DE2738879B2

DE2738879B2 - Fluiddurchströmtes hohlplattenförmiges Kühlelement

Info

Publication number: DE2738879B2
Application number: DE2738879A
Authority: DE
Inventors: Patrick Paris Dhelft
Original assignee: SOFRESID FRANCAISE D'ETUDE D'INSTALLATIONS SIDERURGIQUES MONTREUIL-SOUS-BOIS FR Ste
Current assignee: SOFRESID FRANCAISE D'ETUDE D'INSTALLATIONS SIDERURGIQUES MONTREUIL-SOUS-BOIS FR Ste
Priority date: 1976-11-23
Filing date: 1977-08-29
Publication date: 1981-05-27
Also published as: US4121809A; GB1558446A; FR2371652B2; DE2738879A1; DE2738879C3; FR2371652A2; JPS5365204A

Description

Die Erfindung betrifft ein fluiddurchströmes hohlplattenförmiges Kühlelement für Schachtofenwände, insbesondere für Hochofenwände, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.

Speziell ist das Kühlelement für den Kohlensack eines Hochofens bestimmt, also für einen Bereich des Hochofens, der sowohl thermisch als auch mechanisch ungewöhnlich hoch beansprucht ist, da er nicht durch die erst in den tieferen Zonen des Hochofens gebildete Schlacke und Schmelze umspült und dadurch geschützt ist.

Ein fluiddurchströmes hohlplattenförmiges Kühlelement für die flächige Innenkühlung eines Kupolofens ist aus der am 7. Mai 1953 ausgelegten deutschen Patentanmeldung St4 248/VI31A bekannt. Dieses Kühlelement ist ein doppelwandiger zylindermantelförmiger Hohlkörper mit innerer Labyrinthführung für ein Kühlmittel. Die Krümmung dieses zyiindermantelförmigen Kühlelementes ist dabei so gewählt, daß die Zylinderachse der Mantelflächen mit der Mittelachse des zu kühlenden Kupolofens zusammenfällt. Auf der dem Inneren des Ofens zugekehrten Seite trägt das bekannte Kühlelement Stifte mit pilzförmigen Köpfen, die radial in den Ofeninnenraum hineinragen, um ein besseres Halten des sich auf dem Kühlelement bildenden Schlackenüberzugs zu gewährleisten. Auf das Ofenmauerwerk kann dadurch im Bereich der Kühlelemente verzichtet werden.

Dieses bekannte, für Kupolöfen wirksame Kühlelement ist jedoch für die Kühlung von Hochofenwänden unbrauchbar. Während der Kupolofen diskontinuierlich betrieben und nur relativ kurzfristig auf relativ niedrige Temperaturen erhitzt wird, werden Hochöfen kontinuierlich über mehrere Jahre hinweg bei Temperaturen von gut 1600⁰C in der Rast betrieben. Unter solchen unvergleichbar höheren und längerfristigen mechanischen und thermischen Belastungen im Hochofen würde das bekannte gekrümmte und durch die Schlackenschicht nur unzulänglich geschützte Kühlelement nicht

to nur selbst reißen, sondern durch die im Kühlelement auftretenden thermischen Spannungen auch Risse in der Ofenauskleidung herbeiführen. Darüber hinaus wäre das bekannte Kühlelement auch nicht für den Kohlensack eines Hochofens einsetzbar, da in diesem

is Bereich praktisch noch keine Schlackenbildung eintritt. Ein weiterer prinzipieller Nachteil des bekannten Kühlelementes liegt darin, daß seine zum Inneren des Ofens weisende Wand wegen der hohen thermischen und mechanischen Belastung sehr viel stärker ausgebildet sein muß als die Außenwand des Kühlelementes. Dadurch wird das bekannte Kühlelement teuer und schwer und ist von vornherein rißgefährdet.

Der Erfindung liegt angesichts dieses Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, ein fluiddurchströmtes hohlplattenförmiges Kühlelement für Schachtofenwände, insbesondere für Hochofenwände, speziell im Bereich des Kohlensacks eines Hochofens, zu schaffen, das mechanisch und thermisch hoch belastbar und dennoch kostengünstig herstellbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die Erfindung ein Kühlelement der eingangs genannten Art, das erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale aufweist.

Die Erfindung schafft also ein tafelförmiges Kühlelement, das als integrierten Bestandteil auf seiner dem Inneren des Ofens zugekehrten Oberfläche eine Verkleidung aus einem feuerfesten Material mit hoher mechanischer Widerstandsfähigkeit aufweist. Diese Innenverkleidung des Kühlelementes weist vorzugsweise eine reliefartige oder kassettendeckenartige Waffeloder Wabenmusterstruktur auf.

Die mechanisch hochfeste feuerfeste Verkleidung des

Kühlelementes besteht vorzugsweise aus Siliciumcarbid.

Das Kühlelement der Erfindung kann zu größeren Kühlflächen verbunden zusammengesetzt sein. Insbesondere in solchen Verbundstrukturen können mehrere Kühlelemente in Reihe geschaltet werden.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 im Schnitt ein Ausführungsbeispiel des Kühlelementes;

F i g. 2 das in F i g. 1 gezeigte Kühlelement in Draufsicht auf die Außenseite;

F i g. 3 das in den F i g. 1 und 2 gezeigte Kühlelement im Längsschnitt; und

F i g. 4 das in den F i g. 1 bis 3 gezeigte Kühlelement in einer Draufsicht von der Ofeninnenseite her, teilweise weggebrochen.

Das in den Figuren gezeigte Ausführungsbeispiel des Kühlelementes hat die Form einer ebenen Tafel 10 aus Gußstahl. Die Wände der Gußstahltafel sind relativ dünn und gleichmäßig stark ausgebildet. Im Inneren dieser hohlen Tafel ist ein hermetisch abgedichtetes Gefäß- oder Kanalsystem 12 ausgebildet, in dem ein Wärmeträgerfluidstrom umläuft, genauer gesagt, aufsteigt. Das Innere der Tafel 10 ist durch Trennwände 16 in mehrere rohrförmige Kanäle 14 unterteilt. Die

rohrförmigen Kanäle 14 sind so angeordnet, daß sie den in der Tafel 10 umlaufenden Fluidstrom sinusartig umgelenkt im Kühlelement aufwärts steigend führen. Der Wärmeträgerfluidstrom wird also unter wiederholter Umlenkung um 180° mit gegenläufigen Strömungsrichtungen quer zur Tafel allmählich über die gesamte Höhe der Tafel von unten nach oben geführt Dabei weist die Tafel an ihrem unteren Ende einen Zulaufstutzen 18 für das Wärmeträgerfluid und an ihrem oberen Rand einen Ablaufstutzen 20 für das Fluid auf. Durch diese Ausbildung des Tafelteils des Kühlelementes kann der Wärmeträgerfluidstrom im Inneren des Kühlelementes mit hoher Strömungsgeschwindigkeit geführt werden. Dir Fluidstrom bespült und überstreicht dabei die gesamte Oberfläche der Tafel, die als Wärmeaustauschplatte wirkt, und gewährleistet auf diese Weise eine sehr wirksame und homogene Flächenkühlung.

Das Kühlelement wird üblicherweise beim Einbau in die Hochofenwand zwischen den Ofenpanzer bzw. die äußere Ofenverk'eidung, und die feuerfeste innere Ofenauskleidung eingesetzt, wobei sie in die letztere eingefügt ist. Dabei treten die Anschlußstutzen für den Fluidzulauf 18 und für den Fluidablauf 20 durch den Ofenpanzer hindurch nach außen aus.

Die dem Inneren des Ofens zugekehrte Oberfläche 22 der Tafel 10 ist mit einem wärmeleitenden feuerfesten Material verkleidet, das gleichzeitig eine hohe mechanische Festigkeit und Widerstandsfähigkeit, insbesondere gegen Abrieb, aufweist. Als Werkstoff für die der Ofeninnenseite zugekehrte Verkleidung der Wärmeaustauschplatte bzw. des Kühlelementes, wird vorzugsweise Siliciumcarbid verwendet. Diese Verkleidung des Kühlelementes, die in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiele eine Waffelstruktur aufweist, besteht nach dem in den Figuren gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung aus einzelnen, tafelartigen Formstücken oder Kassettenstücken 24, die zum Waffelmuster kassettendeckenartig zusammengesetzt sind. Diese einzelnen Kassetten 24 sind vorzugsweise in profilkomplementäre Nester auf der dem Ofeninneren zugekehrten Oberfläche des Kühlelementes bzw. der Tafel 10, eingesetzt and durch eine Abdeckrasterplatte an ihren Rändern gehaltert. Diese Abdeckrasterplatte besteht vorzugsweise ebenfalls aus Gußstahl.

Die Kühlelemente können zu mehreren in Reihe hintereinander geschaltet werden. Dabei ist die Art und Weise der Montage der Kühlelemente in den Schachtofenwänden die gleiche, wie sie bereits in der OE-PS 26 38 990 vorgeschlagen ist.

Durch die integrierte feuerfeste Innenverkleidung des Kühlelementes kann die Gußstahlstruktur der Tafel relativ dünnwandig ausgebildet werden.

Die Kassettierung der feuerfesten Innenverkleidung des Kühlelementes bzw. der Tafel 10, braucht nicht in der im Ausführungsbeispiel gezeigten Form unbedingt quadratisch zu sein, sondern kann auch in anderer geometrischer Aufteilung erfolgen. Auch braucht die kassettenartige Struktur der feuerfesten Verkleidung nicht in Form einzelner kleinerer Elemente ausgebildet und dann zusammengesetzt zu sein, sondern kann auch in größeren Einheiten oder auch als Gesamtstruktur ausgeformt sein. Weiterhin braucht bei Rasterelementausführung der Kassettierung die Befestigung der einzelnen feuerfesten Waffel- oder Kassettenelemente auf der Tafel 10 nicht durch eine einheitliche Rasterblende zu erfolgen, sondern kann auch über gebräuchliche Einzelbefestigungen vorgenommen werden. Insofern erfindungswesentlich bei der Ausbildung der feuerfesten Innenverkleidung des Kühlelementes ist lediglich die waffelartige, wabenartige oder kassettendeckenartige Strukturierung der feuerfesten Innenverkleidung der Tafel.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Fluiddurchströmtes hohlplattenförmiges Kühlelement für Schachtofenwände, insbesondere Hochofenwände, wobei im Inneren des Kühlelementes ein abgeschlossener Raum ausgebildet ist, der durch Trennwände labyrinthartig in eine Folge rohrartiger Kanäle unterteilt ist, die einem im Kühlelement aufsteigenden Wärmeträgerfluidstrom sinusartig begrenzen, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlelement eine insgesamt ebene Tafel (10) ist, daß die Tafel (10) eine aus dünnen Wänden aufgebaute Gußstahlstruktur ist, und daß die dem Inneren des Ofens zugekehrte Oberfläche (22) der Tafel (10) mit einem feuerfesten Material hoher mechanischer Widerstandsfähigkeit verkleidet ist

2. Kühlelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feuerfeste Verkleidung der Tafel (10) aus Platten (24) besteht bzw. zusammengesetzt ist, die nach Art eines Waffelmusters, Wabenmusters oder Kassettenmusters angeordnet sind.

3. Kühlelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die feuerfeste Verkleidung der dem Ofeninneren zugekehrten Oberfläche (22) der Tafel (10) aus Siliciumcarbid besteht.

4. Kühlelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tafel (10) Teil eines eine größere Kühlflächeneinheit bildenden Verbundes aus mehreren gleichen Tafeln (10) ist.

5. Kühlelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Tafeln (10) des Verbundes in Reihe geschaltet ist.