DE2701130B2

DE2701130B2 - Thermisch hochbelastbarer Kühlblock

Info

Publication number: DE2701130B2
Application number: DE2701130A
Authority: DE
Inventors: Akinori Kamakura Nakamura; Toshio Yokohama Nanjyo
Original assignee: Ishikawajima-Harima Jukogyo Kk Tokio
Current assignee: Ishikawajima-Harima Jukogyo Kk Tokio
Priority date: 1976-01-17
Filing date: 1977-01-13
Publication date: 1980-01-17
Also published as: GB1509516A; MX145206A; DE2701130C3; AR212869A1; US4122295A; CA1076629A; DE2701130A1; BR7700276A

Description

Die Erfindung betrifft einen thermisch hochbelastbaren Kühlblock aus Kupfer oder einer Kupferlegierung für die Wand eines Elektrolichlbogcnofens, der in der Wand des Panzers angeordnet ist, wobei in dem Kühlblock ein Kühlwasserkanal vorgesehen ist.

Ein Kühlblock der obengenannten Art ist beispielsweise aus der DE-OS 23 54 570 bekannt. Bei dem bekannten Kühibiock sind in der einstückigen Kühl blockwandung Rohrleitungen vorgesehen, die unmittel bar in den Kühibiock eingegossen sind und sich in horizontaler Richtung erstrecken. Dabei sind kleine Luftspaltc zwischen den Rohrleitungen und dem Block unvermeidlich, worunter die Wärmeübertragung leidet. Ferner ist die Kühlkapazität unter anderem durch die Dichte der Rohrleitungen bedingt, die naturgemäß beschränkt ist, Diese Schwierigkeiten wirken sich in den Standzeiten derartiger thermisch hoch belastbarer Kühlblöcke entscheidend aus.

Aus der DE-AS 1121277 sind Kiihlblöcke für Kupolofen bekannt, die durch einen Steg in einen Zulauf- und einen Ablaiifkanal geteilt werden. Der Steg verläuft hierbei senkrecht zur Wärmeaustauschwandung. Von der Innenwandung des Kühlblocks sowie vom Steg stehen mehrere Leitflächen vor, so daß sich

ein mäanderformiger Durchgang ergibt.

Diese Anordnung hat den Nachteil, daß der Druckverlust im Kühlwasser aufgrund der beträchtlichen Länge des Kühlwasserdurchlaufs groß ist. Darüber hinaus ist die Querschnittsfläche für den Wasserkanal innerhalb des Kühlblocks größer als die der Zuführ- und Abführrohre für das Kühlwasser, so daß es schwierig ist, eine ausreichend hohe Kühlwassergeschwindigke^:t und damit eine entsprechende Kühlkapazität zu erzielen,

κι wie sie bei Hoch- und Höchstleistungslichtbogenöfen

gefordert wird. Aufgrund dieser Umstände ergeben sich auch hier relativ geringe Standzeiten für den Kühlblock.

Ferner ist es aus der DE-OS 24 14 458 bekannt, bei

einem Elektrolichtbogenofen einen Elektromagneten

π vorzusehen, der hinter einem Kühlblock angeordnet ist, der seinerseits in einem Ofenwandbereich mit verringerter Dicke vorgesehen ist. Bei dieser Konstruktion ist der magnetische Widerstand für die in den Ofeninnenraum dringenden Feldlinien sehr groß, zumal der Kühlblock aus nichtmagnetischem Material besteht.

Aufgerauhte oder mi; Vorsprüngen versehene Flächen auf der dem Ofeninnenraum zugekehrten Seite eines Kühlblocks sind ebenfalls aus der DE-OS 23 54 570 und der DE-AS 11 21 277 bekannt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen thermisch hochbelastbaren Kühlblock der eingangs genannten Art im Hinblick auf seine Standzeit entscheidend zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäC dadurch gelöst,

ω daß der Kühlblock eins dem Ofeninnenraum ausgesetzte Wärmeauslauschplatte aufweist und daß auf der Rückseite der Wärmeaustauschpiatte eine Gegenplatte vorgesehen ist, welche zusammen mit der Wärmeaustauschpiatte den Kühlwasserkanal begrenzt, und daß

ii der Zwischenraum zwischen der Gegenplaite und dem Panzer mit feuerfesten Stoffen ausgefüllt ist.

Aufgrund der Verwendung von Kupfer oder einer Kupferlegierung als Material für den Kühlblock sind die besten Voraussetzungen für eine höh;; Kühlkapazität gegeben, da die Wärmeleitfähigkeit von Kupfer beispielsweise größer als die von Gußeisen ist. Wenn nun gemäß der Erfindung weiterhin eine Wärmeaustauschpiatte vorgesehen wird, auf deren Rückseite in geringem Abstand eine Gegenplatte zur Bildung des Kühiwasserkanals angeordnet ist, dann wird ein Kühlwasserkanal mit einer minimalen Querschnittsfläche, einer minimalen Länge und einer maximalen Kühlfläche erzielt, so daß eine große Kühlwassergeschwindigkeit bei gleichzeitig geringer Durchflußmenge

ίο erhalten werden kann. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung kann also eine maximale Kühlwasserkühlkapaütät bei minimalem Druckverlust und minimaler Durchflußrate erzielt werden. Dies trägt mit dazu bei, die Standzeit des Kühlblocks entscheidend zu verbes-

5^r> sern.

Zweckmäßigerweise ist die Wärmeleitfähigkeit und die Dicke der Wärmeaustauschpiatte so bemessen, daß die Wärmeaustauschpiatte einen thermischen Widerstand l/A zwischen (0,5 bis 1,5) χ 10 ⁴ m² h "C/kcah

W) aufweist.

Die erfindungsgemäße Konstruktion läßt sich besonders günstig mit einem Elektromagneten verbinden. Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind nämlich auf der Gegenplatte im Kühlwasserkanal

h5 Polschuhe aus magnetischem Material mit einer ausreichenden Flächenausdehnung angeordnet und ist an der Gegenplatte außerhalb des Kühlwasserkanals ein Elektromagnet angeordnet. Der magnetische Wider-

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stand ist hier aufgrund der Verwendung des magnetischen Materials und des geringen Abstandes zwischen den Polschuhen des Magneten und dem Ofeninnenraum sehr gering.

Bei dem erfindungsgemäßen Kühlblock kann ferner die Wärmaeinfallsfläche der Wärmeaustauschplatie aufgerauht oder mit Vorsprüngen, Stegen oder Nuten versehen sein.

Vorteilhafterweise ist die Wärmeeinfallsfläche der Wärmeaustauschplatte mit einem Material überzogen, welches gegenüber Kupfer eine höhere Schmelztemperatur aufweist und eine erhöhte mechanische Festigkeit besitzt.

Die Erfindung wird nun an Ausführungsbeispielen und anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung stellt dar

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch einen Lichtbogenofen mit einem erfindungsgemäßen Kühlblock,

F i g. 2 einen Querschnitt durch den Ofen der F i g. 1,

F i g. 3 im vergröUerten Mallstab einen Schnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlblockes,

Fig.4 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlblockes und

Fig. 5 einen Schnitt durch eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlblockes.

Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ofenwandkonstruktion mit Bezug auf die Fig. 1,2 und 3 näher erläutert.

Wie am besten aus Fig.3 ersichtlich ist, weist eine Ofenwandkonstruktion I der crfindungsgemälien Bauart einen Kühlblo<_k 11 mit einer vorderen Wärmetauschplatte 12 und einem Kühlwasserkanal 13 auf. Die Wärmetauschplatte 12 besteht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung mit einem thermischen Widerstund Ι/Λ von 0,5 bis 1.5 χ ΙΟ"⁴ m² h "C/kcal, (Wärmeleitfähigkeit λ in kcal/m h ⁰C und Dicke h in m). und die Rückseite der Wärmetauschplatte 12 ist so glatt gehalten, daß Ablagerungen aus dem Kühlwasser vermieden sind und daß Kühlwasser mit sehr hohen Strömungsgeschwindigkeiten durch den Kühlwasserkanal 13 fließen kann. Die Ofenwandkonstruktion I weist weiterhin einen Kühlwassereinlaß 14 und einen Kühlwasserauslaß 15 auf. Die Vordervand der Wärmeaustauschplatte 12 dient als Wärmeaufnahme- oder Wärmeeinfallsfläche 16, während die Rückwand als Kühlfläche 17 dient. Die Wärmeeinfallsfläche 16 ist mit Leisten 18 zur Schlackenaufnahmc versehen, weiche ein Abfallen von Schichten 19 aus Schlacke und dgl. vermeiden, welche auf der Wärmeeinfallsfläche abgelagert und gekühlt sind. Ein solches Abfallen der Schichten 19 könnte sonst durch von außen einwirkende mechanische Kraft·: auf die Schichten auftreten, beispielsweise bei der Beschickung mit Schrotl. Kühlwasser wird im Zwangsumlauf durch den Kühlwasserkanal 13 vom Einlaß 14 aus zur Kühlung der Kühlfläche 17 der Wärmeaustauschplatte 12 geschickt und durch den Auslaß 15 wieder ausgetragen. Die Ofenwandkonstruktion I mit dem erläuterten Aufbau wird vor allem an den Hot Spots eingesetzt. Hierzu wird der Kühlblock am Ofenpanzer 20 derart gelagert, daß das untere Ende des Kühlblocks in der Schlackenzone 21 (vgl. Fig. I) liegt und die Wärmeeinfallsfläche 16 der Wärmeaustauschplatte 12 zum Ofenmittelpunkt hin gerichtet ist, wie sich die:? insbesondere auch aus den Fig. I und 2 ergibt. Zwiscnen dem Ofenpanzer 20 und dem Kühlblock sind feuerfeste Stoffe 22 eingefüllt. Beim vorliegenden Ausführurigsbeispiel werden die Kühlwasserkanäle 12 durch Kupferplatten begrenzt, die durch Elektronenstrahlschweißung miteinander verbunden sind, um die Maßgenauigkeit zu verbessern.
■■> Im Betrieb zirkuliert Kühlwasser mit einer Strömungsgeschwindigkeit von mehr als 4,0 m/s durch die Wandkonstruktion I. Da der Kühlwasserkanal 13 durch glatte Oberflächen begrenzt ist und das Kühlwasser mit hoher Cieschwindigkeit zirkuliert, können Ablagerun-

m gen aus dem Kühlwasser an der Kühloberflacht 17 vermieden werden. Während des Betriebes werden Schlacke und ähnliche Stoffe an der Wärmeeinfallsfläche 16 abgelagert und dort verfestigt, wobei eine ausreichende Kühlung der abgelagerten Schlacke

Ii erfolgen kann, da das Kühlwasser mit hoher Geschwindigkeit zirkuliert. Wie weiter oben bereits erläutert ist. besteht die Wärmeaustauschplatte 12 aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und hat eine solche Dicke, daß sich ein !heimischer Widerstand M). zwischen 0,5 bis

2ii 1.5 χ 10-⁴ m-' h °C/kcal ergibt. Die -Värmeaustuuschplatle 12 kann durch ihre Dicke ac:: Liruck des Kühlwassers widerstehen, so daß Probleme mit Kühlwasserleckagen vermieden sind.

In Fig.4 ist eine andere bevorzugte Ausfüh rungs-

2ϊ form ein·.,-Ofenwandkonstruktion der erfindungsgetii.ißen Art veranschaulicht, die derjenigen gemäß Fig. i sehr ähnlich ist, mit Ausnahme des Umstandes. daß ein Elektromagnet 24 mit Polschuhen 23 vorgesehen ist. Die Polschuhe 23 bestehen aus geeignetem magnetischem

ίο Material und überdecken eine ausreichend große Fläche. Die Polschuhe 23 sind im Inneren ;ies Kühlwasserkanales 13 angeordnet, wobei der L]c4.:ro· magnet 24 an der Rückseite einer Platte angeordnet im. welche zusammen mit der vorderen Wärmeaustausch platte 12 den Kühlwasserkanal 13 begren/.t. so daß eisenhaltige Schlacke und Stahl besser an der Wärmeeinfallsfläche 16 der Wärmeaus'.uuschplaüe 12 gehalten werden.

Durch die Gegenwart der Polschuhe 23 werden Schlacke und Hauptbeschickungsgut dichter und starker an der Wärmeeinfallsfläche 16 der Wärmeaustauschplatte 12 angesammelt, als dies bei der Ausfiihrung^form gemäß Fig. 3 der Fall ist, so daß Schlacke ur-j JgI. in einer Schicht 19 größerer Dicke anha^ftet. Darüber hinaus kann der Wärmewirkungsgrad u rbc.-.ert werden und ein besserer Schutz der Ofenwand·.· erzielt werden, wenn eine Ofenwandkonstruktion der in i ; g. 4 ersichtlichen Bauweise bei Lichtbogenofen neiut/t wird, bei denen eisenhaltige Metallpartikel sowie etwa

V) reduzierende Eisenpartikel kontinuierlich chargiert werden.

In Fig. 5 ist eine weilere bevorzugte Ausfulmmgsfom der Erfindung veranschaulicht, die ebenfalls sehr ähnlich ist mit den Konstruktionen gemäß F ι g. j und 4 mit Ausnahme des Umstandes, daß Vorsorge zur Erhöhung des Schmelzpunktes der Wärmeeinfallsflache der Wärmeaustauschplatte 12 getroffen ist. Im Falle einer Wärmeaustauschplatte 12 aus Kupfer oder einer Kupferlegierung kann ein lokales Anschmelzen der

M) Wärmeeinfallsfläche auftreten, wenn diese einer exirem hohen Wärmebelastung bis über ihren Schmelzpunkt bei etwa 1080⁰C hinaus ausgesetzt ist, wie sie durch lokalen und kontinuierlichen Kontakt mit einer großen Menge von Schlackr oder Metallschmelze auftreten

b'i kann. Mit Rücksicht auf die hohe Wärmeleitfähigkeit von Kupfer führt dies darüber hinaus /u hohen Wärmeverlusten; eine hohe Wärmeleitfähigkeit ist -war ein wesentliches Merkmal einer erfindungsgeinißen

Ofenwandkonstruktion, jedoch ist gleichzeitig Wert auf eine Minimierung der hierdurch verursachten Wärme-Verluste /u legen. Darüber hinaus ist die Wärmeaus- tauschplatte 12 dem Ofeninnenraum frei ausgesetzt, so daß sie durch Beaufschlagung mit gegenüber Kupfer härteren Materialien beschädigt werden kann. Um diese und weitere Probleme zu beseitigen, sind bei der Ausführungsform gemäß F i g. 5 die Aufnahmeleistcn 18 für die Schlacke nicht vorgesehen, sondern ist statt dessen die Wärmeeinfallsfläche 16 der Wärmeauslatischplattc 12 selbst rauh oder uneben gestallet, in diesem !"alle also mit alternierenden Siegen oder Nuten versehen, die ihrerseits in einer gewünschten Dicke mit einer Schicht 25 aus Metall, einer Metallegierung oder Keramik beschichtet ist, wobei dieses Beschichtungsniaterial sowohl eine größere I lärte als auch einen höheren Schmelzpunkt als Kupfer aufweist. Zur !Erzeugung der Schicht 25 kann jedes geeignete Verfahren wie insbesondere galvanische Plattierung, Metallaufdampfung, Metalldampfbcspriihiing usw. cingeselzi werden. Die so gebildete Schicht 25 dient zur !Erhöhung der mechanischen festigkeit der Wärmeeinfallsfläche der Warmcaustauschplatte 12, so daß diese keinen Beschädigungen ausgesetzt ist, selbst wenn sie von Hartstoffen harter als Kupier beaufschlagt wird. Darüber hinaus wird der Schmelzpunkt der Wärmeeinfallsfläche der Wärmeaustauschplatte 12 erhöht, so daß lokale Anschmelziingcn oder Diirchschmel.uingen bei kontinuierlicher Berührung mit großer Menge von Schlacke oder Stahlschmelze vermieden sind. Weiterhin kann tier thermische Widerstand erhöht werden, so daß die Wärmeverluste absinken. Durch die Stege und Nuten in der Wärmeeinfallsflüche der Wärmeaustauschplatte 12 können Schlacke und dgl. dort fest und sicher anhaften und akkumuliert werden. Selbstverständlich können jedoch auch die Nuten und Stege weggelassen werden und eine Schicht 25 direkt auf die ebene Wärmeaustauschfläche aufgebracht werden.

I ine erfindungsgemäße Otenwanc konstruktion weist eine Vielzahl von Vorteilen auf.

Da das Kühlwasser mit höherer S¹ römungsgeschwindigkeit umgewälzt werden kann, kann der Wärmeübergang zwischen der Kühlfläche der Wärmeaustauschplatte und dem Kühlwasser wesentlich verbesser; werden. Die Warme kann schneller von der Kühlobcrfläche in das Kühlwasser übergehen und die Temperatur der Außenwand des Ofenmantcls kann selbst gegen die hohen Wärmebelastungen in Höchstlcisuings-I.iehtbogenöfcn auf ausreichend niedriger Temperatur gehalten werden, da die Wärmeeinfallsfläche der vorderen

'> Wärmcaustauschplatie einen geringen thermischen Widerstand aufweist.

Bei der erfindungsgemäßen Ofenwandkonstruktion sind keine feuerfesten Materialien vorgesehen, die dem Innenraum des l.ichtbogenofens unmittelbar ausgesetzt

κι sind.

Da die erfindungsgemäße Ofenwandkonstruktion aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht, kann sie schnell und sicher Warme und Strom ableiten, die durch Fu nkcnbeauf schlagung zugeführt werden.

ι·> Die vordere Wärmeauslaiischplatte hat eine gegenüber Stahl erhöhte Dicke.

Fs können keine Kühlwasserleckagen auftreten. Fine längere Standzeit und verminderte Warmeverlustc sind gewährleistet. Durch zusätzlichen in sieh bekannten

.'» F.insat/ eines !Elektromagneten wird die Haftfähigkeit eisenhaltiger Partikel verbessert.

Durch die rauhe Oberfläche oder die Oberfläche mit Stegen und Nuten in der Wärmeeinfallsfläche der vorderen Wärmeaustauschplatte kann die Ablagerung

.>> und Akkumulation von Schlacke und dgl. sehr vereinfacht werden und wird ein Abfall solcher angewachsener Schichten von der Wärmeeinfallsflache vermieden.

Durch eine Beschichtung der Wärmeeinfallsfläche

in der Wärmeaustauschplatte mil einem Material mit hohem Schmelzpunkt kann der Schmelzpunkt der Wärmeeinfallsflächc selbst erhöht werden, so daß lokale Beschädigungen durch Wärmebclastungcn bis über den Schmelzpunkt von Kupfer hinaus vermieden sind.

r> Darüber hinaus kann der Wärmewiderstand erhöht werden, so daß Wärmeverluste minimiert werden. Schließlich kann durch eine solche Beschichtung die mechanische Festigkeit der Wärmceinfallsfläche verbessert werden, so daß keine Beschädigungen etwa bei

in der Beschickung des Ofens rnii Schrott aufireien können.

Durch die vorstehend erläuterten Vorteile ergibt sich insgesamt eine verlängerte Standzeit bzw. eine Verlängerung einer Ofenreise durch eine erfindungsgemäße

J-. Ofenwandkonstruktion.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

27 Ol 130 Patentansprüche:

1. Thermisch hochbelastbarer Kühlblock aus Kupfer oder einer Kupferlegierung für die Wand eines Elektrolichtbogenofens, der in der Wand vor dem Panzer angeordnet ist, wobei in dem Kühlblock ein Kühl wasserkanal vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlblock (14), eine dem Ofeninnenraum ausgesetzte Wärmeaustauschplatte (12) aufweist und daO auf der Rückseite der Wärmeaustauschplatte (12) eine Gegenplatte vorgesehen ist, welche zusammen mit der Wärmeaustauschplatte (12) dem Kühlwasserkanal (13) begrenzt, und daß der Zwischenraum zwischen der Gegenplatte und dem Panzer (20) mit feuerfesten Stoffen (22) ausgefüllt ist.

2. Kühlblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitfähigkeit und die Dicke der Wärmeaustauschpiatte (12) so bemessen sind, daß die Wärmeaustauschplatte einen thermischen Widerstand i/Ä zwischen (0,5 bis i,5) χ Ιϋ-Ήν h °C/kcal) aufweist.

3. Kühlblock nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Gegenplatte im Kühlwasserkanal (13) Polschuhe (23) aus magnetischem Material mit einer ausreichenden Flächenausdehnung angeordnet sind, und daß an der Gegenplatte außerhalb des Kühlwasserkanals (13) ein Elektromagnet (24) angeordnet ist.

4. Kühlblock nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeeinfallsfläche (16) der WärmeaustpuschpIpMc (12) aufgerauht oder mit Vorspriingcn, Steven oder Nuten versehen ist.

5. Kühlblock nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeeinfallsfläche (16) der Wärmeaustauschpiatte (12) mit einem Material (25) überzogen ist. welches gegenüber Kupfer eine höhere Schmelztemperatur aufweist und eine erhöhte mechanische Festigkeit besitzt.