DE2751912A1

DE2751912A1 - Kuehleinrichtung fuer schachtoefen

Info

Publication number: DE2751912A1
Application number: DE19772751912
Authority: DE
Inventors: Edouard Legille
Original assignee: Anciens Etablissements Paul Wurth SA
Current assignee: Paul Wurth SA
Priority date: 1976-12-08
Filing date: 1977-11-21
Publication date: 1978-06-15
Also published as: GB1591281A; ES464348A1; SU692569A3; ATA844977A; AU3127277A; US4157816A; CA1123191A; JPS5378908A; PL202699A1; BE861519A; LU76349A1; ZA776853B; IT1088827B; FR2373764B1; AT365648B; AU512034B2; FR2373764A1; NL7713566A; BR7708192A

Description

S.A. des Anciens Etablissements

PAUL WURTH

32, rue d'Alsace,

Luxembourg,

Ar.ι J icnGi; Aktenzeichen:'

Neuanmeldung

A. Lcn^c-jchen des Anmelders: P 38 0O2

P_PWU-44/DT

Ver Lrc

Patentanwalt Dr. Hans Karl Hach Tarunstraße 6950 Mosbach-Waldstadt

BezeichnuncT:

Kühleinrichtung für Schachtofen

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Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung für Schachtöfen, insbesondere Hochöfen, deren Wandung einen Aussenpanzer und eine Anzahl, die Innenseite dieses Panzers mindestens teilweise belegende und von einem Kühlmittel durchströmte, individuelle Kühlelemente begreift.

Gegenwärtig sind zwei grosse Kategorien von Kühleinrichtungen für Schachtöfen, insbesondere Hochöfen, bekannt, und zwar das System mit Verwendung von Kühlkästen und dasjenige mit Verwendung von Plattenkühlern,welche letztere auch näufig nach ihrer angelsächsischen Bezeichnung "Stave-coolers" genannt werden.

Bei dem mit Kühlkästen arbeitenden System sind in die Ofenwandung, welche von einem äusseren Metallpanzer und einem inneren feuerfesten Mauerwerk besteht, eine Vielzahl (bis zu 1*700 Einheiten bei Hochöfen grosser Leistung) Kuhlkästen eingesetzt. Die im allgemeinen, zumindest im unteren Teil des Hochofens, aus Kupfer bestehenden Kühlkästen sind senkrecht übereinander im feuerfesten Mauerwerk und durch die Panzerung hindurchtretend angeordnet und weisen innen einen einfachen oder mehrfachen Kreislauf für ein Kühlmittel, meist Wasser, auf.

Diese Kühlkästen sind in Reihe geschaltet und unter sich ausserhalb der Panzerung miteinander verbunden. Messresultate haben ergeben, dass in vertikaler Richtung die Isothermen im durch Kühlkästen gekühlten, feuerfesten Mauerwerk zykloidenähnliche Kurven sind, deren Spitzen an den Kühlkästen liegen,während die dazwischen liegenden Bäuche sich der Panzerung nähern.

Die Plattenkühler bestehen aus rechteckigen, durch Giessen hergestellten Gussplatten. Im Innern dieser Platten und parallel zu ihren Hauptseiten verlaufen mehrere, meist vier, unter sich und in Bezug auf die Ofenachse parallele Leitungen.

Der Verlauf dieser Leitungen kann jedoch auch serpentinenformig sein

Diese Platten, deren Dicke im neuen Zustand zwischen 16 und 25 cm liegt, werden an der Innenseite der Panzerung angeschraubt und bedecken letztere gänzlich.

Die Platteninnenseite, d.h. die dem Ofeninnern zugekehrte Seite dieser Platten ist bei bestimmten Ausführungen mit einer Armierung von Schamottsteinen versehen. Die Spalten zwischen aneinanderstossenden Plattenkühlern sowie diejenigen, welche

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gegebenenfalls zwischen Panzerung und Plattenkühlern bestehen, werden mit einer leitfähigen Ausgussmasse, bzw. einem feuerfesten Beton oder Kitt aufgefüllt. Meistens wird die gesamte Innenfläche der Plattenkühler mit einem feuerfesten Belag versehen. Die die Plattenkühler durchquerenden Rohrleitungen sind bei übereinander liegenden Plattenkühlern in Reihe miteinander verbunden, wobei die Verbindungen zwischen den Leitungen einer Platte mit denjenigencfer jeweils darüber und darunter liegenden Platte ausserhalb der Ofenpanzerung liegen. Wegen der Strömungsrichtung des Kühlmittels, im allgemeinen Wasser oder Wasserdampf, sind vorzugsweise sämtliche Leitungen als Steigleitungen ausgebildet.

Eine Schwachstelle/ und zwar bei beiden Kühlsystemen, besteht im Verschleiss des inneren,feuerfesten Belages und damit auch demjenigen der Kühlkasten oder Plattenkühler sowie des Panzers. Die Ursache dieses Verschleisses ist sowohl von mechanischer, wie auch thermischer und chemischer Natur.

Beim Kühlsystem mittels Kühlkasten hat die Abnützung und Erosion der feuerfesten Ausmauerung ungefähr die Form der Isothermenkurven, d.h. Zykloiden. Dies bedeutet, dass im Verlaufe der Ausmauerungsabnutzung die Kühlkastennasen nach und nach freigelegt werden. Diese Kühlkasten sind demzufolge einer steigenden Beanspruchung ausgesetzt und werden schliesslich zerstört. Allerdings gestattet die Ausgestaltung dieses Kühlsystems einen verhältnismässig einfachen Austausch der abgenutzten Kühlkasten.

In Anbetracht der geometrischen Anordnung der Kühlkasten und der im Laufe der Zeit erfolgenden Abnahme der Ausmauerungsdicke zwischen den Kästen wird der Aussenpanzer des Ofens an diesen Stellen in steigendem Masse thermisch beansprucht, wodurch ein erhöhtes Risiko einer Verformung oder vorzeitigen Zerstörung des Panzers gegeben ist.

Ein weiterer Nachteil der Kühlung durch Kühlkasten ist in deren schlechten Eignung für Verdampfungskühlung zu sehen. Die Vorteile der Verdampfungskühlung werden heute allgemein anerkannt. Die horizontale Anordnung der Kühlkasten sowie die Querschnittsänderungen der Strömungskanäle sind die Hauptursache für das Auftreten von Zirkulationsstörungen des Kühlmediums.

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Wenn auch die Plattenkühler gegenüber den Kühlkasten den grossen Vorteil aufweisen, eine gleichmässigere Kühlung mit besserem Ausgleich von plötzlichen und örtlichen Temperaturanstiegen zu gewährleisten, im Gegensatz zur punktförmigen und örtlich begrenzten Wirkung eines Kühlkastens, und darüberhinaus Verdampfungskühlung zu ermöglichen, so haben sie doch den grossen Nachteil, nicht demontierbar und demzufolge nicht austauschbar zu sein. Es muss bemerkt werden, dass die anfänglich an der Innenseite der Plattenkühler angebrachte feuerfeste Ausmauerung während des Hochofenbetriebes schnell verschwindet.

Ist dies geschehen, so können sich auf der Innenseite der Platten Ablagerungen von Schlackenschutzschichten bilden, welche ihrerseits periodisch abbrechen und neu bilden können. Nach dem Verschwinden der feuerfesten Ausmauerung besteht der einzige Verschleissschutz der Platten demnach nur im Vorhandensein einer solchen Schlackenschutzschicht. Dies ist jedoch keine genügende Gewähr für einen dauerhaften und wirksamen Schutz, umsomehr, als diese Schichten mangels Abstützung leicht zusammenstürzen. Nach dem Stand der Technik werden die bis zur Zerstörung der Kühlrohre abgenutzten Platten ausser Dienst gesetzt, indem sie von der Wasser- und Dampfzirkulation überbrückt werden; wird die Anzahl der solcherart aus Verschleissgründen ausser Dienst gestellten Plattenkühlern zu gross, so muss eine Erneuerung der Hochofenwand durchgeführt werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung eine Kühleinrichtung vorzusehen, welche die Nachteile der beiden bekannten Kühlsysteme vermeidet, bei Aufrechterhaltung ihrer jeweiligen Vorteile, d.h. eine Einrichtung mit demontierbaren und austauschbaren Kühlelementen, wobei eine gleichmässige Kühlung der Ofenwand gewährleistet und eine Kühlung sowohl durch Wasserumlauf als auch durch Verdampfung möglich ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Kühleinrichtung für Schachtofen der eingangs erwähnten Art, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussenpanzer eine bestimmte Anzahl passend dimensionierter Oeffnungen zur Montage und Demontage der Kühlelemente aufweist, und dass sämtliche Kühlelemente lösbar an der Ofenpanzerung verankert sind.

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Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Kühlelement für genannte Kühleinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass das Element Mittel zum lösbaren Verankern desselben am Ofenpanzer aufweist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Die Zeichnung zeigt, in schematischer Weise, einen senkrechten Schnitt durch einen Wandungsabschnitt eines Hochofens mit einer Kühleinrichtung und einem Kühlelement der vorgeschlagenen Art.

Der in der Zeichnung dargestellte Wandungsabschnitt besteht im wesentlichen aus einem Metallpanzer 2, dessen Innenseite mit Kühlelementen 4 der vorgeschlagenen Art belegt ist, wobei die Innenseite dieser Kühlelemente ihrerseits mit einer feuerfesten Ausmauerung oder einer Schlackenschutzschicht 6, wie weiter oben beschrieben, bedeckt sein kann. Die in der Zeichnung dargestellten Kühlelemente 4 zeigen einen ähnlichen Aufbau wie dJe weiter oben beschriebenen,bekannten PlattenKühler, bestehen also aus Formgussplatten mit in senkrechter Richtung hindurchgeführten Leitungen 8, z.B. vier an der Zahl, und haben an ihrer Innenseite eine Armierung aus Schamottsteinen 10. Die Kühlmittelleitungen 8 können vertikal und parallel oder auch serpentinenförmig angeordnet sein. Die feuerfeste Armierung reduziert die auf die Kühlelemente einwirkenden thermischen Beanspruchungen und begünstigt das Hängenbleiben einer Schlackenschutzschicht an der gekühlten Seite des Kühlelementes nach dem Verschwinden der feuerfesten Ausmauerung.

Der grosse Unterschied und Fortschritt der Kühlelemente 4 im Vergleich zu den bekannten besteht in der Demontier- und Austauschbarkeit dieser Elemente 4. Während nach dem Stand der Technik die mit Plattenkühlern belegte Hochofenpanzerung nur Oeffnungen für den dichten Durchlass der Kühlrohre aufweist, ist die Panzerung 2 mit genügend grossen Oeffnungen 12 versehen, um 5 die Kühlelemente 4 dadurch ein- und ausführen zu können. Desweiteren sind diese Elemente 4 im Gegensatz zu den bekannten Plattenkühlern nicht an der Panzerung festgeschraubt, sondern einfach mit einer oberen, U-förmigen Krempe 14 am unteren Rand 16 der Oeffnungen 12 eingehängt.

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Die Panzerung 2 ist um die Oeffnung 12 herum mit einem Flansch 18 versehen, um die Oeffnung 12 mit einem Deckel 20, z.B. durch Verschraubung, dicht abschliessen zu können. Im Innern der von der Höhlung des Deckels 20 gebildeten Kammer ist der Verbindungsanschluss zwischen den Leitungen 8 von übereinanderliegenden Kühlelementen 4 untergebracht. Diese Anschlussverbindung kann, wie in der Zeichnung dargestellt, mittels Kniestücken 22 realisiert werden, welche in an sich bekannter Weise mit der unteren und oberen Leitung 8 verbunden werden und einen Kompensator 24 zum Kompensieren der thermischen Ausdehnungen und Herstellungsungenauigkeiten versehen sind. Im Gegensatz zur Zeichnungsdarstellung könnte die Uebergangsleitung 22 mit dem Kompensator 24 auch ausserhalb des Deckels 20 liegen.

Die Kühlelemente sind im Bereich der Oeffnungen 12 durch einen horizontal liegenden Block 26 getrennt, welcher vorzugsweise nach dem Ofeninnern über die Innenseite der Kühlelemente übersteht und damit eine Abstützung für die Ausmauerung oder Schutzschicht 6 bildet. Dieser Block 26 besteht vorteilhafter weise aus einem Kühlkasten der weiter oben beschriebenen Art und ist innen mit (nicht gezeigt) Kühlleitungen für ein Kühlmittel ausgestattet. Diese Kühlleitungen könnten dann an einen Hilfskühlkreislauf angeschlossen werden oder auch an den Kreislauf der Elemente 4.

Ist die innere feuerfeste Auskleidung verschwunden und die Erosion und der Verschleiss so weit fortgeschritten, dass eine oder mehrere Leitungen zerstört worden sind, erlaubt die vorliegende Konstruktion das Ausnützen eines eingeplanten Stillstands (Drosselbetrieb) des Hochofens um das oder die schadhaften Kühlelemente 4 auszuwechseln. Dafür braucht nur der Deckel 20 der Oeffnung 12 abgenommen zu werden, die Verbindungsleitung 22 gelöst und der Block 26 sowie das Kühlelement 4 durch die Oeffnung 12 herausgeführt zu werden. Zum Lösen und Herausführen von Block 26 und Kühlelement 4 wird es im allgemeinen notwendig sein, sie mittels eines geeigneten Vibrationsapparates voneinander zu trennen, da diese Elemente miteinander und den entsprechenden anliegenden Elementen und der Panzerung 2 (dies ist der Fall für das Kühlelement) verbunden sind, einesteils wegen dem

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AO

Vorhandensein des Belags 6 und sodann wegen des Ausfüllens der Spalten zwischen diesen verschiedenen Elementen mit einer Ausgussmasse bei der Montage. Zum Freimachen und zur Demontage dieser Teile, insbesondere des Kühlelementes 4, sind selbstverständlich Hilfsmittel, wie ein Hebezeug und dergleichen, notwendig um das Kühlelement.hier beim Herausführen nach und nach in eine horizontale Lage zu bringen. Bei der Montage eines neuen Kühlelementes spielen sich dieselben Arbeitsvorgänge in umgekehrter Reihenfolge ab. Es ist vor der Montage eines neuen Kühlelementes sogar möglich, durch die Oeffnung 12 eine Arbeitsbühne einzuführen, v/elche dem Wartungspersonal den Zutritt ins Innere des Ofens gestattet um dort Inspektionen oder gegebenenfalls verschiedene andere Arbeiten ausführen zu können, wie etwa die Reinigung der Panzerinnenseite . Beim Ersetzen eines Kühlelementes kann es vorteilhaft sein, da die feuerfeste Ausmauerung zumindest im Bereich der Reparatur gänzlich verschwunden ist, die Innenseite des neuen Kühlelementes zusätzlich zur Armierung 10 mit einem feuerfesten Belag zu versehen.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind alle Kühlelemente an der ihnen zugeordneten Oeffnung 12 eingehängt und demzufolge sämtlich in der gleichen Richtung orientiert; überdies ist die gleiche Anzahl Oeffnungen vorhanden wie Kühlelemente. Sind die Kühlelemente in senkrechten Säulen übereinander angeordnet, so muss möglichst vermieden werden, waagerechte Reihen am Ofenumfang vorzusehen, vielmehr jedoch eine versetzte Anordnung, bei welcher die Oeffnungen 12 einer senkrechten Säule in senkrechter Richtung gegenüber den Oeffnungen 12 der beiden anliegenden säulen versetzt sind, dies damit der Panzer 2 nicht in einzelne Gürtel aufgeteilt wird und damit seine tragende Funktion verliert.

Es ist auch möglich eine andere als die vorstehend beschriebene und in der Zeichnung dargestellte Anordnung vorzusehen. Es ist insbesondere möglich, zwei benachbarte Elemente durch die gleiche Oeffnung herauszuführen, sodass die Anzahl letzterer im Vergleich zu der beschriebenen Anordnung auf die Hälfte reduziert wird. In diesem Falle sind die Kühlelemente einer senkrechten Kolonne abwechselnd in entgegengesetzter Richtung montiert. Mit Bezug auf die Zeichnung wäre das untere Kühlelement

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ΛΛ

in der gezeigten Stellung angeordnet während das obere Element 4 umgedreht wäre und spiegelbildlich zum unterem Element 4 angeordnet, es wäre also dann nicht am Panzer 2 eingehängt sondern einfach auf den Block 26 gestellt. Seine in der Zeichnung nicht sichtbare Krempe 14 befände sich dann unten und könnte zum Festlegen des Elements mit dem oberen Rand der Oeffnung zusammenwirken, wobei dieser Rand dann die gleiche Formgebung erhielte wie der Rand 16 in der Zeichnung. Bei dieser Anordnung wäre ein Ein- und Ausführen der in der Zeichnung sichtbaren Kühlelemente 4 durch ein und dieselbe Oeffnung 12 möglich.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausgestaltungsbeispielen werden die Kühlelemente durch das Schwenken um eine virtuelle horizontale Achse durch die Oeffnung 12 ein- und ausgeführt. Es würde nicht über den Rahmen der Erfindung hinausgehen, wenn die Oeffnungen senkrecht zwischen den Längsseiten zweier Elemente einer gleichen horizontalen Reihe angeordnet wären, sodass die Elemente durch Schwenken um eine virtuelle vertikale Achse montiert und demontiert werden können. Aus den vorstehenden Ausführungen geht auch deutlich hervor, dass das Konzept der beschriebenen, demontierbaren Kühlelemente keinerlei einschränkenden Einfluss auf den eigentlichen Kühlprozess hat. So kann wahlweise eine Kühlung mittels Wasser und/oder durch Verdampfung mit druckloser oder erzwungener Zirkulation angewandt werden.

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Leerseire

Claims

7 b 1 912 Patentansprüche

1. Kühleinrichtung für Schachtofen, insbesondere Hochöfen, deren Wandung einen Aussenpanzer (2) und eine Anzahl, die Innenseite dieses Panzers (2) mindestens teilweise belegende und von einem Kühlmittel durchströmte, individuelle Kühlelemente

(4) begreift, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussenpanzer (2) eine bestimmte Anzahl passend dimensionierter Oeffnungen (12) zur Montage und Demontage der Kühlelemente (4) aufweist, und dass sämtliche Kühlelemente (4) lösbar an der Ofenpanzerung (2) verankert sind.

2. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Panzerung (2) um jede Oeffnung (12) herum einen Flansch (18) aufweist, welcher abdichtend mit einem Deckel (20) zum Schliessen und Oeffnen der Oeffnungen (12) zusammenwirkt.

3. Kühleinrichtung nach den Ansprücken 1 und 2,

dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Kühlelemente (4) in senkrechten Säulen angeordnet sind, wobei zwei benachbarte Elemente (4) im Bereich der Oeffnungen (12) durch einen durch die zugeordnete Oeffnung (12j d_emontierbaren Block (26) voneinander getrennt sind.

4. Kühleinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3,

gekennzeichnet durch eine knieförmige, mit einem Ausdehnungskompensator (24) versehene Rohrverbindung zum Verbinden der Rohrleitungen (8) zweier benachbarter Elemente (4) einer gleichen Säule im Bereich dieser Oeffnung (12), wobei die Verbindung innerhalb oder ausserhalb des Deckels (20) liegen kann.

5. Kühleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Block (2 6) Rohrleitungen für ein an einen Kühlkreislauf angeschlossenes Kühlmittel vorgesehen sind.

6. Kühleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitungen im Block (26) in Reihe mit den Rohrleitungen (8) der Kühlelemente (4) geschaltet sind.

7. Kühleinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Kühlelement (4) eine Oeffnung (12) zugeordnet ist.

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8. Kühleinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Kühlelement (4) am unteren Rand (16) der ihm zugeordneten Oeffung (12) eingehängt ist.

9. Kühleinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Oeffnung (12) mehrere Kühlelemente (4) zugeordnet sind.

10. Kühleinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jede Oeffnung (12) zwei benachbarte Elemente (4) einer gleichen Säule zugeordnet ist.

11.Kühleinrichtung nach Anspruch 3 oder 10, dadurch gekennzeichnet dass von den beiden, der gleichen Oeffnung (12) zugeordneten Kühlelementen (4) das untere Element am unteren Rand der Oeffnung (12) eingehängt ist, während das obere Element auf dem Zwischenblock (26) ruht und hinter dem oberen Rand der Oeffnung (12) verankert ist.

12. Kühlelement für die Kühleinrichtungen von Schachtofen, deren Wandung einen Panzer (2) mit einer Anzahl darin angebrachter Oeffnungen (12) begreift, wobei die Kühlelemente (4) dazu bestimmt sind, die Innenseite dieses Panzers (2) wenigstens teilweise zu belegen und eine Platte mit hindurchgeführten Kühlmittelkanälen (8) begreifen, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (4) Mittel zum lösbaren Verankern am Ofenpanzer (2) aufweist.

13. Kühlelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel aus einer U-förmigen Krempe (14) bestehen, welche in den Rahmen (16) der Oeffnungen (12) im Panzer (2) eingehängt sind.

14.Kühlelement nach den Ansprüchen 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einer rechteckigen, gegossenen Metallplatte besteht , deren eine Hauptseite mit einer feuerfesten Armierung (10) versehen ist, wobei die Mittel (14) längs einem Seitenrand an der dieser feuerfesten Armierung (10) abgekehrten Seite des Kühlelementes (4) vorgesehen sind.

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15. Kühlelement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einem feuerfesten Belag (6) auf der feuerfesten Armierung (10) belegt ist.

16. Kühlelement nach den Ansprüchen 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb desselben mehrere parallele, in montiertem Zustand der'Elemente (4) vertikal orientierte Rohrleitungen (8) vorhanden sind.

17. Kühlelement nach den Ansprüchen 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitungen (8) serpentinenförmig verlaufen.

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