DE2913092A1

DE2913092A1 - Aus rohren gefertigtes, wassergekuehltes wandelement fuer lichtbogenschmelzofen

Info

Publication number: DE2913092A1
Application number: DE19792913092
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: Benteler Deustchland GmbH
Current assignee: Benteler Deustchland GmbH
Priority date: 1979-04-02
Filing date: 1979-04-02
Publication date: 1980-10-16
Also published as: ES263035Y; US4351055A; FR2453376A1; FR2453376B1; ES263035U; IT7950550A0; IT1120865B

Description

BENTELER-WERKE AG
Werk Neuhaus ·■
Residenzstraße 1

479o Paderborn PW 524

Aus Rohren gefertigtes, wassergekühltes Wandelement für einen Lichtbogenschmelzofen

Die Erfindung betrifft ein aus Rohren gefertigtes wassergekühltes Element, das in Schmelzofen, vorzugsweise in Lichtbogenofen zur Erschmelzung von Stahl im Bereich oberhalb des Badspiegels ganz oder teilweise die feuerfeste Auskleidung ersetzt.

In den letzten Jahren wurde in Lichtbogenofen die feuerfeste Auskleidung der Ofenwand im Bereich oberhalb des Badspiegels zunehmend durch wassergekühlte Wändelernente ersetzt. Die Vorteile dieser Technologie gegenüber der Ausmauerung mit Feuerfestmaterial bestehen sowohl in der Senkung der Betriebskosten für die Ofenwand, als auch in der Erhöhung der Ofennutzungszeit durch Steigerung der Wandhaltbarkeit und Verkürzung der Reparaturzeit.

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Da die Wandelemente schmaler ausgelegt sind als die in diesem Bereich bislang eingesetzten Feuerfeststeine, ergibt sich eine Vergrößerung des lichten Ofendurchmessers und somit auch eine vorteilhafte Vergrößerung des Chargiervolumens.

Inzwischen ist eine Vielzahl von Ausführungsformen bekannt geworden, die im wesentlichen von zwei Forderungen bestimmt sind. Einmal muß das Kühlwasser sämtliche mit Wärme beaufschlagten Oberflächenbereiche möglichst gleichmäßig kühlen, zum anderen müssen diese Oberflächenbereiche aufgestrichenen oder aufgespritzten Feuerfestmassen sowie der aus dem flüssigen Bad auf das Wandelement aufgeschleuderten Schlacke, gute Haftmöglichkeiten bieten»

Die gleichmäßige Kühlung ist wichtig für die Lebensdauer des Wandelementes; bei nicht oder nicht ausreichend gekühlten Bereichen führt die Überhitzung einzelner Bereiche zum vorzeitigen Verschleiß des Gesamtelementes. Die Isolierschicht aus Feuerfestmassen beziehungsweise Schlackespritzern verhindert hohe thermische Belastung des 'Jandelementes sowie eine zu hohe Wärmeabgabe an das Kühlwasser.

Die Forderung nach gleichmäßiger Kühlung wird am besten erfüllt bei Wandelementen die aus einem endlosen Rohrschlangensystem bestehen. Ein solches System ist in "Fachberichte" Heft 2, 1978 auf Seite 77 bis 82 beschrieben.

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Dieses System hat zwar den Vorteil einer gleichmäßigen Kühlung infolge zwangsgeführten Kühlwassers, jedoch den Nachteil, daß die glatte Rohrwand ein schlechtes Haftvermögen gegenüber feuerfesten Massen und Schlackespritzern besitzt. Der Aufbau wärmeisolierender Schutzschichten wird erschwert und Schutzschichten die sich gebildet haben platzen leicht wieder ab und "das dann ungeschützte Rohr führt unkontrolliert große Wärmemengen an das Kühlwasser ab.

Die bekannten Wandelemente in Kastenbauweise haben deswegen auf der dem Ofeninneren zugewandten Fläche unterschiedlich ausgebildete Vorsprünge oder Vertiefungen, die feuerfesten Massen beziehungsweise Schlackespritzern gute Haftmöglichkeiten bieten. Elemente dieser Bauart sind zum Beispiel in den Schutzrechtsschriften DE OS 25 o2 712, DE AS 26 59 sowie DE AS 28 25 536 beschrieben. Der Nachteil dieser Bauweise ist die mangelhafte Führung des Kühlwassers beziehungsweise der Aufwand der erforderlich ist, um eine ausreichende Zwangsführung des Kühlwassers zu gewährleisten.

Es sind auch Kombinationen der beiden Bauarten bekannt, bei denen zum Beispiel wassergekühlte Rohrein entsprechenden Kanälen auf der Rückseite von vorderseitig gerippten Gußplatten eingefügt sind.

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Da der Wärmeübergang von der Gußplatte zu den .Rohren relativ schlecht ist, sind diese über eine wärmeleitende Masse mit der Platte verbunden. Diese Elemente sind für den Einsatz in Schachtöfen bei relativ tiefen Temperaturen vorgesehen. Bei einer anderen Kombination besteht das Element aus einem Gußeisen- oder Kupferblock und einer in diesem Block eingegossenen Kühlrohrschlange sowie Feuerfeststeinen, die zur Hälfte in dem Block eingegossen sind und zur Hälfte herausragen. Dieses Element ist aufwendig in der Herstellung, insbesondere wenn der Block aus Kupfer besteht. Der Kupferblock hat weiter den Nachteil, daß er viel Wärme an das Kühlwasser abführt. Falls der Block aus Gußeisen besteht, ist seine Haltbarkeit begrenzt; nach dem Wegschmelzen des Gußkörpers liegen die Kühlrohre frei wobei sich der Nachteil des hohen Wärmeverlustes einstellt.

Die Aufgabe besteht in der Konzipierung eines kostengünstig herstellbaren Wandelementes mit guter Beständigkeit im Ofeneinsatz.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei dem aus Rohren gefertigten wassergekühlten Element die dem Ofeninneren zugewendete Rohroberfläche waagrecht verlaufende, im wesentlichen ununterbrochene Vorsprünge aufweist.

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In der Ausgestaltung dieser Erfindung wird vorgeschlagen, daß die waagrecht verlaufenden Vorsprünge durch die Flossen von nahtlosen Flossenrohren cjebildet werden.

In der weiteren Ausgestaltung v/rrd vorgeschlagen, geschweiß.-e Flossenrohre, die in der Art an sich aus dem Kesselbau bereits bekannt sind, hier als Kühlrohre einzusetzen. Es handelt sich um Rundrohre, an die längsdurchgehende Leisten angeschweißt sind. Die hier anzuschweißende Leiste kann in der Ausführung des Profils scharfkantig und im Verhältnis von Breite- zu Höhe so ausgestaltet werden, daß auch durch die Profilgestaltung die Haftmöglichkeit für Massen und auftreffende Schlacke verbessert wird. Es ist erfindungsgemäß mit eingeschlossen, daß die Rohre in das Wandelement derart eingebaut werden, daß die zum Ofeninneren hin gerichteten Leisten sowohl waagrecht als auch bis zu 2o nach oben gerichtet sind.

In das Schutzbegehren soll ausdrücklich die spezielle Ausformung der zum Verbinden der Rohre einzusetzenden Umlenkbogen mit einbezogen sein. Die zumeist gegossenen Umlenkbogen weisen an der dem Ofeninneren zugekehrten Seite Kurzleisten auf.

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BAD ORIGINAL

Srflndunqsgernäß ist mit eingeschlossen, daß die waagrecht verlaufenden, im wesentlichen ununterbrochenen Vorsprünge durch gegeneinander verse täte nechteckrohre gebildet v/erden.

Es ist dabei vorgesehen, daß jedes Zweite der vertikal übereinander angeordneten Rechteckrohre um mindestens ein Viertel der Rohrbreite sum Ofeninneren hin vorspringt.

Eine verbesserte Ausführung ergibt sich, wenn die durchgehenden Vorsprünge durch stetigen, treppenartigen Versatz der Rechteckrohre gegeneinander gebildet werden; dabei wird die Zahl der Vorsprünge-durch den Einsatz der Treppenvorsprünge erhöht. Schließlich kann dadurch zusätzlich auch erreicht werden, daß der lichte Durchmesser des oberen Ofenbereiches sich nach oben hin treppenförmig erhöht.

Weiterhin ist beim Einsatz von Rohren mit ange— formten, zum Ofeninneren hin gerichteten Vorsprüngen auch mit eingeschlossen, daß die jeweils benachbarten Kühlrohre unterschiedlichen Kühlkreisen zugeordnet sind.

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BAD ORIGINAL

Bei einem gewissen Hehraufwand für Anschluß und Regelung ergibt sich dabei doch die Rüglichkeit für die Umlenkung bei der l/asserfünrunq normale Rohrbogen einzusetzen.

Die Erfindung wird anhand von beispielhaften Darstellungen nachfolgend erläutert:

Fig. 1 Wassergekühltes Element aus Rohren, ofenseitige Ansicht,

Fig. 2 wie Fig. 1, Ansicht von oben,

Fig. 3 Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 1,

Fig. 4 Schnitt gemäß Einzelheit A der Fig. 3 beim Einsatz von nahtlosen Flossenrohren,

Fig. 5 wie Fig. 4, jedoch bei Einsatz von Rohren mit angeschweißten Leisten,

Fig. 6 Umlenkbogen in Seitenansicht,

Fig. 7 Umlenkbogen aus der Sicht VII - VII der Fig. 6,

Fig. 8 Umlenkbogen aus der Sicht VIII - VIII der Fig. 6,

Fig. 9 Schnitt gemäß Einzelheit A der Fig. 3 bei Einsatz von radial versetzten Rechteckrohren,

Fig. Io wie Fig. 9, jedoch mit treppenartig versetzt angeordneten Rechteckrohren,

Fig. 11 v/assergekühltes Element aus Rohren mit zwei Kühlkreisläufen; ofenseitige Ansicht,

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Fig. 12 Schnitt nach der Linie XII - XII der Fig. 11,

Fig. 13 Ansicht aus der Sicht XIII - XIII der Fig. 11,

Fig. 14 Ansicht aus der Sicht XIV - XIV der Fig. 11

Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Rohrschlangenelementes wie es aus der Sicht vom Ofeninneren her sich darstellt. Es besteht aus waagrecht verlaufenden, aneinander-grenzenden Rohren, die durch Umlenkbögen miteinander verbunden sind. Die der Rundung im Ofeninneren angepaßte Rohrführung 1 ist aus der Sicht von oben auf das Rohrschlangenelement in Fig.2 erkennbar.

Aus dem in Fig. 3 gezeichneten Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 1 ist die Anordnung der einzelnen, im Rohrschlangenelement parallel übereinander geführten Kühlrohre aus.bekanntem Rundrohr ersichtlich, wobei der Kühlwasser Zu- und -ablauf angedeutet ist.

In der Fig. 4 sind nahtlose Flossenrohre 2 als Kühlrohre eingesetzt und zwar entspricht der Aufbau dem Ausschnitt A der Fig. 3. Die durch die Flossen gebildeten waagrecht verlaufenden, dem Ofeninneren zugekehrten Vorsprünge verbessern die Haftmöglichkeit für Massen und aufgespritzte Schlacke in entscheidender V/eise. Die Flossen sind durchlaufend einstückig aus dem Rohr heraus geformt.

In Fig. 5 sind Kühlrohre mit angeschweißten, längsverlaufenden waagrechten Leisten 4 dargestellt. Diese speziellen Kühlrohre·werden zumeist im Durchlaufschweißverfahren aus Rundrohr 5 hergestellt. Geschweißte

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Flossenrohre dieser Art finden im Kesselbau vielfach Anwendung.

Das nahtlose Flossenrohr 2 hat den großen Vorteil der einstückigen Ausformung bei der Herstellung; demgegenüber hat aber auch die geschweißte Ausführung gemäß Fig. 5 gewisse Vorteile in Bezug auf· den Einsatz im Kühlelement. Die längsverlaufenden, dem Ofeninneren zugekehrten waagrechten Leisten 4 dienen speziell dazu, die Haftung für Massen und aufspritzende Schlacke zu verbessern. Die aufzuschweißende Leiste 4 kann aber in der Ausführung des Profils scharfkantig und im Verhältnis Breite zu Höhe so gestaltet werden, daß auch durch die Profilgestaltung, die Hafteigenschaft weiter verbessert werden kann.
Natürlich ist mit eingeschlossen, daß die Rohre in das Wandelement derart eingebaut werden, daß die zum Ofeninneren hin gerichteten Leisten 4 sowohl waagrecht als auch bis 2o nach oben gerichtet eingebaut sind.

Die Bildung einer Isolierschicht, die lückenlos das gesamte Wandelement bedeckt, wird erleichtert, wenn auch die für die Verbindung der einzelnen waagrecht geführten Kühlrohre einzusetzenden Umlenkbogen 6 waagrechte Leisten angeformt haben. In Fig. 6 ist ein Umlenkbogen 6 in Seitenansicht dargestellt, bei dem die Kurzleisten 7 und 7¹ angeformt sind.

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Die Zwischenleiste 8 kann zusätzlich angeformt sein.

Fig. 7 zeigt den Umlenkbogen 6 aus der Sicht der Linie VII - VII der Fig. 6.

Fig. 8 zeigt den Umlenkbogen 6 aus der Sicht der Linie VIII - VIII der Fig. 6 und es ist dabei besonders verdeutlicht, wie die Kurzleisten 7 und die Zwischenleiste 8 speziell ausgeformt zum Ofeninneren hin gerichtet besondere Haftungsmoglichkeit für Massen und auftreffende Schlacke ergeben können, Der Überstand der Leisten 7 und 8 wie in Fig. 6 dargestellt, kann aber auch so gewählt werden, daß trotz Einsatzes der Rohre etwa kastenartige Kühlelemente gebildet werden und der in der gezeigten Form offene Zwischenbereich 9 durch entsprechende Wandausbildung ohne Beeinflussung der Wasserführung geschlossen wird.

Ein ähnlicher Effekt im Hinblick auf die Haftungsmoglichkeit für Massen und Schlacke ist gegeben, wenn statt der Flossenrohre gemäß Fig. 4 und 5 die dem Ofeninneren zugekehrte Seite des

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Wandelementes aus gegeneinander versetzten Rechteckrohren gebildet wird. In Fig. 9 sind Rechteckrohre Io im Schnitt dargestellt, wobei durch Versatz der Rohre gegeneinander Vorsprünge 11 gebildet werden, die den Massen und der auftreffenden Schlacke gute Haftungsmöglichkeiten bieten.

Eine verbesserte Ausführung ergibt sich, wenn die Vorsprünge durch stetigen, treppenartigen Versatz der Rechteckrohre Io gegeneinander gebildet werden. Die Zahl der VorSprünge wird durch den Einsatz der Treppenvorsprunge 12 erhöht. Zum anderen kann dadurch zusätzlich auch erreicht werden, daß der lichte Durchmesser des Ofens sich nach oben hin treppenförmig erhöht.

Die für die endseitige Verbindung zweier übereinanderliegender Rechteckrohre erforderlichen Formstücke sind analog Fig. 6 und 7 dem Rohrprofil angepaßt ausgeführt. Die rückseitige Halterung beziehungsweise Fixierung der Rohre im Element, sowie die rückseitige Halterung des Elementes am Ofengestell ist bekannt und es wird hier nicht näher darauf eingegangen.

Abweichend von der Rohr- und Kühlwasserführung gemäß Fig. 1 kann die Wasserführung auch so erfolgen, daß benachbarte, waagrecht verlaufende Rohre im

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Kühlelement unterschiedlichen Kühlkreisen zugeordnet sind.

In Fig. 11 ist im Vergleich zu Fig. 1 ein wassergekühltes Element aus Flossenrohr in ofenseitiger Ansicht dargestellt, wobei ein Kreislauf 13 gezeichnet ist und der Einlauf- mit 14 und der Auslaufbereich mit 15 markiert ist. Der zweite Kreislauf ist mit 16 gezeichnet und der für diesen Kreislauf vorgesehene Einlauf- ist mit 17 und der Auslaufbereich mit 18 markiert. Das zum Einsatz gelangende Flossenrohrprofil gemäß Fig. 4 und 5 ist nur in Fig. 12 angedeutet; aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die Leisten bei Fig. 11 nicht dargestellt.

Mit den Verbindungsbögen 19 werden jeweils zwei nicht unmittelbar übereinanderliegende Rohre verbunden. Diese Verbindungsbögen 19 können zwar strömungstechnisch günstiger gestaltet werden, es ist aber demgegenüber ein zusätzlicher Aufwand für Anschluß und Regelung erforderlich und es besteht auch die Möglichkeit, normale Rohrbogen einzusetzen.

Grundsätzlich ist aber zu beachten, daß die Verbindungsbögen im Bereich 13' und 13' " erheblich stärker zum Ofeninneren hin gerichtet sind als die Verbindungsbögen im Bereich 16 und 16'', wie es in Fig. 12 veranschaulicht ist. Die Verbindungsbögen im Bereich 13' und 13'·' sind somit auch größerer thermischer Belastung ausgesetzt, was bei der Ausgestaltung der Verbindungsbögen zu berücksichtigen ist.

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In den Fig. 13 und 14 ist zur Verdeutlichung ₀ der Situation der Verbindungsbögen 19 die Rohrführung im Bereich der Wasserkreisläufe 13 und 15 aus der Sicht von oben dargestellt.

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3ezugszeichen /Ja ^ ~

1 Rohrführung

2 Flossenrohr, nahtlos

3 Flosse

4 Leiste

5 Rundrohr

6 Umlenkbogen

7 Kurzleiste

8 Zwischenleiste

9 Zwischenbereich

10 Rechteckrohr

11 Vorsprung

12 Treppenvorsprung

13 Kühlwasserkreislauf, erster

14 Einlauf für 13

15 Auslauf bei 13

16 Kühlwasserkrexslauf, zweiter

17 Einlauf für 16

18 Auslauf bei 16

19 Verbindungsbogen

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Claims

BSNTSLSR-WERKE AG Werk Neuhaus Residenzstraße 1 479o Paderborn P\J - 524 Patentansprüche

1. Aus Rohren gefertigtes, wassergekühltes Element das in Schmelzöfen, vorzugsweise Lichtbogenofen zur Erschmelzung von Stahl im Bereich oberhalb des Badspiegels ganz oder teilweise die feuerfeste Auskleidung ersetzt, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Ofeninneren zugewendete Rohroberfläche waagrecht verlaufende, im wesentlichen ununterbrochene Vorsprünge aufweist.

2. Wassergekühltes Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vertikale Abstand der Vorsprünge dem Außendurchmesser der Rohre entspricht.

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ORIGINAL INSPECTED

3. Wassergekühltes 3lernent nach Anspruch 1

oder 2, dadurch g c- k ο η η ζ a .1 c h η e

daß die Vorsprünge durch die Flossen (3) von nahtlosen Flossenrohren (2) gebildet v/erden.

4. Wassergekühltes Element nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet, daß die ununterbrochenen Vorsprünge durch auf die Rohre aufgeschweißte, längsverlaufende Leisten (4) gebildet v/erden.

5. Wassergekühltes Element nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch g'ekennzeichne .t, daß jedes zweite der vertikal übereinander angeordneten Rechteckrohre (Io) um mindestens ein Viertel der Rohrbreite zum Ofeninneren hin vorspringt.

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BAD ORIGINAL

- yr -

6. Wassergekühltes Clement nach Anspruch 5, d a d u r c h gekenn^eic h η α t, daß Treppenvcrsprünge (12) durch stetigen, treppen— arl:lj--;i Vernats der Hechteckrohre (Io) gegeneinander gebildet werden, v/obei der lichte Durchmesser im oberen Cfenbereich sich nach oben hin treppenförmig erhöht.

7. Wassergekühltes Element nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch ge kennzeichne t, daß die zwei nebeneinanderliegende Rohre verbindenden Umlenkbögen (6) auf der dem Ofeninneren zugewendeten Seite regelmäßige oder unregelmäßige Erhöhungen oder Vertiefungen angeformt haben.

8. Wassergekühltes Element nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkbögen (6) sum Ofeninneren hin waagrecht verlaufende Erhöhungen und/oder Nuten angeformt haben.

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BAD ORIGINAL

- aer -

9. Wassergekühltes Element nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhungen durch waagrechte Kurzleisten (7) und/odej Zwischenleisten (8) gebildet werden.

lo. Wassergekühltes Element nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte, waagrecht verlaufende Rohre im Wandelement unterschiedlichen Kühlkreisläufen zugeordnet sind.

11. Wassergekühltes Element nach Anspruch lo, dadurch, gekennzeichnet, daß zum Verbinden übereinanderliegender Rohre desselben Kühlkreislaufes normale Rohrbögen eingesetzt sind, wobei die Bogenrundungen wechselweise leicht zum Ofeninneren und nach außen hin gerichtet sind.

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