NL8002561A - Watergekoeld deksel voor een industriele oven. - Google Patents

Description

i -¾

HdB/MLD/60.90.232 -1- SIDEPAL S.A. Societé Industrielle de Participations Luxembourgeoise, Luxemburg, Groothertogdom Luxemburg

Watergekoeld deksel voor een industriële oven.

De uitvinding heeft betrekking op een watergekoeld deksel voor een industrie-oven, in het bijzonder een lichtboogoven, waarbij de koeling ter aanpassing aan plaatselijk verschillende warmtebelastingen zonegewijs plaatsvindt.

5 Ter verlenging van de levensduur van een deksel voor een industrie-oven zoals voor b.v. een lichtboogoven is het bekend een dergelijk deksel te koelen. Deze koeling vindt meestal plaats door middel van water waardoor niet slechts de levensduur van de dekselconstructie wordt verlengd doch waardoor ook de mogelijkheid ontstaat energie terug te winnen uit het verwarmde water. Het eveneens bekend deze deksel-koeling ter aanpassing aan plaatselijk verschillende warmtebelastingen van het deksel zonegewijs uit te voeren, d.w.z. het dekselvlak in zones in te delen die afzonderlijk en 15 individueel al naar gelang de ter plaatse heersende thermische belastingen, gekoeld kunnen worden. Een dergelijke zonege-wijze koeling is b.v. beschreven in het DAS 25 4-6’142.

In deze publikatie wordt in hoofdzaak voorgesteld een dubbelwandig uitgevoerd deksel door middel van radiale ribben in 20 cirkelsegmenten resp. cirkelringsegmenten te verdelen waardoor individuele waterkamers worden gevormd. Daarin wordt het water door erin geplaatste plaatdelen bij benadering serpentinevormig ‘geleid . Deze wijze van geleiding voor het koelwater wordt zoals bekend ook bij bepaalde constructies voor 25 koelkasten voor de koeling van wanden van industrieovens zoals bijvoorbeeld bij hoogovens en ook elektrische ovens toegepast en vertoont ook de bezwaren daarvan. Deze bestaan daarin dat door discontinuïteit in de stromingsdoorsneden en voor de stroming ongunstige watergeleidingen enerzijds wervelvorming 30 optreedt met de daardoor teweeggebrachte hoge stroomweer- 800 2 5 61 »./ ·· -2- standen en anderzijds dode ruimtes aanwezig zijn waarin de watersnelheid sterk vermindert resp. tot nul nadert, waardoor weer het koeleffect wordt verminderd en de vorming van afzettingen wordt bevorderd. Wanneer in de loop van de 5 tijd dergelijke afzettingen worden gevormd dan valt ter plaatse de koeling praktisch weg en wordt het materiaal van het deksel thermisch overbelast. Een ander bekend bezwaar van een dergelijke koelkastconstructie is dat de plaatdelen voor de serpentinevormige geleiding van het koelwater uit r 10 fabricagetechnische overwegingen slechts op bepaalde plaatsen met de boven-of de onderwand van het deksel door lassen zijn verbonden zodat -kleinere of grotere spleten tussen de smalle randen van de plaatvormige geleidingsdelen en de deksel-wanden open blijven, waardoor een kortsluiting voor het 15 water wordt gevormd en daardoor veroorzaakte achteruitgang van de koeling. De genoemde spleten krijgen een nog grotere doorsnede met de dienovereenkomstige ongunstige gevolgen wanneer, hetgeen bij deze dekselconstructies is waar te nemen, de wanden ervan als gevolg van de thermische belas-20 ting waaraan zij zijn blootgesteld, uitbuigen. Een dergelijke uitbuiging treedt in het bijzonder op bij de binnenste naar het hete inwendige van de oven gerichte wand. De thermische vervorming van deze wanden versterken een vervorming die optreedt als gevolg van de hydrostatische druk in -de water-25 kamers. Dergelijke waterkamers met hun uitgebreicfe vlakke begrenzingswanden zijn daarom uit statische en sterkte overwegingen niet geschikt voor koeling met hoge waterdrukken, en in verband met de niet optimale stromingsomstandigheden ook slechts in beperkte mate geschikt voor hoge stroomsnel-30 heden.

Andere bezwaren van deze bekende dekselconstructies zijn het gevolg van het feit dat de koelkamers een integrerend deel r van het deksel uitmaken. Bij de sterkteberekening ervan moet dan ook niet slechts rekening worden gehouden met het te 35 dragen gewicht, doch ook met de belasting als gevolg van 800 25 61 -3- .

thermische spanningen die in verband met de slechts bij benadering vast te stellen koelwerking van een dergelijk koelsysteem moeilijk zijn te schatten. Door de geïntegreerde bouw van de koelkamers in de dekselconstructie moet ook bij 5 het optreden van lekkage bij reparatie daarvan eventueel het gehele deksel worden gehanteerd of zelfs vervangen.

De uitvinding beoogt een watergekoeld ovendeksel van de in r de aanhef vermelde soort waaraan de vermelde bezwaren niet kleven en waarmee een optimale koelwerking mogelijk is door-10 dat gebruik wordt gemaakt van sterk onderverdeelde koel-velden met hoge snelheden van het koelmedium alsmede hoge drukken waarbij een maximaal rendement wordt·bereikt, terwijl de dragende constructie van het deksel niet wordt belast door door het koelsysteem teweeggebrachte thermische r 15 spanningen terwijl voor onderhoud en reparatie van het koelsysteem daarvan slechts afzonderlijke onderdelen uitgewisseld of behandeld behoeven te worden.

Daartoe wordt volgens de uitvinding voorgesteld bij een dergelijk watergekoeld deksel, dit deksel op te bouwen in 20 hoofdzaak uit een draagconstructie van koelwater geleidende buizen alsmede een reeks koelelementen die geen dragende funktie hebben en die thermisch vrij kunnen vervormen ten opzichte van de draagconstructie zonder dat dit spanningen ten gevolge heeft, en uit een koelkrans die voor de koeling 25 van een centraal dekseldeel van vuurvaste massa dient.

Zowel de koelelementen als de koelkrans bestaan uit aan elkaar gelaste buizen waardoor het koelwater stroomt.

De draagconstructie bestaat bij voorkeur uit koelwatervoerende buizen, uit een buitenste draagring en uit een binnenste r 30 draagring, die door spaken met elkaar zijn verbonden, waarbij deze draagconstructie een conische vorm heeft.

De koelsegmenten liggen los in open velden tussen de spaken 800 25 61 * * -4- van de draagconstructie.

Het koelwater wordt via een ringvormige koelwaterafvoerbuis weggevoerd. Deze afvoerbuis kan hetzij concentrisch rond de buitenste draagring of daar bovenop zijn gemonteerd.

5 De koelelementen worden bij voorkeur door aan de draagconstructie vastgeschroefde beugels op hun plaats gehouden zonder dat hierdoor een thermische vervorming van deze koelelementen wordt tegengegaan.

Ter verduidelijking van de uitvinding, zullen, onder ver-10 wijzing naar de tekening, enkele uitvoeringsvoorbeelden worden beschreven. . r

Fig. 1 toont in langsdoorsnede een eerste uitvoeringsvorm van een watergekoelde ovendeksel; fig. 2 is een bovenaanzicht van de deksel uit fig. 1; 15 fig. 3 toont in langsdoorsnede een tweede uitvoeringsvoorbeeld van een watergekoeld ovendeksel; fig. 4 is een bovenaanzicht van het deksel uit fig. 3; en fig. 5a en 5b tonen uitvoeringsvoorbeelden voor een dichte bevestiging van de koelsegmenten aan de draagconstructie 20 van het ovendeksel.

In de verschillende figuren van de tekening zijn overeenkomstige onderdelen met dezelfde verwijzingscijfers aangeduid .

Een eerste uitvoeringsvoorbeeld zal onder gelijktijdige 9 25 verwijzing naar de fig.' 1 en 2 thans worden beschreven.

'De draagconstructie van een ovendeksel 8 bestaat uit een cirkelvormig gebogen buitenste draagpijp 10 en een eveneens cirkelvormige binnenste draagpijp 12, die door middel van 8 0 0 2 5 61 -5- . * radiaal verlopende buizen 14· met elkaar zijn verbonden.

Deze draagconstructie heeft daardoor in bovenaanzicht (fig. 2) de vorm van een wiel met een buitenkrans 10, een "naaf” 12 en "spaken” 14·. De open velden 16 tussen de buiten-5 krans 10, naaf 12 en de spaken 14 zijn voorzien van koelelementen 18 die als een buis-tegen-buisconstructie zijn uitgevoerd en waarin koelwater als een serpentine wordt geleid. De buitenkrans 10 ligt bijgesloten deksel eenvoudig boven op de zijwand 20 van de oven, r 10 De koelwatertoevoer vindt plaats in de buitenkrans 10, b.v. via twee diametraal tegenovergelegen, niet weergeven plaatsen. Vanuit de buitenkrans komt het water via de spaken 14 in de binnenkrans (naaf) 12, die als koelwaterverdeler optreedt, doordat van hieruit enerzijds de koelelementen 18 r 15 en anderzijds een bij voorkeur conische koelkrans 22 van koelwater worden voorzien. De koelsegmenten 18 zijn ter intensivering van de koeling bij voorkeur in een aantal sectoren onderverdeeld, in het voorbeeld de beide sectoren 18a en 18b, die afzonderlijk met koelwater uit de binnenring • 20 12 worden gevoed. Dit vindt voor de binnensector 18a plaats door middel van een toevoerleiding 28 en voor de buitenste sector 18b door middel van een toevoerleiding 20. De afvoer van het koelwater vindt plaats via leidingen 32, resp. 34 in een perifere afvoerleiding 36 die bij het uitvoerings-25 voorbeeld buiten draagpijp 10 verloopt doch die zelf geen dragende functie heeft. De verschillende toe- en afvoerleidingen, zoals b.v. leidingen 28, 30, 32, 34 bestaan bij voorkeur uit flexibel materiaal.

De verdeling van de koelwaterkringlopen in de beide sec-30 toren 18a en 18b vindt plaats door middel van een tussenwand 38 in een van de koelhuizen van de koelsegmenten 18. *

Bij deze tussenwand eindigt de circulatie in sector 18a en het water treedt via leiding 32 naar buiten terwijl de circulatie in sector 18b achter deze tussenwand begint doordat !5 koelwater via een leiding 30 wordt toegevoerd.

800 25 61 %· * -6-

Uit de afvoerleiding 36 wordt het koelwater door een of meer flexibele, niet weergegeven slangen naar een eveneens niet weergegeven koelwaterbehandelingsinstallatie geleid, waarin » eventueel ook een gedeeltelijke terugwinning van de thermische 5 energie van het verwarmde afgevoerde water kan plaatsvinden.

Wanneer in een veld 16 een bepaalde zone open moet blijven, zoals dit b.v. voor de afvoer van de afgewerkte gassen uit de oven naar een afvoerleiding 40 (fig. 1) of voor andere doelen r nodig isj dan wordt bij voorkeur een extra spaak 42, 44 10 toegepast, die om de te vornenopening als ringleiding 46, 48 wordt uitgevoerd. In dit geval wordt aan weerszijden van de spaken 42, 44 steeds een afzonderlijk koelelement 50, 52, 54, 56 toegepast, dit in plaats van een onderverdeling van een koelelement 18 radiaal in twee sectoren 18a en 18b. Het 15 koelwater treedt dan via leidingen 58, 60, 62, 64 de koelelementen 50, 52, 54, 56 in om deze via leidingen 66, 68, 70, 72 weer te verlaten.

Het binnenstuk 24 van de ovendeksel met opening 26 voor verder niet weergegeven electroden, bestaat uit een vuurvaste massa * 20 en wordt bijzonder doeltreffende gekoeld doordat een conische krans 22 van een buis - tegen - buisconstructie van aan elkaar gelaste buizen direct als bemetselingsframe voor de vuurvaste massa van dit middenstuk 24 dierst doet. Deze conische koelkrans 22 rust op de binnenste draagring 12 en kan daaraan 25 worden bevestigd doordat lippen 74 aan de krans 22 door middel van bouten 76 aan de draagring 12 worden vastgezet. Klemdwars-spieën 78 maken het snel bevestigen en lossen van deze verbinding mogelijk.

De koelwatertoevoer voor de koelkrans 22 vindt eveneens plaats D vanuit de binnenste draagpijp 12 en de afvoer via de afvoerpijp 36, waarvan de bijzonderheden niet zijn weergegeven.

Aan de buitenste draagring 10 zijn ophangpunten 80 aangebracht voor het heffen van het deksel bij het laden van de oven.

800 2 5 61 » ¥ -7-

Fig. 3 en 4- tonen een uitvoeringsvariant Van een waterge- koelde-ovendeksel. De afvoerring 36’ is hier niet radiaal buiten de buitenste draagring 10’ aangebracht zoals in < fig. 1 en 2 doch ligt daarbovenop. Het voordeel van deze ✓ 5 constructie is dat bij een verschil in uitzetting van de beide ringen daartussen geen spanningen optreden. Een ander verschil bestaat in de koeling in het bereik van de beide door de spaakringen 46' en 48* bepaalde openingen in het ovendeksel. Dit gebied kan hier door drie koelsegmenten 10 82, 84, 86 worden gekoeld terwijl in de uitvoering volgens fig. 1 en 2 hiervoor vier segmenten 50, 52, 54 en 56 nodig zijn.

Daar door de plaatsing van de afvoerleiding 36’ op de draagring 10’ een omtreksrand wordt gevormd waardoor het ver-15 zamelen van stof achter de buis 36' wordt begunstigd en het verwijderen van deze afzettingen kan bemoeilijken kan facultatief een plaatdeksel 88 worden toegepast van waaraf eventuele afzettingen gemakkelijk kunnen worden verwijderd.

Bij de constructie van de nieuwe ovendeksel wordt er in het : 20 bijzonder op gelet thermische spanningen tussen de afzonderlijke componenten van het deksel in verregaande mate onmogelijk te maken. Zoals hiervoor beschreven worden dergelijke spanningen tussen de buizen 10 en 36 b.v. voorkomen door de buis 36' op de pijp 10' aan te brengen. Eveneens 25 kunnen thermische vervormingen in het bereik van het middenstuk . onder controle worden gehouden door de mogelijkheid van een intensieve koeling door middëL van de koelkrans 22.

Een andere maatregel hiervoor is de plaatsing van de koel-30 segmenten 18, 50, 52, 54, 56, 82, 84, 86 die los tegen de aangrenzende elementen van de draagconstructie 10, 12, 14 aanliggen en daardoor de nodige speelruimte hebben voor een eventuele verschillende relatieve warmteuitzetting van deze delen. Om de koelelementen vast op hun plaats te houden 800 25 61 * * -8- zonder deze bewegingsvrijheid te belemmeren alsmede voor de afdichting van het deksel naar buiten toe wordt een bevestiging overeenkomstig de fig. 5a en 5b voorgesteld.

Deze bestaat uit beugels 90, 92 die met de spaken 14, resp.

5 de niet weergegeven draagpijpen 12 en 10 door schroeven zijn verbonden en de koelsegmenten 18 op hun plaats vastzetten, zonder echter thermische vervormingen te verhinderen.

Ter afdichting tegen het naar buiten treden van gassen en r stoffen vanuit het inwendige van de oven zijn de holle 10 ruimtes binnen de bevestigingsbeugels opgevuld met asbest 94 of dergelijke.

Om de thermische belasting van het deksel niet groter dan noodzakelijk is te doen worden is op het gehele buizen- r systeem aan de onderzijde van het deksel een vuurvaste laag 15 gespoten.

Voor het optimaliseren van het gehele dekselkoelsysteem kunnen bij de verschillende koelwatertoe- en/of -afvoer-leidingen regelventielen worden geplaatst waardoor de temperatuur van het uit afzonderlijke koelzones afgevoerde 20 koelwater individueel kan worden geregeld.

r 800 25 61

Claims (17)

1. Watergekoeld deksel voor een industrie-oven, in het bijzon- i p. der een lichtboogoven, waarbij de koeling ter aanpassing aan plaatselijk verschillende warmtebelastingen zonegewijs 5 plaatsvindt, met het kenmerk, dat het deksel (8) in hoofdzaak uit een draagconstructie uit koelwatervoerende pijpen (10,12, 14) bestaat, alsmede uit een aantal koelelementen (18. 50, 52, 54, 56, 82, 84, 86) die geen dragende funktie • . Γ hebben en die zich ten opzichte van de draagconstructie 10 spanningsvrij thermisch kunnen vervormen, en uit een koel-krans (22) die voor de koeling van een centraal gedeelte (24) van het deksel uit vuurvaste massa dient. k

2. Deksel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat zowel de koelelementen (18, 50, 52, 54, 56, 82, 84, 86) als r 15 ook de koelkrans (22) uit aan elkaar vastgelaste pijpen of buizen bestaat waar doorheen koelwater kan stromen.

3. Deksel volgens conclusie l,met het kenmerk, dat de draagconstructie van pijpen voor de doorvoer van koelwater (10, 12, 14) bestaat uit een buitenste draagring (10) en 20 een binnenste draagring (12) die door spaken (14) met elkaar zijn verbonden en waarbij deze draagconstructie een conische vorm heeft.

4. Deksel volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de koelsegmenten (18, 50, 52, 54, 56, 82, 25 84, 86) aangebracht zijn binnen open velden (16) van de draagconstructie.

5. Deksel volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de koelsegmenten (18) radiaal in verschillende sectoren (18a, 18b) zijn verdeeld. · '

6. Deksel volgens één der conclusies 1-3, met het kenmerk, dat de buitenste draagring (10) voorzien is van een ringvormig koelwaterafvoerbuis (36, 36’). 800 25 61 -10- k

7. Deksel volgens conclsuie 6, met het kenmerk, dat de afvoerbuis (16') bij benadering dezelfde diamater heeft als de draagring (10) en daarbovenop rust.

8. Deksel volgens een der voorgaande conclusies, met het 5 kenmerk, dat het koelwater via flexibele leidingen in de buitenste draagring (10) kan worden toegevoerd en via de spaken (14) naar de binnenste draagring (12) r kan worden geleid, van daaruit via buizen (28, 30, 58, 60, 62, 64) over de koelsegmenten (18a , 18b, 50, 52, 10 54, 56, 82, 84, 86) en de koelkrans (22) verdeeld kan worden en via afvoerbuizen (32, 34, 66, 68, 70, 72) naar de ringvormige afvoerbuis (36, 36') kan worden geleid waarbij het koelwater via eveneens flexibele leidingen r van daaruit kan worden afgevoerd.

9. Deksel volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat alle of een deel van de buizen (28,30,58,60,62,64,32, 34, 66, 68, 70, 72) flexibel zijn uitgevoerd. r

10. Deksel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat openingen in de ovendeksel begrensd worden door ringvormige buizen 20 (46, 48, 46', 48’) voor de doorvoer van koelwater welke buizen verbonden zijn met spaken (42, 44).

11. Deksel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de koelkrans (22) als bemetselingsframe voor het centrale dekselgedeelte (24) uit vuurvaste massa dient.

12. Deksel volgens conclusie 11,gekenmerkt door een conische vormgeving van de koelkrans (22). ψ $

13. Deksel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de koelsegmenten (18, 50, 52, 54, 56, 82, 84, 86) op nun plaats worden gehouden door op de draagconstructie vastgeschroef- 30 de beugels (90, 92) zonder dat hierdoor een thermische 800 2 5 61 -11- vervorming van deze koelelementen onmogelijk wordt gemaakt .

14. Deksel volgens conclusie 13, gekenmerkt door een afdichting uit vervormbaar hittebestendig materiaal (94) 5 binnen de bevestigingsbeugels (90, 92). r

15. Deksel volgens conclusies 1 of 7, gekenmerkt door een plaatbekleding (88).

16. Deksel volgens de conclusies 1 of 8, gekenmerkt door regelventielen aangebracht in de leidingen en buizen.

17. Deksel volgens een der conclusies 1-3 met het kenmerk dat de koelkrans (22), door een spieklemsysteem (74, 76, 78) bevestigd is aan de binnenste draagring (12). 9 Ψ t 800 2 5 61