DE3505968C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Blasform für Schachtöfen, insbesonde­ re Hochöfen oder Heizwindkupolöfen, mit einem auf einem Basisteil angeordneten doppelwandigen, von einem Kühlmittel durchflossenen Hohlkörper, die eine zylindrische oder konische Durchtrittsöff­ nung für den dem Ofenraum zuzuführenden Heißwind aufweist, wobei das Kühlmittel über mindestens ein vom Basisteil ausgehenden Zulaufrohr in eine die Stirnfläche der Blasform unterfangende, durch eine ringförmige, mindestens eine Durchtrittsöffnung aufweisende, den Innen- mit dem Außenmantel verbindende Zwischen­ wand abgetrennte Vorderkammer einbringbar und über die anschlie­ ßende Hauptkammer abführbar ist.

Derartige, aus aus Kupfer bzw. einer Kupferlegierung gegossenen Teilen erstellte, wassergekühlte Blasformen werden verbreitet zum Zuführen des Heißwindes eingesetzt, um lange Standzeiten und damit einen wirkungsvollen Betrieb des Schachtofens zu sichern. Hierbei wird nicht nur der Innenmantel durch die hohe Temperatur des mit hoher Geschwindigkeit durch die Durchtrittsöffnung geführten Heißwindes beansprucht, insbesondere die Stirnfläche und, mit fortschreitendem Verschleiße der Wandungen des Schacht­ ofens und damit Freistellen des Grundbereiches der Blasform, deren gesamter Frontbereich werden nicht nur durch die volle, im Schachtofen herrschende Temperatur beansprucht, hinzu treten mechanische Beanspruchungen durch den Ofeninhalt, Möllerungen und aufspritzende Schlacke. Um unter diesen Beanspruchungen eine ausreichende Standzeit zu erreichen ist es erforderlich, die Blasform energisch vermittels eines durch sie hindurchgeführten Kühlmittels, meistens Kühlwasser, auf erträglichen Temperaturen zu halten.

In den meisten Fällen genügt es nicht, entsprechend der FR-PS 8 99 066 bzw. 14 38 459 durch in der Basis vorgesehene Öffnungen Kühlwasser in die zwischen dem Innen- und dem Außenmantel gebildete Kammer eintreten und durch andere Öff­ nungen wieder austreten zu lassen. Damit wird zwar im im Be­ triebe durch das Mauerwerk des Schachtofens geschützten ba­ sisnahen Bereich eine starke Kühlmittelströmung erreicht, auf den thermisch hochbeanspruchten Frontbereich jedoch wirkt sich eine derartige Kühlung nur ungenügend aus. Man hat daher versucht, durch einen zwischen dem Innen- und dem Außenmantel bis kurz vor die Stirnfläche gezogenen Leitschirm den Hohlraum zu unterteilen und das Kühlwasser zu zwingen, bis in den Frontbereich zu strömen. Durch entsprechende Ein­ engung lassen sich im Frontbereich gesteuert auch hohe Strö­ mungsgeschwindigkeiten erreichen, als ungünstig aber hat es sich erwiesen, daß das den Frontbereich erreichende Kühlmit­ tel bereits entlang der Innen- oder auch der Außenflanke Wärme aufgenommen hat und den hochbelasteten Bereich bereits vorgewärmt erreicht. Des weiteren hat es sich gezeigt, daß zur entsprechenden Teilung des zugeführten sowie zur Zusam­ menführung des abströmenden Kühlmittels die Basis der Blas­ form mit zwei Ringräumen auszustatten ist, so daß die Basis sich praktisch nicht einstückig gießen läßt und damit nicht nur das Gießen erschwert ist, die Teil-Gußstücke müssen, um dichtend aneinandergefügt werden zu können, auch eine zusätz­ liche kostensteigernde zerspanende Bearbeitung erfahren. Bei der Verwendung von die Ringräume definierenden Sandkernen dagegen neigen diese zu Rissen, in die Gießmetall eindringt und den Strömungswiderstand unzulässig erhöhende Blattrippen bildet, obwohl der Strömungswiderstand auch ohne diese schon unvorteil­ haft hoch ist.

Es sind auch Versuche unternommen worden, eine gleichartige Wirkung ohne Benutzung eines kostenträchtigen Leitschirmes zu erreichen. So hat man bspw. eine Anzahl von Zulaufrohren bis in den Bereich der Stirnfläche geführt, und man hat Zu­ laufrohre mit tangential gerichteten Düsenöffnungen einge­ setzt (DE-AS 12 61 526), um das zugeführte Kühlwasser mit einer ein schraubenlinienförmiges Kreisen sichernden Ge­ schwindigkeit im Frontbereich aufgeben zu können. Auch hier ergibt sich eine komplizierte und damit aufwendige Ausführung der Basis, die mit Ringräumen sowohl für das zugeführte als das zurückzuführende Kühlmittel auszustatten ist, ohne daß die gewünschte Wirkung der wesentlichen Auswirkung der Kühlung auf den Frontbereich gesichert ist, wobei auch hier durch sich teilende und zusammenfließende Kühlmittelströme hohe Strömungs­ widerstände auftreten. Ähnlich verhält es sich nach der DE-PS 9 49 744 mit einer zusammengesetzten Düse, bei der auf eine metallene Basis über eine keramische Distanzbuchse ein in sich geschlosse­ ner metallischer Frontbereich aufgespannt ist, der durch eine radiale Trennwand verschlossen ist, und in den beidseitig der Trennwand ein Zulauf- sowie ein Ablaufrohr münden. Zwar ist hier die Basis einfach aufgebaut, und die Distanzbuchse ist wärmeresi­ stent. In der Praxis jedoch erweist sie sich als mechanisch anfällig, und die Kühlung des aus Metall gebildeten frontalen Ringraumes erweist sich als kritisch, da zwar ein Ende dieses Ringraumes mit frischem Kühlwasser beaufschlagt wird, daß am Ende dieses Raumes austretende Kühlwasser jedoch bereits wesentlich aufgeheizt ist.

Nach der die Gattung bestimmenden US-PS 28 91 783 ist durch eine die Stirnfläche der Blasform unterfangene Zwischenwand unterhalb dieser Stirnfläche eine ringförmige Vorderkammer gebildet, der über ein in eine Düse endendes Zuführrohr Kühlwasser mit hoher Geschwindigkeit und tangentialer Eingabe derart eingespritzt wird, daß das Kühlmittel diese Vorderkammer mit hoher Geschwin­ digkeit mehrfach umläuft, ehe es über eine der Düse direkt vorgeordnete Durchtrittsöffnung in die Hauptkammer überzutreten vermag. Hierdurch wird zwar eine intensive Kühlung der Stirn­ fläche der Blasform erreicht, deren Hauptkammer jedoch wird nur unzureichend gekühlt, so daß mit fortschreitendem Verschleiß der Wandungen des Schachtofens die thermische Belastung der Blasform zunimmt und deren Standzeit unliebsam kürzt.

Die Erfindung geht daher von der Aufgabe aus, eine Blasform der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die bei relativ einfachem Aufbau und damit geringen Herstellungskosten durch eine effektive und im thermisch hochbeanspruchten Frontalbereich extrem wirksame Kühlung eine unverhältnismäßig lange Standzeit und damit geringe Betriebskosten sowie ein günstiges Betriebsverhalten des mit ihr ausgestatteten Schachtofens sichert.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 gekennzeichne­ ten Merkmale. Die durch die Zwischenwand abgetrennte Vorderkammer wird hierbei von frisch zugeführtem Kühlmittel mit relativ hoher Strömungsgeschwindigkeit durchflossen, wobei die Zwischenwand durch direkte Verbindungen gleichzeitig als den Frontalbereich zusätzlich kühlende Kühlrippe wirkt. Trotz des nur einen Zulaufrohres ergibt sich durch die Verteilung der Durch­ trittsöffnungen eine gute Verteilung des hindurchgetretenen Kühlmittels auf die einzelnen Abschnitte der Hauptkammer, so daß auch diese noch in Umfangsrichtung im wesentlichen konstant bleibend relativ intensiv gekühlt wird, so daß sowohl der vom Heißwind beaufschlagte Innenmantel als auch der nach längerer Betriebszeit partiell freigelegte Außenmantel noch intensiv und die Standzeit verlängernd gekühlt werden. Hierbei läßt sich durch die Verteilung und Ausbildung der Durchtrittsöffnungen sowohl der Zwischenwand als auch der Basis der Kühlmittelstrom in der thermisch wesentlich geringer beanspruchten Hauptkammer so einstellen, daß auch das bereits seine erste Kühlwirkung in der Vorderkammer ausgeübt und sich damit erwärmt habende Kühlmittel die verbleibenden Bereiche des Innen- sowie des Außenmantels ausreichend und insbesondere genügend gleichförmig bestreicht und kühlt.

Eine einfache Sammlung der den Hauptkörper verlassenden Kühl­ mittelströme läßt sich durch die Lehre des Anspruches 2 errei­ chen, während die Maßnahmen der folgenden Ansprüche der Erzielung einer gleichmäßigen Kühlwirkung dienen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen höher erläutert. Es zeigen hierbei:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Blasform,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II der Fig. 1 und

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III dar Fig. 1.

In den Fig. ist eine Basis 1 einer Blasform dargestellt, die mit einem eine Durchtrittsöffnung für den dem Ofenraum zu­ zuführenden Heißwind umgrenzenden Hohlkörper 2 verbunden ist, der aus einem Innenmantel 3 und einem Außenmantel 4 besteht, die durch eine verstärkt ausgeführte Stirnfläche 5 miteinander verbunden sind. Dieser Hohlkörper 2 kann ein­ stückig hergestellt sein, er kann aber auch aus mehreren Teilen erstellt sein, die durch Schweißen, Hartlöten oder dergleichen miteinander verbunden sind. In den Hohlkörper 2 ist eine ringförmige Zwischenwand 6 eingebracht, die von der durch den wesentlichen Hohlraum des Hohlkörpers 2 gebil­ deten Hauptkammer 12 eine Vorderkammer 11 abtrennt.

Die Basis 1 sowie die Zwischenwand 6 werden von einem in die Vorderkammer 11 mündenden Zuführrohr 7 für das Kühlmittel durchstoßen. Die Zwischenwand 6 weist eine Reihe von Durch­ trittsöffnungen 8 auf, sowie die Basis mit einer Reihe von Durchtrittsöffnungen 9 ausgestattet ist, die sich bis in eine in der Basis vorgesehene Ringkammer 10 erstreckt, die ihrerseits mit einem Kühlmittelablauf 13 versehen ist.

Damit kann im Betriebe das Zulaufrohr 7 der Blasform mit in Richtung des Pfeiles eintretendem Kühlmittel versorgt werden, das direkt der Vorderkammer 11 zugeführt wird und in dieser, sie intensiv kühlend, in zwei halbkreisförmigen Strömen umläuft. Von dem umlaufenden Kühlmittel wird bereits ein Teil durch die zunächst passierten Durchtrittsöffnungen 8 austreten, der wesentliche Teil wird zunächst noch weiter­ laufen, bis durch weitere Durchtrittsöffnungen der Kühlmittel­ fluß in mehreren Zweigen in die Hauptkammer 12 übergetreten ist, diese durchzieht und dann durch die Durchtrittsöffnungen 9 in den Ringkanal 10 überführt wird, welche die Kühlmittel­ flüsse sammelt und gemeinsam über den Kühlmittelablauf 13 in Pfeilrichtung abgibt.

Die gewünschte Intensität und Verteilung des Kühlmittels läßt sich durch die Anordnung und Ausbildung der Durchtritts­ öffnungen 8 und 9 steuern. Im Ausführungsbeispiel sind, um den Außenmantel etwas stärker zu kühlen als den Innenmantel, sowohl das Zulaufrohr als auch die Durchtrittsöffnungen 8 und 9 gegenüber der zwischen dem Innen- und dem Außenmantel liegenden Mittelebene nach außen versetzt, wobei im Ausfüh­ rungsbeispiel der die Basis durchbrechende Bereich des Zu­ laufrohres noch innerhalb der Mittelebene verläuft. Damit wird die Strömung im Bereiche des Außenmantels intensiviert. Durch Größe und Teilung der Durchtrittsöffnungen 8 bzw. 9 wird ebenso eine Vergleichmäßigung des Strömungsfeldes und damit der Kühlwirkung angestrebt. Dies kann durch mit wach­ sender angularer Entfernung vom Zulaufrohr sinkenden Tei­ lungsabständen und/oder mit diesem Abstande wachsenden Durchmessern bewirkt werden. Abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel hat es sich auch bewährt, gegenüber der Mündung des Zulaufrohres 7 die Zwischenwand 6 mit einer wei­ teren Durchtrittsöffnung 8 auszustatten. Die Zahl der Durch­ trittsöffnungen kann beliebig gewählt werden, und schließ­ lich ist es auch möglich, eine Anzahl von Durchtrittsöff­ nungen durch einen in diesem Falle sehr schmal beginnenden und langsam breiter werdenden Schlitz zu ersetzen, der sich praktisch entlang einer zentrischen Kreislinie der Zwischen­ wand 6 erstreckt. Die Kühlwirkung innerhalb der Hauptkammer 12 wird vergleichmäßigt, indem die Durchtrittsöffnungen 8 der Zwischenwand 6 gegenüber denen 9 der Basis 1 versetzt angeordnet sind; so können bspw. die Durchtrittsöffnungen 9 etwa mittig der jeweiligen Teilungsstrecken der Durchtritts­ öffnungen 8 stehen. Bei dieser Versetzung läßt sich auch die durch das Zulaufrohr 7 bewirkte Störung berücksichtigen, in­ dem entweder in geringem Abstand vom Zulaufrohr die Basis beidseitig des Zulaufrohres Durchtrittsöffnungen geringe­ ren Durchmessers aufweist oder aber die Durchtrittsöffnung 9 im Bereiche des Zulaufrohres 7 nur einmal vorgesehen ist und durch entsprechende asymmetrische Versetzung der Durchtritts­ öffnungen 8 dieses, wie im Ausführungsbeispiel dargestellt, berücksichtigt ist.

In allen diesen Fällen ergibt sich ein relativ einfacher Aufbau der Basis, die nur eine Ringkammer zum Sammeln des Kühlmittels enthält und damit relativ einfach und preis­ günstig herstellbar ist. Gleichzeitig wird die erstrebte intensive Kühlung des durch die Vorderkammer angezeigten Frontalbereiches erreicht, indem das frisch eingeführte Kühlmittel zunächst hier mit einen guten Wärmeübergang si­ chernden hohen Strömungsgeschwindigkeiten eingesetzt wird und die die Vorderkammer abgrenzende Zwischenwand als zusätz­ liche Kühlrippe nutzbar ist.

Insbesondere vorteilhaft erweist sich der Gegenstand der Er­ findung in strömungstechnischer Hinsicht. Eingangsseitig sind keine Verzweigungen vorgesehen, so daß den Strömungswiderstand unliebsam erhöhende Wirbel durch die Verwendung eines glatten Zulaufrohres 7 vermieden sind. Da die Basis 1 nur eine Ring­ kammer 10 aufweist, kann diese mit so großem Querschnitt ausge­ führt sein, daß selbst dann noch ein erstrebenswert niedriger Strömungswiderstand erreicht wird, wenn Risse des Sandkernes beim Gießen diesen Querschnitt einschnürende Blattrippen ge­ bildet haben. Der größere Strömungsquerschnitt erlaubt hohe Strömungsgeschwindigkeiten, die wiederum einen günstigen Wär­ meübergang sichern. Die primäre Kühlung der Stirnfläche senkt die thermische Belastung dieses höchstbeanspruchten Bereiches drastisch ab, und durch die Rückführung über gegeneinander versetzte Ein- und Austrittsöffnung wird auch die Hauptkammer ausreichend und gleichmäßig gekühlt. Um die im allgemeinen mindestens im äußeren Bereiche des Mantels auftretende höhere Belastung des Außenmantels abzusenken, können die Eintritts- und/oder die Austrittsöffnungen gegen die Mittelfläche der Hauptkammer nach außen versetzt angeordnet sein, so daß auch hier eine Anpassung an die thermische Beanspruchung gegeben ist.

Claims (8)

1. Blasform für Schachtöfen, insbesondere Hochöfen oder Heiß­ windkupolöfen, mit einem auf einem Basisteil angeordneten doppelwandigen, von einem Kühlmittel durchflossenen Hohlkör­ per, die eine zylindrische oder konische Durchtrittsöffnung für den, dem Ofenraum zuzuführend Heißwind aufweist, wobei das Kühlmittel über mindestens ein vom Basisteil ausgehendes Zulaufrohr in eine die Stirnfläche der Blasform unterfangen­ de, durch eine ringförmige, mindestens eine Durchtrittsöff­ nung aufweisende, den Innen- mit dem Außenmantel verbindende Zwischenwand abgetrennte Vorderkammer einbringbar und über die anschließende Hauptkammer abführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwand (6) eine Anzahl von Durchtrittsöff­ nungen (8) aufweist, die entlang eines Teilkreises dieser Zwischenwand verteilt angeordnet sind, und daß die Basis (1) eine gleiche Anzahl von Durchtrittsöffnungen (9) in ent­ sprechender Teilung enthält.

2. Blasform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnungen (9) der Basis (1) von deren dem Hohlkörper (2) zugewandten Seite aus sich bis zu einer in der Basis vorgesehenen Ringkammer (10) erstrecken, die mit einem Kühlmittelablauf (13) versehen ist.

3. Blasform nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnungen (9) der Basis (1) gegenüber den Durchtrittsöffnungen (8) der Zwischenwand (6) im wesentli­ chen um einen halben Teilungsabstand versetzt angeordnet sind.

4. Blasform nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Durchmesser der Durchtrittsöffnungen (8) der Zwischenwand (6) mit zunehmendem Winkelabstand von der Mündung des Zulaufrohres (7) ansteigen und/oder deren Winkelabstände abnehmen.

5. Blasform nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis (1) beidseitig neben dem Zulaufrohr (7) Durchtrittsöffnungen (9) aufweist.

6. Blasform nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis (1) einseitig neben dem Zulaufrohr (7) eine Durchtrittsöffnung (9) aufweist, und daß auf der gleichen Seite der Abstand zwischen dem Zulaufrohr (7) und der nächsten der Durchtrittsöffnungen (8) größer ist als der zur gegenüberliegenden benachbarten Durch­ trittsöffnung (8).

7. Blasform nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius der Teilkreise der Durchtrittsöffnungen (8 bzw. 9) den Abstand der Achsen des Hohlkörpers (2) und des Zulaufrohres (7) überschreitet.

8. Blasform nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Achse des Hohlkörpers (2) und des Zulaufrohres (7) ein Viertel der Summe der Durchmesser des Innenmantels (3) und des Außenmantels (4) über­ schreitet.