DE3048025A1

DE3048025A1 - Kuehler fuer lichtbogenoefen

Info

Publication number: DE3048025A1
Application number: DE19803048025
Authority: DE
Inventors: Eiji Hyogo Udoh
Original assignee: NIKKO INDUSTRY CO LTD; Nikko Industry Co Ltd Kobe Hyogo; Nikku Industry Co Ltd
Current assignee: NIKKO INDUSTRY CO LTD; Nikko Industry Co Ltd Kobe Hyogo; Nikku Industry Co Ltd
Priority date: 1980-12-19
Filing date: 1980-12-19
Publication date: 1982-07-22
Also published as: DE3048025C2

Description

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BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft einen Kühler zum Einbauen in die Wand eines Lichtbogenofens gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

In jüngerer Zeit wird zunehmend höhere Leistung bei der Stahlherstellung in Lichtbogenöfen verwendet, damit die Schmelzzeit verkürzt und damit die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens verbessert werden kann. Beispielsweise sind übliche Lichtbogenofen mit einem Transformator ausgerüstet, der 300 kVA/t liefert, während sehr große öfen einen Transformator mit einer Kapazität von 600 kVA/t aufweisen.

Folglich erzeugt die Hitze des Lichtbogens örtlich starke Beschädigungen in der Wandauskleidung des Ofens in dem sogenannten heißen Punkt gegenüber der Position der Elektrode. Die Ofenwand wird im übrigen in der Nähe der Schlakkenlinie erheblich beschädigt oder errodiert. Aus diesem Grunde werden Kühler oder Kühlboxen in der hitzebeständigen Wand des Ofens in diesen Bereichen installiert.

Üblicherweise werden Kühlboxen aus Stahl verwendet, die jedoch den Nachteil aufweisen, daß Risse aufgrund von thermischen und mechanischen Spannungskonzentrationen entstehen können, wenn die Kühlboxen im Bereich des heißen Punktes oder in der Nähe der Schlackenlinie montiert werden. Diese Risse führen zu einem Austreten des Kühlmediums und damit möglicherweise zu einer Explosion, und sie erfordern im übrigen eine Reparatur der Kühler, die hohe Kosten verursacht und einen erheblichen Arbeitsaufwand erfordert.

Die Erfindung ist darauf gerichtet, diesen Nachteil zu überwinden und einen Kühler der gattungsgemäßen Art zu schaffen, der hohen thermischen Belastungen ohne Beschädigung standhält.

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Industry

Die Erfindung ergibt sich im einzelnen aus dem kennzeichnenden Teil des HauptanSpruchs.

Der erfindungsgemäße Kühler umfaßt eine zur Wärmeaufnahme dienende Platte aus Kupfer. Vorzugsweise ist über der Wärme aufnehmenden Oberfläche ein Bereich zur Ablagerung von Schlacke vorgesehen, und im Bereich hoher thermischer und mechanischer Spannungskonzentrationen sind gekrümmte Bereiche vorgesehen, so daß eine Rißbildung verhindert werden kann.

Die erfindungsgemäße Kühlbox umfaßt eine Grundplatte und eine Wärme aufnehmende Kupferplatte, die in einem Rechteck oder Quadrat zu einem rechteckigen Kasten verschweißt sind, der im Inneren einen Kanal zur Umwälzung eines Kühlmediums bildet. Der Kanal weist einen reduzierten Querschnitt auf und erstreckt sich über die gesamte Fläche der Wärme aufnehmenden Platte, so daß das Kühlmedium mit hohem Durchsatz hindurchgeführt werden kann und eine gleichmäßige Wärme-

20 abfuhr gesichert ist.

Die erfindungsgemäße Kühlbox kann in die hitzebeständige Wand eines Lichtbogenofens für die Stahlherstellung eingebaut werden und zur Kühlung dieser Wand mit Hilfe eines Kühlmediums dienen. In der Grundplatte sind ein Einlaß und ein Auslaß für das Kühlmedium vorgesehen, und auf der Wärme aufnehmenden Kupferplatte befindet sich ein Bereich zur Schlackeablagerung oberhalb der Wärme aufnehmenden Oberfläche, und die oberen und unteren Ränder sind gekrümmt, Die Platten sind zu einem rechteckigen Kasten miteinander verschweißt. Im Inneren des durch die Grundplatte und die Wärme aufnehmende Platte gebildeten Kastens befindet sich eine Stützplatte in der Nähe der Wärme aufnehmenden Platte, die mit dem Kasten verschweißt ist. Die Stützplatte und die Wärme aufnehmende Platte bilden eine Kammer für den Durchgang des Kühlmediums, die mit dem Einlaß und dem Auslaß

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in Verbindung steht und durch eine Anzahl von Trennwänden unterteilt ist.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Draufsicht auf

einen Lichtbogenofen; 10

Fig. 2 ist ein schematischer Schnitt entlang

der Linie 2-2 in Fig. 3 und zeigt einen Teil der Wand des Lichtbogenofens;
15

Fig. 3 ist eine schematische Abwicklung der

Ofenwand;

Fig. 4 ist eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kühlers;

Fig. 5 zeigt eine zugehörige Rückansicht;

Fig. 6 ist ein Schnitt entlang der Linie 6-6 in Fig. 5;

Fig. 7 ist eine vergrößerte Teildarstellung

gemäß dem Pfeil 7 in Fig.·4.

Gemäß Fig. 1 und 3 umfaßt ein Lichtbogenofen 1 zur Stahlherstellung eine hitzebeständige Wand 2 aus Ziegelwerk oder einem anderen hitzebeständigen Material, sowie Brenner 3,4,5 und 6 in geeigneten ümfangspositionen der Wand 2. Drei Elektroden 7 befinden sich im Mittelbereich des Lichtbogenofens 1.

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Die Hitze der Lichtbögen führt zur Bildung von heißen Punkten oder Flächen 7A auf der inneren Wand 2 gegenüber den Elektroden 7. Daher wird die Wand in diesen Bereichen erheblich beschädigt. Das gleiche kann in der Nähe der Schlackenlinie 8 (Fig. 2) geschehen.

Fig. 3 zeigt in einer abgewandelten Darstellung der Wand 2 des Ofens Kühlboxen 9, die eine Wärme aufnehmende Kupferplatte umfassen und einzeln in den heißen Bereichen 1Ά der Wand 2 sowie in der Nähe der Schlackenlinie 8 angeordnet sind. Der übrige Bereich der Wand ist mit Kühlboxen 10 versehen, die aus SJtahl bestehen und in mehreren Stufen übereinander einzeln angeordnet sind. Ein Kühlmedium, wie etwa Wasser, wird durch die Boxen 9 und 10 hindurchgeführt.

Gemäß Fig. 4 bis 7 ist die erfindungsgemäße Kühlbox 9 wie folgt aufgebaut.

Eine rechteckige Grundplatte 11 aus Stahl oder Kupfer weist eine Mittelöffnung 12 sowie Stützfüße 13 an ihren vier Ecken auf, die eine Befestigung der Kühlbox 9 an dem eisernen Mantel 2A der Wand gemäß Fig. 2 gestatten. Die Stützfüße 13 sind mit Sackbohrungen 13a und geneigten Stützflächen 13B versehen. Die Grundplatte kann lösbar an der " Innenfläche des Mantels 2A mit Hilfe der Sackbohrungen 13A befestigt werden.

Rohre sind mit dem oberen und unteren Bereich der Grundplatte 11 verschweißt und bilden einen Einlaß 14 sowie einen Auslaß 15 für ein Kühlmedium. Im dargestellten Beispiel sind der Einlaß 14 und der Auslaß 15 mit Abdeckungen 14A und 15A versehen.

Eine Wärme aufnehmende Platte 16 ist auf ihrer Wärme aufnehmenden Oberfläche mit parallelen Nuten 17 versehen, die in Richtung der Höhe des Ofens parallel in Abständen liegen

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und einen Ablagerungsbereich 18 für Schlacke bilden. Der Ablagerungsbereich 18 ist am oberen und unteren Rand 19 gekrümmt und geht in Flansche 20 über. Die Platte 16 ist daher im senkrechten Schnitt U-förmig ausgebildet. Die Platte 16 besteht aus desoxidiertem, gewalztem Kupfer-Plattenmaterial oder Blech und liegt der Grundplatte 11 im gesamten Bereich gegenüber. Die Platte 16 ist mit der Grundplatte 11 entlang den Kanten der oberen Flansche 20 verschweißt. Zwei Seitenplatten 21 aus Stahl oder Kupfer schließen den quaderförmigen Kasten ab und sind mit den übrigen Platten ebenfalls verschweißt.

Eine Zwischenplatte 22 aus Stahl oder Kupfer befindet sich zwischen der Grundplatte 11 und der Wärme aufnehmenden Platte 16, näher jedoch an der Platte 16. Die Zwischenplatte 22 ist mit den inneren Seiten der Seitenplatten 21 und an den beiden übrigen Rändern mit einer oberen und unteren Verbindungsplatte 23 verschweißt. Die Zwischenplatte 22 und die Wärme aufnehmende Platte 16 bilden eine Kammer 25 zur Aufnahme von Kühlmedium, die mit dem Einlaß 14 und dem Auslaß 15 über weitere obere und untere Kammern 24 in Verbindung steht.

Die Kammer 25 ist durch nicht gezeigte Trennwände derart unterteilt, daß ein meanderförmiger Strömungskanal 26 entsteht, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Zu diesem Zweck sind dünne Trennwände 27 aus Stahl mit der Zwischenplatte 22 und der Kupfer-Platte 16 verschweißt. Diese Trennwände sind waagerecht und in Abständen übereinander angeordnet. Der Strömungskanal 26 ist schmal und flach, wie aus Fig. 4 hervorgeht.

Fig. 7 zeigt einen Teil des Ablagerungsbereiehes 18 für Schlacke in größerer Darstellung. Die Nut 17 weist eine Tiefe H auf, die etwa der Hälfte der Breite L entspricht. Die Nut 17 ist mit abgerundeten Ecken 17A versehen. Die zwischen den Nuten liegenden Vorsprünge 17B weisen eine

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Breite L1 auf, die etwas größer als die Breite L der Nuten ist. Alternativ können die Vorsprünge 17B auf der Wärme aufnehmenden Oberfläche ausgebildet sein und von dieser vorspringen und den Aufnahmebereich 18 für Schlacke bilden. 5

Die Platte 16 weist etwa die doppelte Dicke wie die Grundplatte 11, die Seitenplatten 21, die oberen und unteren Verbindungsplatten 23 und die Zwischenplatte 22 auf. Die abgerundeten Ränder 19 an den oberen und unteren Enden der Platte 16 weisen einen Krümmungsradius auf, der größer als die Dicke der Platte 16 ist. Wenn die Platte 16 beispielsweise eine Dicke von 30 mm aufweist, beträgt der Krümmungsradius vorzugsweise 50 mm, so daß eine ausreichend flache Abrundung entsteht.

Die Trennwände 27 sind in größeren Abständen als die Nuten 17 angeordnet, die den Ablagerungsbereich 18 bilden. Im dar-.gestellten Beispiel ist der Abstand der Trennwände 27 mehr als doppelt so groß wie derjenige der Nuten 17.

Die Schweißverbindung zwischen der Grundplatte 11 und der Platte 16, nämlich zwischen Stahl oder Kupfer einerseits und Kupfer andererseits, wird hergestellt durch Niedrigtemperaturschweißen unter Verwendung einer Füllstange auf Kupfer-Nickel-Basis, so daß der geschweißte Bereich eine ausreichende Festigkeit aufweist und zudem die Eigenschaften von Kupfer beibehält. Eine Füllstange dieser Art ist sowohl im Hinblick auf Kupfer als auch auf Stahl verträglich, bildet eine gute und feste Lösung und führt nicht zu einer spröden Legierung. Da Nickel eine feste Lösung mit Kupfer oder Stahl eingeht, können Kupfer oder Stahl unter denselben Bedingungen geschweißt werden. Dies ist zweckmäßig bei hohen Temperaturen und gestattet eine absolute Widerstandskraft gegenüber thermischen Schockspannungen. Daher wird die Füllstange auf Kupfer-Nickel-Basis beim Niedrigtemperaturschweißen verwendet.

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Anschließend soll die Arbeitsweise der Kühlbox und zugleich die Arbeitsweise des Lichtbogenofens beschrieben werden, der mit Kühlboxen in der Wand ausgerüstet ist. Kühlboxen werden an der Wand 2 in den heißen Flächen und in der Schlackenlinie 8 gemäß Fig. 3 angeordnet. Jede Kühlbox 9 ist lösbar an dem Eisen-Mantel 2A befestigt und mit dem Aufnahmebereich 18 für Schlacke nach innen gerichtet. Die Befestigung erfolgt über die Stützfüße 13 auf der Grundplatte 11, die an dem Mantel 2A mit Hilfe von nicht gezeigten Schrauben festgeschraubt werden. Kühlboxen 10 aus Stahl sind lösbar in den übrigen Bereichen der Wand 2 des Ofens angebracht. Ein Kühlmedium, beispielsweise Wasser, wird einzeln in die Kammern der Kühlboxen 9 und 10 eingeleitet.

Bei der Kühlbox 9 gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Kühlmedium durch den Einlaß 14 eingeleitet. Das Kühlmedium strömt durch den zick-zack-förmigen Strömungskanal 26 gleichmäßig über die gesamte Fläche der Wärme aufnehmenden Platte und tritt durch den Auslaß 15 aus. Da der Strömungskanal 26 angrenzend an die Kupfer-Platte 16 ausgebildet ist und die Zwischenplatte 22 nahe an der Platte 16 liegt, und da der Strömungskanal 26 einen verringerten Querschnitt aufweist und die Trennwände 27 vorgesehen sind, strömt das Kühlmedium mit erhöhter Geschwindigkeit, so daß sich ein verstärkter Kühleffekt ergibt und die Platte 16 hohen thermischen Belastungen standhalten kann.

Die Platte 16, die aus desoxidiertem, gewalztem Kupfer-Plattenmaterial besteht, reißt an den Ecken und Kanten des Kastens auch dann nicht, wenn hohe thermische und mechanische Spannungskonzentrationen eintreten, da die Ränder 19 abgerundet sind und einen großen Krümmungsradius aufweisen. Die Grundplatte 11, über die die Kühlbox an der Wand 2 des Ofens befestigt ist, verleiht dem gesamten Kühler eine ausreichende Festigkeit, sofern sie aus Stahl besteht.

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Im übrigen lagert sich Schlacke in den Nuten 17 des Ablagerungsbereichs 18 der Platte 16 ohne weiteres ab. Die Schlacke, die ein elektrischer und thermischer Isolator ist, schützt die Kühlbox 9 gegenüber Funken, die die Kühlbox beschädigen könnten. Aufgrund ihrer sehr geringen Wärmeleitfähigkeit schützt die Schlacke im übrigen die Kühlbox bei Flammenbildung, die entsteht, wenn Sauerstoff oder öl während des Schmelzvorgangs eingeführt werden, indem die Wärme aufnehmende Oberfläche von direkter Berührung mit dem geschmolzenen Metall ferngehalten und Oxidation und Abrieb verhindert werden. Die Schlacke dient zugleich zur Aufnahme von Stoßen beim Füllen des Ofens. Daher kann die Kühlbox zuverlässig arbeiten, ohne daß die Gefahr besteht, daß Lecks entstehen.

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Die Verwendung einer Füllstange aus Kupfer-Nickel-Material zum Verschweißen der Kupferplatte mit einer Stahlplatte oder einer Kupferplatte bei niedriger Temperatur ergibt keinen Nachteil für die Eigenschaften der Kupferplatte. Die gekrümmten Ränder der Platte 16 verhindern oder verringern die Bildung von Spannungskonzentrationen. Dadurch wird eine Beschädigung der Kühler und ein Austreten des Kühlmediums und ggf. sogar eine Explosion verhinderte die sich an den heißen Stellen 7A und in der Nähe der Schlackenlinie 8 ergeben können.

Claims

PAT E N TA N WA LTE

TER MEER-MÜLLER-STEINMEISTER

Beim Europäischen Patentamt zugelassene Vertreter — Professional Representatives before the European Patent Office Mandatalres agrees pres !'Office european des brevets

Dipl.-Chem. Dr. N. ter Meer Dipl.-Ing. H. Steinmeister

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NIKKO INDUSTRY CO., LTD. No. A-VO, 1-chome, Nunobiki-cho, Fukiai-ku, Kobe-shi, Hyogo-ken, Japan

KÜHLER FÜR LICHTBOGENÖFEN

PATENTANSP rüche

1J Kühler für die Wand von Lichtbogenofen zur Umwälzung eines Kühlmediums in der Form einer kastenförmigen Kühlbox mit einer Grundplatte, in der ein unterer Einlaß und ein oberer Auslaß für das Kühlmedium angebracht sind, g e kennzeichnet durch eine Wärme aufnehmende Platte (16) aus Kupfer, auf der ein Aufnahmebereich (18) für Schlacke mit abwechselnd angeordneten Nuten (17) und Vorsprüngen (17B) ausgebildet ist und die am oberen und unteren Rand (19) abgerundet ist und mit der Grundplatte (11) zur Bildung eines rechteckigen Kastens verschweißt ist, eine Zwiseitenplatte (22) zwischen der Grundplatte (11) und der Wärme aufnehmenden Platte (16) in der Nähe der

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Platte (16), die mit dem Kasten verschweißt ist und mit der Platte (16) eine Kammer (25) für Kühlmedium bildet, die mit dem Einlaß und Auslaß (14,15) verbunden ist, und eine Anzahl von waagerechten Trennwänden (27) in der Kammer (25) zur Bildung einer meanderförmxgen, flachen und engen Strömungsbahn in der Kammer über die gesamte Fläche der Platte (16).
2. Kühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß· die Platte (16) aus desoxidiertem, gewalztem Kupfer-Plattenmaterial besteht, und daß die abwechselnden Nuten (17) und Vorsprünge (17B) in Umfangsrichtung des Ofens in vorgegebenen Abständen verlaufen.
3. Kühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme aufnehmende Platte (16) mit der Grundplatte (11) mit Hilfe einer Füllstange auf Kupfer-Nickel-Basis bei niedriger Temperatur verschweißt ist.
4. Kühler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (27) innerhalb der Kammer (25) in Umfangsrichtung des Ofens in vorgegebenen Abständen verlaufen und eine größere Teilung als die Nuten (17) in dem Ablagerungsbereich (18) für Schlacke aufweisen.
5. Kühler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme aufnehmende Platte

(16) eine größere Dicke als die Grundplatte (11) und die Zwischenplatte (22) aufweist und daß der Krümmungsradius der abgerundeten Ränder (19) größer als die Dicke der Platte (16) ist.
6. Kühler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe (H) der Nuten (17) etwa die Hälfte der Breite (L) der Nuten beträgt und daß die Breite der Vorsprünge (17B) (L¹) etwas größer als die Breite

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- 3 (L) der Nuten ist.
7. Kühler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (17) gekrümmte Ecken (17A) aufweisen.
8. Kühler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme aufnehmende Platte

(16) etwa die doppelte Stärke wie die Grundplatte (11) aufweist.
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