DE2313320A1

DE2313320A1 - Durch umgiessen eines oder mehrerer rohre, insbesondere kuehlrohr, geformtes gussteil

Info

Publication number: DE2313320A1
Application number: DE2313320A
Authority: DE
Inventors: Colin Frederick Widmer
Original assignee: James Brown and Sons Ltd
Current assignee: James Brown and Sons Ltd
Priority date: 1972-03-20
Filing date: 1973-03-17
Publication date: 1973-10-04
Also published as: CA989587A; BE796974A; LU67239A1; ZA731865B; GB1424532A; IT981492B; JPS495825A; IN138261B; AR197029A1; CH576831A5; AU467449B2; NL7303901A; AU5345273A; DD103580A5; SE382574B; ES413355A1; FR2176882B1; FR2176882A1

Description

PATENTANWÄLTE

CHpWn₀. P. WiRTH · Dr. V. SCHMIED-KOWARZiK DfpL-mg. G, DANNENBERG · Dr. P. WEJNHOLD · Dr. D. GUDEL

26H34 β FHANKFUBTAM MAIN

TELEFON C0611)

' 287014 GR ESCHENHEIMER STRASSE 38

16. März 1973
PW/-mr-

James Browm & Sons Ltd. Commercial Street, Middlesbrough,Seesside 3?S2 1QA jßngland

Durch Umgiessen eines oder mehrerer Rohre, insbesondere Kühlrohr, geformtes Gussteil :

Die Erfindung betrifft ein Gussteil, das mindestens ein darin eingebettetes Rohr, insbesondere für eine Kühlmittelieitung enthält, und bezweckt"Hie Verbesserung der Kühlung oder Wärmeübertragungsrate zwischen einem Gussteil und einem Kühlmittel oder einer sonstigen Substanz von oder zu der Wärme übertragen werden soll.

Bei der Herstellung von GüBsteilen, die Wärme übertragen sollen, ist es üblich, das Metall um ein Rohr herumzugiessen, durch das eine Flüssigkeit oder ein Gas hindurchgehen kann, Das Rohr kann in Anpassung an die Gestalt des Gussteils geformt und dort angebracht werden, wo die grösste Wärmeübertragung erforderlich ist. Das Rohr bildet auf diese Weise einen Kanal, der leckdicht ist, unabhängig von der Qualität des Gussteils und es kann die Gestalt einer leitung · haben, die durch einen normalen Giessvorgang unter Verwendung von Kernen nicht herstellbar wäre.

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,Hierbei ist es üblich, glatte Rohre zu verwenden, die jedoch den Nachteil haben, daß es schwierig ist, eine Verschmelzung oder wenigstens innigen Kontakt eines großen Teils der Oberfläche zu erzielen. Dadurch wird der Wirkungsgrad der Wärmeübertragung merklich herabgesetzt. Auch kann ein glattes*; Rohr in manchen Fällen die Ursache starker Fehler in dem : -· Gußteil sein, die wiederum zu örtlich sehr geringer Wärme- ·. übertragung und Schwächung des Gußteils führen.

Es wurde nun gefunden, daß durch Verwendung eines auf der : Außenseite mit Rippen versehenen oder eines gewellten Rohres, mit oder ohne zusätzliche Mittel an der Innenseite zum Verhindern laminarer Strömungsbedingungen, der Wirkungsgrad der Wärmeübertragung gesteigert und in manchen Fällen die Gußfehler in der Nähe des Rohres vermindert oder vermieden werden können.

Diese«Vorteile lassen sich dadurch erreichen, daß eine größere Kontaktfläche zwischen dem Rphr und dem. Metallguß zur Verfügung steht. Außerdem können dünnwandige Rohre aus schlechten Leitern, wie z.B. aus rostfreiem Stahl verwendet werden, selbst in Fällen, wo die Kontraktion, des gegossenen Metalls größer ist als die des Rohres j in allen solchen Fällen ergibt die Verwendung eines gewellten oder äußerlich, mit Rippen versehenen Rohres einen innigen mechanischen Kontakt über eine wesentlich größere Fläche als diejenige, die zur Verfügung steht, wenn ein glattes Rohr verwendet wird.

Beispielsweise ist es erforderlich, weim ein Kupferrohr hoher Leitfähigkeit in ein La_:ge? aus Kupferlegierung eingegossen werden soll, dieses Rohr, ,zu kühlen* um zu verhindern, daß es schmilzt, wenn das Metall herumgegossen wird* Aufgrund der Erfindung ist es möglich, ein dünnwandiges, gewelltes Rohr

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aus rostfreiem Stahl zu verwenden, das dem geschmolzenen Metall widersteht und die gleiche Temperatur wie dieses erreicht, somit mit der gleichen Rate kühlt wie das Gußteil. Hinzu kommt, daß, weil das Rohr die gleiche Temperatur wie das geschmolzene Metall erreichen kann, Fehler infolge von Gas oder Einschlüssen an der Oberfläche des Rohres weniger wahrscheinlich sind. Außerdem ergi.bt sich ein besserer Wirkungsgrad der Kühlung des zusammengesetzten Werkstückes, weil das gewellte Rohr eine größere Oberfläche hat und laminare Strömungsverhältnisse in seinem Inneren verhindert. Schließlich hat sich auch gezeigt, daß das dünne gewellte Rohr die Herstellung vereinfacht, weil es sehr leicht in die erforderliche Form gebogen werden kann.

Ein weiteres Problem ist wie folgt gelagert: es gilt allgemein, daß bei der Verwendung wassergekühlter Kupferbauteile an Hochöfen es erforderlich ist, ein wirksames Kühlsystem vorzusehen, um zu verhindern, daß solche Bauteile durch die große Hitze, der sie ausgesetzt sind, schmelzen oder beschädigt v/erden. Es ist auch bekannt, daß gewisse Vorteile dadurch erreichbar sind, daß mehr als eine Kammer innerhalb des Kupferbau-fils vorgesehen wird, so daß im Falle einer Beschädigung des vorderen Teils das Wasser abgestellt werden kann, ohne dadurch die hintere Kammer zu beeinflussen.

Im Falle von Windformen für Hochöfen wird es als zweckmäßig angesehen, ein in die Nase bzw. Blasform eingegossenes Rohr als gesonderte Kammer zu verwenden, aber wenn hierfür ein glattes Rohr benutzt wird, ist es erforderlich, dafür ein Material hoher Wärmeleitfähigkeit, wie Kupfer, zu verwenden. Dessen Innenfläche hat jedoch zwangsläufig nur einen kleinen Oberflächenbereich, verglichen mit der Oberfläche der der Hitze ausgesetzten Windform, was zu einer unzureichenden Kühlung im Bereich der Blasform führt. Um sicherzustellen, daß

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' das Kupferrohr während der Herstellung des Gußteils nicht schmilzt, muß es kalt sein, wodurch sich eine gewisse Gefahr für den Gießvorgang ergibt, weil Fehlstellen infolge von Gas oder Einlagerungen dazu neigen, bei der raschen Verfestigung des Kupfers gegen das kalte Rohr Einschlüsse zu bilden. Die Lunker, Einlagerungen und der Mangel an gutem Kontakt zwischen, dem gegossenem Kupfer und dem Rohr vermindern die Wärmeübertragung zwischen dem Kühlwasser und dem Kupferguß.

Wenn ein Rohr mit äußeren Rippen verwendet wird, kann die Kontaktfläche bis zum Fünffachen der eines glatten Rohres mit gleich großer Bohrung betragen, und der Kontakt an den Rippen ist im allgemeinen von wesentlich besserer Qualität. Die Qualität und die Größe der Kontaktfläche zwischen einem mit Rippen versehenen Rohr und dem Kupferguß in der Nase bzw. der Blasform einer Windform ist ausreichend, um die Verwendung eines Materials geringerer Leitfähigkeit zu ermöglichen, wie beispielsweise Nickelkupfer, welches keine Kühlung während des Gießvorganges erfordert, da es die Temperatur des darum* •herumgegossenen Kupfers aus'hält und damit die bessere Qualität der Kontaktfläche gewährleistet.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert, und zwar zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein wassergekühltes Lager;

Fig. 2 eine Ansicht in Richtung des Pfeils A der Fig. 1;

Fig. 3 eine Einzelheit der Fig. 2 in größerem Maßstabe;

Fig. 4 einen Schnitt durch eine wassergekühlte ■-■■■■ 3098A0/0871

/ Windform für einen Hochofen; und

Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie B-B der Fig. 4.

Das wassergekühlte Lager nach Fig. 1 bis 3 besteht aus einem Gußteil 10 aus einer Kupferlegierung, das eine teilzylindrische Lagerfläche 11 bildet (die nachträglich mit Weißmetall oder einem anderen Lagermaterisl ausgekleidet werden kann) und das um ein dünnwandiges, gewelltes Rohr 12 aus rostfreiem Stahl herumgegossen wurde. Die Wellungen des Rohres 12 sind in Fig. 1 und 2 nicht gezeigt, aber sind aus der Vergrößerung in Fig. 3 ersichtlich, wo erkennbar ist, daß die Wellungen Kämme 13 und Täler 14 auf der Innenseite des Rohres 12 bilden, die laminare Strömungszustände verhindern, sowie entsprechende Täler 13 und Kämme 14 an der Außenseite des Rohres. Dieses gewellte Rohr 12 hat etwa die 2 1/2-fach© Oberflächenausdehnung eines glatten Rohres und läßt sich leicht durch Biegen zu der gewitschten gebogenen Gestalt verformen.

Die Wellungen können eine Reihe von Tälern und Kämmen in rechten Winkeln zur Länge des Rohres bilden, d.h. die Gestalt von konzentrischen Ringen haben, oder eine einfache oder mehrgängige Schraube bilden.

Die wassergekühlte Windform nach Fig. 4 und 5 ist von allgemein bekannter Bauart durch Gießen einer Kupferlegierung um ein kreisforanges Kühlrohr 15 in der Nase b2w. Blasfora 16 einer Windfora gebildet _% wobei ein Einlaßttutze» 17 und ein Auslaßstutzen 18 mit de» Bohr 15 in Verbindung stehen· Eine Kühlwasserkammer 19 im Bauptkörp^r der Windform hat einen (hier nicht gezeigten) ginlaß und Auslaß für Kühlwasser, während die Blas form 16. gesondert über den Stutzen 17, das Rohr 1

/ und den Stutzen 18 gekühlt wird.

Das Merkmal, das die Windform dieses Ausführungsbeispiels von Windforaen nach dem Stand der Technik unterscheidet, besteht darin, daß das Rohr 15 aus Hickelkupfer hergestellt und auf der Außenseite mit Rippen versehen ist, wie Fig. 5 zeigt. Das Rohr 15 kann auch auf der Innenseite Rippen haben, um die Wärmeübertragung weiter zu verbessern. Die Stutzen 17 und 18 können auch aus Nickelkupfer bestehen., da jedoch keine Wärmeübertragung von und zu diesen Stutzen erforderlich ist» werden für diese Stutzen keine Rippen benötigt.

Das gleiche Prinzip läßt sich auch auf andere wassergekühlte _Ϋ bei Hochöfen Verwendung findende Kühlelemente anwenden, und es kann natürlich auch ein gewelltes Rohr anstelle des mit Rippen versehenen Rohres 15 verwendet werden.

.Die Erfindung ist natürlich nicht auf die im Ausführungsbeispiel angeführten besonderen Metalle und Metallkombinationea beschränkt, sondern es kann gfedes im Einzelfall geeignete Material verwendet werden.

Claims

16. März 1973 PW/-mr- Patentansprüclie

1. Durch Umgiessen mindestens eines Rohres mit Metall geformtes Gussteil, insbesondere für die Wärmeübertragung zwischen dem Körper des Gussteils und einem flüssigen oder gasförmigen Medium, welches durch das Rohr strömt, das während des Giessvorganges in das Gussteil eingebettet wurde, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (12,15) gewellt oder auf der Aussenaeite mit Rippen versehen ist.

2. Gussteil nach Anspruch 1,

dadurch geken nzeichnet, dass es die Form eines Lagers (11) hat.

3. Gussteil nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass es die Porm eines v/ass er gekühlten Kühleleisfciites für einen Hoclifen hat.

4. Gussteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das gewellte oder mit äusseren Rippen versehene Rohr (15)*. das die Hase bzw. Blasform (16) umgebende Kühlrohr der Windform . eines Hochofens ist, das in das Metall der Windform eingegossen und mit Ein- und Auslassstutzen für zirkulierendes Wasser versehen ist.

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5. Gußteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (12 bzw. 15) aus rostfreiem Stahl oder Nickelkupfer hergestellt ist.

6. Gußteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß das um das Rohr (12 bzw. 15) herumgegossene Metall eine Kupferlegierung ist.

7. Verfahren zum Herstellen eines Gußteils,in das ein Rohr eingebettet ist,

dadurch gekennzeichnet, daß das Metall des Gußteils um ein gewelltes oder mit äußeren Rippen versehenes Rohr herumgegossen: wird.

8. Verfahren nach Anspruch 9,

d a du r c h 'gekennzeichnet,
daß das Rohr aus rostfreiem Stahl oder Nickelkupfer hergestellt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,

daß um das Rohr herum als Metall eine Kupferlegierung gegossen wird.

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