DE2301295C3

DE2301295C3 - Kühlanlage für einen Schachtofen, insbesondere einen Hochofen

Info

Publication number: DE2301295C3
Application number: DE19732301295
Authority: DE
Inventors: Cornelis Van Der Akersloot Vliet (Niederlande)
Original assignee: Hoogovens Ijmuiden Bv Ijmuiden (niederlande)
Current assignee: Hoogovens Ijmuiden Bv Ijmuiden (niederlande)
Priority date: 1972-01-11
Filing date: 1973-01-11
Publication date: 1978-05-24
Also published as: JPS4911709A; DE2301295B2; DE2301295A1; GB1382001A; NL7200418A

Description

'5 Die Erfindung betrifft eine Kühlanlage für einen Schachtofen, inbesondere für einen Hochofen bei der auf der Außenseite der zu kühlenden Ofenwandbereiche ein flüssiges Kühlmittel enthaltender Kühlungsraum votgesehen ist, welcher mit einer Anlage zum

■!o drucklosen Umwälzen des Kühlmittels verbunden ist und über seinem oberen Ende einen Behälter aufweist, in welchem verdampfte Anteile des Kühlmittels von dessen flüssiger Phase abtrennbar sind, wobei der Behälter mit dem oberen und unteren Bereich des das Kühlmittel enthaltenden Kühlungsraums verbunden ist und gemäß Hauptpatenl 2152 759.3 der Behälter in direkter freier Verbindung mit dem oberen Ende des Kühlungsraums steht und unmittelbar auf dessen Oberseite vorgesehen ist und daß der Kühlungsraum

durch eine etwa parallel zur Außenseite des Ofens angeordnete Zwischen-Leitwand in zwei Teilräume unterteilt ist, die am oberen und unteren Ende offen miteinander kommunizieren.

Infolge der Ausbildung der im Stammputent beschrie-

->5 benen Umwälzanlage für Kühlflüssigkeit hat es sich als möglich erwiesen, eine wirksame und zuverlässige Kühlung von Teilen der Ofenwand mit vergleichsweise einfachen Mitteln nach dem Verdampfungskühlprinzip zu erzielen. Hierbei hat es sich gezeigt, daß speziell im Fall von großen und thermisch hoch belasteten Öfen eine gleichmäßigere Kühlung gewährleistet werden kann, die auch zu einem geringeren Verschleiß des feuerfesten Mauerwerks des Ofens führt.

Bei Anwendung dieser Kühlungsart auf einen Hochofen wurde die Kühlanlage bisher nur im Bereich der sogenannten Rast des Ofens vorgesehen. Es ist üblich, im Bereich des sogenannten Gestells des Ofens eine Sprühkühlung mit Flüssigkeit vorzusehen.

Irn Bereich der Ofenrast wird das feuerfeste Mauerwerk infolge der konischen Form der Rast und unter Schwerkrafteinfluß nach außen gegen den äußeren Metallmantel gedrängt. Hierdurch wird eine dersirt innige Berührung hervorgerufen, daß keine besonderen Probleme bezüglich einer guten Wärmeübertragung bzw. -abfuhr vom Innenraum des Ofens über das Mauerwerk und den Metallmantel zur Kühlanlage bestehen.

Bei der Kühlung des Schachts eines Hochofens, der sich in Aufwärtsrichtung verjüngt, wird jedoch eine

^ft0 Schwierigkeit dadurch hervorgerufen, daß das feuerfeste Mauerwerk spezielle Maßnahmen erfordert, um in gutem Kontakt mit dem äußeren Metallmantel zu bleiben. Dies ist selbstverständlich darauf zurückzuführen, dab das Mauerwerk dieses Teils des Ofens bestrebt ist, sich wegen der Verjüngung bzw. konischen Gestalt von dem es umgebenden Metallmantel zu trennen, wobei diese Tendenz durch die Abwär!sbewe»un<* der Charge irn OLn, welche Reibungskräfte auf das

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Mauerwerk ausübt, noch verstärkt wird. Eine übliche Maßnahme, um dieses Mauerwerk mit dem Metallmantel des Ofens in Koniakt zu halten, besteht in der Verwendung von sogenannten Kühlplatten in Form von wassergekühlten Elementen, welche sich durch den Metallmantel in das feuerfeste Mauerwerk erstrecken und dabei eine Stützfunktion dem Mauerwerk gegenüberausüben.

Im Hinblick auf diese und andere Überlegungen bestand bisher in der Fachwelt die Auffassung, daß sich die Kühlanlage nach Patent 21 52 759 nur längs der Rast des Ofens erstrecken sollte, und zwar hauptsächlich im Hinblick darauf, daß es als nicht möglich angesehen wurde, eine gute Wärmeübertragungsberührung zwischen dem Mauerwerk des Ofenschachts und dem dieses umgebenden Metallmantel aufrechtzuerhalten. F.ine andere Überlegung besteht darin, daß es als unmöglich oder ziemlich unzweckmäCig angesehen wurde, die Kühlanlage längs einer ziemlich scharfen Biegung in der Ofenwand verlaufen zu lassen, da dies die Verdampfungskühlung nachteilig beeinflussen würde.

Aufgabe der Erfindung ist es mithin, eine Kühlanlage für einen Schachtofen insbesondere einen Hochofen zu schaffen, welche u. a. aufgrund verbesserten Wärmeübcrtragungskont.ikts zwischen Ofenschachtmauerwerk und seinem Metallmantel auch in anderen Bereichen als nur der Rast angebracht weiden kann, wobei vor allem auch eine ausreichende Verdampfungskühlung an scharfen Biegungen der Ofenwand ermöglicht wird.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß mehrere Umwälzsysteme, die jeweils durch einen Doppelwandraum gebildet werden, übereinander längs verschiedener Teile der Außenfläche des Ofens angeordnet sind und im wesentlichen unabhängig voneinander arbeiten. Auf diese Weise ist es möglich, voneinander unabhängige Kühlanlagen längs Teilbereichen einer Ofenwand anzuordnen, die jeweils keine oder praktisch keine Abbiegungen, d. h. Knicke über ihre Höhe hinweg besitzen. Es hat sich als gut möglich erwiesen, einen so guten Wärmeübertragungskontakt zwischen dem feuerfesten Mauerwerk im Ofenschacht und dem dieses umgebenden Metallmantel zu erreichen, daß die Erfindung sehr wirksam auf diesen Teil des Ofens angewandt werden kann.

Die wesentlichen Vorteile der vorgeschlagenen Verbesserung iassen sich erzielen, wenn zwei Umwälzsysteme vorgesehen werden, von denen das untere um einen Teil der Ofenrast und das obere zumindest um den Unterteil des Ofenschachts herum angeordnet ist. Außerdem sind durch ein solches Umwälzsystem um das Gestell und ein weiteres derartiges System um einen Teil der Rast herum zusätzliche Vorteile erzirlbar.

Obgleich es möglich ist, das obere Umwälzsystem sich über die Gesamthöhe des Ofenschachts erstrecken zu Iassen, scheint es auf der Grundlage von verfahrenstechnischen und konstruktiven Überlegungen vorteilhafter zu sein, den Oberteil des Ofenschachts auf herkömmlichere Weise zu kühlen.

Diese Kühlung des Ofen-Oberteils kann auf herkömmliehe Weise mit Hilfe von Kühlplatten erfolgen, die sich in das feuerfeste Mauerwerk des Ofens hinein erstrecken; erfindungsgemäß ist es auch möglich, diesen Teil des Ofens mit Hilfe von an sich bekannten Tafel-Kühlelementen (Daubenkühler) zu kühlen. Zur Gewährleistung einer ausreichenden Kühlung auch im Bereich der Übergangszone zwischen den beiden Umwälzsystemen, die beim Bereich zwischen Rast und

Schacht die Zone ist, in welcher sich üblicherweise der den Schacht getrennt vom Unterbau des Ofens tragende Tragring des Ofens befindet, kann sich die untere Doppelwandkonstruktion aufwärts bis in dichte Nahe an den Tragring heran erstrecken, während sich die obere Doppelwand-Kühlanordnung abwärts ebenfalls bis dicht an den Tragring heran erstreckt. Trotzdem zeigt es sich hierbei, daß die Kühlung der Übergangszone Schwierigkeiten aufwerfen kann, die sich erfindungsgemäß dadurch ausräumen Iassen, daß die Übergangszone zwischen den beiden Umwälzsystemen als Kühlmantel ausgeführt wird, der in seinem Inneren zwischen Doppelwänden hohl ist und der von Wasser durchströmt werden kann, wobei der Austrag des Wassers aus dem Mantel vorzugsweise einen Teil der Nachfüllanlage zum Nachfüllen des verdampften Kühlwassers in mindestens einem der beiden Umwülzsysieme darstellt.

Wie erwähnt, hat es sich als möglich erwiesen, im Bereich des oberen Umwälzsystems Vorkehrungen zu treffen, um das feuerfeste Mauerwerk in Kontakt mit dem Metallmantel zu halten. Gemäß einer möglichen und bevorzugten Ausführungsform einer solchen Konstruktion bestehen diese Vorkehrungen erfindungsgemäß aus Ankern, die am Metallmantel befestigt sind, sich einwärts erstrecken und das feuerfeste Mauerwerk an diesem Mantel verankern. Eine andere mögliche Ausführungsfonn der Erfindung besteht darin, daß sich die flüssigkeitsgekühlten Kühlplatten durch den Doppelwand-Kühlraum in das Mauerwerk erstrecken. Die Doppelwände sollten in diesem Fall im Bereich dieser Kühlplatten mit einer hohlen Hülse versehen sein, die eine vollständige Trennung der Kühlplatte gegenüber dem Raum in der Doppelwand ermöglicht. Da die Kühlplatten in diesem Fall nur eine Stützfunktion für das Mauerwerk und kaum eine Kühlfunktion besitzen, braucht nur eine sehr kleine Zahl dieser Kühlplatten vorgesehen sein. Trotzdem hat es sich gezeigt, daß die Kühlplatten eine erhebliche Komplizierung der Konstruktion bedeuten und sogar einen nachteiligen Einfluß auf die Arbeitsweise der Verdampfungskühlung haben können. Im Hinblick hierauf wird erfindungsgemäß bevorzugt eine Konstruktion angewandt, bei welcher das feuerfeste Mauerwerk der Ofenwand selbst in der Weise ausgebildet ist, daß es ohne spezielle Verankerungsmittel od. dgl. in Berührung mit dem umgebenden Metallmantel bleibt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß das Mauerwerk der Ofenwand erfindungsgemäß zumindest teilweise aus Steinen von gegenseitig ineinandergreifender Form gebildet wird. Erfindungsgemäß ist es auch möglich, das Mauerwerk zumindest teilweise aus Steinen aufzubauen, deren Ober- und Unterseiten in zusammengesetztem Zustand in Radialrichtung des Ofens nach außen abwärts geneigt sind. Hierbei besitzen alle abwärts gerichteten, auf diese Steine ausgeübten Kräfte, mit Ausnahme der unteren Steine, eine Komponente, welche diese Steine radial nach außen drängt.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen schematischen lotrechten Schnitt durch einen Hochofen mit einer Kühlanlage mit Merkmalen nach der Erfindung,

Fig. 2 einen in vergrößerten Maßstab gehaltenen lotrechten Schnitt durch einen Teil der Hochofenwand gemäß Fig I_-

Fig. 2a eine in noch weiter vergrößertem Maßstab

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gehaltene Detailansichl eines Teils von [■' ι g. 2,

Fig. 3 eine in erheblich vergrößertem Maßstab gehaltene weitere Detailansichl eines Teils von F i g. 2 zur Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform.

Fig. 1 zeigt teilweise im lotrechten Längsschnitt und teilweise in Seitenansicht schematisch einen Hocholen I. Um die Rast 2 des Ofens herum ist eine Kühlanlage gemäß dem Stammpatcnl vorgesehen, wahrend um den Schacht 12 herum eine /weite, ähnliche Kühlanlage vorgesehen ist. Beide Kühlanlagen sind in Fig. 1 nur ,,, teilweise und schematisch dargestellt. Sie bestehen im wesentlichen aus einer Doppelwand, die in Umfangsrichtung aus einem Satz von Abschnitten aufgebaut ist. von denen zwei bei 3,4 und 7,8 angedeutet sind. An das untere Ende jeder Doppelwand sind Dampf-Ausiaßlei- n tungen angeschlossen, von denen je zwei bei 5,6 bzw. 9, 10 angedeutet sind. Aufbau und Arbeitsweise der Kühlanlagen sind im genannten .Stammpatent näher erläutert, auf welches hiermit Bezug genommen wird, so daß sich eine genauere Beschreibung an dieser Stelle erübrigt. In der Übergangszone zwischen Rast 2 und Schacht 12 ist die übliche Mctallkonstruktion mit dem Tragring 11 für den Schacht 12 vorgesehen, welche einen engen Kontakt zwischen den beiden Kühlanlagen unmöglich macht. _;<,

F i g. 2 veranschaulicht den in Höhe der Kühlanlagen 4 und 8 befindlichen Teil der Ofenwand deutlicher. Daraus ist ersichtlich, daß der Tragring 11 durch Säulen 13 gestützt wird, die einen Teil einer Meiallkonstruktion bilden, was jedoch, da üblich und für den Fachmann \υ offensichtlich, nicht erfindungswesenllich ist. Die Kühlanlage 4 erstreckt sich von einer ein kurzes Stück über den Windformen 14 gelegenen Stelle bis unmittelbar oder dicht an den Tragring 11 heran. Bei dieser Kühlanlage sind ein ringförmiges Zwischen-Leitblech ^ 17 und ein Abweis- und Spritzblech 18 vorgesehen, welche für eine Umlaufströmung in der Kühlanlage 4 und für eine Auftrennung von mit dem Dampf mitgeführten Wassertröpfchen im Wasserstrom sorgen, wie dies im Stammpatent näher erläutert ist. Auf ähnliche Weise sind in der Kühlanlage 8 Leitbleche 19 und 20 vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform ist über der Kühlanlage 8 in der Wand des Ofenschachts 12 ein Plattenkühler(Daubenkühler) 15 angeordnet. Konstruktion und Arbeitsweise eines solchen Kühlers sind allgemein bekannt, so daß an dieser Stelle auf eine nähere Erläuterung verzichtet werden kann.

Im Bereich des Ofenschachts 12 sind Mittel wie Stahl-Anker 25 (F i g. 4) beispielsweise durch Schweißen mit dem umschließenden Stahlmantel verbunden.

welche sich in das Mauerwerk erstrecken und lel/teres am Stahlmantel verankern. Diese Anker können hohl sein, wobei /u ihrer Kühlung Wassei durch sie hindurch umgewälzt werden kann.

In I i g. 2 ist das obere Ende der Anordnung von F i g. 2 in vergrößertem Maßstab und in etwas abgewandelter Ausfuhrungsform dargestellt. Anstelle der Daubenkühler sind mehrere Kühlplatten üblicher Konstruktion vorgesehen, von denen zwei bei lh angedeutet sind.

Bei der Konstruktion gemäß F ig. 2 wird Naclifiillwasser über den Abweis- und Sprit/blechen 18 und 20 durch übliche, nicht dargestellte Hinrichtungen zugeführt. Das Wasser, welches das in der Anlage vorhandene Wasser ergänz! und sich Ober dem Abweisblech 18 befindet, dient zur Kühlung der Übergangszone zwischen den Kühlanlagen 4 und 8. Falls diese Kühlung nicht ausreicht, kann auf eine andere Ausführungsform zurückgegriflen werden, wie sie z. B. in Fig. 3 in vergrößertem Maßstab dargestellt ist. Hierbei ist der Raum zwischen dem Abweisblech 18 und dem Tragring 11 als ein sich um den ganzen Ofen herum erstreckender und durch Balgen 22 umschlossener Ringraum 21 ausgebildet, welcher von Wasser durchströmt wird. Das durch diesen ganzen Ringraum strömende Wasser wird anschließend über das Abweisblech 18 als Nachfüllwasser in die Kühlanlage 4 geleitet.

F i g. 4 zeigt eine Ausführungsform eines Ankerleils zur Verankerung des feuerfesten Mauerwerks des Schachts 12 am umgebenden Metallmantel. Dabei ist ein durch eine Kühlplatte 26 üblicher Konstruktion gebildeter Anker 25 dargestellt, der sich durch die Kühlanlage 8 in das Mauerwerk des Schachts 12 erstreckt. Zur Verwirklichung dieser Konstruktion ist eine Hülse an der Stelle vorgesehen, an welcher die Kühlplatte 26 die Doppelwand-Kühlanlage 8 durchsetzt; diese Hülse verhindert, das Kühlwasser aus dem Doppelwandraum 8 längs der Kühlplatte 26 nach außen dringt. Die Kühlplatte 26 ist mittels eines Flansches 27 an der Kühlanlage 8 befestigt. Über Speise- und Auslaßleitungen 28 bzw. 29 zirkuliert Kühlwasser durch die Kühlplatte 26.

Ebenso ist ersichtlich, daß die Erfindung nicht auf die Anwendung bei einem Hochofen beschränkt ist. sondern auf entsprechende Weise auch bei anderen Ofenarten angewandt werden kann, bei denen die Höhe der zu kühlenden Wand oder ihre Form mit einem Knick oder einer aufwärts verlaufenden Verjüngung eine Unterteilung der Verdampfungskühlanlagc wünschenswert macht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

23 Ol 295 Patentansprüche:

1. Kühlanlage für einen Schachtofen, insbesondere für einen Hochofen, bei der auf der Außenseite der zu kühlenden Ofenbereiche ein flüssiges Kühlmittel enthaltender Kühlungsraum vorgesehen ist, welcher mit einer Anlage zum drucklosen Umwälzen des Kühlmittels verbunden ist und über seinem oberen Ende einen Behälter aufweist, in welchem verdampfte Anteile des Kühlmittels von dessen flüssiger Phase abtrennbar sind, wobei der Behälter mit dem oberen und unteren Bereich des das Kühlmittel enthaltenden Kühlungsraums verbunden ist und gemäß Hauptpatent 2152 759 der Behälter in direkter freier Verbindung mit dem oberen Ende des Kühlungsraumes steht und unmittelbar auf dessen Oberseite vorgesehen ist und daß der Kühlungsraum durch eine etwa parallel zur Außenseite des Ofens angeordnete Zwischen-Leitwand in zwei Teilräiime unterteilt ist, die am oberen und unteren Ende offen miteinander kommunizieren, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Umwälzsysteme (z. B. 4, 8), die jeweils durch einen Doppelwandraum gebildet werden, übereinander längs verschiedener Teile der Außenfläche des Ofens (1) angeordnet sind und unabhängig voneinander arbeiten.

2. Kühlanlage für einen Schachtofen, insbesondere einen Hochofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei solche Umwälzsysteme vorgesehen sind, von denen das untere und einen Teil der Ofenrast (2) und das obere zumindest um den Unterteil des Ofenschachts (52) herum angeordnet ist.

3. Kühlanlage für einen Schachtofen, insbesondere einen Hochofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der restliche Teil des Ofenschachts (12) zu Kühlzwecken mit an sich bekannten Kühlpiattcn

(15) versehen ist, die von der Außenseite in das feuerfeste Mauerwerk des Ofens hineinreichen.

4. Kühlanlage für einen Schachtofen, insbesondere einen Hochofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der restliche Teil des Ofenschachts (12) durch an sich bekannte Kühltafeln (Daubenki'ihler)

(16) kühlbar ist.

5. Kühlanlage für einen Schachtofen, insbesondere einen Hochofen nach einem der Ansprüche 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Übergangszone zwischen den beiden Umwälz-Kühlsystemen als Kühlmantel ausgebildet ist, der in seinem Inneren zwischen Doppelwänden hohl ist und welcher von Wasser durchströmt ist.

6. Kühlanlage für einen Schachtofen, insbesondere einen Hochofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßleitung für Wasser aus dem Kühlmantel einen Teil der Nachfüllanlage mindestens eines der beiden Umwälz-Kühlsysteme {Λ, 8) bildet, um verdampftes Kühlwasser nachzufüllen.

7. Kühlanlage für einen Schachtofen, insbesondere einen Hochofen nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zone des oberen Umwälz-Kühlsystenis (8) Vorkehrungen getroffen sind, um das feuerfeste Mauerwerk in Berührung mit derOferi-Außenwand zu halten.

8. Kühlanlage für einen Schachtofen, insbesondere einen Hochofen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet Haß Hie genannten Vorkehrungen die Form von Ankern besitzen, welche an dem den Ofen als seine Außenwand umgebenden Metallmantel befestigt sind.

9. Kühlanlage für einen Schachtofen, insbesondere einen Hochofen nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Vorkehrungen aus Kühlplatten (25) bestehen welche den Doppelwandraum des oberen Umwälz-Kühlsystems (8) durchsetzen und sich in das Mauerwerk erstrecken, und daß die Kühlplatten für ihre Innenkühlung mit Einrichtungen (28, 29) zur Ermöglichung eines Flüssigkeitsdurchsatzes durch sie versehen sind.