DE7139897U - Kühlkasten für metallurgische Öfen - Google Patents

Description

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19. Oktober 1971 g.ni.bl 71 485

Siegerländer Kupferwerke GmbH, 593 Hüttental-Weidenau, Einheitsstraße 19-22

Kühlkasten für metallurgische Öfen

Die Neuerung betrifft einen Kühlkasten für metallurgische öfen. Insbesondere bei thermisch hoch belastetem Mauerwerk metallurgischer Öfen, insbesondere Hoch- und Schachtofen, werden Kühlkasten eingesetzt, »eiche dem Mauerwerk Wärme entziehen und sie über das Innere des Kühlkastens durchströmende Kühlungsmedien, insbesondere Wasser, abführen. Da diese Kühlkasten im Mauerwerk eingebettet sind, ist für den störungsfreien Betrieb der sie aufweisenden Öfen von großer Bedeutung, sicher arbeitende und insbesondere absolut dichte Kühlkasten großer Lebensdauer einzusetzen.

Aus Eisen, Stahl oder NE-Metallen geschweißte oder gegossene Kühlkasten genügen den zu stellenden hohen Anforderungen nicht, auch wenn sie nach der DT-PS 623 374 mit einem besonderen, zur Sicherung der Abdichtung vorgesehenen Innenmantel aus Kupfer ausgestattet sind. Die hohe thermische Beanspruchung sowie die ebenfalls außerordentlich große mechanische, die durch Spannungsänderungen infolge Tem- ! ρeratürSchwankungen gegeben ist, führen schnell zum Schad- ! haftwerden zunächst des Außenmantels und dann der kupfernen Innenauskleidung.

Nach der DT-PS 919 292 haben sich aus Kupfer gegossene Außenmäntel nicht bewährt. Zwar erweist sich Kupfer als korrosionsbeständiger als Eisen oder Stahl, und auch an der Wärme exponierten Bereichen wird durch die gute Wärmeleitfähigkeit des Kupfers in Verbindung mit dem Kühlmittel eine verhältnismäßig niedrige Temperatur der Kühlkasten-

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y/andungen gesichert; die beim Guß auftretendenSchwierigkeiten, ein exaktes, dichtes, Poren und Lunker sicher vermeidendes Werkstück zu erhalten, sind aber außerordentlich hoch, so daß besondere Nachbehandlungen und Abdichtungsprozesse erforderlich werden. Es hat sich in der Praxis herausgestellt, daß auch derart gegossene Kühlkästen mit ihrem grobkristallinem Gefüge den Beanspruchungen des Betriebes nicht ausreichend gewachsen sind und insbesondere im Bereiche nachgebesserter Zonen, Lunker oder dergieicnen im Gebraucne häufig reißen, unbrauchbar werden und den periodischen Betrieb mit ihnen ausgestatteter öfen erheblicn beeinträchtigen. Zur Abhilfe wird in aer erwähnten LT-PS 919 292 vorgeschlagen, derartige Kühlkästen aus Kupfer-Halzblechen zu fertigen, die miteinander, mit dem Deckel und mit den Kühlrippen verschweiist sind. Positiv macht sicn bei der Verwendung von Kupfer-nalzblechen deren oessere Struktur, deren höherer Wärmeleitwert und deren größere Festigkeit, insbesondere aber deren Gleichförmigkeit und Freiheit von Strukturfehlern bemerkbar. Lie zur Erstellung erforderliehen umfangreichen SchweiBarbeiten aber stellen nickt nur einen außerordentlich hohen zusätzlichen Arbeitsaufwand dar, dessen Produkt, die Schweißnähte, besonders und sorgfältig zu überprüfen sind; im Bereiche der Schweißnähte ergeben sich Änderungen der Wandstärke. Strukturänderungen und dergleichen, die unter der hohen thermischen sowie mechanischen Belastung zu Sprüngen is Spanmisgspotential "μ lokal begrenzten Verformungen führen, so daß stets die Gefahr des TJndichtwerdens eingesetzter Kühlkästen besteht. Allein durch den Bhythmus der Beschickung bzw. Begichtung werden periodische Temperaturschwankungen im Mauerwerk induziert, welche die erwähnten hohen Beanspruchungen bewirken. Besonders hoch beansprucht werden die vorderen, dem Öieninneren zugewandten Zonen des Außenmantels, und gerade hier verlaufen bei den üblichen Ausbildungen aus Kupfer-Halzblechen die Betriebssicherheit des Kühlkastens beeinträchtigende Schweißnähte. Diese durch Schweißnähte bedingte Herabsetzung der Standzeit

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der Kühlkasten tritt bei allen geschweißten Ausführungen auf, gleichgültig ob die Seitenv/andungen aus vier Tafeln oder zwei Schalen hergestellt und durch ein Frontstück abgeschlossen werden, zwei Seitenv/ancLungen und die Front aus einem gemeinschaftlichen Stück hergestellt und durch Flankenbleche geschlossen werden, der Außenmantel aus zwei Halbschalen besteht oder aus einem Stück gefertigt wird, das an den Flanken und an der Front- entsprechend gebogen und in der Flankenmitte verschweißt wird. In jedem Falle reichen Schweißnähte in die am höchsten beanspruchte vordere Hälfte des Außenmantels hinein und beeinträchtigen die Standzeit.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, die Standzeit von Kühlkasten der beschriebenen Gattung derart zu erhöhen, daß die Beeinträchtigung des Arbeitsrhythmus¹ metallurgischer Öfen oder gar ein Ausfall derselben aureh Schadhaftwerden von Kühlkasten grundsätzlich unterbunden weraen kann. Die gewünschte Steigerung der Betriebssicherheit sowie eine Vereinfachung und damit Verbilligung der Herstellung werden erreicht, indem der Außenmantel einstückig und nahtlos als Tiefziehkörper ausgebildet ist·

Zur Intensivierung des Kühlmittelkreislaufes und zu seiner Abdrängung zu den Innenflächen des Außenmantels hin ist im Inneren des Außenmantels ein Verdrängungskörper vorgesehen, der zweckmäßig ebenfalls einstückig und nahtlos als Tiefziehkörper ausgebildet ist. In den zwischen Außenmantel und Verdrängungekörper gebildeten Kühlspalt eingreifende Leitrippen für den Kühlmittelfluß können vorzugsweise mittels kurzer Schweißnähte oder -punkte auf eiern Verdrängungskörper befestigt oder aber, bspw. durch Stege miteinander verbunden, in den Kühlspalt eingebracht oder in ihn eingepreßt sein.

Der geringeren Beanspruchungen wegen kann der Verdrängungskörper auch als Gußkörper ausgebildet sein und, zweckmäßig einstückig aitgegossen, in den zwischen Verdrängungskörper

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und Außeimantel gebildeten Kühlspalt eingreifende leitrippen aufweisen·

Als wesentlich hat es sich für die Tiefziehkörper gezeigt, daß sie sich über mindestens die vorderen zwei Drittel der Tiefe des Kühlkastens erstrecken. Im hinteren Drittel ihrer Tiefe kann im Beaarfsfalle der Tiefziehkörper ohne wesentliche Beeinträchtigung seiner Standzeit durch angeschweißte Kupfer-Walzbleche ergänzt bzw. durch einen entsprechenden Mantel verstärkt sein*

Im einzelnen sind die Merkmale der Erfindung anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit dieses darstellenden Zeichnungen erläutert* Es zeigen hierr* bei:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Kühlkasten und Fig. 2 einen Querschnitt durch den Kühlkasten aer Fig· 1.

In den Figuren ist ein Kühlkasten dargestellt, dessen Auisenmantel 1 aus Kupfer-Walzblech tiefgezogen ist uno. damit nahtlos einstückig hergestellt ist. Der Aiaßenmantei ist durch Einsetzen in eine Hut und Verschweißen dicht ait aer Grundplatte 2 verbunden. Ebenso isit der Grundplatte verbunden ist ein innerhalb des AuBenmantels 1 vorgesehener Verdrängungskörper 3» dessen Abmessungen so ausgeführt sind, das zwischen des Außeximantel und dem Verdrängungskörper ein Kühlspalt für den Durchfluß des Kühlmittels gebildet wird. Der Yerdrängungskörper 3 ist einstückig als GuBkörper erstellt. Auf diese Weise lassen sich die zwischen Boden uno. Seitenwänden anstehenden Abrundungen sit geringem Hadius ausführen, und die hochwertige Ausführung des Außenmantels ist Mer nicht er·— forderlich: Der Verdrängungskörper sird weder thermisch be— assprueiit, denn ex ist ja nur vom Kühlwasser umschlossen, ohne ffärme übernehmen zu isissen, noch steht er is Einsatz in direkter Verbindung suit des Mauerwerk, so daia auea siecha-

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nische Kräfte und Spannungen ihm ferngehalten werden.

Der Verdrängungskörper ist mit zweckmäßig angegossenen Sippen 4 bis 6 ausgestattet, deren Höhe der Stärke des Kühlspaltes entspricht, so daß sie die Seitenflächen des Außenmantels 1 gegen JVruekbeanspruehungen abzukürzen vermögen. Gleichzeitig sind die Sippen 4 derart angeordnet, daß sie den Kühlmittelzufluß vom Kühlmittelabfluß weitgehend trennen, so daß das eintretende Kühlmittel zwangsläufig auch bis in den vorderen Teil des Kühlspaltes geführt wird. Die Sippen 5 und 6 erstrecken sich vom Bereiche der Eintrittsoffnung 7 bzw. der Austrittsöffnung 8 aus divergierend in Sichtung auf die innere Stirnfläche des Außeniaantels 1, so daß das zugeführte Kühlmittel tunlichst in allen Bereichen des in der Kähe der Stirnfläche gebildeten Kühlspaltes gleiche Strömungsgeschwindigkeiten aufweist und damit im thermisch hochbeanspruchten Bereiche gleiche Kühlungsverhältnisse und damit gleiche Temperaturen sowie thermiscne Beanspruchungen sichert und örtliche Überlastungen vermieden werden. An die Einlauföffnung 7 sowie die Auslauföffnung 8 innerhalb der Grundplatte 2 schließen sich, mit dieser verbunden, Trichter 9 bzw. 1o an, welchen Bohrbogen 11 bzw» 12 angesetzt sind, die in Verbindungsflanschen enden.

Im Bedarfsfalle besteht die Möglichkeit, die Ausführungen des Kühlkastens zu ändern. So kann bspw. die Verbindung zwi-r sehen dem Außenmantel bzw. dem Verdrängungskörper einerseits und aer Grundplatte andererseits durch Löten, Hartlöten oder dergi. bewirkt werden. Werden die hohen Kosten aer Ausgangsmaterial der Tiefziehkörper bildenden Kupfer-$alzbleche gescheut, so können auch, wenn eine Herabsetzung uer Standzeit in Kauf genommen wird, andere vValzbleche verarbeitet werden. Im Bedarfsfalle kann ferner im grundplattennahen Bereiche, d· h. im letzten Drittel der Höhe eines bzw. der Tiefziehkörper, ein Verstärkun^smantel aufgetragen sein, oder aber an den einstückig als Tiefzienkörper ausgebildeten Außenmantel sich eine angeschweißte Zone anschließen, falls dies für

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vertretbar erachtet wird· Auf jeden Fall aber sind zwei Drittel der Höhe des Außenmantels nahtfrei als Tiefsiehkörper auszuführen.

Änderungen sind auch beim Verdrängungskörper möglich. Es hat sich jedoch gezeigt, daß sich für aen Fall des Tiefziehens auch hier ebenso Schwierigkeiten bieten wie bei der Ausführung als Sehweißkonstruktion, die verhältnismäßig aufwendig würde. I5a infolge des Fehlens der hohen Beanspruchungen hier ein Gußkörper durchaus ausreichend ist und die gleichzeitige Erstellung von Eippen erlaubt, empfiehlt es sich, die angegebene Konstruktion zu benutzen.

Die Erfindung gestattet den Aufbau eines Kühlkastens, der gegenüber den bekannten Ausführungen sich durch einfachere Arbeitsgänge erstellen läßt und eine wesentlich höhere Standzeit erreicht, als sie mit den bekannten Kühlkasten erzielbar ist. Die einschlägig bekannten guten Eigenschaften des Kupfer-Walzbleches werden gemäß der Erfindung nicht durch Schweißnähte beeinträchtigt, sondern vielmehr durch weitere Verfestigung während des Tiefziehens verbessert.

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Claims (6)

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1. Kühlkasten für metallurgische Öfen, insbesondere Hoch- und Schachtöfen, mit einem aus Kupfer-Walzbleeh kastenartig ausgebildeten Außenmantel, der einseitig durch eine mit die Kühlwasserzu- und -abfuhr bewirkenden Bauelementen ausgestatteten Grundplatte abgeschlossen ist» mid mit einem innerhalb des Außenmantels Yorgesshenen, zwischen sich und diesem einen Kohl spalt bildenden, ebenfalls mit der Grundplatte verbundenen Verdrängungskörper, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel (1) einstückig und nahtlos als fiefziehkörper ausgebildet ist.

2. Kühlkasten nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörper (3) einstückig und nahtlos als Tiefziehkörper ausgebildet ist·

3. Kühlkasten nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß auf den Verdrängungskörper in den Kühlspalt eingreifende Leitrippen (4 bis 6) mittels vorzugsweise kurzer Schweißnähte und/oder -punkte aufgebracht sind.

4. Kühlkasten nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Außenmantel und dem Verdrängungskörper in den Kühlspalt eingreifende Leitrippen C4 bis 6) eingebracht bzw. eingepreßt sind.

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5. Kühlkasten naeh Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörper (3) als GuSkörper ausgebildet ist und in den Kühl spalt eingreifende Leitrippen (4 bis 6) aufweist»

6. Kühlkasten naeh den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiefziehkörper sich über mindestens die vorderen zwei Drittel der Tiefe des Kühlkastens erstreckt.

7« Kühlkasten nach den Ansprüchen 1 bis δ, dadurch gekennzeichnet» daß der Tiefziehkörper im hinteren Drittel seiner Tiefe durch einen Mantel verstärkt ist.