EP0816515B1 - Kühlplatte für metallurgische Öfen der Eisen- und Stahlindustrie - Google Patents

Kühlplatte für metallurgische Öfen der Eisen- und Stahlindustrie Download PDF

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EP0816515B1
EP0816515B1 EP97110960A EP97110960A EP0816515B1 EP 0816515 B1 EP0816515 B1 EP 0816515B1 EP 97110960 A EP97110960 A EP 97110960A EP 97110960 A EP97110960 A EP 97110960A EP 0816515 B1 EP0816515 B1 EP 0816515B1
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cooling
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pipes
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SMS Schloemann Siemag AG
Hundt and Weber GmbH
Schloemann Siemag AG
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    • F27D2009/0056Use of high thermoconductive elements
    • F27D2009/0062Use of high thermoconductive elements made from copper or copper alloy

Definitions

  • the invention relates to a cooling plate for with a refractory lined furnaces, Direct reduction reactors and melter gasifiers Iron and steel industry consisting of cast Copper or a low-alloy copper alloy coolant channels arranged in their interior.
  • Such copper cooling plates are usually between the furnace jacket and the furnace lining and to the cooling system of the metallurgical furnace connected. On the inside facing the oven The cooling elements in blast furnaces are largely included provided with fireproof material for steel melting furnaces the copper cooling elements, however, are in the upper part of the furnace over the fireproof lining.
  • Cast copper plates are known in which the Cooling channels are formed by cast steel pipes.
  • An oxide layer hinders the cast-in steel pipes as well as an insufficient connection a uniform between the steel tube and copper plate Heat dissipation.
  • a cooling plate is known from DE 29 07 511 C2, from a forged or rolled ingot is made and where the cooling channels run vertically Blind holes are, which by mechanical Deep drilling are introduced. The target position of the holes according to height and side is adhered to exactly and thereby ensures even heat dissipation.
  • the cooling plate is facing the inside of the oven Side with webs and grooves and can with refractory stones or with a refractory Ramming compound lined.
  • EP 0 705 906 A1 describes one of a forged or rolled copper blank Cooling plate known for cooling the edge zones in addition to the vertical blind holes Cooling channels are introduced, which as vertical or horizontal blind bores of smaller diameter around the vertically arranged blind holes in the edges be introduced.
  • GB 1 386 645 describes a method for producing a metallic cooling element known with one or more internal cooling channels.
  • a metallic cooling element known with one or more internal cooling channels.
  • this liquid metal for example copper
  • DT 2 313 320 describes a by casting around at least one pipe Metal molded casting used for heat transfer between the casting and serves a medium flowing through the pipe.
  • the tube can be made of stainless steel Steel or nickel-copper exist; is the metal poured around the pipe a copper alloy.
  • the object of the invention is therefore a Copper cooling plate to create the high thermal conductivity good customization options to different institutions to be protected, such as furnaces, direct reduction reactors and melters, guaranteed.
  • Cooling plate prefabricated curved cooling pipes or Coolant channels, consisting of copper pipes, Copper pipe bends and copper pipe lugs, cast in.
  • pipes are in several rows next to each other and / or one above the other arranged.
  • the hairpin - shaped sides of the head Cooling channels are formed either by curved ones Pipes or through pipe bends or reversing caps.
  • the Einund Spouts are provided with pipe lugs.
  • the complete pipeline is welded and then for tightness by means of a pressure test of approx. 15 bar / 20 minute checked.
  • the pipes, pipe bends and pipe lugs must, however be thick-walled than commercially available pipes, because after the cast, they are raised for several hours Exposed to temperature in the mold are.
  • the completely prefabricated pipeline is in the Mold inserted, fixed in the lower case and then with poured over the copper melt so that the pipeline after the melt solidifies in the copper plate is embedded.
  • the flow and the flow rate of the Cooling medium is through the rounded piping compared to the angular transitions in the drilled cooling channels of a forged or rolled plate improved and harmonized.
  • Cooling plate bars and grooves for holding refractory material required which is either cast directly or by mechanical processing from a smooth wall can be worked out.
  • the inside of the plate is expedient smooth or flat because of the inside is not provided with a fire-resistant lining.
  • cooling plates also with horizontal side flanges be provided.
  • the invention is based on schematic Exemplary embodiments explained in more detail.
  • Fig. 1 shows a longitudinal section through the cooling plate (1) with, for example, four vertically arranged cooling pipes (2, 3, 4) inside the cooling plate (1) as well as recesses made in the outer wall (6) (12).
  • the supply of cooling water to the pipes (3) takes place from below via the coolant supply lines of the blast furnace connected pipe approaches (2).
  • the coolant lines (2, 3, 4) of the cooling plate (1) are used as separate cooling circuits to the cooling system connected to the blast furnace.
  • Fig. 2 shows a section through the cooling plate (1) the vertically arranged coolant lines (2, 3, 4) on the inner wall (5) with webs (7) and grooves (8) and on the outer wall (6) with a recess (12) are provided, in which a trunnion (11) of the blast furnace (10) engages.
  • Fig. 3 shows a longitudinal section through a cooling plate (1) Intended for use in an arc furnace is provided.
  • the coolant lines (3, 4) are arranged in a serpentine shape and have only two copper pipe lugs (2) for the supply or removal of the cooling water.
  • the copper pipes (3) and copper pipe bends (4) are before Casting of the cooling plate has been welded together, the same applies to the two copper pipe approaches (2).
  • Fig. 4 shows a cross section through a cooling plate (1), the inner wall (5) of which is a flat surface (9) having.
  • the cooling water supply or cooling water discharge through the coolant lines (3, 4) takes place over two Copper pipe lugs (2) on the outer wall (6) are attached and connected to the cooling water circuit of the Arc furnace can be connected.
  • FIG. 5 and 6 show longitudinal sections through two cooling plates (1) compared to the embodiment according to FIG. 1 with vertical (13) and horizontal side flanges (14) or according to FIG. 6 only with vertical Side flanges (13) are equipped.
  • Both cooling plates (1) have four vertically inside arranged cooling pipes (2, 3, 4) and recesses (12) on the outer wall (6).

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Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlplatte für mit einer feuerfesten Auskleidung versehene Hochöfen, Direktreduktions-Reaktoren und Einschmelzvergaser der Eisen- und Stahlindustrie, bestehend aus gegossenem Kupfer oder einer niedriglegierten Kupferlegierung mit in ihrem Inneren angeordneten Kühlmittelkanälen.
Derartige Kupferkühlplatten sind üblicherweise zwischen dem Ofenmantel und der Ofenausmauerung angeordnet und an das Kühlsystem des metallurgischen Ofens angeschlossen. Auf der dem Ofeninneren zugewandten Seite sind die Kühlelemente bei Hochöfen weitgehend mit feuerfestem Material versehen, bei Stahlschmelzöfen werden die Kupferkühlelemente dagegen im oberen Teil des Ofens über der feuerfesten Auskleidung eingesetzt.
Es sind Platten aus Kupferguß bekannt, bei denen die Kühlkanäle durch eingegossene Stahlrohre gebildet sind. Bei den eingegossenen Stahlrohren behindert eine Oxidschicht sowie eine nicht ausreichende Verbindung zwischen Stahlrohr und Kupferplatte eine gleichmäßige Wärmeabfuhr.
Aus der DE 29 07 511 C2 ist eine Kühlplatte bekannt, die aus einem geschmiedeten oder gewalzten Rohblock gefertigt ist und wo die Kühlkanäle vertikal verlaufende Sackbohrungen sind, welche durch mechanisches Tiefbohren eingebracht sind. Die Sollage der Bohrungen nach Höhe und Seite wird genau eingehalten und dadurch eine gleichmäßige Wärmeabfuhr gewährleistet.
Die Kühlplatte ist an der dem Ofeninneren zugekehrten Seite mit Stegen und Nuten versehen und kann mit feuerfesten Steinen oder mit einer feuerfesten Stampfmasse ausgekleidet werden.
Aus der EP 0 705 906 A1 ist eine aus einem geschmiedeten oder gewalzten Kupferrohling gefertigte Kühlplatte bekannt, bei der zur Kühlung der Randzonen zusätzlich zu den vertikal verlaufenden Sackbohrungen Kühlkanäle eingebracht werden, die als vertikale oder horizontale Sackbohrungen kleineren Durchmessers um die vertikal angeordneten Sackbohrungen in die Ränder eingebracht werden.
Aus der GB 1 386 645 ist ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Kühlelementes mit einem oder mehreren inneren Kühlkanälen bekannt. Hierzu wird flüssiges Metall, beispielsweise Kupfer, in eine Form gegossen und anschließend werden vorgeformte Kühlkanalrohre aus dem gleichen Material in die Schmelze eingetaucht, um darin oberflächennah aufzuschmelzen und mit dem erstarrenden Gießprodukt zu verschweißen.
Die DT 2 313 320 beschreibt ein durch Umgießen mindestens eines Rohres mit Metall geformtes Gußteil, das zur Wärmeübertragung zwischen dem Gußteil und einem das Rohr durchfließenden Medium dient. Das Rohr kann aus rostfreiem Stahl oder Nickel-Kupfer bestehen; das um das Rohr herumgegossene Metall ist eine Kupferlegierung.
Aus der bisher unveröffentlichten DE-Patentanmeldung P 195 45 048.5-24 ist eine aus einem geschmiedeten oder gewalzten Kupferrohblock gefertigte Kühlplatte mit vertikal verlaufenden Sackbohrungen bekannt, die mit beidseitigen vertikalen und horizontalen Seitenflanschen ausgerüstet sind. Durch die Überlappung und Verbindung der vertikalen Seitenflansche kann ein umlaufender Kühlring innerhalb eines metallurgischen Ofens gebildet werden.
Durch Überlappung und Verbindung der horizontalen Seitenflansche können übereinander angeordnete Kühlringe oder einzelne übereinander angeordnete Kühlplatten miteinander verbunden werden.
Aus der bisher unveröffentlichten DE P 195 45 984.9 ist eine aus einem geschmiedeten oder gewalzten Kupferrohblock gefertigte Kühlplatte bekannt, die im oberen Teil eines Schmelzofens, insbesondere Lichtbogenofens, eingesetzt wird und deren glatte oder plane Innenseite durch keine feuerfeste Auskleidung geschützt wird.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine Kupferkühlplatte zu schaffen, die bei hoher Wärmeleitfähigkeit gute Anpassungsmöglichkeiten an unterschiedliche zu schützende Einrichtungen, wie öfen, Direktreduktions-Reaktoren und Einschmelzvergaser, gewährleistet.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt in der Weise, wie es in den Patentansprüchen angegeben ist.
Es werden in die aus Kupferguß bestehende Kühlplatte vorgefertigte gebogene Kühlrohre oder Kühlmittelkanäle, bestehend aus Kupferrohrleitungen, Kupferrohrbögen und Kupferrohransätzen, eingegossen.
Entsprechend der Breite der Kühlplatte werden Rohre in mehreren Reihen nebeneinander und/oder übereinander angeordnet. Die haarnadelförmigen Kopfseiten der Kühlkanäle werden gebildet entweder durch gebogene Rohre oder durch Rohrbögen oder Umkehrkappen. Die Einund Ausläufe werden mit Rohransätzen versehen. Die komplette Rohrleitung wird verschweißt und anschließend auf Dichtigkeit durch eine Druckprobe von ca. 15 bar/20 min. geprüft.
Die Rohre, Rohrbögen und Rohransätze müssen allerdings dickwandiger als handelsübliche Rohrleitungen sein, da sie nach dem Abguß mehrere Stunden einer erhöhten Temperaturbeaufschlagung in der Gießform ausgesetzt sind.
Die komplett vorgefertigte Rohrleitung wird in die Gießform eingelegt, im Unterkasten fixiert und dann mit der Kupferschmelze umgossen, so daß die Rohrleitung nach der Erstarrung der Schmelze in die Kupferplatte eingebettet ist.
Beim Umgießen der Rohrleitung mit Kupferguß wird eine geringe Aufschmelzung der dickwandigen Rohre an der Rohrwand erreicht. Durch die Aufschmelzung im Rohrwandbereich entsteht ein enger Verbund zwischen Rohr und Kupferumguß. Hierdurch wird eine einwandfreie Wärmeabfuhr gewährleistet.
Der Durchfluß und die Durchflußgeschwindigkeit des Kühlmediums wird durch die abgerundete Rohrleitungsführung gegenüber den kantigen Übergängen bei den gebohrten Kühlkanälen einer geschmiedeten oder gewalzten Platte verbessert und harmonisiert.
Für den Einsatz der gegossenen Kühlplatten im Hochofen sind auf der dem Ofeninneren zugewandten Wand der Kühlplatte Stege und Nuten für die Aufnahme von Feuerfestmaterial erforderlich, die entweder direkt eingegossen oder durch mechanische Bearbeitung aus einer glatten Wand herausgearbeitet werden können.
Bei Kupferkühlplatten für den Einsatz in einem Lichtbogenofen wird die Innenseite der Platte zweckmäßigerweise glatt oder plan ausgeführt, da die Innenseite nicht mit einer feuerfesten Auskleidung versehen wird.
Um die Kühlplatten zu einem umlaufenden Kühlring zusammenzusetzen, sind beidseitige vertikale Seitenflansche vorgesehen.
Für den Fall, daß mehrere Kühlringe übereinander in einem metallurgischen Ofen angeordnet werden, können die Kühlplatten auch mit horizontalen Seitenflanschen versehen werden.
Die Erfindung wird anhand von schematischen Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1
einen Längsschnitt durch eine Kühlplatte für einen Einsatz in einen Hochofen,
Fig. 2
einen Querschnitt von Fig. 1,
Fig. 3
einen Längsschnitt durch eine Kühlplatte für einen Einsatz in einen Lichtbogenofen,
Fig. 4
einen Querschnitt von Fig. 3,
Fig. 5
einen Längsschnitt durch eine Kühlplatte mit vertikalen und horizontalen Seitenflanschen,
Fig. 6
einen Längsschnitt durch eine Kühlplatte mit vertikalen Seitenflanschen.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch die Kühlplatte (1) mit beispielsweise vier vertikal angeordneten Kühlrohrleitungen (2, 3, 4) im Inneren der Kühlplatte (1) sowie in der Außenwand (6) eingebrachte Aussparungen (12).
Die Zuführung des Kühlwassers in die Rohrleitungen (3) erfolgt von unten über die mit den Kühlmittelversorgungsleitungen des Hochofens verbundenen Rohransätzen (2). Die Kühlmittelleitungen (2, 3, 4) der Kühlplatte (1) werden als getrennte Kühlkreisläufe an das Kühlsystem des Hochofens angeschlossen.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die Kühlplatte (1) mit den vertikal angeordneten Kühlmittelleitungen (2, 3, 4), die an der Innenwand (5) mit Stegen (7) und Nuten (8) und an der Außenwand (6) mit einer Aussparung (12) versehen sind, in die ein Tragzapfen (11) des Hochofenpanzers (10) eingreift.
Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch eine Kühlplatte (1), die für einen Einsatz in einen Lichtbogenofen vorgesehen ist.
Die Kühlmittelleitungen (3, 4) sind schlangenförmig angeordnet und weisen nur zwei Kupferrohransätze (2) für die Zu- bzw. Abfuhr des Kühlwassers auf. Die Kupferrohrleitungen (3) und Kupferrohrbögen (4) sind vor dem Guß der Kühlplatte miteinander verschweißt worden, gleiches gilt auch für die beiden Kupferrohransätze (2).
Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch eine Kühlplatte (1), deren Innenwand (5) eine plane Oberfläche (9) aufweist. Die Kühlwasserzufuhr bzw. Kühlwasserabfuhr durch die Kühlmittelleitungen (3, 4) erfolgt über zwei Kupferrohransätze (2), die an der Außenwand (6) angebracht sind und an den Kühlwasserkreislauf des Lichtbogenofens angeschlossen werden.
Die Fig. 5 und 6 zeigen Längsschnitte durch zwei Kühlplatten (1), die gegenüber der Ausführung nach Fig. 1 mit vertikalen (13) und horizontalen Seitenflanschen (14) bzw. entsprechend Fig. 6 nur mit vertikalen Seitenflanschen (13) ausgerüstet sind.
Beide Kühlplatten (1) weisen im Inneren vier vertikal angeordnete Kühlrohrleitungen (2, 3, 4) sowie Aussparungen (12) an der Außenwand (6) auf.
Bezugsziffernliste:
1
Kühlplatte
2
Kupferrohransätze
3
Kupferrohrleitung in 1
4
Kupferrohrbogen
5
Innenwand
6
Außenwand
7
Stege
8
Nuten
9
plane Oberfläche
10
Hochofenpanzer
11
Tragzapfen an 10
12
Aussparung
13
vertikaler Seitenflansch
14
horizontaler Seitenflansch

Claims (1)

  1. Kühlplatte für mit einer feuerfesten Auskleidung versehene Hochöfen, Direktreduktions-Reaktoren und Einschmelzvergaser der Eisen- und Stahlindustrie, bestehend aus gegossenem Kupfer oder einer niedriglegierten Kupferlegierung mit in ihrem Inneren angeordneten Kühlmittelkanälen,
    wobei in die Kühlplatte (1) vorgefertigte Kühlmittelkanäle, bestehend entweder aus Kupferrohransätzen (2), Kupferrohrleitungen (3) und Kupferrohrbögen (4) oder aus gebogenen Kupferrohren, eingegossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Ofeninneren zugewandte Wand (5) der Kühlplatte (1) Stege (7) und Nuten (8) oder eine plane Oberfläche (9) aufweist und
    daß die Kühlplatte (1) mit beidseitigen vertikalen (13) und/oder beidseitigen horizontalen Seitenflanschen (14) versehen ist.
EP97110960A 1996-07-05 1997-07-02 Kühlplatte für metallurgische Öfen der Eisen- und Stahlindustrie Expired - Lifetime EP0816515B1 (de)

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DE29611704U DE29611704U1 (de) 1996-07-05 1996-07-05 Kühlplatte für metallurgische Öfen
DE29611704U 1996-07-05

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EP0816515A1 EP0816515A1 (de) 1998-01-07
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