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