DE7837246U1 - Gekuehlter lichtbogenofenmantel - Google Patents

Description

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DORNER & HUFNAGEL PATENTANWÄLTE

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München, den k. Februar I98O /J Amtl.Aktenz.: G 78 37 21*6*0 Anwaltsaktenz.: 19k - Pat. 17

SIDEPAL S. A. Societe Industrielle de Participations Luxembourgeoise, lA, rue Aldringen, Luxembourg

Gekühlter Lichtbogenofenmantel

Die Neuerung betrifft einen gekühlten Lichtbogenofenmantel.

Elektrische Lichtbogenofen finden zur Herstellung von Sonderstählen allgemein Anwendung. Das Ofengefäß besteht im wesentlichen aus einem zylindrischen Mantel, einem nach unten gewölbten, als Wanne fungierenden Boden und einem nach oben gewölbten Dekkel. Im Mantel befindet sich eine Beschickungsöffnung und, meist auf der gegenüberliegenden Seite hiervon, eine Ausgußöffnung mit Tülle, während im Deckel die notwendigen Öffnungen für die Elektroden vorgesehen sind. Das Ofengefäß ist auf Rollkörpern gelagert und kann durch Kippen entleert werden. Zum Abfangen der hohen thermischen Belastung sind die Innenwandungen des Ofens mit einer mehr oder minder dicken feuerfesten Auskleidung belegt.

Es hat sich gezeigt, daß bei den in diesen Lichtbogenofen natur-j gemäß auftretenden sehr hohen Temperaturen der seitliche Ofen- ' mantel, bestehend aus einem Metallpanzer mit feuerfester Aus- !

kleidung den hohen thermischen Belastungen nur knapp gewachsen ist, indem der Metallpanzer eich nach außen auswölben kann und die Auskleidung nur eine Lebensdauer von 80 bis 100 Chargen, <SL h. Arbeitsprozessen erreicht und demzufolge häufig erneuert werden muß. Diese Erneuerung der Auskleidung impliziert einen beachtlichen Kostenaufwand sowie eine Produktivitätsminderung als Folge des zeitweiligen Ofenstillstands.

Man ist deshalb dazu übergegangen, die Ofenseitenwand mit einer Kühlung auszustatten, indem man in diese Wand Kühlkasten integriert hat, wie es in ähnlicher Weise vom Hochofenbetrieb her bekannt ist. Diese Kühlkasten oder Kühlelemente für Lichtbogenofen können als tragende Bestandteile der Ofenseitenwand ausgeführt und solcherart angeordnet sein, daß eine Vielzahl von vorzugsweise kreisbogenförmig gekrümmten, nebeneinander liegenden Kühlelementen einen Gürtel bilden, welcher in diesem Bereich als Seitenwand des Ofens fungiert. Dieser Gürtel aus Kühlelementen kann innen und gegebenenfalls nach außen mit einem feuerfesten Belag versehen werden.

Die Kühlelemente selbst sind flache, gekrümmte Hohlkästen von etwa 200 bis 250 mm Dicke und einem meist oben angeordneten Wassereintritt und einem unten liegenden Wasseraustritt. Dem du—chströmenden Kühlwasser wird eine serpentinenartige Strömung sbewe gun g vermittelt, indem im Innern des Kühlelementes versetzt angeordnete waagerechte Stege vorgesehen sind, welche zusammen mit den Kühlkastenaußenwänden schikanenförmige Strömungskanäle bilden. Durch den Einsatz dieser Kühlkasten ist es zwar gelungen, die Lebensdauer des Ofenmantels wesentlich heraufzusetzen, jedoch beinhaltet das konstruktive Konzept dieses Kühlsystems mehrere erhebliche Mängel. ■

Aus fabrikationstechnischen Gründen sind oben genannte Stege ! nur an einzelnen Stellen ihrer Schmalseiten mit dem Kühlelement-' gehäuse verschweißt. Hierdurch bleiben zwischen großen Abschnit-

ten dieser Stegschmalseiten und den Gehäuseaußenwänden mehr oder minder breite Spalte offen, durch welche nicht unbedeutende Mengen Schleichwasser hindurchtreten, wodurch der Kühleffekt herabgesetzt und der Wasserverbrauch erhöht wird.

Desweiteren ist der Werkstoff, insbesondere die Schweißnähte der Elemente wegen des großen Wärmegefälles zwischen ihrer ofenseitigen und ihrer nach außen zeigenden Wandung einer sehr großen Beanspruchung ausgesetzt mit entsprechender latenter Defektgefahr. Auch sind diese Kühlelemente aufgrund ihres geometrischen Aufbaus mit großflächigen, flachen Begrenzungswänden wegen Verformungsgefahr nicht für den Betrieb mit höheren Wasserdrücken geeignet, wodurch ihre spezifische Kühlwirkung in verhältnismäßig engen Grenzen bleibt. Desweiteren weist das Innere dieser Kühlkasten zahlreiche tote Winkel, besonders im Bereich der Wasserumleitung um die freien Stegenden, auf, wodurch Wirbel- und Dampfblasenbildung begünstigt werden mit daraus resultierenden örtlichen Wärmestauungen sowie Vergrößerung der Strömungswiderstände. Die hohen Herstellungskosten sind ein weiterer gravierender Nachteil dieser bekannten Kühlkasten.

Der Neuerung liegt zur Vermeidung dieser Nachteile des Stands der Technik die Aufgabe zugrunde, eine Mantelkonstruktion für Industrieöfen zu schaffen, welche bei günstigen Herstellungskosten eine wirksame Kühlung gestattet, indem die Strömungsverhältnisse für das Kühlmedium optimiert werden und die geometrische Ausgestaltung der Kühleinrichtung im Hinblick auf maximale mechanische Festigkeit erfolgt.

Diese Aufgabe wird durch einen Lichtbogenofenmantel mit den im j Kennzeichen des Hauptanspruchs aufgeführten Merkmalen gelöst.

Weitere Einzelheiten ergeben sich aus den Kennzeichen der Unteransprüche.

Ausführungsbeispiele sind in den Figuren dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch die schematische Darstellung eines Lichtbogenofen» mit Kühleinrichtung für den Ofenmantel;

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Querschnitt durch den Ofen nach Figur Ij

Fig. 3 die Ansicht eines Rohrsegments zur Kühleinrichtung nach den Figuren 1 und 2;

Fig. ^lk einen Querschnitt durch ein Rohr des Rohrsegmentes nach Figur 3 mit Bestiftung;

Fig. 5 einen Schnitt, in vergrößertem Maßstab, durch die Mantelkühlung nach Figur 1 mit feuerfestem Belag der Kühlelemente und Montageeinzelheiten;

Fig. 6 die Ansicht einer Umlenkkappe für zwei nebeneinanderliegende Kühlrohre;

Fig. 7 eine Draufsicht auf zwei nebeneinanderliegende Rohrenden vor dem Aufsetzen der Umlenkkappe nach Figur 6;

Fig. 8 die Ansicht eines Rohrsegraentes mit waagerechter Aus ichrung der Kühlrohre;

Fig. 8a eine Draufsicht auf das Rohrsegment nach Figur 8;

Fig. 9 einen Schnitt durch die schematische Darstellung eines Lichtbogenofens mit Kühlsegmenten in der Anordnung nach Figur 8 mit waagerechter

Ausrichtung der Kühlrohre;

Fig. 9a die hälftige Draufsicht auf einen Querschnitt durch den Ofen nach Figur 9.

In den Figuren sind gleiche Teile mit den gleichen Referenzzahlen versehen.

Die Figur 1 zeigt einen Schnitt durch, den allgemeinen Aufbau, eines elektrischen Lichtbogenofens mit einem nach unten gewölbten, als Wanne dienenden Boden 2 mit feuerfester Auskleidung 4_t einem nach oben gewölbten Deckel 6, ebenfalls mit feuerfester ''J Auskleidung 8, Elektroden 10 und einer Abgasleitung 12. Die Be- , schickungsöffnung sowie die Ausgußöffnung mit Tülle sind einfachheitshalber nicht dargestellt. Der zylindrische Mantel l4 des Ofens ist mit erfindungsgemäßen Kühlelementen 16 in Rohr- ; segmentausführung bestückt.

In Figur 2, welche eine Draufsicht auf den Querschnitt durch den Ofen nach Figur 1 darstellt, ist die gleichmäßige Verteilung einer geeigneten Anzahl von Rohrsegmenten l6 über den gesamten Ofenumfang zu erkennen. Wie aus dieser Figur 2 ersichtlich, können diese Rohrsegmente l6 zylindrisch gekrümmt ausgestaltet sein und sich damit der Mantelkrümmung des Ofens anpassen.

Die Figur 3 zeigt, in vergrößertem Maßstab, die Ansicht eines Rohrsegmentes l6 mit obenliegendem KühJ.mitt el eintritt l8 und untenliegendem Kühlmittelaustritt 20. Selbstverständlich können, falls dies als vorteilhaft erachtet wird, Ein- und Austritt vertauscht werden.

Aus der Figur 3 geht hervor, daß die vorgeschlagenen Kühlelemente l6 aus fEohig nebeneinander angeordneten, miteinander verschweißten Rohren 22 bestehen, welche jeweils paarweise mit aufgeschweißten Kappen 24 zur Kühlmittelumlenkung versehen sind« Wie sich aus der Ausrichtung der Rohre 22 in der bevorzugten Ausführung nach Figur 3 ergibt, erfolgt die serpentinenförmige Kühlinittelführung in vertikaler Richtung.

In Figur 3 ist, ebenso wie in Figur 4 (Querschnitt durch ein Kühlrohr 22), eine Bestiftung 26 aus genügend warmfestem Material zur Verankerung der Rohrsegmente in tiner feuerfesten Aus-

kleidung 28 (Figur 1 und Figur 2) des Ofenmantels l4 dargestellt

Figur 5 zeigt weitere Einzelheiten der Unterbringung der Rohrsegmente l6 im Ofenmantel l4. Dieser besteht in der gezeigten ■; Ausführung im wesentlichen aus einem tragenden Stahlblechpanzer 30 in umgekehrter L-Form, an welchem die Rohrsegmente l6 mittels Distanzeisen 32, an den Kühlmittelein- und -austrittenl8, 20 angebrachten Flanschen 3^1 und beispielsweise einer Ver- ; schraubung 36 befestigt sind. Der Mantelpanzer 30 besteht vorzugsweise ebenfalls aus einzelnen, zylindrisch gekrümmten Segmenten (nicht dargestellt) in der Weise, daß jeweils ein Panzersegment zusammen mit einem daran montierten Rohrsegment eine Baueinheit darstellt. Die solcherart gebildete Einheit Mantel/ Rohrsegment wird mit feuerfestsrs Material 28 ausgegossen, wobei diese feuerfeste Armierung 28 zwecks günstigeren Verlaufs des Temperaturgradienten von den Rohrsegmenten l6 ausgehend vorzugsweise nach dem Ofeninnern hin dicker ist als in Richtung des Ofenpanzers 30.

Es ist ebenfalls günstig, die feuerfeste Auskleidung 28 mit im Querschnitt verstärkten Übergangsabschnitten 38 und 40 zur Ofenwanne 2, bzw. zum Ofendeckel 6 hin zu versehen. Da diese Übergangsabschnitte 38 und 40, insbesondere der Übergang 38 zur Ofenwanne 2 hin, erfahrungsgemäß einer hohen thermischen und erosiven Beanspruchung ausgesetzt sind, können einzelne, durch eine Umlenkkappe 24 miteinander verbundene Rohrpaarenden zum Ofeninnern hin abgebogen werden, wie dies bei 42, 44 (Figuren 1 und 5) angedeutet ist. Durch diese Maßnahme erfahren nie gefährdeten Bereiche 38, 40, eine verstärkte Kühlung.

Figur 6 zeigt, in vergrößertem Maßstab, die an sich bekannten Umlenkkappen 24, welche jeweils zwei nebeneinanderliegende Rohrenden dicht verschweißt zwecks einer I80 -Umlenkung des Kühlmediums, z.B. Wasser oder Wasserdampf, miteinander verbinden.

Figur 7 zeigt die an sich bekannte Quersctanittsform der Rohrenden, welche den isa übrigen runden Rohren 22 durch Aufdornen vor dem Aufsetzen und Anschweißen der Umlenkkappen24 vermittelt wird.

Die Figur 8 zeigt ein Rohrsegment l6' mit waagerechter Ausrichtung der Kühlrohre 22', d. h. mit waagerechte^ Führung des Kühlmittels, und die Figur 8a die Draufsieht auf ein solches Rohr- ; segment l6' mit zylindrischer Krümmung entsprechend der Mantelkrümmung des Ofens,

Ergänzend sei bemerkt, daß als Kühlmittel neben Wasser und Wasserdampf (Sattdampf, Heißdampf) selbstverständlich auch andere, wie Inertgase, z. E. Helium, Stickstoff, verwendet werden können.

Es sei auch besonders darauf hingewiesen, aaß die Kühlung der Ofenwand den in Zeiten der Energieverknappung speziell wichtigen Vorteil bietet, daS die abgeführte Wärme mittels Wärmetauscher oder dergleichen zum Teil rückgewinnbar ist und deshalb auch aus dieser Sicht die Kühlung dieser Elektroofenwände Bedeutung hat, dies umso mehr, wenn sie in der beschriebenen gvlnstigen Ausführung durchführbar ist.

Die Figuren 9 und 9a zeigen den Einbau von Rohrsegmenten 16' mit waagerechter Ausrichtung der Kühlrohre 22' in einem Ofenmantel. Die bei dieser Rohrsegmentausführung sich ergebende horizontale Führung des Kühlmittels entspricht im wesentlichen derjenigen bei den weiter oben erwähnten Kühlkasten nach dem Stand der Technik, jedoch werden die diesen Kühlkästen inhärenten und aufgezeigten Mangel bei der vorgeschlagenen Bauart vermieden.

Die sich aus den vorstehenden Ausführungen für den Fachmann ergebenden Vorteile des vorgeschlagenen Lichtbogenofenmantels können dahingehend zusammengefaßt werden, daß eine Kühlung mittels

kostspieliger Kühlkästen mit unbefriedigender Kühlwirkung ersetzt -wird durch ein preiswertes Rohrsystem mit günstigen Kühlmittel strönmngsverhältnissen und, bedingt durch die Rohrform, höchster Formsteifheit und Festigkeit. Es werden damit sowohl *· große Strömungsgeschwindigkeiten des Kühlmittels ohne nennenswerte Wirbelbildung als auch hohe Drücke möglich. Demzufolge wird mit dieser neuen Kühleinrichtung ein Maximum an Kühlwirkung mit kleinstem Aufwand erzielt. Durch die beschriebene Unterteilung des Ofenmantels in Segmente, bestehend aus einer Kombination von Ofenpanzersegment und Kühlrohrsegment mit feuer fester Vergußmasse ist es in einfacher Weise möglich, einzelne, überholbedürftige oder defekt gewordene Elemente auszutauschen.

Claims (11)

11 « i « · C I · · Schutzansprüche

1. Gekühlter" Lichtbogenofenmantel, gekennzeichnet durch eiae Mehrzahl von über den Ofenumfang verteilten plattenförmigen Rohrsegmenten (16, l6'), bestehend aus einer Rohr-an-Rohr-Konstruktion von einzelnen, im wesentlichen zylindrischen, miteinander verschweißten Rohren (22, 22") zur serpentinenartigen Führung eines Kühlmittels, welche in einer feuerfesten Auskleidung (28) eingebettet sind.

2. Gekühlter Lichtbogenofenmantel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes einzelne Rohrsegment (l6, 16¹) einen Kühlmitteleintritt (l8, 18¹ oder 20, 20') und einen Kühlraittelaustritt (20, 20' oder l8, 18¹) aufweist, welche insbesondere mit Wärmeaustauschern zur Rückgewinnung der vom Kühlmittel abgeführten Wärmeenergie verbindbar sind.

3. Gekühlter Lieh !.bogenof enmantel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrsegmente (l6, l6') zylindrisch gekrümmt sind.

k. Gekühlter Lichtbogenofenmantel nach Anspruch 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittel führenden Rohre (22) senkrecht angeordnet sind.

5. Gekühlter LichtbogBnofenmantel nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittel führenden Rohre (22') waagerecht angeordnet sind.

6. Gekühlter Lichtbogenofenmantel nach Anspruch 1 bis 5i dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrsegmente mit einer ßestiftung (26, 26') aus warmfestem Material als Mauerverankerung versehen sind.

7. Gekühlter Lichtbogenofenmantel nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurcii gekennzeichnet, daß die Rohrsegmente (l6, l6') in Ofenpanzersegmenten (30) montiert sind und mit diesen eine bauliche Einheit bilden.

.8. Gekühlter Lichtbogenofenmantel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feuerfeste Auskleidung (28) von den Rohrsegmenten (l6, I6¹) ausgehend nachdem Ofeninnern hin dicker ist j als zwischen den Rohrsegmenten (l6, 16¹) und dem Ofenpanzer (30)

9. Gekühlter Licht.bogenofenmantel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das feuerfeste Material (28) einen im Querschnitt vergrößerten Übergang (38, 40) zur Ofenwanne (2) und zum Ofendeckel (6) hin aufweist.

10. Gekühlter Lichtbogenofenmantel nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß abgebogene Kühlrohre (22) in die im Querschnitt vergrößerten übergänge (38, kO) hineinreichen.

11. Gekühlter Lichtbogenofenmantel nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die eine bauliche Einheit bildenden Rohrseginente (l6, I6¹ ) und Ofenpanzersegmente (30) einzeln in der Ofenseitenwandung (14) montier- und demontierbar sind.