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Verfahren und Durchführungsanordnung zur Kühlung besonders
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beanspruchter Wandzonen in metallurgischen Öfen Die Erfindung betrifft
ein Verfahren nebst Durchführungsanordnung zur Kühlung besonders beanspruchter Wandzonen
in metallurgischen Öfen durch in die Ofenwand eingebaute Kühlschlangen.
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Bestimmte Zonen der Ausfütterung metallurgischer Öfen, z.B. der Teil
der Wand, wo die Schlacke mit der Ausfütterung in Kontakt kommt, sind einem besonders
hohen Verschleiß ausgesetzt. Es ist bekannt, daß durch eine Kühlung des Ausfütterungsmaterials
in den genannten Zonen die Lebensdauer der Ausfütterung verlängert werden kann.
Den besten Schutz der Ausfütterung erhält man dann, wenn die Kühlung so stark ist,
daß sich auf der Innenseite der Ausfütterung eine Schicht aus erstarrter Schlacke
bildet.
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Zum Zwecke der Kühlung ist es bekannt, wassergekühlte Kühlkästen zu
verwenden, die man in oder hinter das Futter einbaut. Die Eühlung durch solche Kühlkästen
ist jedoch begrenzt, da es schwierig ist, einen guten Kontakt zwischen dem aus Ziegeln
bestehenden
Futter und den Kühlkästen herzustellen. Die Verwendbarkeit
der Kühlkästen ist auch dadurch begrenzt, daß sie aus Sicherheitsgründen nicht unterhalb
des Schmelzenniveaus eingesetzt werden können. Wenn nämlich das unter Druck stehende
Kühlwasser bei einem Durchbruch in die Schmelze gelangt, kann es zu schweren Explosionen
kommen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Durchführungsanordnung der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei denen
eine wirksame Kühlung der Ausfütterung erreicht wird0 Zur Lösung dieser Aufgabe
wird ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welches
erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale
hat.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens nach der Erfindung sind
in den Unteransprüchen 2 bis 8 genannt.
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Eine erfindungsgemäße Anordnung zur Durchführung des Verfahrens hat
die im kennzeichenden Teil des Anspruches 9 genannten Merkmale.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung dieser Durchführungsanordnung ist
im Unteranspruch 10 genannt.
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Eine Kühlung gemäß der Erfindung kann mit großem Erfolg auch unterhalb
des Schmelzenniveaus durchgeführt werden. Die Kühlung kann mittels metallischer
Kühlelemente erfolgen, die unter guter Anlage
in Aussparungen zwischen
den keramischen Formblöcken eingebaut sind, welche die Ausfütterung des Ofens bilden.
Die von der Ausfütterung übertragene Wärme wird von den metallischen Kühlelementen
mit Hilfe von in diesen eingegossenen Kühlschlangen abgeleitet, durch die ein mit
kleinen Wassertropfen gemischtes Gas mit großer Geschwindigkeit transportiert wird.
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Die Ausfütterung in metallurgischen Öfen besteht meistens aus feuerbeständigem
Material, wie z.B. keramischen Blöcken aus gesintertem oder geschmolzenem Dolomit,
Magnesit oder Aluminiumoxyd. Um ein Erstarren von Schlacke an der Innenseite des
Futters zu erreichen, muß die Wärmeleitfähigkeit des Futters sehr hoch sein, weshalb
sich Blöcke aus geschmolzenem Aluminiumoxyd als besonders geeignet erwiesen haben.
Die Kühlelemente werden am besten in mit guter rassform hergestellte Aussparungen
in den horizontalen Fugen zwischen den Ausfütterungsblöcken eingefügt. Aufgrund
des Gewichtes von der darüberliegenden Ausfütterung oder eines auf andere Weise
erzeugten Druckes erhält man zwischen den Kühlelementen und der Ausfütterung eine
gute Anlage, wodurch ein stets guter Wärmeübergang zwischen den Kühlelementen und
der Ausfütterung sichergestellt ist.
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Die Kühlelemente werden vorzugsweise aus Gußeisen hergestellt, während
die in ihren eingegossenen Kühlschlangen aus Stahl oder legiertem Stahl bestehen.
Als Transportgas, das die Wassertropfen durch die Kühlschlange treibt, dient beispielsweise
Luft, Stickstoff
oder ein anderes inertes Gas, das nicht mit dem
Eühlschlangenmaterial reagieren darf (nicht-korrosiv). Hierbei bildet sich auf der
Innenseite der Kühlschlange ein Wasserfilm, der von dem Transportgas vorangetrieben
wird. Die Wassermenge in diesem Gas wird so bemessen, daß ungefähr die Hälfte des
Wassers während des Transportes durch die Kühlschlange in Dampf überführt wird,
wodurch man eine effektive Kühlung erhält.
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Die Menge feinverteilten Wassers im Gas beträgt zweckmäßigerweise
10-50 % des Gasgewichtes, und die Strömungsgeschwindigkeit beträgt ca. 10-100 m/s.
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Dadurch, daß man auf geeignete Weise einen angepaßten Unterdruck in
den Rohrschlangen erzeugt, wird ein Einblasen von Transportgas und Wasser in den
Ofen im Palle eines Durchbruchs unmöglich gemacht, Daher kann eine Kühlung gemäß
der Erfindung auch unterhalb des Schmelzenniveaus angewandt werden.
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Eine Krustenbildung in den Rohrschlangen muß verhindert werden, damit
stets ein hoher Wärmeübergang garantiert ist. Dies erreicht man am besten dadurch,
daß das Wasser, das dem Transportgas zugesetzt wird, sehr rein (entionisiert) ist
und ebenso wie das Transportgas rezirkuliert wird. Die Wassertropfen werden in einer
geeigneten Zerstäubungseinrichtung, beispielsweise einem Ejektor, erzeugt. Dadurch,
daß man den gebildeten Dampf in einem Kühler aus dem Gas-Dampfgemisch herauskondensiert,
kann das Wasser rezirkuliert werden.
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Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen soll die
Erfindung näher erläutert werden.
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Fig. 1 zeigt einen Teil eines metallurgischen Ofens 1 mit einer Schlackenschicht
2 auf der Metallschmelze 3. Die Ofenausfütterung 4 enthält eine gemäß der Erfindung
gekühlte Zone 6, die nach außen durch eine Wärmeisolierung 5 abgedeckt ist. Die
gekühlte Zone 6 ist aus Kühleinheiten 7 aufgebaut, die ein inneres metallisches,
z.B. gußeisernes, Kühlelement 8 enthalten, in welches eine Eühlschlange 9 eingegossen
ist. Das Kühlelement 8 liegt zwischen einem oberen und einem unteren keramischen
Pormblock 10, 11, welche an der oberen, der unteren und der zum Ofeninneren gelegenen
Seite des Kühlelementes anliegen. Um einen guten Kontakt zwischen dem Kühlelement
8 und den Formblöcken 10, 11 sicherzustellen, sind die Kontaktflächen sorgfältig
nach ein und derselben Schablone gearbeitet. Um den Kontakt noch weiter zu verbessern,
werden die Kontaktflächen vor dem Zusammenlegen vorzugsweise mit einer dünnen Aufschlammung
eines sehr feinkörnigen Graphits bestrichen.
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Eine entsprechend der Erfindung gekühlte Zone der Ausfütterung ist
aus identischen Kühleinheiten 7 aufgebaut, die zum Erreichen der erforderlichen
Höhe aufeinandergestapelt sind. Eine abgepasste Anzahl solcher Stapel wird in horizontaler
Richtung nebeneinander verlegt.
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Die Wandfläche über den Kühleinheiten 7 besteht aus Ausfütterungsblöcken
12, die dieselbe Breite wie die Kühleinheiten haben, jedoch
auf
die Kühleinheiten 7 gestapelt sind. Hierdurch wird jede Kühleinheit durch das Gewicht
des auf ihr liegenden Stapels von Ausfütterungsblöcken individuell zusammengepreßt,
wodurch ein guter Kontakt zwischen den Kühleinheiten 7 und den Formblöcken 10, 11
und damit eine gute Wärmeübertragung zwischen diesen Teilen erzielt wird. Auf diese
Weise wird eine so gute Kühlung erreicht, daß sich eine Schlackenschicht 13 an der
Innenseite der Ofenwand ablagert.
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Durch die Kühlschlangen 9 strömt ein mit kleinen Wassertropfen vermischtes
Gas, das man von geeigneten Feinverteilungseinrichtungen 14, wie beispielsweise
Ejektoren, erhält. In diesen wird Wasser mit einem Gas von einem Kompressor 15 fein
verteilt. Das in den Rohrschlangen zurückströmende Gas-Dampfgemisch wird am zweckmäßigsten
in einem Kühler 16 gekühlt, so daß das Wasser auskondensiert und sich in einem Ausscheider
17 sammelt, von wo aus ein Teilstrom des Gases zum Kompressor 15 zurückgeführt und
das Wasser zu den Eåektoren 14 geleitet wird. Der Reststrom des Gases wird vom Ausscheider
17 in den Saugkopf 18 der Ejektoren geleitet.
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Auf diese Weise erhält man einen geeigneten Unterdruck und eine angemessene
Gasgeschwindigkeit in der Kühlschlange.
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Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform einer Anordnung gemäß der Erfindung,
bei der der Anlagedruck zwischen den Kühlelementen und den keramischen Formblöcken
mit Hilfe eines durchgehenden, federgespannten gekühlten Bolzens erzielt wird. Diese
Ausführungsform
der Erfindung ist an solchen Stellen im Ofen anwendbar,
wo man den Anlagedruck auf andere Art nicht erreichen kann, wie beispielsweise an
ausgesetzten Stellen der Ofendecke. Die Kühlelemente 8 mit den eingegossenen Kühlschlangen
9 werden gegen die zwischen ihnen liegenden keramischen Formblöcke 10, 11 durch
einen hohlen Bolzen 21 gepreßt, der in das oberste Kühlelement eingeschraubt ist.
Gegen das untere Kühlelement drückt eine Hülse 22, die über eine Tellerfeder 23
gegen eine auf dem Bolzen 21 befindliche verstellbare Mutter 24 anliegt, Durch die
Einstellung der Mutter 24 kann die die Kühlelemente zusammenpreß-ende Kraft eingestellt
werden. In dem hohlen Bolzen 21 befindet sich ein inneres Rohr 25, in das zur Kühlung
des Bolzens 21 ein mit kleinen Wassertropfen gemischter Gasstrom eingeführt wird.
Durch Löcher 26 im Bolzen kann ein Teil des Gasstromes in die Hülse 22 strömen und
diese kühlen.