DE2822807C2

DE2822807C2 - Kühlkasten und Kühlplatte für Hochöfen

Info

Publication number: DE2822807C2
Application number: DE2822807A
Authority: DE
Inventors: François Marie Jean Guenange Touze
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-05-25
Filing date: 1978-05-24
Publication date: 1985-10-31
Also published as: GB1600445A; NL7805708A; FR2392341A1; BR7803334A; BE867437A; JPS5536684B2; DE2822807A1; ES470518A1; IT1103073B; FR2392341B1; IT7809477A0; US4210101A; AU526452B2; JPS5413016A; LU79707A1; AU3641878A; ZA782955B

Description

Die Erfindung betrifft einei-. Kühk&sten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der US-PS 10 31 389 ist ein flacher Kühlkasten bekannt, der horizontal in die V/and eines Hochofens einschiebbar ist Die Zuleitung der Kühlflüssigkeil erfolgt durch ein zentrales horizontales Rohr, welches die Kühlflüssigkeit bis zu der inneren Stirnwand des Kühlkastens leitet, wo sie durch eine an der Innenseite der inneren Stirnwand ausgebildete Nase in zwei Teilströme unterteilt wird. Diese Teilströme werden durch Ablenkstege zu den Seitenwänden des Kühlkastens hin abgelenkt, von wo aus die Kühlflüssigkeit zurück zu den in der äußeren Stirnwand des Kühlkastens ausgebildeten Ausflußöffnungen strömt. Durch die Form der Ablenkstege und die engen Durchgänge zwischen den Ablenkstegen und den Seitenwänden des Kühlkastens entstehen hinter den Ablenkstegen tote Winkel, die ein gleichmäßiges Durchströmen der Kühlflüssigkeit durch den Kühlkasten und einen gleichförmigen Austausch der Kühlflüssigkeit verhindern.

Ferner ist aus der US-PS 32 41 528 ein flacher zweiteiliger Kühlkasten mit einem inneren Abschnitt und einem äußeren Abschnitt bekannt, die unabhängig voneinander mit Kühlflüssigkeit versorgt werden. Zu dem inneren Abschnitt führt ein den äußeren Abschnitt durchsetzendes zentrales Rohr Kühlflüssigkeit zu, die an der inneren Stirnwand sich in zwei seitliche Ströme aufteilt und über Ablenkstege zurück zu einem das Zuflußrohr koaxial umgebenden Abflußrohr geführt wird, so daß sie durch den Ringraum zwischen dem Zufluß-

rohr und dem Abflußrohr ausströmen kann. Dem äußeren Kühlkastenabschnitt wird an einer Seite der äußeren Stirnwand Kühlflüssigkeit zugeführt Die Kühlflüssigkeit umströmt zickzackförmig zwei parallel zu di'n Seitenwänden des Kühlkastens verlaufende Stege, um an der anderen Seite der äußeren Stirnwand den äußeren Abschnitt des Kühikastens zu verlassen. Dabei werden Turbulenzen erzeugt, die ein gleichförmiges Entlangströmen der Kühlflüssigkeit an den thermisch stark beanspruchten Außenflächen stören. Ferner wird die Flüssigkeit auf einem erheblichen Teil ihres Weges durch den Kühlkasten nicht entlang den Außenflächen geführt, so daß bei der gegebenen Kühlflüssigkeitsmenge pro Zeiteinheil keine optimale Kühlung erreicht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kühlkasten der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art so auszubilden, daß eine ausreichende Kühlung der Teile des Hochofens mit einer minimalen Menge an Kühlflüssigkeit pro Zeiteinheit erreicht wird. Diese Aufgabe wird gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Dank dieser Anordnung ist sichergestellt, daß der Flüssigkeitsstrom der Kühlflüssigkeit auf die Innenfläche des in dem heißen Teil des Hochofens gelegenen inneren Endes des geschlossenen Behälters mit einer maximalen Geschwindigkeit auftritt und die Kühlung daher mit dem größten Wirkungsgrad erfolgt Dabei wird dank der Anordnung und Ausbildung der Ablenkeinrichtung erreicht, daß die gesamte innere Oberfläche des inneren Endes des geschlossenen Behälters von der Kühlflüssigkeit bespült wird, die dann durch die Wirkung der Ablenkeinrichtung in eine schraubenförmige Bewegung versetzt und bis zum äußeren Ende des Behälters geleitet wird, wobei sie die gesamte innenfläche des Behälters kontinuierlich bespült Im Gegensatz zu der aus der US-PS 32 41 528 bekannten Lösung wird bei der erfindungsTemäßen Ausführungsform die Kühlflüssigkeit durch die schraubenförmige Bewegung nicht nur langer im Kühlkasten sondern auch in ständigem Kontakt mit den thermisch iioch beanspruchten Außenflächen des Kühlkastens gehalten. Durch die von den Ablenkeinrichtungen erzielte gleichmäßige schraubenförmige Bewegung werden die Behälte^wände von der Kühlflüssigkeit kontinuierlich und ohne turbulente Bewegungen bespült wodurch die erhaltene Kühlwirkung maximal ist.

Um sicherzustellen, daß die Kühlflüssigkeit an der Austrittsöffnung mit einer hinreichenden Geschwindigkeit ankommt, soll die Tangeitialkomponente der Flüssigkeitsströmung beim Austritt der Flüssigkeit aus den Ablenkeinrichtungen etwa zehnmal größer sein als die zum äußeren Ende d:s Behälters hin gerichtete Axialkomponente.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen die Ablenkeinrichtungen gleichmäßig verteilte Ablenkschaufeln, die so ausgebildet sind, daß sie dem das innere Ende des geschlossenen Behälters bespülenden Flüssigkeitsstrom eine Tangentialkompo ncntc erteilen.

Die Erfindung betrifft ferner eine Kühlplatte zur Anordnung zwischen der feuerfesten Auskleidung und dem Schutzmantel des Hochofens gemäß den im Anspruch 7 angegebenen Merkmaien. Auch hier wird durch die erfindungsgemäße Ausbildurjp.der Kühlplatte eine gleichmäßige Bcspülung aller Außenflächen erreicht.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist diese Kühlplatte so ausgebildet, daß die Einspritzvorrichtung zur tangentidlen Einspritzung der Kühlflüssigkeit in eine äußere Seitenwand des Behälters einmündet und daß die Abzugsvorrichtung für die Kühlflüssigkeit nahe dem Zentrum des Behälters angeordnet ist.

Mit der erfindungsgemäßen Kühlplatte läßt sich erreichen, daß die Kühlflüssigkeit an der Innenwand des Behälters eine maximale Menge an Kalorien pro Zeiteinheit abführt Ferner werden bei der erfindungsgemäßen Kühlplatte die Druckverluste während des Durchlaufes der Kühlflüssigkeit durch den Behälter minimal gehalten.

Durch die erfindungsgemäße Form der Kühlplatte wird für ihre Herstellung nur eine minimale Menge an Material benötigt, so daß selbst in dem Fall einer Verwendung von relativ teurem Material, wie beispielsweise Kupfer, die Gestehungskosten für die Kühlplatte niedrig bleiben.
Schließlich wird mit der erfindungsgemäßen Küh!- platte erreicht, daß das Kühlwasser auiiie am intensivsten zu kühlenden Teile mit der größten C eschwindigkeit auftritt so daß der Wärmeaustausch an diesen Abschnitten am wirksamsten ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im FoI-genden ar hand der Figuren näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlkastens,
F i g. 2 einen Schnitt längs Linie II-11 in Ϊ- i g. 1,

F i g. 3 eine zweite Ausführungsform eines Teiles des Kühlkastens gemäß F i g. 1,

F i g. 4 und 5 eine weitere Ausführungsform eines Teiles eines Kühlkastens der in der F i g. 1 dargestellten Art in einer Seitenansicht bzw. einer Ansicht von unten und, Fig.6 und 7 eine Seitenschnittansicht bzw. eine Schnittansicht von oben einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Kühlplatte.

Der erfindungsgemäße Kühlkasten bzw. die Kühlplatte können zwar in den verschiedensten Bereichen eingesetzt werden, jedoch finden sich besonders interessante Anwendungsfälle in dem Bereich der Eisenverhüttung, insbesondere in Hochöfen, in denen man insbesondere einerseits die feuerfeste Auskleidung und andererseits den die feuerfeste Auskleidung außen 'imgebenden aus Stahl bestehenden Schutzmantel wirksam kühlen muß.

Die F i g. 1 zeigt eine Ausführungsform eines Kühlkastens 1 für den Schulzmantel 2 eines Hochofen*.

Wie in der F i g. 1 dargestellt, zeigt sich der dieser

so Ausführungsform entsprechende Kühlkasten 1 in Form eines länglichen rohrförmigen, als Rotationskörper ausgebildeten Behälters.

D sr kühlkasten durchsetzt den Schutzmantel 2 des Hochofens in einer in diesem ausgebildeten Durchbr«- chung 3 und ist so angeordnet, daß seine Drehachse 4 im wesentlichen horizontal liegt. Auf dem größten Teil seiner Länge ist der Kühlkasten daher von feuerfestem Material 5 umgeben wobei auch die Nase 6 oder das zum Inneren des Hochofens und damit zur Wärmequel-Ie hinweisende Ende des Kühlkastens 1 innerhalb des feuerfesten Materials 5 liegt oder im Gegenteil aus diesem herausragt, je nachdem, wie weit das feuerfeste Material abgenutzt ist. Der Kühlkasten 1 ist aus einem die Wärme gut leitenden Material hergestellt, das thermischen und mechanischen Belastungen ohne Beschädigungen gut widerstehen kann. Man verwendet hierzu häufig Stahl, Gußeisen, Kupfer oder eine Legierung mit einem starken Gehalt an Kupfer. Der Kühlkasten 1 ist

an dem als Panzerung dienenden Schutzmantel 2 auf irgendeine geeignete Weise befestigt, beispielsweise durch Schweißen mit oder ohne Zwischenlegen einer Schutzhülle je nach Art des für die Herstellung des Kühlkastens verwendeten Materials.

Der Kühlkasten besteht aus einem geschlossenen Behälter 7, die folgende Teile umfaßt:

Eine Mantelfläche 8, die zylindrisch (wie in der F i g. 1) o'der leicht kegelstumpfförmig mit zum inneren Ende 6 hin abnehmendem Durchmesser ausgebildet ist, um das Einsetzen oder das Herausziehen des Kühlkastens durch die Durchbrechung 3 in dem Schutzmantel 2 zu erleichtern.

eine erste Stirnwand 9 an dem außerhalb des Schutzmantels 2 liegenden Ende des Kühlkastens I₁ wobei diese Stirnwand 9 eben ausgebildet sein kann und
eine zweite Stirnwand 10 am inneren Ende 6 des Kühlkastens I, wobei diese Stirnwand 10 eben (wie in der F i g. 1 dargestellt) oder gewölbt ausgebildet sein kann.

Der Behälter 7 begrenzt einen geschlossenen Ringraum 11, in dem eine Kühlflüssigkeit bewegt wird, wie das später noch beschrieben werden wird.

Die Innenfläche 12 der Mantelfläche 8 weist keinerlei Unebenheiten auf und ist vollständig glatt, um keine Turbulenzen in der bewegten Flüssigkeit zu erzeugen.

In dem Kühlkasten 1 ist eine Einspritzöffnung 13 und eine Austrittsöffnung 14 für die Kühlflüssigkeit vorgesehen, wobei diese beiden öffnungen an den einander axial entgegengesetzten Enden des Kühlkastens 1 angeordnet sind.

Da das innere Ende 6 des Kühlkastens 1 den der Wärmequelle nächstgelegenen Abschnitt des Kühlkastens 1 bildet, ist es wünschenswert, daß die Kühlflüssigkeit an diesem Ort eingespritzt wird. Zu diesem Zweck

I*.* _n;_n _!.. ι _A:«.._Hn _..*. i_:u_n* ι_ι_ι_ιι.ϊι *s

ist cm aio L₁ViIUiIg auagcuiiuctci r ionium UCi υ YUigcachen, welcher durch die Stirnwand 9 des Kühlkastens 1 dicht hindurchgeführt ist und dessen Einspritzöffnung 13 in unmittelbarer Nähe der Innenfläche der Stirnwand 10 liegt. Wie noch später erläutert werden wird, ist zu diesem Zweck der Hohlkörper 15 geradlinig, wobei seine Achse mit der Drehachse des als Drehkörper ausgebildeten Behälters 7 zusammenfällt Aufgrund dieser Anordnung ist die Austrittsöffnung 14 nahe der Stirnwand 9 angeordnet.

Um sicherzustellen, daß die Kühlflüssigkeit die Innenflächen der Wände des Behälters 7 kontinuierlich umspült und insbesondere die Innenfläche 12 der Mantelfläche 8. wird die Masse der Kühlflüssigkeit in eine Drehbewegung um die Drehachse 4 des Behälters 7 versetzt

Um nicht die Herstellung und die Wertung des Kühlkastens zu komplizieren, wird die Flüssigkeit auf einfache Weise dadurch in Drehung versetzt daß man die Flüssigkeit durch die Einspritzöffnung 13 mit einer tangentialen Geschwindigkeitskomponente einspritzt

Hierzu muß gesagt werden, daß das innere Ende 6 der Abschnitt des Kühlkastens 1 ist, der der Wärme am meisten ausgesetzt ist Daher muß an dem Ende 6 die maximale Kühlleistung erbracht werden. Es ist daher wichtig, daß die aus der Einspritzöffnung 13 austretende Flüssigkeit nicht nur längs Pfeile 60 in F i g. 1 auf den mittleren Bereich der Innenfläche der Stirnwand 10 auftritt, da ja der Hohlkörper 15 axial verläuft, sondern daß darüber hinaus von diesem Augenblick an die Flüssigkeit radial abgeleitet wird (Pfeile 61 in den F i g. 1 und 2), um die gesamte Innenfläche des Endes 6 zu bespülen.

Dank dieser Führung der Flüssigkeit wird das gesamte innere Ende 6 des Kühlkastens 1 gekühlt.

Danach muß die Kühlflüssigkeit in Richtung auf die erste Stirnwand 9 und die Austrittsöffnung 14 unter Ausführung einer schraubenförmigen Bewegung (Pfeile 62 in F i g. 1) längs der Innenfläche 12 der Mantelfläche 8 geführt werden. Daher weist die Bewegung der Flüssigkeit zwei Geschwindigkeitskomponenten auf:

Eine axiale Komponente (Pfeil 63 in Fig. 1) die in Richtung der ersten Stirnwand 9 weist und die Rückkehr der Flüssigkeit zum rückwärtigen Ende des Kühlkastens gewährleisten soll,
und eine tangential Komponente (Pfeil 64 der Fig.2) welche eine Drehbewegung der Flüssigkeit längs der Mantelfläche 8 bewirken soll, um letztere zu kühlen.

Natürlich ist die vorstehend beschriebene Zerlegung der von der aus der Einspritzöffnung 13 austretenden Flüssigkeit durchgeführten Bewegung rein theoretisch, während in der Praxis diese verschiedenen Bewegungen miteinander kombiniert sind.

Zur Erreichung der Drehbewegung sind an der Innenfläche 16 der Stirnwand 10 Aushöhlungen oder Vor-Sprünge ausgebildet, weiche Ablenkschaufeln 17 in Form von Spiralabschnitten bilden, die um die Einsprilz· öffnung 13 herum angeordnet sind und die Rolle von Leitflächen spielen, um der durch die axial gegenüberliegende Einspritzöffnung 13 eingespritzten Flüssigkeit eine Tangentialkomponente zu erteilen.

Nach seinem Austritt aus der Einspritzöffnung 13 tritt daher der Flüssigkeitsstrom auf die Innenfläche des inneren Endes 6 und wird von dort aus sofort radial längs der Stirnwand 10 abgelenkt (Pfeile 61), wobei die Flüssigkeit gleichzeitig durch die Ablenkschaufeln 17 in tangentialer Richtung abgelenkt wird (Pfeil 64).

Lsamii uic Ui ciiucWcgiing ucT π lü55igi\cit giciCiima-

ßig und ohne Turbulenz erfolgt, ist es ferner zweckmäßig, wenn das Abführen der Flüssigkeit durch die am

■io entgegengesetzten Ende des Kühlkastens 1 liegende Austrittsöffnung 14 ebenfalls tangential erfolgt und die Ausflußleitung 18 in geeigneter Weise relativ zu der Mantelfläche 8 des Behälters 7 angeordnet ist.
Da die Innenfläche 12 der Mantelfläche 8 des Behälters 7 glatt ist und der Hohlkörper 15 koaxial zur Drehachse 4 des Behälters 7 verläuft, ist sichergestellt, daß unter der Wirkung der tangentialen Geschwindigkeitskomponente der durch die Einspritzöffnung 13 eingespritzten Flüssigkeit diese in eine ungestörte Drehbewegung versetzt wird und daß die Flüssigkeit gleichmäßig von der Stirnwand 10 zum rückwärtigen Teil des Kühlkastens 1 strömt und dabei kontinuierlich die Mantelfläche 8 bespült

Fig.3 zeigt eine andere Ausführungsform der Ablenkeinrichtungen in einem dem Schnitt in F i g. 2 entsprechenden Schnitt

In dem als Kühlkasten dienenden Behälter 65 sind die Ablenkeinrichtungen oder Leitflächen von zwei vorspringenden Wänden 67 und 68 gebildet, weiche jeweils Bogenabschniite zweier umeinander herumgerollter Spiralen darstellen. Wie bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel sind die beiden vorspringenden Wände an der Innenseite der Stirnwand am inneren Ende des Behälters 65 angeordnet '

TT Ic ϊΐϊαΠ in r i g. j cTKCnnt, ΐΐΐΰιαυΐ uiC fVaiiu u/ einen

zentralen Abschnitt 69, d. h. einen Abschnitt, der in dem Bereich starker Krümmung der Spirale quer vor einer Einspritzöffnung 70 eines als Zuleitung dienenden Hohl-

körpers 66 angeordnet ist Dieser zentrale Abschnitt 69 besitzt zwei Teile von im wesentlichen gleicher Länge, die in einander entgegengesetzter Richtung gekrümmt sind, so daß der zentrale Abschnitt 69 im wesentlichen die Form eines Saufweist.

Im Anschluß an den zentralen Abschnitt 69 (in F i g. 3 nach links) ist die Wand 67 spriralförmig mit kontinuierlich ijnehmendem Krümmungsradius um im wesentlichen eine volle Windung aufgewickelt. Nach etwa einer vollen Windung trifft sie bei 71 auf die Mantelfläche 72 des Behälters 65.

Was die andere vorspringende Wand 68 betrifft, so beginnt sie im wesentlichen an dem die Drehachse der Mantelfläche des Behälters 65 mit der Verbindungsstelle 71 zwischen der Wand 67 und der Mantelfläche 72 verbindenden Radius. Dann verläuft sie in einer zu der von der Wand 67 beschriebenen Spirale im wesentlichen parallelen Spirale im wesentlichen um eine halbe Umdrehung und vereinigt sich dann tangential mit der Mantelfläche 72 an einer Stelle 73, die der Verbindungsstelle 71 im wesentlichen diametral gegenüberliegt.

Wenn die Kühlflüssigkeit aus der Einspritzöffnung 70 des Hohlkörpers 66 austritt, wird sie durch den S-förmigen Abschnitt 69 in zwei Teilströmen unterteilt. Ein erster Teil der Flüssigkeit wird in Richtung des Pfeiles 74 in Drehung versetzt und fließt längs der Wand 77 und von dieser in den Raum zwischen der Wand 68 und der Mantelfläche 72 des Behälters. Ein zweiter Teil der Flüssigkeit wird in Richtung des Pfeiles 75 in Drehung versetzt und fließt in den zwischen den Wänden 67 und 68 gelegenen Raum und von dort in den zwischen der Wand 67 und der Mantelfläche 72 gelegenen Raum.

Dank der Länge der Wände 67 und 68, die wesentlich größer ist als die Länge der Ablenkschaufeln 17 bei dem Kühlkasten gemäß den Fig. 1 und 2, erhält man eine gleichmäßigere Drehbewegung der Flüssigkeit, die über läncTgrg 2!S!t hii» ^rtSfühft Wifd

Um den erhaltenen Effekt noch zu verbessern, kann man vorsehen, daß der S-förmige Abschnitt 69 der Wand 67 ein wenig in den Hohlkörper 66 eindringt. Damit wird der Flüssigkeitsstrom vor seinem Austritt aus dem Hohlkörper in zwei Teilströme unterteilt und die Drehbewegung der Flüssigkeitsteilströme kann bereits etwas vor dem Austritt der Flüssigkeit aus der Einspritzöffnung 70 eingeleitet werden.

Um ferner eine längere Führung der Flüssigkeitsteilströme zu erreichen, können die Wände 67 und 68 noch um ein kurzes Stück längs der Mantelfläche 72 des Behälters 65 verlängert sein, um Störungen der Flüssigkeitsteilströme zu beseitigen, die diese bei ihrem Obergang von der Bahnführungsebene zwischen der Innenfläche der Stirnwand am inneren Ende des Kühlkastens und der Innenfläche der Mantelfläche 72 erfahren haben.

In dem Behälter 65 gemäß Fig.3 besitzt der Hohlkörper 66 für die Kühlflüssigkeit einen etwas größeren Durchmesser, als der Hohlkörper 15 bei dem Kühlkasten gemäß den F i g. 1 und F i g. 2.

Natürlich können die Ablenkeinrichtungen auch an dem Ende des Hohlkörpers angeordnet sein, so daß sie um die Einspritzöffnung für die Flüssigkeit herum liegen.

Die F i g. 4 und 5 stellen eine Kombination dar, bei welcher ein Teil der Ablenkeinrichtungen an dem Ende des als Zuleitung für die Flüssigkeit dienenden Hohlkörpers angeordnet ist, wobei diese Ablenkeinrichtungen eine erste Drehbewegung hervorrufen, während ein zweiter Teil der Ablenkvorrichtungen an der Innenfläche aes inneren Endes des Kühlkasten angeordnet ist, wobei dieses Ablenkeinrichtungen die Drehbewegung der Flüssigkeit vervollständigen.

Wie man in den F i g. 4 und 5 erkennt, weist der Behiilter 80, der in seiner Gesamtheit wie der Kühlkasten 1 gemäß Fig. I ausgebildet sein kann, einen inneren Behälter 81 auf, welcher den als Zuleitung für die Flüssigkeit dienenden Hohlkörper 82 umgibt und mit einem äußeren Behälter 83 einen Ringraum 84 begrenzt, in ίο welchem die Kühlflüssigkeit in Form einer relativ dünnen Schicht mit großer Geschwindigkeit schraubenförmig umlaufen soll.

An seiner Einspritzöffnung 82a ist der Hohlkörper 82 mit einem Ablenkstück 85 versehen, welches teilweise in den Hohlkörper eingreift und mit der Innenfläche 86 des inneren Endes 87 des Behälters 80 anstößt.

Die Ablenkeinrichtung 85 besitzt, in einem Querschnitt betrachtet, die Form eines Drehkreuzes mit vier Armen Sä, wobei jeder Arm SS in axialer Richtung derart bogenförmig gekrümmt ist, daß er eine Ablenkschaufel 89 bildet. Die Ablenkeinrichtung 85 besteht aus einem in das Ende des Hohlkörpers 82 eingesetzten Teil.

Die Innenfläche 86 des inneren Endes 87 des Behälters 80 ist nicht eben, sondern im wesentlichen kegelstumpfförmig ausgebildet mit einem Mittelabschnitt, der die Form einer Kugelkalotte aufweist. Die ganze Anordnung stellt eine zum Inneren des Behälters hinweisende Erhebung dar. Im übrigen trägt diese Innenfläche 86 Ablenkflächen in Form von Spiralbogenstükken 90 bis 93, die parallel zur Drehachse des Behälters von der Innenwand 86 vorspringen.

Eine erste Wand 90 ist gegenüber einer der Ablenkschaufeln 89 der Ablenkeinrichtung 85 angeordnet und krümmt sich mit einer der Krümmung der Ablenkschaufei entsprechenden Anfangskrümmung spiralförmig annähernd um eine vollständige Umdrehung, wobei der

Eine zweite Wand 91 beginnt im wesentlichen auf Höhe des freien Endes der ersten Wand 90, wobei sie gegenüber der von der Wand 90 beschriebenen Spirale nach radial innen um einen Abstand e von der Wand 90 versetzt ist. Ferner stehen sich die Wände 90 und 91 in einem gekrümmten Bereich 1 gegenüber. Die Wand 91 erstreckt sich ihrerseits längs ihres Spiralbogens etwa über eine Viertel-Umdrehung.

Eine dritte Wand 92 beginnt in einem Abstand e von der Wand 91, wobei sich die beiden Wände auf einer Länge /gegenüberliegen, und erstreckt sich längs eines Spiralbogens etwa über eine Viertel-Umdrehung.

Schließlich erstreckt sich eine vierte Wand 93, die in einem Abstand e von der Wand 92 und auch von der Wand 90 liegt, längs eines Spiralbogens im wesentlichen parallel zur Wand 90 etwa über eine Viertel-Umdrehung.

Wie man in F i g. 4 erkennt, sind die freien Ränder der Wände 90 bis 93 coplanar untereinander und mit der Stirnwand inneren Behälters 81, wobei diese Stirnwand ebenfalls eben ist und an den freien Rändern der Wände 90 bis 93 anliegt Auf diese Weise ist eine Gruppe von spiralförmigen Kanälen unterschiedlicher und abnehmender Breite (betrachtet in Strömungsrichtung der Flüssigkeit) geschaffen, die untereinander durch Durchgänge der Länge /und der Breite e verbunden sind.
Dank dieser Ausbildung wird die durch den Hohlkörper 82 zugeführte Kühlflüssigkeit zunächst durch die Ablenkeinrichtung 85 mit seinen Ablenkschaufeln Ss vor seinem Austritt durch die Einspritzöffnung 82a des Hohlkörpers 82 in Drehung versetzt Danach wird der

Flüssigkeit eine weitere kontinuierliche Drehbewegung durch die Wände 90 bis 93 erteilt.

Aufgrund der Lage der Wände 90 bis 93 relativ zueinander wird die Flüssigkeit gezwungen, durch einen Durchgang der Breite e hindurchzuströmen, welcher Bahn sie auch folgt. Aufgrund der Enge dieser Durchgänge wird die Flüssigkeit bei ihrem Durchgang beschleunigt, womit sichergestellt werden kann, daß die Kühlflüssigkeit eine schraubenförmige Bahn im Ringraum 84 mit einer hinreichend hohen tangentialen Geschwindigkeitskomponente beginnt, um am anderen Ende des Kühlkastens mit einer Tangentialgeschwindigkeit anzukommen, welche das Abfließen der Flüssigkeit allein durch die Massenträgheit ermöglicht Versuche haben gezeigt, daß zum Erhalten dieses Ergebnisses die Tangentialkomponente etwa zehnmal größer sein muß als die zum äußeren Ende des Kühlkastens gerichtete Axialkomponente.

Selbstverständlich kann der vorstehend beschriebene Kühlkasten selbst in verschiedener Weise ausgebildet sein.

Man könnte beispielsweise ein aus einem einzigen Block hergestelltes, beispielsweise gegossenes Teil vorsehen, das an seiner einen Seite die Ablenkeinrichtung 85 trägt und auf seiner anderen Seite die Wände 90 bis 93. Dieses Stück könnte in das Ende des Hohlkörpers 82 eingesetzt werden und an der Innenseite der Stirnfläche 87 am inneren Ende des Kühlkastens anliegen.

Man könnte ebenfalls vorsehen, die Ablenkeinrichtung 85 zusammen mit der Stirnfläche 87 des Kühlkastens und den Wänden 90 bis 93 zu gießen. In diesem Falle wird die Ablenkeinrichtung 85 in das Ende des Hohlkörpers 82 eingeführt, wenn dieser in den Kühlkasten eingebaut wird, wobei die Ablenkeinrichtung 85 das Zentrieren des Hohlkörpers erleichtert.

Anhand der F i g. 6 und 7 soll nun eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung beschrieben werden, die ebenfalls zur Kühlung des Schutzmantels eines Hochofens verwendbar ist.

Es handelt sich aber in diesem Falle um einen abgeflachten Kasten, der in den zuständigen Fachkreisen üblicherweise als Kühlplatte bezeichnet wird. Dieser Ausdruck soll in der folgenden Beschreibung beibehalten werden.

Derartige Kühlplatten werden nicht in dem feuerfesten Material angeordnet, wie dies bei den vorstehend '.beschriebenen länglichen Kühlkasten der Fall war, sondern zwischen dem feuerfesten Material und der Innenfläche des Schutzmantels, so daß sie eine kontinuierliche oder diskontinuierliche thermische Abschirmung darstellen, je nach der Größe der Intervalle, die zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kühlplatten zwischen der Wärmequelle und dem Schutzmantel gelassen sind.

Die Kühlplatten bestehen wie die länglichen Kühlkästen aus einem thermisch gut leitenden und mechanisch widerstandsfähigen Material, wie beispielsweise Stahl, Gußeisen oder Kupfer.

In den F i g. 6 und 7 ist ein Behälter 20 dargestellt, der eine flache Form aufweist, wobei seine parallel zueinander verlaufenden Flächen 21 und 22 mit dem Schutzmantel 23 bzw. dem feuerfesten Material 24 in Berührung stehen. Die Kühlplatte 20 ist hohl, um eine Zirkulation der Kühlflüssigkeit zu ermöglichen.

Die zueinander parallelen Flächen 21 und 22 sind rund. An einer im wesentlichen zylindrischen Seitenwand mündet tangential eine Einspritzöffnung 25 in die Kühlplatte.

Eine Austrittsöffnung 27 öffnet sich innerhalb der Kühlplatte tangential nahe, dem Zentrum derselben und ein innerer Abschnitt 28 der Abflußleitung krümmt sich in Richtung auf das Zentrum der Kühlplatte hin und ist so gebogen, daß er aus der Kühlplatte durch eine Scitenwand im Zentrum derselben austritt. Die Flüssigkeitszuleitung 25a und die Flüssigkeitsableitung 27a sind im wesentlichen senkrecht zur Kühlplatte angeordnet.

Die Kühlplatte weist somit im wesentlichen eine einem Schneckenhaus ähnliche Form auf.

Man sieht, daß die Achsen der Einspritzöffnung 25 und der Austrittsöffnung 27 sich in einem Abstand R bzw. einem Abstand rvon dem Mittelpunkt Cder Kühlplatte entfernt befinden. Damit die einströmende Flüssigkeitsmenge gleich der ausströmenden Flüssigkeitsmenge ist, muß daher der Querschnitt Sder Auslrittsöffnung 27 größer sein als der Querschnitt s der Eintritlsöf fnung 25.

Die Gleichheit der ausströmenden und der einströmenden menge führt ZU folgender Beziehung:

V₁-S=V₂-S.

dabei bezeichnen V\ und V₂ die Eintrittsgeschwindigkeit bzw. Austrittsgeschwindigkeit, die mit den Radien R und rin folgendem Verhältnis stehen:

Ji

Folglich muß folgende geometrische Bedingung erfüllt sein:

In der gleichen Weise wie bei dem länglichen Kühlkasten gemäß F i g, 1 dürfen die Innenwände der Kühlplatte keine Unebenheiten aufweisen, um nicht Turbulenzen in der sich bewegenden Flüssigkeit zu erzeugen.

Während des Betriebes wird die Flüssigkeit aufgrund ihrer tangentialen Einspritzung durch die Eh' spritzöffnung 25 in Drehung versetzt und bespült gleichmäßig jeden Punkt der Innenwände der Kühlplatte. Man kann sich vorstellen, daß der Fiüssigkeitsstrom nach seinem Eintritt durch die Einspritzöffnung 25 sich in dem Hohlraum der Kühlplatte einrollt, bevor er zur Austrittsoffnung 27 gelangt.

Aufgrund der Tatsache, daß die Kühlflüssigkeit mittels geeigneter Abienkvorrichtungen in Drehung versetzt wird und daß die Einspritzöffnung und die Austrittsoffnung in einander gegenüberliegenden Bereichen der Vorrichtung angeordnet sind, ist sichergestellt, daß jeder Bereich der zu kühlenden Wand von der Kühlflüssigkeit bespült und daher in wirksamer Weise gekühlt wird.

Da die Wände keinerlei Unebenheiten aufweisen und sich nichts der Drehbewegung der Flüssigkeit entgegenstellt, werden in dieser auch keinerlei Turbulenzen erzeugt und alle Bereiche der zu kühlenden Wand, um weiche Bereiche es sich auch handelt und wo immer sie auch liegen mögen, werden in gleicher Weise und mit dem gleichen Wirkungsgrad gekühlt. Darüberhinaus werden Druckverluste in dem Flüssigkeitskreislauf praktisch eliminiert

Daher ist es möglich, auf sehr genaue Weise die minimale Flüssigkeitsmenge zu berechnen, die in die Hülle eingespritzt werden muß, um eine vorbestimmte Kühlung zu erreichen. Daher kann auch eine wesentliche

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Einsparung bei der zur Kühlung notwendigen Flüssigkeitsmenge erreicht werden, was eine Senkung der Konten für die Kühlung bedeutet.

Man kann ferner die zur Kühlung notwendige FIQssigkeit genau so berechnen, daß sie sich maximal erwärmt, wobei diese Erwärmung bis zur Verdampfung der Flüssigkeit gehen kann. Dies ermöglicht, den Wirkungsgrad der Vorrichtung noch weiter zu verbessern, da der austretende Dampf zur Bewegung der Kühlflüssigkeit herangezogen werden kann.

Die geometrische Form der die Vorrichtung bildenden Teile ist vereinfacht, wodurch man die Mengen des zur Herstellung benötigten Materials verringern und die Herstellungskosten senken kann. Damit verringern sich auch die Gesamtkosten für die Vorrichtung. Man kann daher eine Herstellung der Vorrichtung aus Stahl, Gußeisen oder Kupfer ins Auge fassen.

Es ist möglich, mehrere erfindüngsgemäße Kühlvorrichtungen vorzugehen, indem man diese untereinander verbindet. Auf diese Weise kann man eine Kopplung mehrerer längncher Kühlkästen untereinander, eine Kopplung zwischen einem einen derartigen Kühlkasten umgebenden Kühlkasten oder eine Kopplung zwischen mehreren Kühlplatten untereinander erreichen.

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Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Kühlkasten zur Kühlung der Wand und der feuerfesten Auskleidung eines Hochofens, umfassend einen geschlossenen länglichen Behälter in Form eines Drehkörpers oder mit einer drehkörperähnlichen Form, wobei der Behälter ein äußeres und ein inneres Ende aufweist, einen innerhalb des Behälters angeordneten axial verlaufenden Hohlkörper mit einem äußeren und einem inneren Ende, der zusammen mit dem Behälter einen achsparallel verlaufenden Ringraum begrenzt, eine Zutrittsöffnung zur Zufuhr von Kühlflüssigkeit in den axial verlaufenden Hohlkörper durch dessen äußeres Ende und eine Austrittsöffnung zum Abfließen der Kühlflüssigkeit aus dem Ringraum durch das äußere Ende des geschlossenen Behälters, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (11) frei von Hindernissen für <5ie freie Zirkulation der Kühlflüssigkeit ist und daß Abienkeinrichtungen (17; 67, 6S; 85,9ö bis 93) zwischen dem inneren Ende des Hohlkörpers (15; 66; 82) und dem inneren Ende des geschlossenen Behälters (7; 65; 80) angeordnet sind, die so ausgebildet sind, daß sie der Kühlflüssigkeit eine Bewegung mit den folgenden Bewegung'komponenten erteilen:

eine zum inneren Ende des geschlossenen Behälters (7; 65; 80) hin gerichtete Axialkomponente, um eine Kühlung des mittleren Bereiches des inneren Endes des geschlos·-.nen Behälters (7; 65; 80) zu erreichen, eine Radialkomponentfi, um eJ"e Kühlung der übrigen Bereiche des inneren Endes des geschlossenen Behälters(7;65;80) zu bewirken
eine zum äußeren Ende des geschlossenen Behälters (7; 65; 80) hin gerichtete Axialkomponente, um einen Rücklauf der Kühlflüssigkeit zu bewirken, und eine Tangentialkomponente, um eine Kühlung der Mantelfläche (8; 72; 83) des geschlossenen Behälters (7; 65; 80) zu erreichen, so daß die Kühlflüssigkeit im Betrieb zwischen der Zutrittsöffnung (13) und der Austrittsöffnung (14) in dem Ringraum (11) in eine freie schraubenförmige Bewegung versetzt wird.

2. Kühlkasten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tangentialkomponente am Ausgang der Ablenkvorrichtungen (17; 67; 68; 85,90 bis 93) etwa zehnmal größer ist als die zum äußeren Ende des geschlossenen Behälters (7; 65; 80) hin gerichtete Axialkomponente.

3. Kühlkasten nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkeinrichtungen in einer regelmäßigen Anordnung verteilte Ablenkschaufeln (17) aufweisen, die so ausgebildet sind, daß sie dem das innere Ende des geschlossenen Behälters (7) überstreichenden Flüssigkeitsstrom eine Tangentiaikomponente erteilen.

4. Kühlkasten nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ablenkschaufeln (17) in den Ringraum (11) hinein erstrecken.

5. Kühlkasten nach Anspruch 3 oder 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkschaufeln (17) an dem inneren Ende des geschlossenen Behälters (7) angeordnet sind.

6. Kühlkasten nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkschaufeln (17) an dem inneren Ende des axial verlaufenden Hohlkörpers (15) angeordnet sind.

7. Kühlplatte zur Kühlung der Wand und der feu-

erfesten Auskleidung eines Hochofens, umfassend einen geschlossenen Behälter mit einer abgeflachten Form und mit einer drehkörperähnlichen Form bezüglich einer Drehachse, wobei der Behälter für einen Umlauf von Kühlflüssigkeit ausgebildet ist. gekennzeichnet durch eine in einem ersten Bereich des Behälters (20) angeordnete Einspritzvorrichtung (25, 252J zum Einspritzen der Kühlflüssigkeit mit einer Tangentialkomponente und eine in einem zweiten Bereich des Behälters (20) angeordnete Abzugscinrichtung (27,28,27s) zum tangentialen Abziehen der Kühlflüssigkeit, wobei sich die Einspritzvorrichtung (25,25a,} in einem rad^;alen Abstand von der Abzugseinrichtung (27,28,27a) befindet und wobei der Behälter (20), die Einspritzvorrichtung (25,75a) und die Abzugseinrichtung (27, 28, 27a) für die Kühlflüssigkeit so ausgebildet sind, daß die Flüssigkeit v/ährend einer Drehbewegung um die Drehachse des Behälters (20) an keiner Stelle von dessen Innenraum auf ein Hindernis trifft, so daß die Kühlflüssigkeit im Betrieb zwischen tier Einlaßöffnung und der Auslaßöffnung eine freie Spiralbewegung um die Drehachse ausführt

8. Kühlplatte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzvorrichtung (25, 25a) zur tangentialen Einspritzung der Kühlflüssigkeit in eine äußere Seitenwand (26) des Behälters (20) einmündet und daß die Abzugsvorrichtung (27, 28, 27a; für die Kühlflüssigkeit nahe dem Zentrum des Behälters (20) angeordner ist

9. Kühlplatte nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Einspritzvorrichtung (25, 25a; kleiner ist als der Querschnitt der Abzugseinrichtung (27,28,27/