NO784243L - Kjoelet mantel for lysbueovn. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en kjølet mantel for lysbueovn.

Elektriske lysbueovner finner generell anvendelse for frem-stilling av spesialstål. Ovnskaret består i det vesentlige av en sylindrisk mantel, en mot undersiden konveks bunn som opptar smeltebadet, og et mot oversiden konvekst deksel. I mantelen befinner seg en beskikningsåpning og, for det meste på motsatt side, en ut-løpsåpning med tut, mens dekselet er forsynt med de nødvendige åpninger for elektrodene. Oynsbeholderen er lagret på rulle-

legemer og kan tømmes ved tipping. For å oppfange den høye termiske belastning er ovnens innervegg belagt med en mer eller mindre tykk ildfast kledning.

Det har vist seg at ovnsmantelen som danner ovnsbeholderens sidevegg og består av et metallpanser med ildfast kledning, ved de meget høye temperaturer som naturnødvendig opptrer i disse lysbueovner, bare med nød og neppe utholder de høye termiske belastninger, idet metallpanseret kan bule ut og kledningen bare får en levetid av 80 til 100 charger, dvs. arbeidsprosesser, og følgelig må

fornyes med korte mellomrom. Denne fornyelse av kledningen inne-bærer en betraktelig påkostning og også en reduksjon av produksjonen som følge av den forbigående stans.

Man er derfor gått over til å utruste ovnens sidevegg med

en kjøling, idet man har integrert kjølekasser i veggen, slik det er vanlig ved masovndrift. Disse kjølekasser eller kjøle-elementer for lysbueovner kan være utført som bærende komponenter av ovnens sidevegg og anordnet slik at et stort antall fortrinnsvis sirkelbueformig krummede, ved siden av hinannen liggende kjøle-elementer danner et belte som i dette område virker som sidevegg for ovnen. Dette belte av kjøleelementer kan være forsynt med ildfast belegg innvendig og eventuelt også utvendig.

Selve kjøleelementene er flate krumme hule kasser med

tykkelse av ca. 200-250 mm og innløp og utløp for vann oftest henholdsvis oventil og nedentil. Det gjennomstrømmende kjølevann gjennomløper en serpentinlignende strømningsvei, idet der i det indre av kjøleelementet er anordnet innbyrdes forskutte vannrette steg som sammen med kjølekassenes yttervegger danner labyrint-formede strømningskanaler. Ved anvendelse av disse kjølekasser er det riktignok lykkes å øke ovnsmantelens levetid vesentlig,

men det konstruktive opplegg for dette kjølesystem lider av flere anseelige mangler.

Av fabrikasjonstekniske grunner er de ovennevnte steg bare

på enkelte steder av sine smalsider sammensveiset med kjøle-elementets kapsel. Derved blir der mellom store avsnitt av disse smalsider av stegene og kapselens yttervegger levnet mer eller mindre brede spalter gjennom hvilke der kan sive vann i mengder som ikke er ubetydelige, så kjøleeffekten blir nedsatt og vann-forbruket øket.

Videre er materialet, særlig sveisesømmene hos elementene

på grunn av det store temperaturfall mellom disses innadvendte og utadvendte sider utsatt for meget stor påkjenning med til-svarende latent fare for defekter. Videre er kjøleelementene pga. sin geometriske oppbygning med flate begrensningsvegger med stort areal og den dermed forbundne fare for deformasjon ikke skikket for drift med høyere vanntrykk, så deres spesifikke kjøle-virkning forblir innen forholdsvis snevre grenser. Ennvidere danner det indre av disse kjølekasser tallrike døde vinkler, særlig i de områder hvor vannet ledes rundt de frie stegender, hvorved dannelsen av virvler og dampblærer blir begunstiget med derav følgende lokale varmestuvninger samt økning av strømningsmotstandene. De store fremstillingsomkostninger utgjør også en alvorlig ulempe ved disse kjente kjølekasser.

Med sikte på å unngå disse ulemper som knytter seg til teknikkens stadium, ligger den oppgave til grunn for oppfinnelsen å skaffe en mantelkonstruksjon for industriovner hvormed en effektiv kjøling blir mulig under overholdelse av gunstige fremstillingsomkostninger, idet strømningsforholdene for kjølemediet blir optimert og den geometriske utformning av kjøleinnretningen skjer med henblikk på maksimal mekanisk fasthet.

Denne oppgave blir løst ved hjelp av en lysbue-ovnsmantel

med kjennetegn som anført i hovedkravets karakteristikk.

Ytterligere særtrekk fremgår av underkravene.

Utførelseseksempler er anskueliggjort på tegningen og vil bli beskrevet nærmere i det følgende. Fig. 1 viser skjematisk vertikalsnitt av en lysbueovn med kjøleinnretning for ovnsmantelen.

Fig. 2 viser horisontalsnitt av ovnen på fig. 1.

Fig. 3 viser et rørsegment til kjøleinnretningen på fig.

1 og 2.

Fig. 4 viser tverrsnitt av et rør i rørsegmentet på fig. 3 med stagbolter. Fig. 5 viser vertikalsnitt i større målestokk av kjøle-anordningen for mantelen på fig. 1 med ildfast belegg på kjøle-elementer og monteringsdetaljer. Fig. 6 viser en avbøyningskappe for to naborør i et kjøle-element. Fig. 7 viser horisontalt tverrsnitt av to ved siden av hinannen liggende rørender før påsetningen av kappen ifølge fig. 6.

Fig. 8 viser et rørsegment med horisontale kjølerør.

Fig. 8a er et grunnriss til fig. 8.

Fig. 9 viser skjematisk vertikalsnitt av en lysbueovn med kjølesegmenter i anordningen på fig. 8 med horisontale kjølerør.

Fig. 9a viser halvt horisontalsnitt av ovnen på fig. 9.

På figurene er like deler forsynt med samme henvisningstall.

Fig. 1 viser i snitt den generelle oppbygning av en elektrisk lysbueovn med en mot undersiden konveks bunn 2, som er forsynt med en ildfast kledning 4 og skal oppta smeltebadet, et mot.oversiden konvekst deksel 6, likeledes med ildfast kledning 8, elektroder 10 og en avgassledning 12. Beskikningsåpningen såvel

som utløpsåpningen med tut er for enkelthets skyld ikke vist. Ovnens sylindriske mantel 14 er bestykket med kjøleelementer 16 i rør-segment-utførelse i samsvar med oppfinnelsen.

På fig. 2, som viser ovnen på fig. 1 i gjennomskåret grunnriss, ses den jevne fordeling av et passende antall rør-segmenter 16 over hele ovnens omkrets. Som det fremgår av denne fig. 2, kan disse rørsegmenter 16 være sylindrisk krummet i tilpasning til ovnsmanteIkrumningen.

På fig. 3 ses i oppriss og større målestokk et rørsegment 16 med innløp 18 og utløp 20 før kjølemedium, henholdsvis oventil og nedentil. Selvsagt kan inn- og utløp også byttes om, om det skulle finnes gunstig.

Det fremgår av fig. 3 at de foreslåtte kjøleelementer 16 består av innbyrdes sammensveisede rør 22 som er anbragt side om side i en sammenhengende flate og parvis forsynt med påsveisede kapper 24 til avbøyning av kjølemiddelstrømmen. Som det fremgår av den vertikale anordning av rørene 22 i den foretrukne utførelse på fig. 3, fås en serpentinlignende strømningsvei skiftevis opp og ned.

På fig. 3 og likeledes på fig. 4 (tverrsnitt gjennom et kjøle-rør 22) er kjølerøret forsynt med bolter 26 av tilstrekkelig varmefast materiale til forankring av rørsegmentene i en ildfast kledning 28 (fig. 1 og 2) hos ovnsmantelen 14.

Fig. 5 viser ytterligere detaljer med hensyn til plasseringen, av rørsegmentene 16 i ovnsmantelen 14. Denne består i den viste utførelse vesentlig av et bærende stålblikkpanser 30 av omvendt L-form, som rørsegmentene 16 er montert på ved hjelp av distansejern 32, flenser 34 ved inn- og utløpet henholdsvis 18 og 20 for kjøle-mediet, samt f.eks. forskruninger 36. Mantelpanseret 30 består fortrinnsvis likeledes av enkelte sylindrisk krummede segmenter (ikke vist), nærmere bestemt slik at ett og ett pansersegment sammen med et påmontert rørsegment danner en byggeenhet. Den således sammensatte enhet mantel/rørsegment blir utstøpt med ildfast materiale 28, og med sikte på et gunstigere forløp av temperatur-gradienten er denne ildfaste armering 28, regnet fra rørsegmentene 16, fortrinnsvis gjort tykkere mot ovnens indre enn i retning mot ovnspanseret 30.

Det er likeledes gunstig å forsyne den ildfaste kledning

28 med overgangsavsnitt 38 og 40 med forsterket tverrsnitt mot ovnsbunnen 2, resp. mot ovnsdekselet 6 (fig. 1). Da disse overgangsavsnitt 38 og 40, særlig overgangen 38 mot ovnsbunnen 2, erfaringsmessig blir utsatt for særlig sterk termisk og eroderende påkjenning, kan enkelte rørparender innbyrdes forbundet ved avbøyningskappen 24 være bøyd ut mot det indre av ovnen som antydet ved 42 og 44 på fig. 1. Takket være denne forholdsregel får de truede områder 38, 40 en forsterket kjøling. Fig. 6 viser i større målestokk de i og for seg kjente ombøyningskapper 24, som sveises tett sammen, med to og to ved siden av hinannen liggende rørender for å gi en avbøyning av kjølemediet f.eks. vann eller vanndamp, 180°. Fig. 7 viser den i og for seg kjente tverrsnittsform av rørendene som tilveiebringes ved oppdrivning av de forøvrig runde rør 22 før avbøyningskappene 24 settes på og sveises fast. Fig. 8 viser et rørsegment 16' med horisontalt orienterte

kjølerør 22', dvs. med vannrett føring av kjølemediet, og fig. 8a er et grunnriss av et slikt rørsegment 16<*>med sylindrisk krumning svarende til ovnsmantelens.

For fullstendighets skyld skal det nevnes at der som kjøle-medium foruten vann og vanndamp (mettet damp, overhetet damp) selvsagt også kan anvendes andre, som inerte gasser, eksempelvis helium, nitrogen.

Det skal også spesielt henvises til at kjølingen av ovnsveggen byr på en fordel som er særlig viktig i tider med energiknapphet,

og som består i at den bortførte varme tildels kan gjenvinnes ved hjelp av varmevekslere eller lignende, og kjølingen av disse elektroovnsvegger er av betydning også fra dette synspunkt, og det desto mer når den lar seg gjennomføre i den beskrevne gunstige utførelse.

Fig. 9 og 9a viser innbygningen av rørsegmenter 16' med vannrett orientering av kjølerørene 22' i en ovnsmantel. Den horisontale føring av kjølemediet som fås ved denne utførelse av rørsegmentene, tilsvarer i det vesentlige den som foreligger ved de tidligere nevnte kjølekasser som representerer teknikkens stadium, skjønt de påviste iboende mangler ved disse kjente kjølekasser blir unngått ved den foreslåtte utformning.

De fordeler ved den foreslåtte mantelutførelse for lysbueovner som melder seg for fagfolk utfra de ovenstående redegjørelser, kan resymeres derhen at en kjøling ved hjelp av kostbare kjølekasseri; med utilfredsstillende kjølevirkning blir erstattet med et pris-messig gunstig rørsystem med gunstige strømningsforhold for kjøle-mediet, betinget ved rørform, høyeste formstivhet og fasthet.

Det blir mulig å realisere høye strømningshastigheter av kjøle-mediet uten nevneverdig virveldannelse, og også høye trykk. Følgelig blir der med denne nye kjøleanordning oppnådd et maksimum av kjølevirkning med minimal påkostning. Takket være den beskrevne oppdeling av ovnsmantelen i segmenter bestående av en kombinasjon av ovnspansersegment og kjølerørsegment med ildfast støpemasse,

blir det på enkel måte mulig å bytte ut enkelte elementer som har behov for overhaling eller er blitt defekte.

Claims (12)

1. Kjølet mantel for lysbueovn,karakterisertved en flerhet av over ovnens omkrets fordelte plateformede rørsegmenter (16, 16') bestående av en rør-mot-rør-konstruksjon av enkelte, i det vesentlige sylindriske innbyrdes sammensveisede rør (22, 22') som gir en serpentinformig føring av et kjølemedium og er innleiret i en ildfast kledning (28).

2. Ovnsmantel som angitt i krav 1,karakterisertved at hvert enkelt rørsegment (16, 16') har et kjølemiddel-innløp (18, 18' eller 20, 20') og et kjølemiddelutløp (20, 20' eller 18, 18').

3. Ovnsmantel som angitt i krav 1 eller 2,karakterisert vedat rørsegmentene (16, 16') er krummet sylindrisk.

4. Ovnsmantel som angitt i krav 1, 2 eller 3,karakterisert vedat de kjølemiddelførende rør (22) er anordnet loddrett.

5. Ovnsmantel som angitt i krav 1, 2 eller 3, karakte- i risert ved at de kjølemiddelførende rør (22') er anordnet vannrett.

6. Ovnsmantel som angitt i et av kravene 1-5,karakterisert vedat rørsegmentene er bestykket med bolter (26, 26') av varmefast materiale som murforankring.

7. Ovnsmantel som angitt i et av kravene 1-6,karakterisert vedat rørsegmentene (16, 16') er montert i ovhspansersegmenter (30) og sammen med disse danner en konstruktiv enhet.

8. Ovnsmantel som angitt i krav 1,karakterisertved at den ildfaste kledning (28) regnet fra rørsegmentene (16, 16*) er tykkere mot ovnens indre enn mellom rørsegmentene (16, 16') og ovnspanseret (30).

9. Ovnsmantel som angitt i krav 1,karakterisertved at det ildfaste materiale (28) har en overgang (38, 40) med øket tverrsnitt mot ovnsbunnen (2) og mot ovnsdekselet (6).

10. Ovnsmantel som angitt i krav 9,karakterisertved at utbøyde kjølerør (22) rager inn i overgangene (38, 40) med det økede tverrsnitt.

11. Ovnsmantel som angitt i krav 7,karakterisertved at rørsegmentene (16, 16') og ovnspansersegmentene (30) som tilsammen danner en og en konstruktiv enhet er enkeltvis monterbare i ovnens sidevegg (14).

12. Ovnsmantel som angitt i et av kravene 1-11,karakterisert vedvarmevekslere til gjenvinning av den bortførte varme.