DE3113354A1

DE3113354A1 - Waermetauscheranordnung fuer die kuehlung der waende eines hochofens

Info

Publication number: DE3113354A1
Application number: DE19813113354
Authority: DE
Inventors: François 57310 Guenange Touze
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-04-02
Filing date: 1981-04-02
Publication date: 1982-05-06
Also published as: FR2479852B2; AR230844A1; IT8109374A0; FR2479852A2; IN153696B; ES8205863A2; BR8101976A; JPS56155378A; JPH0243116B2; BE888087R; GB2073387B; LU83275A1; CA1165114A; GB2073387A; MX152034A; IT1167858B; DE3113354C2; ES500981A0

Description

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Patentanwälte Dipl.-Ing.'K. W-eickman'n, Dij-l.^P-hys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr. Ing. H. Liska
_

THrt SOOO MÜNCHEN 86, DEN ~ 2, ΑρΓίΙ 1981

POSTFACH S60 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

Francois TOUZE

Chateau de Logne

F-57310 Guenange / Frankreich

Wärmetauscheranordnung für die Kühlung der Wände eines

Hochofens

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Die Erfindung betrifft eine Wärmetauscheranordnung für die Kühlung einer Hochofenwand, umfassend einen bezüglich einer Drehachse als Umwälzbehälter ausgebildeten geschlossenen Behälter von im wesentlichen flacher Gestalt (seine axiale Länge ist gering gegenüber seinem Durchmesser), eine in dem Behälter zirkulierende Kühlflüssigkeit, eine in einem ersten Bereich des Behälters angeordnete Zuflußeinrichtung zur Einführung der Kühlflüssigkeit in den Behälter mit einer tangentialen Komponente und eine in einem zweiten Bereich des Behälters angeordnete Abflußeinrichtung zur tangentialen Abführung der Kühlflüssigkeit aus dem Behälter, wobei die Zuflußeinrichtung und die Abflußeinrichtung einen radialen Abstand voneinander aufweisen und wobei der Behälter sowie die Zuflußeinrichtung und die Abflußeinrichtung derart ausgebildet sind, daß ein beliebiger Punkt innerhalb des Behälters bei einer Drehbewegung um die Drehachse auf kein Hindernis stößt.

Wie man weiß, sind Wärmetauscheranordnungen der vorstehend genannten Art, die auf diesem technischen Gebiet häufig als "Kühlplatten" bezeichnet werden, dazu bestimmt, an den der Wärme am stärksten ausgesetzten Abschnitten des Hochofens zwischen dem metallischen Druckmantel oder der Panzerung des Hochofens und der inneren Mauer aus feuerfestem Material eingebaut zu werden, um zu verhindern, daß die Panzerung zu stark erwärmt wird. Andere Wäremtauscheranordnungen der vorstehend genannten Art, die häufig als "flache Kühlkästen" oder "flache Kästen" bezeichnet werden, sind dazu bestimmt, ebenso wie normale Kühlkästen annähernd senkrecht zur Wand des Hochofens so angeordnet zu werden, daß sie in das feuerfeste Material eindringen und dieses mechanisch stützen und kühlen, um eine zu rasche Zerstörung der feuerfesten Auskleidung unter der Wirkung der Hitze zu verhindern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Wärmetauscheranordnungen der eingangs genannten Art zu verbessern, so daß sie besser als bisher den verschiedenen Anforderungen der Technik entsprechen, und bestimmte Teile dieser Wärmetauscheranordnungen so auszubilden, daß sie für spezielle Anwendungsfälle geeignet sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Zuflußeinrichtung zur tangentialen Zuführung der Kühlflüssigkeit tangential in den Behälter an oder nahe dem Umfang desselben einmündet und daß die Abflußeinrichtung zur tangentialen Abführung der Kühlflüssigkeit im Zentraum des Behälters angeordnet ist, wobei die Abfluß einrichtung mindestens eine im Zentrum des Behälters angeordnete Leitvorrichtung sowie eine Leitung umfaßt, die in eine der Leitvorrichtung gegenüberliegende Fläche mündet.

Dank der Leiteinrichtung wird das Auffangen der Kühlflüssigkeit bei seiner spiraligen Drehbewegung und das Hinlenken der Kühlflüssigkeit zur Einmündungsöffnung der Abflußleitung erleichtert. Dadurch erfolgt das Auffangen und Abführen der Kühlflüssigkeit rascher, wodurch der Durchsatz der Kühlflüssigkeit verbessert wird und eine wirksamere Kühlung der Behälterwände möglich ist.

Man kann die Ausbildung so treffen, daß die Abfluß leitung sich radial vom Zentrum des Behälters in Richtung auf dessen Umfang erstreckt.

Um nicht die Dicke der Wärmetauscheranordnung zu vergrößern, ist es vorteilhaft, wenn die radiale Abflußleitung innerhalb des Behälters verläuft, daß sie sich im wesentlichen mit gleichem Abstand von beiden Seitenflächen des Behälters

erstreckt und daß zwei Leiteinrichtungen vorgesehen sind, die beiderseits der Abflußleitung angeordnet sind. Vorzugsweise ist die radiale Abflußleitung auf ihrer Außenseite mit einem Profil versehen, das der in dem Behälter zirkulierenden Kühlflüssigkeit einen minimalen Widerstand entgegensetzt.

Vorzugsweise mündet die radiale Abflußleitung in eine Übergangskammer, die außerhalb des Behälters angeordnet ist und eine Ausgangsöffnung für die Kühlflüssigkeit, beispielsweise Wasser, aufweist. Gemäß einer anderen Ausführungsform, die in Kombination mit einem oder mehreren der vorstehend genannten Merkmale verwendet werden kann, ist vorgesehen, daß die Abflußeinrichtung zur tangentialen Abführung der Kühlflüssigkeit eine tangential in den Behälter an dem Umfang desselben mündende Abflußleitung aufweist, deren öffnung der Mündungsöffnung der Zuflußeinrichtung zur tangentialen Zuführung der Kühlflüssigkeit diametral gegenüberliegt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Zuflußeinrichtung in einem mittleren Bereich des Behälters mündet und daß die Abflußeinrichtung zur tangentialen Abführung der Kühlflüssigkeit an dem Umfang des Behälters angeordnet ist, wobei die Zuflußeinrichtung mindestens eine im wesentlichen im Zentrum mindestens einerFläche des Behälters mündende Zuflußleitung und mindestens eine Leiteinrichtung umfaßt, die gegenüber der Mündungsöffnung der Zuflußleitung angeordnet ist, um der in den Behälter einströmenden Kühlflüssigkeit eine tangentiale Kraftkomponente zu erteilen.

Die flachen Kühlkästen, die derzeit verwendet werden, besitzen im allgemeinen die Form eines flachen Parallelepipeds, dessen rückwärtiger Abschnitt mit Befestigungsmitteln

zur Befestigung an der Panzerung des Hochofens versehen ist und dessen vorderer Abschnitt (oder Nase) aus einer ebenen Fläche besteht, die mit einem geringen Radius an die Seitenflächen angeschlossen ist.

Um die Kühlflüssigkeit zu einer Zirkulation in der Nase zu bringen, ist innerhalb des so ausgebildeten Behälters mindestens eine Trennwand vorgesehen, welche die Kühlflüssigkeit zwingt, der Außenwand des Kastens zu folgen.

In den Biegungen von 90° nimmt jedoch die Geschwindigkeit der Stromfäden, die am weitesten außen liegen (d.h. in direktem Kontakt mit der Kastenwand stehen), stark ab. Daraus ergibt sich, daß diese Biegungszone schlecht gekühlt wird. Dabei ist jedoch die Nase des Kastens genau der Abschnitt, der am stärksten der Hitze ausgesetzt ist.

Ferner kann diese Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit so groß sein, daß sie zu einer Rezirkulation oder einer Totwasserzone in dem Biegungsabschnitt führt, welche das Absetzen von Feststoffteilchen begünstigt, die ihrerseits wiederum den Wärmeaustausch beeinträchtigen. Die Wand des Behälters wärmt sich auf, was die Verstopfungsgefahr und das Ansetzen von Kesselstein noch erhöht, wodurch wiederum der Wärmeaustausch weiter verschlechtert wird.

Diese kumulativen Erscheinungen nehmen mehr und mehr zu, so daß der Kühlkasten unter der Wirkung des thermomechanischen Verschleißes zerstört wird, da das Kupfer (aus dem die Kühlkasten im allgemeinen bestehen) bei schlechter Kühlung alle seine mechanischen Eigenschaften verliert und sehr leicht nicht nur von den Chargen sondern auch von den heißen, mit Staub beladenen Gasen und dgl. verschlissen wird.

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Im Bereich der auf der Innenseite des Krümmungsabschnittes gelegenen Stromfäden, d.h. im Bereich der mit der internen Trennwand in Berührung stehenden Stromfäden erhöht sich dagegen die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit sehr stark, was zu sehr hohen Strömungsgeschwindigkeiten der Flüssigkeit führen kann, wenn der Flüssigkeitsumlauf erhöht wird, um die Kühlleistung der Kühlplatte zu verbessern.

Die Auswirkungen dieser großen Zirkulationsgeschwindigkeit der Flüssigkeit sind noch schädlicher als im oben diskutierten Fall, da in einem Bereich, wo die Flüssigkeit eine Richtungsänderung von 180° durchführt, eine Kavitation auftritt, die zu einem Druckabfall führt und einen raschen Verschleiß der Trennwand bewirkt.

Im übrigen kann die Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit der Kühlflüssigkeit praktisch nur durch eine Verminderung des Leitungsquerschnittes erzielt werden, was zu einer Verminderung des Flüssigkeitsvolumens und damit der abführbaren Wärmemenge führt.

Schließlich sind diese Kästen schwierig und daher nur mit hohen Kosten herzustellen.

Die Durchführung der erfindungsgemäßen Maßnahmen zur Herstellung eines flachen Kühlkastens ermöglicht die Herstellung eines Behälters, der keine Krümmungen mit kleinem Krümmungsradius aufweist und in dem die Strömungsfäden der Flüssigkeitsbahnen mit einem ausreichend großen Radius folgen, um die Ausbildung von den oben beschriebenen Totwasserzonen zu verhindern. Darüber hinaus gibt es keine Abschnitte in der erfindungsgemäßen Wärmetauscheranordnung, die zu dem Auftreten einer Kavitation Anlaß geben könnten.

Damit wird die Ablagerung von Feststoffteilchen vermieden, so daß kein Bereich des Kühlkastens einem besonders zerstörerischen Verschleiß ausgesetzt ist.

Ferner erkennt man, daß die gesamte Masse der Kühlflüssigkeit innerhalb des Behälters in eine freie Drehung versetzt wird und daher zu jedem Augenblick an der Kühlung der Behälterwände teil hat. Daraus ergibt sich ein beträchtlich erhöhter Wirkungsgrad der Kühlung gegenüber dem Wirkungsgrad, der mit den bisher bekannten Vorrichtungen erreicht werden konnte.

Schließlich ist die Herstellung der so ausgebildeten flachen Kühlkasten einfacher und daher auch preiswerter als die Herstellung der bisher bekannten Kühlkasten dieser Art.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist für die Zuführung und die Abführung der Kühlflüssigkeit eine Anschlußeinrichtung vorgesehen, die Seite an Seite mit dem Behälter angeordnet und mit diesem über Leitungen verbunden ist, die sich zwischen zwei Ebenen erstrecken, welche die beiden im wesentlichen parallel zueinander gerichteten Behälterflächen enthalten.

Schließlich besteht eine ergänzende Maßnahme, die insbesondere für den Fall interessant ist, wo die Wärmetauscheranordnung als Kühlkasten verwendet werden soll, darin, einen zweiten Behälter vorzusehen, der mindestens einen Vorderabschnitt des ersten Behälters überdeckt, wobei keine Flüssigkeitsverbindung für die Kühlflüssigkeit zwischen den beiden Behältern besteht.

Das Hinzufügen dieses zweiten Behälters verbessert den Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Wärmetauscheranordnung noch erheblich bei einem kaum größeren Raumbedarf.

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Indem man beispielsweise die Kühlflüssigkeit in entgegengesetzter Richtung durch die beiden Behälter strömen läßt, erhält man eine besser verteilte und gleichmäßigere Kühlleistung über den gesamten Umfang der Anordnung, da ein Bereich des einen Behälters, der von erhitzter Flüssigkeit durchströmt wird, einem Bereich des jeweils anderen Behälters entspricht ,der von der noch kalten Flüssigkeit durchströmt wird.

Die erfindungsgemäßen Anordnungen finden eine zweite Anwendung bei Kühlkasten, die als "Verdampfungskühlkästen" bezeichnet werden und bei denen sich Dampfblasen an der Berührungsfläche mit den heißen Wänden bilden.

Dieser Typ von Kühlkasten ist so ausgebildet, daß die Dampfblasen durch Gravitation in der Abflußleitung für die Kühlflüssigkeit aufgefangen werden.

Der Hauptnachteil der derzeit verwendeten Verdampfungskühlkästen besteht darin, daß die Wärme im wesentlichen durch Konvektion abgeführt wird. Im Falle einer heftigen Erwärmung in einer bestimmten Zone des Kühlkastens kann dieser Zufluß von Wärme noch weniger wirkungsvoll abgeführt werden, weil im allgemeinen keine Pumpe in dem Flüssigkeitskreislauf angeordnet ist und die Zirkulation der Kühlflüssigkeit auf natürlichem Wege durch die Thermosiphon-Wirkung erfolgt. Es tritt dadurch in der betrachteten Zone die Bildung eines Dampfpolsters auf, das zur Ausbildung eines Dampfpfropfes in den Leitungen führt, der manchmal sogar die natürliche Zirkulation der Kühlflüssigkeit umkehren kann. Nicht gekühlt wird der Kühlkasten rasch zerstört.

Bei einem erfindungsgemäßen Kühlkasten dagegen werden die Dampfblasen der Wirkung der Zentrifugalkraft ausgesetzt, die von der Drehung der Flüssigkeitsmasse herrührt. Aufgrund

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des so vorhandenen Gravitationsfeldes werden die Dampfblasen von der Wand unmittelbar nach ihrer Entstehung weggerissen und zum Zentrum des Kühlkastens hin mitgenommen .

Bei einem Kühlkasten, der entsprechend den vorstehend geschilderten Maßnahmen ausgebildet ist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die von dem zentralen Bereich des Kastens bis zu dessem rückwärtigen Ende verlaufende radiale Leitung in dem oberen Abschnitt des Kastens (bezogen auf die montierte Stellung desselben) und vorzugsweise außerhalb des Behälters angeordnet ist, derart, daß sie eine Sammelkammer für das Dampf-Wasser-Gemisch bildet, das anschließend abgeführt wird.

Die erfindungsgemäßen Maßnahmen finden einen dritten Anwendungsfall bei den Kühlplatten.

Die derzeit verwendeten Kühlplatten bestehen aus rechteckigen Metallplatten, die von einer Vielzahl von Leitungen durchzogen sind, die zur Zirkulation einer Kühlflüssigkeit bestimmt sind. Die Leitungen sind unabhängig voneinander und weisen jeweils eine Eintritts- und eine Austrittsöffnung auf, die mit Anschlußmitteln versehen sind, um die Leitungen an äußere hydraulische Kreise anzuschließen. Ferner weisen diese Platten Befestigungsmittel auf, um sie mit der Panzerung des Hochofens verbinden zu können.

Bei einer typischen Ausführung weist eine Kühlplatte bis zu einem Dutzend Verbindungspunkte für seine Befestigung an dem Hochofen oder seinem Anschluß mit den äußeren Hydraulikkreisen auf.

Die sehr hohen Temperaturen, denen die Kühlplatten ausgesetzt sind, bewirken Längenänderungen, die mit einer so

großen Anzahl starrer Punkte nicht verträglich sind. IJie Kühlplatten sind daher mechanischen Spannungen ausgesetzt, welche die Kühlplatten rasch unbrauchbar machen.

Darüber hinaus ist der Durchsatz an Kühlflüssigkeit in diesen bekannten Kühlplatten zu gering und der dadurch bewirkte Wärmeumsatz bzw. die Kühlleistung zu klein, um eine wirksame Kühlung der Hochofenpanzerung zu erreichen.

Dagegen besitzt die erfindungsgemäße Kühleinrichtung aufgrund ihres Aufbaus und dem relativ großen Volumen der rotierenden Flüssigkeit einen hohen Wärmeumsatz, der eine Kühlleistung ermöglicht, die erheblich über den bisher erreichbaren Kühlleistungen liegt.

Was das Problem der mechanischen Spannungen betrifft, so wird dies bei der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung dadurch gelöst, daß die Zuflußleitung und die Abflußleitung für die Kühlflüssigkeit sich zumindest annähernd senkrecht zu der Wand der Anordnung erstrecken, die bei Montage der Anordnung in dem Hochofen sich in Berührung mit der Panzerung oder dem Druckmantel des Hochofens befindet, wobei diese Leitungen von einem mittleren Bereich dieser Wand der Anordnung ausgehen, daß die beiden Leitungen zumindest in einem Bereich nahe der betreffenden Wand koaxial zueinander angeordnet sind und daß die Befestigungsmittel für die Kühlplatte an der Hochofenpanzerung die äußere der beiden Leitungen sowie eine in der Panzerung ausgebildete öffnung umfaßt, die zur Aufnahme der äußeren der beiden Leitungen bestimmt ist, wobei Verbindungsmittel vorgesehen sind, um die äußere der beiden Leitungen mit dem Öffnungsrand oder einer diese öffnung umgebenden Zone der Panzerung?zu verbinden.

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Dank dieser Maßnahmen ist die erfindungsgemäße Kühlplatte mit der Hochofenpanzerung nur an einer einzigen Stelle verbunden. Dies beseitigt das Problem der mechanischen Spannungen, die auf einer Ausdehnung der Kühlplatte im Betrieb beruhen.

Ferner sind die so ausgebildeten Kühlplatten aufgrund des einfachen Aufbaus der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtungen einfacher herzustellen und daher nicht so teuer wie die bisher bekannten Kühlplatten.

Eine Ausführungsvariante der eben beschriebenen Kühlplatte weist einen beidendig offenen axialen Hohlraum auf, wobei der Behälter den Hohlraum umgibt und die Zuflußleitung und die Abflußleitung zumindest teilweise den Hohlraum umgeben. Die Querabmessungen des Hohlraums sind ausreichend groß gewählt, um eine längliche und zylindrische Kühlvorrichtung in den Hohlraum einführen zu können.

Auf diese Weise kann man eine gemischte Kühleinrichtung bilden, indem man eine Kühlplatte und einen Kühlkasten einander zuordnet. Dies ergibt ein besonders günstiges Resultat, da man für einen einer Kühlplatte entsprechenden Raumbedarf einerseits eine Tiefenkühlung innerhalb des feuerfesten Materials erreicht und andererseits eine thermische Abschirmung bildet, welche den Druckmantel oder die Panzerung des Hochofens schützt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, welche in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wärmetauscheranordnung,

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Fig. 2 einen Schnitt längs Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wärmetauscheranordnung,

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wärmetauscheranordnung ,

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wärmetauscheranordnung .

Fig. 6 eine Seitenschnittansicht einer erfindungsgemäßen Kühlplatte,

Fig. 7 einen Schnitt längs Linie VII-VII durch die in der Fig. 6 dargestellte Kühlplatte,

Fig. 8 eine Ausführungsvariante der in den Fig. 6 und 7 dargestellten Kühlplatte und

Fig. 9 und 10 zwei mögliche Anordnungen der erfindungsgemäßen Kühlplatten und Kühlkästen.

In den Fig. 1 und 2, die eine erste Ausführungsform der Erfindung zeigen, erkennt man einen Kühlkasten 60 mit einem im wesentlichen zylindrischen Behälter 61. Dieser ist flach ausgebildet, d.h. seine Höhe ist gering gegenüber seinem Durchmesser.

Eine Leitung 62 für die Zufuhr von Kühlflüssigkeit mündet tangential in den Behälter 61. Zum Abführen der Kühlflüssigkeit ist einerseits eine der Mündungsöffnung der Zufuhr-

leitung 62 im wesentlichen diametral gegenüberliegende Ausgangsöffnung 63a und andererseits ein Ausgangskanal· vorgesehen, der sich in radialer Richtung annähernd vom Zentrum bis zur Peripherie des Behälters 61 erstreckt. Der Kanal 63 ist in gleichem Abstand zu den ebenen Wänden 64 des Behälters 61 angeordnet. Der Kanal 63 ist abgeflacht und mit einem Profil versehen, wie man dies in der Fig. 2 bei 65 erkennt, um die Flüssigkeitsströmung so wenig wie möglich zu stören.

Zwei Durchbrechungen 66, die in den Seitenflächen 67 des Kanals 63 und konzentrisch zu der Achse des Behälters 61 angeordnet sind, erlauben das Einströmen der Kühlflüssigkeit von dem Behälter 61 in den Kanal 63.

Um diesen Durchtritt der Kühlflüssigkeit zu erleichtern, ist auf jeder Seite des Kanals 63 (d.h. zwischen jeder Seitenfläche 67 des Kanals und jeder Wand 64 des Behälters) eine Ablenkvorrichtung 68 angeordnet, die aus auf das Zentrum der Durchbrechungen 66 hin gekrümmten Schaufeln besteht.

Der Kanal 63 erstreckt sich zum rückwärtigen Bereich der Kühlplatte 60 hin, d.h. zu dem Bereich hin, der der Zone oder Nase 69 gegenüberliegt, die dem zu kühlenden Hochofen zugewandt ist, wenn der Kühlkasten in seiner Arbeitsstellung montiert ist.

Der Kanal 63 mündet in eine Abflußkammer 70, die sich an den Behälter 61 anschließt und auf der Rückseite desselben angeordnet ist. In die Abflußkammer 70 mündet eine Abflußleitung 71 für die Kühlflüssigkeit, wobei die Mündungsöffnung vorzugsweise der öffnung, durch die der Kanal 63 in die Abflußkammer 70 mündet, oder der öffnung 63a gegenüberliegt.

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Die durch die Zuführleitung 62 (Pfeil 72) zugeführte Kühlflüssigkeit (im allgemeinen Wasser) gelangt in den Behälter 61, indem sie aufgrund der Form desselben eine spiralige Bewegung (Pfeil 73) beginnt. Ein Teil der Flüssigkeit des äußeren Strömungsbereiches, der sich im Kontakt mit der Wand der Nase 69 am stärksten aufgeheizt hat, fließt direkt durch die öffnung 63a (Pfeil 73a), um abgeführt zu werden. Der Rest der Wassermenge wird, nachdem er den zentralen Bereich des Behälters 61 erreicht hat, von den Ablenkvorrichtungen 68 (Pfeil 74) aufgefangen und strömt in den Kanal 63, durch den er in die Abflußkammer 70 (Pfeil 75) gelangt. Von dort fließt die Kühlflüssigkeit über die Leitung 71 (Pfeil 76) ab.

Man erkennt, daß der gesamte Kühlkasten 60 zwischen zwei die Seitenwände 64 des Behälters 61 enthaltenden parallelen Ebenen eingeschlossen ist. Daraus ergibt sich, daß der Kühlkasten 60 auf einfache Weise durch die Panzerung des Hochofens hindurch in seine Aufnahmekammer in dem feuerfesten Material eingeführt werden kann. Umgekehrt kann der Kühlkasten ebenso einfach herausgezogen werden, um ihn beispielsweise auszutauschen.

Die Fig. 3 zeigt einen Kühlkasten 77 (bezeichnet als "Verdampf ungs" -Kühlkasten) , dessen Ausbildung im wesentlichen der Ausbildung des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Kühlkastens 60 entspricht mit der Ausnahme des Kanals 63, der bei dieser Ausführungsform außerhalb des Behälters angeordnet ist. Diejenigen Elemente, die mit der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 und 2 übereinstimmen, sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet.

Genauer gesagt ist einer der Behälterwände (im vorliegenden Beispiel handelt es sich um die Wand 78, die im eingebauten Zustand des Kühlkastens an dem Druckmantel des Hochofens

die obere Position einnimmt, wie dies in der Fig. 3 dargestellt ist) eine längliche Schale 79 zugeordnet, welche mit der Wand 78 einen Außenkanal 80 begrenzt.

Eine Zuführleitung 6 2 mündet tangential in den Behälter 61 ein in der gleichen Weise wie dies beispielsweise bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 dargestellt ist, oder in einer beliebigen anderen äquivalenten Konfiguration, während eine Abflußleitung 71 von dem Außenkanal 80 abgeht. Wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform sind Schaufeln 68 vorgesehen, um die Flüssigkeit zu veranlassen, durch ein Loch 66 hindurchzuströmen, welches den Behälter 61 mit dem Kanal 80 verbindet. Ein weiteres Loch 81 verbindet die Abflußkammer 70 mit dem Kanal 80.

Im Betrieb werden die Dampfblasen, die sich insbesondere bei Berührung der Flüssigkeit mit der Wand der Nase 69 bilden, die der größten Hitze ausgesetzt ist, gleichzeitig mit ihrer Entstehung weggerissen und mit der in dem Behälter 61 rotierenden Flüssigkeitsmasse mitgeführt.

Aufgrund des Gravitationsfeldes, das innerhalb der Flüssigkeitsmasse herrscht, werden die Dampfblasen zum Zentrum des Behälters 61 hingeführt, wo sie in den Kanal 80 eintreten. Da sich die Flüssigkeit in einer kontinuierlichen ■ Zirkulation innerhalb des Behälters befindet, ist sichergestellt, daß sich entlang der Wandinnenseiten, insbesondere im Bereich der Nase, kein Dampfschleier bildet, der den Wärmeaustausch behindern könnte. Auch wird dadurch sichergestellt, daß sich nicht ein Dampfpfropf bilden kann, der die Zirkulation des Wassers blockieren könnte.

Der in der Fig. 4 dargestellt Kühlkasten 83 ist im Gegensatz zu den oben beschriebenen Ausführungsformen mit einer zentralen Zuführung und einer tangentialen Abführung der

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Kühlflüssigkeit versehen. Eine Zuflußleitung 84 mündet im Zentrum eines kreiszylindrischen Behälters 85, wobei die Flüssigkeit senkrecht zur Kreisfläche 86 des Behälters einströmt. Ablenkeinrichtungen 87, die beispielsweise wie die Ablenkeinrichtungen 68 der Fig. 1 bis 3 ausgebildet sind, erteilen der Flüssigkeit eine tangentielle Bewegungskomponente derart, daß sie in Drehung versetzt wird und innerhalb des Behälters eine spiralförmige Bahn von innen nach außen beschreibt, wie dies durch den Pfeil 88 angedeutet ist. Eine Abflußleitung 89 erstreckt sich tangential und fängt die Erwärmung der Flüssigkeit auf.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlkastens. Der in der Fig. 5 dargestellte Kasten 90 geht aus von einem Kühlkasten 60, wie er in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist. Alle Elemente des Kühlkastens 60 finden sich auch bei dem Kühlkasten 90 wieder und sind dort mit denselben Bezugszeichen versehen. Zu dem ursprünglichen Kühlkasten 60 ist jedoch ein zweiter Behälter 91 hinzugefügt, der einfach aus einer rohrförmigen Leitung besteht, die halbkreisförmig gebogen ist, so daß sie sich der abgerundeten Form der Nase 69 des in der Fig. 1 dargestellten Kühlkastens 60 anpaßt. Die rohrförmige Leitung 91 ist über eine Zuflußleitung 92 und eine Abflußleitung 93 an ein äußeres Wassernetz angeschlossen.

Man erkennt, daß die Flüssigkeitsströme in dem Behälter einerseits und in der Leitung 91 andererseits in entgegengesetzter Richtung zirkulieren, wie dies durch die Pfeile 94 bzw. 95 angedeutet ist.

Daraus folgt, daß nahe der Abflußleitung 93, wo die Flüssigkeit nach dem Durchströmen der Leitung 91 bereits erwärmt

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und daher weniger wirksam ist, eine günstige Kühlung durch die kalte Flüssigkeit erfolgt, die über die Leitung 62 ankommt und in den Behälter 61 einströmt. Das Umgekehrte gilt in dem Bereich der Leitungen 71 und 92. Es ist auf diese Weise möglich, eine bessere Verteilung der Abkühlung des feuerfesten Materials und damit ganz allgemein einen besseren Wirkungsgrad zu erreichen.

Man wird bemerken, daß in der Fig. 5 der Kühlkasten 91 in einer Arbeitsstellung dargestellt ist, d.h., daß sich die Platte oder der Kasten, wie dies bereits oben genauer erklärt wurde, ungefähr senkrecht zur Panzerung des Hochofens erstreckt, an dem er in geeigneter Weise mittels eines Gleitschuhes 97 oder dgl. befestigt ist, so daß er in das feuerfeste Material 98 hineinragt. Dabei ist seine Nase 99 den warmen Zonen des Hochofens zugewandt.

Die Fig. 6 und 7 zeigen eine Kühlplatte oder einen Kühlkasten 100, der dazu bestimmt ist, zwischen die Panzerung 101 eines Hochofens und die nicht dargestellte Mauer aus feuerfestem Material eingeführt zu werden, wie dies bereits weiter oben beschrieben wurde. Die Kühlplatte 100 besitzt einen kreiszylindrischen Behälter 102, eine Zuflußleitung 103 für die Kühlflüssigkeit und eine Abflußleitung 104 für diese Flüssigkeit.

Die beiden Leitungen 103 und 104 sind zumindest in einem Bereich nahe der Kühlplatte im wesentlichen senkrecht zu der Wand 105 des Behälters 102 gerichtet, die zur Panzerung oder zum Druckmantel 101 hinweist. Im übrigen sind die beiden Leitungen 103 und 104 koaxial zueinander angeordnet, wobei die Leitung 104 innerhalb der Leitung verläuft, von der sie umgeben ist.

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Um ein Beispiel zu geben, kann die Kühlplatte folgendermaßen ausgebildet- sein.

Die Zuflußleitung 103 steht mit einem Kanal 106 in Verbindung, der an der Außenseite der genannten Behälterwand 105 angeordnet ist und in den Behälter 102 an der Peripherie desselben durch eine öffnung 107 mündet. Vor der öffnung 107 ist eine Ablenkwand 108 angeordnet, um den Strom der Flüssigkeit so abzulenken, daß er tangential in den Behälter einströmt.

Diametral entgegengesetzt zur öffnung 107 befindet sich eine Ausgangsöffnung 109, durch welche der Behälter 102 mit einem Kanal 110 in Verbindung steht, der beispielsweise ebenso an der Außenseite der Wand 105 angebracht ist. Dieser Kanal 110 mündet in eine zentrale Kammer 111 des Behälters. Diese zentrale Kammer steht mit dem Rest des Behälters durch öffnungen 112 in Verbindung. In der zentralen Kammer 111 sind ferner Ablenkschaufeln 112' (Fig. 6) angeordnet, die der Öffnung gegenüberliegen, durch welche die Abflußleitung 104 in die zentrale Kammer 111 mündet.

Zur Befestigung der Kühlplatte 100 in einem Hochofen ist dessen Panzerung 101 mit einer Durchbrechung 113 versehen, deren Durchmesser im wesentlichen dem Außendurchmesser der Zuflußleitung 103 entspricht. Die in die Durchbrechung 113 eingeführte Zuflußleitung 103 wird mit der Panzerung verschweißt.

Die Kühlplatte 100 ist somit an der Panzerung nur mit ihrem Mittelbereich befestigt, der von der Leitung 103 gebildet ist, die als Befestigungshülse dient.

Unabhängig von den Verformungen, welche die Kühlplatte unter der Einwirkung der Hitze erleidet, kann sie sich frei

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ausdehnen, ohne daß sie zerstörerischen Spannungen ausgesetzt ist, wie dies der Fall bei den bisher bekannten Kühlplatten ist, die eine Mehrzahl von Befestigungszonen aufweisen.

Es versteht sich, daß die beschriebenen Anordnungen, bei denen die Zuflußmittel und Abflußmittel für die Kühlflüssigkeit mit den Befestigungsmitteln kombiniert sind, nicht von der speziellen Konfiguration des in den Fig. 6 und 7 dargestellten Behälters abhängen, der nur als Ausführungsbeispiel angegeben wurde. Diese Mittel können vielmehr auch mit anderen Behälterkonfigurationen kombiniert werden, wie sie beispielsweise weiter oben beschrieben worden sind.

Die Fig. 9 zeigt eine Anordnung, bei welcher Kühlplatten der vorstehend beschriebenen Art in gegeneinander versetzten Reihen angeordnet sind, wobei Kühlkästen 100a in den freien Sektoren zwischen den Kühlplatten angeordnet sind. Man kann auf diese Weise die Tiefenkühlung des feuerfesten Materials durch die Kästen mit der Oberflächenkühlung durch die Platten kombinieren, die zum Schütze der Panzerung bestimmt ist.

Fig. 8 zeigt eine Kühlplatte 114, die eine Variante der in den Fig. 6 und 7 dargestellten Kühlplatte 100 darstellt. Die Kühlplatte 114 umfaßt eine axiale Ringkammer 115, welche einen axial gerichteten zylindrischen Hohlraum 116 umgibt, der an seinen beiden Enden offen ist. Die Ringkammer 115 ist in zwei halbzylindrische Halbkammern 117 und 118 unterteilt, in welche die Zuflußleitung 119 bzw. die Abflußleitung 120 für die Kühlflüssigkeit münden. Im übrigen kann die Kühlplatte im wesentlichen in derselben Weise wie die in den Fig. 6 und 7 dargestellte Kühlplatte 100 oder entsprechend einem der oben beschriebenen Beispiele ausgebildet sein.

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Die Kühlplatte 100 ist in ihrer Gesamtheit so ausgebildet, daß der axiale Hohlraum 116 eine ausreichend große Querabmessung aufweist, damit ein Kühlkasten 121 mit einer länglich zylindrischen Form darin angeordnet werden kann.

Auf diese Weise ist es möglich, eine Anordnung von Kühlplatten und Kühlkasten herzustellen, die zusammen in derselben Zone des Hochofens eine Kühlung der Mauer aus feuerfestem Material (Tiefenkühlung) und eine Kühlung zwischen der Panzerung und der feuerfesten Mauer (Oberflächenkühlung oder thermische Abschirmung) bewirken.

Die Fig. 10 zeigt eine Kombination von derartigen Kühlanordnungen (Kühlplatte 114 und Kühlkasten 121), die in gegeneinander versetzten Reihen angeordnet sind, wobei Kühlkasten 122 der länglich zylindrischen Art für sich in den freigebliebenen Sektoren zwischen den Kühlplatten 114 angeordnet sind (Anordnung der Kühlkasten 122 an den Ecken eines den Platten 114 umbeschriebenen Sechsecks).

Auf diese Weise ist es möglich, wirksame thermische Schutzschilde herzustellen, deren Wirkung sich ebenso in die Tiefe des feuerfesten Materials wie auf die Oberfläche erstreckt und die durch die Anordnung der Kühlkasten eine gute Verankerung des feuerfesten Materials gewährleisten.

Claims

Patentansprüche

1. Wärmetauscheranordnung für die Kühlung einer Hochofenwand, umfassend einen bezüglich einer Drehachse

als Umwälzbehälter ausgebildeten geschlossenen Behälter von im wesentlichen flacher Gestalt (seine axiale Länge ist gering gegenüber seinem Durchmesser),
eine in dem Behälter zirkulierende Kühlflüssigkeit,
eine in einem ersten Bereich des Behälters angeordnete
Zuflußeinrichtung zur Einführung der Kühlflüssigkeit in den Behälter mit einer tangentialen Komponente und eine in einem zweiten Bereich des Behälters angeordnete Abfluß einrichtung zur tangentialen Abführung der Kühlflüssigkeit aus dem Behälter, wobei die Zuflußeinrichtung und die Abflußeinrichtung einen radialen Abstand voneinander aufweisen und wobei der Behälter sowie die Zuflußeinrichtung und die Abflußeinrichtung derart ausgebildet sind, daß ein beliebiger Punkt innerhalb des Behälters bei einer Drehbewegung um die Drehachse auf kein Hindernis stößt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuflußeinrichtung (62; 103;10 6) zur tangentialen Zuführung der Kühlflüssigkeit tangential in den Behälter (61;102 )
an oder nahe dem Umfang desselben einmündet und daß die Abflußeinrichtung (63; 80; 104) zur tangentialen Abführung der Kühlflüssigkeit im Zentrum des Behälters (61,
102) angeordnet ist, wobei die Abflußeinrichtung mindestens eine im Zentrum des Behälters (61? 102) angeordnete Leitvorrichtung (68; 112) sowie eine Leitung (63; 80; 104) umfaßt, die in eine der Leitvorrichtung
(68; 112)112) gegenüberliegende Fläche mündet.

2. Wärmetauscheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abflußleitung (63; 80) sich radial

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vom Zentrum des Behälters (61) zum Umfang desselben erstreckt.

3. Wärmetauscheranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Abflußleitung (63) innerhalb des Behälters (61) angeordnet ist, daß sie im wesentlichen gleiche Abstände von den beiden Seitenflächen (64) des Behälters (61) aufweist und daß zwei Leitvorrichtungen vorgesehen sind, die beiderseits der Abflußleitung (63) liegen.

4. Wärmetauscheranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Abflußleitung (63) ein Außenprofil aufweist, das der innerhalb des Behälters (61) zirkulierenden Flüssigkeit einen minimalen Widerstand entgegensetzt.

5. Warmetauscheranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Abflußleitung in eine Übergangskammer (70, 111) einmündet, die außerhalb des Behälters (61) angeordnet ist und eine Ausgangsöffnung für die Kühlflüssigkeit aufweist.

6. Wärmetauscheranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Abflußleitung (80) in dem oberen Abschnitt des Behälters (61), vorzugsweise außerhalb desselben angeordnet ist.

7. Wärmetauscheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abflußeinrichtung zur tangentialen Abführung der Kühlflüssigkeit eine tangential in den Behälter (102) an dem Umfang desselben einmündende Leitung (110) aufweist, deren öffnung der öffnung der tangentialen Zuflußeinrichtung (106) diametral gegenüberliegt.

O -1

8. Wärmetauscheranordnung für die Kühlung einer Hochofenwand, umfassend einen bezüglich einer Drehachse als Umwälzbehälter ausgebildeten geschlossenen Behälter von im wesentlichen flacher Gestalt (seine axiale Länge ist gering gegenüber seinem Durchmesser), eine in dem Behälter zirkulierende Kühlflüssigkeit, eine in einem ersten Bereich des Behälters angeordnete Zuflußeinrichtung zur Einführung der Kühlflüssigkeit in den Behälter mit einer tangentialen Komponente und eine in einem zweiten Bereich des Behälters angeordnete Abflußeinrichtung zur tangentialen Abführung der Kühlflüssigkeit aus dem Behälter, wobei die Zuflußeinrichtung und die Abflußeinrichtung einen radialen Abstand voneinander aufweisen und wobei der Behälter sowie die Zuflußeinrichtung und die Abflußeinrichtung derart ausgebildet sind, daß ein beliebiger Punkt innerhalb des Behälters bei einer Drehbewegung um die Drehachse auf kein Hindernis stößt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuflußeinrichtung (84) in einem mittleren Bereich des Behälters (85) mündet und daß die Abflußeinrichtung (89) zur tangentialen Abführung der Kühlflüssigkeit an dem Umfang des Behälters (85) angeordnet ist, wobei die Zuflußeinrichtung mindestens eine im wesentlichen im Zentrum mindestens einerFläche des Behälters (85) mündende Zuflußleitung (84) und mindestens eine Leiteinrichtung

(87) umfaßt, die gegenüber der Mündungsöffnung der Zuflußleitung (84) angeordnet ist, um der in den Behälter

(85) einströmenden Kühlflüssigkeit eine tangentiale Kraftkomponente zu erteilen.

9. Wärmetauscheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Zuführung und zur Abführung der Kühlflüssigkeit mit einer Anschlußeinrichtung versehen ist, die Seite an Seite mit dem Behälter angeordnet und mit diesem über Leitungen verbunden ist, die

sich zwischen den beiden Ebenen erstrecken, welche die beiden im wesentlichen parallelen Wände des Behälters enthalten, so daß die Wärmetauscheranordnung senkrecht zur Hochofenwand nach Art eines Kühlkastens montierbar ist.

10. Wärmetauscheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen zweiten Behälter (95) aufweist, der mindestens den vorderen Abschnitt des ersten Behälters (61) überdeckt, und daß keine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem ersten Behälter (61) und dem zweiten Behälter (95) existiert.

11. Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Zuflußeinrichtung und die Abflußeinrichtung jeweils eine Zuflußleitung bzw. eine Abflußleitung für eine Flüssigkeit aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß sich die beiden Leitungen (103, 104) zumindest in einem Bereich nahe einer Behälterwand von einem mittleren Bereich dieser Wand ausgehend im wesentlichen senkrecht zu ihr erstrekken, daß die beiden Leitungen (103, 104) zumindest in dem Bereich nahe der genannten Wand koaxial zueinander angeordnet sind und daß Befestigungsmittel für die Befestigung der Anordnung an der Panzerung des Hochofens vorgesehen sind, die einerseits die äußere (103) der beiden Leitungen und andererseits eine in der Panzerung ausgebildete Durchbrechung (113) umfassen, die zur Aufnahme der äußeren Leitung (103) geeignet ist und wobei Verbindungsmittel vorgesehen sind, um die äußere Leitung (103) mit dem Durchbrechungsrand oder einer die Durchbrechung umgebenden Zone der Panzerung zu verbinden.

12. Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und 11 , dadurch gekennzeichnet, daß sie einen an beiden Enden offenen axialen Hohlraum 116 aufweist, daß der Behälter

O I I ύ O O

den Hohlraum umgibt und daß die Zuflußleitung sowie die Abflußleitung den Behälter zumindest teilweise umgeben, wobei die Querabmessungen des Hohlraumes ausreichend bemessen sind, um in den Hohlraum eine längliche zylindrische Kühlvorrichtung einführen zu können.