DE1103952B - Process for cooling parts of industrial furnaces that are subject to particularly high thermal loads, in particular electrical furnaces - Google Patents

Description

Verfahren zum Kühlen von thermisch besonders hoch beanspruchten Teilen von Industrieöfen, insbesondere von elektrischen Öfen Es ist notwendig, thermisch besonders hoch beanspruchte Teile von Industrieöfen, insbesondere von elektrischen Öfen, durch besondere Kühlvorrichtungen vor schädlichen Hitzeeinwirkungen zu schützen. Zu diesem Zweck werden die in Frage kommenden Teile entweder hohl ausgebildet oder mit einem Mantel versehen, :damit die schädliche Einwirkung der Hitze durch Durchleiten kalter gasförmiger oder flüssiger Medien herabgemindert werden kann. Es werden auch Kühlschlangen oder Kühlkanäle verwendet, die durch aufgeschweißte Halbrohre oder ähnliche Profile, Bohrungen oder eingefräste Kanäle mit aufgeschweißten Deckeln gebildet werden. Als Kühlmittel werden meistens flüssige Stoffe, neben Wasser hochsiedende organische Verbindungen oder Öle, seltener Luft unmittelbar verwendet, wobei das flüssige Kühlmittel hauptsächlich in Form von Fluß- oder Leitungswasser, zuweilen auch in Form von enthärtetem Wasser genommen wird. Im letzteren Fall wird das aus den Kühlvorrichtungen ablaufende Wasser aus ökonomischen Gründen häufig über Kaminkühler im Kreislauf geführt, wobei aber durch Verdampfen unvermeidbare Wasserverluste entstehen und durch die Kühlluft auch Verschmutzungen des Wassers herbeigeführt werden, die durch Verwendung von zusätzlichen Filteranlagen vermindert werden können. Ähnlich liegen die Verhältnisse bei der Verwendung von Flußwasser, das infolge seiner großen Härte bald die Kühlwirkung durch Abscheidung von festen Salzen und Verbindungen stark herabsetzt und zugleich Querschnittsverengungen des Kühlsystems herbeiführt.Process for cooling parts that are subject to particularly high thermal loads from industrial furnaces, especially from electric furnaces It is necessary thermally Particularly highly stressed parts of industrial furnaces, especially electrical ones Ovens, to be protected from harmful heat effects by special cooling devices. For this purpose, the parts in question are either made hollow or Provided with a jacket: so that the harmful effect of the heat by passing it through cold gaseous or liquid media can be reduced. There will be too Cooling coils or cooling channels used by welded half-tubes or Similar profiles, bores or milled channels with welded-on covers are formed. Liquid substances are usually used as coolants, in addition to water, high-boiling ones Organic compounds or oils, less often air, used directly, with the liquid coolants mainly in the form of river or tap water, at times is also taken in the form of softened water. In the latter case, that will be off For economic reasons, water draining off the cooling devices is often via chimney coolers circulated, but unavoidable water losses occur due to evaporation and the cooling air also pollutes the water, which can be reduced by using additional filter systems. Similar the conditions lie in the use of river water, which is due to its large Soon the cooling effect hardens due to the deposition of solid salts and compounds greatly reduces and at the same time causes cross-sectional constrictions of the cooling system.

Bekannt sind auch die Verwendung destillierten Wassers und die Verwendung von unter hohem Druck stehendem Wasser oder Dampf sowie die Verdampfungskühlung mit und ohne besonderen Kühlwasserkreislauf.The use and use of distilled water are also known high pressure water or steam and evaporative cooling with and without a special cooling water circuit.

Thermisch besonders hoch beanspruchte Teile sind hauptsächlich bei .den Carbidöfen vorhanden, für welche 2000° C weit übersteigende Temperaturen in Betracht kommen. Hier ergeben sich für die Kühlung der Abstichschnauzen und des schmelzflüssigen Carbi-ds, soweit dieses mit Wasser zum Erstarren gebracht werden soll, noch besonders große technische Schwierigkeiten. Soweit. es sich dabei um elektrothermische Schmelzöfen handelt, treten noch zusätzliche Schwierigkeiten bei .der Kühlung der Stromzuführungsplatten, Stromkabel und Elektrodenfassungen auf.Parts subject to particularly high thermal loads are mainly at .the carbide furnaces are available, for which temperatures far exceeding 2000 ° C in Come into consideration. This results in the cooling of the tapping nose and the molten carbide, insofar as this is solidified with water should, still have particularly great technical difficulties. So far. it is about When it comes to electrothermal smelting furnaces, additional difficulties arise .the cooling of the power supply plates, power cables and electrode holders.

Diese bisherige Art der Kühlung von Ofenteilen, die thermisch besonders hoch beansprucht werden, hat neben den bereits beschriebenen Mängeln noch den Nachteil, daß die Kühlvorrichtungen, die besonders durch Kesselsteinbildung und Verschmutzung schnell ihre Kühlwirkung verlieren, sehr häufig durchbrennen, was zu unerwünschten Betriebsstörungen und Betriebsstillständen sowie zu kostspieligen Reparaturen führt. Ein weiterer Nachteil liegt in dem großen Wasserverbrauch bzw. in der dauernd erforderlichen Aufbereitung und Filterung des im Kreislauf geführten Kühlwassers.This previous type of cooling of furnace parts, which is thermally special are highly stressed, has the disadvantage, in addition to the deficiencies already described, that the cooling devices, which are particularly affected by scale formation and pollution quickly lose their cooling effect, very often burn out, causing undesirable Operational disruptions and downtimes as well as costly repairs. Another disadvantage is the large amount of water that is consumed and the amount of water that is constantly required Treatment and filtering of the circulating cooling water.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß man diese Nachteile und Schwierigkeiten gänzlich vermeiden kann, wenn man zum Kühlen der thermisch besonders beanspruchten Teile von Industrieöfen, wie Haube, Wände, Boden, stromführende Teile, Elektrodenfassungen, Beschickungs- und Abstichvorrichtungen elektrothermischer Öfen durch Kühlrohre oder Kühlkanäle in geschlossenem Kreislauf unter Abschluß .der Außenluft ein Kühlmittel schickt und die von ihm aufgenommene Wärme durch Wärmetauscher an Luft oder andere Gase abführt, wobei über das im Kühlmittelsammelbehälter befindliche Kühlmittel ein inertes Gas geleitet und/oder dem Kühlmittel Hydrazinhydrat zur Verhinderung der Luft- oder Sauerstoffaufnahme zugesetzt wird. Dabei können die zu kühlenden Teile hohl oder ummantelt ausgeführt oder mit Kühlschlangen bzw. mit Kühlkanälen versehen sein, die durch aufgeschweißte Halbrohre oder ähnliche Profile, Bohrungen oder eingefräste Kanäle mit aufgeschweißten Deckeln gebildet werden. Als Kühlmittel können dabei natürliches, aufbereitetes oder destilliertes Wasser oder hochsiedende organische Verbindungen verwendet werden, die frei von solchen Verunreinigungen sind, die Schlamm oder feste Ablagerungen bilden können. Dabei ist es zweckmäßig, daß die Teilströme des Kühlsystems den aufzuführenden Wärmemengen -angepaßt sind und keine toten Winkel oder Ecken aufweisen. An Stellen, an denen besonders hohe Temperaturen auftreten, liegen die Kühlkanäle möglichst dicht nebeneinander oder sind miteinander verschweißt und sind aus Material besonders hoher Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise aus Kupfer gefertigt, wobei die Querschnitte der Kühlkanäle und die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels so gewählt werden, daß eine turbulente Strömung gewährleistet ist.It has now surprisingly been found that these disadvantages and can avoid difficulties altogether if one has to cool the thermally especially Stressed parts of industrial furnaces, such as hood, walls, floor, live parts, Electrode holders, charging and tapping devices for electrothermal furnaces by cooling pipes or cooling channels in a closed circuit with the closure of the outside air a coolant sends and the heat it absorbs through heat exchangers Discharges air or other gases, with over that located in the coolant collecting tank Coolant passed an inert gas and / or the coolant hydrazine hydrate to prevent is added to air or oxygen uptake. The Parts to be cooled are hollow or encased, or with cooling coils or with Be provided with cooling channels, which are welded on by half-tubes or similar profiles, Bores or milled channels can be formed with welded-on covers. as Coolants can be natural, treated or distilled water or High-boiling organic compounds are used that are free from such impurities that can form sludge or solid deposits. It is useful to that the partial flows of the cooling system are adapted to the amount of heat to be performed and have no blind spots or corners. In places where particularly high Temperatures occur, the cooling channels are as close to one another or as possible are welded together and are made of material with particularly high thermal conductivity, for example made of copper, the cross-sections of the cooling channels and the Flow rate of the coolant can be chosen so that a turbulent Flow is guaranteed.

Für die Temperaturmessung des Kühlmittels können elektrische Kontaktthermometer verwendet werden, die bei Überschreitung bestimmter Höchsttemperaturen elektrische, mechanische und/oder akustische Warnsignale auslösen.Electrical contact thermometers can be used to measure the temperature of the coolant are used that, when certain maximum temperatures are exceeded, electrical, trigger mechanical and / or acoustic warning signals.

Der Auslauf der einzelnen Kühlmittelströme kann durch eingebaute Schaugläser kontrolliert werden. Beim erfindungsgemäßen Verfahren können noch folgende Maßnahmen ergriffen werden: Die vom Kühlmittel aufgenommene Wärme wird durch Wärmetauscher an Luft, oder andere Gase bzw. an Flüssigkeiten, insbesondere an Wasser abgeführt. Der Kühlmittelumlauf kann sichergestellt werden, dadurch, daß der Antriebsmotor oder die Antriebsmotoren für diese Pumpen mit einer Notstromversorgung versehen sind oder Reservepumpen mit einer vom elektrischen Strom unabhängigen Kraftquelle verwendet werden, beispielsweise Dieselmotoren oder Dampfturbinen. Dabei kann im Kühlmittelsammelbehälter ein bestimmter Flüssigkeitsstand aufrechterhalten werden. Dieser Stand kann beim Absinken des Flüssigkeitsspiegels dadurch auf der erwünschten Flüssigkeitshöhe gehalten werden, daß durch Anordnung eines Regelorgans, beispielsweise eines Schwimmerventils, frisches Kühlmittel zwangläufig hinzugeführt wird.The individual coolant flows can be drained through built-in sight glasses to be controlled. The following measures can also be taken in the method according to the invention be taken: The heat absorbed by the coolant is passed through heat exchangers in air, or other gases or liquids, especially water. The coolant circulation can be ensured by the fact that the drive motor or provide the drive motors for these pumps with an emergency power supply or standby pumps with a power source that is independent of the electrical current can be used, for example diesel engines or steam turbines. The Coolant collecting tank a certain liquid level can be maintained. This level can be on the desired level when the liquid level drops Liquid level are kept that by arranging a control member, for example a float valve, fresh coolant is inevitably added.

Durch besondere Maßnahmen, beispielsweise durch Anordnung von Inertgas über dem Kühlmittelbehälter oder durch Zusatz von Chemikalien, wie Hydrazinhydrat, kann eine Luftaufnahme durch das Kühlmittel verhindert werden.By special measures, for example by arranging inert gas above the coolant tank or by adding chemicals such as hydrazine hydrate, air intake by the coolant can be prevented.

Es ist besonders erwünscht, wenn alle Teile für den Kühlmittelumlauf aus antimagnetischen Werkstoffen hergestellt sind.It is particularly desirable if all parts for the coolant circulation are made of non-magnetic materials.

An den Kühlmittelumlauf sind insbesondere folgende Teile des Ofens angeschlossen: Stromzuführungsplatten, Stromkabel, Elektrodenfassungen, Einrichtungen für den Abstich und die Weiterleitung des feuerflüssigen Reaktionsgutes sowie der Schlacke, und der Ofenwände und des Ofenbodens, wobei für letztere zur Kühlung auch Luft angewendet werden kann.In particular, the following parts of the furnace are attached to the coolant circulation connected: power supply plates, power cables, electrode holders, devices for tapping and forwarding the hot liquid reaction material as well as the Slag, and the furnace walls and the furnace floor, for the latter also for cooling Air can be applied.

Bei gedeckten oder geschlossenen Ofen kann auch die Ofenhaube, die den über dem Ofen befindlichen Gasraum abschließt, sowie alle in diesen Gasraum hineinragenden Teile, wie Ausläufe von Beschickungsrohren, an den Kühlmittelumlauf angeschlossen werden.In the case of a covered or closed oven, the oven hood, the closes off the gas space located above the furnace, as well as all in this gas space protruding parts, such as outlets from feed pipes, to the coolant circuit be connected.

Soweit es sich um gedeckte oder geschlossene elektrische Ofen handelt, können auch die in den Gasraum hineinragenden Mäntel der Elektrodenfassungen an den Kühlmittelumlauf angeschlossen werden.As far as covered or closed electric ovens are concerned, can also use the jackets of the electrode holders that protrude into the gas space connected to the coolant circuit.

Beispiel Die Abbildung gibt eine beispielsweise Ausführungsform wieder.Example The figure shows an example of an embodiment.

Die Kühlflüssigkeit, beispielsweise gereinigtes und enthärtetes oder destilliertes Wasser, fließt vom Wärmetauscher 1 zum Elektroofen 2 und kühlt dort die Elektrodenfassungen 3, den Ofendeckel 4 und die Abstichschnauze 5. Das hieraus ablaufende, erwärmte Wasser fließt über die Kühlwasserrücklaufleitung 6 zum Sammelbehälter 7 und wird von dort vermittels der Pumpe 8 in den Wärmetauscher 1 befördert, wo das erwärmte Wasser seine Wärme an Luft abgibt und abgekühlt seinen Kreislauf wieder beginnt.The cooling liquid, for example cleaned and softened or Distilled water, flows from the heat exchanger 1 to the electric furnace 2 and cools there the electrode sockets 3, the furnace lid 4 and the tapping nozzle 5. The result Drained, heated water flows through the cooling water return line 6 to the collecting tank 7 and is conveyed from there by means of the pump 8 into the heat exchanger 1, where the heated water gives off its heat to the air and cools down its cycle again begins.

Über den Mischbehälter 9 kann Kühlflüssigkeit, beispielsweise Wasser, in den Kreislauf eingeführt werden, falls an irgendeiner Stelle Kühlmittelverluste auftreten.Cooling liquid, for example water, be introduced into the circuit in the event of a loss of coolant at any point appear.

In diesem Mischbehälter 9 erfolgt auch der Hydrazinzusatz über die Leitung 10, wobei so verfahren wird, daß soviel Hydrazin oder Hydrazinhydrat zugegeben wird, daß der Gehalt des Kühlmittels an freiem Sauerstoff kompensiert ist. Dies entspricht etwa 1 bis 2 mg Hydrazin, angewendet als Hy drazinhydrat, pro mg Sauerstoff im Liter als Kühlmittel verwendeten Kühlwassers. Am Mischbehälter 9 ist außerdem .ein Entlüfter 11 vorgesehen.In this mixing container 9, the hydrazine is also added via the Line 10, the procedure being that as much hydrazine or hydrazine hydrate is added that the free oxygen content of the coolant is compensated. this corresponds to about 1 to 2 mg hydrazine, applied as hydrazine hydrate, per mg oxygen per liter of cooling water used as coolant. On the mixing container 9 is also .A breather 11 is provided.

Die Anordnung von Inertgas erfolgt beispielsweise in der Form, daß gasförmiger Stickstoff über die Zuführung 12 zugeleitet wird. Der Stickstoff steht unter einem Überdruck von beispielsweise 300 mm Wassersäule. Er gelangt über eine mit einem Wasserverschluß versehene Rückstoß.sicherung 13 und über die Rohre 14 und 15 in den Kühlmittelkreislauf und ruht dann als Schutzgas über derKühlflüssigkeit. Ein gegebenenfalls eintretender Stickstoffüberdruck kann durch die mit Wasserverschluß versehene Überdrucksicherung 16, die auf einen Überdruck von etwa 500 nun Wassersäule eingestellt ist, entweichen.The inert gas is arranged, for example, in such a way that gaseous nitrogen is fed in via the feed line 12. The nitrogen is under an overpressure of, for example, 300 mm water column. It reaches the coolant circuit via a recoil device 13 provided with a water seal and via the pipes 14 and 15 and then rests as a protective gas over the coolant. Any nitrogen overpressure that may occur can escape through the overpressure safety device 16, which is provided with a water seal and is set to an overpressure of about 500 water column.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum Kühlen der thermisch besonders hoch beanspruchten Teile, wie Haube, Wände, Boden, stromführende Teile, Elektrodenfassungen, Beschickungs-undAbsticheinrichtungen von Industrieöfen, insbesondere von elektrischen Ofen, durch Kühlrohre oder Kühlkanäle unter Verwendung von Kühlmittel in geschlossenem Kreislauf unter Abschluß derAußenluft, wobei die vom Kühlmittel aufgenommene Wärme durch Wärmetauscher an Luft oder andere Gase abgeführt wird, dadurch .gekennzeichnet, daß über das im Kühlmittelsammelbehälter enthaltene Kühlmittel inertes Gas geleitet und/oder dem Kühlmittel Hydrazinhydrat zugesetzt wird, um eine Luftaufnahme zu verhindern. PATENT CLAIMS: 1. Process for cooling parts that are particularly exposed to high thermal loads, such as hoods, walls, floors, current-carrying parts, electrode holders, charging and tapping devices for industrial furnaces, in particular electric furnaces, through cooling pipes or cooling channels using coolant in a closed circuit with closure the outside air, the heat absorbed by the coolant being dissipated by heat exchangers to air or other gases, characterized in that inert gas is passed over the coolant contained in the coolant collecting tank and / or hydrazine hydrate is added to the coolant to prevent air absorption. 2. Kühlrohre zur Verwendung bei dem Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre an den Teilen, die durch das Auftreten von Höchsttemperaturen oder durch Bildung von Stichflammen besonders gefährdet sind, zwecks Vermeidung von Filmverdampfung mit solchen lichten Querschnitten ausgeführt sind und die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels so gewählt ist, daß Turbulenz der Strömung des Kühlmittels gewährleistet ist. 2. cooling tubes for use in the method according to claim 1, characterized in that that the pipes on the parts caused by the occurrence of maximum temperatures or are particularly endangered by the formation of flashes, in order to avoid film evaporation are designed with such clear cross-sections and the flow rate of the coolant chosen is that turbulence of the flow of the Coolant is guaranteed. 3. Kühlrohre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkanäle möglichst nebeneinanderliegend angeordnet oder miteinander verschweißt sind. 3. Cooling tubes according to claim 2, characterized in that that the cooling channels are arranged next to one another as possible or welded to one another are. 4. Kühlmittelsammelbehälter zur Verwendung bei dem Verfahren nach Anspruch 1, gebennzeichnet durch ein Schwimmerventil, das den Flüssigkeitsstand zwangläufig durch Hinzuführen von frischem Kühlmittel regelt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 583 381, 488 783, 578 725, 696 335, 849 853, 851644; USA.-Patentschrift Nr. 2 275 515.4. Coolant sump for use in the method of claim 1, characterized by a float valve that inevitably controls the liquid level regulates by adding fresh coolant. Considered publications: German Patent Nos. 583 381, 488 783, 578 725, 696 335, 849 853, 851644; U.S. Patent No. 2,275,515.