WO2002084192A1 - Kühlelement zur kühlung eines metallurgischen ofens - Google Patents

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WO2002084192A1
WO2002084192A1 PCT/EP2002/003209 EP0203209W WO02084192A1 WO 2002084192 A1 WO2002084192 A1 WO 2002084192A1 EP 0203209 W EP0203209 W EP 0203209W WO 02084192 A1 WO02084192 A1 WO 02084192A1
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furnace
cooling
coolant
cooling element
plate
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PCT/EP2002/003209
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Peter Heinrich
Luciano Ambrosi
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Sms Demag Aktiengesellschat
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    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B7/00—Blast furnaces
    • C21B7/10—Cooling; Devices therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B3/00—Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Tank furnaces
    • F27B3/10—Details, accessories, or equipment peculiar to hearth-type furnaces
    • F27B3/24—Cooling arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D1/00—Casings; Linings; Walls; Roofs
    • F27D1/12—Casings; Linings; Walls; Roofs incorporating cooling arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D9/00—Cooling of furnaces or of charges therein
    • F27D2009/0002—Cooling of furnaces
    • F27D2009/0051—Cooling of furnaces comprising use of studs to transfer heat or retain the liner
    • F27D2009/0054—Cooling of furnaces comprising use of studs to transfer heat or retain the liner adapted to retain formed bricks

Definitions

  • the invention relates to a cooling element for cooling a metallurgical furnace, in particular the slag and / or the metal zone of this furnace, the furnace shell of the furnace being supplied with refractory material on its side facing the furnace interior, and the cooling element being a cooling part through which coolant flows , which has a coolant inlet and outlet, and
  • the invention relates to a system for cooling a metallurgical furnace, which consists of at least one of these cooling elements, and one with one
  • Such metallurgical furnaces are used in the production of non-ferrous metals and pig iron.
  • round or rectangular ovens are used, in which the required energy is generated by self-baking electrodes
  • the melting process begins by introducing the energy via a free-burning arc, which dips into it after the formation of a foam slag.
  • the electrodes are immersed in the conductive, liquid slag, the radiated energy is completely transferred to the metal bath by resistance heating of the slag.
  • the thermal circulation is particularly stimulated by buoyancy forces due to changes in density due to cooling on the furnace wall.
  • This circulation of the slag towards the furnace wall leads to a particularly high wear of the refractory material with which the melting furnace is lined - and also due to the chemical attack by the slag.
  • This wear only comes to a standstill when the furnace wall made of refractory material is cooled so well for a given heat load that on its hot side - i.e. the side facing the furnace interior - forms a crust from solidified slag.
  • Such a crust is known under the term "freeze line”.
  • This solidified slag layer protects the refractory material against further slag erosion or corrosion and is therefore a desired protective layer.
  • the higher the melting capacity of the furnace and thus the heat flows to be dissipated the thinner the remaining wall thickness of the refractory material.
  • Such “waffle coolers” are Plate-shaped bodies made of copper with cast-in tubes, which are provided on their hot side with dovetail-shaped grooves and ribs. Stones made of refractory material are inserted into these grooves or refractory materials are stamped into them.
  • the cooling effect of the ribs in the "waffle coolers” means that the desired “freeze line” is formed when the refractory material comes into direct contact with liquid slag. While such “waffle coolers” advantageously take on a supporting function, they have the disadvantage of high weight and the resulting high manufacturing costs.
  • Fingers are copper pipes with a round cross section. However, it proves difficult to insert such pipes into the cuboid refractory bricks.
  • the known plate coolers do not have this disadvantage. However, like the fingers, these have to be heavy and solid, since their dimensions are determined by the diameter of the bores running in them for the cooling water, which makes production cost-intensive.
  • Fingers, plate coolers and the waffle coolers do not penetrate the entire thickness of the refractory furnace wall when they are new, but still require masonry in front of their front end wall. In addition, they remain without a connection to the outer wall of the furnace, the so-called tank, so that constraints caused by different thermal expansions of the refractory masonry and the tank are avoided.
  • the cooling element made of cast copper comprises a water-cooled connecting part, on which several massive plate coolers are arranged like a comb, which protrude into the interior of the furnace. Refractory material is arranged between the plate coolers.
  • the connecting part is arranged outside the furnace shell. The thickness and center distance of the plate coolers can be varied.
  • a disadvantage of this solution is that the load on the hot side becomes very large when the plate cooler is used, combined with the risk of oxidizing the copper and a loss of thermal conductivity, while when thicker plate coolers are used, the material costs increase and one asymmetrical cooling is the result.
  • the invention is therefore based on the object of providing a cooling element and a cooling system for a metallurgical furnace which, while avoiding the disadvantages mentioned above, has a hot side which immediately forms a freeze-line in the operating state.
  • a furnace is to be provided which has a high mechanical stability when equipped with such a system.
  • the entire hot part is designed as a - single - plate and that the plate on the cold side, i.e. on its side facing away from the inside of the furnace, a separate cooling section, provided with a coolant inlet and outlet, is assigned.
  • a cooling element is formed from a single plate, on which a separate cooling part is arranged which is independent of other cooling elements.
  • a favorable ratio of the area of the hot part to the area of the cooling part is achieved, associated with favorable cooling properties.
  • a protective layer or freeze-line quickly forms in the operating state directly on the hot side of the cooling element, ie on the front side of the refractory material pointing in the direction of the furnace interior and the front side of the plate.
  • the cooling part is a tube, the plate with its side pointing away from the interior of the furnace being attached to the tube parallel to the longitudinal axis of the tube.
  • the connection is achieved via a full connection, preferably by welding, in order to ensure good heat transfer.
  • the cooling element consists of a copper plate and a copper tube and here of standard size parts that are available in stock, which considerably reduces the material and, above all, the processing costs. Overall, a versatile, inexpensive and reliable cooling element is created in this way. It is also particularly advantageous that the components used (plate, tube) do not have a coarse-grained cast structure due to their type of manufacture (rollers, extrusion), but rather a uniform, fine-grained structure. This results in better thermal conductivity properties and a lower tendency to crack or spread.
  • the plate is preferably very thin in the form of a sheet.
  • the plate thickness comprises ranges from 10 to 40 mm, preferably from 20 to 40 mm.
  • type I cooling system with vertically arranged cooling elements, the cooling part or tube of which is arranged outside the furnace shell
  • Type II cooling system with vertically arranged cooling elements, the cooling part or tube of which is arranged inside the furnace shell
  • Type III cooling system with horizontally arranged cooling elements, the cooling part or tube of which is arranged outside the furnace shell
  • Type IV cooling system with horizontally arranged cooling elements, the cooling part or tube of which is arranged inside the furnace shell.
  • the cooling systems are designed by selecting the geometry of the plates and / or the distance between the hot side and the cooling part and / or the distance between the plates.
  • the plate of the hot part is thin.
  • the distance between the hot side and the refrigerator compartment, i.e. the pipe is relatively short.
  • the plate preferably has a rectangular geometry.
  • the vertical or horizontal distance of the cooling elements from their nearest adjacent cooling element is dimensioned in accordance with one or a multiple of the height or width format of refractory bricks as refractory material.
  • this has the advantage that the number of cooling elements arranged one above the other can be flexibly adapted to the height of the slag zone or the metal zone. Cutting work on the refractory stones is no longer necessary; the assembly effort decreases.
  • Cooling elements of a cooling system in series on the water side, the coolant outlet being one Cooling element - if necessary via a rigid connecting pipe or flexible connecting lines - is connected to the coolant inlet of an adjacent cooling element.
  • the number of cooling elements that can be connected in series depends on the available cooling water quality and / or the permissible maximum temperature of the cooling water.
  • the furnace construction in particular the furnace wall, should be adapted to the individual cooling systems and their special features.
  • a round or a rectangular melting furnace is proposed, the furnace shell of which is drawn in in the region of the cooling zone towards the interior of the furnace and which has bulkhead plates to support the now protruding upper region of the furnace part.
  • This furnace shell construction achieves that the weakening of its mechanical load-bearing capacity is compensated for with a relatively small vertical distance due to the horizontal slits necessary for the cooling elements.
  • slots with a length corresponding to the horizontal extent of the cooling element are made in the furnace shell.
  • the height of the slots is advantageously chosen so that the respective cooling element can take part in the unavoidable thermal expansion of the refractory material without being hindered in this movement by the top or bottom edge of the slot. This results in a relatively large height of the slots.
  • Type IV With the cooling system according to type IV, only smaller openings and thus weak points need to be made in the furnace shell for the coolant outlets and inlets of the cooling part or the pipe compared to type III. With this solution, the static load-bearing capacity of the furnace is only slightly reduced. However, the load-bearing capacity can be increased by the staggered arrangement of the cooling elements arranged one above the other.
  • Type I and II cooling systems are particularly suitable for round ovens.
  • the geometry of the plates, specifically their length, is preferably adapted to the height of the slag zone.
  • a furnace shell weakened in its stability due to the vertical slots can absorb the ring stresses from the thermal expansion of the refractory -Materials are mechanically reinforced by ribs or rings, ensuring that the vertical slots in the furnace shell allow free movement of the cooling elements integrated in the refractory material, in particular upwards.
  • FIG. 1 shows a side view of a section of a cooling element proposed according to the invention, which is composed of a plate and a tube;
  • FIG. 2 shows a cross section of the cooling element according to FIG. 1 along the line A-A; 3 shows a vertical section through a furnace wall with an integrated cooling system of type III and molded-in furnace shell; 4 shows a horizontal section B-B through a furnace wall with a cooling system according to FIG. 3;
  • 5 shows a vertical section through a furnace wall with an integrated cooling system of type IV
  • 6 shows a horizontal section BB through a furnace wall with a cooling system according to FIG. 5
  • 7 shows a cooling system according to type IV, the cooling elements lying one above the other being arranged offset
  • 8 is a vertical section through a furnace wall with an integrated cooling system according to type I.
  • a cooling element 1 shows a section of a cooling element 1, which is composed of a cooling part 2 through which a coolant, for example cooling water, flows, in the form of a tube 3 with an inner diameter d and a wall thickness d w, and a hot part 4 which is only cooled by thermal conduction.
  • the hot part 4, which is therefore not flowed through by cooling water, consists of a thin plate 5 made of copper, which is hereinafter referred to as copper sheet.
  • the tube 3 is also made of copper and corresponds to a standard copper tube dimension.
  • the copper sheet is welded with its cold-side long side 6 to the pipe jacket 7 parallel to the pipe longitudinal axis and, starting from the hot side 8, is provided with slots 9 which in the embodiment shown extend to the weld seam 10.
  • the heat impinging on the hot side 8 from the furnace interior O is released by means of heat conduction through the copper sheet to the pipe 3 and here to the coolant flowing through the pipe 3.
  • the full connection between copper sheet and tube 3 - here in the form of the weld seam 10 - which enables undisturbed heat transport is also evident in FIG. 2.
  • the copper sheet is relatively thin, preferably between 20 to 40 mm thin. Copper sheet of a standard size is also advantageously used. In combination with the slots 9, a flexible copper sheet results, which enables high heat transfer and at the same time can take part in thermal expansion of the refractory material.
  • FIG. 3 The arrangement of a plurality of cooling elements 101 to form a cooling system is shown in FIG. 3.
  • the cooling elements 101 are arranged horizontally, ie the hot part 104 designed as copper sheet is installed in the furnace wall 112 such that the plate plane extends perpendicular to the longitudinal axis of the furnace.
  • the furnace wall 112 is composed of the furnace shell 13 and refractory material 114, with which the furnace is closed on its side facing the furnace interior O.
  • the furnace shell 113 is lined with refractory bricks 115 of a certain height dimension H F and filled with refractory ramming compound 116 in the transition to the refractory bricks 115.
  • the individual cooling elements 101 are arranged in the cooling zone in such a way that the hot side 108 of the thin copper plate 105 or the copper sheet, ie the end face directly exposed to the furnace atmosphere, is flush with the front side 117 of the refractory bricks pointing into the furnace interior O, in the installed state 115 completes, ie no refractory material is required in front of the front of the copper plates.
  • the cooling elements 101 are arranged one above the other at a distance of two refractory bricks 115, the lining being held in each case by a stone anchor 118 on the furnace shell 113. Due to their construction and the arrangement between the refractory bricks, the cooling elements are largely self-supporting, which saves fasteners.
  • the copper pipes 103 assigned to each individual copper sheet, which form a cooling channel 119, are arranged outside the furnace shell 113.
  • tube sections 120, 121 or transitions to coolant inlets 122 or coolant outlets 123 are provided, cf. see also FIG. 4.
  • the favorable ratio of the area of the hot part 104 to the area of the cooling part 102 of the individual cooling elements 101 quickly forms a protective layer or freeze-line 124 along the hot side of the lining (it is only a section of the shown freeze-line). In this way, the remaining wall thickness of the refractory bricks 1 15 not attacked by erosion is large.
  • the furnace shell 113 Since the copper tubes 103 of the individual cooling elements 101 lie outside the furnace shell 113, 13 corresponding openings 125 are in the furnace shell 11 or slots introduced which are somewhat longer than the copper sheet length and whose height Ho must not be too low, so that the copper sheet is not hindered when the refractory bricks 115 move in the slot opening 125.
  • the furnace shell 113 is curved inwards in the region of the cooling zone formed by the cooling system 11, which can roughly correspond to the slag zone (cf. FIG. 3). Forces acting on the furnace shell 113 from higher lying parts of the furnace construction 126 are absorbed via bulkhead plates 127 or passed on downwards.
  • the metal zone adjoining the slag zone can also be formed with such a cooling system 11 or - as shown here - with a trickle cooling 128 acting on the furnace shell 113 from the outside.
  • the furnace shell 113 is encased on its side facing away from the inside of the furnace in such a way that an intermediate space 129 is created. Cooling water is introduced into the intermediate space 129 by means of a feed pipe 130 in such a way that it trickles down along the outside of the furnace shell 113.
  • FIG. 4 shows a horizontal section through the cooling system 11 shown in FIG. 3 in the furnace wall 112 of a melting furnace along the line B-B-.
  • the length of the copper pipes 103 which can assume values between one meter and several meters, or even below one meter, corresponds approximately to the length of the copper sheet.
  • the cooling system type III (11) described above with copper pipes lying outside the furnace shell is used in particular in melting furnaces which are supplied with refractory material which reacts with water at high temperatures, such as magnesium oxide. If an arrangement of coolant pipes inside the furnace shell can be accepted, a cooling element system according to type IV (12) is used, which in 5 and 6 is shown in more detail.
  • FIG. 5 shows a vertical section through a furnace wall 212, while FIG. 6 shows a horizontal section.
  • the copper tubes 203 with the cooling channel 219 of the cooling elements 201 are arranged within the refractory ramming mass 216, which is located between the furnace shell 213 and the refractory bricks 215.
  • the thin plates 205 or copper sheets are arranged between individual refractory bricks 215.
  • the furnace shell 213 is provided with openings 225 for the passage of the two pipe sections 220, 221 for the respective coolant inlet 222 and the respective coolant outlet 223 of each copper pipe 203.
  • partition plates 227 can be provided to increase the stability (see FIG. 6), which extend on the cold side of the furnace shell 213 in the furnace vessel 230.
  • FIG. 7 shows - seen from the cold side of the furnace shell - a cooling system of the type IV (12) with internal copper tubes 203 of cooling elements 201 of a first, second, third and fourth level arranged horizontally one above the other. Cooling water enters the copper pipes 203 of the cooling elements 201 of the first or lowest level via a common feed channel 231 through the inlet pipe sections 220, which protrude through respective openings in the furnace shell, in order to exit again through corresponding outlet pipe sections 221.
  • the cooling water does not exit immediately, but is transported via internal connecting pipes 232, likewise embedded in the refractory ramming compound, to the inlet pipe sections 220 of the copper pipe 203 of the cooling elements 201 of the next higher level.
  • This cooling water transport continues until the copper pipes 203 of the cooling elements 201 of the fourth or top level have flowed through and the cooling water through outlet pipe sections 221 and cooling water sections. run 223 exits in a common return channel, from there to be led into a cooling water recooling system (not shown).
  • FIG. 8 shows a vertical section of cooling elements of a system according to type I (13).
  • the cooling elements 301 are arranged in the furnace wall in such a way that the plane of the plates 305 or the longitudinal axis of the copper pipes 303 runs parallel to the longitudinal axis of the furnace.
  • the cooling part 302 or the copper tube 303 of each cooling element 301 is located outside the furnace 313.
  • the length of the copper sheets preferably corresponds to the height of the slag zone. With 309 the slots of the copper sheet are designated.
  • narrow but long openings 325 or slots are made in the furnace shell 313.
  • the furnace shell 313 is preferably reinforced by ribs or rings 335a, b.

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Abstract

Um ein Kühlelement zur Kühlung eines metallurgischen Ofens, wobei der Ofenpanzer (113, 213, 313) des Ofens an seiner zum Ofeninnenraum (Oi) hinweisenden Seite mit Feuerfest-Material (114, 214, 314) zugestellt ist, das einen Kühlteil (2, 102, 202, 302) und einen durch Wärmeleitung gekühlten Heissteil (4, 104, 204, 304), aufweist, das im Betriebszustand sofort eine Schutzschicht gegen wietere Schlackenerosion ("freeze-line") ausbildet, besteht der gesamte Heissteil nur aus einer dünnen Platte (5, 105, 205, 305), der kaltseitig ein separater Kühlteil (2, 102, 202, 302) in Form eines Rohres zugeordnet ist. Zudem werden entsprechende Kühlsysteme und ein Schmelzofen vorgeschlagen.

Description

Kühlelement zur Kühlung eines metallurgischen Ofens
10 Die Erfindung betrifft ein Kühlelement zur Kühlung eines metallurgischen Ofens, insbesondere der Schlacken- und/oder der Metallzone dieses Ofens, wobei der Ofenpanzer des Ofens an seiner zum Ofeninnenraum weisenden Seite mit Feuerfest-Material zugestellt ist, und das Kühlelement einen mit Kühlmittel durchflossenen Kühlteil, der einen Kühlmittelzulauf- und ablauf aufweist, sowie
15 einen durch Wärmeleitung gekühlten Heißteil umfaßt, wobei der Heißteil des Kühlelementes im eingebauten Zustand bündig mit der in den Ofeninnenraum zeigenden Stirnseite des Feuerfest-Materials abschließt. Zudem betrifft die Erfindung ein System zur Kühlung eines metallurgischen Ofens, welches aus mindestens einem dieser Kühlelemente besteht, sowie einen mit einem solchen
?.o System ausgerüsteten Schmelzofen.
Solche metallurgischen Öfen finden Einsatz bei der Herstellung von Nichteisenmetallen und Roheisen. Hierzu werden runde oder rechteckige Öfen eingesetzt, bei denen die erforderliche Energie über selbstbackende Elektroden vom
25 Söderberg-Typ eingebracht wird. In vielen Fällen beginnt der Schmelzvorgang durch Einbringen der Energie über einen frei brennenden Lichtbogen, der nach Bildung einer Schaumschlacke in diese eintaucht. Wenn die Elektroden in die leitfähige, flüssige Schlacke eintauchen, wird die abgestrahlte Energie vollständig durch Widerstandserwärmung der Schlacke an das Metallbad übertragen. In
30 anderen Fällen wird nur ein Teil der Energie mittels der Widerstandserwärmung der Schlacke in das Metallbad eingebracht. Die Energieübertragung wird durch kleine Lichtbögen erreicht, die sich zwischen der Elektrode und der sich umgebenden Möllersäule bilden ("brush arcing"). In beiden Fällen existiert eine heiße, flüssige Schlacke von etwa 1.400 bis 1.700°C, die aufgrund thermischer
35 und magnetischer Effekte im Ofengefäß zirkuliert. Die thermische Zirkulation wird insbesondere durch Auftriebskräfte aufgrund von Dichteänderungen durch Abkühlung an der Ofenwand angeregt.
Durch diese Zirkulation der Schlacke hin zur Ofenwand kommt es an der Ofenwand - und auch aufgrund des chemischen Angriffs durch die Schlacke - zu einem besonders hohen Verschleiß des Feuerfest-Materials, mit dem der Schmelzofen ausgekleidet ist. Dieser Verschleiß kommt erst dann zum Stillstand, wenn bei gegebener Wärmebelastung die Ofenwand aus Feuerfest- Material so gut gekühlt ist, daß sich auf ihrer Heißseite- d.h. der zum Ofeninneren weisenden Seite - eine Kruste aus erstarrter Schlacke bildet. Eine solche Kruste ist unter dem Begriff "freeze line" bekannt. Diese erstarrte Schlackenschicht schützt das Feuerfest-Material vor weiterer Schlackenerosion bzw. - korrosion und ist somit eine erwünschte Schutzschicht. Je höher die Schmelzleistung des Ofens und damit die abzuführenden Wärmeströme sind, desto dünner ist allerdings die verbleibende Restwandstärke des Feuerfest-Materials.
Höhere Schmelzleistungsdichten (kW/m2 Herdfläche) treten insbesondere dann auf, wenn bei existierenden Öfen das Einbringen an elektrischer Leistung erhöht werden soll, um die Produktivität zu steigern, wenn aber aus Kostengründen die Herdfläche nicht entsprechend vergrößert werden soll. Neben dem Nachrüsten von bestehenden Öfen stellt sich das Problem ebenfalls bei neu zu bauenden Öfen, die im Verhältnis zu den bekannten Öfen eine höhere Leistungsdichte aufweisen sollen.
Um diese Schutzschicht (freeze-line) trotz hoher Wärmeströme zu erzeugen bzw. möglichst dick auszubilden, ist aus dem Konferenzbericht "Furnace Coo- ling Design for Modern High-Intensity Pyrometallurgical Processes", der Copper 99-Cobre 99 International Conference, Vol. V, The Minerals, Metals & Materials Society, 1999 von N.Voermann, F. Harn, J.Merry, R.Veenstra und K.Hutchinson zu entnehmen, gekühlte Kupferkörper in die Feuerfest-Ofenwand einzusetzen. Neben sogenannten "Fingern" und "Plattenkühlern" wird insbesondere der Einsatz sogenannter "waffle coolers" vorgeschlagen. Solche "waffle coolers" sind aus Kupfer mit eingegossenen Rohren hergestellte plattenförmige Körper, die auf ihrer Heißseite mit schwalbenschwanzförmigen Nuten und Rippen versehen sind. In diese Nuten sind Steine aus Feuerfest-Material eingesetzt oder Feuer- fest-Massen eingestampft. Die Kühlwirkung der Rippen in den "waffle coolers" bewirkt, daß sich bei Direktkontakt des Feuerfest-Materials mit flüssiger Schlak- ke die gewünschte "freeze line" bildet. Während derartige „waffle coolers" vorteilhafterweise eine Tragfunktion übernehmen, weisen sie als Nachteil ein hohes Gewicht sowie die daraus resultierenden hohen Herstellungskosten auf.
"Finger" und "Plattenkühler" werden von D. Tisdale, D. Briand, R. Sriram und R. McMeekin, in "Upgrading Falconbridge's No. 2 furnace crucible", veröffentlicht in "Challenges in Process Intensification", Montreal PQ, Canada, Canadian Institute of Mining, Metallurgy and Petroleum, 1996 beschrieben. Unter Fingern werden Kupferrohre mit einem runden Querschnitt verstanden. Es erweist sich aber als schwierig, solche Rohre in die quaderförmigen Feuerfest-Steine einzu- bringen. Diesen Nachteil weisen die bekannten Plattenkühler nicht auf. Diese müssen jedoch - wie auch die Finger - schwer und massiv ausgeführt werden, da ihre Abmessungen durch den Durchmesser der in ihnen verlaufenden Bohrungen für das Kühlwasser bestimmt sind, was die Herstellung kostenintensiv macht. Finger, Plattenkühler sowie die waffle coolers durchdringen im Neuzu- stand nicht die gesamte Dicke der Feuerfest-Ofenwand, sondern benötigen noch Mauerwerk vor ihrer ofenseitigen Stirnwand. Zudem bleiben sie ohne Verbindung zur äußeren Wand des Ofens, dem sogenannten Panzer, damit eine Zwängung durch unterschiedliche thermische Ausdehnungen des Feuerfest- Mauerwerks und des Panzers vermieden wird.
Aus E. Granberg, G. Carlsson, „Development of a device for cooling of the safety-zone in the electric arc furnace", vorgetragen und veröffentlicht bei dem 3rd European Electric Steel Congress, 2. - 4. Oktober 1989, Bournemouth, sind Kühlelemente für die Sicherheitszone in Elektroschmelzöfen zur Stahlherstel- lung bekannt, deren Wirkung auf dem Wärmetransport von der Heißseite im Inneren des Ofens zu einem Kühlmedium außerhalb des Ofenpanzers basiert. Das Kühlelement aus gegossenem Kupfer umfaßt ein wassergekühltes Verbindungsteil, an dem mehrere massive Plattenkühler kammartig angeordnet sind, die in das Ofeninnere ragen. Zwischen den Plattenkühlern ist Feuerfest-Material angeordnet. Das Verbindungsteil ist außerhalb des Ofenpanzers angeordnet. Dicke und Mittenabstand der Plattenkühler können variiert werden. Nachteilig bei dieser Lösung ist, daß bei einer Ausbildung mit dünnen Plattenkühlern die Belastung an der Heißseite sehr groß wird, verbunden mit der Gefahr des Oxi- dierens des Kupfers und einem Verlust der Wärmeleitfähigkeit, während bei einer Ausbildung von dickeren Plattenkühlern die Materialkosten steigen und eine unsymmetrische Kühlung die Folge ist.
Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, ein Kühlelement sowie ein Kühlsystem für einen metallurgische Ofen bereitzustellen, das bei Vermeidung der oben genannten Nachteile eine Heißseite aufweist, die im Betriebszustand sofort eine freeze-line ausbildet. Zudem soll ein Ofen bereitgestellt werden, der bei Ausrüstung mit einem solchen System eine hohe mechanische Stabilität aufweist.
Diese Aufgabe wird durch ein Kühlelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , Kühlsysteme mit den Merkmalen der Ansprüche 9 und 10 sowie einen Ofen mit den Merkmalen nach den Ansprüchen 16 und 17 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den Unteransprüchen offenbart.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß der gesamte Heißteil als eine - einzige - Platte ausgebildet ist, und daß der Platte kaltseitig, d.h. an ihrer vom Ofeninneren wegweisenden Seite, ein separater, mit Kühlmittelzu- und ablauf versehener - einziger - Kühlteil zugeordnet ist.
In Abkehr von den bekannten Lösungen wird ein Kühlelement aus einer einzigen Platte gebildet, an die ein separater und von anderen Kühlelementen un- abhängiger Kühlteil angeordnet ist. Auf diese Weise wird ein günstiges Verhältnis der Fläche des Heißteils zur Fläche des Kühlteils erreicht, verbunden mit günstigen Kühleigenschaften. Deswegen bildet sich im Betriebszustand unmittelbar auf der Heißseite des Kühlelementes, d.h. auf der in Richtung Ofeninneres weisenden Stirnseite des Feuerfest-Materials sowie der Stirnseite der Platte, schnell eine Schutzschicht bzw. freeze-line aus.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Kühlteil ein Rohr, wobei die Platte mit ihrer vom Ofeninneren wegweisenden Seite unlösbar an das Rohr parallel zur Rohrlängsachse angebracht ist. Die Verbindung wird über einen Vollanschluß, vorzugsweise durch Verschweißen, zur Gewährung eines guten Wärmetransportes erreicht. Vorteilhafterweise be- steht das Kühlelement aus einer Kupferplatte und einem Kupferrohr und hierbei aus Teilen von Standardmaß, die lagerhaltig zur Verfügung stehen, was die Material- und vor allem die Bearbeitungskosten erheblich reduziert. Insgesamt wird auf diese Weise ein vielseitig einsetzbares, kostengünstiges und zuverlässiges Kühlelement geschaffen. Von besonderem Vorteil ist auch, daß die ver- wendeten Bestandteile (Platte, Rohr) aufgrund ihrer Herstellungsart (Walzen, Strangpressen) keine grobkörnige Gußstruktur ausweisen, sondern ein gleichmäßiges, feinkörniges Gefüge. Dies bedingt bessere Wärmeleitfähigkeitseigenschaften sowie eine geringere Neigung zur Rißbildung bzw. -ausbreitung.
Vorzugsweise ist die Platte im Sinne eines Blechs sehr dünn ausgebildet. Die Plattendicke umfaßt Bereiche von 10 bis 40 mm, vorzugsweise von 20 bis 40 mm.
Um Verwerfungen der dünnen Platte bzw. des Blechs aufgrund unterschiedli- eher thermischer Ausdehnung über die Plattenfläche zu vermeiden, wird vorgeschlagen, die Platte bzw. das Blech senkrecht zur Längsachse des Kühlrohres zu schlitzen. Aufgrund der Auftrennung in einzelne unabhängige Plattenstreifen und zudem wegen der geringen Dicke wird eine flexible Anpassung an Ausdehnungsbewegungen des Feuerfest-Materials erreicht. Dies hat außerdem den besonderen Vorteil, daß die Bildung isolierender Luftspalte zwischen dem Feu- erfest-Material bzw. -Mauerwerk und der Platte vermieden wird. Die Schlitzabstände sind vorzugsweise gleichmäßig eingebracht. Es empfehlen sich Abstände von ca. 100 bis 400 mm bei Schlitzbreiten von 2-5 mm.
Bei den vorgeschlagenen Kühlsystemen können sich folgende Typen ergeben: Kühlsystem nach Typ I mit vertikal angeordneten Kühlelementen, deren Kühlteil bzw. Rohr außerhalb des Ofenpanzers angeordnet ist; Kühlsystem nach Typ II mit vertikal angeordneten Kühlelementen, deren Kühlteil bzw. Rohr innerhalb des Ofenpanzers angeordnet ist; Kühlsystem nach Typ III mit horizontal angeordneten Kühlelementen, deren Kühlteil bzw. Rohr außerhalb des Ofenpanzers angeordnet ist; Kühlsystem nach Typ IV mit horizontal angeordneten Kühlelementen, deren Kühlteil bzw. Rohr innerhalb des Ofenpanzers angeordnet ist.
In Abhängigkeit der Schmelzleistungsdichte und dem Abstand Elektrode zur Ofenwand werden die Kühlsysteme ausgelegt und zwar durch Wahl der Geo- metrie der Platten und/oder des Abstandes zwischen Heißseite und Kühlteil und/oder des Abstandes der Platten zueinander. Im Verhältnis zu bekannten Plattenkühlern ist die Platte des Heißteils dünn ausgebildet. Der Abstand zwischen Heißseite und Kühlteil, d.h. dem Rohr, ist relativ kurz. Vorzugsweise weist die Platte eine rechteckige Geometrie auf.
Bei derartigen Kühlsystemen wird der vertikale bzw. horizontale Abstand der Kühlelemente zu ihrem nächst benachbarten Kühlelement entsprechend des oder eines Mehrfachen des Höhen- bzw. des Breitenformates von Feuerfest- Steinen als Feuerfest-Material bemessen. Dies hat bei der horizontalen Anord- nung den Vorteil, daß die Anzahl der übereinander angeordneten Kühlelemente flexibel der Höhe der Schlackenzone bzw. der Metallzone angepaßt werden kann. Schneidarbeiten an den Feuerfest-Steinen entfallen; der Montageaufwand sinkt.
Vorzugsweise wird vorgeschlagen, die Kühlelemente eines Kühlsystems was- serseitig in Serie hintereinanderzuschalten, wobei der Kühlmittelablauf eines Kühlelementes - ggf. über ein starres Verbindungsrohr oder flexible Verbindungsleitungen - mit dem Kühlmittelzulauf eines benachbarten Kühlelementes verbunden ist. Die Anzahl der Kühlelemente, die in Serie hintereinander geschaltet werden können, richtet sich nach der verfügbaren Kühlwasserqualität und/oder der zulässigen Maximaltemperatur des Kühlwassers.
Die Ofenkonstruktion, insbesondere die Ofenwand, soll erfindungsgemäß an die einzelnen Kühlsysteme und ihre Besonderheiten angepaßt sein. Für ein Kühlsystem des Typs III wird ein runder oder ein rechteckiger Schmelzofen vorgeschlagen, dessen Ofenpanzer im Bereich der Kühlzone in Richtung Ofeninneres eingezogen ausgeformt ist und der Schottbleche zur Stützung des nun vorragenden oberen Bereichs des Ofenteils aufweist. Diese Ofenpanzerkonstruktion erreicht, daß die Schwächung seiner mechanischen Tragfähigkeit aufgrund der für die Kühlelemente notwendigen horizontalen Schlitzungen mit relativ geringem vertikalen Abstand kompensiert wird.
Bei horizontaler Anordnung werden in den Ofenpanzer Schlitze mit einer der horizontalen Ausdehnung des Kühlelementes entsprechenden Länge eingebracht. Die Höhe der Schlitze wird hierbei vorteilhafterweise so gewählt, daß das jeweilige Kühlelement die unvermeidbare thermische Ausdehnung des Feuerfest-Materials mitmachen kann, ohne in dieser Bewegung durch die Schlitzober- bzw. Unterkante behindert zu werden. Es ergibt sich daher eine relativ große Höhe der Schlitze.
Bei dem Kühlsystem nach Typ IV müssen im Verhältnis zu Typ III nur kleinere Öffnungen und somit Schwachstellen in den Ofenpanzer für die Kühlmittelab- und -zulaufe des Kühlteils bzw. des Rohres eingebracht werden. Bei dieser Lösung wird die statische Tragfähigkeit des Ofenpanzers nur gering vermindert. Eine Erhöhung der Tragfähigkeit ist aber noch durch die gegeneinander versetzte Anordnung der übereinander angeordneten Kühlelemente möglich. Die Kühlsysteme des Typs I und II kommen insbesondere für Rundöfen in Frage. Die Geometrie der Platten, konkret ihre Länge, ist vorzugsweise an die Höhe der Schlackenzone angepaßt. Beim Typ I, bei der sich die Platte des Heißteils durch den Ofenpanzer erstreckt und sich das Kühlteil bzw. Rohr außerhalb des Ofenpanzers befindet, kann ein durch die vertikalen Schlitze in seiner Sta- bilität geschwächter Ofenpanzer zur Aufnahme der Ringspannungen aus der thermischen Ausdehnung des Feuerfest-Materials durch Rippen oder Ringe mechanisch verstärkt werden, wobei gewährleistet ist, daß die vertikalen Schlitze im Ofenpanzer eine freie Bewegung der in das Feuerfest-Material integrierten Kühlelemente insbesondere nach oben zulassen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert werden. Dabei sind neben den oben aufgeführten Kombinationen von Merkmalen auch Merk- male alleine oder in anderen Kombinationen erfindungswesentlich. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Ausschnitts eines erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kühlelements, das sich aus einer Platte und einem Rohr zu- sammensetzt;
Fig. 2 einen Querschnitt des Kühlelementes nach Fig. 1 längs der Linie A-A; Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch eine Ofenwand mit integriertem Kühlsystem des Typs III und eingeformten Ofenpanzer; Fig. 4 einen Horizontalschnitt B-B durch eine Ofenwand mit einem Kühlsystem nach Fig. 3;
Fig. 5 einen Vertikalschnitt durch eine Ofenwand mit integriertem Kühlsystem des Typs IV; Fig. 6 einen Horizontalschnitt B-B durch eine Ofenwand mit einem Kühlsystem nach Fig. 5; Fig. 7 die Darstellung eines Kühlsystems nach dem Typ IV, wobei die übereinander liegenden Kühlelemente versetzt angeordnet sind; Fig. 8 einen Vertikalschnitt durch eine Ofenwand mit integriertem Kühlsystem nach Typ I.
Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt eines Kühlelementes 1 , welches sich aus einem mit Kühlmittel, beispielsweise Kühlwasser, durchflossenen Kühlteil 2 in Form eines Rohres 3 mit einem Innendurchmesser d, und einer Wandstärke dw sowie einen nur durch Wärmeleitung gekühlten Heißteil 4 zusammensetzt. Der Heißteil 4, der also nicht von Kühlwasser durchflössen wird, besteht aus einer dünnen Platte 5 aus Kupfer, die im nachfolgenden als Kupferblech bezeichnet wird. Das Rohr 3 ist ebenfalls aus Kupfer gefertigt und entspricht einem Kupferrohr- Standardmaß bzw. Normmaß. Das Kupferblech ist mit seiner kaltseitigen Längsseite 6 an den Rohrmantel 7 parallel zur Rohrlängsachse geschweißt und ist, ausgehend von der Heißseite 8, mit Schlitzen 9 versehen, die sich bei der gezeigten Ausführungsform bis zur Schweißnaht 10 erstrecken. Die an der Heißseite 8 auftreffende Wärme vom Ofeninnenraum O, wird mittels Wärmeleitung durch das Kupferblech an das Rohr 3 und hier an das das Rohr 3 durchfließende Kühlmittel abgegeben. Der einen ungestörten Wärmetransport ermöglichende Vollanschluß zwischen Kupferblech und Rohr 3 - hier in Form der Schweißnaht 10 - wird auch in Fig. 2 deutlich. Das Kupferblech ist relativ dünn ausgebildet, vorzugsweise zwischen 20 bis 40 mm dünn. Vorteilhafterweise kommt ebenfalls Kupferblech eines Normmaßes zur Anwendung. In Kombination mit den Schlitzen 9 ergibt sich ein flexibles Kupferblech, welches einen hohen Wärmetransport ermöglicht und gleichzeitig thermische Ausdehnungen des Feuerfest-Materials mitmachen kann.
Die Anordnung einer Vielzahl von Kühlelementen 101 zu einem Kühlsystem wird in Fig. 3 dargestellt. Bei dem hier gezeigten Kühlsystem des Typs III (11 ) sind die Kühlelemente 101 horizontal angeordnet, d.h. das als Kupferblech ausgebildete Heißteil 104 wird in die Ofenwand 112 so eingebaut, daß die Plattenebene sich senkrecht zur Längsachse des Ofens erstreckt. Die Ofenwand 112 setzt sich aus dem Ofenpanzer 1 13 und Feuerfest-Material 114 zusammen, mit dem der Ofen auf seiner zum Ofeninneren O, weisenden Seite zugestellt ist. Bei der hier gezeigten Ausführungsform ist der Ofenpanzer 113 mit Feuerfest-Steinen 115 eines bestimmten Höhenmaßes HF ausgemauert und im Übergang zu den Feuerfest-Steinen 115 mit Feuerfest-Stampfmasse 116 ausgefüllt. Die einzelnen Kühlelemente 101 werden so in der Kühlzone angeordnet, daß die Heißseite 108 der dünnen Kupferplatte 105 bzw. des Kupferblechs, d.h. die unmittelbar der Ofenatmosphäre ausgesetzte Stirnseite, im eingebauten Zustand bündig mit der in den Ofeninnenraum O, zeigenden Stirnseite 117 der Feuerfest-Steine 115 abschließt, d.h. es ist kein Feuerfest-Material vor der Stirnseite der Kupferplatten notwendig.
Die Kühlelemente 101 sind bei dieser Ausführungsform jeweils in einem Abstand von zwei Feuerfest-Steinen 115 übereinander angeordnet, wobei die Ausmauerung jeweils von einem Steinanker 1 18 am Ofenpanzer 1 13 gehalten wird. Durch ihre Bauweise und die Anordnung zwischen den Feuerfest-Steinen sind die Kühlelemente weitgehend selbsttragend, was Befestigungselemente einspart.
Die jedem einzelnen Kupferblech zugeordneten Kupferrohre 103, die einen Kühlkanal 119 bilden, sind außerhalb des Ofenpanzers 113 angeordnet. Am Ende eines jeden Rohres 103 sind Rohrabschnitte 120, 121 bzw. Übergänge zu Kühlmittelzuläufen 122 bzw. Kühlmittelabläufen 123 vorgesehen, vgl. hierzu auch Fig. 4. Insgesamt bildet sich durch das günstige Verhältnis der Fläche des Heißteils 104 zur Fläche des Kühlteils 102 der einzelnen Kühlelemente 101 entlang der Heißseite der Ausmauerung schnell eine Schutzschicht bzw. free- ze-line 124 (es ist nur ein Abschnitt der freeze-line dargestellt) aus. Auf diese Weise ist die Restwandstärke der nicht durch Erosion angegriffenen Feuerfest- Steine 1 15 groß.
Da die Kupferrohre 103 der einzelnen Kühlelemente 101 außerhalb des Ofenpanzers 113 liegen, sind in den Ofenpanzer 1 13 entsprechende Öffnungen 125 bzw. Schlitze eingebracht, die etwas länger als die Kupferblechlänge sind und deren Höhe Ho nicht zu niedrig sein darf, damit das Kupferblech bei Bewegungen der Feuerfest-Steine 115 in der Schlitzöffnung 125 nicht behindert wird. Um die Schwächung des Ofenpanzers 1 13 aufgrund der Öffnung zu kompensieren, ist der Ofenpanzer 113 im Bereich der durch das Kühlsystem 1 1 gebildeten Kühlzone, die in etwa der Schlackenzone entsprechen kann, nach innen gewölbt ausgebildet (vgl. Fig. 3). Auf den Ofenpanzer 113 wirkende Kräfte von höher liegenden Teilen der Ofenkonstruktion 126 werden über Schottbleche 127 aufgefangen bzw. nach unten weitergeleitet.
Die sich unterhalb der Schlackenzone anschließende Metallzone kann ebenfalls mit einem derartigen Kühlsystem 11 ausgebildet sein oder - wie hier gezeigt - mit einer von außen auf den Ofenpanzer 113 wirkenden Rieselkühlung 128 . Hierzu wird der Ofenpanzer 113 auf seiner vom Ofeninneren wegweisenden Seite so ummantelt, daß ein Zwischenraum 129 entsteht. Kühlwasser wird mit- tels eines Einspeiserohrs 130 so in den Zwischenraum 129 eingebracht, das es entlang der Außenseite des Ofenpanzers 113 herabrieselt.
Die Anordnung der oben erwähnten Schottbleche 127 wird insbesondere in Fig. 4 deutlich, die einen Horizontalschnitt durch das in Fig. 3 gezeigte Kühlsystem 1 1 in der Ofenwand 112 eines Schmelzofens längs der Linie B-B- zeigt. Die Länge der Kupferrohre 103, die Werte zwischen einem Meter und mehreren Metern annehmen kann, oder auch unterhalb von einem Meter, entspricht in etwa der Länge des Kupferblechs.
Der oben beschriebene Kühlsystemtyp III (11 ) mit außerhalb des Ofenpanzers liegenden Kupferrohren kommt insbesondere bei Schmelzöfen zum Einsatz, die mit Feuerfest-Material zugestellt sind, welches bei hohen Temperaturen mit Wasser reagiert, wie zum Beispiel Magnesiumoxid. Sofern eine Anordnung von kühlwasserleitenden Rohren innerhalb des Ofenpanzers akzeptiert werden kann, kommt ein Kühlelementsystem nach Typ IV (12) zum Einsatz, welches in Fig. 5 und 6 näher dargestellt ist. Fig. 5 zeigt einen Vertikalschnitt durch eine Ofenwand 212, während Fig. 6 einen Horizontalschnitt darstellt.
Die Kupferrohre 203 mit dem Kühlkanal 219 der Kühlelemente 201 sind innerhalb der Feuerfest-Stampfmasse 216 angeordnet, die sich zwischen dem Ofen- panzer 213 und den Feuerfest-Steinen 215 befindet. Ebenso wie bei dem Kühlsystem nach Typ III (1 1 ) sind die dünnen Platten 205 bzw. Kupferbleche zwischen einzelnen Feuerfest-Steinen 215 angeordnet. Der Ofenpanzer 213 wird mit Öffnungen 225 für den Durchtritt der beiden Rohrabschnitte 220, 221 für den jeweiligen Kühlmittelzulauf 222 und den jeweiligen Kühlmittelablauf 223 eines jeden Kupferrohres 203 versehen. Obwohl bei diesem Kühlsystem 12 der Ofenpanzer 213 weit weniger geschwächt wird, können Schottbleche 227 zur Erhöhung der Stabilität vorgesehen werden (vgl. Fig. 6), die sich auf der Kaltseite des Ofenpanzers 213 im Ofengefäß 230 erstrecken.
Eine Erhöhung der Stabilität wird bei einem Kühlsystem des Typs IV (12) zudem durch eine versetzte Anordnung der übereinander angeordneten Lagen von Kühlelementen 201 erreicht, was mit Fig. 7 gezeigt wird. Fig. 7 zeigt - von der Kaltseite des Ofenpanzers gesehen - ein Kühlsystem des Typs IV (12) mit innen liegenden Kupferrohren 203 von übereinander horizontal angeordneten Kühlelementen 201 eines ersten, zweiten, dritten und vierten Niveaus. Über einen gemeinsamen Speisekanal 231 tritt Kühlwasser durch die Eintrittsrohrabschnitte 220, die durch jeweilige Öffnungen im Ofenpanzer ragen, in die Kupferrohre 203 der Kühlelemente 201 des ersten bzw. untersten Niveaus ein, um durch entsprechende Austrittsrohrabschnitte 221 wieder auszutreten. Bei der hier gezeigten Ausführungsform tritt das Kühlwasser aber nicht sofort aus, sondern wird über innen liegende - ebenfalls in die Feuerfest-Stampfmasse eingebettete - Verbindungsrohre 232 zu den Eintrittsrohrabschnitten 220 des Kupferrohres 203 der Kühlelemente 201 des nächst höheren Niveaus transportiert. Dieser Kühlwassertransport wird solange weitergeführt, bis auch die Kupferroh- re 203 der Kühlelemente 201 des vierten bzw. obersten Niveaus durchflössen sind und das Kühlwasser durch Austrittsrohrabschnitte 221 und Kühlwasserab- laufe 223 in einen gemeinsamen Rücklaufkanal austritt, um von dort in ein Kühlwasser-Rückkühlsystem (nicht gezeigt) geführt zu werden.
Kühlsysteme nach dem Typ III (11 ) und IV (12) finden insbesondere bei Rechtecköfen Verwendung, während Kühlsysteme nach dem Typ I und II insbeson- dere bei Rundöfen Verwendung finden. Einen Vertikalschnitt von Kühlelementen eines Systems nach Typ I (13) zeigt Fig. 8. Bei diesem Typ eines Kühlsystems werden die Kühlelemente 301 so in der Ofenwand angeordnet, daß die Ebene der Platten 305 bzw. die Längsachse der Kupferrohre 303 parallel zur Ofenlängsachse verläuft. Der Kühlteil 302 bzw. das Kupferrohr 303 eines jeden Kühlelementes 301 befindet sich außerhalb des Ofenpanzers 313. Die Länge der Kupferbleche entspricht vorzugsweise der Höhe der Schlackenzone. Mit 309 sind die Schlitze des Kupferblechs bezeichnet. Zum Einbau der Kühlelemente 301 werden in den Ofenpanzer 313 schmale, aber in vertikaler Richtung lange Öffnungen 325 bzw. Schlitze eingebracht. Der Ofenpanzer 313 wird vor- zugsweise durch Rippen oder Ringe 335a, b verstärkt.

Claims

Patentansprüche:
1 . Kühlelement zur Kühlung eines metallurgischen Ofens, wobei der Ofenpanzer (1 13, 213, 313) des Ofens an seiner zum Ofenin- nenraum (O,) hinweisenden Seite mit Feuerfest-Material (1 14, 214, 314) zugestellt ist, umfassend einen mit Kühlmittel durchflossenen Kühlteil (2, 102, 202, 302), der einen Kühlmittelzulauf (122, 222, 322) und einen Kühlmittelablauf (123, 223, 323) aufweist, sowie einen durch Wärmeleitung gekühlten Heißteil (4, 104, 204, 304), wobei der Heißteil des Kühlelementes im eingebauten Zustand bündig mit der in den Ofeninnenraum (O,) zeigenden Stirnseite (1 17) des Feuerfest-Materials (114, 214, 314) abschließt, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Heißteil als eine Platte (5, 105, 205, 305) ausgebildet ist, und daß dieser Platte (5, 105, 205, 305) kaltseitig ein separater Kühlteil (2, 102, 202, 302) zugeordnet ist.
2. Kühlelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlteil ein Rohr (3, 103, 203, 303) ist und daß die Platte (5, 105, 205, 305) mit ihrer vom Ofeninneren (O,) wegweisenden Seite unlösbar an das Rohr (3, 103, 203, 303) parallel zur Rohr- längsachse angebracht ist.
3. Kühlelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (5, 105, 205, 305) an das Rohr (3, 103, 203, 303) mit ei- nem Vollanschluß angebracht ist.
4. Kühlelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (5, 105, 205, 305) eine Dicke von 10 bis 40 mm, vorzugsweise 20 bis 40 mm, aufweist.
5. Kühlelement nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (5, 105, 205, 305) senkrecht zur Längsachse des Rohres (3, 103, 203, 303) verlaufende Schlitze (9, 309) aufweist, die, ausgehend von der nicht mit dem Rohr verbundenen Plattenseite, in Richtung Rohr in die Platte eingebracht sind.
6. Kühlelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände der Schlitze (9, 309) gleichmäßig sind und die Schlitze (9, 309) sich bis zum Rohr (3, 103, 203, 303) erstrecken.
7. Kühlelement nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (3, 103, 203, 303) eine Länge von einem Meter bis zu mehreren Metern aufweist.
8. Kühlelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die den Heißteil bildende Platte (5, 105, 205, 305) als auch das den Kühlteil bildende Rohr (3, 103, 203, 303) aus Kupfer oder einem anderen wärmeleitendem Material gefertigt sind.
9. System zur Kühlung eines metallurgischen Ofens mit mindestens einem Kühlelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Ofenpanzer (113, 213) des Ofens an seiner zum Ofeninnenraum (0,) hinweisenden Seite mit Feuerfest-Material (114, 214) zugestellt ist, und wobei das jeweilige Kühlelement einen mit Kühlmittel durchflossenen Kühlteil (102, 202), der einen Kühlmittelzulauf (122, 222) und einen Kühlmittelablauf (123, 223) aufweist, sowie einen durch Wärmeleitung gekühlten Heißteil (104, 204) umfaßt und wobei der Heißteil des Kühlelementes im eingebauten Zustand bündig mit der in den Ofeninnen- räum zeigenden Stirnseite (117) des Feuerfest-Materials (114, 214) abschließt, dadurch gekennzeichnet, daß das als eine einzige Platte (105, 205) ausgebildete Heißteil in die aus Ofenpanzer (1 13, 213) und Feuerfest-Material (1 14, 214) gebildete Ofenwand (112) so eingebaut wird, daß die Plattenebene sich senkrecht zur Längsachse des Ofens erstreckt (horizontale Anordnung).
10. System zur Kühlung eines metallurgischen Ofens mit mindestens einem Kühlelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Ofenpanzer (313) des Ofens an seiner zum Ofeninnenraum
(O,) hinweisenden Seite mit Feuerfest-Material (314) zugestellt ist, und wobei das jeweilige Kühlelement einen mit Kühlmittel durchflossenen Kühlteil (302), der einen Kühlmittelzulauf (322) und einen Kühlmittelablauf (323) aufweist, sowie einen durch Wärmeleitung gekühlten Heiß- teil (304) umfaßt und wobei der Heißteil des Kühlelementes im eingebauten Zustand bündig mit der in den Ofeninnenraum zeigenden Stirnseite des Feuerfest-Materials abschließt, dadurch gekennzeichnet, daß das als eine einzige Platte (305) ausgebildete Heißteil in die aus Ofenpanzer (314) und Feuerfest-Material (314) gebildete Ofenwand so eingebaut wird, daß die Plattenebene sich parallel zur Längsachse des Ofens erstreckt (vertikale Anordnung).
1 1. System nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Kühlmittel durchflossene Kühlteil (202) des jeweiligen Küh- 5 lelementes (201 ) an der zum Ofeninneren (O,) hinweisenden Seite des
Ofenpanzers (213) angeordnet ist.
12. System nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet,
I O daß der mit Kuhlmittel durchflossene Kuhlteil (102, 302) an der vom
Ofeninneren (O,) wegweisenden Seite des Ofenpanzers (1 13, 313) angeordnet ist
13. System nach einem der Ansprüche 9 bis 12, 15 dadurch gekennzeichnet, daß die Geometrie der Platten (105, 205, 305) und/oder der Abstand zwischen Heißseite (108) und Kuhlteil (102) und/oder der Abstand der Platten (105, 205, 305) zueinander der Kuhlelemente entsprechend der Schmelzleistungsdichte ausgelegt sind. 0
14 System nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Platten (105, 205, 305) von benachbarten Kuhlelementen (101 , 201 , 301 ) entsprechend des oder eines Mehrfachen des 5 Hohen- (HF) bzw. des Breitenformates von Feuerfest-Steinen (1 15, 21 5) als Feuerfest-Material bemessen ist.
15 System nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, 0 daß der Kuhlmittelablauf eines Kuhlelementes mit dem Kuhlmittelzulauf eines benachbarten Kuhlelementes (201 ) verbunden ist
1 6 Schmelzofen mit einem System nach den Ansprüchen 9 und 12 zur Kühlung der Schlacken- und/oder Metallzone mit mindestens einem 5 Kuhlelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, 5 daß bei horizontaler Anordnung mehrerer Lagen von Kühlelementen
(101 ), die eine Kühlzone bilden, und bei einer Anordnung des mit Kühlmittel durchflossenen Kühlteils (102) an der vom Ofeninneren (O,) wegweisenden Seite des Ofenpanzers (1 13) der Ofenpanzer (1 13) im Bereich dieser Kühlzone in Richtung Ofenin- I O nenraum (O,) eingezogen ausgeformt ist und daß er mittels einer Blechkonstruktion, insbesondere mittels Schottblechen (127), zur Weiterleitung von Vertikalkräften oberhalb der Kühlzone gestützt ist.
i5
17. Schmelzofen mit einem System nach den Ansprüche 10 und 12 zur Kühlung der Schlacken- und/oder Metallzone mit mindestens einem Kühlelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei vertikaler Anordnung mehrerer Kühlelemente (301 ), die eine 0 Kühlzone bilden, und bei einer Anordnung des mit Kühlmittel durchflossenen Kühlteils (302) an der vom Ofeninneren (O,) wegweisenden Seite des Ofenpanzers (313) der Ofenpanzer (313) durch Rippen (335a, b) oder Ringe verstärkt ist. 5
18. Schmelzofen nach Anspruch 16 oder 17, gekennzeichnet durch einen Rundofen (OR) oder Rechteckofen (ORΘ) zur Herstellung von Nichteisenmetallen oder von Roheisen oder durch einen Lichtbogenofen 0 zur Herstellung von Stahl.
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