EP1373579A1 - Kühlplatte - Google Patents

Kühlplatte

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EP1373579A1
EP1373579A1 EP02732511A EP02732511A EP1373579A1 EP 1373579 A1 EP1373579 A1 EP 1373579A1 EP 02732511 A EP02732511 A EP 02732511A EP 02732511 A EP02732511 A EP 02732511A EP 1373579 A1 EP1373579 A1 EP 1373579A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cooling plate
cooling
plate part
furnace
cross
Prior art date
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Application number
EP02732511A
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English (en)
French (fr)
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EP1373579B1 (de
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Elmar Korbik
Peter Heinrich
Detlef Birnbach
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Paul Wurth SA
Original Assignee
SMS Demag AG
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Filing date
Publication date
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Application granted granted Critical
Publication of EP1373579B1 publication Critical patent/EP1373579B1/de
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    • 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
    • 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
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    • F27D2009/001—Cooling of furnaces the cooling medium being a fluid other than a gas
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    • F27D2009/0051—Cooling of furnaces comprising use of studs to transfer heat or retain the liner
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    • F27D2009/0056—Use of high thermoconductive elements
    • F27D2009/0062—Use of high thermoconductive elements made from copper or copper alloy

Definitions

  • the invention relates to a cooling plate for shaft furnaces provided with a refractory lining, in particular for blast furnaces, with a first rolled cooling plate part pointing towards the inside of the furnace and a second rolled rear cooling plate part which are welded to one another, and with a cooling box which is formed between the first and the second cooling plate parts - nal and with pipe sections for coolant inlet or outlet.
  • Both the first and the second cooling plate parts consist of copper or a low-alloy copper alloy.
  • the invention also relates to a cooling system.
  • a generic cooling plate is described in German patent application 100 00 987.5. This discloses a cooling plate for shaft furnaces provided with a refractory lining, with cooling channels that can be acted upon by a coolant, at least the front side facing the furnace interior consisting of a rolling block equipped with grooves for receiving refractory material, preferably made of copper or a low-alloy copper alloy, wherein two trough-shaped rolled profiles are welded to each other with their troughs facing each other and wherein holes are made in the rear rolled profile or supplementary profile for receiving the ends of pipe fittings and these are welded in and the free ends of the rolled profiles are closed by caps.
  • the bending of the first cooling plate part or shield as well as the introduction of grooves in the curved shield is complex in terms of production technology.
  • the roughly "lenticular" cross section of the cooling channel which results from the trough shape of the two cooling plate parts, proves to be unfavorable from a flow point of view. While that from the lateral fins of the shield to the cooling water flow of heat is greatest in the corners of the "lens", the flow rate of the cooling water is the lowest.
  • the low flow rate leads to a low heat transfer coefficient ⁇ from the inside of the cooling channel to the cooling water.
  • the invention is therefore based on the object of creating a generic cooling plate with improved manufacturing, flow and cooling properties.
  • the first cooling plate part or the shield of the cooling plate or the stavelet is no longer curved, but is designed as a rolling block with a flat front to the inside of the furnace, ie with a flat hot side, and the cross-sectional area between the the first and the second cooling plate part resulting cooling channel is - in relation to the longitudinal extent of the cross-sectional area - the end regions larger than in the central region.
  • End regions of the cooling duct cross section are the regions in the vicinity of the connecting lines or weld seams of the two cooling plate parts.
  • the end regions can have any shape as long as they have a larger cross-sectional area than the central region.
  • This cross-sectional shape according to the invention has the effect that the major part of the cooling water no longer flows in the central region, but rather in the heat-stressed end regions of the cooling channel, with larger flow velocities and thus more favorable heat transfer coefficient values being achieved.
  • the cross-section in the middle area is to be designed in such a ratio that the heat generated there can be dissipated well.
  • a cooling plate with improved flow properties of the cooling water and thus cooling properties is created in this way.
  • the temperature on the hot side, ie the side facing the interior of the furnace, is evened out.
  • the introduction of grooves in a flat cooling plate can be made much easier than in a curved one, for example by milling or by profile rolling.
  • the end regions of the cooling duct cross section are curved on one side or on both sides. Taking into account the central area, a cooling channel cross section results that is roughly comparable to the shape of a bone or a half bone cut in its longitudinal axis. This shape ensures a particularly good ratio of the flow rate of the cooling water to the heat loads.
  • a first cooling plate part with recesses made in its water-side rear side is used, or a double trough-shaped second cooling plate part shaped with bulges pointing towards the furnace wall.
  • a first cooling plate part is combined with an approximately planar second cooling plate part;
  • a trough-shaped second cooling plate part is combined with a first cooling plate part with a flat water-side back.
  • a first cooling plate part with depressions is combined with a corresponding second cooling plate part with depressions or with a double trough-shaped second cooling plate part.
  • the depressions, which preferably run parallel to the longitudinal axis of the cooling plate are introduced by profile rolling or by milling.
  • the trough-shaped second cooling plate part which is thinner than the first cooling plate part, is produced by profile rolling or bending.
  • Both the first and the second cooling plate part consist of copper or a copper alloy.
  • the trough-shaped second cooling plate part has a different material thickness over its width. It is thicker at the edges than in its central area. This has the advantage that in the area of increased heat flow, i.e. in the edge area, more copper material and thus more material for heat conduction is available. Due to the reinforced edge areas, the weld seam for connecting the two parts can also be made more solid. This contributes to the mechanical stability of the cooling plate and thus also to the further improvement of the cooling characteristics.
  • a second cooling plate part can be welded to the edges of the first cooling plate part. According to a preferred embodiment, it is welded to the back of the first cooling plate part with its longitudinal edges bent towards the rear of the first cooling plate part in the sense of a supplementary profile. In order to prevent the edges of the first cooling plate part from becoming wavy due to an uneven temperature distribution, it is proposed to make slots at regular intervals in the edge regions of the first cooling plate part perpendicular to the longitudinal axis of the cooling plate.
  • the free ends of the two interconnected cooling plate parts are closed with caps, and the pipe sections for the coolant inlet and outlet protrude through holes in the rear second cooling plate part.
  • the first cooling plate part which is provided with cooling channel depressions, hollowed out at the height of the pipe sections, for example by milling away the copper.
  • a transition of the enlarged entry or exit area to the cooling channel depressions is achieved in that the depth of the cavity decreases like a ramp towards the cooling channel depressions.
  • the reason for the lower pressure losses is a softer transition from the round pipe section to the cooling channel cross section proposed according to the invention with larger end regions and a small central region.
  • the cooling plate has at least two suspension points, with a first suspension point as a fixed connection in the upper part of the cooling plate, preferably above the pipe section for the coolant inlet or outlet , is formed and a second suspension point is formed as a loose connection in the lower part of the cooling plate, preferably just above the pipe section for the coolant inlet or outlet.
  • This advantageous suspension with loose points which are preferably designed as a suspension, ensures that the lower part of the cooling plate can thermally expand.
  • FIG. 1 shows a cross section of a cooling plate according to a first embodiment.
  • FIG. 2 shows a cross section of a cooling plate according to a second embodiment
  • FIG. 3 shows a preferably designed second cooling plate part according to FIG. 2
  • 4 shows a longitudinal section of a cooling plate mounted on a shaft furnace wall
  • FIG. 5 shows a partial section of a longitudinal section of a preferably designed first cooling plate part according to FIG. 1;
  • FIG. 6 shows a side view of a cooling plate with a preferably formed first cooling plate part
  • FIG. 7 shows a detail of a cooling system mounted on a furnace wall
  • FIG. 8 shows the longitudinal section A-A of a cooling plate according to FIG. 7;
  • FIG. 9 shows the upper partial section shown in FIG. 8 in an enlarged manner
  • Fig. 10 shows the lower partial sections shown in Fig. 8 in an enlarged view.
  • FIG. 1 shows a cooling plate 1 or a stavelet with a first cooling plate part 2, which faces the interior of the oven Oj, and a second rear cooling plate part 3, which are welded together.
  • the weld seams 4 lie on the protected, cold side of the cooling plate or the stavelet.
  • the cooling channel 7 Between the water-side back 5 of the first cooling plate part 2 as a rolled copper block 5 and the water-side 6 of the second cooling plate part 3 there is the cooling channel 7, which is fed with a cooling medium, preferably cooling water.
  • Pipe sections 8, 9 are mounted in bores in the second cooling plate part 3 for the water inlet and outlet.
  • the cooling plate 1 is fastened to the furnace wall 10, for example, by means of a web 11 which is inserted into a holder 12 which is mounted on the furnace wall and is locked by means of a bolt 13 (cf. FIG. 4).
  • the first cooling plate part 2 is designed as a solid roll block with a flat - in the sense of non-curved - front side 14, into which grooves 15 are made which run transversely to the longitudinal axis of the cooling plate 1 and which facilitate the application of refractory 5 ramming or spraying compounds when the assembly is complete , In the water-side rear side 5 of the first cooling plate part 2 or shield, two recesses 16, 17, which run parallel to the longitudinal axis of the plate 1, are made, each of which has an approximately semicircular cross section.
  • the cooling duct 7 is closed at the rear, ie facing the furnace wall, with a second cooling plate part 3, which is approximately planar or slightly curved outwards, in the sense of a supplementary part.
  • the result is a cooling channel 7 with a cross-sectional area, the end regions 18, 19, as viewed in relation to the longitudinal extent (x direction), having a larger cross-sectional area than the central region 20.
  • FIG. 2 Another preferred embodiment of a cooling plate 101 with a claimed cooling channel cross section is shown in FIG. 2.
  • the desired cross section of the channel 107 - here the cross section perpendicular to the longitudinal axis of the cooling plate - is determined by the shape of the second cooling plate part 103. It is shaped like a double trough. Through the curvature of the troughs 121, 122 and the formation of a - here - short or even longer central region 123, the desired cooling channel cross section with larger Ehd areas 118, 119 is created in comparison to the central region 120 of the cross section.
  • the trough-shaped second cooling plate part 203 or the copper sheet is reinforced at its edge regions 324, 325, i.e. formed thicker, as shown in Fig. 3. This is possible, for example, using profile rollers.
  • Fig. 4 shows the longitudinal section of a cooling plate 1 in the fastening position on the furnace wall, for example the wall of a blast furnace.
  • the pipe sections 8 and 9 are welded to the second cooling plate part 3 (27).
  • the cooling channel 7 is closed at the free ends by means of caps 28, 29.
  • a further preferred embodiment of the cooling plate 1, starting from the embodiment according to FIG. 1, is shown with FIG. 5.
  • the solidly designed first cooling plate part 1 is hollowed out further in the areas opposite the pipe sections 8, 9 for the water inlet or outlet (hollows 30), so that the inlet or outlet area is enlarged. This cross-sectional enlargement is slowly - ramp-like - adapted to the course of the cooling channel depressions 16, 17. This has a positive effect on reducing cooling water pressure losses.
  • the second cooling plate part 3 is attached to the back of the first cooling plate part 2 in such a way that the edge regions 2a, b (or fin regions) are not covered, there is a risk of the first cooling plate part becoming wavy. This is prevented by introducing slots 31 into the edge regions 2a, b transversely to the longitudinal axis of the cooling plate, which extend from the edge region 32 to approximately the second cooling plate part 3. Due to the slots, the edge areas can expand thermally without stress when used.
  • the cooling plates according to the invention are assembled into cooling systems. For example, they are arranged directly next to one another, and their stability can be supported by a tongue and groove principle in the first cooling plate parts. Alternatively, the edge areas of the first cooling plate parts can also be arranged in an overlapping manner.
  • FIG. 7 shows a section of such a cooling system 33 comprising a plurality of cooling plates 1 or stavelets, which also shows a further preferred suspension system for the stavelets on the furnace wall 10.
  • each cooling plate 1 or each stavelet has a plurality of suspension points 34-39, here in each case six, the upper suspension points 34, 35 being designed as fixed points and the suspension points 36-39 below them being designed as loose points.
  • the fixed points 34, 35 (cf. FIG. 8 and in particular FIG. 9), a fixed connection between the cooling plate 1 and the furnace wall 10 is established by screwing in a screw 40 from above.
  • a projection 41 is provided on the furnace wall 10 and a corresponding projection 42 on the rear of the cooling plate 1 outside the cooling channel region - preferably by welding - which have corresponding bores and which are connected to one another via the screw 40.
  • Loose points 36-39 are comparable to a door suspension, as can be seen in detail in FIG. 10.
  • the cooling plate in turn has corresponding projections 43 on its rear side which are provided with a bore and which are suspended in pins 44 protruding from the furnace wall, held by a projection 45.
  • These loose points 36-39 allow thermal expansion of the cooling plate 1 downwards. So that the space required for the expansion on the suspensions or loose points is not blocked by backfill, a lost part 46 made of plastic, preferably styrofoam, is used at this point during assembly.
  • the proposed cooling channel cross section results in a fluidically and cooling-technically optimized stavelet, which also has manufacturing advantages over the known stavelet. Compared to the known Cu staves, these stavelets achieve high material and weight savings due to their smaller thickness, which is also associated with a larger usable volume of the furnace area.

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Description

Kühlplatte
Die Erfindung betrifft eine Kühlplatte für mit einer feuerfesten Auskleidung versehene Schachtöfen, insbesondere für Hochöfen, mit einem zum Ofeninneren weisenden ersten gewalzten Kuhlplattenteil sowie einem zweiten gewalzten rückwärtigen Kuhlplattenteil, die miteinander verschweißt sind, und mit einem sich zwischen dem ersten und dem zweiten Kuhlplattenteil ergebenden Kühlka- nal sowie mit Rohrabschnitten zum Kühlmitteleintritt bzw. Kühlmittelaustritt. Hierbei bestehen sowohl das erste als auch das zweite Kuhlplattenteil aus Kupfer oder einer niedrig legierten Kupferlegierung. Zudem betrifft die Erfindung ein Kühlsystem.
Eine gattungsgemäße Kühlplatte wird in der deutschen Patentanmeldung 100 00 987.5 beschrieben. Diese offenbart eine Kühlplatte für mit einer feuerfesten Auskleidung versehene Schachtöfen mit von einem Kühlmittel beaufschlagbaren Kühlkanälen, wobei mindestens die zum Ofeninneren gewandte Frontseite aus einem mit Nuten zur Aufnahme von feuerfestem Material ausge- statteten, vorzugsweise aus Kupfer oder einer niedrig legierten Kupferlegierung gefertigten Walzblock besteht, wobei zwei muldenförmige Walzprofile mit ihren Mulden jeweils nach außen weisend miteinander verschweißt sind und wobei im rückseitigen Walzprofil oder Ergänzungsprofil Bohrungen zur Aufnahme der Enden von Rohranschlußstücken eingebracht und diese eingeschweißt sind und wobei die freien Enden der Walzprofile durch Kappen abgeschlossen sind.
Das Biegen des ersten Kühlplattenteils bzw. Schildes sowie das Einbringen von Nuten in das gebogene Schild ist fertigungstechnisch aufwendig. Zudem erweist sich der sich durch die Muldenform der beiden Kühlplattenteile ergebende in etwa „linsenförmige" Querschnitt des Kühlkanals als stömungstechnisch ungünstig. Während die aus den seitlichen Flossen des Schildes zum Kühlwas- serkanal hin fließende Wärmemenge am größten ist, ist gerade in den Ecken der „Linse" die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers am geringsten. Die niedrige Strömungsgeschwindigkeit führt zu einem niedrigen Wärmeübergangskoeffizienten α von der Innenseite des Kühlkanals an das Kühlwasser. Zudem heizt sich die dort vorbeifließende Wassermenge ggf. unzulässig stark auf.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Kühlplatte mit verbesserten fertigungs-, stromungs- sowie kühltechnischen Eigenschaften zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch die Kühlplatte mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch das System mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Nach dem Kerngedanken der Erfindung ist der erste Kuhlplattenteil bzw. der Schild der Kühlplatte bzw. des Stavelets nicht mehr gewölbt ausgebildet, sondern ist als Walzblock mit einer planen Frontseite zum Ofeninneren, d.h. mit einer planen Heißseite, ausgebildet, und die Querschnittsfläche des sich zwischen dem ersten und dem zweiten Kuhlplattenteil ergebenden Kühlkanals ist in den - gesehen in Bezug auf die Längserstreckung der Querschnittsfläche - Endbereichen größer ist als im Mittenbereich. Endbereiche des Kühlkanalquerschnitts sind die Bereiche in der Nähe der Verbindungslinien bzw. Schweißnähte der beiden Kühlplattenteile. Die Endbereiche können jede beliebige Form annehmen, sofern sie eine größere Querschnittsfläche aufweisen als der Mit- tenbereich. Diese erfindungsgemäße Querschnittsform bewirkt, daß der größte Teil des Kühlwassers nicht mehr im Mittenbereich, sondern in den wärmebelasteten Endbereichen des Kühlkanals fließt, wobei größere Strömungsgeschwindigkeiten und somit günstigere Wärmeübergangskoeffizienten-Werte erreicht werden. Der Querschnitt im Mittenbereich ist dabei im Verhältnis so auszulegen, daß die dort - geringer anfallenden Wärmemengen - gut abgeführt werden können. Insgesamt wird auf diese Weise eine Kühlplatte mit verbesserten Strömungseigenschaften des Kühlwassers und somit Kühleigenschaften geschaffen. Es wird eine Vergleichmäßigung der Temperatur auf der Heißseite, d.h. der dem Ofeninneren zugewandten Seite, erreicht. Zudem ergibt sich ein wesentlicher fertigungstechnischer Vorteil daraus, daß nun der erste Kuhlplattenteil plan ausgebildet ist und nicht mehr gebogen werden muß. Außerdem ist das Einbringen von Nuten in eine plane Kühlplatte wesentlich einfacher zu gestalten als in eine gebogene, beispielsweise durch Fräsen oder durch Profilwalzen.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Endbereiche des Kühlkanalquerschnitts halbseitig oder beidseitig ausgewölbt ausgebildet. Unter Berücksichtigung des Mittenbereichs ergibt sich ein Kühlkanalquerschnitt, der in etwa mit der Form eines Knochens oder eines in seiner Längsachse geschnittenen Halbknochens vergleichbar ist. Durch diese Form wird ein besonders gutes Verhältnis von Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers zu anfallenden Wärmelasten erreicht.
Zum Erhalt eines Kühlkanals mit einer derartigen Knochenform werden verschiedene bauliche Kombinationen vorgeschlagen. Für einen in etwa halbkno- chenförmigen Querschnitt werden entweder ein erster Kuhlplattenteil mit in seiner wasserseitigen Rückseite eingebrachten Vertiefungen verwendet oder ein doppelt muldenförmig, mit zur Ofenwand hinweisenden Auswölbungen, geformter zweiter Kuhlplattenteil. Ein derartiger erster Kuhlplattenteil wird mit einem in etwa planen zweiten Kuhlplattenteil kombiniert; ein muldenförmiger zweiter Kuhlplattenteil wird mit einem ersten Kuhlplattenteil mit planer wasser- seitiger Rückseite kombiniert. Zum Erhalt eines knochenförmigen Querschnitts wird ein erster Kuhlplattenteil mit Vertiefungen mit einem entsprechenden zweiten Kuhlplattenteil mit Vertiefungen oder mit einem doppelt muldenförmigen zweiten Kuhlplattenteil kombiniert. Die Vertiefungen, die vorzugsweise parallel zur Längsachse der Kühlplatte verlaufen, werden durch Profilwalzen oder durch Fräsen eingebracht. Der muldenförmige zweite Kuhlplattenteil, der dünner als der erste Kuhlplattenteil ausgebildet ist, wird durch Profilwalzen oder Biegen hergestellt.
Sowohl das erste als auch der zweite Kuhlplattenteil bestehen aus Kupfer- oder einer Kupferlegierung.
Der muldenförmige zweite Kuhlplattenteil weist nach einer bevorzugten Ausführungsform über seine Breite eine unterschiedliche Materialstärke auf. Es ist an den Kanten dicker ausgebildet als in seinem Mittenbereich. Dies hat den Vorteil, daß im Bereich des stärkten Wärmeflusses, d.h. im Kantenbereich, mehr Kupfermaterial und damit mehr Material zur Wärmeleitung zur Verfügung steht. Aufgrund der verstärkten Kantenbereiche kann auch die Schweißnaht zur Verbindung der beiden Teile miteinander massiver ausgeführt werden. Dies trägt zur mechanischen Stabilität der Kühlplatte und damit auch zur weiteren Verbesserung der kühltechnischen Charakteristik bei.
Ein zweiter Kuhlplattenteil kann mit den Kanten des ersten Kühlplattenteils verschweißt werden, nach einer bevorzugten Ausführungsform wird er im Sinne eines Ergänzungsprofils mit seinen zur Rückseite des ersten Kühlplattenteils hin gebogenen Längskanten an die Rückseite des ersten Kühlplattenteils verschweißt. Um ein Welligwerden der Kanten des ersten Kühlplattenteils aufgrund einer ungleichmäßigen Temperaturverteilung zu verhindern, wird vorgeschlagen, in die Kantenbereiche des ersten Kühlplattenteils senkrecht zur Längsach- se der Kühlplatte in regelmäßigen Abständen Schlitze einzubringen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die freien Enden der beiden miteinander verbundenen Kühlplattenteile mit Kappen verschlossen, und die Rohrabschnitte für den Kühlmitteleintritt und - austritt ragen durch Bohrungen im rückseitigen zweiten Kuhlplattenteil. Um wasserseitige Druckverluste im Bereich des Kühlmitteleintritts bzw. - austritts zu senken, wird der erste Kuhlplattenteil, der mit Kühlkanal-Vertiefungen versehen ist, in Höhe der Rohrabschnitte ausgehöhlt, indem beispielsweise das Kupfer weggefräst wird. Ein Übergang des so vergrößerten Eintritts- bzw. Austrittsbereichs zu den Kühlkanal-Vertiefungen wird dadurch erreicht, daß die Tiefe der Aushöhlung rampenartig zu den Kühlkanal-Vertiefungen hin abnimmt. Grund für die geringeren Druckverluste ist ein jetzt vorliegender weicherer Übergang vom runden Rohrabschnitt zum erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kühlkanalquerschnitt mit größeren Endbereichen und kleinem Mittenbereich.
Neben einer Steg-Halterung-Verbindung wird zur Aufhängung der Kühlplatte an der Ofenwandung des Schachtofens vorgeschlagen, daß die Kühlplatte mindestens zwei Aufhängungspunkte aufweist, wobei ein erster Aufhängungspunkt als feste Verbindung im oberen Teil der Kühlplatte, vorzugsweise oberhalb des Rohrabschnitts zum Kühlmitteleintritt bzw. - austritt, ausgebildet ist und ein zweiter Aufhängungspunkt als lose Verbindung im unteren Teil der Kühlplatte, vorzugsweise knapp oberhalb des Rohrabschnitts zum Kühlmitteleintritt bzw. - austritt, ausgebildet ist. Durch diese vorteilhafte Aufhängung mit Lospunkten, die vorzugsweise als Einhängung ausgebildet sind, wird erreicht, daß sich der untere Teil der Kühlplatte thermisch ausdehnen kann.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert werden. Dabei sind neben den oben aufgeführten Kombinationen von Merkmalen auch Merkmale alleine oder in anderen Kombinationen erfindungswesentlich. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt einer Kühlplatte nach einer ersten Ausführungsform;
Fig. 2 einen Querschnitt einer Kühlplatte nach einer zweiten Ausführungsform; Fig. 3 einen bevorzugt ausgebildeten zweiten Kuhlplattenteil nach Fig. 2; 5 Fig. 4 einen Längsschnitt einer an einer Schachtofenwandung montierten Kühlplatte;
Fig. 5 einen Teilausschnitt eines Längsschnitts eines bevorzugt ausgebildeten ersten Kühlplattenteils nach Fig. 1 ;
Fig. 6 eine Seitenansicht einer Kühlplatte mit einem bevorzugt ausgebili ΪnU deten ersten Kuhlplattenteil;
Fig. 7 einen Ausschnitt eines an einer Ofenwandung montierten Kühlsystems;
Fig. 8 den Längsschnitt A-A einer Kühlplatte nach Fig. 7;
Fig. 9 den in Fig. 8 dargestellten oberen Teilausschnitt in vergrößerter
15 Darstellung;
Fig. 10 die in Fig. 8 dargestellten unteren Teilausschnitte in vergrößerter Darstellung.
0 Fig. 1 zeigt eine Kühlplatte 1 bzw. ein Stavelet mit einem ersten Kuhlplattenteil 2, welches zum Ofeninneren Oj weist, und einem zweiten rückwärtigen Kuhlplattenteil 3, die miteinander verschweißt sind. Die Schweißnähte 4 liegen auf der geschützten, kalten Seite der Kühlplatte bzw. des Stavelets. Zwischen der wasserseitigen Rückseite 5 des ersten Kühlplattenteils 2 als gewalztem Kupfer- 5 block und der wasserseitigen Seite 6 des zweiten Kühlplattenteils 3 ergibt sich der Kühlkanal 7, der mit einem Kühlmedium, vorzugsweise Kühlwasser, gespeist wird. Für den Wasserein- und -austritt sind Rohrabschnitte 8, 9 in Bohrungen im zweiten Kuhlplattenteil 3 montiert. Die Befestigung der Kühlplatte 1 an der Ofenwand 10 erfolgt beispielsweise mittels eines Steges 11 , der in eine 0 an die Ofenwand montierte Halterung 12 eingeführt wird und mittels eines Bolzens 13 arretiert wird (vgl. Fig. 4). Der erste Kuhlplattenteil 2 ist als massiver Walzblock mit einer planen - im Sinne von nicht gewölbten - Frontseite 14 ausgebildet, in die quer zur Längsachse der Kühlplatte 1 verlaufende Nuten 15 eingebracht sind, die beim Abschluß der Montage das Auftragen feuerfester 5 Stampf- oder Spritzmassen erleichtern. In die wasserseitige Rückseite 5 des ersten Kühlplattenteils 2 oder Schildes sind zwei parallel zur Längsachse der Platte 1 verlaufende, voneinander beab- standete, Vertiefungen 16, 17 eingebracht, die jede für sich in etwa einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen. Der Kühlkanal 7 wird rückwärtig, d.h. zur Ofenwand weisend, mit einem in etwa planen bzw. wenig nach außen gewölb- ten zweiten Kuhlplattenteil 3 im Sinne eines Ergänzungsteils verschlossen. Es ergibt sich ein Kühlkanal 7 mit einer Querschnittsfläche, wobei die Endbereiche 18, 19 - gesehen in Bezug zur Längserstreckung (x-Richtung) - eine größere Querschnittsfläche aufweisen als der Mittenbereich 20.
Eine andere bevorzugte Ausführungsform einer Kühlplatte 101 mit einem beanspruchten Kühlkanalquerschnitt zeigt Fig. 2. Bei dieser Ausführungsform wird der gewünschte Querschnitt des Kanals 107 - hier der Querschnitt senkrecht zur Längsachse der Kühlplatte - durch die Form des zweiten Kühlplattenteils 103 bestimmt. Dieser ist doppelt muldenförmig geformt. Durch den Krüm- mungsverlauf der Mulden 121 , 122 sowie die Ausbildung eines - hier - kurzen oder auch längeren Mittenbereichs 123 wird der gewünschte Kühlkanalquerschnitt mit größeren Ehdbereichen 118, 119 im Vergleich zum Mittenbereich 120 des Querschnitts geschaffen.
Um eine solche Kühlplatte 101 mechanisch zu stabilisieren, wird der muldenförmige zweite Kuhlplattenteil 203 bzw. das Kupferblech an seinen Kantenbereichen 324, 325 verstärkt, d.h. dicker ausgebildet, wie in Fig. 3 gezeigt. Dies ist beispielsweise mittels Profilwalzen möglich.
Fig. 4 zeigt den Längsschnitt einer Kühlplatte 1 in Befestigungslage an der Ofenwand, zum Beispiel der Wand eines Hochofens. Nach der Arretierung der Kühlplatte 1 mittels des Steg-Halter-Prinzips wird der verbleibende Raum zwischen Kühlplatte 1 und Ofenwand 10 mit Hinterfüllmasse 26 ausgefüllt. Die Rohrabschnitte 8 und 9 sind mit dem zweiten Kuhlplattenteil 3 verschweißt (27). Der Kühlkanal 7 ist mittels Kappen 28, 29 an den freien Enden verschlossen. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Kühlplatte 1 , ausgehend von der Ausführungsform nach Fig. 1 , ist mit Fig. 5 dargestellt. Der massiv ausgebildete erste Kuhlplattenteil 1 ist in den Bereichen, die den Rohrabschnitten 8, 9 für den Wassereintritt- bzw.- austritt gegenüberliegen, weiter ausgehöhlt (Aushöhlungen 30), so daß sich der Eintritts- bzw. Austrittsbereich vergrößert. Diese Quer- Schnittsvergrößerung wird langsam - rampenartig - an den Verlauf der Kühlkanalvertiefungen 16, 17 angepaßt. Dies wirkt sich positiv auf eine Verminderung von Kühlwasser-Druckverlusten aus.
Weil der zweite Kuhlplattenteil 3 derart auf der Rückseite des ersten Kühlplat- tenteils 2 angebracht ist, daß die Kantenbereiche 2a,b (oder auch Flossenbereiche) nicht bedeckt sind, besteht die Gefahr des Welligwerdens des ersten Kühlplattenteils. Dies wird durch Einbringen von Schlitzen 31 in die Kantenbereiche 2a,b quer zur Längsachse der Kühlplatte verhindert, die sich vom Randbereich 32 bis annähernd zum zweiten Kuhlplattenteil 3 erstrecken. Aufgrund der Schlitze können sich die Kantenbereiche im Einsatzfall spannungsfrei thermisch ausdehnen.
Die Kühlplatten nach der Erfindung werden zu Kühlsystemen zusammengesetzt. Sie werden beispielsweise unmittelbar nebeneinander angeordnet, wobei ihre Stabilität durch ein Feder-Nut-Prinzip in den ersten Kühlplattenteilen unterstützt werden kann. Alternativ können die Kantenbereiche der ersten Kühlplattenteile auch überlappend angeordnet werden.
Einen Ausschnitt aus einem solchen Kühlsystem 33 umfassend mehrere Kühl- platten 1 bzw. Stavelets zeigt die Fig. 7, mit der zudem ein weiteres bevorzugtes Aufhängungssystem für die Stavelets an der Ofenwand 10 dargestellt ist. Hierzu weist jede Kühlplatte 1 bzw. jedes Stavelet mehrere Aufhängungspunkte 34-39 auf, hier jeweils sechs, wobei die jeweils oberen Aufhängungspunkte 34, 35 als Festpunkte und die darunter liegenden Aufhängungspunkte 36-39 als Lospunkte ausgebildet sind. An den Festpunkten 34, 35 (vgl. Fig. 8 und insbesondere Fig. 9) wird eine feste Verbindung zwischen der Kühlplatte 1 und der Ofenwandung 10 durch Eindrehen einer Schraube 40 von oben hergestellt. Hierzu ist jeweils ein Vorsprung 41 an der Ofenwand 10 und ein entsprechender Vorsprung 42 an der Rückseite der Kühlplatte 1 außerhalb des Kühlkanalbereichs - vorzugsweise durch Schweißen - angebracht, die entsprechende Bohrungen aufweisen und die über die Schraube 40 miteinander verbunden werden. Die Lospunkte 36-39 sind vergleichbar mit einer Türaufhängung ausgeführt, wie aus der Fig. 10 im Detail ersichtlich. Hierzu weist die Kühlplatte an entsprechenden Stellen an ihrer Rückseite wiederum mit einer Bohrung versehene Vorsprünge 43 auf, die in jeweils aus der Ofenwandung herausragende Zapfen 44, gehalten von einem Vorsprung 45, eingehängt werden. Diese Lospunkte 36-39 erlauben eine thermische Ausdehnung der Kühlplatte 1 nach unten. Damit der für die Ausdehnung benötigte Platz an den Aufhängungen bzw. Lospunkten nicht durch Hinterfüllmasse blockiert wird, wird an dieser Stelle bei der Montage ein verlorenes Teil 46 aus Kunststoff, vorzugsweise Styropor, eingesetzt.
Insgesamt ergibt sich aufgrund des vorgeschlagenen Kühlkanalquerschnitts ein strömungstechnisch sowie kühltechnisch optimiertes Stavelet, welches zu dem bekannten Stavelet zudem fertigungstechnische Vorteile aufweist. Im Vergleich zu den bekannten Cu-Staves werden mit diesen Stavelets wegen der geringeren Dicke hohe Material- und Gewichtsersparnisse erreicht, was zudem mit einem größeren Nutzvolumen des Ofenbereichs einhergeht.

Claims

Patentansprüche:
1. Kühlplatte (1 , 101 ) für mit einer feuerfesten Auskleidung versehene Schachtöfen, mit einem zum Ofeninneren (0,) weisenden ersten Kuhlplattenteil (2, 102) sowie einem zweiten rückwärtigen Kuhlplattenteil (3, 103), die miteinander verschweißt sind, und mit einem sich zwischen dem ersten und dem zweiten Kuhlplattenteil ergebenden Kühlkanal (7, 107) sowie mit Rohrabschnitten (8, 9) zum Kühlmitteleintritt bzw. Kühlmittelaustritt dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kuhlplattenteil (2, 102) als Walzblock mit einer planen Frontseite (14) zum Ofeninneren (Oj) ausgebildet ist und daß die Querschnittsfläche des Kühlkanals in Bezug auf die Längserstreckung des Querschnitts in den Endbereichen (18, 19; 118, 119) größer ist als im Mittenbereich (20; 120).
2. Kühlplatte nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Endbereiche (18, 19; 118, 119) halbseitig oder beidseitig ausgewölbt sind.
3. Kühlplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkanalquerschnitt auf seiner zum Ofeninneren (Oi) hinweisenden Seite durch das erste Kuhlplattenteil (2) mit mindestens zwei in seiner Rückseite (5) verlaufenden Vertiefungen (16, 17) gebildet ist.
4. Kühlplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkanalquerschnitt rückwärtig durch ein mindestens doppelt muldenförmig, mit zur Ofenwand hinweisenden Auswölbungen, geformtes zweites Kuhlplattenteil (103) gebildet ist.
5. Kühlplatte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkanalquerschnitt rückwärtig durch ein in etwa planes zweites Kuhlplattenteil (3) gebildet ist.
6. Kühlplatte nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Kuhlplattenteil (103) in seinem Kantenbereich (324, 325) dicker als in seinem Mittenbereich ausgebildet ist.
7. Kühlplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Kuhlplattenteil (3, 103) mit seinen Längskanten an die Rückseite (5) des ersten Kühlplattenteils (2, 102) verschweißt ist.
8. Kühlplatte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Kuhlplattenteil (3) beabstandet zu den Kanten (2a, b) des ersten Kühlplattenteils (2) an dessen Rückseite verschweißt ist und in die Kantenbereiche (2a,b) des ersten Kühlplattenteils (2) senkrecht zur
Längsachse der Kühlplatte mindestens ein Schlitz (31 ) eingebracht ist.
9. Kühlplatte nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrabschnitte (8, 9) für den Kühlmitteleintritt und - austritt durch Bohrungen im rückseitigen zweiten Kuhlplattenteil (3) ragen und daß in Höhe dieser Rohrabschnitte (8, 9) der erste Kuhlplattenteil (2) ausgehöhlt ist und die Tiefe der Aushöhlung (39) rampenartig zu den Kühlkanal-Vertiefungen (16,17) hin abnimmt.
10. Kühlplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlplatte (1 , 101 ) zwecks Verbindung mit der Ofenwandung (10) des Schachtofens mindestens zwei Aufhängungspunkte (34, 38) aufweist, wobei ein erster Aufhängungspunkt (34) als feste Verbindung im oberen Teil der Kühlplatte und ein zweiter Aufhängungspunkt (38) als lose Verbindung im unteren Teil der Kühlplatte ausgebildet ist.
1 1. Kühlplatte nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Aufhängungspunkt (34) als feste Verbindung eine Schrau- benverbindung umfaßt und daß der zweite Aufhängungspunkt (38) als lose Verbindung eine Einhängeverbindung umfaßt.
12. System (33) zur Kühlung von mit einer feuerfesten Auskleidung versehene Schachtöfen umfassend eine Mehrzahl von nebeneinander und/oder übereinander angeordneten Kühlplatten (1 , 101 ) aus gewalztem Kupfer oder einer gewalzten Kupferlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
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