

In Sntrfent gBSQgfne Drucksehriftgn:
|.#§|.9|P

Claims (8)

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1. Kühlvorrichtung für ein warmgängiges Gefäß, insbesondere fUr einen Stahlwerkskonverter, die aus einem mit Zu- und Abflüssen versehenen hohlen Körper besteht und mit deren Hilfe von der Gefäßwandung Wärme auf das im Innern strömende Kühlmedium übertragbar ist,

dadurch gekennzeichnet,

daß eine hohle Wandplatte (lj5a bis 13c) gegenüber einer zu kühlenden Gefäßwandzone (la) vorgesehen und daß die Wandplatte (13) innerhalb des Wirkungs-Abstandes der von der Gefäßwandzone ausgehenden Wärmestrahlung angeordnet 1st.

2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Wandplatte (13) dem Verlauf (24, 24a) einer ausgewählten Gefäßwandzone (la) angepaßt ist*,

3. Kühlvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Wandplatte (13) aus ebenen, paarweise parallel sich gegenüberliegenden Seitenwänden (Flg. 4 bis 5) oder aus Bohrwänden (Flg. 7 bis 9) gebildet ist.

4. Kühlvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

daß an eine» auf einen Tragring (6 bzw. 20) abgestützten Stahiwerkskonyerter (l) einzelne Wandplatten (13) zwischen Tragringwand und Gefäßwand (la) über den Gefäßufflfang verteilt vorgesehen sind.

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ORtGtNAL INSPECTED

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5. Kühlvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet,

daß an einem auf einen Tragring (6 bzw. 20) abgestützten Stahlwerkskonverter (l) eine zusammenhängende, aus einem oder mehreren Rohrstücken (25) gebildete Wandplatte zwischen Tragringwand und Gefäßwand (l) vorgesehen ist.

6. Kühlvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

daß die Wandplatten (13) zusätzlich an einem Schlacken-Schutzschild (12), einem Pratzenring (7»8) oder vor der öffnung der am Tragring (6 bzw. 20) eines Stahlwerkskonverters (l) befestigten Kippzapfen (10,11) angeordnet sind.

7- Kühlvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,

daß die Wandplatten (13) entweder mit Abstandshaltern (22) an der Gefäßwandung (la) selbst oder an einem mit dem Gefäß (l) in Verbindung stehenden Teil (7,8,12) bzw. an einem vom Gefäß (1) getrennten Teil einer das Gefäß (l) umgebenden Einrichtung befestigt sind.

8. Verfahren zum Betreiben der Kühlvorrichtung nach den · Ansprüchen 1 bis 7*
dadurch gekennzeichnet,

daß anstelle von Kühlwasser ein sich entspannendes inertes Gas oder eine Mischung von Luft und einem inerten, verflüssigten Gas durch die Wandplatten geleitet wird.

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