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Die Erfindung betrifft eine gekühlte Ofenwand, insbesondere Ofentrennwand, einer Ofenanlage zum Schmelzen von Erzkonzentrat.
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Bei einer bekannten pyrometallurgischen Ofenanlage (DE-AS 15 58 749 = US-PS 35 55 164) wird feinkörniges Erzkonzentrat in einem Schmelzaggregat in sauerstoffreicher Gasatmosphäre kontinuierlich geröstet und geschmolzen. In einer Schmelzkammer werden die Schmelze und das gebildete Gas sowie Staub voneinander getrennt. Gas und Staub werden in einem zur Schmelzkammer benachbarten Abgasschacht abgezogen, während die am Boden der Schmelzkammer gesammelte Schmelze und Schlacke unter einer von oben in das Schmelzbad eintauchenden Ofentrennwand hindurch in einen Absetzherd zur Weiterbehandlung der Schmelze und Entfernung der Schlacke eintreten.
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Die mit den heißen aggressiven Gasen sowie mit dem heißen Metall- bzw. Schlackenbad in Berührung kommenden Ofenwände, insbesondere die Ofentrennwände, müssen unbedingt feuerfest und gekühlt sein. Bei der bekannten Ofenanlage ist die von oben in das Schmelzbad eintauchende und sich über die gesamte Ofenbreite erstreckende Trennwand zur Trennung des Schmelzsammelraums vom Absetzherd eine mit Kühlkanälen versehene, an der Ofendecke aufgehängte Wand. Die in die Ofentrennwand eingearbeiteten Kühlwasserkanäle schwächen die mechanische Festigket der Ofentrennwand, so daß diese mechanisch nicht stabil und nicht selbsttragend sein kann. Wenn bei der bekannten Ofentrennwand ein innerer Kühlwasserkanal undicht wird, so wäre eine solche Undichtheit infolge Unzugänglichkeit von außen praktisch nicht mehr reparierbar. Bei der bekannten Ofentrennwand wäre es nur unter Schwierigkeiten möglich, im Verschleißfalle nur ganz bestimmte Partien der angegriffenen Ofenwandoberfläche sowie nur bestimmte Partien der Kühlkanäle auszubessern. Bestünde die ganze Ofentrennwand dagegen aus einem einzigen, als metallisches Kühlelement ausgebildeten Stück, so wäre die Trennwand infolge ihres Gewichtes und ihrer Größe praktisch nicht mehr transport- und montierfähig. Wärmespannungen in der Trennwand könnten sich nicht ausgleichen und verschleißende Wandteile könnten nicht ausgewechselt werden. Wäre die Ofentrennwand dagegen aus mehreren metallischen Kühlelementen zusammengeschweißt, so würde das Verschweißen auf der Baustelle Zeit und Kosten verursachen.
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Bekannt ist auch ein Metallschmelzofen, insbesondere elektrischer Lichtbogenofen (DE-OS 27 45 622), dessen Ofenwand aus einer U-förmig gewundenen Kühlrohrschlange besteht, die mit dem metallischen Außenmantel des Schmelzofens verbunden ist. Bekannt ist ferner ein Schmelzofen, insbesondere Lichtbogenschmelzofen (DE-OS 28 24 821) mit unlösbar miteinander verbundenen Wasserkühlkästen, mit denen die Ofenwand unten an einer Tragkonstruktion abgestützt ist. Die Wasserkühlkästen sind auch mit der übrgen Ofenwandkonstruktion unlösbar verbunden. Es ist ferner bekannt (DE-OS 27 36 385), bei einem Lichtbogenofen einzelne Wasserkühlgehäuse mittels jeweils eines Befestigungsbolzens an der Innenseite des Ofenmantels zu befestigen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Ofenanlage zum Schmelzen von Erzkonzentrat eine gekühlte Ofenwand, insbesondere Ofentrennwand zu schaffen, die trotz ihrer thermischen Hochbelastung und trotz vorhandener Kühlkanäle eine hohe Festigkeit aufweist, einfach montierbar ist. Wärmespannungen ausgleichen kann sowie noch weitere Vorteile bietet.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit einer Ofenwand gelöst, die mit vorteilhaften Ausgestaltungen in den Ansprüchen 1 bis 5 gekennzeichnet ist.
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Durch die erfindungsgemäße Ofenwandkonstruktion wird ermöglicht, die thermisch hochbelasteten Ofenwände, insbesondere Ofentrennwände, gut kühlen zu können, aber trotzdem mechanisch stabil, selbst- bzw. freitragend, einfach montierbar, Wärmespannungen ausgleichend und vor allem einfach ausbesserbar auszubilden, wenn bestimmte Partien der angegriffenen Ofenwandoberfläche sowie der Kühlkanäle verschlissen sein sollte, indem im Verschleißfalle erfindungsgemäß einfach nur eines oder mehrere der am hohlen Kastenträger einzeln lösbaren aufgehängten Kühlelemente ausgewechselt werden. Dadurch, daß die einzelnen Kühlelementplatten ohne Zwischenspalt flächig an den thermisch beanspruchten Oberflächen des die Tragkonstruktion bildenden hohlen Kastenträgers aufgehängt sind, ergibt sich ein sehr guter Wärmeübergang zwischen den lösbar aufgehängten Kühlelementplatten und dem hohlen Kastenträger. Die Tragfunktion der erfindungsgemäßen Ofenwand wird einzig und allein von dem aus Stahlblech bestehenden hohlen Kastenträger übernommen, wobei Teile des Kastenträgers selbst nicht von Kühlmittel durchflossen werden, während die Kühlfunktion der erfindungsgemäßen Ofenwand einzig und allein von den aufgehängten Kühlelementplatten übernommen wird. Ofentrennwände sind in der Regel an beiden Seiten thermisch hoch beansprucht, so daß in diesem Fall an beiden Außenflächen des hohlen Kastenträgers einzelne vom Kühlmedium durchströmte Kühlelementplatten lösbar befestigt sind.
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Die Montage der erfindungsgemäß gekühlten Ofenwand ist einfach. Die Kühlelementplatten sind miteinander nicht verbunden, so daß umfangreiche Schweißarbeiten entfallen. Durch die lösbare Verbindung der Kühlelementplatten mit der Tragkonstruktion sind die Kühlelementplatten schnell und einfach auswechselbar und untereinander austauschbar, wenn die einzelnen Kühlelementplatten gleich groß sind. Die miteinander nicht verbundenen Kühlelementplatten müssen nicht übermäßig massiv und selbsttragend ausgebildet sein, da die klare Trennung zwischen den die Kühlfunktion übernehmenden Kühlelementplatten und der die Tragfunktion übernehmenden Tragkonstruktion eingehalten ist. Die Kühlelementplatten übernehmen voll den Wärmeschutz der Tragkonstruktion, ohne daß ein feuerfestes Mauerwerk erforderlich ist. Weil die Verbindung zwischen den Kühlelementen und der Tragkonstruktion lösbar ist, können Wärmespannungen ausgeglichen werden, besonders bei unterschiedlicher Wärmebelastung an beiden Seiten der Ofentrennwand. Die erfindungsgemäße Ofenwandkonstruktion muß sich nicht über die gesamte Höhe einer Ofentrennwand erstrecken, sondern braucht nur im thermisch besonders beanspruchten unteren Wandbereich vorhanden sein, so daß die erfindungsgemäße Ofenwandkonstruktion besonders geeignet ist als selbsttragende Unterstützungs- bzw. Tragkonstruktion, die fest genug ist, um darauf ein Mauerwerk mit eingebundenen Kühlrohren, eine Rohrmembranwand als Kesselwand oder eine andere Wand aufbauen zu können.
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Die Erfindung und deren weiteren Vorteile werden anhand des in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt
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Fig. 1 einen Horizontalschnitt durch eine pyrometallurgische Ofenanlage längs der Linie I-I der Fig. 2,
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Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch die Ofenanlage längs der Linie II-II der Fig. 1,
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Fig. 3 einen Vertikalschnitt längs der Linie III-III der Fig. 1,
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Fig. 4 in vergrößerter Darstellung die Einzelheit IV der Fig. 2,
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Fig. 5 in vergrößerter Darstellung die Einzelheit V der Fig. 3,
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Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie VI- VI der Fig. 4.
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Die Fig. 1 bis 3 zeigen eine pyrometallurgische Ofenanlage, die zum Beispiel zur Erschmelzung von feinkörnigem sulfidischem Bleierzkonzentrat dienen soll, mit einem gemeinsamen Gehäuse 10, in welchem ein Schwebeschmelzschacht 11, ein Abgasschacht 12 und ein Absetzherd 13 zur Weiterbehandlung der Schmelze angeordnet sind. In den vertikalen Schmelzschacht 11 wird von oben das sulfidische Erzkonzentrat mit einem Strom technisch reinen Sauerstoffs eingeblasen.
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Das Erzkonzentrat wird im Schmelzschacht bei momentaner Erhitzung auf hohe Temperatur in Bruchteilen von Sekunden, noch während es sich im Schwebezustand befindet, geröstet und geschmolzen. Die Verbrennung des Sulfidschwefels und gegebenenfalls anderer oxidierbarer Bestandteile in der Sauerstoffatmosphäre liefert meist bereits genügend Wärme, um den Röst- und Schmelzvorgang autogen ablaufen zu lassen.
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Die Schmelze sammelt sich im Schmelzesammelraum 14, während das Abgas zusammen mit gebildetem Staub nach oben durch den Abgasschacht 12 abgezogen wird. Im Sammelraum 14 bildet sich auf der gesammelten Schmelze eine Primärschlacke. Die Schmelze fließt unter der Unterkante einer vertikalen, von oben in das Schmelzbad bzw. Schlackenbad eintauchenden Trennwand 15 in den Absetzherd 13 ein. Im Absetzherd 13 wird die Schmelze reduziert und sie erhält Gelegenheit, sich in Blei und sich bildende Sekundärschlacke zu trennen, welche aus dem Absetzherd getrennt abgestochen werden.
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Die Schlackenbadoberfläche 16 und die Bleibadoberfläche 17 stehen im Schmelzesammelraum 14 und im Absetzherd 13 gleichhoch. Die Trennwand 15 verhindert die Vermischung von Gasen der Oxidationszone und der Reduktionszone und sie ermöglicht, daß in beiden Zonen eine voneinander unabhängige Atmosphäre aufrechterhalten werden kann. Durch die Ofentrennwand 18 sind Schmelzschacht 11 und Abgasschacht 12 voneinander getrennt. Durch den Zwischenraum zwischen dem Schlackenbadspiegel 16 und der Unterkante der Ofentrennwand 18 zieht das Abgas vom Schmelzschacht 11 in den Abgasschacht 12 ab.
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Die beiden senkrecht zueinander stehenden vertikalen Ofentrennwände 15 bzw. 15 a und 18 sind thermisch sehr hoch belastet und müssen unbedingt gekühlt sein. Wenigstens der tragende untere Teil dieser beiden Ofentrennwände besteht erfindungsgemäß aus einer Tragkonstruktion 19 a , 19 b, vorzugsweise ein aus Stahlblech bestehender hohler Kastenträger, an dessen beiden Außenflächen einzelne von Kühlmedium durchströmte Kühlelemente 20 a, 20 b, 20 c, 20 d lösbar befestigt sind. Die zwei hohlen Kastenträger 19 a und 19 b sind T-förmig aneinandergesetzt und verschweißt und bilden die Tragkonstruktion für die zwei Ofentrennwände 15 a bzw. 15 und 18, wobei die T-förmige Kastenträger-Tragkonstruktion 19 a, 19 b freitragend nur an ihren drei Endstellen an außerhalb des Ofens angeordneten Stützen 21, 22 und 23 abgestützt ist.
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Die vorzugsweise aus Kupfer bestehenden Kühlelemente 20 a, 20 b bzw. 20 c und 20 d haben die Gestalt horizontal angeordneter Balken und sie weisen an ihren Rückseiten durch Löcher 24 bzw. 25 des Kastenträgers 19 bzw. 19 a hindurchgesteckte Laschen 26 bzw. 27 auf, deren Enden mit in einer Horizontalen fluchtenden Langlöchern 28 bzw. 29 versehen sind, durch die jeweils eine horizontal innerhalb des hohlen Kastenträgers liegende Riegelstange 30 bzw. 31 hindurchgeschoben ist. Aus Fig. 6 ist ersichtlich, daß die Lasche 26 sowie auch die übrigen Laschen als Stahllaschen mit Vorteil in das Kupfermaterial der Kühlelemente eingegossen sind. Ferner ist ersichtlich, daß die Kastenträger an der Innenseite angeschweißte Ösen 32 aufweisen, durch welche die Riegelstangen 30 bzw. 31 hndurchgeschoben sind, die sich nach Fig. 1 nach außen bis zu den drei Stützen 21, 22, 23 der Tragkonstruktion erstrecken. Auf diese Weise sind die einzelnen Kühlelemente sehr einfach und schnell lose an der Tragkonstruktion aufzuhängen. Nach dem Aufhängen liegen die Kühlelemente statt an den beiden Außenflächen der Kastenträger 19 a, 19 b an, so daß ein guter Wärmeabfluß über die Kühlelemente gewährleistet ist.
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Die balkenförmigen Kühlelemente 20 a bis 20 d weisen jeweils einen unteren Kühlmittelvorlaufkanal 33 und einen mit diesem verbundenen oberen Kühlmittelrücklaufkanal 34 auf, wobei beide Kanäle durch eine U-förmige Umlenkung 35 miteinander verbunden sind, so daß das Kühlmittel, in der Regel Wasser, die einzelnen Kühlelemente haarnadelförmig durchströmt. Die Ein- und Ausflußrichtung des Kühlmittels ist durch Pfeile in Fig. 2 angezeigt. Die Kühlmittelkanäle 33, 34 bestehen jeweils aus einem flach gewalzten Kupferrohr, das in die kupfernen Kühlelemente eingegossen ist.
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Die untere Stirnseite des Kastenträgers 19 b der den Abgasschacht 12 vom Schmelzschacht 11 trennenden Ofentrennwand 18 ist durch ein Kühlelement 20 e abgeschlossen, bei dem der Kühlmittelvorlaufkanal und der Kühlmittelrücklaufkanal horizontal nebeneinanderliegend angeordnet sind (Fig. 4). Das Kühlelement 20 e ist dabei durch mehrere Bolzen 35 a am Kastenträger 19 b lösbar aufgehängt.
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Die untere Stirnseite des Kastenträgers 19 a der den Schmelz- bzw. Abgasschacht vom Absetzherd 13 trennenden Ofentrennwand 15 a ist durch ein in die Schmelze eintauchendes, mit mehreren horizontal übereinanderliegenden Kühlmittelkanälen 36 bis 40 versehenes Kühlelement 41 abgeschlossen, das sich über die gesamte Ofenbreite erstreckt und an beiden Enden gelagert ist (Fig. 5). Zur Sicherheit gegen eine etwaige Durchbiegung ist das Kühlelement 41 noch über mehrere Sicherheitsbolzen 42 am Kastenträger 19 a aufgehängt. Das ebenfalls vorzugsweise aus Kupfer bestehende Kühlelement 41 ist an seinen Außenflächen mit einer feuerfesten Stampfmasse 43 versehen, die beim Ofenbetrieb durch eine sich bildende Schlackenschicht ersetzt wird.
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Die an der Tragkonstruktion aufgehängten Kühlelemente, die gleichgroß und damit austauschbar sind, berühren sich gegenseitig nicht. Die Stoßflächen 44, 45 der horizontal balkenförmig übereinander angeordneten Kühlelemente sind mit Vorteil von innen nach außen schräg nach unten geneigt, damit sich benachbarte Kühlelemente im Betriebszustand gegenseitig halten können. Die Außenflächen der Ofentrennwände 15 a und 18 können noch durch eine feuerfeste Bestampfung geschützt sein.
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Im feuerfesten Material der thermisch weniger belasteten Ofenaußenwände sind Kühlrohre 46, 47 eingebettet, so daß die thermisch hochbelasteten Ofentrennwände 15 a, 18 infolge des metallischen Kühlelementmaterials entsprechend stark gekühlt sind, während die an die Ofentrennwände anschließenden Ofenaußenwände, die weniger wärmebelastet sind, infolge des Fehlens des metallischen Kühlelementmaterials an diesen Ofenaußenwänden entsprechend weniger stark gekühlt werden. Der Wärmeabfluß aus den Ofenwänden kann je nach Wärmebelastung der Wände durch mehr oder weniger starke Anhäufung von metallischem Kühlelementmaterial an der Wand individuell eingestellt werden.
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Die Ofentrennwände brauchen nicht über die ganze Wandhöhe mit den aufgehängten Kühlelementen wärmegeschützt sein, sondern nur an deren unteren, besonders belasteten Bereich, so daß die erfindungsgemäße Ofenwandkonstruktion ideal als Unterstützungskonstruktion bzw. Tragkonstruktion geeignet ist, die fest genug ist, um darauf ein Mauerwerk mit eingebundenen Kühlelementen, eine Rohrmembranwand als Kesselwand oder eine andere Wand aufbauen zu können. Die sich über die gesamte Ofenbreite von zum Beispiel 8 m freitragend erstreckende Ofentrennwand 15, 15 a ist im kritischen mittleren Bereich von der quer dazu verlaufenden Ofentrennwand 18 mit Kastenträger 19 bstabil gehalten, wodurch die Ofenkonstruktion in ihrer Stabilität insgesamt verbessert wird.