LU90146A7 - Verfahren zum Herstellen einer Kuehlplatte fuer Schachtoefen - Google Patents

Description

Verfahren zum Herstellen einer Kühlplatte für Schachtöfen.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Kühlplatte für Schachtöfen, wie zum Beispiel Hochöfen.

Solche Kühlplatten für Schachtöfen werden auch noch "Staves" genannt. Sie werden auf der Innenseite des Ofenpanzers angeordnet und weisen interne Kühlmittelkanäle auf, die an das Kühlsystem des Schachtofens angeschlossen werden. Ihre dem Inneren des Ofens zugekehrte Oberfläche ist meistens mit einem feuerfesten Material ausgekleidet.

Die meisten dieser "Staves" werden heute noch aus Gußeisen hergestellt. Da Kupfer jedoch eine weitaus bessere Wärmeleitfähigkeit als Gußeisen hat, ware es wünschenswert auch kupferne "Staves" einzusetzen. Es wurden bis jetzt verschieden Herstellungsverfahren für kupferne "Staves" vorgeschlagen.

Zuerst wurde versucht, kupferne Kühlplatten durch Formgießen herzustellen, wobei die internen Kühlmittelkanäle durch einen Sandkern in der Gießform ausgebildet werden. Dieses Verfahren hat sich in der Praxis jedoch nicht bewährt, da die gegossenen Kupferplatten offers Lunker und Porositäten aufweisen, die sich äußerst negativ auf die Lebensdauer der Platten auswirken, der Formsand aus den Kühlkanälen schwierig zu entfernen ist und/oder der KQhlkanal im Kupfer mangelhaft ausgebildet ist.

Aus der GB-A-1571789 ist bekannt beim Formgießen der Kühlplatten den Sandkern durch eine vorgeformte metallische Rohrschlange aus Kupfer oder Edelstahl zu ersetzen. Letztere wird in der Gießform in den Kühlplattenkörper eingegossen und bildet einen schlangenförmigen Kühlmittelkanal aus. Auch dieses Verfahren hat sich in der Praxis nicht bewährt. Zwischen dem Kühlplattenkörper aus Kupfer und der eingegossenen Rohrschlange besteht namlich, durch verschiedene Ursachen bedingt, ein hoher Wärmeübergangs-widerstand, so daß sich eine relativ schlechte Kühlung der Platte ergibt. Weiterhin können auch bei diesem Verfahren Lunker und Porositäten im Kupfer nicht wirksam verhindert werden.

Aus der DE-A-2907511 ist eine Kühlplatte bekannt, die aus einem geschmiedeten Oder gewalzten Kupferblock gefertigt ist. Die Kühlmittelkanäle sind hierbei Sackbohrungen, die durch mechanisches Tiefbohren in den gewalzten Kupferblock eingebracht werden. Bei diesen Kühlplatten werden die vorerwähnten Nachteile des Formgießens vermieden. Insbesondere sind Lunker und Porositäten in der Platte praktisch ausgeschlossen. Leider sind die Herstellungskosten dieser Kühlplatten jedoch relativ hoch, da insbesondere das Tiefbohren der Kühlkanälen kompliziert, zeitaufwendig und teuer ist.

Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen mit dem sich insbesondere qualitativ hochwertige Kupfer-"Staves" billiger herstellen lassen. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelost.

Erfindungsgemäß wird mittels einer Stranggießform eine Vorform der Kühlplatte stranggegossen, wobei Einsätze im Gießkanal der Stranggießform in Stranggießrichtung verlaufende Kanäle in der Vorform erzeugen, die in der fertigen Kühlplatte Kühlmittelkanäle ausbilden. Aus der stranggegossenen Vorform läßt sich dann relativ einfach, ohne aufwendiges Tiefbohren, eine einsatzfähige Kühlplatte großer Lange fertigstellen. Hierzu ist insbesondere anzumerken, daß Lunker und Porositäten beim Stranggießen weitaus wirksamer verhindert werden können, als beim Formgießen. Weiterhin ist die mechanische Festigkeit einer stranggegossenen Kühlplatte weitaus höher, als die einer formgegossenen Kühlplatte. Der Wärmeübergang ist optimal, da die stranggegossenen Kanäle unmittelbar im gegossenen Körper ausgebildet sind. Da der Querschnitt der stranggegossenen Kanäle nicht unbedingt kreisrund sein muß, werden neue vorteilhafte Möglichkeiten betreffend die Gestaltung und Anordnung der Kühlmittelkanäle eröffnet. Es wurde weiterhin festgestellt, daß die spezielle Beschaffenheit der Oberfläche einer stranggegossenen Kühlplatte gute Voraussetzungen für die Haftung einer feuerfesten Spritzmasse mit sich bringt.

Beim Stranggießen können durch Zinken im Gießkanal der Stranggießform in Stranggießrichtung verlaufende Nuten in einer Oberfläche der Vorform erzeugt werden. Diese Nuten vergrößern die gekühlte Oberfläche der fertigen Kühlplatte und bilden Verankerungen für eine feuerfeste Auskleidung aus. Solche Nuten können jedoch auch nachtrâglich in eine Oberfläche der stranggegossenen Vorform eingearbeitet, zum Beispiel eingefräst werden. Diese Vorgehensweise ist zum Beispiel erforderlich, falls die Nuten quer zu Stranggießrichtung verlaufen sollen.

Sollen besonders dünne Kühlplatten hergestellt werden, so wird die Dicke der stranggegossenen Vorform vorteilhaft durch Walzen reduziert. Durch das Walzen wird die Kristallstruktur des Kupfers feiner, was sich gunstig auf die mechanischen und thermischen Eigenschaften der fertigen Kühlplatte auswirkt. Obwohl die Walzreduktion die Herstellungskosten der Kühlplatte erhöht, kann es somit von Vorteil sein, auch stranggegossene Vorformen für dickere Kühlplatten zu walzen. In diesem Zusammenhang ist besonders hervorzuheben, daß die in die Vorform eingegossenen Kanäle überraschenderweise kein wesentliches Hindernis für das nachträgliche Walzen der Vorform darstellen. Dies gilt insbesondere dann, falls die eingegossenen Kanäle einen längltchen, zum Beispiel ovalen Querschnitt aufweisen.

Aus der stranggegossenen und ggf. gewalzten Vorform wird durch zwei Schnitte quer zur Gießrichtung ein Platte herausgetrennt, wobei zwei Stirnflächen quer zur Gießrichtung ausgebildet werden, deren Abstand im wesentlichen der gewünschten Lange der Kühlplatte entspricht. Es ist anzumerken, daß aus einer stranggegossenen Vorform vorteilhaft mehrere Kühlplatten gleicher oder verschiedener Lange hergestellt werden können. Das Herstellen besonders langer Kühlplatten ist ebenfalls ohne Mehraufwand möglich. Die aus der Vorform herausgetrennten Platten weisen mehrere parallèle Durchgangskanäle auf, die sich in Gießrichtung erstrecken und in den zwei Stirnseiten jeweils eine Einmündung ausbilden.

Der Querschnitt der eingegossenen Kanäle weist vorteilhaft eine längliche Form auf, die ihre kleinste Ausdehnung senkrecht zur Kühlplatte hat. Hierdurch können Kühlplatten mit einer geringeren Plattendicke hergestellt werden als Kühlplatten mit gebohrten Kanalen, wodurch Kupfer eingespart wird. Es ist ebenfalls anzumerken, daß Kanäle mit länglichen Querschnitten auch einfacher beim Stranggießen herzustellen sind. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß bei Kanälen mit länglichen Querschnitten größere kühlmittelseitige Austausch-flächen in der Kühlplatte zu erzielen sind. Kanäle mit länglichen (wie zum Beispiel ovalen) Querschnitten verhalten sich, wie weiter oben bereits angedeutet, auch weitaus vorteilhafter beim Walzen der Vorform als Kanäle mit kreisrunden Querschnitten.

In dem nächsten Herstellungsschritt werden vorteilhaft in die Durchgangskanäle einmündende Anschlußbohrungen für Vor- und Rücklaufleitungen senkrecht zur Rückfläche in die Platte gebohrt, und die stirnseitigen Einmündungen der Kanäle verschlossen. In diese

Anschlußbohrungen können anschließend Anschlußstutzen eingesetzt werden, die bei einer am Ofenpanzer montierten Kühlplatte aus dem Ofenpanzer herausgeführt werden.

Jeder stranggegossene Kanal kann seinen eigenen Vorlauf- und Rücklaufanschluß aufweisen. Mehrere stranggegossenen Kanäle können jedoch auch mittels Querbohrungen miteinander verbunden werden. Diese Querbohrungen sind dann zum Beispiel derart angeordnet und verschlossen, daß sich ein schlangenförmiger Kanal mit einem Vorlaufanschluß und einem Rücklaufanschluß pro Kühlplatte ergibt.

Die Kühlplatte kann vorteilhaft derart gebogen und zentriert werden, daß ihre Krümmung der Krümmung des Hochofenpanzers angepaßt ist. Dies ist besonders der Fall, wenn Kühlplatten mit großer Breite eingesetzt werden. Dies ist ebenfalls der Fall für Kühlplatten die im Hochofengestell eingesetzt werden. Solche Kühlplatten für das Gestell müssen sich in der Tat möglichst eng an den Panzer anschmiegen, urn die auf die Gestellauskleidung wirkenden Drücke aufzunehmen.

Zwecks besserer Veranschaulichung der Erfindung und ihrer Vorteile, werden verschiedene Ausführungsbeispiele anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.

Es zeigen:

Figur 1: einen schematischen Längsschnitt durch eine Stranggießform für das erfindungsgemäße Verfahren;

Figur 2: einen schematischen Querschnitt entlang der Schnittlinie 2-2 durch die Stranggießform nach Figur 1;

Figur 3: eine Draufsicht auf die Rückseite einer fertigen Kühlplatte, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde;

Figur 4: einen Längsschnitt entlang der Schnittlinie 4-4 durch die Kühlplatte der Figur 3;

Figur 5: einen Querschnitt entlang der Schnittlinie 5-5 durch die Kühlplatte der Figur 3;

Figur 6: eine perspektivische Ansicht einer Anordnung von Kühlplatten in einem Schachtofen;

Figur 7: eine Draufsicht auf die Rückseite einer Kühlplatte die besonders für die Anordnung nach Figur 6 geeignet ist und mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde.

Figur 1 und Figur 2 zeigen schematisch den Aufbau einer Stranggießform 10 für das erfindungsgemäße Verfahren. Diese Stranggießform 10 besteht zum Beispiel aus vier gekühlten Formplatten 12, 14, 16 und 18, die einen gekühlten Gießkanal 20 für eine Schmelze, zum Beispiel eine niedrig legierte Kupferschmelze ausbilden. Die Pfeile 22 und 24 in Figur 1 deuten Vorlaufanschlüsse und Rücklaufanschlüsse für ein Kühlmittel in den seitlichen Formplatten 12 und 14 an. Der Pfeil 25 in Figur 1 zeigt die Gießrichtung.

In Figur 1 sieht man, daß in den Gießkanal 20 drei stabförmige Einsätze 28 hineinragen. Letztere sind z.B. an einen Kühlmittelkollektor 30 angeschlossen, der oberhalb der Formplatten 12-18 über dem Gießkanal 20 angeordnet ist. Jeder dieser stabförmigen Einsätze 28 besteht vorteilhaft aus einem stirnseitig verschlossenen Außenrohr 32 und einem stirnseitig offenen Innenrohr 34, die derart angeordnet sind, daß sie einen Ringspalt 36 für das Kühlmittel ausbilden. Für jeden der drei stabförmigen Einsätze 28 ergibt sich somit folgende Kühlmittelströmung. lm Kollektor 30 strömt das Kühlmittel über eine Vorlaufkammer 38 in den Ringspalt 36 ein. Es kühlt das Außenrohr 32 auf seiner ganzen Lange und tritt am unteren Ende aus dem Ringspalt 36 in das Innenrohr 34 ein. Dieses Innenrohr 34 leitet das Kühlmittel in eine Rücklaufkammer 40 im Kollektor 30 zurück. Die stabförmigen Einsätze 28 können jedoch auch als ungekühlte Graphitstäbe ausgebildet werden.

In Figur 2 sieht man, daß die vordere Formplatte 16 mehrere Zinken 26 aufweist. Letztere erstrecken sich im wesentlichen über die gesamte Lange der Formplatte 16 und ragen senkrecht zur Gießrichtung in den Gießkanal 20 hinein.

Mit der vorbeschriebenen Stranggießform 10 wird erfindungsgemäß ein Strang gegossen, der eine Vorform der herzustellenden Kühlplatte ausbildet. Die stabförmigen Einsätze 28 erzeugen hierbei in der stranggegossenen Vorform in Stranggießrichtung veriaufende Kanäle, deren Querschnitt durch den Querschnitt der stabförmigen Einsätze 28 bestimmt wird. Die Zinken 26 in der Formplatte 18 erzeugen in der stranggegossenen Vorform in Stranggießrichtung veriaufende Längsnuten.

Die Figuren 3 bis 4 zeigen eine fertige Kühlplatte 50 die auf Basis einer stranggegossenen Vorform hergestellt wurden. Es ist jedoch anzumerken, daß die Vorform der Kühlplatte 50 mit einer Stranggießform gegossen wurde, die keine Zinken 26 aufwies, so daß die ursprüngliche Vorform im wesentlichen einen rechteckigen Querschnitt ohne Nuten hatte. In Figur 3 sind mit gestrichelten Linien die drei Kanâle 52 angedeutet die erfindungsgemâß beim Stranggießen durch die Einsâtze in der Stranggießform erzeugt wurden. Diese Einsätze hatten, wie aus Figur 5 ersichtlich, eine ovale Form. Sie waren in der Stranggießform, wie aus Figur 4 und 5 noch ersichtlich, außermittig im rechteckigen Querschnitt der Vorform angeordnet, d.h. sie lagen nâher an der Oberflâche der Vorform die in der fertigen Kühlplatte 50 schlußendlich die Rückseite ausbildet.

Es hat sich von Vorteil erwiesen, die Vorform dicker als für die fertige Kühlplatte erforderlich zu gießen, und die Dicke der Vorform anschließend durch Walzen erst auf die Dicke der fertigen Kühlplatte zu reduzieren. Bei diesem Walzen der Vorform erhält das Kupfer eine feinere Kristallstruktur, was sich positiv auf die mechanischen und thermischen Eigenschaften der fertigen Kühlplatte auswirkt. Es bleibt in diesem Zusammenhang festzustellen, daß ein von Anfang an länglicher Querschnitt der Kühlkanäle beim Walzen weitaus vorteilhafter verformt wird als ein kreisrunder Querschnitt.

Anschließend hat man aus der gewalzten Vorform, durch zwei Schnitte quer zur Gießrichtung, eine rechteckige Rohplatte herausgetrennt. Hierdurch wurden die zwei Stirnflächen 54, 56 der fertigen Kühlplatte ausgebildet. In dieser Rohplatte erstreckten sich die Kanäle 52 folglich als Durchgangskanäle zwischen den beiden Stirnflächen 54, 56 und bildeten hierin offene Einmündungen 58 aus. In die Oberfläche dieser Rohplatte die den größten Abstand zu den außermittigen Kanalen 52 aufwies, wurden anschließend Nuten 58 quer zur Gießrichtung eingefräst. Um die mechanische Festigkeit der Platte noch weiter zu erhöhen, könnte sie jetzt kugelgestrahlt werden. lm nächsten Herstellungsschritt wurden in die Kanäle 52 einmündende Anschlußbohrungen 62 für Vor- und Rücklaufstutzen 64, 66 senkrecht zur Plattenoberfläche in die Rückseite 68 der Platte gebohrt. Bevor die stirnseitigen Einmündungen 58 der Kanäle 52 definitiv durch Stopfen 70 verschlossen werden, könnten die Kanäle gegebenenfalls noch mechanisch nachbearbeitet werden. Um die Kühlplatte 50 definitiv fertigzustellen mußten lediglich noch die Vor- und Rücklaufstutzen 64, 66, sowie Befestigungszapfen 72 und Abstandstutzen 74 an der Platte befestigt werden.

In Figur 5 sieht man wie die fertige Kühlplatte 50 mittels der Abstandstutzen 74 auf einer Ofenpanzerplatte 76 aufliegt. Es bleibt anzumerken, daß die Kühlplatte 50 der Figuren 3-5 für einen senkrechten Einbau in den Ofen bestimmt ist, d.h. daß in den eingebauten Kühlplatten die Kühlkanäle 52 senkrecht und die Quernuten 60 waagerecht verlaufen. Anstelle der Quernuten 60, die quer zur Gießrichtung verlaufen, könnte die Kühlplatte 50 auch Lângsnuten aufweisen die parallel zur Gießrichtung verlaufen. Letztere würden dann vorteilhaft, mit einer Gießform mit Zinken, wie sie in Figur 2 gezeigt ist, unmittelbar beim Stanggießen erzeugt.

Figur 6 zeigt eine Anordnung von Kühlplatten 80, bei denen die Nuten 82 auf diese Art und Weise unmittelbar beim Stranggießen erzeugt wurden. Innerhalb der Kühlplatten 80 erstrecken sich die beim Stranggießen erzeugten Kühlkanäle 84 (siehe Figur 7) also parallel zu den Nuten 82. Es ist anzumerken, daß die Kühlplatten 80 im Ofen horizontal angeordnet sind, d.h. daß in den eingebauten Kühlplatten 80 die Kühlkanäle 84 und die Nuten 82 waagerecht verlaufen. Die Kühlplatten 80 sind derart gebogen und zentriert, daß ihre Krümmung der Krümmung des (nicht gezeigten) Hochofenpanzers angepaßt ist.

Figur 7 zeigt mit gestrichelten Linien eine vorteilhafte Anordnung der Kühlmittelkanäle in einer der Kühlplatten 80. Man erkennt drei stranggegossene Kanäle 84^ 842 und 843, sowie zwei kurze Querbohrungen 86 und 88. Die Bohrung 86 verbindet die Kanâle 841 und 842 an einem Ende der Platte 80 und ist mit einem Stopten 90 verschlossen. Die Bohrung 88 verbindet die Kanäle 842 und 843 an anderen Ende der Platte 80 und ist mit einem Stopten 92 verschlossen. Wie die Kanäle 52 in der Platte 50, sind die Kanäle 841t 842 und 843 in den Stirnflächen 54, 56 der Platte 80 ebenialls durch Stopten 70 verschlossen. Die Referenzzahl 94 zeigt einen Vorlaufanschluß der in den Kanal 84-j einmündet, und die Reterenzzahl 96 einen Rücklautanschluß der in den Kanal 843 einmündet. Das Kühlmittel das über Vorlautanschluß 94 in die

Platte 80 eintritt, muß letztere schlangentörmig durchströmen, bevor es sie wieder über den Rücklaufanschluß 96 verlassen kann. In Figur 6 ist schematisch dargestellt, wie die Vor- und Rücklautanschlüsse 94, 96 der einzelnen Kühlplatten 80 über Rohrbrücken 98 miteinander verdunden sind. Selbstverständlich könnte die Kühlplatte 80, wie die Kühlplatte 50, ebenfalls je einen Vor· und Rücklaufanschluß pro Kühlkanal 84^ 842 und 843 autweisen.

Es bleibt anzumerken, daß Kühlplatten die im Hochoien oberhalb der Blastormen angebracht werden vorteilhaft aut ihrer dem Inneren des Ofens zugekehrten Seite mit einer feuerfesten Spritzmasse versehen werden. Urn die Haftung der feuertesten Spritzmasse an den Kühlplatten zu verbessern, können die Nuten 60, 82 zum Beispiel als Schwalbenschwanznuten ausgebildet werden. Es ist weiterhin von Vorteil, die Kannten und Ecken der Nuten 60, 82 großzügig abzurunden. Hierdurch wird nämlich die Gefahr einer Rißbildung in der feuerfesten Masse reduziert. Kühlplatten für das Gestell des Hochofens weisen dagegen vorteilhaft eine glatte Vorder- und Rückseite auf. Sie sind dunner als die gezeigten Kühlplatten mit Nuten und werden vorteilhaft aus einer stranggegossenen Vorform hergestellt, deren Dicke durch Walzen reduziert wurde. Sie werden auf den Durchmesser des Panzers im Bereich des Gestells zentriert, so daß sie formschlüssig mit ihrer glatten Rückflâche an dem Hochofenpanzer anliegen. Die Gestellauskleidung mit Formsteinen aus Kohlenstoff liegt hierbei formschlüssig an der ebenfalls glatten Vorderseite der Kühlplatten an. Hierdurch wird gewährleistet, daß relativ dünne Kühlplatten die großen Drücke die auf die Gestellauskleidung einwirken problemlos auf den Hochofenpanzer übertragen können.

Alle gezeigten Kühlplatten weisen drei stranggegossene Kanäle auf. Selbstverständlich können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ebenfalls Kühlplatten mit mehr oder mit weniger als drei stranggegossenen Kanalen hergestellt werden.

Claims (11)

1) Verfahren zum Herstellen einer Kühlplatte (50, 80) mit integrierten Kühlmittelkanälen (52, 84) für einen Schachtofen, dadurch gekennzeichnet, daß

mittels einer Stranggießform (10) eine Vorform der Kühlplatte (50, 80) stranggegossen wird, wobei stabförmige Einsätze (28) im Gießkanal (20) der Stranggießform (10) in dieser Vorform in Stranggießrichtung verlaufende Kanäle (52, 84) erzeugen, die in der fertigen Kühlplatte Kühlmittelkanäle ausbilden.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die

Stranggießform (10) Zinken (26) aufweist, die in einer Oberfläche der Vorform in Stranggießrichtung verlaufende Nuten (82) erzeugt.

3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in eine Oberfläche der stranggegossenen Vorform quer zu Stranggießrichtung verlaufende Nuten (60) eingearbeitet werden.

4) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß

aus der Vorform durch zwei Schnitte quer zur Gießrichtung ein Platte herausgetrennt wird, wobei zwei Stirnflächen (54, 56) quer zur Gießrichtung ausgebildet werden, und wobei sich die Kanäle (52, 84) als

Durchgangskanäle durch die Platte zwischen den beiden Stirnflächen (54, 56) erstrecken und hierin Einmündungen (58) ausbilden.

5) Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in die Kanäle

(52, 84) einmündende Anschlußbohrungen (62) für Vor- und

Rücklaufleitungen (64, 66) senkrecht zur Plattenoberfläche in die Platte (50, 80) gebohrt werden, und die stirnseitigen Einmündungen (58) der Kanäle (52, 84) verschlossen werden. 6) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der stranggegossenen Kanäle (52, 84) eine längliche Form aufweist, die ihre kleinste Ausdehnung senkrecht zur Kühlplatte (50, 80) aufweist. 7) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die stranggegossenen Kanäle (52, 84) mittels Querbohrungen (86, 88) miteinander verbunden werden. 8) Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Querbohrungen (86, 88) derart angeordnet und verschlossen werden, daß sich ein schlangenförmiger, durchgehender Kanal mit einem Vorlaufanschluß (94) und einem Rücklaufanschluß (96) ergibt. 9) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlplatte (80) derart zentriert wird, daß ihre Krümmung der Krümmung einer Schachtofenwand angepaßt ist. 10) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorform aus einer Kupferlegierung stranggegossen wird. 11) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der stranggegossenen Vorform durch Walzen reduziert wird.