DE2660373C3 - Fluiddurchströmtes Kühlelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein fluiddurchströmtes Kühlelement für Schachtofenwände der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art, insbesondere für die Rast eines Hochofens.

Bei der Kühlung von Sdißchtofenwänden können einerseits Innenkühlung und Auß». akühlung, andererseits Punktkühlung und Flächenkühlung unterschieden werden. Unter rein thermischkalorischen Gesichtspunkten ist die Innenflächenkühlung als optimale Kühlung anzusehen. Sie wirft jedoch so zahlreiche technische Probleme auf, daß sie für starke thermische Belastungen, also hohe Ofentemperaturen und langen Betrieb, bis heute noch nicht zufriedenstellend realisiert werden konnte. Ein typisches Beispiel für extrem hohe thermische Belastung einer Ofenwand ist die Hochofen* rast. Bei kontinuierlichem Betrieb über vier, fünf und sechs Jahre hinweg herrschen in der Rast Temperaturen im Bereich von 1600° C. An sich bekannte, beispielsweise für Kupolofen bekannte Innenflächenkühlelemente (DE-ANSt 4248/VI 31a, ausgelegt am 7. Mai 1953) können in diesen Belastungsbereichen nicht mehr eingesetzt werden. Die zylindermantelförmig gekrümm· ten doppelwandigen hohlen Kühlelemente neigen unter solcher thermischer Belastung zur Verformung, was zu Spannungsrissen im umgebenden feuerfesten Mauerwerk und im Kuhlelement selbst führen kann. Darüber hinaus tritt aber durch die Wärmespannungen induziert ein Ablösen des das Kühlelement umgebenden Mauerwerks oder Stampfwerks von den Kühlflächen des Elementes ein, wodurch die Kühlleistung und der Wirkungsgrad der Kühlung des Elementes vermindert werden.

Wegen der bislang nicht überwundenen Schwierigkeiten bei der Innenkühlung wird die Hochofenrast heute fast ausschließlich von außen gekühlt. Eine solche punkluelle Außenkühlung einer Hochofenrast ist aus der US-PS 26 97 598 bekannt. Auf der Außenverkleidung der Rast sind senkrecht verlaufende Kühlkanäle aufgeschweißt, durch die das Kühlmittel von unten nach oben aufsteigend geführt wird. Nachteilig bei dieser Art der Wassermantelkühlung der Außenverkleidung einer Hochofenrast ist die unverhältnismäßig hohe thermische Belastung der meist aus Stahl bestehenden Rastverkleidung. Zwischen der Wassermantelseite und der Mauerwerkseite der Rastverkleidung besteht eine Temperaturdifferenz, die zu Wärmespannungen im Grenzbereich der Festigkeit des Stahls führt. Rißbildungen in der Rastverkleidung und eine relativ kurze

lu Lebensdauer der Rastverkleidung sind die unvermeidliche Folge.

Angesichts dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Kühlelement der eingangs genannten Art zu schaffen, das mit langer Standzeit und hohem Wirkungsgrad die Innenflächenkühlung von Schachtofen auch bei hoher thermischer Belastung ermöglicht, und zwar insbesondere die innere Flächenkühlung einer Hochofenrast ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein fluiddurchströmtes Kühlelement der eingangs genannten Art vorgeschlagen, das erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale aufweist.
Die Erfindung schafft also ein schirm- oder mantelartiges Kühlelement, das aus einzelnen miteinander verschweißten Längsrippenrohren besteht Solche Längsrippenrohre tra Sinne der Erfindung sind gebräuchliche Kühlmittelrohre, die mit mindestens zwei einander gegenüberliegenden, vorzugsweise mit bis zu sechs einseitig oder gleichmäßig über den Mantel des Rohres verteilten radial vorspringenden axial verlaufenden Kühlrippen versehen sind. Die einzelnen Längsrippenrohre sind mit ihren Längsachsen im wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet über ihre Rippen unter Bildung des Schirms oder Mantels, d. h. des eigentlichen Kühlelementes, miteinander verbunden, insbesondere miteinander verschweißt Jedes Rohr ist also mit einer seiner Rippen an eine Rippe eines benachbarten Rohres und mit seiner gegenüberliegenden Kippe an eine Rippe des gegenüberliegend benachbarten Rohres angeschweißt. Die Schweißnaht kann beliebig ausgebildet sein, ist vorzugsweise aber als Stoßnaht hergestellt Durch eine geringfügige Verformung dter Rippen in ihrer Ebene oder durch ein nicht ganz ebenes Stoßen der Rippenkanten beim Herstellen der Schweißnaht kann der Schirm in idealer Weise der Krümmung der zu kühlenden Ofenwand angepaßt werden. Thermische Spannungsrißbildungen wie sie bei gekrümmten Hohlpiattenelementen unvermeidbar sind, können durch

5tr diese Art des Kühlelementaufbaus ausgeschlossen werden.

Durch die Herstellung eines nichtparallelen Verlaufs der Schweißkante der Kühlrippen zur Längsachse der Rohre kann der aus den einzelnen Längsrippenrohren zusammengesetzte Kühlschirm ohne zusätzlichen konstruktiven Aufwand auch jedem kegelförmigen Verlauf einer zu kühlenden Ofenwand angepaßt werden.·

Jedes Rohr des Schirms stellt einen zunächst von jedem anderen Rohr des Schirms unabhängigen Leitungsweg für das Kühlmittel mit einem eigenen EirigangsahschluB und einem eigenen Aüsgarigsahschluß dar. Dies eröffnet eine praktisch unbegrenzte Flexibilität der Wärmeführung in dem Flächenkühlelement der Erfindung. Die einzelnen Längsrippenrohre

η', des Kühlschirms können in beliebiger Weise zu Gruppen zusammengefaßt mit voneinander abhängigen oder unabhängigen Kühlmittelströmen beaufschlagt werden, Auch kann die Beaufschlagung variabel

umschaltbar ausgelegt sein.,Da die einzelnen, die Schirm bildenden Rohre dabei thermisch nicht unabhängig voneinander sind, sondern über ihre Kühlrippen miteinander verbunden sind und vorzugsweise zusätzliche Kühlrippen aufweisen, die insbesondere zum "> Ofeninneren hin vorspringen, wird auf diese Weise eine vollwertige Flächenkühlung mit maximaler Variabilität erhalten.

In dem der Fläche der zu kühlenden Ofenwand angepaßten Kühlelement sind die einzelnen Längsrip- in penrohre abgesehen von einem gegebenenfalls konischen Verlauf der Ofenwand und damit der Hauptebene des Kühlelementes, mit ihren Längsachsen im wesentlichen senkrecht angeordnet Die Mittelachsen der Längsrippenrohre verlaufen also, wenn sie fluchtend zur Mittelachse des Ofens befrachtet werden, senkrecht, während sie bei senkrechter Sicht auf eine Ebene, in der sowohl die Mittelachse des Ofens als auch die Längsachse des Längsrippenrohres verlaufen, entsprechend der Konizität der Ofenwand gegen die Senkrechte geneigt, verlaufen könnten. Bei einer solchen senkrechten Anordnung der Kühlrohre de:·- Kühlelements sind die Einlaßanschlüsse der einzelnen Längsrippenrohre an der Unterseite des Kühlelements, die Auslaßanschlüsse der einzelnen Rohre an der Oberseite des Kühlelements angeordnet Dadurch wird das a!s Kühlmittel dienende Wärmeträgerfluid im Kühlelement senkrecht zur Richtung des Wärmeflusses bzw. Wärmeaustauschs von unten nach oben aufsteigend geführt

Das Kühlelement kann sowohl als in sich geschlosse- jo ner Mantelkörper als auch in Form einzelner Mantelabschnitte ausgebildet sein. Bei Verwendung mehrerer mantelausschnittartig ausgebildeter Flächenkühlelemente der Erfindung in ein und derselben Ofenwand können diese Flächenkühlelemente unter sich blockweise verschaltet oder unabhängig voneinander mit dem Kühlmittel beaufschlagt sein. Dabei versteht sich von selbst, daß das Kühlelement der Erfindung auch in Verbindung mit anderen, prinzipiell beliebigen Kühlelementen ko/nbiniert verwendet werden kann, insbesondere mit üblichen Kühlnasen, Wärmeaustauschplatten oder Kühlplatten sowie mit Wassermänteln unterschiedlichster Ausbildung.

Bei Verwendung des Kühlelementes der Erfindung zur Kühlung der Rast eines Hochofens ist das aus den einzelnen Längsrippenrohren zusammengesetzte Kühlelement vorzugsweise zwischen das die Innenauskleidung der Rast bildende feuerfeste Mauerwerk und die Außenverkleidung der Rast eingesetzt. Dabei sind die einzelnen, den Schirm bildenden Längsrippenrohre vorzugsweise auf ihrer der Innenfläche der Außenverkleidung der Rast zugekehrten Außenseite frei von Kühlrippen und liegen dem in der Regel aus Stahl bestehenden Rastmantel dem Ofenpanzer vorzugsweise eng an. Die Rühre sind Ober Rippen miteinander verschweißt, die in einer Fläche liegen, die zumindest im wesentlichen konzentrisch zur fläche des Rastmantels verläuft Weiterhin weisen die Längsrippenrohre schließlich je Rohr noch ein bis vier, vorzugsweise zwei oder drei Längsrippen auf, die, bezogen auf den Ofenfaüm, radial einwärts Vorspringen. DaS Kühlelement kann dabei in prinzipiell beliebiger Weise, vorzugsweise über eine Stampfmasse thermisch an die Innenauskleidung der Rast angeschlossen sein.

Die Eingangsanschlüsse und Ausgangsanschlüsse der _b5 einzelnen Längsrippenrohre, aus denen das Kühlelement Zusammengesetz« ist, sind, bezogen auf die Form der Rast radial durch den Außenmantel der Rast herausgeführt. Trotz der relativ dicht nebeneinanderliegenden Rohrachsen des Kühlelements, also der relativ dichten Folge der Durchführungen, kann dabei eine kritische Schwächung des Rastmantels dadurch vermieden werden, daß die einzelnen Eingangsanschlüsse unu Ausgangsanschlüsse des Kühlelements alternierend auf horizontalen Linien mit voneinander abweichender axialer Höhe liegen. Die einzelnen Eingangsanschlüsse und die einzelnen Ausgangsanschlüsse sind auf diese Weise in mindestens zwei Reihen unterschiedlicher axialer Höhe angeordnet Dies erleichtert nicht nur das Verbinden der einzelnen Anschlüsse beispielsweise mit Ringleitungen, sondern ermöglicht die primär beabsichtigte Vermeidung einer Schwächung der Rastwand trotz zahlreicher Durchführungen.

Die einzelnen Längsrippenrohre, aus denen das Kühlelement zusammengesetzt ist können als Walzblechrohre gefertigt oder durch Extrudieren hergestellt sein.

Bei der Anordnung des Kühlelements der Erfindung als Innenflächenkühlelement zwischen der feuerfesten Innenauskleidung und dem äußeren Stahlmantel einer Schachtofenwand, dem Ofenpanzer, insbesondere der Rastwand eines Hochofens, wird nicht nur eine hochwirksame Kühlung der Innenwand des Ofens, sondern vor allem auch eine hochwirksame und schonende Abschirmung und Kühlung der Außenwand des Ofens erzielt

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 in Seitenansicht einen Ausschnitt eines Ausführungsbeispiels des Kühlelementes;

Fig.2 in Seitenansicht und im Axialschnitt ein Ausführungsbeispiel des Kühlelementes eingebaut in die Rast eines Hochofens und

F i g. 3 einen Schnitt nach III-III in F i g. 2.

In der Fig. 1 ist in Seitenansicht ein Ausschnitt eines Ausführungsbeispiels des Kühlelements 1 dargestellt, das aus zumindest im wesentlichen parallel zueinander angeordneten Längsrippenrohren 2 aufgebaut ist. Die Rohre 2 sind mit radial vorspringenden sich längs der Mittelachse der Rohre erstreckenden Rippen 3 versehen. Die Längsrippenrohre 2 sind entlang der Längskanten ihrer Rippen 3 Stoß auf Stoß durch eine Schweißnaht 5 unter Bildung des schirmartigen oder mantelartigen Kühlelementes 1 fest und thermisch leitend miteinander verbunden. Die Längsachsen der einzelnen Längsrippenrohre 2 des Kühlelementes i sind senkrecht ausgerichtet Jedes einzelne Längsrippenrohr 2 weist einen untenliegenden Eingangsanschluß 4 und einen obenliegenden Ausgangsanschluß 6 auf. Die einzelnen Eingangsanschlüsse 4 sind alternierend in 2wei mit einigem Abstand axial übereinanderliegenden Reihen, besser in zwei zueinander parallelen, nicht zusammenfallenden Radialebenen, angeordnet In gleicher Weise sind die Ausgangsanschlüsse 6 alternierend in zwei mit einigem Abstand voneinander übereinanderliegenden Raiäialebenen angeordnet. Durch diese Maßnahme können die zahlreichen und relativ dicht nebeneinanderliegenden Anschlüsse 4, 6 in der insbesondere aus F i g. 2 ersichtlichen Weise durch den Ofenpanzer 7 der Hochofenrast herausgeführt werden, ohne den Ofenpanzer 7 mechanisch zu schwächen.

In der insbesondre aus Fig.2 ersichtlichen Weise ist das aus den Längsrippenrohren 2 zusammengesetzte Flächenkühlelement! bei dem in den Figuren gezeigten Einsatz zur Kühlune der Rast eines Hochofens zwischen

dem aus Stahl bestehenden Ofenpanzer 7 der Rast und der als Mauerwerk ausgebildeten feuerfesten Innenverkleidung 8 der Rast angeordnet. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Kühlelement 1 über eine Stampfmasse 9 thermisch zum Ofeninneren hin an die feuerfeste Innenauskleidung 8 und nach außen hin an den Ofenpanzer 7 angeschlossen. Der thermische Anschluß an den Ofenpanzer 7 erfolgt dabei weiterhin durch direkten Berührungskontakt zwischen den Längsrippenrohren 2 und dem Ofenpanzer 7. Zu diesem /.weck sind die einzelnen l.ängsrippenrohre 2 nur auf ihrer, bezogen auf die Rast, radial inncnliegenclcn Seite, nicht aber auf der außenliegenden Seite mit Rippen 3 versehen. Alternativ kann das Anschließen der l.ängsrippenrohre 2 an den Ofenpanzer 7 auch durch Aufschweißen erfolgen, so daß die Stampfmasse oder Vergußmasse nur für den thermischen Anschluß zur Innenauskleidung vorgesehen ist.

Bei der in den F i g. 2 und 3 gezeigten Anordnung des llächenkühlelcments 1 der Erfindung wird nicht nur eine besonders gute Innenflächenkiihlung der feuerfesten Auskleidung 8 der Rast erzielt, sondern vor allem auch eine hervorragende thermische Abschirmung und Kühlung des Ofenpanzers 7. Durch geeignete Einbindung in die feuerfeste Innenauskleidung oder geeignete geometrische, beispielsweise konische Ausbildung der Ofenwand und der I lache des Kühlclementes I kann ziisäl/lich eine mechanische Abstützung und Versteifung der feuerfesten Innenauskleidung er/iell werden.

Hierzu I Hlnti Zeiclinunecn

Claims (1)

1. Patentansprüche;

   I, Fluiddurchströmtes Kühlelement für Schachtofenwände, insbesondere für die Rast eines Hochofens, gekennzeichnet durch die Ausbildung in Form eines Schirmes (1) aus Längsrippenrohren (2), die untereinander über je zwei ihrer Rippen (3) miteinander verschweißt (5) sind und deren einzelne Eingangsanschlüsse (4) und Ausgangsanschlüsse (6) für das Fluid sowohl eingangsseitig als auch ausgangssei tig in mehreren Reihen angeordnet sind.

   Z Kühlelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm (t) großflächig der Form der zu kühlenden Ofenwand (7,8) angepaßt ist, die Rohre (2) des Schirmes (1) in bezug auf die Mittelachse des Ofens senkrecht verlaufen und die Eingangsanschlüsse (4) unten und die Ausgangsanschlüsse (6) oben angeordnet sind.

   3. KühleJüoient nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch seine Anordnung zwischen der feuerfesten Innenauskleidung (8) und dem Ofenpanzer (7), wobei die Eingangsanschlfisse (4) und die Ausgangsanschlüsse (6) durch die Außenverkleidung (7) hindurch herausgeführt sind.