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Verfahren und Vorrichtung zum Kühlen von Industrieöfen, insbesondere
Siemens-Martin-Öfen Die Erfindung bezieht sich auf die Kühlung von Industrieöfen,
wie z. B. Siemens-Martin-Öfen, oder solcher Teile derartiger Ofen, die, z. B. Türrahmen
oder Brenner, in besonderem Maße der Einwirkung von Wärme ausgesetzt sind, durch
Anwendung einer an sich bekannten Umlaufverdampfungskühlung.
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Die Umlaufverdampfungskühlung besteht bekanntlich darin, daß Kühlwasser
durch Hohlräume des zu kühlenden Ofenteils, etwa der Türrahmen, geleitet wird, wobei
sich das Wasser erhitzt und teilweise bereits im Kühlrahmen oder den sich daran
anschließenden Rohrleitungen verdampft. Das Dampf-Wasser-Gemisch gelangt von der
Kühlstelle durch eine Vorlaufleitung zu einem meist oberhalb der Kühlstelle angeordneten
Behälter, in dem sich Wasser und Dampf trennen. Der erzeugte Dampf kann beliebigen
Zwecken zugeführt werden. Das Wasser kehrt durch eine Rücklaufrohrleitung zur Kühlstelle
zurück.
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Erfindungsgemäß wird für mehrere oder alle Kühlstellen eines Industrieofens
oder auch für die Kühlstellen mehrerer Ofen ein gemeinsamer Behälter zum Trennen
von Dampf und Wasser vorgesehen. Dieser Behälter kann vorteilhaft die Form einer
langgestreckten Trommel erhalten, die sich über mehrere in einer Reihe stehende
Ofen erstreckt. Dabei werden gemäß der Erfindung Gruppen von Kühlstellen an je eine
Vorlaufleitung und/oder an eine Rücklaufleitung angeschlossen.
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In den meisten Fällen wird es gemäß der Erfindung vorteilhaft sein,
den Behälter oberhalb der Kühlstellen des Industrieofens anzuordnen, so daß der
Kühlwasserkreislauf durch Thermosyphonwirkung zustande kommt. Statt dessen ist es
aber auch möglich,
die Behälter auf einem anderen Niveau relativ
zu den Kühlstellen anzubringen und zur Bewegung des Kühlwassers eine motorisch angetriebene
Umwälzpumpe anzuwenden.
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Weitere beanspruchte Merkmale der Erfindung sind in der nachfolgenden
Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung, die in der Zeichnung dargestellt
ist, erläutert. ' Abb. i der Zeichnung zeigt die Ansicht einer Siemens-Martin-Ofenanlage,
die rnit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kühlung ausgestattet ist, während Abb.
2 einen Schnitt durch die Anlage gemäß Abb. i wiedergibt.
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Mit i sind in der Zeichnung die Ofen einer Siemens-Martin-Ofenanlage
bezeichnet, von denen zwei Ofen angedeutet sind, die in üblicher Weise in einer
Reihe nebeneinander angeordnet sind. Jeder der Ofen ist mit drei gekühlten Türrahmen
2 versehen. Die übrigen Kühlstellen der Ofen sind in der Zeichnung nicht angegeben.
Die Türrahmen 2 sind mit Hohlräumen versehen, durch welche Kühlwasser geleitet wird.
Zu diesem Zweck sind die Hohlräume am oberen Ende durch je eine vergleichsweise
weite Vorlaufleitung 4, die vorteilhaft für Gruppen von Kühlstellen, etwa die Türrahmen
eines Ofens, vorgesehen ist, mit einem Behälter verbunden, der hier die Form einer
langgestreckten Trommel 5 besitzt, die sich über die ganze Ofenbatterie erstreckt.
Wie Abb. 2 zeigt, liegt der Behälter 5 seitlich neben den Ofen, so daß die Fahrbahn
für den Chargierkran 6 frei bleibt.
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Die Vorlaufleitung 4 mündet in den Behälter, wie bei 7 in Abb. i angedeutet,
so, daß das in ihr hochsteigende Dampf-Wasser-Gemisch in den Dampfraum oberhalb
des Wasserstandes 8 eintritt, der durch geeignete Mittel aufrechterhalten wird.
`Vom Boden des Behälters 5 geht die Rücklaufleitung g ab, die vorteilhaft für alle
Kühlstellen gemeinsam ist. Die Anordnung ist derart, daß das in den Kühlrahmen entstehende
Dampf-Wasser-Gemisch durch die Vorlaufleitung in den Behälter 5 gelangt, wo sich
das Wasser vom Dampf scheidet, worauf das Wasser durch die Rücklaufleitung in die
Kühlstelle zurückfließt. Die Bewegung des Kühlwassers wird hier durch Thermosyphonwirkung
hervorgerufen.
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Der Wasserinhalt des Behälters 5 wird relativ zum Wasserinhalt der
mit ihm verbundenen Kühlstellen so bemessen, daß auch bei starker Verdampfung in
den Kühlstellen und entsprechend starker Bewegung des Wassers in den Vorlaufleitungen
stets reichlich Wasser für den Rücklauf zur Verfügung steht. Ein Verbrennen der
Kühlvorrichtungen ist dadurch ausgeschlossen. Man kann z. B. damit rechnen, daß
bei der Einrichtung gemäß der Erfindung der Wasserinhalt der Türrahmen und der anderen
Kühlstellen etwa 6o mal pro Stunde erneuert wird.
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Von dem Behälter 5 führt eine weite Dampfleitung io zu dem Sekundärbehälter
ii, der bei der dargestellten Anlage oberhalb des Behälters 5 angeordnet ist. Am
Ende der Leitung io ist eine etwa nach Art eines Siebbodenwaschers ausgeführte Einrichtung
12 vorgesehen, in welcher der Dampf innig mit dem in die Kühlanlage frisch einzuführenden
Speisewasser in Berührung gebracht werden wird. Zu diesem Zweck ist die Einrichtung
12 mit einer nicht dargestellten Wasserreinigungsanlage od. dgl. durch die Rohrleitung
13 verbunden.
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Die Einrichtung 12 mündet in den Dampfraum des Sekundärbehälters ii
oberhalb des Wasserstandes 17, der durch das Überlaufrohr 15 bestimmt ist. Behälter
5 und Sekundärbehälter ii stehen also unter einheitlichem Druck.
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Wenn der Betriebsdruck in den beiden Behältern z. B. 3 Atü beträgt,
wird das mit etwa io°C eintretende Speisewasser in der Einrichtung 12 und der Trommel
i;r auf etwa 142,8°C vorgewärmt, so daß sich aus dem Speisewasser die darin etwa
noch vorhandenen härtenden Bestandteile abscheiden und sich am Boden des Sekundärbehälters
1i absetzen. Durch die Vorwärmung des Speisewassers werden etwa 22 °,/o des von
dem Behälter 5 an die Sekundärtrommel i i abgegebenen Dampfes kondensiert. Rund
% des primär erzeugten Dampfes stehen demgemäß bei der dargestellten Anlage für
andere Verwendungszwecke . zur Verfügung und können durch den Dampfdom 14 des Sekundärbehälters
i i und die h utzdampfleitung 16 abgezogen werden. Dem Behälter 5 und den Kühlstellen
andererseits fließt ständig ein reines Gemisch von 4/b Speisewasser und % Kondensat
zu, wobei die Reinheit des Speisewassers praktisch der von destilliertem Wasser
gleichkommt. Ein Verschmutzen der Kühlvorrichtungen bzw. ein Absetzen von Kesselstein
in ihnen ist daher praktisch ausgeschlossen.
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Wenn die dargestellte Anlage ohne Entnahme von Dampf für andere Zwecke
betrieben werden soll, wird mit dem Sekundärbehälter i i an Stelle des Dampfdoms
14 ein Rückkühler verbunden, in welchem der gesamte Überschußdampf niedergeschlagen
wird. In ähnlicher Weise wird verfahren, wenn ständig oder vorübergehend nur ein
Teil des Überschußdampfes für andere Betriebszwecke benötigt wird.
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Der am Boden des Sekundärbehälters ii sich ansammelnde Schlamm wird
laufend oder absatzweise abgezogen. Der Wasserinhalt des Sekundärbebälters bildet
übrigens eine vorteilhafte Wasserreserve für den Fall, daß die Zufuhr von Speisewasser
vorübergehend unterbrochen wird. Für diesen Fall wird zweckmäßig das Wasserrücklaufrohr
15 mit einem zweiten Anschluß versehen, der von einer Stelle wenig oberhalb des
Behälterbodens ausgeht, so daß der Sekundärbehälter ii nach Umstellen entsprechender
Ventile fast ganz entleert werden kann.
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In der Zeichnung ist nur eine einzige Anschlußstelle für die Rücklaufleitung
15 an dem Behälter 5 vorgesehen. Es ist jedoch vorteilhaft, mehrere solcher Anschlußstellen
anzuwenden, die über die ganze Länge des Behälters in geeigneter Weise verteilt
sind, so daß das Rücklaufwasser geregelt über die Länge der Primärtrommel verteilt
werden kann.
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Wenn der Behälter 5 sich über eine größere Anzahl von Ofen erstreckt
und infolgedessen eine Länge von etwa 5o bis ioo m hat, ist besondere Vorsorge zu
treffen, daß sich der z. B. 6oo bis 700 mm im Durchmesser messende Trommelkörper
nicht verzieht. Das könnte der Fall sein, wenn im Dampfraum, d. h. im
Oberteil
der Trommel 5 eine Temperatur von etwa 142°C herrscht, während die Temperatur im
Wasseriaum der Trommel beträchtlich niedriger ist. Diese Temperaturverteilung könnte
beispielsweise eintreten, wenn von den an die Trommel 5 angeschlossenen Ofen nur
einer am Anfang, in der Mitte oder am Ende der Trommel in Betrieb ist. In diesem
Falle wird das aus dem Sekundärbehälter i1 kommende heiße Speisewasser-Kondensat-Gemisch
so über die Länge der Trommel 5 verteilt, daß der Wasserraum durchgehend auf der
gewünschten gleichmäßigen Betriebstemperatur gehalten wird. Ist z. B. nur der Ofen
am Anfang der Trommel 5 in Betrieb, wird das Gemisch am anderen Ende der Trommel
zugeführt. Liegt der in Betrieb befindliche Ofen in der Mitte der Trommel 5, mag
das Gemisch vorteilhaft den beiden Enden der Trommel zugeführt werden.
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Um den Wasserumlauf durch die Kühlvorrichtungen zu verstärken, kann
es vorteilhaft sein, in die Rücklaufleitung 9 oder eine davon getrennte Rücklaufleitung
eine motorisch angetriebene Umwälzpumpe einzufügen.
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Abb. 3 gibt in Ansicht eine weitere Ausführungsform der Erfindung
wieder.
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Das Wesentliche dieser Ausführungsform ist zunächst die Anwendung
eines vergrößerten Wasserraumes innerhalb des mit dem Kühlelement verbundenen Verdampfungsgetäßes
iür Siemens-Martin-Ofen-Betriebe u. dgl. ist es von großer Wichtigkeit, daß die
Kühlung der hocherhitzten Ofenteile, insbesondere der Gaszüge und der Türen auch
bei Unterbrechung der Frischwasserzufuhr zu dem Kühlsystem aufrechterhalten bleibt,
mindestens so lange, bis ein Notstromaggregat auf die Kühlwasserpumpen geschaltet
ist.
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Dieser Forderung tragen die bekannten Einrichtungen nicht Rechnung.
Sie lassen sich nur dann technisch verwerten, wenn an dem mit den Kühlelementen
in Verbindung stehenden Verdampfungsgefäß Mittel vorgesehen werden, um den Wasserstand
bei Normalbetrieb und auch bei Notbetrieb zu überwachen.
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Da der Wasserstand bei Unterbrechen der Fiischwasserzufuhr unter Umständen
erheblich absinken kann, wird erfindungsgemäß an dem Verdampfergefäß im Bereich
des Normalwasserstandes und im Bereich des im Notbetrieb erreichten '.Mindestwasserstandes
je ein besonderer Wasserstandsanzeiger angeordnet.
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Bei der Ausführungsform nach Abb.3 ist ferner jede Kühlstelle mit
einer besonderen Verdampfungskammer verbunden. Mehrere solcher Verdampfungskammern
können beispielsweise zu einem konsolartigen Körper vereinigt werden, in welchem
Trennwände vorgesehen sind. Die dadurch entstehenden Abteile werden vorteilhaft
innerhalb des Wasserraumes und innerhalb des Dampfraumes absperrbar miteinandet
verbunden, so daß sie nach Wahl benutzt werden können. In den Verbindungsleitungen
zwischen dem Verdampfergefäß und dem Kühlelement werden erfindungsgemäß vorteilhaft
elastische Rohrteile,. beispielsweise in Form von gewellten Metallschläuchen, vorgesehen.
Dies ist deshalb von großer Bedeutung, weil die Kühlelemente während der Ofenreise
unter Umständen beträchtlichen Lageänderungen und Verschiebungen ausgesetzt sind,
die eine feste Rohrleitung in ungünstigen Fällen sogar zum Reißen bringen können.
Man ordnet das elastische Verbindungsglied zwischen Kühlelement und Vor.-bzw. Rücklaufleitung
vorteilhaft in dem senkrechten Rohrabschnitt oberhalb der Kühlelemente an.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. 3 hat das Verdampfungsgefäß beispielsweise
einen Durchmesser von iooo bis 1300 mm. Der Wasserstand in einem solchen Gefäß kann
etwa um 75o bis 85o mm gesenkt werden. Es läßt sich daher in einer Trommel von 1300
mm Durchmesser und etwa 5 bis 7 m Länge eine Notwasserreserve von 4 bis 5 cm halten,
d. h. eine Wassermenge, die den durch die Dampferzeugung bedingten Speisewasserbedarf
der Kühlelemente eine ausreichend lange Zeit sichert.
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Die Einrichtung nach Abb. 3 kann auch für sich ohne Kondensatbildung
und eine Rückführung benutzt werden, und in diesem Falle wird der Dampf direkt dem
Verdampfergefäß entnommen.
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In Abb.3 ist das Verdampfergefäß mit 3o bezeichnet. Es ist in drei
Abteile 31, 32, 33 durch die Zwischenböden 34 unterteilt. Die drei Abteile sind,
wie bei 35 und 36 angedeutet, im Wasser- und im Dampfraum miteinander absperrbar
verbunden.
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Jedem Abteil des Verdampfergefäßes ist ein Kühlelement zugeordnet,
beispielsweise dem Abteil 32 ein Kühlrahmen 37. Dieser ist durch das Steigrohr und
das Rücklaufrohr 39 mit dem Abteil 32 in Verbindung. In den beiden Leitungen ist
je ein Teil des senkrechten Stranges als elastisches Rohrteil ausgeführt, beispielsweise
in Form eines gewellten Metallschlauches, wie bei 4o angedeutet.
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Speisewasser tritt in den Behälter 3o bei 41 ein. Der Dampf wird durch
den Stutzen 42 entnommen. In dem Behälter 30 sind zwei Wasserstandsgläser
43 und 44 vorgesehen. Der Wasserstandsanzeiger 43 dient zur Überwachung des normalen
mit 45 bezeichneten Wasserstandes, während das Wasserstandsglas 44 zur Überwachung
des Notwasserstandes dient, der nach Absinken des Wasserspiegels eingehalten werden
muß.