DE2924991C2

DE2924991C2 - Water-cooled furnace wall element

Info

Publication number: DE2924991C2
Application number: DE19792924991
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nen Verzicht
Original assignee: FERDINAND LENTJES DAMPFKESSEL- und MASCHINENBAU 4000 DUESSELDORF DE
Current assignee: FERDINAND LENTJES DAMPFKESSEL- und MASCHINENBAU 4000 DUESSELDORF DE
Priority date: 1979-06-21
Filing date: 1979-06-21
Publication date: 1982-12-23
Also published as: DE2924991A1

Description

Die Erfindung betrifft ein gekühltes Ofenwandelement insbesondere für Elektroschmelzöfen aus parallelen miteinander verschweißten Druckrohren mit wenigstens bereichsweise aufgeschweißten Stiften und/oder Flacheisenstegen und einem hiervon gehaltenen feuerfesten Futter.The invention relates to a cooled furnace wall element in particular for electric melting furnaces made of parallel pressure pipes welded to one another with at least In some areas welded on pins and / or flat iron bars and a refractory held by them Lining.

Ein derartiges wassergekühltes Ofenwandelement ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 28 54 306 bekannt; es besteht als sogenannte Monowand aus nebeneinander sich berührend angeordneten Rohren, die mittig durch Handschweißen verbunden werden. Auf die Rohre sind Stifte aufgeschweißt, die in ein feuerfestes Futter hineinragen und dieses halten.Such a water-cooled furnace wall element is known from German laid-open specification 28 54 306; As a so-called monowall, it consists of pipes arranged side by side and touching each other, which are connected in the middle by hand welding. Pins are welded onto the tubes that go into a Refractory lining stick in and hold it.

Als Monowand ausgebildete Ofenwandelemente sind teuer und weisen ein erhebliches Gewicht auf, da das gesamte Wandelement quasi doppelwandig ausgebildet und völlig mit Wasser gefüllt ist. Somit ergibt sich im Ofenwandelement ein verhältnismäßig großes Wasservolumen, das bei Rohrschäden mit der Möglichkeit einer Wasserstoff-Bildung erhebliche Gefahrenmomente mit sich bringt. Weiterhin erweisen sich die Handschweißnähte einer Monowand als sehr kerbempfindlich; außerdem ist ein vollständiges Durchschweißen ohne Beeinträchtigung der Rohrwandung kaum möglich und läßt sich eine Überprüfung auf Risse nicht ohne Zerstörung der Monowand durchführen. Sollte eine Reparatur an Montageschweißnähten erforderlich sein, so müssen die Rohrenden an den Schnittstellen mittels eines Doppels an beiden Enden warm oval eingehalten und dann gehämmert und wieder bearbeitet werden, um die Schweißnähte legen zu können. Jede Schweißnaht führt durch das Doppeln zu einem Querschnittsverlust und dabei an den einzelnen Rohren zu einer unterschiedlichen Beaufschlagung, was zu Instabilitäten in den Strömungsverhältnissen führt. Schließlich besteht die Gefahr von Wärmespannungen, da die Aufnahme uer Wärme im wesentlichen durch die Scheitelflächen der Rohre geschieht und daher hier gegenüber den Schweißnähten eine unterschiedliche Temperatur herrscht.Oven wall elements designed as a monowall are expensive and have a considerable weight, since the entire wall element is designed quasi double-walled and completely filled with water. This results in the Furnace wall element a relatively large volume of water, which in the event of pipe damage with the possibility of a Hydrogen formation brings with it considerable dangers. Furthermore, the hand welds turn out a monowall as very sensitive to notches; in addition, there is no complete welding Impairment of the pipe wall is hardly possible and a check for cracks cannot be done without Carry out destruction of the monowall. If repairs to assembly welds are required, so the pipe ends at the interfaces must be kept warm oval by means of a double at both ends and then hammered and reworked so that the welds can be made. Every weld doubling leads to a loss of cross-section and, in doing so, to a different exposure, which leads to instabilities in the flow conditions. Finally there is the risk of thermal stresses, since the absorption of external heat is essentially through the apex surfaces of the pipes and therefore a different temperature here compared to the weld seams prevails.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gekühltes Ofenwandelement zu schaffen, das einfach aufgebaut ist und sich somit leicht fertigen läßt, mechanischen und thermischen Beanspruchungen ohne weiteres gewachsen ist, trotz geringer Kühlwassermenge eine erhebliche Wärmeabfuhr gewährleistet und dabei keinerlei Schwierigkeiten aufgrund von Instabilitäten im Wasserdurchfluß ergibt.The invention is based on the object of creating a cooled furnace wall element that is simple is constructed and can therefore be easily manufactured, mechanical and thermal stresses without has grown further, a considerable amount of heat dissipation is guaranteed and despite the small amount of cooling water thereby giving no difficulties due to instabilities in the water flow.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Rohrwand aus mit den Druckrohren lückenlos verschweißten Flacheisenstegen und wenigstens auf die zum Ofeninnern weisenden Stegflächen aufgeschweißten Flacheisenstegen und/oder Stiften, die mit der Oberfläche des feuerfesten Futters abschließen.This task is achieved by a pipe wall made of flat iron bars that are seamlessly welded to the pressure pipes and flat iron webs welded onto at least the web surfaces facing the furnace interior and / or pins flush with the surface of the refractory lining.

FJne derartige Rohrwand ist unempfindlich gegen Schweiß- und Kerbspannungen. Außerdem ist die Summe aller Rohrquerschnitte so klein, daß sich mit hoher Geschwindigkeit entstehende Dampfblasen im Rohrinrern vor Beginn des Filmsiedens ablösen. Das in der Rohrwand befindliche Wasservolumen ist gering, so daß auch die Pumpenleistung klein bleibt. Reparaturen lassen sich einfach und schnell durchführen, da ein Reparaturschweißen ohne besondere Vorbereitungen möglich ist. Die auf die Flacheisenstege zwischen den Rohren aufgeschweißten, zum Ofeninnern weisenden Flacheisenstege und/oder Stifte dienen einerseits dazu, das feuerfeste Futter zu halten, andererseits leiten sie aber auch die Wärme zunächst auf die Stege und von dort aus zu den Druckrohren, woraus sich ein Ausgleich des Wärmeflusses ergibt, der zum Abbau von Wärmespannungsspitzen führt. Die Rohrwand ist leicht, hinsichtlich ihrer Dehnung unbehindert und elastisch ausgebildet, so daß sie den thermischen und mechanischen Beanspruchungen des Ofenbetriebs standhält.Such a pipe wall is insensitive to welding and notch stresses. Besides, the Sum of all pipe cross-sections so small that vapor bubbles formed at high speed in the Remove the pipe inner lining before the film begins to boil. This in The volume of water located on the pipe wall is small, so that the pump output also remains small. Repairs can be carried out quickly and easily, since repair welding requires no special preparation is possible. The ones that are welded onto the flat iron bars between the pipes and point towards the inside of the furnace Flat iron bars and / or pins serve on the one hand to hold the refractory lining, on the other hand they guide but also the heat first on the webs and from there to the pressure pipes, which creates a balance of the heat flow, which leads to the reduction of thermal stress peaks. The pipe wall is light, unhindered and elastic in terms of their elongation, so that they can withstand the thermal and mechanical Withstands the stresses and strains of furnace operation.

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 Gestalt von aufgeschweißten Flacheisenstegen oder Stiften versehen sein. Da nur die Rohrscheitel der Beschädigung durch einen sich einstellenden Lichtbogen ausgesetzt sind, sind 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 der Rohrwand zu verankern.To prevent the wall elements from melting due to arc effects in the case of any scrap bridges prevent, the tubes can at least at the vertices facing the furnace interior with heat conductors in Be provided in the form of welded flat iron bars or pins. Since only the top of the pipe The tubes are exposed to damage from an established arc Flat iron bars or pins with good heat dissipation are protected along their entire length. The bars or pins also serve to anchor the refractory lining to the pipe wall.

Vorteilhafterweise sind die Stiftenden hakenförmig abgebogen, wodurch sich eine bessere Verankerung des feuerfesten Futters ergibt. Die Oberfläche des Ofenfutters schließt mit den Stirnflächen der Stege bzw. Stifte ab, so daß ein durch Schrottbrücken von den Elektroden abgeleiteter Lichtbogen nur auf diese Stirnflächen trifft. Im übrigen kommt ein metallischer Abbrand infolge der intensiven Kühlung auf der Rohrinnenseite bei den im Dampfkesselbetrieb üblichen Massenflüssen schnell zum Stillstand; entstehende Krater füllen sich mit Schlacke auf, wodurch die Isolierwirkung gegen eine Belastung durch Lichtbogenableitung zur Ofenwand hin wieder hergestellt wird. Durch die Reduzierung derThe pin ends are advantageously bent in the shape of a hook, which results in better anchoring of the refractory lining results. The surface of the furnace lining closes with the end faces of the webs or pins so that an arc diverted from the electrodes by scrap bridges only hits these end faces. In addition, a metallic burn-off occurs as a result of the intensive cooling on the inside of the pipe in the case of the im Steam boiler operation, the usual mass flows quickly come to a standstill; resulting craters fill with Slag on, whereby the insulating effect against a load by arcing to the furnace wall is restored. By reducing the

|i druckführenden, besonders gefährdeten Kühlflächen| i pressurized, particularly endangered cooling surfaces

M auf die Fläche der Rohre sowie infolge der Verwendung M on the area of the pipes as well as as a result of the use

§| von Stegen als Verbindung zwischen den Rohren und§ | of webs as a connection between the tubes and

iij den Sammlern, ist das erfindungsgemäße Wandelementiij the collector, is the wall element according to the invention

fe äußerst betriebssicher und mechanisch widerstandsfä-extremely reliable and mechanically resistant

ύ ^h'g- ύ ^h 'g-

f' Entspricht die Dicke der Flacheisenstege zwischen I den Rohren auf den Rohrscheiteln und auf den Stegen ύ zwischen den Rohren etwa der Rohrwanddicke, ergibt {I sich ein gleichmäßiger Wärmefluß, und es treten nur die j im Dampfkesselbau üblichen Wärmespannungen auf. V; Eine etwa rvischen dem halben Rohraußendurchmes- ψ ser und dem Rohraußendurchmesser liegende Stegbrei-I, te und ein Stiftabstand, der höchstens dem eineinhalbfaii chen Rohraußendurchmesser entspricht, ergeben eben- -'. falls äußerst günstige Verhältnisse.
φ Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der |, Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des nähe-Iv ren erläutert In der Zeichnung zeigt
Si V- i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Elektroofen mit schematischer Darstellung erfindu»,gsgemäßer Wandelemente,f 'If the thickness of the flat iron webs between I the pipes on the pipe crowns and on the webs ύ between the pipes corresponds approximately to the pipe wall thickness, {I results in a uniform heat flow and only the thermal stresses common in steam boiler construction occur. V; An approximately half rvischen Rohraußendurchmes- ψ ser and the tube outer diameter lying Stegbrei-I, te and a pin distance which is at most equal to the eineinhalbfaii chen pipe outside diameter, resulting likewise - '. if extremely favorable conditions.
φ The invention will now by way of the in | explained ren the near-Iv drawing the embodiment shown in the drawing
Si V- i g. 1 shows a longitudinal section through an electric furnace with a schematic representation of wall elements according to the invention,

Fi g. 2 einen Querschnitt nach der Linie H-II in Fig. 1 undFi g. 2 shows a cross section along the line H-II in FIG. 1 and

Fig.3 die Teilschnittansicht eines Wandelementes ebenfalls nach der Linie H-II in Fi g. 1.3 shows the partial sectional view of a wall element also according to the line H-II in Fi g. 1.

Ein 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 (Fig. 1). Durch einen den Ofeninnenraum 7 abschließenden Deckel 8 erstrecken sich drei Elektroden 10, deren Lichtbogen den Schrott aufschmilzt. Im Deckel 8 befindet sich weiterhin eine Gasabzugsöffnung 12. Zwischen dem Herd 4 und dem Deckel 8 sind über den Umfang verteilt 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 (Fig.2). 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 stehen auf einem den Herd 4 einfassenden metallischen Tragring 26 und sind über Laschen 28 mit der doppelten Wandung 16 von außenAn electric furnace 2 consists of a hearth 4 lined with refractory bricks, the scrap and after the arc has been ignited, the melt 6 forming takes up (FIG. 1). By one of the Cover 8, which closes the furnace interior 7, extends three electrodes 10, the arc of which removes the scrap melts. In the cover 8 there is also a gas outlet opening 12. Between the stove 4 and the Cover 8 are distributed over the circumference water-cooled furnace wall elements 14 arranged, which of a outer, double metallic wall 16 are surrounded. The individual wall elements 14 thus form a Polygon that results in the cooled furnace wall between the furnace hearth 4 and the cover 8 (FIG. 2). Each Wall element 14 has an upper collector 18 and a lower collector 20 for the coolant, the are each connected to a coolant outflow nozzle 22 and a coolant inflow nozzle 24, respectively. the Wall elements 14 stand on a metal support ring 26 enclosing the hearth 4 and are over Tabs 28 with the double wall 16 from the outside

ίο lösbar verbunden, sie lassen sich somit be; Beschädigung leicht austauschen.ίο releasably connected, they can thus be; damage easily swap.

Jedes Wandelement 14 besteht aus mehreren parallelen Rohren 30, die mittels Stegen 32 untereinander verbunden sind (Fig.3). Die Stege 32 sind mit den Rohren 30 über Schweißnähte 34 ohne Restspalt verbunden. Die Dicke dieser Stege 32 entspricht bei einer vorteilhaften Ausführungsform (nicht dargestellt) mindestens der Rohrwanddicke, während die Stegbreite zwischen dem halben Rohraußendurchmesser und dem Rohraußendurchmesser liegt. Auf die zum Ofeninnern 7 weisenden Rohrscheitel sind Flacheisenstege 36 und auf die nach außen weisenden Rohrscheite] Flacheisenstege 38 aufgeschweißt. Die zum Ofeninnern 7 weisenden Flacheisenstege 36 können auch durch aufgeschweißte Stifte 42 ersetzt werden.Each wall element 14 consists of several parallel tubes 30 which are connected to one another by means of webs 32 (FIG. 3). The webs 32 are connected to the tubes 30 via weld seams 34 without a residual gap. In an advantageous embodiment (not shown), the thickness of these webs 32 corresponds at least to the pipe wall thickness, while the web width is between half the pipe outside diameter and the pipe outside diameter. Flat iron webs 36 are welded onto the pipe crowns pointing toward the furnace interior 7, and flat iron webs 38 are welded onto the outwardly pointing pipe logs]. 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 46, dessen Oberfläche mit den Stirnflächen der Stege 36, 40 bzw. Stifte 42, 44 abschließt. Um die Verankerung des Futters 46 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.In a similar way, the flat iron webs 32 between the tubes 30 to the furnace interior 7 are pointing Flat iron webs 40 or pins 44 welded on. Between the webs 36, 40 or the pins 42, 44 there is a refractory lining 46, the surface of which with the end faces of the webs 36, 40 or pins 42, 44 completes. In order to improve the anchoring of the chuck 46, the pins 42, 44 can be hook-shaped be turned. The cooling water also flows through the pipes 30 of the wall element 14 according to the invention considerable speed and high pressure, so that the wall elements 14 are used as a steam generator permit.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Water-cooled furnace wall element, especially for electric melting furnaces, made from parallel to each other welded pressure pipes with at least partially welded pins and / or Flat iron bars and a refractory lining held by them, characterized by a pipe wall made of flat iron webs (32) and welded to the pressure pipes (30) without gaps flat iron webs (40) welded to at least the web surfaces facing the furnace interior (7) and / or pins (44) flush with the surface of the refractory lining (46).

2. furnace wall element according to claim 1, characterized by at least on the inside of the furnace (7) facing the pipe crown, welded pins (42).

3. Furnace wall element according to claim 1 and 2, characterized by a hook-shaped bent Endorsing.

4. furnace wall element according to claim 1, characterized by a thickness of the flat iron webs (32, 36, 38,40) of at least equal to the pipe wall thickness.

5. furnace wall element according to claim 1, characterized by one between half the pipe outer diameter and the web width lying around the pipe outer diameter.

6. furnace wall element according to one or more of claims 1 to 5, characterized by a Pin spacing equal to at most one and a half times the outer pipe diameter.