NO801247L - Vannavkjoelt deksel for industriovner. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår et vannavkjølt deksel for industriovner, spesielt lysbueovner, hvor kjølin-

gen for tilpasning til lokalt forskjellige varmebelastninger finner sted sonevis.

Til økning av levetiden av deksler for industriovner, f.eks. lysbueovner, er det kjent å avkjøle slike deksler.

Denne avkjøling finner for det meste sted med vann og mulig-

gjør foruten den nevnte økning av dekselkonstruksjonens leve-

tid også en energigjenvinning fra det oppvarmede avløpsvann fra kjølingen. Det er likeledes kjent å utføre denne deksel-avkjøling sonevis for tilpasning til lokalt forskjellige varmebelastninger i dekselet, dvs. at dekselflaten inndeles i soner som kan avkjøles separat og hver for seg alt etter de der her-skende termiske påkjenninger. En slik sonevis avkjøling er f.eks. kjent fra DE-AS 2 546 142. Her blir det hovedsakelig foreslått å inndele et dobbeltbunnet deksel i sirkelsegmenter, f.eks. sirkelringsegmenter, ved hjelp av radiale ribber, hvor-ved der fås individuelle vannkamre. Vannet blir ført i kam-

rene i en slangelinjeformet bane ved hjelp av innsatte steg.

Denne type kjølevannsføring blir som kjent også anvendt ved bestemte kjølekassekonstruksjoner til avkjøling av veggene i industriovner, f.eks. masovner eller også elektroovner, og har også ulemper. Disse består i at der som følge av sprang i strømningstverrsnittene og strømningsmessig ugunstig vann-føring dels opptrer virveldannelse med derav følgende høye strømningsmotstander, dels foreligger dødrom hvor vannhastig-heten er sterkt redusert, eventuelt helt ned til null, hvor-

ved igjen kjøleeffekten reduseres og dannelsen av belegg frem-mes. Hvis der i tidens løp danner seg slike belegg, vil kjø-lingen på disse steder praktisk talt bli eliminert,og der fås en termisk overbelastning av materialet til dekselet. En ytterligere kjent ulempe ved dette kjølekassesystem består i at føringsstegene for den slangeformede føring av kjølevannet av fremstillingstekniske grunner bare er fastsveiset til den øvre resp. nedre dekselbunn i enkelte punkter, slik at der mellom stegenes smalsider og bunnene forblir mer eller mindre store spalter som tillater en kortslutning av vannet med derav føl-

gende reduksjon av kjølevirkningsgraden. De nevnte spalter får et enda større tverrsnitt med tilsvarende større ugunstige følger, når bunnene som følge av den termiske påkjenning som de utsettes for bulerrutover, noe som kan forekomme ved denne dekselkonstruksjon. Fremfor alt den nedre bunn som vender mot den varme innerside av ovnen, vil være utsatt for en slik utbuling. Deformasjoner som skyldes det hydrostatiske trykk i vannkamrene,vil kunne overlagre seg den termiske deformasjon av bunnene. Disse vannkamre med sine utstrakte, flate begrens-ningsvegger egner seg derfor av statiske grunner og styrkegrun-ner ikke for en kjøling med høye vanntrykk, og som følge av de ikke optimale strømningsforhold er de også bare i begrenset grad egnet for en kjøling med høye strømningshastigheter.

Ytterligere ulemper ved disse kjente dekselkonstruksjo-ner skyldes det forhold at kjølekamrene er en integrerende bestanddel av dekselet. Dette må derfor når det gjelder styr-ken ikke bare dimensjoneres med hensyn til den vekt det skal bære, men også under hensyntagen til termiske spenninger, som pga. den bare tilnærmet definerte kjølevirkning av dette kjøle-system vanskelig kan anslås. Som følge av innbyggingen av kjølekammeret i dekselkonstruksjonen må også ved forekomst av en lekkasje hele dekselet manøvreres for reparasjon, eller endog skiftes ut.

For unngåelse av disse ulemper ved teknikkens stand er det hensikten med oppfinnelsen å skaffe et vannkjølt ovnsdeksel av den innledningsvis nevnte art, hvor en optimal tilsik-tet kjølevirkning blir mulig ved at der tillates høye kjøle-middelhastigheter og -trykk med størst mulig virkningsgrad i fint oppdelte kjølefelter, samtidig som den bærende konstruk-sjon av dekselet ikke belastes av termiske spenninger som stam-mer fra kjølesystemet, og bare enkelte deler av kjølesystemet må skiftes ut resp. håndteres for vedlikehold og reparasjon.

Med utgangspunkt i et vannavkjølt deksel av den innledningsvis nevnte art blir denne oppgave løst ved at dekselet består hovedsakelig av en bærekonstruksjon av kjølevannsfør-ende rør samt av en rekke kjøleelementer som ikke har noen bærende funksjon og uten spenninger kan deformeres termisk i forhold til bærekonstruksjonen, og en kjølekrans som tjener til kjøling av et sentralt dekselparti av ildfast masse.

Både kjøleelementene og kjølekransen består av innbyrdes sammensveiste rør som gjennomstrømmes av kjølevann.

Bærekonstruksjonen av kjølevannsførende rør består fortrinnsvis av en ytre bærering og en indre bærering som er forbundet med hinannen ved eker, idet denne bærekonstruksjon har en konisk form.

Kjølesegmentene ligger løst i åpne felter mellom ekene

i bærekonstruksjonen.

Kjølevannet blir ført bort gjennom et ringformet kjøle-vanns-avløpsrør. Dette avløpsrør kan være montert enten kon-sentrisk rundt den ytre bærering eller over denne bærering.

Kjøleelementene blir fortrinnsvis holdt på plass av bøyler som er skrudd fast på bærekonstruksjonen uten at en termisk deformasjon av disse kjøleelementer på denne måte umuliggjøres.

Utførelseseksempler på oppfinnelsen er vist på tegningen og vil i det etterfølgende blir nærmere beskrevet. Fig. 1 er et lengdesnitt gjennom et første utførelses-eksempel på et vannavkjølt ovnsdeksel.

Fig. 2 er et grunnriss av dekslet på fig. 1.

Fig. 3 er et lengdesnitt gjennom et annet utførelses-eksempel på et vannavkjølt ovnsdeksel.

Fig. 4 er et grunnriss av d"eks:el-e± på fig. 3.

Figurene 5a og 5b viser utførelseseksempler på en tett befestigelse av kjølesegmentene til bærekonstruksjonen av ovnsdekselet.

På figurene er like deler betegnet med de samme henvis-ningstall.

Beskrivelsen av et første utførelseseksempel på et vann-avkjølt ovnsdeksel av den foreslåtte art vil finne sted under henvisning til figurene 1 og 2.

Bærekonstruksjonen av ovnsdekselet 8 består av et sirkel-formig bøyd ytre bærerør 10 og et likeledes sirkelformet indre bærerør 12. De to bærerør er forbundet med hinannen ved hjelp av radialt forløpende rør 14. Denne bærekonstruksjon har derfor i grunnriss (fig. 2) en hjullignende form med en ytre "felg" 10, et "nav" 12 og "eker" 14. De åpne felter 16 mellom felgen 10, navet 12 og ekene 14 er dekket med kjøleelementer 18 som er dannet av tett inntil hinannen liggende rør som kjølevannet føres gjennom i en slangelignende eller meander-formet bane. Felgen eller den ytre krans 10 ligger ved lukket deksel rett og slett an mot sideveggen 20 av ovnen.

Tilførselen av kjølevann finner sted i den ytre krans 10, f.eks. på to diametralt ovenfor hinannen liggende steder (ikke vist). Fra den ytre krans kommer vannet gjennom ekene 14 inn i navet eller den indre krans 12, som tjener som kjøle-vannsfordeler som mater dels kjøleelementene 18 og dels en fortrinnsvis konisk kjølekrans 22 med kjølevann. Kjøleelemen-tene eller -segmentene 18 er for intensivering av kjølingen fortrinnsvis oppdelt i flere sektorer (i det viste eksempel i sektorene 18a og 18b) som separat forsynes med kjølevann fra den indre ring 12. For den indre sektor 18a finner dette sted gjennom en mateledning 28 og for den ytre sektor 18b gjennom en mateledning 30. Utløpet av kjølevannet finner sted gjennom ledninger 32 resp. 34 til en perifer avløpsled-ning 36, som i det viste utførelseseksempel ligger utenfor bærerøret 10, men selv ikke har noen bærende funksjon. De forskjellige tilførsels- og avløpsledninger, f.eks. ledningene 28, 30, 32 og 34,består fordelaktig av fleksibelt materiale.

Oppdelingen av kjølevannskretsløpene i de to sektorer 18a og 18b finner sted ved hjelp av en mellomvegg 38 i et av kjølerørene i kjølesegmentet 18. Ved denne mellomvegg slut-ter sirkulasjonen i sektoren 18a, og vannet kommer ut gjennom ledningen 32, mens sirkulasjonen i sektoren 18b begynner bak denne mellomvegg, idet kjølevannet føres inn gjennom ledningen 30.

Fra avløpsledningen 3 6 blir kjølevannet via én eller flere fleksible slanger (ikke vist) ført til et (ikke vist) kjølevannsoppberedningsanlegg, hvor der eventuelt også kan gjennomføres en delvis gjenvinning av den termiske energi i det oppvarmede avløpsvann.

Hvis et bestemt areal i et felt 16 skal holdes åpent, slik det f.eks. er nødvendig for bortføring av ovnsavgasser til en avgassledning 40 (fig. 1) eller for andre formål, anordnes der fortrinnsvis en ytterligere eke 42, 44 som rundt ledningen er utført som ringledning 46, 48. I dette tilfelle blir der på hver side av eken 42, 44 anordnet et separat kjøleelement 50, 52, 54, 56 istedenfor at et kjøleelement 18 er oppdelt i radialretningen i to sektorer 18a og 18b. Kjøle-vannet kommer da gjennom ledninger 58, 60, 62, 64 inn i kjøle-elementene 50, 52, 54, 56 for deretter å forlate kjøleelemen-tene gjennom ledningene 60, 68, 70, 72.

Midtstykket 24 av ovnsdekselet med åpningene 26 for de (ikke viste) elektroder består av ildfast masse og blir spesielt virkningsfullt avkjølt vedrat den koniske krans 22 av innbyrdes sammensveiste rør som ligger direkte an mot hinannen, tjener som utmuringsramme for den ildfaste masse i midtstykket 24. Denne koniske kjølekrans 22 hviler på den indre bærering 12 og kan festes til denne ved at lasker 74 på kran-sen 2 2 bringes i inngrep med bolter 76 på bæreringen 12. Tversgående låsekiler 78 tillater en rask befestigelse og løsning av denne forbindelse. Tilførselen av kjølevann til kjølekransen 22 finner likeledes sted fra det indre bærerør 12, og avløpet (ikke vist) finner sted til avløpsrøret 36.

Opphengningspunkter 80 på den ytre bærering 10 tjener til løfting av dekselet ved fylling av ovnen.

Figurene 3 og 4 viser en utførelsesvariant av et vann-avkjølt ovnsdeksel. Avløpsringen 3 6 er her ikke anordnet radialt utenfor den ytre bærering 10' som på figurene 1 og 2, men ligger over bæreringen. Fordelen ved denne anordning består i at der ved forskjellig utvidelse av de to ringer ikke opptrer noen spenninger mellom disse. En ytterligere forskjell består i avkjølingen av området for de to åpninger i ovnsdekselet som er begrenset av ekeringene 46" og 48'. Dette areal kan her avkjøles av tre kjølesegmenter 82, 84, 86, mens det i utførelsesformen på figurene 1-2 var nødvendig med fire segmenter 50, 52, 54, 56.

Da der som følge av anordningen av avløpsrøret 36' på bæreringen 10' fås en omkretsbrem som kan fremme ansamling

av støvavleiringer bak røret 36' og vanskeliggjøre en fjer-

ning av disse avleiringer, kan der eventuelt anordnes en platetildekning 88, hvorfra eventuelle slike avleiringer lett kan fjernes.

Ved konstruksjonen av det nye ovnsdeksel ble der lagt spesielt stor vekt på at termiske innspenninger mellom de enkelte deler av dekselet i størst mulig grad skulle umuliggjø-res. Som allerede beskrevet unngås slike innspenninger mellom rørene 10 og 3 6 f.eks. ved at røret 36' ligger an mot over-

siden av røret 10'. Likeledes kan de termiske deformasjoner i området for midtstykket holdes under kontroll som følge av muligheten for en intensiv avkjøling ved hjelp av kjølekransen 22.

En ytterligere forholdsregel i denne retning er anordningen av kjølesegmentene 18, 50, 52, 54, 56, 82, 84 og 86

som ligger løst an mot de tilgrensende elementer av bærekonstruksjonen 10, 12, 14 og således har den nødvendige klaring for en eventuelt forskjellig varmeutvidelse av disse elemen-

ter. For sikkert å holde kjølesegmentene i stilling uten å hindre disses bevegelsesfrihet, samt til avtetning av dekselet utad foreslås en fastspenning som angitt på figurene 5a og 5b.. Denne fastspenning består av bøyler 90, 92 som er skrudd fast til ekene 14 resp. bærerørene 12 (ikke vist) og holder kjølesegmentene 18 sikkert i stilling uten å hindre deires termiske deformasjon. Til avtetning mot unnvikelse av gasser og støv fra det indre av ovnen er hulrommene inne i holdebøy-lene fylt med asbest 94 eller lignende.

For at den termiske påkjenning på dekselet ikke skal bli større enn nødvendig, er der på hele rørsystemet på undersiden av dekslet sprøytet på et ildfast skikt.

Til optimalisering av hele dekselavkjølingssystemet

kan der i de forskjellige tilførsels- og bortføringsledninger for kjølevann anordnes reguleringsventiler ved hvis hjelp temperaturen av det vann som ledes bort fra de enkelte kjøle-soner, kan innstilles individuelt.

Claims (17)

1. Vannavkjø lt deksel for industriovner, spesielt lysbueovner, hvor kjølingen for tilpasning til lokalt forskjellige varraebelastninger finner sted sonevis, karakterisert ved at dekselet består hovedsakelig av en bærekonstruksjon av kjølevannsfø rende rør (10, 12, 14) samt av en rekke kjøleelementer (18, 50, 52, 54, 56, 82, 84, 86) som ikke har noen bærende funksjon og uten spenninger kan deformeres termisk i forhold til bærekonstruksjonen, og en kjøle-krans (22) som tjener til kjøling av et sentralt dekselparti av ildfast masse.

2. Deksel som angitt i krav 1, karakterisert ved at både kjøleelementene (18, 50, 52, 54, 56, 82, 84, 86) og kjølekransen (22) består av rør som er sveiset sammen og er gjennomstrømmet av kjølevann.

3. Deksel som angitt i krav 1, karakterisert ved at bærekonstruksjonen av kjølevannsfø rende rør (10, 12, 14) består av en ytre bærering (10) og en indre bærering (12) som er forbundet med hinannen ved eker (14), og at denne bærekonstruksjon har en konisk form.

4. Deksel som angitt i krav 3, karakterisert ved at kjølesegmentene (18, 50, 52, 54, 56, 82, 84, 86) er lagt inn i åpne felter (16) i bærekonstruksjonen.

5. Deksel som angitt i krav 4, karakterisert ved at kjølesegmentene (18) er oppdelt radialt i flere sektorer (18a, 18b).

6. Deksel som angitt i krav 3, karakterisert ved et ringformet kjølevanns-avløpsrør (36, 36') på den ytre bærering (10).

7. Deksel som angitt i krav 6, karakterisert ved at avløpsrøret (36') har tilnærmet samme diameter som bæreringen (10) og ligger an mot oversiden av denne.

8. Deksel som angitt i krav 7, karakterisert ved at kjølevannet mates inn i den ytre bærering (10) via fleksible ledninger, tilfø res den indre bærering (12) gjennom ekene (14), fordeles fra den indre bærering på kjøleseg-mentene (18a, 18b, 50, 52, 54, 56, 82, 84, 86) og kjølekran-sen (22) via rør (28, 30, 58, 60, 62, 64) og via bortførings-rør (32, 34, 66, 68, 70, 72) tilføres det ringformede avløps-rør (36, 36'), hvorfra kjølevannet tømmes ut via likeledes fleksible ledninger.

9. Deksel som angitt i krav 8, karakterisert ved at alle eller en del av rørene (28, 30, 58, 60, 62, 64, 32, 34, 66, 68, 70, 72) er utført fleksible.

10. Deksel som angitt i krav 1, karakterisert ved at åpninger i ovnsdekselet er. begrenset av kjølevanns-førende, ringformede rør (46, 48, 46', 48') som er anordnet på eker (42, 44).

11. Deksel som angitt i krav 1, karakterisert ved at kjølekransen (22) tjener som utmuringsramme for det sentrale dekselparti (24) av ildfast masse.

12. Deksel som angitt i krav 11, karakterisert ved en konisk form av kjølekransen (22).

13. Deksel som angitt i krav 1, karakterisert ved at kjølesegmentene (18, 50, 52, 54, 56, 82, 84, 86) er holdt på plasss av bøyler (90, 92) som er skrudd fast til bærekonstruksjonen, uten at en termisk deformasjon av disse kjølesegmenter på denne måte umuliggjøres.

14. Deksel som angitt i krav 13, karakterisert ved en tetning av formbart, varmebestandig materiale (94) inne i holdebøylene (90, 92) .

15. Deksel som angitt i krav 7, karakterisert ved en platetildekning (88).

16. Deksel som angitt i krav 8, karakterisert ved reguleringsventiler i ledningene og rørene.

17. Deksel som angitt i krav 3, karakterisert ved at kjølekransen (22) er festet på den indre bærering (12) ved hjelp av et kileklemmesystem (74, 76, 78).