EP1077358A1 - Kühlelement - Google Patents

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EP1077358A1
EP1077358A1 EP00117133A EP00117133A EP1077358A1 EP 1077358 A1 EP1077358 A1 EP 1077358A1 EP 00117133 A EP00117133 A EP 00117133A EP 00117133 A EP00117133 A EP 00117133A EP 1077358 A1 EP1077358 A1 EP 1077358A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
plate
cooling
cover plate
cooling element
coolant
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP00117133A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Dipl-Ing. Rolf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KM Europa Metal AG
Original Assignee
KM Europa Metal AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KM Europa Metal AG filed Critical KM Europa Metal AG
Publication of EP1077358A1 publication Critical patent/EP1077358A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B7/00—Blast furnaces
    • C21B7/10—Cooling; Devices therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B7/00—Heating by electric discharge
    • H05B7/02—Details
    • H05B7/12—Arrangements for cooling, sealing or protecting electrodes
    • 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
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B3/00—Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Tank furnaces
    • F27B3/10—Details, accessories, or equipment peculiar to hearth-type furnaces
    • F27B3/24—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

Definitions

  • the invention relates to a cooling element for shaft and melting furnaces and a cooling element for an electric melting furnace as an integral part of an electrode holder a support device holding an electrode.
  • Shaft and melting furnaces are interchangeable for thermal insulation inner metal cladding on which insulating materials such as Chamotte can be attached. Those prevailing within shaft and smelting furnaces However, temperatures are so high that additional cooling of the Cladding is required to prevent the cooling elements from softening.
  • cooling pipes in cast iron, plate-like cooling elements pour in. This has the disadvantage that a surrounding the cooling tubes Oxide layer or an air gap make the heat transfer to the coolant difficult can.
  • cast iron cooling elements have a relatively low thermal conductivity.
  • DE 29 07 511 C2 discloses a cooling element for shaft furnaces made of copper or a low-alloy copper alloy consists of a forged or rolled copper block. At This type of coolant channels are created by mechanical deep drilling inside the cooling element. The blind holes drilled in the cooling element are sealed by soldering or welding in threaded plugs. On the back of the cooling element there are inlet bores to the coolant channels, in the nozzle required for the coolant supply or coolant discharge are welded or soldered.
  • cooling elements for electric melting furnaces have different types Recesses on, through the additional burner or lances above the melt in the melting furnaces can be introduced.
  • the coolant channels must therefore be on these openings are passed, which means an additional manufacturing effort brings with it. Any deviation of a coolant channel from a straight line can only can be achieved with various cross holes or millings, which then in turn have to be closed by plugs or lids. The manufacturing effort such cooling elements is therefore high.
  • coolant channels also count by mechanically removing material in a cooling plate and the cover the channel line thus formed with a cover plate.
  • the cover plate be tightly fixed to the cooling plate.
  • a welding of cooling plates and cover plates made of copper or copper alloys to form a cooling element is difficult and required due to the high thermal conductivity of the materials Appropriate specialists, particularly in the case of on-site repairs, only rarely Cases are available.
  • the invention is based on the object Cooling element for shaft and melting furnaces as well as for an electric melting furnace Integrated component of an electrode holder to improve manufacturing technology.
  • the invention solves the problem by the in the characterizing parts of the claims 1 or 2 specified characteristics.
  • the cooling element according to the invention for shaft and melting furnaces comprises one Cooling plate made of copper or a copper compound and a cohesive with the Cooling plate connected cover plate, with coolant channels in the cooling plate Formation of a continuous channel line with at least one coolant inlet and at least one coolant drain are arranged.
  • the cover plate is there here made of steel or a steel alloy and is insoluble by the action of pressure connected to the cooling plate.
  • the cooling elements in the form of so-called contact jaws can also have integrated components an electrode holder of a support device holding an electrode be (claim 2).
  • the cooling plates of the contact jaws contacting the electrode made of copper or a copper alloy are also cohesive Exposure to pressure connected to steel or steel alloy cover plates.
  • Explosive plating is particularly suitable for plating (claim 3).
  • the cover plate is placed on the cooling plate and covered with an explosive. This is ignited so that a progressing over the surface Detonation front that forms the cover plate towards the cooling plate accelerates.
  • By cladding with a steel cover plate on the back of the cooling plate is a significantly higher and more flat material composite than achieved when welding. Leaks during the operation of the Cooling elements are almost impossible.
  • the course of the coolant channels is arbitrary can be designed, especially if the coolant channels, as claimed 4 provided by mechanical removal of material in the cooling plate are introduced. Elaborate deep drilling and milling, which are closed with plugs must therefore be eliminated.
  • the coolant channels also in the cover plate are introduced. This can be done with a suitable tool in one Operation.
  • the coolant channels are then not covered by the cover plate, but from a side of the cover plate facing away from the cooling plate and closed with the cover plate integrally connected holding plate (Claim 5).
  • the integral connection can also be done by soldering be realized by welding (claim 6).
  • the holding plate as well as the cover plate made of steel or a steel alloy.
  • the overall strength of the Cooling element increased by the steel holding plate and the cover plate, whereby especially when used in arc furnaces with strongly fluctuating thermal stress caused by creep caused by the Cooling element can be minimized.
  • steel-to-steel welding is that it is the weld surrounding material is not heated very much and it is possible according to the invention is to incorporate sealing elements between the cover plate and the holding plate. However, this is only useful if the coolant channels and the cooling plate as well as the cover plate and finally from the holding plate are covered.
  • the cover plate only has the function of a carrier material, that facilitates the integral connection with the holding plate. All steel-steel weldings are also particularly easy to use on site Personnel repairable.
  • the coolant inlet comprises and the coolant drain pipe socket made of steel or a steel alloy. Pipe sockets made of this material are particularly simple with the cover plate or to connect the holding plate.
  • the suspensions can also be made using a steel cover plate or holding plate designed to fix the cooling element in the shaft or melting furnace made of steel be, whereby a stable attachment is possible.
  • FIGS 1 and 2 show a cooling element 1, the replaceable component of a not shown shaft or smelting furnace. Because of the easy The cooling element has a funnel-shaped design of a shaft or melting furnace 1 a contour narrowing towards its lower end 2.
  • the In principle, cooling element 1 consists of two metallic plates: one inside of the shaft and melting furnace facing cooling plate 3 made of copper or Copper alloy and one on its back 4 integrally with the cooling plate 1 connected cover plate 5 made of steel or a steel alloy.
  • each channel strand has 8, 9 a coolant inlet 10 and a coolant outlet 11 at its ends are 5 pipe sockets on the back 12 of the cover plate 5 facing away from the cooling plate 3 13, 14 made of steel or a steel alloy by welding.
  • the Pipe socket 13, 14 can also be screwed to the cooling element 1 his.
  • Cooling plate 3 On the inside of the shaft or melting furnace side 16 of the Cooling plate 3 are horizontally extending, parallel grooves 17 arranged with a dovetail cross section. In the grooves 17 can refractory material (see FIG. 6) can be attached. In addition, find slag splashes in the grooves 17 secure hold, whereby the cooling element 1 an additional Insulation experiences.
  • FIGS. 3 and 4 show a further embodiment of a cooling element 1a.
  • the cooling element 1 a has a rectangular recess 18 on a long side 19.
  • the recess 18 serves for the introduction of lances or additional burners into the interior of a shaft or Smelting furnace.
  • coolant channels also run in this variant 6a, 7a meandering in the rear 4a of the cooling plate 3a and form channel strands 8a, 9a.
  • the course of the coolant strand deviates 9a of the course of the coolant line that is otherwise configured in mirror image 8a.
  • the cover plate 5a a holding plate 20 made of steel or a steel alloy is arranged which is welded to the cover plate 5a on the circumferential side.
  • the coolant channels 6a, 7a also penetrate the cover plate 5a and are covered by the Holding plate 20 closed on the back.
  • additional fuses are in the distance to the weld 21 sealing elements 22 between the cover plate 5a and Holding plate 20 arranged.
  • the coolant inlet 10a or coolant outlet 11a are in turn through pipe sockets 13a, 14a realized, which are attached to the back 23 of the holding plate 20.
  • a cooling element 1b has only a single continuous coolant line 25, the coolant inlet 10b and the coolant outlet 11b in the central region of the cooling element 1b are arranged.
  • the channel line 25 is fluidic designed particularly cheap, because straight lengths 24, 26, 27 over arcuate sections 28 are connected.
  • the cooling element 1b in turn comprises a cover plate plated on the cooling plate 3b 5b, both of which are traversed by the coolant line 25.
  • a holding plate 20b closes the coolant line 25 at the rear and is in turn with a pipe socket 13b, 14b for the coolant inlet 10b or coolant outlet 11b.
  • In the middle and the lower height region of the holding plate 20b are hook-shaped on their rear side 23b Fasteners 15b welded, via which the cooling element 1b can be fixed to the wall of a shaft or melting furnace.
  • Figure 7 shows an enlarged view of the detail Z of Figure 6.
  • the on the cooling plate 3b clad cover plate 5b is connected to the holding plate via a weld seam 21b at the edge 20b welded.
  • a sealing element 22 contacting the holding plate 20b is arranged in a groove 29 in the rear 12b of the cover plate 5b .
  • FIG. 8 shows cooling elements 30 in the form of so-called contact jaws, which are integrated Components of an electrode holder holding a cylindrical electrode 31 32 are.
  • the electrode holder 32 and the associated support device 33 are only indicated schematically here.
  • the cooling elements 30 are cylindrical in shape configures and contacts the electrode 31.
  • the cooling elements 30 are from Coolant channels 34 are traversed by a coolant inlet 35 and a Coolant drain 36 (broken lines) are fed.
  • the coolant channels 34 are introduced into a cooling plate 37 contacting the electrode 31 and closed by a cover plate 38.
  • Holding plate 40 As proposed in the embodiments according to FIGS. 3 to 7, possible.
  • a channel line 39 formed by coolant channels 34 passes through then also the cover plate 38 and is closed by the holding plate 40.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kühlelement (1a) für Schacht- und Schmelzöfen sowie für eine Elektrodenfassung einer eine Elektrode haltenden Tragvorrichtung für einen Elektroschmelzofen. Im Inneren des Kühlelements (1a) verlaufen in einer Kühlplatte (3a) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung Kühlmittelkanäle (6a), die zur Bildung eines durchgehenden Kanalstrangs (9a) mit einem Kühlmittelzulauf (10a) und einem Kühlmittelablauf (11a) versehen sind. Eine Abdeckplatte (5a) aus Stahl oder einer Stahllegierung ist durch Einwirkung von Druck unlösbar mit der Kühlplatte (3a) verbunden. Zusätzlich kann eine Halteplatte (20) aus Stahl oder einer Stahllegierung mit der Abdeckplatte (5a) verschweißt sein und die Kühlmittelkanäle (6a) abdecken. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühlelement für Schacht- und Schmelzöfen sowie ein Kühlelement für einen Elektroschmelzofen als integrierter Bestandteil einer Elektrodenfassung einer eine Elektrode haltenden Tragvorrichtung.
Schacht- und Schmelzöfen sind zur thermischen Isolation mit einer austauschbaren inneren metallischen Verkleidung versehen, an der isolierende Stoffe wie z.B. Schamotte befestigt sein können. Die innerhalb von Schacht- und Schmelzöfen herrschenden Temperaturen sind allerdings so hoch, daß eine zusätzliche Kühlung der Verkleidung erforderlich ist, um ein Erweichen der Kühlelemente zu verhindern.
Es zählt zum Stand der Technik, Kühlrohre in gußeiserne, plattenartige Kühlelemente einzugießen. Hiermit ist der Nachteil verbunden, daß eine die Kühlrohre umgebende Oxidschicht oder ein Luftspalt den Wärmeübergang auf das Kühlmittel erschweren kann. Zudem besitzen gußeiserne Kühlelemente eine relativ geringe Wärmeleitfähigkeit.
Wesentlich bessere Wärmeleitfähigkeiten als Grauguß besitzen Kupfer und Kupferlegierungen. In diesem Zusammenhang offenbart die DE 29 07 511 C2 ein Kühlelement für Schachtöfen, das aus Kupfer oder einer niedrig legierten Kupferlegierung besteht und aus einem geschmiedeten oder gewalzten Kupferblock gefertigt ist. Bei dieser Bauart befinden sich durch mechanisches Tiefbohren erzeugte Kühlmittelkanäle im Innern des Kühlelements. Die in das Kühlelement eingebrachten Sackbohrungen werden durch Einlöten oder Einschweißen von Gewindestopfen abgedichtet. Auf der Rückseite des Kühlelements befinden sich Zulaufbohrungen zu den Kühlmittelkanälen, in die für die Kühlmittelzufuhr bzw. Kühlmittelabfuhr erforderliche Stutzen geschweißt bzw. gelötet sind.
Insbesondere Kühlelemente für elektrische Schmelzöfen weisen verschiedenartige Ausnehmungen auf, durch die Zusatzbrenner oder Lanzen oberhalb der Schmelze in die Schmelzöfen eingeführt werden können. Die Kühlmittelkanäle müssen folglich an diesen Öffnungen vorbei geleitet werden, was einen zusätzlichen Fertigungsaufwand mit sich bringt. Jede Abweichung eines Kühlmittelkanals von einer Geraden kann nur mit diversen Querbohrungen oder auch Fräsungen erreicht werden, die dann ihrerseits durch Stopfen oder Deckel verschlossen werden müssen. Der Herstellungsaufwand solcher Kühlelemente ist daher hoch.
Die gleiche Problematik ergibt sich bei Kontaktbacken für Elektroschmelzöfen, bei denen große Strommengen den Elektroden zugeführt werden müssen. Da die Elektroden gleichzeitig hohen Temperaturen ausgesetzt sind, müssen die die Elektroden halternden Kontaktbacken ebenfalls gekühlt werden.
Es zählt ferner bei einem Kühlelement zum Stand der Technik, Kühlmittelkanäle durch mechanisches Abtragen von Material in eine Kühlplatte einzubringen und den so gebildeten Kanalstrang mit einer Abdeckplatte abzudecken. Hierzu muß die Abdeckplatte an der Kühlplatte dicht festgelegt werden. Ein Verschweißen von Kühlplatten und Abdeckplatten aus Kupfer oder Kupferlegierungen zu einem Kühlelement ist aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit der Materialien schwierig und erfordert entsprechende Fachleute, die insbesondere bei Reparaturen vor Ort nur in den seltensten Fällen zur Verfügung stehen.
Ein weiterer Nachteil ist, daß auch alle Befestigungselemente sowie der Kühlmittelzulauf und der Kühlmittelablauf aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehen und ebenfalls in derselben komplizierten Art und Weise an dem Kühlelement festgelegt werden müssen. Selbst wenn diese Kühlelemente aus Stahl bestehen, so ist das Verschweißen von Kupfer mit Stahl technisch schwierig, so daß ggf. auftretende Undichtigkeiten in einer Schweißnaht nur von Fachleuten behoben werden können.
Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Kühlelement für Schacht- und Schmelzöfen sowie für einen Elektroschmelzofen als integrierter Bestandteil einer Elektrodenfassung fertigungstechnisch zu verbessern.
Die Erfindung löst die Aufgabe durch die in den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 1 bzw. 2 angegebenen Merkmale.
Das erfindungsgemäße Kühlelement für Schacht- und Schmelzöfen umfaßt eine Kühlplatte aus Kupfer oder einer Kupferverbindung und eine stoffschlüssig mit der Kühlplatte verbundene Abdeckplatte, wobei in der Kühlplatte Kühlmittelkanäle zur Bildung eines durchgehenden Kanalstrangs mit mindestens einem Kühlmittelzulauf und wenigstens einem Kühlmittelablauf angeordnet sind. Die Abdeckplatte besteht hierbei aus Stahl oder einer Stahllegierung und ist durch Einwirken von Druck unlösbar mit der Kühlplatte verbunden.
Die Kühlelemente in Form sogenannter Kontaktbacken können auch integrierte Bestandteile einer Elektrodenfassung einer eine Elektrode haltenden Tragvorrichtung sein (Anspruch 2). Die die Elektrode kontaktierenden Kühlplatten der Kontaktbacken aus Kupfer oder einer Kupferlegierung sind hierbei ebenfalls stoffschlüssig durch Einwirkung von Druck mit Abdeckplatten aus Stahl oder einer Stahllegierung verbunden.
Bei der Einwirkung von Druck, dem sogenannten Plattieren, wird eine Abdeckplatte mit einer Kühlplatte teils auf mechanischem, teils auf metallurgischem Weg verbunden. Die Weiterbearbeitung kann dann ohne Gefahr der Trennung erfolgen.
Zum Plattieren bietet sich insbesondere das Sprengplattieren an (Anspruch 3). Die Abdeckplatte wird hierbei auf die Kühlplatte gelegt und mit einem Sprengstoff überzogen. Dieser wird so gezündet, daß sich eine über die Oberfläche fortschreitende Detonationsfront ausbildet, die die Abdeckplatte in Richtung auf die Kühlplatte hoch beschleunigt. Durch das Plattieren mit einer aus Stahl bestehenden Abdeckplatte wird auf der Rückseite der Kühlplatte ein erheblich höherer und flächigerer Werkstoffverbund als beim Verschweißen erreicht. Undichtigkeiten während des Betriebs des Kühlelements sind nahezu ausgeschlossen.
Besonders vorteilhaft bei der Erfindung ist, daß der Verlauf der Kühlmittelkanäle beliebig gestaltet werden kann, insbesondere wenn die Kühlmittelkanäle, wie nach Anspruch 4 vorgesehen, durch mechanisches Abtragen von Material in die Kühlplatte eingebracht sind. Aufwendige Tiefbohrungen und Einfräsungen, die mit Stopfen verschlossen werden müssen, entfallen hierdurch.
Nach Anspruch 4 ist es ferner möglich, daß die Kühlmittelkanäle auch in die Abdeckplatte eingebracht sind. Dies kann mit einem geeigneten Werkzeug in einem Arbeitsgang erfolgen. Die Kühlmittelkanäle werden dann nicht von der Abdeckplatte, sondern von einer auf der der Kühlplatte abgewandten Seite der Abdeckplatte angeordneten und mit der Abdeckplatte stoffschlüssig verbundenen Halteplatte verschlossen (Anspruch 5). Die stoffschlüssige Verbindung kann durch Löten aber auch durch Schweißen realisiert sein (Anspruch 6).
Nach den Merkmalen des Anspruchs 7 besteht die Halteplatte ebenso wie die Abdeckplatte aus Stahl oder einer Stahllegierung. Bei dieser Konfiguration ist eine besonders einfache stoffschlüssige Verbindung möglich, da die Stahl-Stahl-Verschweißung gut beherrschbar ist. Weiterhin wird die Gesamtfestigkeit des Kühlelements durch die stählerne Halteplatte sowie die Abdeckplatte erhöht, wodurch insbesondere beim Einsatz in Lichtbogenöfen mit stark schwankender thermischer Belastung durch Kriechen bedingte Verzugserscheinungen des Kühlelements minimiert werden können.
Ein weiterer Vorteil der Stahl-Stahl-Verschweißungen ist, daß das die Schweißstelle umgebende Material nicht sehr stark erhitzt wird und es erfindungsgemäß möglich ist, Dichtungselemente zwischen die Abdeckplatte und die Halteplatte einzugliedern. Dies ist allerdings nur dann zweckmäßig, wenn die Kühlmittelkanäle sowohl die Kühlplatte als auch die Abdeckplatte durchsetzen und schließlich von der Halteplatte abgedeckt sind. Die Abdeckplatte hat hierbei nur die Funktion eines Trägermaterials, das die stoffschlüssige Verbindung mit der Halteplatte erleichtert. Alle Stahl-StahlVerschweißungen sind auch besonders einfach vor Ort von dem zur Verfügung stehenden Personal reparierbar.
In der Weiterbildung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 9 umfassen der Kühlmittelzulauf und der Kühlmittelablauf Rohrstutzen aus Stahl oder einer Stahllegierung. Rohrstutzen aus diesem Material sind besonders einfach mit der Abdeckplatte oder der Halteplatte zu verbinden.
Nach Anspruch 10 ist vorgesehen, die Rohrstutzen mit der Abdeckplatte oder der Halteplatte zu verschweißen bzw. zu verschrauben (Anspruch 11). Sowohl die Schraub- als auch die Schweißverbindungen sind besonders einfach herstellbar und können wegen ihrer Ausführung in Stahl hohe Kräfte aufnehmen.
Durch eine stählerne Abdeckplatte oder Halteplatte können auch die Aufhängungen zur Fixierung des Kühlelements im Schacht- oder Schmelzofen aus Stahl ausgeführt sein, wodurch eine stabile Befestigung möglich ist.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1
eine Ansicht auf eine Kühlplatte eines Kühlelements gemäß dem Schnitt I-I der Figur 2;
Figur 2
einen Schnitt durch ein Kühlelement mit einer Kühlplatte gemäß der Figur 1 entlang der Linie II-II;
Figur 3
eine Ansicht auf die Rückseite eines Kühlelements gemäß einer weiteren Ausführungsform;
Figur 4
einen Schnitt durch das Kühlelement gemäß Figur 3 entlang der Linie IV-IV;
Figur 5
einen Schnitt durch ein Kühlelement gemäß einer dritten Ausführungsform entlang der Linie V-V der Figur 6;
Figur 6
einen Schnitt durch die Darstellung der Figur 5 entlang der Linie VI-VI;
Figur 7
in der Vergrößerung den Ausschnitt Z der Figur 6 und
Figur 8
eine vereinfachte Darstellung einer eine Elektrode haltenden Tragvorrichtung mit Kühlelementen, teilweise im Schnitt.
Die Figuren 1 und 2 zeigen ein Kühlelement 1, das austauschbarer Bestandteil eines nicht näher dargestellen Schacht- oder Schmelzofens ist. Aufgrund der leicht trichterförmigen Gestaltung eines Schacht- oder Schmelzofens besitzt das Kühlelement 1 eine in Richtung auf sein unteres Ende 2 hin schmaler werdende Kontur. Das Kühlelement 1 besteht im Prinzip aus zwei metallischen Platten: Einer dem Inneren des Schacht- und Schmelzofens zugewandten Kühlplatte 3 aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und einer auf ihrer Rückseite 4 stoffschlüssig mit der Kühlplatte 1 verbundenen Abdeckplatte 5 aus Stahl oder einer Stahllegierung.
In die Rückseite 4 der Kühlplatte 3 sind durch mechanische Bearbeitung mäanderförmig konfigurierte Kühlmittelkanäle 6, 7 eingebracht.
Da die Rückseite 4 der Kühlplatte 3 vollständig von der Abdeckplatte 5 bedeckt ist, begrenzt diese durchgehende Kanalstränge 8, 9 in dem Kühlelement 1.
Zur Speisung mit Kühlmittel und zu dessen Abführung besitzt jeder Kanalstrang 8, 9 an seinen Enden einen Kühlmittelzulauf 10 und einen Kühlmittelablauf 11. Hierzu sind an der der Kühlplatte 3 abgewandten Rückseite 12 der Abdeckplatte 5 Rohrstutzen 13, 14 aus Stahl oder einer Stahllegierung schweißtechnisch befestigt. Die Rohrstutzen 13, 14 können aber auch schraubtechnisch mit dem Kühlelement 1 verbunden sein. Ferner sind auf der Rückseite 12 der Abdeckplatte 5 im mittleren und unteren Höhenbereich Befestigungselemente 15 plaziert.
Auf der dem Inneren des Schacht- oder Schmelzofens zugewandten Seite 16 der Kühlplatte 3 sind sich horizontal erstreckende, parallel zueinander verlaufende Nuten 17 mit schwalbenschwanzförmigem Querschnitt angeordnet. In den Nuten 17 kann feuerfestes Material (vgl. Figur 6) befestigt werden. Darüber hinaus finden Schlackespritzer in den Nuten 17 sicheren Halt, wodurch das Kühlelement 1 eine zusätzliche Isolierung erfährt.
Die Figuren 3 und 4 zeigen eine weitere Ausführungsform eines Kühlelements 1a. Im Gegensatz zu dem in Figur 1 dargestellten Kühlelement 1 besitzt das Kühlelement 1a eine rechteckige Ausnehmung 18 an einer Längsseite 19. Die Ausnehmung 18 dient zur Einführung von Lanzen oder Zusatzbrennern in das Innere eines Schacht- oder Schmelzofens.
Wie bei der ersten Ausführungsform verlaufen auch bei dieser Variante Kühlmittelkanäle 6a, 7a mäanderförmig in der Rückseite 4a der Kühlplatte 3a und bilden Kanalstränge 8a, 9a aus. Im Bereich der Ausnehmung 18 weicht der Verlauf des Kühlmitteistrangs 9a von dem Verlauf des ansonsten spiegelbildlich konfigurierten Kühlmittelstrangs 8a ab.
Ein weiterer Unterschied zur ersten Ausführungsform ist, daß auf der Rückseite 12a der Abdeckplatte 5a eine Halteplatte 20 aus Stahl oder einer Stahllegierung angeordnet ist, die umfangsseitig mit der Abdeckplatte 5a verschweißt ist. Die Kühlmittelkanäle 6a, 7a durchsetzen hierbei auch die Abdeckplatte 5a und werden von der Halteplatte 20 rückseitig verschlossen. Als zusätzliche Sicherungen sind im Abstand zu der Schweißnaht 21 Dichtungselemente 22 zwischen der Abdeckplatte 5a und der Halteplatte 20 angeordnet.
Der Kühlmittelzulauf 10a bzw. Kühlmittelablauf 11a sind wiederum durch Rohrstutzen 13a, 14a realisiert, die an der Rückseite 23 der Halteplatte 20 befestigt sind.
Im Rahmen der Ausführungsform der Figuren 5 bis 7 besitzt ein Kühlelement 1b lediglich einen einzigen durchgehenden Kühlmittelstrang 25, wobei der Kühlmittel-zulauf 10b und der Kühlmittelablauf 11b im mittleren Bereich des Kühlelements 1b angeordnet sind. Bei dieser Ausführungsform ist der Kanalstrang 25 strömungstechnisch besonders günstig gestaltet, da gerade Längenabschnitte 24, 26, 27 über kreisbogenförmige Abschnitte 28 miteinander in Verbindung stehen.
Das Kühlelement 1b umfaßt wiederum eine auf die Kühlplatte 3b plattierte Abdeckplatte 5b, die beide von dem Kühlmittelstrang 25 durchzogen sind. Eine Halteplatte 20b verschließt den Kühlmittelstrang 25 rückwärtig und ist wiederum mit Rohrstutzen 13b, 14b für den Kühlmittelzulauf 10b bzw. Kühlmittelablauf 11b versehen. Im mittleren und unteren Höhenbereich der Halteplatte 20b sind auf ihrer Rückseite 23b hakenförmige Befestigungselemente 15b angeschweißt, über die das Kühlelement 1b an der Wandung eines Schacht- oder Schmelzofens festgelegt werden kann.
Figur 7 zeigt in der Vergrößerung die Einzelheit Z der Figur 6. Die auf die Kühlplatte 3b plattierte Abdeckplatte 5b ist über eine Schweißnaht 21b randseitig mit der Halteplatte 20b verschweißt. In einer Nute 29 in der Rückseite 12b der Abdeckplatte 5b ist ein die Halteplatte 20b kontaktierendes Dichtungselement 22 angeordnet.
Die Figur 8 zeigt Kühlelemente 30 in Form sogenannter Kontaktbacken, die integrierte Bestandteile einer eine zylindrische Elektrode 31 haltenden Elektrodenfassung 32 sind. Die Elektrodenfassung 32 sowie die zugehörige Tragvorrichtung 33 sind hierbei nur schematisch angedeutet. Die Kühlelemente 30 sind zylindermantelförmig konfiguriert und kontaktieren die Elektrode 31. Die Kühlelemente 30 sind von Kühlmittelkanälen 34 durchzogen, die von einem Kühlmittelzulauf 35 und einem Kühlmittelablauf 36 (unterbrochene Linienführung) gespeist werden. Die Kühlmittelkanäle 34 sind in eine die Elektrode 31 kontaktierende Kühlplatte 37 eingebracht und von einer Abdeckplatte 38 verschlossen.
Selbstverständlich ist auch bei dieser Ausführungsform die Anordnung einer zusätzlichen Halteplatte 40, wie bei den Ausführungen gemäß der Figuren 3 bis 7 vorgeschlagen, möglich. Ein von Kühlmittelkanälen 34 gebildeter Kanalstrang 39 durchsetzt dann auch die Abdeckplatte 38 und wird von der Halteplatte 40 verschlossen.
Bezugszeichenaufstellung
  • 1 - Kühlelement
  • 1a - Kühlelement
  • 1b - Kühlelement
  • 2 - unteres Ende von 1
  • 3 - Kühlplatte von 1
  • 3a- Kühlplatte von 1a
  • 3b - Kühlplatte von 1b
  • 4 - Rückseite von 1
  • 4a - Rückseite von 1a
  • 5 - Abdeckplatte von 1
  • 5a - Abdeckplatte von 1a
  • 5b - Abdeckplatte von 1b
  • 6 - Kühlmittelkanal
  • 6a - Kühlmittelkanal von 1a
  • 7 - Kühlmittelkanal
  • 7a - Kühlmittelkanal von 1a
  • 8 - Kanalstrang
  • 8a - Kanalstrang
  • 9 - Kanalstrang
  • 9a - Kanalstrang
  • 10 - Kühlmittelzulauf
  • 10a - Kühlmittelzulauf von 1a
  • 10b - Kühlmittelzulauf von 1b
  • 11 - Kühlmittelablauf
  • 11a - Kühlmittelablauf von 1a
  • 11b - Kühlmittelablauf von 1b
  • 12 - Rückseite von 5
  • 12a - Rückseite von 5a
  • 12b - Rückseite von 5b
  • 13 - Rohrstutzen von 10
  • 13a - Rohrstutzen von 10a
  • 13b - Rohrstutzen von 10b
  • 14 - Rohrstutzen von 11
  • 14a - Rohrstutzen von 11a
  • 14b - Rohrstutzen von 11b
  • 15 - Befestigungselement von 1
  • 15b - Befestigungselement von 1b
  • 16 - Seite von 3
  • 17 - Nuten
  • 18 - Ausnehmung
  • 19 - Längsseite von 1a
  • 20 - Halteplatte von 1a
  • 20b - Halteplatte von 1b
  • 21 - Schweißnaht von 1b
  • 21b - Schweißnaht
  • 22 - Dichtungselement
  • 23 - Rückseite von 20
  • 23b - Rückseite von 20b
  • 24 - Längenabschnitt von 25
  • 25 - Kanalstrang von 1b
  • 26 - Längenabschnitt von 25
  • 27 - Längenabschnitt von 25
  • 28 - bogenförmige Abschnitte von 25
  • 29 - Nut
  • 30 - Kühlelement
  • 31 - Elektrode
  • 32 - Elektrodenfassung
  • 33 - Tragvorrichtung
  • 34 - Kühlmittelkanal
  • 35 - Kühlmittelzulauf von 30
  • 36 - Kühlmittelablauf von 30
  • 37 - Kühlplatte von 30
  • 38 - Abdeckplatte von 30
  • 39 - Kanalstrang von 30
  • 40 - Halteplatte von 30

    • Claims (11)

    1. Kühlelement für Schacht- und Schmelzöfen, welches eine Kühlplatte (3, 3a, 3b) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und eine stoffschlüssig mit der Kühlplatte (3, 3a, 3b) verbundene Abdeckplatte (5, 5a, 5b) umfaßt, wobei Kühlmittelkanäle (6, 7; 6a, 7a; 24) zur Bildung eines durchgehenden Kanalstrangs (8, 9; 8a, 9a; 25) mit mindestens einem Kühlmittelzulauf (10, 10a, 10b) und wenigstens einem Kühlmittelablauf (11, 11a, 11b) in der Kühlplatte (3, 3a, 3b) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckplatte (5, 5a, 5b) aus Stahl oder einer Stahllegierung besteht und durch Einwirkung von Druck unlösbar mit der Kühlplatte (3, 3a, 3b) verbunden ist.
    2. Kühlelement für einen Elektroschmelzofen als integrierter Bestandteil einer Elektrodenfassung (32) einer eine Elektrode (31) haltenden Tragvorrichtung (33), welche eine die Elektrode (31) kontaktierende Kühlplatte (37) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und eine stoffschlüssig mit der Kühlplatte (37) verbundene Abdeckplatte (38) umfaßt, wobei Kühlmittelkanäle (34) zur Bildung eines durchgehenden Kanalstrangs (39) mit mindestens einem Kühlmittelzulauf (35) und wenigstens einem Kühlmittelablauf (36) in der Kühlplatte (37) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckplatte (38) aus Stahl oder einer Stahllegierung besteht und durch Einwirken von Druck unlösbar mit der Kühlplatte (37) verbunden ist.
    3. Kühlelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,daß die Abdeckplatte (5, 5a, 5b; 38) durch Sprengplattieren mit der Kühlplatte (3, 3a, 3b; 37) verbunden ist.
    4. Kühlelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelkanäle (6, 7; 6a, 7a; 24; 34) durch mechanisches Abtragen von Material in die Kühlplatte (3, 3a, 3b; 37) und/oder die Abdeckplatte (5, 5a, 5b; 38) eingebracht sind.
    5. Kühlelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der der Kühlplatte (3a, 3b, 37) abgewandten Seite (12a, 12b) der Abdeckplatte (5a, 5b, 38) eine Halteplatte (20, 20b, 40) angeordnet ist, die mit der Abdeckplatte (5a, 5b, 37) stoffschlüssig verbunden ist.
    6. Kühlelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteplatte (20, 20b, 40) mit der Abdeckplatte (5a, 5b, 38) verschweißt ist.
    7. Kühlelement nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteplatte (20, 20b, 40) aus Stahl oder einer Stahllegierung besteht.
    8. Kühlelement nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Halteplatte (20, 20b, 40) und die Abdeckplatte (5a, 5b, 38) Dichtungselemente (22) eingegliedert sind.
    9. Kühlelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelzulauf (10, 10a, 10b; 35) und der Kühlmittelablauf (11, 11a, 11b; 36) Rohrstutzen (13, 13a, 13b, 14, 14a, 14b) aus Stahl oder einer Stahllegierung umfasst.
    10. Kühlelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrstutzen (13, 13a, 13b, 14, 14a, 14b) mit der Abdeckplatte (5, 5a, 5b, 38) oder der Halteplatte (20, 20b, 40) verschweißt sind.
    11. Kühlelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrstutzen (13, 13a, 13b, 14, 14a, 14b) mit der Abdeckplatte (5, 5a, 5b, 38) und/oder der Halteplatte (20, 20b, 40) verschraubt sind.
    EP00117133A 1999-08-18 2000-08-10 Kühlelement Withdrawn EP1077358A1 (de)

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