DE2854306A1

DE2854306A1 - Gekuehlter lichtbogenofenmantel

Info

Publication number: DE2854306A1
Application number: DE19782854306
Authority: DE
Inventors: Herbert Kuhlmann
Original assignee: Sidepal SA
Current assignee: Sidepal SA
Priority date: 1977-12-19
Filing date: 1978-12-15
Publication date: 1979-06-21
Also published as: DE7837246U1; AT362801B; CH627834A5; GB2011046B; ES476062A1; LU78707A1; PL211889A1; BE872828A; DD140281A5; IT7830963A0; US4206312A; PL113069B1; NL7812158A; GB2011046A; ATA896278A; BR7808364A; IT1100733B; SE7812991L; DK561878A; AR216354A1

Description

TEL. OB© / S9 ST£.-5

PATENTANMELDUNG

SIDEPAL S.A. SOCIETE INDUSTRIELLE DE PARTICIPATIONS LUXEMBOURGEOISE .14, rue Aldringen

Luxembou r g

Gekühlter Lichtbogenofenmantel.

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Die Erfindung betrifft einen gekühlten Lichtbogenofenmantel.

Elektrische Lichtbogenofen finden zur Herstellung von Sonderstählen allgemein Anwendung. Das Ofengefäss besteht im wesentlichen aus einem zylindrischen Mantel, einem nach unten gewölbten, als Wanne fungierenden Boden und einem nach oben gewölbten Deckel. Im Mantel befindet sich eine Beschickungsöffnung und, meist auf der gegenüberliegenden Seite hiervon, eine Ausgussöffnung mit Tülle, während im Deckel die notwendigen Öffnungen für die Elektroden vorgesehen sind.

Das Ofengefäss ist auf Rollkörpern gelagert und kann durch Kippen entleert werden. Zum Abfangen der hohen thermischen Belastung sind die Innenwandungen des Ofens mit einer mehr oder minder dicken feuerfesten Auskleidung belegt.

Es hat sich gezeigt, dass bei den in diesen Lichtbogenofen naturgemäss auftretenden sehr hohen Temperaturen der seitliche Ofenmantel, bestehend aus einem Metallpanzer mit feuerfester Auskleidung den hohen thermischen Belastungen nur knapp gewachsen ist indem der Metallpanzer sich nach aussen auswölben kann und die Auskleidung nur eine Lebensdauer von 80 bis 100 Chargen, d.h. Arbeitsprozessen erreicht und demzufolge häufig erneuert werden muss. Diese Erneuerung der

Auskleidung impliziert einen beachtlichen Kostenaufwand sowie eine Produktivitätsminderung als Folge des zeitweiligen Ofenstillstands. Man ist deshalb dazu übergegangen, die Ofenseitenwand mit einer Kühlung auszustatten indem man in diese Wand Kühlkästen integriert hat, wie es in ähnlicher Weise vom Hochofenbetrieb her bekannt ist. Diese Kühlkasten oder Kühlelemente für Lichtbogenofen können als tragende Bestandteile der Ofenseitenwand ausgeführt und solcherart angeordnet sein, dass eine Vielzahl von vorzugsweise kreisbogenförmig gekrümmten, nebeneinander liegenden Kühlelementen einen Gürtel bilden, welcher in diesem Bereich als Seitenwand des Ofens fungiert. Dieser Gürtel aus Kühlelementen kann innen und gegebenenfalls nach aussen mit einem feuerfesten Belag versehen werden.

Die Kühlelemente selbst sind flache, gekrümmte Hohlkästen von etwa 200 bis 250 mm Dicke und einem meist oben angeordneten

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Wassereintritt und einem unten liegenden Wasseraustritt. Dem durchströmenden Kühlwasser wird eine serpentinenartige Strömungsbewegung vermittelt indem im Innern des Kühlelementes versetzt angeordnete waagerechte Stege vorgesehen sind, welche zusammen mit den Kühlkastenaussenwänden schikanenförmige Strömungskanäle bilden. Durch den Einsatz dieser Kühlkasten ist es zwar gelungen, die Lebensdauer des Ofenmantels wesentlich heraufzusetzen, jedoch beinhaltet das konstruktive Konzept dieses Kühlsystems mehrere erhebliche Mangel.

Aus fabrikationstechnischen Gründen sind obengenannte Stege nur an einzelnen Stellen ihrer Schmalseiten mit dem KÜhlelementgehäuse verschweisst. Hierdurch bleiben zwischen grossen Abschnitten dieser Stegschmalseiten und den Gehäuseaussenwänden mehr oder minder breite Spalte offen, durch welche nicht unbedeutende Mengen Schleichwasser hindurchtreten, wodurch der Kühleffekt herabgesetzt und der Wasserverbrauch erhöht wird.

Desweiteren ist der Werkstoff, insbesondere die Schweissnähte der Elemente wegen des grossen Wärmegefälles zwischen ihrer ofenseitigen und ihrer nach aussen zeigenden Wandung einer sehr grossen Beanspruchung ausgesetzt mit entsprechender latenter Defektgefahr. Auch sind diese Kühlelemente aufgrund ihres geometrischen Aufbaus mit grossflächigen, flachen Begrenzungswänden wegen Verformungsgefahr nicht für den Betrieb mit höheren Wasserdrücken geeignet, wodurch ihre spezifische Kuhlwirkung in verhältnismässig engen Grenzen bleibt. Desweiteren weist das Innere dieser Kühlkasten zahl- ^ reiche tote Winkel, besonders im Bereich der Wasserumleitung um die . freien Stegenden, auf, wodurch Wirbel- und Dampfblasenbildung begünstigt werden mit daraus resultierenden örtlichen WärmeStauungen sowie Vergrösserung der Strömungswiderstände. Die hohen Herstellungskosten sind ein weiterer gravierender Nachteil dieser bekannten Kühlkästen.

Der Erfindung liegt zur Vermeidung dieser Nachteile des Stands der Technik die Aufgabe zugrunde, eine Mantelkonstruktion für Industrieöfen zu schaffen, welche bei günstigen Herstellungskosten eine wirksame Kühlung gestattet indem die Strömungsverhältnisse für das Kühlmedium optimiert werden und die geometrische Ausgestaltung

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der Kühleinrichtung im Hinblick auf maximale mechanische Festigkeit erfolgt.

Diese Aufgabe wird durch eine η Lichtbogenofenmantel mit den im Kennzeichen des Hauptanspruchs aufgeführten Merkmalen gelöst.

Weitere Einzelheiten ergeben sich aus den Kennzeichen der Unteransprüche.

Ausfuhrungsbeispiele sind in den Figuren dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:

Figur 1, einen Schnitt durch die schematische Darstellung eines Lichtbogenofens mit Kühleinrichtung für den Ofenmantel;

Figur 2, eine Draufsicht auf einen Querschnitt durch den Ofen nach Figur 1;

Figur 3, die Ansicht eines Rohrsegmentes zur Kühleinrichtung nach den Figuren 1 und 2;

Figur 4, einen Querschnitt durch ein Rohr des Rohrsegmentes nach Figur 3 mit Bestiftung;

Figur 5, einen Schnitt, in vergrössertem Masstab, durch die Mantelkühlung nach Figur 1 mit feuerfestem Belag der KÜhlelemente und Montageeinzelheiten;

Figur 6, die Ansicht einer Umlenkkappe für zwei nebeneinanderliegende Kühlrohre;

Figur 7, eine Draufsicht auf zwei nebeneinanderliegende Rohrenden vor dem Aufsetzen der Umlenkkappe nach Figur 6;

Figur 8, die Ansicht eines Rohrsegmentes mit waagerechter Ausrichtung der Kühlrohre;

Figur 8a, eine Draufsicht auf das Rohrsegment nach Figur 8; Figur 9, einen Schnitt durch die schematische Darstellung eines Lichtbogenofens mit KühlSegmenten in der Anordnung nach Figur mit waagerechter Ausrichtung der Kühlrohre;

Figur 9a, die hälftige Draufsicht auf einen Querschnitt durch den Ofen nach Figur 9.

In den Figuren sind gleiche Teile mit den gleichen Referenzzahlen versehen.

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Die Figur 1 zeigt einen Schnitt durch den allgemeinen Aufbau eines elektrischen Lichtbogenofens mit einem nach unten gewölbten, als Wanne dienenden Boden 2 mit feuerfester Auskleidung 4, einem nach oben gewölbten Deckel 6, ebenfalls mit feuerfester Auskleidung 8, Elektroden 10 und einer Abgasleitung 12. Die Beschickungsöffnung sowie die Ausgussöffnung mit Tülle sind einfachheitshalber nicht dargestellt. Der zylindrische Mantel 14 des Ofens ist mit erfindungsgemässen Kühlelementen 16 in Rohrsegmentausführung bestückt. In Figur 2, welche eine Draufsicht auf den Querschnitt durch den Ofen nach Figur 1 darstellt, ist die gleichmässige Verteilung einer geeigneten Anzahl von Rohrsegmenten 16 über den gesamten Ofenumfang zu erkennen. Wie aus dieser Figur 2 ersichtlich, können diese Rohrsegmente 16 zylindrisch gekrümmt ausgestaltet sein und sich damit der Mantelkrümmung des Ofens anpassen.

Die Figur 3 zeigt, in vergrössertem Masstab, die Ansicht eines Rohrsegmentes 16 mit obenliegendem Kühlmitteleintritt 18 und untenliegendem Kühlmittelaustritt 20. Selbstverständlich können, falls dies als vorteilhaft erachtet wird, Ein- und Austritt vertauscht werden.

Aus der Figur 3 geht hervor, dass die vorgeschlagenen KÜhlelemente 16 aus flächig nebeneinander angeordneten, miteinander verschweissten Rohren 22 bestehen, welche jeweils paarweise mit aufgeschweissten Kappen 24 zur KÜhlmittelumlenkung versehen sind. Wie sich aus der Ausrichtung der Rohre 22 in der bevorzugten Ausführung nach Figur 3 ergibt, erfolgt die serpentinenförmige Kühlmittelführung in vertikaler Richtung.

In Figur 3 ist, ebenso wie in Figur 4 (Querschnitt durch ein Kühlrohr 22), eine Bestiftung 26 aus genügend warmfestem Material zur Verankerung der Rohrsegmente in einer feuerfesten Auskleidung · (Figur 1 und Figur 2) des Ofenmantels 14 dargestellt.

Figur 5 zeigt weitere Einzelheiten der Unterbringung der Rohrsegmente 16 im Ofenmantel 14. Dieser besteht in der gezeigten Ausführung im wesentlichen aus einem tragenden Stahlblechpanzer 30 in umgekehrter L-Form, an welchem die Rohrsegmente 16 mittels Distanzeisen 32, an den Kühlmittelein- und -austritten 18, 20 angebrachten

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Flanschen 34, und beispielsweise einer Verschraubung 36 befestigt sind. Der Mantelpanzer 30 besteht vorzugsweise ebenfalls aus einzelnen, zylindrisch gekrümmten Segmenten (nicht dargestellt) in der Weise, dass jeweils ein Panzersegment zusammen mit einem daran montierten Rohrsegment eine Baueinheit darstellt. Die solcherart gebildete Einheit Mantel/Rohrsegment wird mit feuerfestem Material 28 ausgegossen, wobei diese feuerfeste Armierung 28 zwecks günstigeren Verlaufs des Temperaturgradienten von den Rohrsegmenten 16 ausgehend vorzugsweise nach dem Ofeninnern hin dicker ist als in Richtung des Ofenpanzers 30.

Es ist ebenfalls günstig, die feuerfeste Auskleidung 28 mit im Querschnitt verstärkten Uebergangsabschnitten 38 und 40 zur Ofenwanne 2, bzw. zum Ofendeckel 6 hin zu versehen. Da diese Uebergangsäbschnitte 38 und 40, insbesondere der Uebergang 38 zur Ofenwanne 2 hin, erfahrungsgemäss einer hohen thermischen und erosiven Beanspruchung ausgesetzt sind, können einzelne, durch eine Umlenkkappe 24 miteinander verbundene Rohrpaarenden zum Ofeninnern hin abgebogen werden, wie dies bei 42, 44 (Figuren 1 und 5) angedeutet ist. Durch diese Massnahme erfahren die gefährdeten Bereiche 38, 40, eine verstärkte Kühlung.

Figur 6 zeigt, in vergrössertem Masstab, die an sich bekannten Umlenkkappen 24, welche jeweils zwei nebeneinanderliegende Rohrenden dicht verschweisst zwecks einer 180 -Umlenkung des Kühlmediums, z.B. Wasser oder Wasserdampf, miteinander verbinden.

Figur 7 zeigt die an sich bekannte Querschnittsform der Rohrenden, welche den im übrigen runden Rohren 22 durch Aufdornen vor dem Aufsetzen und Anschweissen der Umlenkkappen 24 vermittelt wird.

Die Figur 8 zeigt ein Rohrsegment 16' mit waagerechter Ausrichtung der Kühlrohre 22', d.h. mit waagerechter Führung des Kühlmittels, und die Figur 8a die Draufsicht auf ein solches Rohrsegment 16' mit zylindrischer Krümmung entsprechend der Mantelkrümmung des Ofens.

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Ergänzend sei bemerkt, dass als Kühlmittel neben Wasser und Wasserdampf (Sattdampf, Heissdampf) selbstverständlich auch andere, wie Inertgase, zum Beispiel Helium, Stickstoff, verwendet werden können.

Es sei auch besonders darauf hingewiesen, dass die Kühlung der Ofenwand den in Zeiten der Energieverknappung speziell wichtigen Vorteil bietet, dass die abgeführte Wärme mittels Wärmetauscher oder dergleichen zum Teil rückgewinnbar ist und deshalb auch aus dieser Sicht die Kühlung dieser Elektroofenwände Bedeutung hat, dies umso mehr, wenn, sie in der beschriebenen günstigen Ausführung durchführbar ist.

Die Figuren 9 und 9a zeigen den Einbau von Rohrsegmenten mit waagerechter Ausrichtung der Kühlrohre 22* in einem Ofenmantel. Die bei dieser Rohrsegmentausführung sich ergebende horizontale Führung des Kühlmittels entspricht im wesentlichen derjenigen bei den weiter oben erwähnten Kühlkasten nach dem Stand der Technik, jedoch werden die diesen Kühlkasten inhärenten und aufgezeigten Mängel bei der vorgeschlagenen Bauart vermieden.

Die sich aus den vorstehenden Ausführungen für den Fachmann ergebenden Vorteile des vorgeschlagenen Lichtbogenofenmantels können dahingehend zusammengefasst werden, dass eine Kühlung mittels kostspieliger Kühlkasten mit unbefriedigender Kühlwirkung ersetzt wird durch ein preiswertes Rohrsystem mit günstigen Kühlmittel— Stromungsverhältnissen und, bedingt durch die Rohrform, höchster Formsteifheit und Festigkeit. Es werden damit sowohl grosse Strömungsgeschwindigkeiten des Kühlmittels ohne nennenswerte Wirbelbildung" als auch hohe Drücke möglich. Demzufolge wird mit dieser neuen Kühleinrichtung ein Maximum an Kühlwirkung mit kleinstem Aufwand erzielt. Durch die beschriebene Unterteilung des Ofetmantels in Segmente, bestehend aus einer Kombination von Ofenpanzersegment und Kühlrohrsegment mit feuerfester Vergussmasse ist es in einfacher Weise möglich, einzelne, überholbedürftige oder defekt gewordene Elemente auszutauschen.

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Claims

Patentansprüche

f 1.JGekühlter Lichtbogenofenmantel, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von über den Ofenumfang verteilten plattenförmigen Rohrsegmenten (16, 16'), bestehend- aus einer Rohr-an-Rohr-Konstruktion von einzelnen, im wesentlichen' zylindrischen miteinander verschweissten Rohren (22, 22') zur serpentinenartigen Führung eines Kühlmittels welche in einer feuerfesten Auskleidung (28) eingebettet sind.
2. Gekühlter Lichtbogenofenmantel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes einzelne Rohrsegment (16, 16^!) einen Kühlmitteleintritt (18, 18' oder 20, 20^r) und einen Kühlmittelaustritt (20, 20' oder 18, 18') aufweist.
3. Gekühlter Lichtbogenofenmantel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrsegmente (16, 16') zylindrisch gekrümmt sind.
4. Gekühlter Lichtbogenofenmantel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittel f uhr endai Rohre (22) senkrecht angeordnet sind.
5. Gekühlter Lichtbogenofenmantel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittel führenden Rohre (22') waagerecht angeordnet sind.
6. Gekühlter Lichtbogenofenmantel nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrsegmente mit einer Bestiftung (26, 26') aus warmfestem Material als Mauerverankerung versehen sind.
7. Gekühlter Lichtbogenofenmantel nach den Ansprüchen 1 bis -6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrsegmente (16, 16^r) in Ofenpanzersegmenten (30) montiert sind und mit diesen eine bauliche Einheit bilden.
8. Gekühlter Lichtbogenofenmantel nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass die feuerfeste Auskleidung (28) von den Rohrsegmenten (16, 16') ausgehend nach dem Ofeninnern hin dicker ist als zwischen den Rohrsegmenten (16, 16') und dem Ofenpanzer (30).
9. Gekühlter Lichtbogenofenmantel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das feuerfeste Material (28) einen im Querschnitt vergrösserten Uebergang (38, 40) zur Ofenwanne (2) und zum Ofendeckel (6) hin aufweist.

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10. Gekühlter Lichtbogenofenmantel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass abgebogene Kühlrohre (22) in die im Querschnitt vergrösserten ITebergänge (38, 40) hineinreichen.
11. Gekühlter Lichtbogenofenmantel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die eine bauliche Einheit bildenden Rohrsegmente (16, 16") und Ofenpanzersegmente (30) einzeln in der Ofenseitenwandung (14) montier- und demontierbar sind.
12. Gekühlter Lichtbogenofenmantel nach den Ansprüchen

1 bis 11, gekennzeichnet durch Wärmeaustauscher zwecks Rückgewinnung der vom Kühlmittel abgeführten Wärmeenergie.

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