EP3235911A1

EP3235911A1 - Cooling plate for a cooling element for metallurgical furnaces

Info

Publication number: EP3235911A1
Application number: EP17163966.9A
Authority: EP
Inventors: Christof Dratner; Frank Böert
Original assignee: KME Germany GmbH
Current assignee: KME Special Products GmbH and Co KG
Priority date: 2016-04-20
Filing date: 2017-03-30
Publication date: 2017-10-25
Anticipated expiration: 2037-03-30
Also published as: DE102016107284A1; EP3235911B1; ES2709192T3

Abstract

Kühlplatte 2 für ein Kühlelement für metallurgische Öfen, mit in ihrem Inneren verlaufenden Kühlmittelkanälen, wobei in der Kühlplatte 2 wenigstens ein Hohlraum 17 zur Aufnahme eines im Inneren der Kühlplatte 2 platzierbarem Verschleißschutzeinsatzes 12, 13, 14 angeordnet sein kann.Cooling plate 2 for a cooling element for metallurgical furnaces, with extending in their interior coolant channels, wherein in the cooling plate 2 at least one cavity 17 for receiving a placeable inside the cooling plate 2 wear protection insert 12, 13, 14 may be arranged.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlplatte für ein Kühlelement für metallurgische Öfen, insbesondere Schachtöfen, beispielsweise Hochöfen, gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a cooling plate for a cooling element for metallurgical furnaces, in particular shaft furnaces, for example blast furnaces, according to the features in the preamble of patent claim 1.

Metallische Kühlplatten für Kühlelemente werden verwendet, um die Wand des Ofens, beispielsweise eines Hochofens, vor Überhitzung, vor abrasivem Verschleiß, vor thermomechanischen und vor thermochemischen Angriffen zu schützen. Der Einbau von Kühlelementen am Inneren der Ofenwand reduziert oder verhindert solche Angriffe. Es zählen flächendeckende Kühlelemente, sogenannte Staves, zum Stand der Technik, die aus metallischen Werkstoffen, vorzugsweise aus Stahl, Grauguss und Kupfer bestehen. Auch sind Kombinationen aus punktuellen und flächendeckenden Kühlelementen bekannt.Cooling metal cooling plates are used to protect the wall of the furnace, for example a blast furnace, from overheating, from abrasive wear, from thermomechanical and from thermochemical attacks. The installation of cooling elements on the inside of the furnace wall reduces or prevents such attacks. There are state-of-the-art cooling elements, so-called staves, which consist of metallic materials, preferably of steel, gray cast iron and copper. Also, combinations of punctual and area-covering cooling elements are known.

Zum Schutz der Heißseite der Kühlelemente sind partielle oder vollflächige, feuerfeste Schutzmittel bekannt. Sie dienen als Anfahr- und während des weiteren Betriebs als Verschleißschutz. Sie bestehen aus feuerfesten, ungeformten oder geformten keramischen Materialien in unterschiedlichen Dicken bis circa 250 mm. Ferner sind Einsätze bekannt, die in Aufnahmen auf der dem Ofeninneren zugewandten Heißseite der Kühlplatte angeordnet sind. Bei den Aufnahmen handelt es sich zumeist um Nuten mit einer Hinterschneidung. In der Regel sind es schwalbenschwanzähnliche Nuten, die sowohl ungeformte als auch geformte feuerfeste Werkstoffe, Graphit, Stahl, Stahlguss oder Graugussarten aufnehmen. Es können auch Hochleistungskeramiken zum Einsatz kommen ( EP 2 733 451 A1 ). Zur Verbesserung des Verschleißschutzes können die schwalbenschwanzförmigen Nuten auch durch zusätzliche Metalleinsätze geschützt werden, die in die Nuten eingesetzt werden ( WO 2009/147192 A1 ). All diese Maßnahmen zielen darauf ab, die Standzeit der Kühlelemente zu erhöhen. Allerdings tritt bei den an der Heißseite des Kühlelementes angeordneten, oberflächlichen Einsätzen teilweise bereits im normalen Ofenbetrieb ein Verschleiß oder eine Beschädigung auf. Zudem können Einsätze aus bestimmten Werkstoffen eine thermische Barriere darstellen, die das gewünschte Anfrieren einer Schutzschicht beim Anfahren und während des Betriebs des Ofens behindern kann.To protect the hot side of the cooling elements are partial or full-surface, refractory protective means known. They serve as start-up and during further operation as wear protection. They consist of refractory, unshaped or shaped ceramic materials in various thicknesses up to approx. 250 mm. Further, inserts are known, which are arranged in recordings on the furnace interior facing the hot side of the cooling plate. The shots are mostly grooves with an undercut. As a rule, these are dovetail-like grooves which accommodate both unshaped and shaped refractory materials, graphite, steel, cast steel or gray cast iron. High-performance ceramics can also be used ( EP 2 733 451 A1 ). To improve wear protection, the dovetail grooves can also be protected by additional metal inserts inserted into the grooves ( WO 2009/147192 A1 ). All these measures aim to increase the service life of the cooling elements. However, in the case of the superficial inserts arranged on the hot side of the cooling element, in some cases wear or damage already occurs during normal furnace operation. In addition, inserts of certain materials may constitute a thermal barrier that may hinder the desired freezing of a protective layer during start-up and during operation of the furnace.

Viele metallurgische Öfen werden im sogenannten Normalbetrieb betrieben, wobei kein nennenswerter Verschleiß an den Kühlelementen auftritt. Allerdings steigen die Anforderungen an die Ausbringung eines metallurgischen Ofens, so dass zukünftige, verschleißintensivere Betriebsweisen nicht ausgeschlossen werden können. Bei dieser Betriebsweise stoßen früher oder später die Kühlelemente verschleißbedingt an ihre Grenzen, insbesondere dann, wenn die in den Nuten der Heißseite eingesetzten Einsätze verschlissen sind und das Metall der Kühlplatte selbst abgetragen wird.Many metallurgical furnaces are operated in the so-called normal mode, whereby no appreciable wear occurs on the cooling elements. However, the requirements for the application of a metallurgical furnace increase, so that future, more wear-intensive operations can not be excluded. In this mode of operation, sooner or later, the cooling elements reach their limits due to wear, especially when the inserts inserted in the grooves of the hot side are worn and the metal of the cooling plate itself is removed.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kühlplatte für ein Kühlelement aufzuzeigen, welche die Fähigkeit besitzt, Schutzschichten anzufrieren und zu erhalten und gleichzeitig die Möglichkeit eröffnet, die Standzeit zu verbessern.On this basis, the present invention seeks to provide a cooling plate for a cooling element, which has the ability to freeze and obtain protective layers and at the same time opens the possibility to improve the service life.

Diese Aufgabe ist bei einer Kühlplatte für ein Kühlelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved with a cooling plate for a cooling element having the features of patent claim 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Die erfindungsgemäße metallische Kühlplatte für ein Kühlelement für metallurgische Öfen besitzt in ihrem Inneren verlaufende Kühlmittelkanäle. Die Kühlplatte besitzt wenigstens einen Hohlraum zur Aufnahme eines in ihrem Inneren angeordneten Verschleißschutzeinsatzes mit höherer Verschleißfestigkeit als die umgebende metallische Kühlplatte. Der wenigstens eine Hohlraum befindet sich im Abstand von den Kühlmittelkanälen. Der wenigstens eine einbringbare Verschleißschutzeinsatz befindet sich in einer Einbaulage nicht an der Oberfläche der Kühlplatte oder steht mit der Oberfläche der Kühlplatte in Kontakt, sondern befindet sich im Abstand von einer einem Ofeninneren zugewandten ebenen oder oberflächenstrukturierten Heißseite der Kühlplatte, genauso wie die ebenfalls im Inneren, d. h. im Abstand zur Heißseite verlaufenden Kühlmittelkanäle. Kühlmittelkanäle können durch Bohrungen in der metallischen Kühlplatte ausgebildet sein oder sie können z.B. innerhalb von Rohren verlaufen, die in die metallische Kühlplatte eingegossen sind. Rohre, Ummantelungen oder Begrenzungen von Kühlkanälen, wie z.B. Stopfen sind keine Verschleißschutzeinsätze im Sinne der Erfindung. Die erfindungsgemäßen Verschleißschutzelemente kommen nicht mit den Kühlmittelkanälen in Kontakt und sind nicht Bestandteil der Wandung eines Kühlmittelkanals.The metallic cooling plate according to the invention for a cooling element for metallurgical furnaces has in its interior extending coolant channels. The cooling plate has at least one cavity for receiving a wear protection insert arranged in its interior with higher wear resistance than the surrounding metallic cooling plate. The at least one cavity is located at a distance from the coolant channels. The at least one insertable wear protection insert is not in an installed position on the surface of the cooling plate or is in contact with the surface of the cooling plate, but is located at a distance from a furnace interior facing a flat or surface-structured hot side of the cooling plate, as well as the inside, d. H. in the distance to the hot side extending coolant channels. Coolant channels may be formed through holes in the metallic cooling plate or may be e.g. within pipes which are cast in the metallic cooling plate. Tubes, shrouds or boundaries of cooling channels, such as e.g. Stoppers are not wear protection inserts in the sense of the invention. The wear protection elements according to the invention do not come into contact with the coolant channels and are not part of the wall of a coolant channel.

Die Verschleißschutzeinsätze, die nachfolgend auch als Inserts bezeichnet werden, haben auf die normale Kühlfunktion des Kühlelementes und insbesondere auf das Anfrieren einer Schutzschicht keinen negativen Einfluss. Der vorteilhafte Effekt dieser Inserts kommt erst dann zum Tragen, wenn die oberflächliche Schutzschicht der Kühlplatte selbst abgetragen worden ist und wenn zudem aufgrund abrasiver Betriebsweisen die Kühlplatte selbst einem erhöhten Verschleiß und einem Materialabtrag ausgesetzt ist. Die innen liegenden, also im Abstand von der Heißseite angeordneten oder anordnenbaren Inserts, können das Fortschreiten des Verschleißes der Kühlplatte erst dann verhindern, wenn Material der metallischen Kühlplatte selbst so weit abgetragen worden ist, dass die Inserts selbst einem erhöhten Verschleiß ausgesetzt sind. Sie entfalten ihre Wirkung, weil sie im Unterschied zu dem metallischen Werkstoff, der sie umgibt, eine höhere Verschleißfestigkeit aufweisen. Die Inserts befinden sich also so lange im Inneren der Kühlplatte, solange diese noch soweit intakt ist, dass der Werkstoff der Kühlplatte die Inserts bedeckt. Der Abstand der Inserts von der Heißseite reduziert sich mit fortschreitendem Verschleiß zunehmend. Das Fortschreiten des Verschleißes wird gehemmt, wenn die Inserts einem unmittelbaren Kontakt mit dem Ofeninneren ausgesetzt sind und gewissermaßen ein Teil der Heißseite werden.The wear protection inserts, which are also referred to below as inserts, have no negative influence on the normal cooling function of the cooling element and in particular on the freezing of a protective layer. The advantageous effect of this insert only comes into play when the superficial protective layer of the cooling plate itself has been removed and, in addition, if the cooling plate itself is subject to increased wear and material removal due to abrasive operation. The inside, so arranged at a distance from the hot side or arrange inserts, can prevent the progression of wear of the cooling plate only when the material of the metallic cooling plate itself has been removed so far that the inserts themselves one are exposed to increased wear. They exert their effect, because they have a higher wear resistance, unlike the metallic material that surrounds them. The inserts are therefore so long inside the cooling plate, as long as it is still intact so that the material of the cooling plate covers the inserts. The distance of the inserts from the hot side decreases progressively with increasing wear. The progression of wear is inhibited when the inserts are exposed to direct contact with the interior of the oven and become, as it were, part of the hot side.

Die Erfindung stellt eine Kühlplatte bereit, die dazu ausgebildet ist, Inserts aufzunehmen. Die Inserts können in den dafür vorgesehenen Hohlräumen werkseitig vormontiert sein oder später vom Kunden nach Bedarf in die Hohlräume eingesetzt werden. Die Hohlräume befinden sich zwischen der Heißseite und den Kühlmittelkanälen, bzw. zwischen der Heißseite und einem Rohr in der Kühlplatte, durch welches das Kühlmittel fließt. In diesem Zwischenbereich kann der Schutz durch nachträglich eingesetzte Inserts verbessert werden. Da eine Veränderung der Kühlplatte durch z. B. nachträglich vom Kunden eingebrachte Hohlräume zu einem Verlust der Gewährleistung des Herstellers führen kann, stellt die Erfindung vorgefertigte Kühlplatten zur Verfügung, die je nach Wunsch des Kunden mit entsprechenden Hohlräumen für die besagten Inserts ausgestattet sind.The invention provides a cooling plate adapted to receive inserts. The inserts may be pre-assembled in the cavities provided for this purpose or may later be inserted into the cavities by the customer as required. The cavities are located between the hot side and the coolant channels, or between the hot side and a tube in the cooling plate, through which the coolant flows. In this intermediate area, the protection can be improved by subsequently inserted inserts. Since a change in the cooling plate by z. B. subsequently introduced by the customer cavities may lead to a loss of warranty of the manufacturer, the invention provides prefabricated cooling plates available, which are equipped according to the customer's request with appropriate cavities for the said inserts.

Die Inserts sind bevorzugt nicht von der Heißseite her in das Innere der Kühlplatte einsetz- oder montierbar und haben daher keinen Einfluss auf die Oberflächengestaltung der Heißseite. Die Heißseite kann unabhängig von den Inserts gestaltet und mit weiteren, oberflächlich angeordneten Verschleißschutzmitteln versehen sein. Die Inserts, also die inneren Verschleißschutzeinsätze, sind bevorzugt auch nicht von der Rückseite der Kühlplatte, d. h. von der Kaltseite, in die Kühlplatte einsetzbar, sondern von der schmaleren Randseite.The inserts are preferably not insertable or mountable from the hot side into the interior of the cooling plate and therefore have no influence on the surface design of the hot side. The hot side can be designed independently of the inserts and be provided with further, superficially arranged anti-wear agents. The inserts, so the inner wear protection inserts are preferably not from the back of the cooling plate, d. H. from the cold side, can be used in the cooling plate, but from the narrower edge side.

Die Inserts sind vorzugsweise in Bohrungen in der Kühlplatte platzierbar. In der Einbaulage der Kühlplatte verlaufen die Bohrungen vorzugsweise horizontal. Dies entspricht der üblichen Einbaurichtung von äußeren Verschleißschutzeinsätzen, die an der Oberfläche der Kühlplatte montiert sind. In der Regel handelt es sich um äußere Verschleißschutzeinsätze, die in parallel zueinander verlaufenden Nuten gehalten sind.The inserts are preferably placeable in holes in the cooling plate. In the installation position of the cooling plate, the holes preferably extend horizontally. This corresponds to the usual installation direction of outer wear protection inserts, which are mounted on the surface of the cooling plate. Usually it is about outer wear protection inserts, which are held in mutually parallel grooves.

Es ist bevorzugt wenigstens ein Insert in einem mittleren Bereich der Kühlplatte anordnenbar. Der mittlere Bereich erstreckt sich über circa 25 bis circa 75 % der in Horizontalrichtung gemessenen Breite der Kühlplatte. Vorzugsweise erstreckt sich dieser mittlere Bereich von einem oberen Ende der Heißseite bis zu einem unteren Ende der Heißseite. Die Breite des mittleren Bereiches kann vom oberen Ende zum unteren Ende hin variieren. Es hat sich gezeigt, dass der Verschleiß der Kühlelemente auf der vertikalen Achse, d. h. im Wesentlichen in Hochrichtung der Kühlplatten, am stärksten ist, so dass die erfindungsgemäßen Inserts gezielt dort einsetzbar sind, wo der Verschleiß am stärksten ist.It is preferable at least an insert in a central region of the cooling plate can be arranged. The middle region extends over approximately 25 to approximately 75% of the horizontally measured width of the cooling plate. Preferably, this central region extends from an upper end of the hot side to a lower end of the hot side. The width of the central region may vary from the upper end to the lower end. It has been found that the wear of the cooling elements on the vertical axis, d. H. is substantially strong in the vertical direction of the cooling plates, so that the inserts according to the invention can be used specifically where the wear is strongest.

Umgekehrt bedeutet dies, dass die Inserts in dem mittleren Bereich benachbarten Randbereichen nicht zwingend erforderlich sind. Diese Randbereiche können dementsprechend frei von Inserts und frei von Hohlräumen zur Aufnahme der Inserts sein. Die Breite der beiden benachbarten Randbereiche ergibt sich aus der in Horizontalrichtung gemessenen gesamten Breite der Kühlplatte abzüglich der Breite des mittleren Bereichs.Conversely, this means that the inserts in the middle region of adjacent edge regions are not absolutely necessary. Accordingly, these edge regions can be free of inserts and free of cavities for receiving the inserts. The width of the two adjacent edge regions results from the total width of the cooling plate measured in the horizontal direction minus the width of the middle region.

Je nach zu erwartendem Verschleißbild können mehrere Verschleißschutzeinsätze vorgesehen und in abweichenden Abständen von der Heißseite der Kühlplatte angeordnet sein. Beispielsweise können die Hohlräume in zwei parallel zueinander verlaufenden Ebenen, die wiederum parallel zur Heißseite der Kühlplatte angeordnet sind, verlaufen. Dadurch werden nicht alle eingesetzten Inserts gleichzeitig dem Verschleiß ausgesetzt, sondern mit fortschreitendem Verschleiß zeitlich nacheinander. Darüber hinaus kann je nach verwendetem Werkstoff der Inserts die Wärmeabfuhr durch das Kühlelement optimiert werden, indem mehrere Hohlräume mit kleineren Inserts ausgestattet werden als einzelne große Hohlräume und Inserts mit entsprechend großem Querschnitt. Die Inserts befinden sich räumlich zwischen der Heißseite und den im größeren Abstand zur Heißseite verlaufenden Kühlmittelkanälen.Depending on the expected wear pattern, several wear protection inserts can be provided and arranged at different distances from the hot side of the cooling plate. For example, the cavities in two mutually parallel planes, which in turn are arranged parallel to the hot side of the cooling plate, run. As a result, not all inserts used are exposed to wear at the same time but with successive wear sequentially. In addition, depending on the used material of the inserts, the heat dissipation through the cooling element can be optimized by providing several cavities with smaller inserts than single large cavities and inserts with a correspondingly large cross section. The inserts are located spatially between the hot side and the coolant ducts that are farther away from the hot side.

Grundsätzlich haben die innenliegenden Inserts den Vorteil, dass diese bei werkseitiger Vormontage beim Transport und bei der Montage der Kühlelemente nicht beschädigt werden können und insbesondere gegen Beschädigungen durch Schläge geschützt sind. Das ist insbesondere von Vorteil, wenn es sich um Inserts aus spröden Werkstoffen, insbesondere keramischen Werkstoffen, handelt.Basically, the internal inserts have the advantage that they can not be damaged during factory pre-assembly during transport and during installation of the cooling elements and in particular are protected against damage by shocks. This is particularly advantageous when it comes to inserts made of brittle materials, especially ceramic materials.

Die erfindungsgemäßen Kühlplatten weisen auf ihrer Heißseite vorzugsweise Stege auf, wobei in wenigstens einem der Stege ein Hohlraum für einen inneren Verschleißschutzeinsatz angeordnet ist. Die Stege können hinterschnitten sein, so dass z. B. schwalbenschwanzförmige Nuten zur Aufnahme der im Stand der Technik bekannten keramischen oder metallischen äußeren Einsätze zum Schutz der Heißseite dienen können. Erfindungsgemäß kommt es jedoch nicht auf die Ausgestaltung der Nuten an, sondern darauf, dass die Stege geschützt werden, wenn die keramischen oder metallischen oberflächlich angeordneten Verschleißschutzeinsätze verschlissen sind. Es ist dabei nicht erforderlich, dass jeder Steg oder jeder Steg über seine gesamte Länge mit einem inneren Insert versehbar ist. Es kann beispielsweise jeder zweite oder dritte Steg ganz oder teilweise mit einem Insert versehen sein. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung und Anordnung der Inserts wird der Bereich der Stege besonders geschützt, so dass ein Teil der Schutzwirkung von den heißseitigen, äußeren Verschleißschutzeinsätzen auf die innen liegend montierbaren Inserts übertragen wird. In Folge dessen ist es möglich, die Dicke der Kühlplatte zu reduzieren und die Nuten zwischen den Stegen weniger tief auszugestalten. Daraus ergibt sich eine Gewichtseinsparung für das gesamte Kühlelement.The cooling plates according to the invention preferably have webs on their hot side, wherein a cavity for an inner wear protection insert is arranged in at least one of the webs. The webs can be undercut so that z. B. dovetailed grooves for receiving the known in the art ceramic or metallic outer inserts can serve to protect the hot side. According to the invention, however, it does not depend on the design of the grooves, but on the fact that the webs are protected when the ceramic or metallic superficially arranged wear protection inserts are worn. It is not necessary that each bridge or bridge is providable over its entire length with an inner insert. For example, every second or third bridge may be wholly or partially provided with an insert. The inventive design and arrangement of the inserts, the region of the webs is particularly protected, so that a part of the protective effect is transmitted from the hot-side, outer wear protection inserts on the internally mounted inserts. As a result, it is possible to reduce the thickness of the cooling plate and to make the grooves between the lands less deep. This results in a weight saving for the entire cooling element.

Die erfindungsgemäßen Inserts lassen sich fertigungstechnisch sehr einfach innerhalb der Kühlplatte platzieren. Die Fertigung der Hohlräume in Form von Bohrungen ist vergleichsweise einfach. Auch das Einschieben von vorgeformten Inserts ist nur mit sehr geringem Montageaufwand verbunden. Die Bohrungen müssen zudem nur in denjenigen Bereichen ausgeführt sein, in denen Inserts angeordnet sein sollen. Die Bohrungen müssen nicht komplett durchgängig sein. Es kann sich um Sacklöcher handeln, in welche das jeweilige Insert nur von einer Randseite der Kühlplatte her bei Bedarf eingesetzt wird. Insbesondere erstrecken sich diese Bohrungen nur über den mittleren Bereich der Kühlplatte.The inserts according to the invention can be very easily placed within the cooling plate in terms of production engineering. The production of cavities in the form of holes is relatively simple. The insertion of preformed inserts is associated with very little installation effort. The holes must also be made only in those areas where inserts are to be arranged. The holes do not have to be completely continuous. It may be blind holes, in which the respective insert is used only from one edge side of the cooling plate forth if necessary. In particular, these holes extend only over the central region of the cooling plate.

Die Inserts selbst können aus Stahl oder auch aus keramischen Werkstoffen bestehen. Im Unterschied zum Werkstoff der metallischen Kühlplatte oder im Unterschied zu eingegossenen Rohren für die Kühlmittelkanäle hat ein Insert eine höhere Verschleißfestigkeit. Es kann sich insbesondere um sogenannte hochleistungskeramische Werkstoffe handeln, wie z. B. Silizium infiltriertes, reaktionsgebundenes Siliziumcarbid, Kürzel RBSiC. Keramische Werkstoffe lassen sich im Strangpressverfahren einfach in verschiedenen Profilformen herstellen. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Insert um einen Stab mit kreisrundem Querschnitt, da dieser durch Bohren hergestellte Bohrungen optimal ausfüllt. Es kann sich im Rahmen der Erfindung bei dem Insert aber auch um ein Hohlprofil handeln. Inserts aus Hybridwerkstoffen, bei denen mehrere Werkstoffe miteinander kombiniert sind, sind ebenso möglich, wie verschiedene Inserts in ein- und derselben Bohrung, wobei je nach zu erwartendem Verschleiß über die Länge der Bohrung unterschiedliche Inserts eingesetzt werden. Auf diese Weise können Inserts aus Stahl in einem ersten Längenabschnitt der Bohrung mit einem weiteren Insert aus Keramik in einem anderen Längenabschnitt der Bohrung kombiniert werden. Ein Insert entspricht in seinem äußeren Querschnitt nicht zwingend, allerdings vorzugsweise, dem Querschnitt der Bohrung. Das Insert kann einen beliebigen Querschnitt haben, beispielsweise ein im Querschnitt kreuzförmiger Stab sein, der z. B. zusätzlich in eine feuerfeste Vergussmasse gedrückt ist, die z. B. vorab in die Bohrung eingebracht wurde, so dass der Verschleißschutzeinsatz fest und formschlüssig in der Bohrung verankert ist. Theoretisch kann ein Insert auch eine Vergussmasse sein, die in eine Bohrung in der Kühlplatte eingebracht ist und erst in situ aushärtet.The inserts themselves can be made of steel or ceramic materials. In contrast to the material of the metal cooling plate or unlike cast-in tubes for the coolant channels, an insert has a higher wear resistance. It may in particular be so-called high-performance ceramic materials such. B. Silicon infiltrated, reaction bonded silicon carbide, abbreviation RBSiC. Ceramic materials can be easily produced by extrusion in different profile shapes. Preferably, the insert is a rod with a circular cross-section, as it optimally fills holes produced by drilling. In the context of the invention, however, the insert may also be a hollow profile. Inserts made of hybrid materials combining several materials are also possible, as are various inserts in one and the same bore, with different inserts being used over the length of the bore depending on the expected wear. In this way, inserts of steel in a first length portion of the bore may be combined with another insert of ceramic in another length portion of the bore. An insert does not necessarily correspond in its outer cross section, but preferably, the cross section of the bore. The insert may have any cross-section, for example, be a cross-sectionally cross-shaped rod, the z. B. is additionally pressed in a refractory potting compound, the z. B. was introduced in advance in the bore, so that the wear protection insert is firmly and positively anchored in the bore. Theoretically, an insert may also be a potting compound, which is introduced into a bore in the cooling plate and cures only in situ.

Die metallische Kühlplatte selbst besteht insbesondere aus Kupfer oder einem Kupferwerkstoff. Andere metallische Werkstoffe wie Stahl oder Grauguss können für die Kühlplatten ebenfalls in Frage kommen. Es kann sich um gewalzte oder gegossene Kühlplatten handeln.The metallic cooling plate itself consists in particular of copper or a copper material. Other metallic materials such as steel or gray cast iron can also be considered for the cooling plates. It can be rolled or cast cold plates.

Maßgeblich ist, dass die erfindungsgemäße Kühlplatte die Möglichkeit bildet eine hohe Standzeit zu erreichen und eine Betriebssicherheit eines metallurgischen Ofens auch dann gewährleistet, wenn eine auf der Heißseite oberflächlich und mit dem Ofeninneren in Kontakt stehende Verschleißschutzschicht verschlissen ist und der metallische Werkstoff der Kühlplatte selbst bereits einem unmittelbaren Verschleiß ausgesetzt ist.It is decisive that the cooling plate according to the invention provides the possibility of achieving a long service life and also ensures reliability of operation of a metallurgical furnace when a wear protection layer which is superficial on the hot side and in contact with the interior of the furnace is worn and the metallic material of the cooling plate itself is already exposed to immediate wear.

Die Erfindung betrifft ferner ein Kühlelement mit der oben beschriebenen Kühlplatte und den in den Hohlräumen vormontierten Verschleißschutzeinsätzen.The invention further relates to a cooling element with the above-described cooling plate and the pre-assembled in the cavities wear protection inserts.

Die erfindungsgemäßen Kühlelemente können insbesondere in Hochöfen eingesetzt werden, bei denen es noch keinen abrasiven Verschleiß gibt. Herkömmliche Kühlelemente sind mit den erfindungsgemäßen inneren Inserts nachrüstbar, so dass für den Betreiber des Hochofens eine zusätzliche Sicherheit geschaffen wird.The cooling elements according to the invention can be used in particular in blast furnaces in which there is still no abrasive wear. Conventional cooling elements can be retrofitted with the inner inserts according to the invention, so that additional security is created for the operator of the blast furnace.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:

Figur 1: ein erfindungsgemäßes Kühlelement in einer Draufsicht auf seine Heißseite und
Figur 2: das Kühlelement der Figur 1 in einer Seitenansicht.

The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawings. It shows:

FIG. 1: a cooling element according to the invention in a plan view of its hot side and
FIG. 2: the cooling element of FIG. 1 in a side view.

Die Figuren 1 und 2 zeigen einmal in einer Frontansicht und einmal in einer Seitenansicht ein erfindungsgemäßes Kühlelement 1 für einen metallurgischen Ofen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Kühlelement 1 in der Einbaulage schräg gestellt montiert (Figur 2). Es kann sich hierbei um ein Kühlelement handeln, das im unteren Bereich eines Hochofens, d. h. in der sogenannten Rast montiert ist. Der Neigungswinkel des Kühlelementes 1 ist im Hinblick auf die Erfindung unerheblich. Das Kühlelement 1 kann ebenso senkrecht oder zu der dargestellten Variante gegensätzlich geneigt montiert sein.The FIGS. 1 and 2 show once in a front view and once in a side view of an inventive cooling element 1 for a metallurgical furnace. In this embodiment, the cooling element 1 is mounted obliquely in the installed position ( FIG. 2 ). It may be a cooling element which is mounted in the lower region of a blast furnace, ie in the so-called detent. The inclination angle of the cooling element 1 is irrelevant with respect to the invention. The cooling element 1 can also be mounted inclined perpendicular to the illustrated variant or opposite.

Das Kühlelement 1 umfasst als wesentliches Bauteil eine Kühlplatte 2, die im Wesentlichen rechteckig konfiguriert ist. Sie kann sich bei dieser Einbaulage zum unteren Ende hin leicht verjüngen. Die Kühlplatte 2 besteht aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus Kupfer oder aus einem Kupferwerkstoff. Die Kühlplatte 2 besitzt eine Heißseite 3, die einem nicht näher dargestellten Ofeninneren eines metallurgischen Ofens zugewandt ist. Die sogenannte Kaltseite 4 liegt der Heißseite 3 gegenüber. Die Kaltseite 4 ist zur nicht näher dargestellten Wand eines Ofens hin orientiert. Zur Kühlmittelzuführung befinden sich an der Kaltseite 4 im Bereich des oberen Endes 5 und im Bereich des unteren Endes 6 Kühlmittelanschlüsse 7, 8, die eine nicht näher dargestellte Wand des Ofens durchsetzen. Im Bereich des oberen Drittels des Kühlelements 1 befindet sich auf der Kaltseite 4 ein Befestigungselement 9 in Form eines Befestigungsbolzens. Über dieses Befestigungselement 9 kann das Kühlelement 1 an der Wand des Ofens befestigt werden.The cooling element 1 comprises as essential component a cooling plate 2, which is configured substantially rectangular. It can taper slightly towards the lower end in this installation position. The cooling plate 2 consists of a metallic material, in particular of copper or of a copper material. The cooling plate 2 has a hot side 3, which faces a furnace interior, not shown, of a metallurgical furnace. The so-called cold side 4 is opposite to the hot side 3. The cold side 4 is oriented towards the wall of a furnace, not shown. For coolant supply are located on the cold side 4 in the region of upper end 5 and in the region of the lower end 6 coolant connections 7, 8, which pass through a non-illustrated wall of the furnace. In the region of the upper third of the cooling element 1 is located on the cold side 4, a fastening element 9 in the form of a fastening bolt. About this fastener 9, the cooling element 1 can be attached to the wall of the furnace.

Auf der Heißseite 3 der Kühlplatte 2 befinden sich in der Einbaulage in Horizontalrichtung verlaufende Stege 10 im parallelen Abstand zueinander. Zwischen den Stegen 10 sind nutenförmige Aufnahmen 11 ausgebildet, die einen schwalbenschwanzförmigen Querschnitt besitzen. Die nutenförmigen Aufnahmen 11 dienen zur Aufnahme von nicht näher dargestellten Profilbauteilen, die in der Einbaulage ein kleines Stück über die Stege 10 der Heißseite 3 vorstehen können und die Kühlplatte 2 vor abrasivem Verschleiß während des Betriebs schützen.On the hot side 3 of the cooling plate 2 are in the installed position in the horizontal direction extending webs 10 at a parallel distance from each other. Between the webs 10 groove-shaped receptacles 11 are formed, which have a dovetail-shaped cross-section. The groove-shaped receptacles 11 are used to hold profile components, not shown, which can protrude a small distance over the webs 10 of the hot side 3 in the installed position and protect the cooling plate 2 from abrasive wear during operation.

Die Kühlplatte 1 ist in nicht näher dargestellter Weise von Kühlmittelkanälen durchzogen, die den oberen Kühlmittelanschluss 7 mit dem unteren Kühlmittelanschluss 8 fluidleitend verbinden und zur Durchleitung des Kühlmittels, vorzugsweise Kühlwassers, dienen. Zusätzlich zu den Kühlmittelkanälen befinden sich im Inneren, d. h. ohne Kontakt zur Heißseite 3 oder Kaltseite 4 Verschleißschutzeinsätze 12, 13, 14 im Inneren der Kühlplatte 2. Im Inneren bedeutet nicht, dass die Verschleißschutzeinsätze 12 - 14 nicht an den Randseiten 18, 19 der Kühlplatte 1 sichtbar sein dürften, sondern dass sie sich nicht an der Oberfläche der Heißseite 3 befinden. Bevorzugt sind die Verschleißschutzeinsätze 12 - 14 vollständig, d. h. allseitig von dem Werkstoff der Kühlplatte 2 und eventuell einem Verschluss einer Bohrung umgeben.The cooling plate 1 is traversed in a manner not shown by coolant channels that connect the upper coolant port 7 fluidly connected to the lower coolant port 8 and for the passage of the coolant, preferably cooling water used. In addition to the coolant channels are inside, d. H. without contact to the hot side 3 or cold side 4 wear protection inserts 12, 13, 14 inside the cooling plate 2. Inside does not mean that the wear protection inserts 12 - 14 should not be visible on the edge sides 18, 19 of the cooling plate 1, but that they are not located on the surface of the hot side 3. Preferably, the wear protection inserts 12-14 are complete, i. H. Surrounded on all sides by the material of the cooling plate 2 and possibly a closure of a bore.

Die Verschleißschutzeinsätze 12 - 14 sind identisch konfiguriert. Sie befinden sich lediglich in unterschiedlichen Abständen von der Heißseite 3 der Kühlplatte 2, wobei für die Erfindung als Bezug für die Heißseite 3 die Stirnseite 16 der Stege 10 angenommen wird. Die Heißseite 3 ist allerdings die gesamte Oberfläche der Kühlplatte 2, die dem Inneren des Ofens zugewandt ist, d. h. einschließlich der Flanken der Stege 10 und einschließlich des Nutgrundes 15 der Aufnahmen 11. Sämtliche Verschleißschutzeinsätze 12, 13, 14 befinden sich im Bereich der Stege 10. Der Verschleißschutzeinsatz 12 befindet sich beispielsweise im Bereich der Basis des Stegs 10 etwa auf Höhe des Nutgrundes 15 der Aufnahme 11. Im unmittelbar benachbarten Steg 10 befindet sich der Verschleißschutzeinsatz 13 etwa auf mittlerer Höhe zwischen dem Nutgrund 15 und der Stirnseite 16 des Stegs 10. Der wiederum benachbarte Verschleißschutzeinsatz 14 befindet sich benachbart der Stirnseite 16 des Stegs 10 bzw. in noch geringerem Abstand zur Heißseite 3. Bei den weiteren benachbarten Verschleißschutzeinsätzen 12 - 14 variieren die Abstände, so dass sich vom oberen Ende 5 zum unteren Ende 6 ein alternierender oder wellenförmiger Verlauf hinsichtlich der Anordnung der Verschleißschutzeinsätze 12 - 14 ergibt. Die Verschleißschutzeinsätze 12 - 14 selbst sind in Hohlräumen 17 in Form von Bohrungen in der Kühlplatte 2 angeordnet. Die Hohlräume 17 erstrecken sich parallel zur Heißseite 3 und zudem in Horizontalrichtung. Konkret folgen die Hohlräume 17 dem Verlauf der Stege 10. Die Hohlräume 17 können sich über die gesamte horizontale Breite B (Figur 2) des Kühlelements 1 erstrecken. Zusätzlich oder alternativ können Hohlräume in einer Ebene E angeordnet sein, die parallel zur Heißseite 3 und von der Heißseite 3 her betrachtet unterhalb der Aufnahmen 11 verlaufen, allerdings den nicht näher dargestellten Kühlmittelkanälen vorgelagert sind.The wear protection inserts 12 - 14 are identically configured. They are only at different distances from the hot side 3 of the cooling plate 2, wherein for the invention as a reference for the hot side 3, the end face 16 of the webs 10 is assumed. However, the hot side 3 is the entire surface of the cooling plate 2, which faces the interior of the furnace, ie including the flanks of the webs 10 and including the groove bottom 15 of the receptacles 11. All wear protection inserts 12, 13, 14 are located in the region of the webs 10th The wear protection insert 12 is for example in the range of Base of the web 10 approximately at the level of the groove bottom 15 of the receptacle 11. In the immediately adjacent web 10 is the wear protection insert 13 approximately at mid-height between the groove bottom 15 and the end face 16 of the web 10. The next adjacent wear protection insert 14 is adjacent the end face In the other adjacent wear protection inserts 12-14 vary the distances, so that from the upper end 5 to the lower end 6 an alternating or wavy course with respect to the arrangement of wear protection inserts 12-14 results. The wear protection inserts 12 - 14 themselves are arranged in cavities 17 in the form of bores in the cooling plate 2. The cavities 17 extend parallel to the hot side 3 and also in the horizontal direction. Specifically, the cavities 17 follow the course of the webs 10. The cavities 17 can extend over the entire horizontal width B (FIG. FIG. 2 ) of the cooling element 1 extend. Additionally or alternatively, cavities can be arranged in a plane E, which extend parallel to the hot side 3 and viewed from the hot side 3 forth below the receptacles 11, but are upstream of the coolant channels not shown.

In Figur 1 ist ein mittlerer Bereich M der Kühlplatte 2 gekennzeichnet, der sich über circa 50 % der Breite B des Kühlelements 1 und in Hochrichtung vom unteren Ende 6 zum oberen Ende 5 erstreckt. Die Verschleißschutzeinsätze sind wenigstens in diesem mittleren Bereich M angeordnet. Die dem mittleren Bereich M benachbarten Bereiche werden als Randbereiche R bezeichnet und erstrecken sich jeweils bis zu den äußeren Randseiten 18, 19 der Kühlplatten 2. In den Randbereichen R können zusätzlich Verschleißschutzeinsätze angeordnet sein. Falls nur in einem Teilbereich, insbesondere im mittleren Bereich M des Kühlelementes 1 Verschleißschutzeinsätze angeordnet sein sollen, ist es ausreichend, entsprechende Hohlräume 17 in Form von Bohrungen von einer Randseite 18, 19 her in die Kühlplatte 2 einzubringen. Bei den Hohlräumen 17 handelt es sich dann um Sacklöcher, die sich beispielsweise nur über einen der beiden Randbereiche R und den mittleren Bereich M erstrecken, um geeignete Verschleißschutzeinsätze aufzunehmen.In FIG. 1 is a central region M of the cooling plate 2, which extends over approximately 50% of the width B of the cooling element 1 and in the vertical direction from the lower end 6 to the upper end 5. The wear protection inserts are arranged at least in this central region M. The regions adjacent to the middle region M are referred to as edge regions R and each extend as far as the outer edge sides 18, 19 of the cooling plates 2. In the edge regions R, wear protection inserts may additionally be arranged. If wear protection inserts are to be arranged only in a partial region, in particular in the middle region M of the cooling element 1, it is sufficient to introduce corresponding cavities 17 in the form of bores from an edge side 18, 19 into the cooling plate 2. The cavities 17 are then blind holes which extend, for example, only over one of the two edge regions R and the middle region M in order to receive suitable wear protection inserts.

Bezugszeichen:Reference numerals:

1 -1 -: Kühlelementcooling element
2 -2 -: Kühlplattecooling plate
3 -3 -: Heißseitehot side
4 -4 -: Kaltseitecold side
5 -5 -: oberes Ende v. 2upper end v. 2
6 -6 -: unteres Ende v. 2lower end v. 2
7 -7 -: KühlmittelanschlussCoolant connection
8 -8th -: KühlmittelanschlussCoolant connection
9 -9 -: Befestigungselementfastener
10 -10 -: Stegweb
11 -11 -: Aufnahmeadmission
12 -12 -: VerschleißschutzeinsatzWear protective insert
13 -13 -: VerschleißschutzeinsatzWear protective insert
14 -14 -: VerschleißschutzeinsatzWear protective insert
15 -15 -: Nutgrundgroove base
16 -16 -: Stirnseite v. 10Front side v. 10
17 -17 -: Hohlraum (Bohrung)Cavity (hole)
18 -18 -: Randseiteedge side
19 -19 -: Randseiteedge side

B -B -: Breitewidth
E -E -: Ebenelevel
M -M -: mittlerer Bereichmiddle area
R -R -: Randbereichborder area

Claims

Metallic cooling plate for a cooling element for metallurgical furnaces, with coolant channels extending in their interior, characterized in that the cooling plate (2) has at least one cavity (17) for accommodating an inner wear protection insert (12, 13, 14) which can be placed inside the cooling plate (2) ), which in contrast to the material of the metallic cooling plate (2) has a higher wear resistance.

Cooling plate according to claim 1, characterized in that the at least one inner wear protection insert (12, 13, 14) in a cavity designed as a bore (17) in the cooling plate (2) can be placed.

Cooling plate according to claim 2, characterized in that the cavity designed as a bore (17) extends horizontally in an installed position of the cooling plate (2).

Cooling plate according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least one inner wear protection insert (12, 13, 14) in a central region (M) of the cooling plate (2) can be placed.

Cooling plate according to claim 4, characterized in that the central region (M) extends from an upper end (5) of a hot side (3) to a lower end (6) of the hot side (3), with a plurality of inner wear protection inserts (12, 12). 13, 14) are placeable in this central region (M).

Cooling plate according to claim 4 or 5, characterized in that the middle region (M) adjacent edge regions (R) are free of wear protection inserts (12, 13, 14).

Cooling plate according to one of claims 1 to 6, characterized in that a plurality of inner-wear inserts (12, 13, 14) is provided and at different distances from a hot side (3) of the cooling plate (2) are arrangeable.

Cooling plate according to claim 7, wear protection inserts (12, 13, 14) in a plurality of mutually parallel planes spaced from the hot side (3) are arrangeable.

Cooling plate according to one of claims 1 to 8, characterized in that at least one inner wear protection insert (12, 13, 14) in at least one of the webs (10) can be arranged.

Cooling plate according to claim 9, characterized in that the cooling plate (2) has webs (10) with wear protection inserts (12, 13, 14) which can be arranged in their interior, and further webs or sections of further webs without wear protection inserts (12, 13, 14).

Cooling plate according to one of claims 1 to 11, characterized in that at least one wear protection insert (12, 13, 14) made of steel in the interior of the cooling plate (2) can be placed.

Cooling plate according to one of claims 1 to 10, characterized in that at least one wear protection insert (12, 13, 14) consists of a ceramic material in the interior of the cooling plate (2) can be placed.

Cooling plate according to one of claims 1 to 12, characterized in that the at least one insertable inner wear protection insert (12, 13, 14) is a rod with a circular cross-section.

Cooling plate according to one of claims 1 to 13, characterized in that the at least one insertable inner wear protection insert (12, 13, 14) is a hollow profile.

Cooling plate according to one of claims 1 to 14, characterized in that cavities (17) are designed only in those areas in which wear protection inserts (12, 13, 14) are provided.

Cooling element (1) with a cooling plate (2) and with at least one inner wear protection insert (12, 13, 14) arranged in the interior of the cooling plate (2) according to one of claims 1 to 15.