WO2009097832A1 - Kühlelement zur kühlung der feuerfesten auskleidung eines metallurgischen ofens (ac, dc) - Google Patents

Kühlelement zur kühlung der feuerfesten auskleidung eines metallurgischen ofens (ac, dc) Download PDF

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Definitions

  • Cooling element for cooling the refractory lining of a metallurgical furnace (AC, DC)
  • the invention relates to a cooling element for cooling the refractory lining of a metallurgical furnace.
  • cooling elements consist of a copper or a copper alloy, the refractory lining of a metallurgical furnace, such as a shaft furnace, facing plate inside with channels for guiding is provided by coolant.
  • the invention has for its object to provide a cooling element that does not represent such a risk potential with a comparably good cooling effect.
  • the cooling plate, the heat conducting plate and the coolant channel are made of highly thermally conductive material, eg. Example of copper or a copper alloy, wherein the coolant channel advantageously along a narrow side of the heat conducting plate extends.
  • the cooling element may consist of rolled / forged / cast copper plates with a fine-grained texture for good thermal conductivity. According to a proposal of the invention, two such solid copper plates can be welded together (thermally conductively connected) or bent to form a T-profile (also L-profile). The end of the welded copper plate is also welded with a copper tube, as a coolant channel. This copper pipe is cooled with cooling water and, via the connected copper plates, ensures sufficient cooling of the brick lining in the installation area.
  • the dimensions, number per unit area and cooling circuit and the distances of the outwardly projecting from the furnace vessel heat conducting plates are calculated and determined according to the necessary heat dissipation.
  • the cooling elements are equipped with appropriate measuring devices.
  • the cooling elements can be installed at any position of the furnace vessel (ceiling / side wall / floor, horizontal as well as vertical) between lining and vessel steel wall / lid / floor.
  • these coolers in the lower / middle region of the vessel side wall (liquid metal / slag area and abutment area or DC furnace in the gas range) between the refractory lining and the steel sheet of the furnace vessel are arranged.
  • the arrangement of the cooling elements in the abutment region of the lining does not affect the stiffening of the furnace vessel arranged at the location.
  • the cooling elements can be connected to the furnace vessel by screws or the like. Between the cooling elements and the lining a thermally conductive contact mass is tamped.
  • the cooling elements are supplied with cooling water via the externally welded copper tubes.
  • the water-cooled parts of the cooling elements are arranged outside the furnace vessel. In the case of water leaks, therefore, no water will get into the oven and endanger the furnace operation.
  • the cooling elements are connected to several in series, to a cooling circuit. However, the individual positioning is chosen such that if a cooling circuit fails, the adjacent areas continue to remain indirectly cooled.
  • the cooling elements should be connected to closed cooling circuits.
  • the cooling elements can also be connected to it, if the quality of the cooling water and the float content are within the specified tolerances (quality).
  • the advantages that can be achieved by the cooling elements according to the invention can be summarized as follows: Improvement by reaching a completely dry oven vessel. Improved heat dissipation compared to a spray / trickle cooling. Can also be used in areas where the static requirements of the furnace vessel must be maintained. Compared to other systems, only small openings in the furnace vessel are necessary, which has a positive effect on the stability and the coherence of the lower / upper vessel. The amount of heat dissipated through the cooling elements is sufficient to both protect the involved components against destruction and to cool the inner side facing the process to form a self-protection of solidified, cooled or low-reactivity product.
  • the cooling elements are not in direct contact with the process or with the product (slag / metal) and can be combined with other copper cooling systems, which are not located in the statically important areas of the furnace vessel, without any problems.
  • These cooling elements are particularly suitable in hard to reach places on the furnace vessel, especially in Bodenerker a rectangular vessel, where previously was forced to resort to an open spray cooling. They can be used on AC / DC reduction furnaces with a rectangular and round furnace vessel. In the latter especially advantageous because it comes through the nature, shape and mounting position to no impairment of the Ofengefäßstatik / stability.
  • Fig. 1 is a perspective view of the cooling element
  • Fig. 2 shows the arrangement of the cooling element in a furnace wall.
  • Fig. 3 shows the arrangement in a round furnace vessel
  • Fig. 4 shows the arrangement in a rectangular oven vessel in combination with other systems.
  • FIG. 2 shows that the cooling plate 1 is located directly between the outer casing of a metallurgical vessel 6 and the refractory lining 7 facing the furnace interior. Preferably, it is embedded in a thermally conductive contact mass 8 formed by pounding.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kühlelement zur Kühlung der feuerfesten Auskleidung eines metallurgischen Ofens. Es soll ein Kühlelement geschaffen werden, das bei unverändert guter Kühlwirkung verhindert, dass das Kühlmedium (Wasser) in das Ofeninnere gelangen kann. Das wird durch eine der feuerfesten Auskleidung zugewandte Kühlplatte, eine dazu abgewinkelte, mit der Kühlplatte fest verbundene, sich aus der Ofenwandung heraus erstreckene Wärmeleitplatte, wobei die Kühlplatte und die Wärmeleitplatte aus Vollmaterial bestehen, und einen mit der Wärmeleitplatte fest verbundenen Kühlmittelkanal, der mit einem Kühlmitteleingang und einem Kühlmittelausgang verbunden ist, erreicht.

Description

Kühlelement zur Kühlung der feuerfesten Auskleidung eines metallurgischen Ofens (AC, DC)
Die Erfindung betrifft ein Kühlelement zur Kühlung der feuerfesten Auskleidung eines metallurgischen Ofens.
Aus der EP 887 428 A1 und der DE 102004 035 968 A1 sind Kühlelemente bekannt, die aus einer aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehenden, der feuerfesten Auskleidung eines metallurgischen Ofens, wie eines Schachtofens, zugewandten Platte bestehen, die im Inneren mit Kanälen für die Führung von Kühlmittel versehen ist.
Nachteilig ist bei derartigen Kühlelementen, dass die dem Innenraum des Ofens zugewandten Teile vom Kühlmittel, in der Regel Wasser, durchflössen werden und bei Störungen oder Undichtigkeiten Wasser in das Ofeninnere gelangen kann. Dies ist mit erheblichen Gefahren verbunden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kühlelement zu schaffen, das bei vergleichbar guter Kühlwirkung kein derartiges Gefahrenpotential darstellt.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine der feuerfesten Auskleidung zugewandte Kühlplatte, eine dazu abgewinkelt angeordnete, mit der Kühlplatte fest verbundene, sich aus der Ofenwandung heraus erstreckende Wärmeleitplatte, wobei die Kühlplatte und die Wärmeleitplatte aus Vollmaterial bestehen, und einen mit der Wärmeleitplatte fest verbundenen Kühlmittelkanal, der mit einem Kühlmitteleingang und einem Kühlmittelausgang verbunden ist.
Die Kühlplatte, die Wärmeleitplatte und der Kühlmittelkanal bestehen aus hoch wärmeleitfähigem Material, z. B. aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, wobei der Kühlmittelkanal vorteilhaft entlang einer Schmalseite der Wärmeleitplatte verläuft.
Bedingt durch die hohe Wärmeleitfähigkeit des Kühlelementes wird dem Bereich zwischen feuerfester Auskleidung und dem Stahlblech des Ofengefäßes soviel Wärme entzogen, dass eine Kühlung des Ofengefäßes von außen, mit Spraywasser oder Kanalkühlung, nicht mehr notwendig ist (trockenes Ofengefäß). Das Kühlelement kann aus gewalzten/geschmiedeten/gegossenen Kupferplatten mit einem feinkörnigen Gefüge für eine gute Wärmeleitfähigkeit bestehen. Zwei solcher Vollmaterial-Kupferplatten können nach einem Vorschlag der Erfindung zu einem T-Profil (auch L-Profil) zusammengeschweißt (wärmeleitfähig verbunden) oder gebogen werden. Das Ende der angeschweißten Kupferplatte wird ebenso mit einem Kupferrohr, als Kühlmittelkanal, verschweißt. Dieses Kupferrohr wird mit Kühlwasser gekühlt und sorgt über die angeschlossenen Kupferplatten für ausreichende Kühlung der in dem Einbau-Bereich befindlichen Ausmauerung des Ofengefäßes.
Die Dimensionen, Anzahl pro Flächeneinheit und Kühlkreislauf sowie die Abstände der aus dem Ofengefäß nach außen ragenden Wärmeleitplatten werden entsprechend der notwendigen Wärmeabfuhr berechnet und festgelegt. Zur Überwachung des Temperatur/Wärmeabfuhrverlaufes werden die Kühlelemente mit entsprechenden Messgeräten ausgerüstet. Die Kühlelemente können an jeglicher Position des Ofengefäßes (Decke/Seitenwand/ Boden, horizontal als auch vertikal) zwischen Ausmauerung und Gefäßstahlwand/Deckel/Boden eingebaut werden. Vorzugweise werden diese Kühler im unteren/mittleren Bereich der Gefäßseitenwand (flüssiger Bereich Metall/Schlacke sowie Widerlagerbereich bzw. bei DC Ofen auch im Gasbereich) zwischen der Feuerfestauskleidung und dem Stahlblech des Ofengefäßes angeordnet. Die Anordnung der Kühlelemente im Widerlagerbereich der Ausmauerung beeinträchtigt die an der Stelle angeordnete Versteifung des Ofengefäßes nicht. Die Kühlelemente können mit dem Ofengefäß durch Schrauben oder ähnliches verbunden werden. Zwischen den Kühlelementen und der Ausmauerung wird eine wärmeleitfähige Kontaktmasse gestampft.
Die Kühlelemente werden über die außen angeschweißten Kupferrohre mit Kühlwasser beaufschlagt. Die wassergekühlten Teile der Kühlelemente sind außerhalb des Ofengefäßes angeordnet. Im Falle von Wasserleckagen wird somit kein Wasser in den Ofen hineingelangen und den Ofenbetrieb gefährden. Die Kühlelemente sind, zu mehreren in Reihe, zu einem Kühlkreislauf zusammengeschaltet. Die einzelne Positionierung ist jedoch so gewählt, dass bei Ausfall eines Kühlkreislaufes die daneben liegenden Bereiche weiterhin indirekt gekühlt bleiben. Vorzugsweise sollten die Kühlelemente an geschlossene Kühlkreisläufe angeschlossen sein.
Falls bei Umbauten jedoch ein halbgeschlossen oder offenes Kühlsystern vorhanden sein sollte, können die Kühlelemente auch an dieses angeschlossen werden, wenn sich die Qualität des Kühlwassers sowie der Gehalt an Schwebekörpern innerhalb der festgelegten Toleranzen (Qualität) befindet.
Die durch die erfindungsgemäßen Kühlelemente erreichbaren Vorteile lassen sich wie folgt zusammenfassen: Verbesserung durch Erreichen eines vollkommen trockenen Ofengefäßes. Verbesserte Wärmeabfuhr im Vergleich zu einer Spray-/Rieselkühlung. Einsetzbar auch in Bereichen, wo die statischen Anforderungen an das Ofengefäß erhalten bleiben müssen. Im Vergleich zu anderen Systemen sind nur kleine Öffnungen im Ofengefäß notwendig, was die Stabilität sowie die Zusammengehörigkeit des Unter-/Obergefäßes positiv beeinflusst. Die über die Kühlelemente abgeführte Wärmemenge ist ausreichend, um sowohl die involvierten Bauteile gegen Zerstörung zu schützen als auch die dem Prozess zugewandte Innenseite so herunterzukühlen, dass sich ein Selbstschutz aus erstarrtem, abgekühltem oder reaktionsarmen Produkt bildet.
Vorteile ergeben sich weiterhin auch dann, wenn ein außen trockenes Ofengefäß erreicht werden soll, speziell wenn die Verschmutzung (Schwefel/Staub) enorm hoch ist und Korrosion des Ofengefäßmantels und Kühlwasserausfall durch Blockierung der Pumpen den Ofenbetrieb problematisch gestalten. Die Kühlelemente sind nicht in direkten Kontakt mit dem Prozess bzw. mit dem Produkt (Schlacke/Metall) und lassen sich mit anderen Kupferkühlsystemen, die sich nicht in den statisch wichtigen Bereichen des Ofengefäßes befinden, ohne Probleme kombinieren. Diese Kühlelemente eignen sich besonders an schwer zugänglichen Stellen am Ofengefäß, speziell auch im Bodenerker eines Rechteckgefäßes, wo bisher notgedrungen auf eine offene Spraykühlung zurückgegriffen wurde. Sie sind einsetzbar an AC/DC Reduktionsöfen mit einem rechteckigen sowie runden Ofengefäß. Bei letzterem insbesondere deshalb vorteilhaft, weil es durch die Art, Form und Einbaulage zu keiner Beeinträchtigung der Ofengefäßstatik/Stabilität kommt.
Ausführungsbeispiele für das erfindungsgemäße Kühlelement werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnungen erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Darstellung des Kühlelementes;
Fig. 2 die Anordnung des Kühlelementes in einer Ofenwand.
Fig. 3 die Anordnung in einem Rundofengefäß und
Fig. 4 die Anordnung in einem Rechteckofengefäß in Kombination mit anderen Systemen.
Das Kühlelement besteht aus einer Kühlplatte 1 , einer Wärmeleitplatte 2 und einem damit verbundenen Kühlmittelkanal 3. Es besitzt einen Kühlmitteleingang 4 und einen Kühlmittelausgang 5. Um eine höchst mögliche Wärmleitfähigkeit zu erreichen, sind diese Teile alle aus Kupfer oder einer entsprechenden Kupferlegierung.
Die Figur 2 zeigt, dass die Kühlplatte 1 sich direkt zwischen der Außenummantelung eines metallurgischen Gefäßes 6 und der dem Ofeninnenraum zugewandten feuerfesten Auskleidung 7 befindet. Vorzugsweise ist sie in eine wärmeleitfähige Kontaktmasse 8, die durch Stampfen gebildet wurde, eingebettet.
In der Figur 3 ist die Anordnung der Kühlplatten 1 und der Wärmeleitplatten 2 sowie des Kühlmittelkanals 3 am Einbaubeispiel bei einem Rundofengefäß und in Figur 4 bei einem Rechteckofengefäß gezeigt, wobei in der Figur auch noch andere Kühlelementsysteme angedeutet sind.
Die Figuren zeigen deutlich, dass sich die Kühlmittelkanäle außerhalb des Ofengefäßes befinden, so dass hier von einem trockenen Ofengefäß gesprochen werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Kühlelement zur Kühlung der feuerfesten Auskleidung eines metallurgischen Ofens, gekennzeichnet durch, eine der feuerfesten Auskleidung zugewandte Kühlplatte (1), eine dazu abgewinkelte, mit der Kühlplatte (1) fest verbundene, sich aus der Ofenwandung heraus erstreckende Wärmeleitplatte (2), wobei die Kühlplatte (1 ) und die Wärmeleitplatte (2) aus Vollmaterial bestehen, und einen mit der Wärmeleitplatte (2) fest verbundenen Kühlmittelkanal (3), der mit einem Kühlmitteleingang (4) und einem Kühlmittelausgang (5) verbunden ist.
2. Kühlelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlplatte (1 ), die Wärmeleitplatte (2) und der Kühlmittelkanal (3) aus hoch wärmeleitfähigem Material, wie Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehen.
3. Kühlelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkanal (3) entlang einer Schmalseite der Wärmeleitplatte (2) verläuft.
4. Kühlelement nach den vorstehenden Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass es aus gewalzten/geschmiedeten/gegossenen hoch wärmeleitfähigem Material, wie Kupferplatten mit einem feinkörnigen Gefüge besteht.
5. Kühlelement nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlplatte (1 ) und die Wärmeleitplatte (2) zu einem T-oder L-Profil wärmeleitfähig zusammengeschweißt oder entsprechend gebogen sind.
6. Anordnung eines Kühlelementes nach den vorstehenden Ansprüchen in einem metallurgischen Gefäß, das eine Außenummantelung und eine dem Gefäßinneren zugewandte feuerfeste Auskleidung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement in eine zwischen Auskleidung und Außenummantelung eingebrachte wärmeleitfähige Kontaktmasse eingebettet ist.
7. Anordnung eines Kühlelementes nach den vorstehenden Ansprüchen in einem metallurgischen runden/eckigen/ovalen/oder dgl. Ofengefäß ohne Beeinträchtigung der Statik/Festigkeit, insbesondere im Bereich des Bodenwiderlagers bei normalem Ofenbetrieb.
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