DK150254B - Beholder for metalsmelteovne, isaer lysbueovne - Google Patents

Description

i 150254

Opfindelsen angår en beholder for metalsmelteovne, især lysbueovne, med en varmebestandig indervæg, der oven over smelte-zonen i det mindste delvis er opbygget af køleblokke, der indeholder flademæssigt ind til hinanden liggende mod ovnens indre 5 fritliggende kølerør.

Den elektriske lysbuesmelteovn vil få en stor verdensomspændende betydning som en enhed til stålfremstilling af skrot og i tiltagende grad af pelletiseret jernsvamp. Denne smelteenhed bliver for tiden udført som svejst stålkonstruktion, som til 10 beskyttelse mod de høje temperaturer i beholderen og også ved daskslet er forsynet med en ildfast udmuring. Denne udmuring tjener til beskyttelse af stålkonstruktionen imod termiske, kemiske og mekaniske påvirkninger. De høje belastninger medfører, at den ildfaste udmuring kun har en begrænset levetid, f.eks.

15 i smeltezonen på 150 charger og ved dækslet ca. 100 charger.

Ovnens produktion må afbrydes med visse intervaller svarende til denne levetid for at få indsat en ny udmuring. Disse gentagne ovnforingsarbejder bevirker en formindskelse af produktionen og udgør endvidere en væsentlig bestanddel af omkostnin-20 gerne.

For at beskytte de påvirkede dele mod varmeindvirkninger anvendes der køleindretninger, især kølerør, der er indbygget i eller påbygget murværket.

1 almindelighed kan det trods anvendelse af forskellige, i 25 ovnvæggen indbyggede kølesystemer ikke undgås, at dele af den også uden for smelteområdet på ovnvæggen eller på lågindersiden anbragte ildfaste udmuring efter flere påfyldninger skaller af eller smuldrer bort som følge af den høje termiske, kemiske og mekaniske påvirkning. Ved forringelsen i den ildfaste 30 udmurings tykkelse bliver ovnens varmevirkningsgrad nedsat.

Den under ovnens drift opsprøjtede flydende smelteslagge kan ikke udfylde de udhulede steder i murværket, fordi den dårligt forbinder sig med stenene og ikke hæfter sig til disse.

2 150254

Pra det tyske fremlæggelsesskrift nr. 1.103.952 kendes kølerør til køling af de termisk påvirkede dele af metallurgiske ovne. De flademæssigt anbragte rør, der ligger frit mod beholdermidten, er fastgjort til indersiden af de til køling 5 bestemte ovnsidevægge.

Ved en kendt lysbueovn for kemiske reaktioner udstyret med et låg (DE-patentansøgning W 107.227 IVb/12 g. Fiat-Mikro-verfilmung) er de dele i ovnen, der umiddelbart bliver udsat for de hede ovngasser belagt med rør, der udgør en del af et 10 hurtigt virkende dampforsyningsaggregat. Rørene skal også beskytte ovnvæggenes udmuring mod overhedning.

Af disse grunde har det i mange år været forsøgt at udvikle vandkølede væg- og daskselforinger, som uden for smeltezonen kan erstatte den ildfaste udmuring. Især er vægelementer af 15 denne art allerede blevet markedsført.

Fra tysk offentliggørelsesskrift nr. 2.502.712 kendes vandkølede metalkasser til afkøling af beholdervægge i lysbueovne. Kasserne har den ulempe, at der ikke opnås nogen entydig tvungen vandstrøm. Derfor vil der til stadighed være fare for dan-20 nelse af hvirvler og døde hjørner, hvori damp- og luftblærer samles. Til dannelsen af damp- og luftblærer knytter sig et hurtigt fald i varmeovergangen, hvorved der kan frembringes lokal overophedning, der kan føre til gennemsmeltning af kas-sevæggene. 1 2 3 4 5 6 Sådanne "gennembrændinger" betyder ekstra driftsafbrydelser 2 og frembyder en fare for ovnens driftssikkerhed. En anden 3 ulempe, som spiller en rolle med henblik på muligheden for 4 energigenvinding fra afkølingsvarmen, er den kendsgerning, 5 at det ved disse kølekasser af styrkemæssige grunde ikke er 6 muligt at anvende kølemiddel under forhøjet tryk. Dertil må kasserne udføres med tykke vægge, hvilket ville bevirke en urimelig tung konstruktion.

150254 3

En anden kølekassekonstruktion til en blæserovn kendes fra tysk offentliggørelsesskrift nr. 2.612.659. Hver kølekasse har flere med vandrette skillevægge afgrænsede kølevandskanaler, hvorved en turbulens eller en dampophobning skulle kunne 5 undgås. Kølekasserne er imidlertid indlejret i ovnvæggens murværk og skal derfor ikke her omtales nærmere.

De foreslåede kølekasser er desuden i deres opbygning meget komplicerede, og de ved støbning fremstillede kasser er tilsvarende kraftige og kostbare.

10 Fra tysk offentliggørelsesskrift nr. 2.354.570 kendes en smelteovnsbeholder, der har en ovnvæg, som er opbygget af over ovnbunden lejrede køleblokke. Hver køleblok består af et hovedlegeme af støbejern eller kobber og et antal direkte i hovedlegemet indstøbte kølerør. Disse kølerør er endvidere 15 anbragt på de såkaldte varme steder "hot spots" i ovnvæggen, eller ovnvæggen er fuldstændigt opbygget af flere køleblokke.

Fremstillingen af disse komplicerede køleblokke med indstøbte rør er meget kostbar. Desuden er køleblokkene forholdsvis tunge, således at også ovnunderdelen skal opbygges forstærket.

20 Formålet med den foreliggende opfindelse er at tilvejebringe en beholder til en metalsmelteovn, fortrinsvis en elektroovn, og af førnævnte art, som kan konstrueres med simpel opbygning og i lettere konstruktion, hvorved investeringsomkostningerne bliver væsentligt lavere end ved de kendte ovnbeholdere.

25 Ovennævnte opnås med en beholder ifølge opfindelsen, der er ejendommelig ved, at køleblokkene hver er dannet af mindst en mod beholdermidten fritliggende kølerørsslange, hvis vindinger ligger mod hinanden.

På denne måde tilvejebringes en ovnbeholder, som kan fremstil- 30 les med meget enkel opbygning og af let konstruktion ved lavere fremstillingsomkostninger. Ovnvæggens lette konstruktion kræver ingen forstærket opbygning af ovnens underdel. Ovnvæg- 4 150254 gen er i det område/ der ligger over smeltezonen udelukkende opbygget af kølerørsslanger.

Ovnvæggens konstruktion muliggør en upåklagelig tvungen strømning af kølevand/ hvorved varmespændinger og lokal overophed-5 ning i vid udstrækning undgås med forlænget ovnlevetid til følge. Tilbageværende varmespændinger bliver endvidere bedre optaget via et cirkulært rørtværsnit end f.eks. via et firkantet eller rektangulært tværsnit.

Kølerørsslangerne kan ifølge opfindelsen bestå af U- eller 10 skruelinieformet forløbende rør, og kølerørsslangernes indbyrdes tilstødende dele kan enten være anbragt parallelt med eller forløbe på tværs af ovnbeholderens akse.

m fra et teknologisk synspunkt har det vist sig hensigtsmæssigt ved en yderligere udførelsesform for opfindelsen, at kø-15 lerørsslangerne er fremstillet ved bøjning. Desuden kan rørslangevindingerne være forbundet indbyrdes ved svejsning.

Hver kølerørsslange kan ifølge opfindelsen være således opbygget, at dens rør eller rørdele er længdedelt og på den mod beholdermidten vendende side forbundet via en plade.

20 I en anden konstruktion ifølge opfindelsen er køleenheden fremstillet af i begge ender åbne rørstykker, idet rørenderne af hvert par naborørstykker forbindes med påsvejste hætter. Hensigtsmæssigt kan rørenderne ved hver køleslangeside også være tætsluttende fastsvejst til et kompakt forbindelses-25 stykke med ud for rørenderne anbragte omløbskanaler.

I en konstruktion ifølge opfindelsen er kølerørsslangen ved sin ene ende tilsluttet kølemiddeltilførselsledningen og ved sin anden ende kølemiddelfraførselsledningen, og køle-middeltil- og -fraførselsledningen kan udgøres af mindst 30 ét faldrør. Kølerørenes inderside kan hensigtsmæssigt være profilerede til forøgelse af rørenes indvendige overfladeareal og dermed forbedring af de termiske forhold.

5 150254

Under ovnens drift danner der sig på den mod beholdermidten vendende røroverflade automatisk et slaggelag, som er omtrent 10-20 mm tykt. Dette slaggelag virker termisk og elektrisk isolerende, hvorved faren for lokal overophedning .yderligere 5 mindskes, varmespændinger reduceres, og der opnås en formindskelse af energifraførslen via kølevandet.

En yderligere, betydelig fordel ved beholderen ifølge opfindelsen består i, at den opsprøjtende, flydende smelteslagge straks atter udfylder de steder, hvor det allerede udformede, 10 isolerende slaggelag skaller af. I modsætning til de ildfaste udmuringssten forbinder det opsprøjtede slaggemateriale sig uden videre med slaggelaget.

Den elektriske isoleringsvirkning ved hjælp af slaggelaget giver en væsentlig beskyttelse mod overslag eller sekundære lys-15 buer fra skrottet til kølerørsslangen. Sådanne overslag er ganske vist usandsynlige, da den elektriske modstand er meget stor på den lange vej via rørvæggen. For at fremme dannelsen af slaggelaget på røroverfladen er kølerørsslangen ifølge en yderligere udførelsesform på den mod ovnmidten vendende side 20 forsynet med fremspring, fortrinsvis knaster, tappe, ribber eller lignende organer.

Det har vist sig overordentlig hensigtmæssigt at lade kølerørsslangen blive gennemstrømmet af et kølemedium under forhøjet tryk. Som følge af muligheden for anvendelse af en hydraulisk 25 tvangsføring af kølevandet opnås en stor driftssikkerhed. Kølevandstvangsføringen er særdeles fordelagtig, da der derved undgås hvirvelzoner eller stationære strømningszoner med fare for lokal overophedning under dannelse af damplommer og samtidigt opnås en ensartet køling og dermed sikres lavere var-30 mepåvirkninger, og der fås forholdsvis nøjagtige indstillingsmuligheder for strømningshastigheden såvel som for strømningsmængden. Kølerørsslangen er bedst egnet til kølevandets tvangs-. føring eller tvungne strømning.

6 150254

Ifølge en videre udførelsesform er de enkelte kølerørsslanger i tilfælde af en beskadigelse særdeles lette at udskifte, eftersom de enten kan demonteres i radial eller i aksial retning.

Af sikkerhedsgrunde er den underste del af kølerørsslangerne 5 til opfangning af vand ifølge en yderligere udførelsesform for opfindelsen ved svejsning forbundet med inderkanten af en i hovedsagen på tværs af ovnindervæggen forløbende rundtgåen-de afledningsplade. Under afledningspladens yderkant kan der hensigtsmæssigt være anbragt en rende på ovnkappen.

10 Dele af ovnbeholderens vægskelet kan hensigtsmæssigt være udformet som svingbare eller aftagelige døre, der hver består af en bæreramme, som omfatter en eller flere kølerørsslanger.

Ifølge en konstruktion ifølge opfindelsen er det formålstjenligt, når kølerørsslangerne relativt til ovnformen set oven-15 fra er tilpasset ved hjælp af bøjning eller bukning.

Kølerørsspiralens overflade kan være forsynet med et fastsiddende isoleringslag af en keramisk masse, fortrinsvis emalje.

/

Den ifølge opfindelsen tilvejebragte ovnvægkonstruktion gør det muligt at anvende et hurtigt reagerende overvågningssystem.

20 Ved drift af en elektrosmelteovn med en beholder ifølge opfindelsen bliver forholdet mellem den af kølevandet bortførte og den ved elektrisk energi tilførte varme særlig gunstigt.

De gunstige termiske forhold såvel som den længere levetid for beholdervæggen fremmes yderligere af følgende omstændigheder: 25 - ved den høje reelle effekt i indsmeltningsfasen bliver rør væggen kølet og beskyttet imod lysbuestrålingen af indsatsmaterialet, f.eks. skrot, - slaggelagets opbygning på køleslangeoverfladen påvirker varmeovergangen mellem ovnrum, rørvæg og kølevand, 30 - det til enhver tid på smeltebadet værende slaggelag forrin ger varmeudstrålingen fra badet.

7 150254

Opfindelsen vil i det følgende blive nærmere forklaret i forbindelse med nogle udførelseseksempler og under henvisning til tegningen, hvor fig.l viser en del af beholdervæggen ifølge opfindelsen set 5 forfra, fig.2 et snit i den i fig.l viste vægdel set fra siden, fig.3 en udfoldning af beholderen ifølge opfindelsen fig.4a til fig.4c dele af forskellige udførelsesformer for beholdere ifølge opfindelsen set fra oven, 10 fig.5 et diagram for en overvågningsindretning til beholderen ifølge opfindelsen.

Fig.l viser en kølerørsslange 1, som udgør en del af beholder-indervæggen ifølge opfindelsen. Kølerørsslangen 1 består af tæt ved siden af og op ad hinanden liggende rørstykker 2, som 15 er åbne i begge ender og indbyrdes forbundet ved svejsning.

Som vendestykker for hvert par hosliggende rørstykker 2 tjener nogle på rørstykkernes ender påsvejste hætter 3. Kølerørsslangen 1 er tilsluttet et faldrør 4, igennem hvilket kølevandet under forhøjet tryk ledes ind i rørslangens underste 20 vinding 2'. Kølevandsudløbsåbningen 6 er beliggende på kølerørs s langens øverste vinding.

Fig.2 viser, hvorledes de enkelte rørstykker 2 er indbyrdes forbundet ved svejsning. Medens den ene side af kølerørsslangen 1 er vendt mod metalyderkappen 9, ligger kølerørsslangen 25 blottet på den mod beholdermidten vendende side. På denne side findes knaster 10, der er anbragt i et gittermønster, som det fremgår af fig.l. Knasterne 10 tjener til fastholdelse af op-sprøjtet slagge, som hæfter til kølerørsslangen l's afkølede overflade. I tidens løb dannes der på den mod beholdermidten 30 vendende side af kølerørsslangen 1 et solidt 10-20 mm tykt slaggelag. Den underste vinding 2' på kølerørsslangen 1 er ved svejsning forbundet med en afledningsplade 7's inderkant.

Under afledningspladen 7's yderkant er anbragt en til yderkappen 9 påsvejst rende 8.

8 150254 Kølerørsslangerne består af et U-formigt forløbende tykvægget rør, eller de kan også være udført skruelinieformet forløbende.

Som det fremgår af fig.3, er kølerørsslangerne 1,1',1", som danner beholdervæggen og består af et U-formigt forløbende 5 rør, således anbragt, at de indbyrdes tilstødende rørdele forløber på tværs af ovnbeholderaksen.

Kølerørsslangerne er efter behov udført med forskellige dimensioner. I ovndøren 12's, aftapningsåbningen 13's eller overløbsåbningen 14*s område er der indrettet kølerørsslanger 1" af 10 mindre dimensioner,.ligesom de hosliggende kølerørsslanger 1' har en noget afvigende form. Som det fremgår af fig. 3, er de enkelte kølerørsslanger 1, 1', 1" anbragt så tæt op ad hinanden som muligt. De nederste kanter på slangerne 1 befinder sig i praksis 300 til 500 mm oven over slaggespejlet, således at en 15 direkte berøring af rørene med badet er udelukket. De ikke afkølede vægdele i aftapningsåbningen 13's eller ovndøren 12's område er udmuret med-ildfaste sten. De øverste kanter på kølerørsslangerne befinder sig tæt under beholderoverkanten 15.

Naturligvis kan kølerørsslangerne også være anbragt således, 20 at de indbyrdes tilstødende rørdele forløber parallelt med ovnbeholderaksen.

Kølerørsslangen, som danner beholdervæggen, kan også bestå af skruelinieformet forløbende rør.

Kølerørsslangerne kan også senere indbygges i bestående anlæg 25 efter mindre ændringer af ovnbeholderen.

Som det fremgår af fig.4a og 4b, er de enkelte kølerørsslanger 1 anbragt så tæt som muligt ved hinanden. Por at undgå at der i de konstruktionsmæssigt uundgåelige, mellem de ved siden af hinanden anbragte kølerørsslanger værende spalter eller 30 mellemrum, til trods for at disse er små, ikke skal optræde nogen overophedning af yderkappen 9, er der, som vist i fig.4a, i hvert spalteområde fastgjort en stabel ildfaste sten 16.

9 150254

En anden udførelsesform for overophedningsafskærmningen i spalteområdet ses i fig.4b, hvor faldrøret 4 i sammenligning med fig.2 er således anbragt, at det dækker spalten.

Ved anvendelse af kølerørsslanger med lodret forløbende vin-5 dinger som vist i fig.4c kan de enkelte kølerørsslanger anbringes tæt op ad hinanden, således at en yderligere var-meafskærmning for yderkappen 9 ikke er nødvendig.

I fig.5 ses et eksempel på en overvågningsindretning for køleanlægget. Køleanlægget arbejder efter tvangsførings- 2 10 princippet for kølemediet, hvor vandbehovet pr. m foret 3 ovnflade er 7-9 m pr. time. Ved en vandtilførselstemperatur mellem 15 og 30°C er afgangstemperaturen lidt over 60-65°C ved et vandtryk på 4-5 bar. Der regnes med en strømningshastighed på 2-4 m pr. sek. Som kølemiddel anvendes 15 normalt kølevand.

I det i fig.5 viste eksempel er der til kølemiddelkredsløbet tilsluttet tre rørvægelementer eller kølerørsslanger 1. Ved kølevandstilførslen eller fremløbet 21 er der ved indløbet anbragt en afspærringsventil 17. Ledningerne til hver køle-20 rørsslange 1 er alle forsynet med en afspærringsventil 17.

Ved kølemiddelfremløbet 21 bliver kølevandets temperatur målt ved et termometer 18 og kølevandets tryk målt ved hjælp af et manometer 19. I tilledningen er der endvidere indbygget en strømningsmåler 20, som samvirker med en alarm-25 indretning, der ved overskridelse af en minimalværdi udløser en alarm. I kølevandsfraførselen 25 eller i forbindelsesledningerne, som forbinder kølerørsslangerne med fraførselsled-ningen 25, er der indbygget et termometer 22 samt en strømningsdetektor 23. Ved hjælp af strømningsdetektoren overvåges 30 gennemstrømningsmængden. Såfremt en forud fastlagt mindste værdi underskrides udløses et hensigtsmæssigt signal eller ovnen slukkes, Derved skal det undgås, at ovnen f.eks. ved afspærrede regulerings- eller afspærringsventiler skal blive sat i drift. I kølemiddelstrømmens retning er der efter strøm-

Claims (17)

150254 ningsdetektoren 23 både anbragt en overtryksventil 24 med en i indstillet funktionstærskelværdi på ca. 6 bar til afblæsning i af damp ved overskridning af det indstillede tryk, og en afspærringsventil 17. Før kølevandets udløb fra anlægget findes 5 et termometer 22. Hvis vandets temperatur overskrider en forud fastlagt værdi på f.eks. ca. 65°C, udløses et alarmsignal. I så fald må enten ovnens effekt nedsættes, eller kølerørsslangernes vandgennemstrømning må forhøjes. Ved hjælp af den beskrevne overvågningsindretning opnås en 10 høj ovndriftssikkerhed. Sikkerheden bliver som allerede nævnt yderligere forøget ved, at der til beholdervæggen anvendes tykvæggede rør, således at faren for en beskadigelse ved overophedning er udelukket. Allerede ved anbringelsen af rørvæggen som nævnt i forbindelse med fig.3 undgås det 15· med sikkerhed, at den flydende smelte berører rørene, således at der ingen beskadigelse kan optræde. Ved hjælp af den i fig. 5 viste overvågningsindretning bliver køleanlæggets funktion til stadighed overvåget pålideligt. Såfremt der alligevel skulle optræde en pludselig lækage i 20 køleanlægget, ledes lækagevandet ud først og fremmest via afledningsrenden 8, som nævnt i forbindelse med fig.2, således at det ikke trænger ind bag udmuringen. Ved drift med vand under højt tryk ville vandet ved en pludselig lækage straks fordampe, før det kan komme i berøring med metalbadet. Dampen 25 bliver udsuget.

1. Beholder for metalsmelteovne, især lysbueovne, med en varmebestandig indervæg, der i den øverste halvdel af smeltezonen i det mindste delvis er opbygget af køleblokke, der 30 indeholder ind til hinanden liggende mod beholderens indre fritliggende kølerør, kendetegnet ved, at køleblokkene består af i det mindste én i det væsentlige på begge sider fritliggende køleslange (1,1',1"), der er fastgjort til en bærevæg bestående af en stålkappe eller et stålskelet. 150254

2. Beholder ifølge krav 1, kendetegnet ved, at køleslangen (1) består af U-formet bøjede rør.

3. Beholder ifølge krav 1, kendetegnet ved, at kølerørsslangerne (1) består af skrueformet bøjede rør.

4. Beholder ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at de ind til hinanden liggende dele af kølerørsslangen (1) er placeret parallelt til ovnbehoIderakslen.

5. Beholder ifølge et af kravene 1-3, kendetegnet ved, at de ind til hinanden liggende dele af kølerørsslangen 10 (1) er anbragt vinkelret på ovnbeholderakslen.

6. Beholder ifølge et af kravene 1-5, kendetegnet ved, at kølerørsslangerne (1) er fremstillet ved hjælp af bøjning.

7. Beholder ifølge et af kravene 1-5, kendetegnet 15 ved, at kølerørsslangebøjningerne er forbundet med hinanden ved hjælp af svejsning.

8. Beholder ifølge et af kravene 1, 2 eller 4 til 7, kendetegnet ved, at de ind til hinanden liggende dele af kølerørsslangen (1) er rørstykker (2), der er åbne 20. begge ender, og at forbindelsesstykkerne mellem to ved siden af hinanden liggende rørstykker (2) er påsvejste kapper (3).

9. Beholder ifølge et af kravene 1, 2 eller 4 til 7, kendetegnet ved, at de ind til hinanden liggende 25 dele af kølerørsslangen (1) er rørstykker, der er åbne i begge ender, hvis ender ved hver slangeside tætsluttende er fastsvejset til kompakte forbindelsesstykker med ud for rørenderne anbragte omløbskanaler. 150254

10. Beholder ifølge et af kravene 1-9, kendetegnet ved, at kølemidlets til- og fragang er dannet af i det mindste ét faldrør (4).

11. Beholder ifølge et af kravene 1-10, kendetegnet 5 ved, at kølerørsslangernes (1) indre overflade er dannet profileret for at gøre rørinderfladen større.

12. Beholder ifølge et af kravene 1-11, kendetegnet ved, at kølerørsslangerne (1) på den mod ovnmidten vendende side er forsynet med udvækster i form af knaster (10), stifter, 10 ribber eller tilsvarende.

13. Beholder ifølge et af kravene 1-12, kendetegnet ved, at kølerørsslangerne (1) bliver gennemstrømmet af et kølemiddel med et højt tryk. 14. ' Beholder ifølge et af kravene 1-13, kendetegnet 15 ved, at ved anvendelse af flere kølerørsslanger (1) er disse anbragt så tæt som muligt ind til hinanden.

15. Beholder ifølge et af kravene 1-14, kendetegnet ved, at de enkelte kølerørsslanger (1) er demonterbare i radial retning.

16. Beholder ifølge et af kravene 1-15, kendetegnet ved, at de enkelte kølerørsslanger (1) er demonterbare i aksial retning.

17. Beholder ifølge et af kravene 1-16, kendetegnet ved, at den nedre del af kølerørsslangen (1) ved svejsning er 25 forbundet med inderkanten af en i det væsentlige på tværs af ovnindervæggett forløbende, ringformet afledningsplade (7). 1 Beholder ifølge krav 17, kendetegnet ved, at der under den ydre kant af afledningspladen (7) er anbragt en ved ovnkappen fastgjort rende (8).