DE3048025C2 - Kühler für Lichtbogenöfen - Google Patents

Description

— daß im Inneren der Kühlbox (9) durch eine '5 Anzahl waagerecht zwischen der wärmeaufnehmenden Platte (16) und der gegenüberliegenden Wand (22) verlaufender Trennwände (27) eine meanderförmig über die gesamte Fliehe der Platte (16) verlaufende Strömungs- *> bahn gebildet ist,

— daß die obere Wand des oberen Schenkels und die untere Wand des unteren Schenkels der Kühlbox (9) durch obere und untere Flansche (20) gebildet sind, die einstückig mit der wärmeaufnehmenden Platte (16) aus desoxidiertem, gewalztem Kupfer-Plattenmaterial hergestellt sind, und deren Obergangsbereiche zur wärmeaufnehmenden Platte (16) abgerundet sind,

— und ciaß eine mit Befestigungseinrichtungen (13) zur Befestigung der Kühlbox (9) an der Ofenwand veisehene, die U-förmige Kühlbox (9) zu einem rechteckigen Kasten abschließende Verstärkungsplatte (11) aus Kupfer oder Stahl κ mit Hilfe eines Schweißdrahtes auf Kupfer-Nikkel-Basis bei niedriger Temperatur mit den entlang der Ofenwand verlaufenden Rändern der oberen und unteren Flansche (20) verschweißt ist. -to

2. Kühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtungen (13) Sackbohrungen [13A) und Stützflächen (135^ aufweisen und symmetrisch zu den senkrechten und waage- -^ rechten Mittellinien der Kühlbox angeordnet sind.

3. Kühler nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Aufnahmebereich für Schlacke durch abwechselnd angeordnete Nuten und Vorsprünge der wärmeaufnehmenden Platte gebildet ist, dadurch gekennzeich- ™ net, daß die Kanten am Boden der Nuten (17) abgerundet sind, daß die Tiefe Hdtr Nuten (17) etwa die Hälfte der Breite L der Nuten beträgt, und daß die Breite L' der Vorsprünge (17ö; größer als die Breite L der Nuten (17) ist.

Die Erfindung betrifft einen Kühler für die Wand von ^o Lichtbogenofen, gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Derartige Kühler dienen dazu, die Wand des Lichtbogenofens insbesondere in den Lichtbogen-Elektroden unmittelbar gegenüberliegenden Bereichen, vor ^b5 allem in der Nähe der .Schlackenlinie gegen thermische Beschädigung oder Erosion zu schützen.

Ein Kühler der gattungsgemäßen Art ist aus der DE-OS 27 01 130 bekannt. Dieser Kühler weist insgesamt die Form einer im Querschnitt U-förmigen Kühlbox auf, die derart an der Innenwand des Lichtbogenofens angebracht ist, daß die beiden Schenkel der U-förmigen Kühlbox den oberen bzw. unteren Rand derselben bilden und mit ihren freien Enden an der Ofenwand abgestützt sind. An den freien Enden der beiden Schenkel sind durch die Ofenwand verlaufende Ein- und Auslässe vorgesehen, über die ein Kühlmedium durch das Innere der Kühlbox geleitet werden kann. Eine im folgenden als wärmeaufnehmende Platte bezeichnete, die oberen und unteren Schenkel verbindende, dem Ofeninneren zugewandte Wand der Kühlbox ist zur Verbesserung der Wärmeleitung aus Kupfer hergestellt und weist an ihrer dem Ofeninneren zugewandten Seite einen beispielsweise durch abwechselnd angeordnete Nuten und Vorsprünge gebildeten Aufnahmebereich für Schlacke auf. Durch diesen Aufnahmebereich wird die Ablagerung von Schlacke begünstigt die somit eine zusätzliche Isolierschicht an der Wand der Kühlbox bildet.

Aufgrund ihrer Form und aufgrund der Verwendung eines verhältnismäßig weichen Materials wie Kupfer für die wärmeaufnehmende Platte weist die herkömmliche Kühlbox nur eine geringe Formstabilität auf. Es besteht daher die Gefahr, daß sich die Kühlbox bei der hohen thermischen Beanspruchung verzieht, so daß sie sich beim Auswechseln nur schwer von der Ofenwand lösen läßt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Kühler derart auszubilden, daß er hohen thermischen Belastungen ohne Beschädigung oder Verformung standhält und leicht von der Ofenwand lösbar ist

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß ist die i'itzebeständigkeit des Kühlers dadurch erhöht, daß die obere Wand des oberen Schenkels der Kühlbox 'jnd die untere Wand des unteren Schenkels durch obere und untere Flansche gebildet sind, die einstückig mit der wärmeaufnehmenden Platte aus desoxidiertem, gewalztem Kupfer-Plattenmaterial hergestellt sind. Zur Verringerung thermischer Spannungen und Vermeidung einer Rißbildung sind die Übergangsbereiche zwischen den Flanschen und der wärmeaufnehmenden Platte abgerundet. Innerhalb der Kühlbox sind zwischen der wärmeaufnehmenden Platte und der gegenüberliegenden Wand der Kühlbox waagerecht verlaufende Trennwände derart angeordnet, daß eine meanderförmig über die gesamte Fläche der wärmeaufnehmenden Platte verlaufende Strömungsbahn für das Kühlmittel gebildet wird. Dies hat neben einer Verbesserung der Kühlung durch Verlängerung der Strömungsbahn den Vorteil, daß die Kühlbox insgesamt durch die Trennwände versteift wird. Zur weiteren Versteifung der Kühlbox sind die freien Enden der oberen und unteren Schenkel mit einer Verstärkungsplatte aus Kupfer oder Stahl verschweißt, die die U-förmige Kühlbox zu einem rechteckigen Kasten abschließt. Die Verstärkungsplatte ist bei niedriger Temperatur mit Hilfe eines Schweißdrahtes auf Kupfer-Nickel-Basis mit den oberen und unteren Flanschen der Kühlbox verschweißt. Hierdurch wird insbesondere auch bei der Verwendung einer Verstärkungsplatte aus Stahl eine hitzebeständige Verbindung der Kühlbox mit der Verstärkungsplatte gewährleistet.

Befestigungseinrichtungen zur Befestigung der Kühlbox an der Ofenwand sind in geeigneten Positionen an der Verstärkungsplatte angebracht. Durch diese einander ergänzenden Maßnahmen ergibt sich ein Kühler mit guten Kühleigenschaften, der sich beim Auswechseln auch nach wiederholter thermischer Beanspruchung leicht von der Ofenwand lösen läßt

Zum Stand der Technik ist noch auf die DE-OS 28 25 528 hinzuweisen, aus der es im Zusammenhang mit kastenförmig ausgebildeten Kühlboxen aus Stahl bekannt ist. Trennwände derart innerhalb der Kühlbox anzuordnen, daß sich eine meanderförmige Strömungsbahn für das Kühlmittel ergibt.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

F i g. 1 ist eine schematische Draufsicht auf einen Lichtbogenofen;

F i g. 2 ist ein schematischer Schnitt entlang der Linie ©-©in Fig.3 und zeigt einen Teil der Wand des Lichtbogenofens;

F i g. 3 ist eine schematische Abwicklung der Ofenwand;

Fig.4 ist eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kühlers; F i g. 5 zeigt eine zugehörige Rückansicht;

F i g. 6 ist ein Schnitt entlang der Linie ©- ©in F i g. 5;

Fig.7 ist eine vergrößerte Teildarstellung gemäß dem Pfeil® in Fig.4.

Gemäß F i g. 1 und 3 umfaßt ein Lichtbogenofen 1 zur Stahlherstellung eine hitzebeständige Wand 2 aus Ziegelwerk oder einem anderen hitzebeständigen Material sowie Brenner 3, 4, 5 und 6 in geeigneten Umfangspositionen der Wand 2. Drei Elektroden 7 befinden sich im Mittelbereich des Lichtbogenofens 1. J5

Die Hitze der Lichtbogen führt zur Bildung von heißen Punkten oder Flächen TA auf der inneren Wand 2 gegenüber den Elektroden 7. Daher wird die Wand in diesen Bereichen erheblich beschädigt. Das gleiche kann in der Nähe der Schlackfenlinie 8 (F i g. 2) geschehen.

F i g. 3 zeigt in einer abgewandelten Darstellung der Wand 2 des Ofens Kühlboxen 9, die eine Wärme aufnehmende Kupferplatte umfassen und einzeln in den heißen Bereichen TA der Wand 2 sowie in der Nähe der Schlackenlinie 8 angeordnet sind. Der übrige Bereich der Wand ist mit Kühlboxen 10 versehen, die aus Stahl bestehen und in mehreren Stufen übereinander einzeln angeordnet sind. Ein Kühlmedium, wie etwa Wasser, wird durch die Boxen 9 und 10 hindurchgeführt.

Gemäß Fig.4 bis 7 ist die erfindungsgemäße > <> Kühlbox 9 wie folgt aufgebaut.

Eine rechteckige Verstärkungs- oder Grundplatte 11 aus Stahl oder Kupfer weist eine Mittelöffnung 12 sowie Stützfüße 13 an ihren vier Ecken auf, die eine Befestigung der Kühibox 9 an dem eisernen Mantel 2A der Wand gemäß F i g. 2 gestatten. Die Stützfüße 13 sind mit Sackbohrungen 13a und geneigten Stützflächen 13ß versehen. Die Grundplatte kann lösbar an der Innenfläche des Mantels 2A mit Hilfe der Sackbohrungen 13/4 befestigt werden.

Röhre sind mit dem oberen und unteren Bereich der Grundplatte 11 verschweißt und bilden einen Einlaß 14 sowie einen Auslaß 15 für ein Kühlmedium. Im dargestellten Beispiel sind der Einlaß 14 und der Auslaß 15 mit Abdeckungen 144 und 15/4 versehen.

Eine Wärme aufnehmende Platte 16 ist auf ihrer Wärme aufnehmenden Oberfläche mit horizontal angeordneten oarallelen Nuten 17 versehen, die einen Ablagerungsbereich 18 für Schlacke bilden. Der Ablagerungsbereich 18 ist am oberen und unteren Rand 19 gekrümmt und geht in Flansche 20 über. Die Platte 16 ist daher im senkrechten Schnitt U-förmig ausgebildet Die Platte 16 besteht aus desoxidiertein, gewalztem Kupfer-PIatlenmaterial oder Blech und liegt der Grundplatte 11 im gesamten Bereich gegenüber. Die Platte 16 ist mit der Grundplatte 11 entlang den Kanten der oberen Flansche 20 verschweißt. Zwei Seitenplatten

21 aus Stahl oder Kupfer schließen den quaderförmigen Kasten ab und sind mit den übrigen Platten ebenfalls verschweißt

Eine Zwischenplatte 22 aus Stahl oder Kupfer befindet sich zwischen der Grundplatte 11 und der Wärme aufnehmenden Platte 16, näher jedoch an der Platte 16. Die Zwischenplatte 22 ist mit den inneren Seiten der Seitenplatten 21 und an den beiden übrigen Rändern mit einer oberen und unteren Verbindungsplatte 23 verschweißt. Die Zwischenplatte 22 und die Wärme aufnehmende Platte 16 bilden eine Kammer 25 zur Aufnahme von Kühlmedium, die m. dem Einlaß 14 und dem Auslaß 15 über weitere obere und untere Kammern 24 in Verbindung steht

Die Kammer 25 ist durch nicht gezeigte Trennwände derart unterteilt, daß ein meanderförmiger Strömungskanal 26 entsteht, wie in F i g. 4 gezeigt ist Zu diesem Zweck sind dünne Trennwände 27 aus Stahl mit der Zwischenplatte 22 und der Kupfer-Platte 16 verschweißt Diese Trennwände sind waagerecht und in Abständen übereinander angeordnet Der Strömungskanal 26 ist schmal und flach, wie aus F i g. 4 hervorgeht.

F i g. 7 zeigt einen Teil des Ablagerungsbereiches 18 für Schlacke in größerer Darstellung. Die Nut 17 weist eine Tiefe H auf, die etwa der Hälfte der Breite L entspricht. Die Nut 17 ist mit abgerundeten Ecken 17Λ versehen. Die zwischen den Nuten liegenden Vorsprünge 17Z? weisen eine Breite L 1 auf, die etwas größer als die Breite i.der Nuten ist.

Die Platte 16 weist etwa die doppelte Dicke wit die Grundplatte 11, die Seitenplatten 21, die oberen und unteren Verbindungsplatten 23 und die Zwischenplatte

22 auf. Die abgerundeten Ränder 19 an den oberen und unteren Enden der Platte 16 weisen einen Krümmungsradius auf, der größer als die Dicke der Platte 16 ist. Wenn die Platte 16 beispielsweise eine Dicke von 30 mm aufweist, beträgt der Krümmungsradius vorzugsweise 50 mm, so daß eine ausreichend flache Abrundung entsteht.

Die Trennwände 27 sind in größeren Abständen als die Nuten 17 angeordnet, die den Ablagerungsbereich 18 bilden. Im dargestellten Beispiel ist der Abstand der Trennwände 27 mehr als doppelt so groß wie derjenige der Nuten 17.

Di? Schweißverbindung zwischen der Grundplatte 11 und der Platte 16, nämlich zwischen Stahl oder Kupfer einerseits und Kupfer andererseits, wird hergestellt durch Niedrigtemperaturschweißen unter Verwendung eines Schweißdrahtes auf Kupfer-Nickel-Basis, so daß der geschweißte Bereich eine ausreichende Festigkeit aufweist und zudem die Eigenschaften von Kupfer beibehält. Ein Schweißdraht dieser Art ist sowohl im Hinblick auf Kupfer als auch auf Stahl verträglich, bildet eine gute und feste Lösung und führt nicht zu einer spröden Legierung. Da Nickel eine feste Lösung mit Kupfer oder Stahl einreht, können Kupfer oder Stahl unter denselben Bedingungen geschweißt werden. Dies ist zweckmäßig bei hohen Temperaturen und gestattet eine absolute Widerstandskraft gegenüber thermischen

Schockspannungen.

Anschließend soll die Arbeitsweise der Kühlbox und zugleich die Arbeitsweise des Lichtbogenofens beschrieben werden, der mit Kühlboxen in der Wand ausgerüstet ist. Kühlboxen 9 werden an der Wand 2 in den heißen Flächen und in der Schlackenlinie 8 gemäß Fig. 3 angeordnet. Jede Kühlbox 9 ist lösbar an dem Eisen-Mantel 2/t befestigt und mit dem Aufnahmebereich 18 für Schlacke nach innen gerichtet. Die Befestigung erfolgt über die Stützfüße 13 auf der Grundplatte 11. die an dem Mantel 2A mit Hilfe von nicht gezeigten Schrauben festgeschraubt werden. Kühlboxen IO aus Stahl sind lösbar in den übrigen Bereichen der Wand 2 des Ofens angebracht. Ein Kühlmedium, beispielsweise Wasser, wird einzeln in die Kammern der Kühlboxen 9 und 10 eingeleitet.

Bei der Kühlbox 9 gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Kühlmedium durch den Einlaß 14 eingeleitet. Das Kühlmedium strömt durch den Zickzackiurnngen Strömungskanal 26 gleichmäßig über die gesamte Fläche der Wärme aufnehmenden Platte und tritt durch den Auslaß 15 aus. Da der Strömungskanal 26 angrenzend an die Kupfer-Platte 16 ausgebildet ist und die Zwischenplatte 22 nahe an der Platte 16 liegt, und da der Stromungskaiuil 26 einen verringerten Querschnitt aufweist und die Trennwände 27 vorgesehen sind, strömt das Kühlmedium mit erhöhter Geschwindigkeit, so daß sich ein verstärkter Kühleffekt ergibt und die Platte 16 hohen thermischen Belastungen standhalten kann.

Die Platte 16, die aus desoxidieriem, gewalztem Kupfer-Plattenmaterial besteht, reißt an den Ecken und Kanten des Kastens auch dann nicht, wenn hohe thermische und mechanische Spannungskon/enirationen eintreten, da die Ränder 19 abgerundet sind und einen großen Krümmungsradius aufweisen. Die Grundplatte 11, über die die Kühlbox an der Wand 2 des Ofens • befestigt ist. verleiht dem gesamten Kühler eine ausreichende Festigkeit, sofern sie aus Stahl besteht.

l:n übrigen lagert sich Schlacke in den Nuten 17 des Ablagerungsbereichs 18 der Platte 16 ohne weiteres ab. Die Schlacke, die ein elektrischer und thermischer

'<<' Isolator ist. schützt die Kühlbox 9 gegenüber Funken, die die Kühlbox beschädigen könnten. Aufgrund ihrer sehr geringen Wärmeleitfähigkeit schützt die Schlacke im übrigen die Kühlbox bei Flammenbildung, die entsteht, wenn Sauerstoff oder öl während des

¹'» Schmelzvorgangs eingeführt werden, indem die Wärme aufnehmende Oberfläche von direkter Berührung mit dem geschmolzenen Metall ferngehalten und Oxidation und Abrieb verhindert werden. Die Schlacke dient ZUgIeILIi /.Ui Aufnahme vuii SiOÖcil beiin Füllen dta

-'" Ofens. Daher kann die Kühlbox zuverlässig arbeiten, ohne daß die Gefahr besieht, daß Lecks entstehen.

Die Verwendung eines Schweißd^rahtes aus Kupfer-Nickel-Material zum Verschweißen der Kupferplatte mit einer Stahlplatte oder einer Kupferplatte bei

-'· niedriger Temperatur ergibt keinen Nachteil für die Eigenschaften der Kupferplatte. Die gekrümmten Ränder der Platte 16 verhindern oder verringern die Bildtiig von Spannungskonzentrationen. Dadurch wird eine Beschädigung der Kühler und ein Austreten des

¹¹' Kühlmediums und ggf. sogar eine Explosion verhindert, die sich an den heißen Stellen 7A und in der Nähe der r Schlackenlinie 8 ergeben könnten. I

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Kühler für die Wand von Lichtbogenofen in der Form einer im Querschnitt U-förmigen, von einem Kühlmedium durchflossenen Kühlbox mit Ein- und Auslassen für das Kühlmedium an den Enden der in Richtung auf die Ofenwand vorspringenden oberen und unteren Schenkel der U-förmigen Kühlbox und mit einer wärmeaufnehmenden Platte aus Kupfer, die auf ihrer dem Ofeninneren zugewandten Seite einen Aufnahmebereich für Schlacke aufweist, dadurch gekennzeichnet,