DE2924991A1 - Water cooled element for electric furnaces - with high pressure tubes carrying webs and ribs - Google Patents

Water cooled element for electric furnaces - with high pressure tubes carrying webs and ribs

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Abstract

Water cooled element for the walls of a furnace, esp. of an electric arc furnace, consists of several tubes, carrying a coolant under pressure, which are joined by a top header and a bottom header and stand on a metal ring above the hearth. They are arranged in a polygon to form the wall between the hearth and the ceiling. The tubes are joined to each other by welded webs and carry towards the furnace inside welded flat strips and pins for heat transfer and for anchorage of the lining. Contrary to conventional low-pressure cooling, the high-pressure system permits a recovery of the waste heat. The tubes offer a much smaller surface to any possible short-circuit arc from an electrode.

Description

Die Erfindung betrifft ein gekühltes Ofenwandelement, insbe-The invention relates to a cooled furnace wall element, in particular

sondere für Elektroschmelzöfen.especially for electric furnaces.

Mit wassergekühlten Wandelementen versehene Elektroschmelzöfen sind bekannt. Bei derartigen Schmelzöfen besteht ein Teil der aus feuerfesten Steinen gemauerten Ofenwandung aus einzelnen, doppelwandigen Kühlkästen, die lose aneinandergereiht sind und mittels Klammern zusammengehalten werden.Electric melting furnaces provided with water-cooled wall elements are known. In such furnaces, part of the structure consists of refractory bricks brick oven wall made of individual, double-walled cooling boxes, which are loosely strung together and are held together with brackets.

Die Kühlelemente bestehen aus relativ wärmeunelastischen Stahlplatten, die über Stehbolzen und Eckschweißnähte zu doppelwandigen, ebenen Kammern zusammengefügt sind. Durch die Kammern wird druckloses Kühlwasser geleitet. Der auf diese Weise gekühlte Teil der Ofenwandung befindet sich oberhalb der Schmelz- bzw. Schlackenlinie; er unterliegt somit der vollen Einstrahlung des Metallbades und wird zusätzlich von der Wärme der aus der Kohlenstoffverbrennung resultierenden Gase mit einer Temperatur von etwa 16000C beaufschlagt.The cooling elements consist of relatively heat-inelastic steel plates, which are joined by stud bolts and corner welds to form double-walled, flat chambers are. Unpressurized cooling water is passed through the chambers. That way the cooled part of the furnace wall is located above the smelting or slag line; it is therefore subject to the full irradiation of the metal bath and is additionally the heat of the gases resulting from carbon combustion with a temperature applied by about 16000C.

Obwohl die bekannten Kühlsysteme normalerweise drucklos arbeiten, d.h. das Kühlmedium wird durch die wärmeaufnehmenden Wandelemente gegen den Atmosphärendruck gefördert, herrscht in den Wandelementen ein durch geodätische Höhenunterschiede bestimmter hydrostatischer Druck, demzufolge im Falle eines Risses in den Platten oder in deren Schweißnähten erhebliche Wassermengen plötzlich ausdampfen und den Schmelzprozeß empfindlich stören. Dabei kann es zu explosionsartigen Reaktionen kommen.Although the known cooling systems normally work without pressure, i.e. the cooling medium is pushed through the heat-absorbing wall elements against the atmospheric pressure promoted, there is a geodetic height difference in the wall elements certain hydrostatic pressure, therefore in the event of a crack in the plates or considerable amounts of water suddenly evaporate in their weld seams and the Sensitively disturb the melting process. This can lead to explosive reactions come.

Derartige Risse in den Platten oder in deren Schweißnähten können dadurch entstehen, daß das die Wandelemente normalerweise zum Ofeninnern hin schützende feuerfeste Futter beim Chargieren von Schrott beschädigt wird, so daß im Falle von nicht vermeidbaren betriebsbedingten Schrottbrücken der Lichtbogen nach dem Zünden der Elektroden auf die metallisch blanke Wandung der Kühlelemente abgeleitet wird.Such cracks in the panels or in their weld seams can arise from the fact that the wall elements normally protect the interior of the furnace refractory lining at Batching of scrap is damaged so that in the case of unavoidable operational scrap bridges the arc after ignition of the electrodes on the bare metal wall of the cooling elements is derived.

Die bei den bekannten Wandelementen durch das Kühlmittel aufgenommene Wärme wird zudem ohne Nutzung an die Umgebung abgegeben, so daß eine Primärenergieersparnis nicht möglich ist.The absorbed by the coolant in the known wall elements Heat is also given off to the environment without being used, so that primary energy savings not possible.

Ausgehend von der Erkenntnis, daß eine wirtschaftliche Nutzung der vom Kühlmittel aufgenommenen Wärme bei drucklosem Betrieb wegen der zu niedrigen Temperaturen nicht möglich ist, und die bekannten Wandelemente als Druckkörper ungeeignet sind, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gekühltes Ofenwandelement zu schaffen, das sich nach Aufbau und Formgebung unter Vermeidung der bei den bekannten Wandelementen auftretenden Nachteile als Dampferzeuger zum Einsparen von Primärenergie in einen bestehenden Dampf/Wasserkreislauf einbinden läßt. Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Wandelement aus mehreren für den Kühlmitteldurchfluß miteinander verbundenen Druckrohren.Based on the knowledge that an economic use of the Heat absorbed by the coolant during pressureless operation because of the too low Temperatures is not possible, and the known wall elements are unsuitable as pressure hulls are, the invention is based on the object of providing a cooled furnace wall element create the structure and shape while avoiding the known Wall elements have disadvantages as a steam generator to save primary energy can be integrated into an existing steam / water cycle. This task is solved by a wall element of several interconnected for the coolant flow Pressure pipes.

Auf diese Weise ist es möglich, die Wandelemente nach den Prinzipien des Dampfkesselbaus aufzubauen, so daß selbst höchste Systemdrücke problemlos sind. Der Wasserinhalt erreicht dabei ein Minimum, und die Kühlung läßt sich durch die Wahl des Massenflusses so intensivieren, daß die Wärmespannungen durch die einseitige Wärmebeaufschlagung auf die im Kesselbau üblichen Anteile der Innendruckspannungen reduziert bleiben.In this way it is possible to make the wall elements according to the principles of the steam boiler construction so that even the highest system pressures are problem-free. The water content reaches a minimum, and the cooling can be achieved through the Select the mass flow so intensify that the thermal stresses through the one-sided Heat application to the proportions of internal pressure stresses customary in boiler construction stay reduced.

Um ein Aufschmelzen der Wandelemente durch Lichtbogeneffekte bei etwaigen Schrottbrücken zu verhindern, können die Rohre wenigstens an den zum Ofeninnern weisenden Scheiteln mit Wärmeleitern in Form von aufgeschweißten Flacheisenstegen oder Stiften versehen sein. Da nur die Rohrscheitel der Beschädigung durch einen sich einstellenden Lichtbogen ausgesetzt sind, werden die Rohre durch die Flacheisenstege oder Stifte mit guter Wärmeableitung auf ihrer ganzen Länge geschützt. Die Stege bzw. Stifte dienen ferner dazu, das feuerfeste Futter an den Rohren zu verankern.To prevent the wall elements from melting due to arc effects in the event of any The pipes can prevent scrap bridges at least to the to the inside of the furnace facing vertices with heat conductors in the form of welded Flat iron bars or pins should be provided. Because only the pipe crown of the damage exposed to a self-adjusting arc, the tubes will through the flat iron bars or pins with good heat dissipation along their entire length protected. The bars or pins are also used to attach the refractory lining to the To anchor pipes.

Vorteilhafterweise werden die Stiftenden hakenförmig abgebogen, wodurch sich eine bessere Verankerung des feuerfesten Futters ergibt. Die Oberfläche des Ofenfutters kann mit den Stirnflächen der Stege bzw. Stifte abschließen, so daß ein durch Schrottbrücken von in Elektroden abgeleiteter Lichtbogen nur auf diese Stirnflächen gelangen kann.The pin ends are advantageously bent in the shape of a hook, as a result of which a better anchoring of the refractory lining results. The surface of the Oven lining can be flush with the end faces of the webs or pins, so that an arc diverted into electrodes through scrap bridges only on these Can get end faces.

Ein zusätzlicher Schutz der Rohre bei gleichzeitiger Erhöhung der mechanischen Festigkeit des Wandelements ergibt sich zudem, wenn zwischen den Rohren Flacheisenstege verlaufen und nach Art von Flossenrohren mit den Rohren lückenlos verschweißt sind. Auch diese Flacheisenstege sind vorteilhafterweise mit zum Ofeninnenraum weisenden, aufgeschweißten Flacheisenstegen oder Stiften versehen, so daß ein induktiver Angriff in der Masse auf den drucklosen Teil des Wandlementes konzentriert wirkt und von den Rohren ferflgehalten wird. Im übrigen kommt ein metallischer Abbrand durch die intensive KühlwitRung auf der Rohrinnenseite bei den im Dampfkesselbetrieb üblichen Massenflüssen schnell zum Stillstand; die entstandenen Krater füllen sich mit Schlacke auf, wodurch die Isolierwirkung gegen die induktive Belastung wieder hergestellt wird.An additional protection of the pipes while increasing the mechanical strength of the wall element also results when between the pipes Flat iron bars run seamlessly with the tubes in the manner of fin tubes are welded. These flat iron webs are also advantageously with the furnace interior pointing, welded flat iron bars or pins, so that an inductive Attack in the mass acts concentrated on the unpressurized part of the wall element and held by the pipes. In addition, a metallic burn occurs due to the intensive cooling on the inside of the pipe in the steam boiler operation usual mass flows quickly to a standstill; the resulting craters fill up with slag on, whereby the insulating effect against the inductive load again will be produced.

Durch die Verringerung der druckführenden, besonders gefährlichen Kühlflächen auf die Fläche der Rohre sowie durch die Verwendung von Stegen als Verbindungen zwischen den Rohren und den Sammlern ist das erfindungsgemäße Wandelement sehr betriebssicher und mechanisch widerstandsfähig.By reducing the pressurized, particularly dangerous Cooling surfaces on the surface of the tubes as well as through the use of webs as connections between the tubes and the collectors is the inventive Wall element very reliable and mechanically resistant.

Wird die Dicke der Flacheisenstege zwischen den Rohren auf den Rohrscheiteln und auf den Stegen zwischen den Rohren etwa gleich der Rohrwanddicke gewählt, so ergibt sich ein gleichmäßiger Wärmefluß, und es treten nur die im Dampfkessel bau üblichen Wärmespannungen auf. Eine etwa zwischen dem halben Rohraussendurohmesser und dem Rohraußendurchmesser liegende Stegbreite und ein Stiftabstand, der höchstens gleich dem eineinhalbfachen Rohraußendurchmesser beträgt, erlauben ebenfalls besonders günstige Verhältnisse.Is the thickness of the flat iron bars between the pipes on the pipe crests and selected on the webs between the pipes to be approximately equal to the pipe wall thickness, see above the result is a steady flow of heat, and only those in the steam boiler construction occur usual thermal stress. One between about half the outer tube diameter and the web width lying around the pipe outer diameter and a pin spacing that is at most is equal to one and a half times the pipe outer diameter, also particularly allow favorable conditions.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert.The invention is illustrated below with reference to one in the drawing Embodiment of the explained in more detail.

In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Elektroofen mit schematischer Darstellung der erfindungsgemäßen Wandelemente, Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie II-II in Fig. 1 und Fi. 3 eine Teilschnittansicht eines Wandelementes ebenfalls nach der Linie II-II in Fig. 1 Der Elektroofen 2 besteht aus einem mit feuerfesten Steinen ausgekleideten Herd 4, der den Schrott und nach dem Zünden des Lichtbogens die sich bildende Schmelze 6 aufnimmt. Durch einen den Ofeninnenraum 7 abschließenden Deckel 8 erstrecken aich drei Blcktrodetl lo, zwiaohun denetl der den Schrott Lt&-schmelzende Lichtbogen brennt. Im Deckel 8 befindet sich weiterhin eine Gasabzugsöffnung 12. Zwischen dem Herd 4 und dem Deckel 8 sind ringförmig wassergekühlte Ofenwandelemente 14 angeordnet, die von einer äußeren, doppelten metallischen Wandung 16 umgeben sind. Die einzelnen Wandelemente 14 bilden somit ein Vieleck, das die gekühlte Ofenwand zwischen dem Ofenherd 4 und dem Deckel 8 ergibt. Jedes Wandelement 14 weist einen oberen Sammler 18 und einen unteren Sammler 20 für das Kühlmittel auf, die jeweils mit einem Kühlmittelabflußstutzen 22 bzw. einem Kühlmittelzuflußstutzen 24 verbunden sind. Die Wandelemente 14 stete auf einem den Herd 4 einfassenden metallischen Tragring 26 und sind über Laschen 28 mit der doppelten Wandung 16 von außen lösbar verbunden, sie lassen sich somit bei Beschädigung leicht austauschen.The drawings show: FIG. 1 a longitudinal section through an electric furnace with a schematic representation of the wall elements according to the invention, FIG. 2 shows a cross section according to the line II-II in Fig. 1 and Fi. 3 is a partial sectional view of a wall element also according to the line II-II in Fig. 1 The electric furnace 2 consists of a with refractory brick-lined hearth 4, of the scrap and after the ignition of the Arc absorbs the forming melt 6. Through one of the furnace interior 7 final cover 8 extend aich three blocks lo, zwiaohun denetl the arc that burns the scrap Lt & -melting. Located in the cover 8 There is also a gas discharge opening 12. Between the stove 4 and the cover 8 are annular water-cooled furnace wall elements 14 arranged, which are from an outer, double metallic wall 16 are surrounded. The individual wall elements 14 form thus a polygon that forms the cooled furnace wall between the furnace hearth 4 and the cover 8 results. Each wall element 14 has an upper collector 18 and a lower collector 20 for the coolant, each with a coolant outlet nozzle 22 or a coolant inflow nozzle 24 are connected. The wall elements 14 always stood on one the hearth 4 enclosing metallic support ring 26 and are via tabs 28 with the double wall 16 detachably connected from the outside, they can thus be damaged in the event of damage easily exchange.

Jedes Wandelement 14 besteht aus mehreren parallelen Rohren 30, die mittels Stegen 32 untereinander verbunden sind. Die Stege 32 sind mit den Rohren 30 über Schweißnähte 34 ohne Restspalt verbunden. Die Dicke dieser Stege 32 entspricht mindestens der Rohrwanddicke, während die Stegbreite zwischen dem halben Rohraußendurchmesser und dem Rohraußendurchmesser liegt. Auf die zum Ofeninnern 7 weisenden Rohrscheitel sind Flacheisenstege 30 und auf die nach außen weisenden Rohrscheitel Flacheisenstege 38 aufgeschweißt. Die zum Ofeninnern 7 weisenden Flacheisenstege 36 können auch durch aufgeschweißte Stifte 42 ersetzt werden.Each wall element 14 consists of a plurality of parallel tubes 30 which are connected to one another by means of webs 32. The webs 32 are with the tubes 30 connected via weld seams 34 without a residual gap. The thickness of these webs 32 corresponds at least the pipe wall thickness, while the web width is between half the pipe outer diameter and the pipe outside diameter. On the pipe apex pointing to the furnace interior 7 are flat iron webs 30 and flat iron webs on the outwardly facing pipe crowns 38 welded on. The flat iron webs 36 facing the furnace interior 7 can also be replaced by welded-on pins 42.

In ähnlicher Weise sind auf die Flacheisenstege 32 zwischen den Rohren 30 zum Ofeninnern 7 hinweisende Flacheisenstege 40 bzw. Stifte 44 aufgeschweißt. Zwischen den Stegen 36, 40 bzw. den Stiften 42, 44 befindet sich ein feuerfestes Futter, dessen Oberfläche mit den Stirnflächen der Stege 36, 40 bzw.Similarly, the flat iron webs 32 between the tubes 30 flat iron webs 40 or pins 44 pointing towards the furnace interior 7 are welded on. A fireproof is located between the webs 36, 40 and the pins 42, 44 Chuck, the surface of which is aligned with the end faces of the webs 36, 40 or

Stifte 42, 44 abschließt. Um die Verankerung des Futters zu verbessern, können die Stifte 42, 44 hakenförmig abgebogen sein. Durch die Rohre 30 des erfindungsgemäßen Wandelementes 14 strömt das Kühlwasser mit erheblicher Geschwindigkeit und hohem Druck, so daß sich die Wandelemente 14 als Dampferzeuger verwenden lassen.Pins 42, 44 complete. To improve the anchorage of the lining, the pins 42, 44 can be bent in the shape of a hook. Through the tubes 30 of the invention Wall element 14, the cooling water flows with considerable speed and high Pressure, so that the wall elements 14 can be used as a steam generator.

Das erfindungsgemäße Wandelement 14 kann bezüglich der Stege 36, 40 und der Stifte 42, 44 symmetrisch aufgebaut sein. In diesem Falle lassen sich die Wandelemente 14 nach einer gewissen Zeit umdrehen, wodurch die Standzeiten verdoppelt werden.The wall element 14 according to the invention can with respect to the webs 36, 40 and the pins 42, 44 can be constructed symmetrically. In this case, the Turn over wall elements 14 after a certain time, which doubles the service life will.

Claims (12)

"Wassergekühltes Ofenwandelement" Patentansprüche: 1. Wassergekühltes Ofenwandelement insbesondere für Elektroschmelzöfen, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h mehrere miteinander verbundene Druckrohre (30). "Water-cooled furnace wall element" claims: 1. Water-cooled Furnace wall element in particular for electric melting furnaces, g e k e n n z e i n e t through several interconnected pressure pipes (30). 2. Ofenwandelement nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h -n e t d u r c h wenigstens auf die zum Ofeninnern (7) weisenden Rohrscheitel aufgeschweißte Flacheisenstege (36).2. Furnace wall element according to claim 1, g e k e n n z e i c h -n e t d u r c h at least welded onto the pipe crown facing the furnace interior (7) Flat iron bars (36). 3. Ofenwandelement nach Anspruch 1 oder 2, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h wenigstens auf die zum Ofeninnern (7) weisenden Rohrscheitel aufgeschweißte Stifte (42)e 3. Furnace wall element according to claim 1 or 2, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h at least welded onto the pipe crowns facing the furnace interior (7) Pins (42) e 4. Ofenwandelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3 g e k e n n z e i c h n e t d u r c h mit den Druckrohren (30) lückenlos verschweißte Flacheisenstege (32) 4. Furnace wall element according to one of claims 1 to 3 g e k e n n z e Flat iron bars that are completely welded to the pressure pipes (30) (32) 5. Ofenwandelement nach Anspruch 4, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h wenigstens auf die zum Ofeninnern (7) weisenden Stegflächen aufgeschweißte Flacheisenstege (40).5. Furnace wall element according to claim 4, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h at least flat iron webs welded onto the web surfaces facing the furnace interior (7) (40). 6. Ofenwandelement nach Anspruch 4 oder 5, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h wenigstens auf die zum Ofeninnern (7) weisenden Stegflächen aufgeschweißte Stifte (44).6. furnace wall element according to claim 4 or 5, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h at least welded onto the web surfaces facing the furnace interior (7) Pins (44). 7. Ofenwandelement nach Anspruch 3 und 6, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h hakenförmig abgebogene Stiftenden. 7. furnace wall element according to claim 3 and 6, g e k e n n -z e i c h N e t thru hook-shaped bent pin ends. 8. Ofenwandelement nach Anspruch 2, 4 und 5, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h eine Dicke der Flacheisenstege (32, 36, 38, 40) von mindestens gleich der Rohrwanddicke. 8. furnace wall element according to claim 2, 4 and 5, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h a thickness of the flat iron webs (32, 36, 38, 40) of at least equal to the pipe wall thickness. 9. Ofenwandelement nach Anspruch 4, g e k e n n z e i c h -n e t d u r c h eine zwischen dem halben Rohraußendurchmesser und dem Rohraußendurchmesser liegende Stegbreite. 9. Furnace wall element according to claim 4, g e k e n n z e i c h -n e t d u r c h one between half the pipe outside diameter and the pipe outside diameter horizontal web width. 10. Ofenwandelement nach Anspruch 3, 6 und 7, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h einen höchstens dem eineinhalbfachen Rohraußendurchmesser gleichen Stiftabstand.10. furnace wall element according to claim 3, 6 and 7, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h equal to a maximum of one and a half times the outer pipe diameter Pin spacing. 11. Ofenwandelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h ein zum Ofeninnern (7) gerichtetes feuerfestes Futter (46).11. furnace wall element according to one or more of claims 1 to 10, not shown by a refractory that is directed towards the interior of the furnace (7) Lining (46). 12. Ofenwandelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 11, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine mit den Stirnflächen der Stege (36, 40) bzw. Stifte (42, 44) abschließende Oberfläche des feuerfesten Futters (46).12. Furnace wall element according to one or more of claims 2 to 11, g e k e n n n z e i c h n e t d u r c h one with the end faces of the webs (36, 40) or pins (42, 44) final surface of the refractory lining (46).
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