DE3113354C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung für
eine Hochofenwand, umfassend einen bezüglich einer
Drehachse als Umwälzbehälter ausgebil
deten geschlossenen Behälter von flacher
Gestalt (seine axiale Länge ist gering gegenüber seinem
Durchmesser), eine in dem Behälter zirkulierende Kühl
flüssigkeit, eine in einem ersten Bereich des Behälters
angeordnete Zuflußeinrichtung zur Einführung der Kühlflüssig
keit in den Behälter mit einer tangentialen Komponente und
eine in einem zweiten Bereich des Behälters angeordnete Ab
flußeinrichtung zur tangentialen Abführung der Kühlflüssig
keit aus dem Behälter, wobei die Zuflußeinrichtung und die
Abflußeinrichtung einen radialen Abstand voneinander auf
weisen und wobei der Behälter sowie die Zuflußeinrichtung
und die Abflußeinrichtung derart ausgebildet sind, daß ein
beliebiger Punkt innerhalb des Behälters bei einer Dreh
bewegung um die Drehachse auf kein Hindernis stößt.
Wie man weiß, sind Kühleinrichtungen 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 Hoch
ofens 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 Wärmetauscheranordnungen 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 feuer
feste Material eindringen und dieses mechanisch stützen und
kühlen, um eine zu rasche Zerstörung der feuerfesten Aus
kleidung unter der Wirkung der Hitze zu verhindern.
Aus der DE-OS 28 22 807 ist eine Kühlvorrichtung bekannt,
die ein flaches zylindrisches Gehäuse aufweist. Die
Zuleitung für die Kühlflüssigkeit mündet am Umfang des
Gehäuses in einem Winkel von 90° zu einer der
Gehäuseseitenwände. Ebenfalls in einem Winkel von 90°
mündet die Abführleitung für die Kühlflüssigkeit im
Zentrum des Gehäuses. Des weiteren weist das Gehäuse im
Inneren eine Spirale auf, die nur einen Zugang und einen
Ausgang besitzt, wobei letzterer mit der Mündung der
Abführleitung zusammenfällt. Nachteilig ist bei der
vorbekannten Vorrichtung, daß die Kühlflüssigkeit bei der
Zu- bzw. Ableitung kurz hintereinander zweimal um 90°
umgelenkt wird. Hierdurch können Turbulenzen entstehen,
die die laminare Strömung der Flüssigkeit stören und die
Strömungsgeschwindigkeit herabsetzen. Des weiteren stellt
der einzige Zugang der Spirale ebenfalls eine Störung der
Strömung dar, so daß insgesamt bei dieser vorbekannten
Vorrichtung der Wirkungsgrad, d. h. die im Verhältnis zur
eingesetzten Kühlflüssigkeit abgeführte Wärmemenge, gering
ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Kühleinrichtungen
der eingangs genannten Art zu verbessern, so
daß sie besser als bisher den verschiedenen Anforderungen
der Technik entsprechen, und bestimmte Teile dieser Kühl
einrichtungen so auszubilden, daß sie für spezielle
Anwendungsfälle geeignet sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschla
gen, daß die Zuflußeinrichtung zur tangentialen Zuführung
der Kühlflüssigkeit tangential in den Behälter an oder
nahe dem Umfang desselben einmündet und daß die Abfluß
einrichtung zur tangentialen Abführung der Kühlflüssigkeit
im Zentrum des Behälters angeordnet ist, wobei die Ab
flußeinrichtung 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 Kühlflüssig
keit bei seiner spiraligen Drehbewegung und das Hinlen
ken der Kühlflüssigkeit zur Einmündungsöffnung der Abfluß
leitung erleichtert. Dadurch erfolgt das Auffangen und Ab
führen der Kühlflüssigkeit rascher, wodurch der Durch
satz der Kühlflüssigkeit verbessert wird und eine wirk
samere Kühlung der Behälterwände möglich ist.
Man kann die Ausbildung so treffen, daß die Abflußleitung 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 mit
gleichem Abstand von beiden Seitenflächen des Behälters
erstreckt und daß zwei Leiteinrichtungen vorgesehen sind,
die beiderseits der Abflußleitung angeordnet sind. Vor
zugsweise ist die radiale Abflußleitung auf ihrer Außen
seite mit einem Profil versehen, das der in dem Behälter
zirkulierenden Kühlflüssigkeit einen minimalen Widerstand
entgegensetzt.
Vorzugsweise mündet die radiale Abflußleitung in eine Über
gangskammer, die außerhalb des Behälters angeordnet ist und
ein Ausgangsöffnung für die Kühlflüssigkeit, beispielsweise
Wasser, aufweist. Gemäß einer anderen Ausführungsform, die
in Kombination mit einem oder mehreren der vorstehend ge
nannten Merkmale verwendet werden kann, ist vorgesehen, daß
die Abflußeinrichtung zur tangentialen Abführung der Kühl
flüssigkeit eine tangential in den Behälter an dem Umfang
desselben mündende Abflußleitung aufweist, deren Öffnung der
Mündungsöffnung der Zuflußeinrichtung zur tangentialen Zu
führung der Kühlflüssigkeit diametral gegenüberliegt.
Gemäß einer weiteren Lösung der gestellten Aufgabe ist vor
gesehen, daß die Zuflußeinrichtung in einem mittleren Be
reich des Behälters mündet und daß die Abflußeinrichtung
zur tangentialen Abführung der Kühlflüssigkeit an dem Um
fang des Behälters angeordnet ist, wobei die Zuflußein
richtung mindestens eine im Zentrum min
destens einer Fläche 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 tan
gentiale Kraftkomponente zu erteilen.
Die flachen Kühlkästen, die derzeit verwendet werden, be
sitzen im allgemeinen die Form eines flachen Parallelepi
peds, 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 Kühl
flüssigkeit 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 Ab
schnitt, 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 Verstopfungsge
fahr 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 thermomecha
nischen Verschleißes zerstört wird, da das Kupfer (aus dem
die Kühlkästen 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. ver
schlissen wird.
Im Bereich der auf der Innenseite des Krümmungsabschnittes
gelegenen Stromfäden, d. h. im Bereich der mit der inter
nen 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 ver
bessern.
Die Auswirkungen dieser großen Zirkulationsgeschwindigkeit
der Flüssigkeit sind noch schädlicher als im oben disku
tierten Fall, da in einem Bereich, wo die Flüssigkeit eine
Richtungsänderung von 180° durchführt, eine Kavitation auf
tritt, 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 Ver
minderung des Flüssigkeitsvolumens und damit der abführ
baren 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 Her
stellung eines Behälters, der keine Krümmungen mit klei
nem Krümmungsradius aufweist und in dem die Strömungsfäden
der Flüssigkeitsbahnen mit einem ausreichend großen Ra
dius folgen, um die Ausbildung von den oben beschriebenen
Totwasserzonen zu verhindern. Darüber hinaus gibt es keine
Abschnitte in der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung,
die zu dem Auftreten einer Kavitation Anlaß geben könnten.
Damit wird die Ablagerung von Feststoffteilchen vermieden,
so daß kein Bereich des Kühlkastens einem besonders zer
störerischen Verschleiß ausgesetzt ist.
Ferner erkennt man, daß die gesamte Masse der Kühlflüssig
keit innerhalb des Behälters in eine freie Drehung ver
setzt wird und daher zu jedem Augenblick an der Kühlung
der Behälterwände teil hat. Daraus ergibt sich ein beträcht
lich erhöhter Wirkungsgrad der Kühlung gegenüber dem Wir
kungsgrad, der mit den bisher bekannten Vorrichtungen er
reicht werden konnte.
Schließlich ist die Herstellung der so ausgebildeten flachen
Kühlkästen einfacher und daher auch preiswerter als die
Herstellung der bisher bekannten Kühlkästen dieser Art.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist für die Zu
führung und die Abführung der Kühlflüssigkeit eine An
schlußeinrichtung vorgesehen, die Seite an Seite mit dem
Behälter angeordnet und mit diesem über Leitungen verbun
den ist, die sich zwischen zwei Ebenen erstrecken, welche
die beiden im wesentlichen parallel zueinander gerichteten
Behälterflächen enthalten.
Schließlich besteht eine ergänzende Maßnahme, die ins
besondere für den Fall interessant ist, wo die Kühleinrichtung
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 Kühleinrichtung
noch erheblich bei einem kaum größeren Raumbedarf.
Indem man beispielsweise die Kühlflüssigkeit in ent
gegengesetzter 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 Flüssig
keit durchströmt wird, einem Bereich des jeweils anderen
Behälters entspricht, der von der noch kalten Flüssigkeit durch
strömt wird.
Die erfindungsgemäßen Anordnungen finden eine zweite An
wendung bei Kühlkästen, 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 Verdampfungskühl
kästen besteht darin, daß die Wärme im wesentlichen durch
Konvektion abgeführt wird. Im Falle einer heftigen Erwär
mung in einer bestimmten Zone des Kühlkastens kann dieser
Zufluß von Wärme noch weniger wirkungsvoll abgeführt wer
den, weil im allgemeinen keine Pumpe in dem Flüssigkeits
kreislauf angeordnet ist und die Zirkulation der Kühlflüssig
keit 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
des so vorhandenen Gravitationsfeldes werden die Dampf
blasen von der Wand unmittelbar nach ihrer Entstehung
weggerissen und zum Zentrum des Kühlkastens hin mitge
nommen.
Bei einem Kühlkasten, der entsprechend den vorstehend ge
schilderten Maßnahmen ausgebildet ist, ist erfindungsgemäß
vorgesehen, daß die von dem zentralen Bereich des Kastens
bis zu dessem rückwärtigen Ende verlaufende radiale Lei
tung in dem oberen Abschnitt des Kastens (bezogen auf die
montierte Stellung desselben) und vorzugsweise außerhalb
des Behälters angeordnet ist, derart, daß sie eine Sammel
kammer für das Dampf-Wasser-Gemisch bildet, das anschließend
abgeführt wird.
Die erfindungsgemäßen Maßnahmen finden einen dritten Anwen
dungsfall bei den Kühlplatten.
Die derzeit verwendeten Kühlplatten bestehen aus rechtecki
gen 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 Austrittsöff
nung 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 Hydrau
likkreisen auf.
Die sehr hohen Temperaturen, denen die Kühlplatten ausge
setzt sind, bewirken Längenänderungen, die mit einer so
großen Anzahl starrer Punkte nicht verträglich sind. Die
Kühlplatte sind daher mechanischen Spannungen ausge
setzt, 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 wirk
same Kühlung der Hochofenpanzerung zu erreichen.
Dagegen besitzt die erfindungsgemäße Kühleinrichtung auf
grund ihres Aufbaus und dem relativ großen Volumen der
rotierenden Flüssigkeit einen hohen Wärmeumsatz, der
eine Kühlleistung ermöglicht, die erheblich über den bis
her erreichbaren Kühlleistungen liegt.
Was das Problem der mechanischen Spannungen betrifft, so
wird dies bei der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung da
durch gelöst, daß die Zuflußleitung und die Abflußlei
tung 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 be
findet, wobei diese Leitungen von einem mittleren Bereich
dieser Wand der Anordnung ausgehen, daß die beiden Leitungen
zumindest in einem Bereich nahe der betreffenden Wand ko
axial zueinander angeordnet sind und daß die Befestigungs
mittel 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.
Dank dieser Maßnahmen ist die erfindungsgemäße Kühlplat
te 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 umge
ben. Die Querabmessungen des Hohlraums sind ausreichend
groß gewählt, um eine längliche und zylindrische Kühlvor
richtung 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 ther
mische Abschirmung bildet, welche den Druckmantel oder die
Panzerung des Hochofens schützt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand
der Zeichnungen nachfolgend näher
erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühleinrichtung,
Fig. 2 einen Schnitt längs Linie II-II in Fig. 1,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer zweiten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung,
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer dritten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung,
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer vierten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung,
Fig. 6 eine Seitenschnittansicht einer erfindungs
gemäßen 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 erfin
dungsgemäßen 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 gegen
über seinem Durchmesser.
Eine Leitung 62 für die Zufuhr von Kühlflüssigkeit mündet
tangential in den Behälter 61. Zum Abführen der Kühlflüssig
keit ist einerseits eine der Mündungsöffnung der Zufuhr
leitung 62 im wesentlichen diametral gegenüberliegende
Ausgangsöffnung 63 a und andererseits ein Ausgangskanal 63
vorgesehen, der sich in radialer Richtung annähern 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 abge
flacht 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 Kühlflüssig
keit 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 Sei
tenfläche 67 des Kanals und jeder Wand 64 des Behälters)
eine Ablenkvorrichtung 68 angeordnet, die aus auf das Zent
rum der Durchbrechungen 66 hin gekrümmten Schaufeln be
steht.
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 Abfluß
leitung 71 für die Kühlflüssigkeit, wobei die Mündungs
öffnung vorzugsweise der Öffnung, durch die der Kanal 63
in die Abflußkammer 70 mündet, oder der Öffnung 63 a gegen
überliegt.
Die durch die Zuführleitung 62 (Pfeil 72) zugeführte Kühl
flüssigkeit (im allgemeinen Wasser) gelangt in den Be
hälter 61, in dem sie aufgrund der Form desselben eine
spiralige Bewegung (Pfeil 73) beginnt. Ein Teil der Flüssig
keit des äußeren Strömungsbereiches, der sich im Kontakt
mit der Wand der Nase 69 am stärksten aufgeheizt hat, fließt
direkt durch die Öffnung 63 a (Pfeil 73 a), um abgeführt zu
werden. Der Rest der Wassermenge wird, nachdem er den zen
tralen 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 feuer
festen Material eingeführt werden kann. Umgekehrt kann der
Kühlkasten ebenso einfach herausgezogen werden, um ihn bei
spielsweise auszutauschen.
Die Fig. 3 zeigt einen Kühlkasten 77 (bezeichnet als "Ver
dampfungs"-Kühlkasten), dessen Ausbildung im wesentlichen
der Ausbildung des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Kühl
kastens 60 entspricht mit der Ausnahme des Kanals 63, der
bei dieser Ausführungsform außerhalb des Behälters ange
ordnet ist. Diejenigen Elemente, die mit der Ausführungs
form 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 eingebau
ten Zustand des Kühlkastens an dem Druckmantel des Hochofens
die obere Position einnimmt, wie dies in der Fig. 3 dar
gestellt ist) eine längliche Schale 79 zugeordnet, welche
mit der Wand 78 einen Außenkanal 80 begrenzt.
Eine Zuführleitung 62 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 Ab
flußkammer 70 mit dem Kanal 80.
Im Betrieb werden die Dampfblasen, die sich insbesondere
bei Berühgung 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 Be
hälter 61 rotierenden Flüssigkeitsmasse mitgeführt.
Aufgrund des Gravitationsfeldes, das innerhalb der Flüssig
keitsmasse herrscht, werden die Dampfblasen zum Zentrum
des Behälters 61 hingeführt, wo sie in den Kanal 80 eintre
ten. Da sich die Flüssigkeit in einer kontinuierlichen
Zirkulation innerhalb des Behälters befindet, ist sicher
gestellt, daß sich entlang der Wandinnenseiten, insbeson
dere 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 dargestellte Kühlkasten 83 ist im Gegen
satz zu den oben beschriebenen Ausführungsformen mit einer
zentralen Zuführung und einer tangentialen Abführung der
Kühlflüssigkeit versehen. Eine Zuflußleitung 84 mündet
im Zentrum eines kreiszylindrischen Behälters 85, wobei
die Flüssigkeit senkrecht zur Kreisfläche 86 des Be
hälters einströmt. Ablenkeinrichtungen 87, die beispiels
weise wie die Ablenkeinrichtungen 68 der Fig. 1 bis 3
ausgebildet sind, erteilen der Flüssigkeit eine tangen
tielle Bewegungskomponente derart, daß sie in Drehung ver
setzt wird und innerhalb des Behälters eine spiralförmige
Bahn von innen nach außen beschreibt, wie dies durch den
Pfeil 88 angedeutet ist. Ein Abflußleitung 89 erstreckt
sich tangential und fängt die Erwärmung der Flüssigkeit
auf.
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfin
dungsgemäßen 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 Kühl
kastens 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 Be
hälter 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 rohrför
mige Leitung 91 ist über eine Zuflußleitung 92 und eine
Abflußleitung 93 an ein äußeres Wassernetz angeschlossen.
Man erkennt, daß die Flüssigkeitsströme in dem Behälter 61
einerseits und in der Leitung 91 andererseits in ent
gegengesetzter Richtung zirkulieren, wie dies durch die
Pfeile 94 bzw. 95 angedeutet ist.
Daraus folgt, daß nahe der Abflußleitung 93, wo die Flüssig
keit nach dem Durchströmen der Leitung 91 bereits erwärmt
und daher weniger wirksam ist, eine günstige Kühlung
durch die kalte Flüssigkeit erfolgt, die über die Lei
tung 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 96
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 Kühl
kasten 100, der dazu bestimmt ist, zwischen die Panzerung
101 eines Hochofens und die nicht dargestellte Mauer aus
feuerfestem Material eingeführt zu werden, wie dies be
reits weiter oben beschrieben wurde. Die Kühlplatte 100 be
sitzt einen kreiszylindrischen Behälter 102, eine Zufluß
leitung 103 für die Kühlflüssigkeit und eine Abflußlei
tung 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 Pan
zerung oder zum Druckmantel 101 hinweist. Im übrigen sind
die beiden Leitungen 103 und 104 koaxial zueinander ange
ordnet, wobei die Leitung 104 innerhalb der Leitung 103
verläuft, von der sie umgeben ist.
Um ein Beispiel zu geben, kann die Kühlplatte folgender
maßen ausgebildet sein.
Die Zuflußleitung 103 steht mit einem Kanal 106 in Ver
bindung, der an der Außenseite der genannten Behälterwand
105 angeordnet ist und in den Behälter 102 an der Peri
pherie 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 Öff
nungen 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 ver
schweißt.
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 un
ter der Einwirkung der Hitze erleidet, kann sie sich frei
ausdehnen, ohne daß sie zerstörerischen Spannungen ausge
setzt ist, wie des die Fall bei den bisher bekannten Kühl
platten ist, die eine Mehrzahl von Befestigungszonen auf
weisen.
Es versteht sich, daß die beschriebenen Anordnungen, bei
denen die Zuflußmittel und Abflußmittel für die Kühlflüssig
keit mit den Befestigungsmitteln kombiniert sind, nicht
von der speziellen Konfiguration des in den Fig. 6 und 7
dargestellten Behälters abhängen, der nur als Ausführungs
beispiel 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 100
der vorstehend beschriebenen Art in gegeneinander versetzten
Reihen angeordnet sind, wobei Kühlkästen 100 a in den freien
Sektoren zwischen den Kühlplatten angeordnet sind. Man
kann auf diese Weise die Tiefenkühlung des feuerfesten Ma
terials durch die Kästen mit der Oberflächenkühlung durch
die Platten kombinieren, die zum Schutze der Panzerung be
stimmt 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 Ring
kammer 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.
Die Kühlplatte 100 ist in ihrer Gesamtheit so ausge
bildet, 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 Kühl
platten und Kühlkästen herzustellen, die zusammen in der
selben Zone des Hochofens eine Kühlung der Mauer aus feuer
festem 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 Kühlan
ordnungen (Kühlplatte 114 und Kühlkasten 121), die in gegen
einander versetzten Reihen angeordnet sind, wobei Kühlkästen
122 der länglich zylindrischen Art für sich in den freige
bliebenen Sektoren zwischen den Kühlplatten 114 angeordnet
sind (Anordnung der Kühlkästen 122 an den Ecken eines den
Platten 114 umbeschriebenen Sechsecks).
Auf diese Weise ist es möglich, wirksame thermische Schutz
schilde herzustellen, deren Wirkung sich ebenso in die
Tiefe des feuerfesten Materials wie auf die Oberfläche er
streckt und die durch die Anordnung der Kühlkästen eine
gute Verankerung des feuerfesten Materials gewährleisten.
Claims (12)
1. Kühleinrichtung für eine Hochofen
wand, umfassend einen bezüglich einer Drehachse
als Umwälzbehälter ausgebildeten geschlosse
nen Behälter von 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 Ab
flußeinrichtung zur tangentialen Abführung der Kühl
flüssigkeit aus dem Behälter, wobei die Zuflußeinrichtung
und die Abflußeinrichtung einen radialen Abstand von
einander aufweisen und wobei der Behälter sowie die Zu
flußeinrichtung und die Abflußeinrichtung derart ausge
bildet sind, daß ein beliebiger Punkt innerhalb des Be
hälters bei einer Drehbewegung um die Drehachse auf kein
Hindernis stößt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufluß
einrichtung (62; 103; 106) 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 Abfüh
rung der Kühlflüssigkeit im Zentrum des Behälters (61,
102) angeordnet ist, wobei die Abflußleitung minde
stens eine im Zentrum des Behälters (61; 102) ange
ordnete Leitvorrichtung (68; 112) sowie eine Leitung
(63; 80; 104) umfaßt, die in eine der Leitvorrichtung
(68; 112) gegenüberliegende Fläche mündet.
2. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Abflußleitung (63; 80) sich radial
vom Zentrum des Behälters (61) zum Umfang desselben
erstreckt.
3. Kühleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die radiale Abflußleitung (63) innerhalb
des Behälters (61) angeordnet ist, daß sie
gleiche Abstände von den beiden Seitenflächen
(64) des Behälters (61) aufweist und daß zwei Leitvor
richtungen vorgesehen sind, die beiderseits der Abfluß
leitung (63) liegen.
4. Kühleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich
net, daß die radiale Abflußleitung (63) ein Außenprofil
aufweist, das der innerhalb des Behälters (61) zirkulie
renden Flüssigkeit einen minimalen Widerstand entgegen
setzt.
5. Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Abflußleitung (63) in
eine Übergangskammer (70) einmündet, die außerhalb
des Behälters (61) angeordnet ist und eine Ausgangsöff
nung für die Kühlflüssigkeit aufweist.
6. Kühleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die radiale Abflußleitung (80) in dem obe
ren Abschnitt des Behälters (61), vorzugsweise außerhalb
desselben angeordnet ist.
7. Kühleinrichtung 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 gegen
überliegt.
8. Kühleinrichtung für eine Hochofen
wand, umfassend einen bezüglich einer Drehachse
als Umwälzbehälter ausgebildeten geschlosse
nen Behälter von 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 Ab
flußeinrichtung zur tangentialen Abführung der Kühl
flüssigkeit aus dem Behälter, wobei die Zuflußeinrichtung
und die Abflußeinrichtung einen radial Abstand von
einander aufweisen und wobei der Behälter sowie die Zu
flußeinrichtung und die Abflußeinrichtung derart ausge
bildet sind, daß ein beliebiger Punkt innerhalb des Be
hälters bei einer Drehbewegung um die Drehachse auf kein
Hindernis stößt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu
flußeinrichtung (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 Zu
flußeinrichtung mindestens eine im Zen
trum mindestens einer Fläche des Behälters (85) mündende
Zuflußleitung (84) und mindestens eine Leiteinrichtung
(87) umfaßt, die gegenüber der Mündungsöffnung der Zu
flußleitung (84) angeordnet ist, um der in den Behälter
(85) einströmenden Kühlflüssigkeit eine tangentiale Kraft
komponente zu erteilen.
9. Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Zuführung und zur Ab
führung der Kühlflüssigkeit mit einer Anschlußeinrichtung
versehen ist, die Seite an Seite mit dem Behälter ange
ordnet und mit diesem über Leitungen verbunden ist, die
sich zwischen den beiden Ebenen erstrecken, welche die
beiden parallelen Wände des Behälters
enthalten, so daß die Kühleinrichtung senkrecht
zur Hochofenwand nach Art eines Kühlkastens montierbar
ist.
10. Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß sie einen zweiten Behälter
(91) aufweist, der mindestens den vorderen Abschnitt des
ersten Behälters (61) überdeckt, und daß keine Flüssig
keitsverbindung zwischen dem ersten Behälter (61) und dem
zweiten Behälter (91) 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 senkrecht zu ihr erstrec
ken, daß die beiden Leitungen (103, 104) zumindest in dem
Bereich nahe der genannten Wand koaxial zueinander ange
ordnet sind und daß Befestigungsmittel für die Befesti
gung der Anordnung an der Panzerung des Hochofens vorge
sehen sind, die einerseits die äußere (103) der beiden
Leitungen und andererseits eine in der Panzerung ausge
bildete Durchbrechung (113) umfassen, die zur Aufnahme
der äußeren Leitung (103) geeignet ist und wobei Verbin
dungsmittel 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
den Hohlraum umgibt und daß die Zuflußleitung sowie die
Abflußleitung den Behälter zumindest teilweise umgeben,
wobei die Querabmessungen des Hohlraumes ausreichend be
messen sind, um in den Hohlraum eine längliche zylindri
sche Kühlvorrichtung (121) einführen zu können.
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