EP0837144A1 - Wandkühlelement für Schachtöfen - Google Patents

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EP0837144A1
EP0837144A1 EP97115379A EP97115379A EP0837144A1 EP 0837144 A1 EP0837144 A1 EP 0837144A1 EP 97115379 A EP97115379 A EP 97115379A EP 97115379 A EP97115379 A EP 97115379A EP 0837144 A1 EP0837144 A1 EP 0837144A1
Authority
EP
European Patent Office
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cooling element
coolant
chamber
element according
flow
Prior art date
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Ceased
Application number
EP97115379A
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English (en)
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Inventor
Bernd Primbsch
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Rea Rhein-Emscher Armaturen & Co KG GmbH
Original Assignee
Rea Rhein-Emscher Armaturen & Co KG GmbH
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Publication date
Application filed by Rea Rhein-Emscher Armaturen & Co KG GmbH filed Critical Rea Rhein-Emscher Armaturen & Co KG GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/026—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits
    • F28F9/0265—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits by using guiding means or impingement means inside the header box
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B7/00—Blast furnaces
    • C21B7/10—Cooling; Devices therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B1/00—Shaft or like vertical or substantially vertical furnaces
    • F27B1/10—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types
    • F27B1/24—Cooling arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D1/00—Casings; Linings; Walls; Roofs
    • F27D1/12—Casings; Linings; Walls; Roofs incorporating cooling arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D9/00—Cooling of furnaces or of charges therein
    • F27D2009/0002—Cooling of furnaces
    • F27D2009/004—Cooling of furnaces the cooling medium passing a waterbox
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0077—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for tempering, e.g. with cooling or heating circuits for temperature control of elements
    • F28D2021/0078—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for tempering, e.g. with cooling or heating circuits for temperature control of elements in the form of cooling walls

Definitions

  • the invention relates to a wall cooling element for shaft furnaces, in particular blast furnaces, which essentially consist of an oven side attachable to the furnace, and one inside Box-like flat, chamber-like cavity There is a cooling element, with the cavity at the lower end a coolant inlet and at the top with a coolant outlet is provided, and between the inlet and outlet Coolant guidance is provided.
  • Wall cooling elements are attached to the inside of a stove load-bearing element of the blast furnace, namely on the blast furnace shell appropriate.
  • the wall cooling elements are on the furnace side optionally provided with shotcrete or fireproof masonry, what is needed to protect the tank against high temperatures is.
  • the task of the wall cooling elements is to cool the Blast furnace shell, which on the one hand prevents the heat from escaping avoided from the oven and on the other hand the appropriate Facilities should be protected.
  • Wall cooling elements are usually made using the casting process Gray cast iron (GGG) manufactured.
  • GGG Gray cast iron
  • GGG spheroidal graphite cast iron
  • cooling elements In addition to the wall cooling elements arranged vertically on the furnace shell horizontally arranged cooling elements are also known, which are plugged into openings on the tank and welded will.
  • For connecting the cooling elements to the tank are the openings in the tank with a frame or with corresponding Provide flanges to the cooling element with the Oven armor to connect load-bearing.
  • the horizontally through the Oven shells in the oven facing cooling elements are spaced juxtaposed and staggered, whereby a so-called point cooling occurs.
  • the existing space is between the cooling elements lined with a very thick and elaborate masonry.
  • Such masonry is particularly in production very expensive. Cooling elements and masonry inserted at the same time on the tank, making a very long Installation time is to be accepted. Such cooling is due to the high amount of water, the resulting pressure drops and the cooling pipes are extremely expensive.
  • the masonry wears out in the area between the cooling elements which is very disadvantageous affects the furnace shell, as this on the worn out Places is hardly cooled.
  • the cooling elements form unprotected cooling tips when the masonry wears out in the oven, which disadvantageously large amounts of heat from the oven pull.
  • the system also requires horizontal cooling elements a very complex and expensive piping outside the Oven shell.
  • DE-AS 27 38 879 are already hollow plate-like cooling elements made of cast steel known at the lower side end with a coolant inlet and at the top at the opposite Side are provided with an outlet. Within the cooling elements are labyrinthine through partition walls, tubular channels provided. Except for one very elaborate manufacturing process in such No cooling element due to the nature of the tubular channels even cooling achieved. Furthermore, the attachment of such a cooling element on the furnace shell with the already disadvantages described.
  • DE-PS 31 53 044 is a box-like cooling element for Smelting furnaces described, which consist essentially of one cast support body, in which in complex construction two chamber-like cooling channels run at a distance from one another.
  • the type of flow body formation prevented uniform cooling, especially over the height of the chambers.
  • a box-like cooling element is still from DE-PS 40 35 896. Because the coolant inflow and outflow are each provided at the lower end, can at Place the type of coolant in the upper area of the vapor bubbles, the uneven cooling and additional corrosion cause.
  • the invention is based on the object To create wall cooling element, the manufacturing technology and economically, it’s a great simplification, the greater heat transfer, and thus one allows more uniform cooling, that in shape and Formation of the inner surface of the furnace shell is adaptable, and one without weakening the furnace shell ensures better handling and simplification of assembly.
  • the production of the cooling elements according to the invention is in the Compared to the conventional manufacturing process simple, the chamber ensures a large area due to the cavity, with the help of which the cooling water better Allows heat transfer.
  • the cooling elements can be used as single and multiple chambers be trained.
  • the manufacture can be in shape a welded construction or by means of a casting process be carried out, the material selection not only on Gray cast iron or copper remains limited.
  • the cooling elements can be connected to a circulatory system operated with an open and closed cooling water circuit will.
  • the cooling elements have an outer and an inner chamber, each with a coolant inlet and outlet and flow bodies are predictable.
  • cooling elements designed as hollow bodies however lies in the suspension according to the invention or attachment to the blast furnace.
  • beneficial Construction for the attachment of the cooling elements whereby a variety of openings or bores in the blast furnace savings
  • each chamber of a cooling element with only one coolant inlet and a coolant outlet is connected, whereby the The number of holes or openings in the furnace shell was kept low becomes.
  • each cooling element is provided with a thread in which for simplification the assembly process pipe socket for the coolant connection can be screwed in.
  • Cooling elements conceivable, the outer shape of which is basically rectangular can be trained, but with the guarantee of a correspondingly in terms of surface flow Form adaptable to the conditions and the course of the furnace is.
  • Cooling element 1 has a rectangular plan and two side by side arranged, each forming a cavity Chambers 2, 3 on.
  • the chambers 2, 3 are in the casting process, for example made of copper, in one operation or have been welded together in the welding process.
  • the cooling element 1 or each chamber 2, 3 a coolant inlet 7 and at the upper end, respectively centrally arranged, a coolant outlet 8.
  • the above the height of the cooling element 1 in the chambers 2, 3 indicated Flow bodies 9 can have a different shape and arrangement.
  • the hooks 4, 5 are in this way with corresponding bevels provided, the same applies to the rail training that due to the weight of the cooling elements 1, a safe Snagging on the tank 6 is guaranteed.
  • FIG. 3 in a plan view and in a schematic Form indicated example of a cooling element 1 with two chambers 2, 3 shows special flow bodies 21 with an opening in the area of the coolant inlet 7 and the coolant outlet 8.
  • the flow body 21 ensure how the Arrows in the lower right half of the picture show an even Distribution of the coolant flow also in the area of rounded corners of the cavities.
  • the cooling elements 1 arranged flow body 9 in the chamber 2, 3 take care that the flow over the entire height of the cooling element 1 evenly distributed over the surface becomes. It may be sufficient to have an even distribution to achieve the flow, only the bottom area or Ceiling area of the cooling elements 1 with a profile Mistake.
  • the ceilings 20 facing the oven Provide cooling elements 1 with appropriate profiles be a firm engagement with the masonry 17 or the Ensure shotcrete.
  • FIG. 5 shows an embodiment in a further plan view a cooling element 1 shown, in which within a further chamber 3 is arranged in the intended chamber 2 is, each independently a coolant inlet 7 and one have outlet 8.
  • Such a cooling element can also do so in terms of cooling technology be switched that first the outer or inner chamber can be flowed through and then the corresponding other chamber. This can significantly reduce the amount of cooling water will.
  • the coolant inlets and outlets 7, 8 can also with Flow bodies 21 may be provided.
  • the flow bodies 9 are provided with openings 18, which allow better and more uniform cooling and prevent the formation of vapor bubbles.
  • FIG. 7 there are cooling elements in two chambers 2, 3 1 further embodiments of the coolant inlet and outlet 7, 8 surrounding flow bodies 21 are shown.
  • the coolant curve indicated by the arrows shows, are due to the flow bodies 21 which are only open at the top the water outlet 8 around the areas in the corners in full Chilled scope.

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Abstract

Wandkühlelemente für Schachtöfen, insbesondere für Hochöfen, beispielsweise aus Graugruß oder Kupfer, bestehen im wesentlichen aus ofenseitig am Hochofenpanzer (6) befestigbaren, und im Inneren einen kammerartigen Hohlraum aufweisenden, kastenartigen flachen Kühlelementen (1), wobei der Hohlraum am unteren Ende mit einem Kühlmittelzu- (7) und am oberen Ende mit einem Kühlmittelauslauf (8) versehen ist, und zwischen Zulauf und Auslauf eine Kühlmittelführung vorgesehen ist. Zur herstellungstechnischen und wirtschaftlichen Vereinfachung sind in dem Hohlraum eines Kühlelementes (1) zwischen Boden (19) und Decke (20) das Kühlmittel in der Breite und Höhe gleichmäßig verteilende Strömungskörper (9; 21) angeordnet und das kastenartige Kühlelement (1) ist über mindestens am oberen und unteren Ende bodenseitig vorgesehene Hakenelemente (4) und mit diesen am Ofenpanzer (6) korrespondierende Hakenelemente (5) befestigbar ausgebildet. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Wandkühlelement für Schachtöfen, insbesondere Hochöfen, das im wesentlichen aus einem ofenseitig am Hochofenpanzer befestigbaren, und im Inneren einen kammerartigen Hohlraum aufweisenden, kastenartigen flachen Kühlelement besteht, wobei der Hohlraum am unteren Ende mit einem Kühlmittelzu- und am oberen Ende mit einem Kühlmittelauslauf versehen ist, und zwischen Zulauf und Auslauf eine Kühlmittelführung vorgesehen ist.
Wandkühlelemente werden von der Innenseite eines Ofens an dem tragenden Element des Hochofens, und zwar am Hochofenpanzer angebracht. Zur Ofenseite hin werden die Wandkühlelemente wahlweise mit Spritzbeton oder einem Feuerfestmauerwerk versehen, was zum Schutz des Panzers gegen hohe Temperaturen erforderlich ist.
Die Aufgabe der Wandkühlelemente liegt in der Kühlung des Hochofenpanzers, wodurch einerseits das Heraustreten der Wärme aus dem Ofen vermieden und andererseits die entsprechenden Einrichtungen geschützt werden sollen.
Üblicherweise werden Wandkühlelemente im Gießverfahren aus Grauguß (GGG) hergestellt. Für die zwischen dem Kühlmittelzulauf und dem Kühlmittelauslauf erforderliche Kühlmittelführung werden bei der Herstellung in die Formen Rohre aus Stahl eingelegt und die Zwischenräume in den kastenartigen Kühlelementen werden mit Kugelgraphitguß (GGG) ausgegossen. Bei dieser Art des Herstellungsverfahrens läßt sich jedoch ein Luftspalt zwischen den Rohren und dem Gußkörper nicht verhindern, wodurch in nachteiliger Weise der Wärmedurchgang von der heißen Seite ins Kühlwasser erschwert wird.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Wandkühlelemente mit einer solchen Kühlmittelführung ist darin zu sehen, daß der Querschnitt der Rohre nur eine kleine Fläche bildet, um die anfallende große Wärmemenge abzuführen. Des weiteren besteht ein wesentlicher Nachteil darin, daß für die Befestigung der Wandkühlelemente am Ofenpanzer neben den vielen Öffnungen für die Kühlmittelführung zusätzliche, eine Schwächung des Panzers hervorrufende Öffnungen oder Bohrungen für die Aufhängung erforderlich sind.
Die Herstellung der im Gießverfahren erstellten Wandkühlelemente ist sehr aufwendig, wobei ein weiteres, wesentliches Problem in dem extrem hohen Gewicht der einzelnen Kühlelemente zu sehen ist, wodurch die Montage am Hochofenpanzer erheblich erschwert wird.
Die Befestigung der Wandkühlelemente mittels sogenannter Hammerkopfschrauben am Panzer erfordert beim Gießen entsprechende Ausnehmungen für die Schrauben, insbesondere für die Hammerköpfe. Die Schrauben werden auf der dem Ofen abgewandten Seite des Panzers mit Muttern gesichert, wobei zur Erzielung einer gasdichten Schraubverbindung zusätzliche Kappen um die Muttern herum am Panzer angeschweißt werden müssen.
Da vor dem Anbringen der Wandkühlelemente die Kühlmittelrohre für die Kühlmittelzu- und -abläufe jeweils durch den Ofenpanzer zu führen sind, ist die Montage bzw. die Befestigung der Wandkühlelemente am Hochofenpanzer äußerst aufwendig und von der Handhabung her umständlich, da die hohen Gewichte zusätzlich eine Erschwernis darstellen.
Neben den aus Graugruß (GGG) herstellbaren Wandkühlelementen sind vergleichbare Kühlelemente aus gewalzten Kupferblöcken bekannt, in welche zur Bildung der Wasserführung entsprechende Bohrungen eingebracht werden. Die der Länge nach in dem Kupferblock eingebrachten Bohrungen werden am oberen und unteren Ende verschlossen und mit seitlich in die Fläche für den Kühlmittel zu- und den -auslauf eingebrachten Bohrungen verbunden. Die Befestigung derartiger Kühlelemente am Hochofenpanzer ist ebenso, wie die der Graugußkörper aufwendig und montageintensiv.
Neben den vertikal am Ofenpanzer angeordneten Wandkühlelementen sind des weiteren horizontal angeordnete Kühlelemente bekannt, die in Öffnungen am Panzer eingesteckt und verschweißt werden. Für die Verbindung der Kühlelemente mit dem Panzer sind die Öffnungen im Panzer mit einem Rahmen oder mit entsprechenden Flanschen versehen, um das Kühlelement mit dem Ofenpanzer tragfähig zu verbinden. Die horizontal durch den Ofenpanzer in den Ofen gerichteten Kühlelemente werden in Abstand nebeneinander und übereinander versetzt angeordnet, wodurch eine sogenannte Punktkühlung entsteht.
Zwischen den Kühlelementen wird der vorhandene Zwischenraum mit einem sehr dicken und aufwendigen Mauerwerk ausgemauert. Ein solches Mauerwerk ist insbesondere in der Herstellung sehr kostenaufwendig. Kühlelemente und Mauerwerk werden gleichzeitig am Panzer eingebracht, wodurch eine sehr lange Montagedauer in Kauf zu nehmen ist. Eine derartige Kühlung ist durch die hohe Wassermenge, die entstehenden Druckverluste und die Kühlverrohrungen äußerst kostenintensiv.
Im Laufe der Betriebszeit verschleißt das Mauerwerk im Bereich zwischen den Kühlelementen, was sich sehr nachteilig auf den Ofenpanzer auswirkt, da dieser an den verschlissenen Stellen kaum gekühlt wird. Darüber hinaus bilden die Kühlelemente beim Verschleiß des Mauerwerks ungeschützte Kühlspitzen im Ofen, die nachteiligerweise große Wärmemengen aus dem Ofen ziehen.
Des weiteren benötigt das System der horizontalen Kühlelemente eine sehr aufwendige und teure Verrohrung außerhalb des Ofenpanzers.
Nach der DE-AS 27 38 879 sind bereits hohlplattenartige Kühlelemente aus Gußstahl bekannt, die am unteren seitlichen Ende mit einem Kühlmitteleinlaß und am oberen Ende an der entgegengesetzten Seite mit einem -auslaß versehen sind. Innerhalb der Kühlelemente sind durch Trennwände labyrinthartig verlaufende, rohrartige Kanäle vorgesehen. Abgesehen von einem sehr aufwendigen Herstellungsverfahren wird bei einem derartigen Kühlelement durch die Art der rohrartigen Kanäle keine gleichmäßige Kühlung erzielt. Des weiteren ist die Befestigung eines solchen Kühlelementes am Ofenpanzer mit den bereits geschilderten Nachteilen behaftet.
In der DE-PS 31 53 044 ist ein kastenartiges Kühlelement für Verhüttungsöfen beschrieben, das im wesentlichen aus einem gegossenen Tragkörper besteht, in dem in aufwendiger Bauweise in Abstand nebeneinander zwei kammerartige Kühlkanäle verlaufen. Die Art der Ausbildung der Strömungskörper verhindert eine gleichmäßige Kühlung insbesondere über die Höhe der Kammern. Des weiteren befindet sich zwischen den Kammern eine Problemzone, in der im Grunde nur zusätzliche Bohrungen für die Montageschrauben angeordnet sind.
Ein kastenartiges Kühlelement ist weiterhin aus der DE-PS 40 35 896 zu entnehmen. Da der Kühlmittelzufluß und -abfluß jeweils am unteren Ende vorgesehen sind, können sich bei der Art der Kühlmittelführung im oberen Bereich Dampfblasen absetzen, die eine ungleichmäßige Kühlung und zusätzliche Korrosion hervorrufen.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Wandkühlelement zu schaffen, das herstellungstechnisch und wirtschaftlich betrachtet, eine große Vereinfachung darstellt, das einen größeren Wärmedurchgang, und somit eine größere gleichmäßigere Kühlung erlaubt, das in der Form und Ausbildung der inneren Fläche des Ofenpanzers anpaßbar ist, und das darüber hinaus ohne Schwächung des Ofenpanzers eine bessere Handhabung und Montagevereinfachung gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem Hohlraum eines Kühlelementes zwischen Boden und Decke das Kühlmittel in der Breite und Höhe gleichmäßig verteilende Strömungskörper angeordnet sind, und daß das kastenartige Kühlelement über mindestens am oberen und unteren Ende bodenseitig vorgesehene Hakenelemente und mit diesen am Ofenpanzer korrespondierende Hakenelemente befestigbar ausgebildet ist.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Kühlelemente ist im Vergleich zum herkömmlichen Herstellungsverfahren einfach, wobei die Kammer aufgrund des Hohlraums eine große Fläche gewährleistet, mit deren Hilfe das Kühlwasser einen besseren Wärmeübergang ermöglicht.
Die Kühlelemente können erfindungsgemäß als Ein- und Mehrfachkammern ausgebildet sein. Die Herstellung kann in Form einer geschweißten Konstruktion oder mittels Gießverfahren durchgeführt werden, wobei die Materialauswahl nicht nur auf Grauguß oder Kupfer beschränkt bleibt.
Um die Kühlmittelführung in dem Hohlkörper bzw. in den nebeneinanderliegenden Kammern über die gesamte Fläche zu vergleichmäßigen, können in verschiedenen Ausführungen Strömungskörper eingebracht werden.
Als Anschluß an ein Kreislaufsystem können die Kühlelemente mit einem offenen und geschlossenen Kühlwasserkreislauf betrieben werden.
Der Vorteil einer über die Fläche gleichmäßigen Kühlung kann mit einer geringeren Mauerung oder weniger Spritzbeton verbunden werden, wodurch effektiv eine Vergrößerung des Hochofenprofils erzielbar ist. Auch bei Verschleiß des Mauerwerks oder des Spritzbetons kann das über die Fläche wirkende Kühlelement die Aufgabe der Mauerung übernehmen und durch Bildung von Ansätzen aus Schlacken und Eisen einen wirksamen Schutz der Kühlelemente und damit des Panzers aufbauen.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung können die Kühlelemente eine äußere und eine innere Kammer aufweisen, die jeweils mit einem Kühlmittelzu- und -auslauf und Strömungskörpern versehbar sind.
Ein besonderer Vorteil der als Hohlkörper ausgebildeten Kühlelemente liegt jedoch in der erfindungsgemäßen Aufhängung oder Befestigung am Hochofenpanzer. Neben der vorteilhaften Konstruktion für die Befestigung der Kühlelemente, wodurch eine Vielzahl von Öffnungen oder Bohrungen im Hochofenpanzer eingespart werden, ergibt sich ein weiterer Vorteil dadurch, daß jede Kammer eines Kühlelementes nur mit einem Kühlmittelzulauf und einem Kühlmittelauslauf verbunden ist, wodurch die Anzahl der Bohrungen oder Öffnungen im Ofenpanzer gering gehalten wird.
Die für den Kühlmittelzulauf und den -auslauf vorgesehenen Bohrungen am oberen und unteren Ende eines jeden Kühlelementes sind mit einem Gewinde versehbar, in welches zur Vereinfachung des Montagevorganges Rohrstutzen für den Kühlmittelanschluß eingeschraubt werden können. Um die Bohrungen im Panzer, durch welche die Kühlmittelzu- und -abführungen durchgeleitet werden, gasdicht abkapseln zu können, werden diese mit Edelstahlwellschläuchen umgeben, die an einem Ende am Panzer und am anderen Ende am Zuführungsrohr angeschweißt werden.
Unabhängig vom Herstellungsverfahren sind erfindungsgemäß Kühlelemente vorstellbar, deren äußere Form im Prinzip rechteckig ausgebildet sein kann, die aber bei Gewährleistung einer entsprechend flächenmäßig ausgebildeten Strömung in ihrer Form den Bedingungen und dem Verlauf des Ofenpanzers anpaßbar ist.
Bedingt durch die vertikale Anordnung der Kühlelemente sowie der Kühlmittelzuläufe unten und der -ausläufe oben und der großen Kühlmittelmenge in den Kühlelementen, ist eine sehr gute Notfalleigenschaft (z.B. bei Stromausfall) durch den Betrieb als Verdampfungskühlung möglich.
Durch die flächenmäßige Anordnung der Kühlelemente bildet sich vorteilhafterweise vor den Kühlelementen eine Schutzschicht aus Schlacke, welche die Kühlelemente und den Hochofenpanzer soweit schützt, daß eine FF-Materialschicht nicht mehr unbedingt erforderlich ist.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im nachfolgenden näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1
ein Ausführungsbeispiel eines Kühlelementes in Draufsicht mit zwei nebeneinander angeordneten Kammern,
Figur 2
eine Seitendarstellung des in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiels im Schnitt,
Figur 3
ein Ausführungsbeispiel eines Kühlelementes mit besonderen Strömungskörpern,
Figur 4
eine Seitenansicht des in Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiels,
Figur 5
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kühlelementes mit ineinander angeordneten Kammern,
Figur 6
ein Ausführungsbeispiel eines Kühlelementes mit einer speziellen Kühlmittelführung und
Figur 7
eine besondere Ausführung von Strömungskörpern.
Das in Figur 1 in schematisierter Draufsicht wiedergegebene Kühlelement 1 weist einen rechteckigen Grundriß und zwei nebeneinander angeordnete, jeweils einen Hohlraum bildende flache Kammern 2, 3 auf. Die Kammern 2, 3 sind im Gießverfahren, beispielsweise aus Kupfer, in einem Arbeitsgang hergestellt oder im Schweißverfahren miteinander verschweißt worden.
Am unteren Ende weist das Kühlelement 1 bzw. weist jede Kammer 2, 3 einen Kühlmittelzulauf 7 und am oberen Ende, jeweils zentral angeordnet, einen Kühlmittelauslauf 8 auf. Die über die Höhe des Kühlelementes 1 in den Kammern 2, 3 angedeuteten Strömungskörper 9 können eine andere Form und Anordnung aufweisen.
Die in Figur 1 im oberen Bildteil vorgesehene Tropfenform der Strömungskörper 9 verursacht eine gleichmäßige Verteilung des Kühlmittels über die Breite und Höhe der Kammern 2, 3. Es erscheint möglich, die Tropfenform der Strömungskörper 9 auch in umgekehrter Form mit dem dünneren Ende nach unten, wie im unteren Teil der Figur 1 gezeigt, auszuführen.
Aus der in Figur 2 wiedergegebenen Seitenansicht in einem Schnitt durch das Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ist die Aufhängung bzw. Befestigung am Hochofenpanzer 6 zu entnehmen. Auf der zum Hochofenpanzer 6 gerichteten Seite, und zwar dem mit 19 bezeichneten Boden, weisen die Kühlelemente 1 Haken 4 auf, die in am Hochofenpanzer 6 angeschweißte Haken 5 eingreifen. Die Haken 4 können zur besseren Einstellung der Position eines Kühlelementes 1 als Schiene ausgebildet sein.
Die Haken 4, 5 sind derart mit korrespondierenden Abschrägungen versehen, gleiches gilt für die Schienenausbildung, daß, bedingt durch das Gewicht der Kühlelemente 1, ein sicheres Verhaken am Panzer 6 gewährleistet wird.
Zum Einsetzen der mit dem Kühlelement 1 über das Gewinde 13 verschraubbaren Kühlmittelrohre 14 sind an vorgegebener Stelle im Hochofenpanzer 6 Öffnungen 15 vorgesehen. Mit Hilfe der Gewinde 13 werden die Rohre 14 gasdicht mit dem Kühlelement 1 verbunden, wobei der Zwischenraum zwischen dem Kühlelement 1 und dem Hochofenpanzer 6 mit einer Feuerfestmasse 16 ausgefüllt wird. Über die Kühlmittelrohre 14 und deren Befestigung am Panzer 6 wird eine Arretierung der Kühlelemente 1 am Panzer 6 erzielt.
Das in Figur 3 in einer Draufsicht und in schematisierter Form angedeutete Beispiel eines Kühlelementes 1 mit zwei Kammern 2, 3 zeigt besondere Strömungskörper 21 mit einer Öffnung im Bereich des Kühlmittelzulaufs 7 und des Kühlmittelauslaufs 8. Die Strömungskörper 21 gewährleisten, wie die Pfeile in der rechten unteren Bildhälfte zeigen, eine gleichmäßige Verteilung der Kühlmittelströmung auch im Bereich der innen abgerundeten Ecken der Hohlräume.
Die in diesem Ausführungsbeispiel geradlinig in Längsrichtung der Kühlelemente 1 angeordneten Strömungskörper 9 in den Kammer 2, 3 tragen Sorge, daß die Strömung über die gesamte Höhe des Kühlelementes 1 gleichmäßig über die Fläche verteilt wird. Eventuell ist es ausreichend, um eine gleichmäßige Verteilung der Strömung zu erzielen, nur den Bodenbereich oder Deckenbereich der Kühlelemente 1 mit einer Profilierung zu versehen.
Wie aus den Ausführungsbeispielen nach den Figuren nicht zu entnehmen ist, können die zum Ofen gerichteten Decken 20 der Kühlelemente 1 mit entsprechenden Profilierungen versehen sein, die einen festen Eingriff mit dem Mauerwerk 17 oder dem Spritzbeton gewährleisten.
In Figur 5 ist in einer weiteren Draufsicht ein Ausführungsbeispiel eines Kühlelementes 1 dargestellt, bei dem innerhalb der vorgesehenen Kammer 2 eine weitere Kammer 3 angeordnet ist, die unabhängig jeweils einen Kühlmittelzulauf 7 und einen -auslauf 8 aufweisen. Darüber hinaus sind die Strömungskörper 9 in der Kammer 3 beispielartig schräg verlaufend angeordnet. Ein solches Kühlelement kann kühltechnisch auch so geschaltet werden, daß zuerst die äußere oder innere Kammer durchströmt werden kann und anschließend die entsprechende andere Kammer. Dadurch kann die Kühlwassermenge erheblich reduziert werden.
Die Kühlmittelzu- und -ausläufe 7, 8 können zusätzlich mit Strömungskörpern 21 versehen sein.
In dem im Schnitt in schematisierter Form wiedergegebenen Ausführungsbeispiel eines Kühlelementes 1 nach Figur 6 weisen die Strömungskörper 9, die abwechselnd an den Rändern 11 und 12 angeordnet sind, zwischen Boden 20 und Decke 19 einer Kammer 2, 3 eine besondere gangartige Kühlmittelführung 10 auf. Der Kühlmittelzulauf 7 und der Kühlmittelauslauf 8 sind entsprechend der Kühlmittelführung am unteren und oberen Ende einer Kammer 2, 3 angeordnet.
Zusätzlich sind die Strömungskörper 9 mit Öffnungen 18 versehen, die eine bessere und gleichmäßigere Kühlung erlauben und eine Dampfblasenbildung verhindern.
In Figur 7 sind in einem zwei Kammern 2, 3 aufweisenden Kühlelement 1 weitere Ausführungsbeispiele von den Kühlmittelzu- und -auslauf 7, 8 umgebenden Strömungskörpern 21 dargestellt. Wie der durch die Pfeile vorgegebene Kühlmittelverlauf zeigt, werden durch die nur nach oben offenen Strömungskörper 21 um den Wasserauslauf 8 herum die Flächen in den Ecken in vollem Umfang gekühlt. Die unterschiedlich großen Öffnungen 22 der Strömungskörper 21 um den Kühlmittelzulauf 7 herum gewährleisten ebenfalls eine gleichmäßige Verteilung des Kühlmittels, wobei die nach oben gerichteten Öffnungen 22 um den Wasserzulauf 7 herum kleiner sind, als die nach unten gerichteten Öffnungen 22.
Bezugszeichenliste
1
Kühlelement
2
Kammer
3
Kammer
4
Haken
5
Haken
6
Hochofenpanzer
7
Kühlmittelzulauf
8
Kühlmittelauslauf
9
Strömungskörper
10
gangartige Wasserführung
11
Seite eines Kühlelementes
12
Seite eines Kühlelementes
13
Gewinde
14
Wasserrohre
15
Öffnungen
16
Hinterfüllmasse
17
FF-Material
18
Öffnungen
19
Boden
20
Decke
21
Strömungskörper
22
Öffnung

Claims (15)

  1. Wandkühlelement für Schachtöfen, insbesondere für Hochöfen, beispielsweise aus Graugruß oder Kupfer, das im wesentlichen aus einem ofenseitig am Hochofenpanzer befestigbaren, und im Inneren einen kammerartigen Hohlraum aufweisenden, kastenartigen flachen Kühlelement besteht, wobei der Hohlraum am unteren Ende mit einem Kühlmittelzu- und am oberen Ende mit einem Kühlmittelauslauf versehen ist, und zwischen Zulauf und Auslauf eine Kühlmittelführung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Hohlraum eines Kühlelementes (1) zwischen Boden (19) und Decke (20) das Kühlmittel in der Breite und Höhe gleichmäßig verteilende Strömungskörper (9; 21) angeordnet sind, und daß das kastenartige Kühlelement (1) über mindestens am oberen und unteren Ende bodenseitig vorgesehene Hakenelemente (4) und mit diesen am Ofenpanzer (6) korrespondierende Hakenelemente (5) befestigbar ausgebildet ist.
  2. Wandkühlelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kammerartige Hohlraum eines Kühlelementes (1) in mindestens zwei nebeneinander angeordnete Kammern (2, 3) unterteilt ausgebildet ist, wobei die nebeneinander liegenden Kammern (2, 3) mit jeweils einem Kühlmittelzu- und -auslauf (7, 8) und Strömungskörpern (9; 21) versehen sind.
  3. Wandkühlelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kammerartige Hohlraum eines Kühlelementes (1) durch zwischen Boden (19) und Decke (20) vorgesehene Trennwände in eine innere und äußere Kammer (2,,3) unterteilt ausgebildet ist, wobei jede Kammer (2, 3) mindestens mit einem Kühlmittelzu- und -auslauf (7, 8) versehen ist.
  4. Wandkühlelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen Boden (19) und Decke (20) einer Kammer (2, 3) angeordneten Strömungskörper (9) eine tropfenartige Form aufweisen.
  5. Wandkühlelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen Boden (19) und Decke (20) einer Kammer (2, 3) angeordneten Strömungskörper (9) als schräg zur Strömung angeordnete Abschnitte ausgebildet sind.
  6. Wandkühlelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen Boden (19) und Decke (20) einer Kammer (2, 3) angeordneten Strömungskörper (9) als vertikal verlaufende Abschnitte ausgebildet sind.
  7. Wandkühlelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Ofenpanzer (6) gerichteten Anschlüsse für die Kühlmittelzu- und -ausläufe (7, 8) im Kühlelement (1) Gewinde (13) für die durch entsprechende Öffnungen (15) im Ofenpanzer (6) geführten Kühlmittelrohre (14) versehbar sind.
  8. Wandkühlelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens in dem zum Ofen (6) gerichteten Boden (19) der Kammer (2, 3) eines Elementes (1) Strömungskörper (9), beispielsweise in Form von Profilierungen vorsehrbar sind.
  9. Wandkühlelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskörper (9) in Form von Strömungsblechen eine von unten nach oben verlaufende gangartige Kühlmittelführung (10) bildend, abwechselnd an den gegenüberliegenden Seiten (11, 12) eines Kühlelementes (1) befestigt sind, wobei in den Strömungsblechen zusätzliche Öffnungen (18) angeordnet sind.
  10. Wandkühlelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Ofen gerichtete Decke (20) eines Kühlelementes (1) auf der Außenseite mit Profilierungen versehbar ist.
  11. Wandkühlelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlelemente (1) im Gießverfahren aus Grauguß oder Kupfer herstellbar ist.
  12. Wandkühlelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlelement (1) im Schweißverfahren aus Stahlblechen oder Kupfer herstellbar ist.
  13. Wandkühlelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der im Querschnitt kreisförmige Kühlmittelzulauf (7) einer Kammer (2, 3) mit einem den Kühlmittelzulauf (7) teilweise umgebenden nach unten geöffneten Strömungskörper (21) versehbar ist.
  14. Wandkühlelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der im Querschnitt kreisförmige Kühlmittelauslauf (8) mit einem den Kühlmittelauslauf (8) teilweise umgebenden, und nach oben geöffneten Strömungskörper (21) versehbar ist.
  15. Wandkühlelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der im Querschnitt kreisförmige Kühlmittelauslauf (8) mit einem teilweise den Kühlmittelauslauf (8) umgebenen Strömungskörper (21) versehen ist, der nach unten eine kleinere Öffnung (22) und nach oben eine größere Öffnung (22) aufweist.
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