DE4141457A1 - Rohrwand fuer wand- und deckelelemente metallurgischer gefaesse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rohrwand für Wand- und Deckelelemente metallurgischer Gefäße und ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Rohrwand entsprechend den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 4.

Aus der DE-PS 32 02 574 ist eine Kühlvorrichtung für Wandkonstruktionen und/oder Deckelkonstruktionen von Industrieöfen bekannt, bei denen die Kühlrohre an ihren mit Umlenkelementen verbundenen Enden einander zugewandte Aufweitungen aufweisen. Die Aufweitungen sind an ihren Anlageflächen miteinander verschweißt und bilden den Abstand zweier Kühlrohre. Kühlrohre und Kappen sind zu einem selbsttragenden Element vereinigt.

Kühlvorrichtungen dieser Bauart sind nur mit einem hohen fertigungstechnischen Aufwand herzustellen. Sie weisen gerade an kritischen Stellen der Wandkonstruktion eine Reihe von Schweißnähten höheren Schwierigkeitsgrades auf. Die meanderförmig geführten Rohrschlangen zeigen als selbsttragendes Aggregat nur eine geringe Stabilität, da sie ausschließlich bei der 180 Grad-Wende mit ihren relativ geringen Anlageflächen der Aufweitungen miteinander verschweißt sind.

Die Erfindung hat zum Ziel, die genannten Nachteile zu vermeiden und robuste Rohrwände zu schaffen, die spannungsarm und fertigungstechnisch einfach herstellbar sind und dabei das Kühlmedium möglichst wenig behindern.

Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 4.

Wesentliche Bauteile der Rohrwand sind die Rohrstücke und die Umlenkungen, die so miteinander verbunden werden, daß ein durchgängiger Kühlmittelkanal entsteht. Diese Bauteile werden durch Schweißen miteinander verbunden, wobei darauf geachtet wurde, daß die Schweißnähte in den spannungsarmen Zonen angeordnet sind und daß die einzelnen Nähte zur Vermeidung von Schweißfehlern leicht zugänglich sind. Die Spannungsarmut der im Betrieb höchstbelasteten Rohrwände wird weiterhin unterstützt durch den Einsatz geschmiedeter mit einer Sacklochung versehenen Umlenkelemente.

Darüber hinaus wird bei der Schmiedeherstellung nur ein Minimum von Material verbraucht. Zur Erzeugung des Kühlmittelkanals im Umlenkelement wird mittels eines Vollbohrers die Sackbohrung eingeschnitten und noch in derselben Aufspannung die Schweißphase spanabhebend ausgeführt. In der überwiegenden Zahl kommen Schmiedeteile zum Einsatz, die zwei Umlenkungen, also zwei parallel angeordnete Sacklochungen und entgegengesetzt verlaufende, auf einer Achse sich befindenden Sackbohrungen aufweisen. Die Mündungen jeweils zweier Sackbohrungen werden durch Schweißen miteinander verbunden. Der Kühlmedienein- und -austritt ist in jedem Umlenkelement im rechten Winkel zueinander angeordnet. Das Kühlmedium, in der Regel Wasser, wird mit geringer Behinderung umgelenkt. Nach einer kurzen geraden Wegstrecke, nämlich durch die Sackbohrungen zweier Umlenkelemente wird es wiederum nur im rechten Winkel in das folgende Rohrstück eingeleitet. Insgesamt ergibt sich hier ein günstigerer Strömungsfaden des Kühlmediums im Vergleich zu den üblicherweise mit einer Umlenkung von 180 Grad versehenen Kappen.

Die Mündungen der Sacklochungen erhalten im Gegensatz zu denen der Lochbohrungen keine besondere Schweißnahtvorbereitung. Zum Verbinden der Rohrstücke an die Umlenkelemente erhalten nämlich die Rohrenden beim Ablängen ihre Schweißnahtvorbereitung. Durch diese Form der Herstellung ist wiederum nur ein möglichst geringer Montageaufwand erforderlich.

In den spannungsbelasteten Zonen der Umlenkelemente treten weder durch die Fertigung noch durch die Montage lebensdauermindernde Spannungen auf.

In den wenig belasteten Bereichen werden die Rohrhalteelemente an den zur Schweißnaht vorbereiteten Stirnflächen aneinandergeschweißt. Alle Schweißnähte, einschließlich die der Rohrverbindungen, sind leicht zugänglich. Hierdurch lassen sich mögliche Schweißfehler beim Handschweißen weiter vermindern.

Die aneinandergeschweißten Rohrhalteelemente bilden eine stabile Säule an beiden Seitenrändern der Rohrwand. Zusammen mit den in einem Bogen geformten Rohre bildet die erfindungsgemäße Rohrwand ein robustes Bauteil, das thermische und kraftmäßige Belastungen aufnimmt, ohne selbst überlastet zu werden. Dabei läßt sich die komplette Rohrwand durch ihren stabilen Aufbau leicht montieren.

Die einzelnen Elemente sind fertigungstechnisch durch ihren den gleichen Aufbau aufweisende Grundform einfach und kostengünstig herstellbar.

Bei zylindrischen Ofengefäßen wird die Rohrwand dem Radius des metallurgischen Gefäßes entsprechend ausgebildet. Eine einfache Möglichkeit der Herstellung einer gebogenen Rohrwand besteht darin, nach planer Gesamtfertigung diese durch Knicken dem Rohrbogen des Gefäßes ausreichend genau anzugleichen.

Die Kühlmittelzu- und -abfuhr der Rohrwände ist im Zentrum angeordnet. Dies bedeutet eine weitere Vereinfachung der nicht zur Rohrwand gehörenden Kühlmittelleitungen. Bei in ihrem Zentrum eine Zu- und Abfuhr aufweisenden Rohrwänden ist ein Umführungsrohr vorgesehen, das an den Enden einer Umlenkelementegruppe angeordnet ist und in der Wandebene die Rohrwand umfaßt. In einfacher Weise entsteht so ein die Rohrwand umgebender stabiler Rahmen.

Neben den zwei Umlenkungen umfassenden Schmiedekörpern besteht auch die Möglichkeit, durch einfaches mechanisches Trennen Einzelumlenkungen herzustellen, die mit oder ohne Distanzierung ausgebildet sind. Bei dem Einzelumlenkelement mit Distanzierung besteht die Möglichkeit, den zwischen zwei Rohren vorgesehenen Abstand exakt einzuhalten und beispielsweise das Umlenkrohr an die Distanzierung des Umlenkelementes anzuschweißen. An den Ecken der Rohrwand kommen Umlenkelemente zum Einsatz, die einen einzigen Kühlmittelkanal aufweisen und ohne Distanzierung ausgestattet sind.

Die Umlenkelemente, die zwei Kühlmittelkanäle aufweisen, sind über eine Distanzierung miteinander verbunden, die beim Schmieden mit einer Einschnürung versehen ist. Hierdurch wird das Auftreten von Spannungen gemindert und darüber hinaus Material gespart.

Die Sacklochungen weisen eine konische Form auf. Diese ist so gewählt, daß beim Schmieden das Sackloch leicht gedornt werden kann und gleichzeitig das später hier durchfließende Kühlmedium keine wesentliche Behinderung erfährt.

Beispiele der Erfindung sind in den nachfolgenden Zeichnungen dargelegt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Rohrwand,

Fig. 2 ein Umlenkelement.

Die Fig. 1 zeigt eine Rohrwand 10, die mehrere parallel angeordnete Rohrstücke 11 aufweist, die kopfendig an Umlenkelemente 20 angeschweißt sind. Die Umlenkelemente ihrerseits sind miteinander durch Schweißen innig verbunden und bilden an zwei Seiten der Rohrwand 20 eine Leiste 31, 32. Die Mündung der Umlenkelemente 20 der Leiste 31 ist über ein an drei Seiten der Rohrwand 20 angeordnetes Umführungsrohr 13 verbunden. Das Umführungsrohr 13 ist dabei an die Kühlmittelkanalenden 14 der Leiste 31 über eine 1/2-V-Naht angeschweißt. Das Umführungsrohr 13 stützt sich an der Leiste 32 auf den Distanzierungen 25 ab. Der Kühlmittelkanal und die Richtung des Kühlmediums ist durch K gekennzeichnet. Die Rohre 11, 13 weisen einen Durchmesser D auf und sind untereinander in einem Abstand a beabstandet.

Im oberen Teil der Fig. 1 ist die in Draufsicht dargestellte Rohrwand 10 entsprechend dem Gefäßradius R zum Gefäßinneren G weisend durch Biegen oder Knicken angepaßt.

Die Rohrenden 12 sind dabei angefast als Schweißnahtvorbereitung zum Anschweißen an die Umlenkelemente 20.

Die in Mittenachse I der Sackbohrungen 26 sind auf einer Linie angeordnet, im rechten Winkel dazu sind die Mittenachsen 11 parallel zueinander in einer entsprechend dem Radius des Gefäßes G gebogenen Rohrwandfläche 10 angeordnet.

Fig. 2 zeigt ein Umlenkelement 20 mit Sacklochungen 21 und Sackbohrungen 26. Die Sackbohrung weist dabei einen konstanten Durchmesser d auf. Die Sacklochung besitzt an der Mündung 22 ebenfalls den dem Rohrinnendurchmesser entsprechenden Durchmesser d, sie verjüngt sich konisch bei 23 zur Sackbohrung 26 weisend um den Winkel d. Die Mündung 22 ist dabei eben ausgeführt.

Die Mündungen der Sackbohrungen 26 weisen konische Stirnflächen 27 als Schweißnahtvorbereitung auf. Beim Zusammenfügen zweier Umlenkelemente 20 axial zur Mittenachse I werden diese Stirnflächen über eine V-Naht im Schmelzschweißverfahren zusammengefügt.

Das in der Fig. 2 dargestellte Schmiedebauteil 20 umfaßt zwei Umlenkungen, die eine Einschnürung 24 aufweisend durch eine Distanzierung 25 miteinander verbunden sind. Durch mechanische Trennung an der Schnittstelle S kann dieses Schmiedeelement in ein Umlenkelement ohne und ein Umlenkelement mit Distanzierung 25 umgestaltet werden.

Der untere Teil der Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf ein zwei Umlenkungen aufweisendes Umlenkelement 20.

Positionsliste

10 Rohrwand
11 Rohrstück
12 Rohrende
13 Umführungsrohr
14 Kühlmittelkanalende
15 Kühlmittelzufuhranschluß
16 Kühlmittelabfuhranschluß
20 Umlenkelement
21 Sacklochung
22 Mündungssacklochung
23 Konus
24 Einschnürung
25 Distanzierung
26 Sackbohrung
27 konische Stirnflächen
30 Leiste aus Umlenkelementen
31 Leiste ohne Umführungsrohr
32 Leiste mit Umführungsrohr
D Außendurchmesser
d Innendurchmesser
R Gefäßradius
G Gefäßinneres
K Kühlmittelkanal
S Sägeschnitt
a zweier Rohrstücke
α Winkel des Konus der Sackbohrung

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung einer Rohrwand für Wand- und Deckelelemente metallurgischer Gefäße, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• a) Schmieden eines dickwandigen Umlenkelementes mit mindestens einer Sacklochung.
• b) im rechten Winkel zur Sacklochung Einbringen einer in die Sacklochung mündenden Sackbohrung in das geschmiedete Umlenkelement,
• c) mechanisches Ausgestalten der Mündung der Sackbohrung als Schweißfase,
• d) Zusammenschweißen zweier Umlenkelemente an den Mündungen der Sackbohrungen,
• e) Anschweißen von abgelängten Rohrstücken an der Mündung der Sacklochungen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Umlenkelementen versehene Rohrwand in einem dem Radius des metallurgischen Gefäßes entsprechenden Kreisbogen verformt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verformung des Kreisbogens angenähert durch mindestens zwei Knickungen der Rohrwand erfolgt.

4. Rohrwand für Wand- und Deckelelemente metallurgischer Gefäße, mit parallel geführten, an ihren Enden mit Umlenkelementen innig verbundenen Rohrelementen entsprechend den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkelemente (20) einen aus einer Sacklochung (21) und einer Sackbohrung (26) bestehenden Kühlmittelkanal (K) aufweisen, daß die parallel geführten Rohrstücke (11) einen Abstand (a) von größer einem Drittel des Rohraußendurchmessers (D) aufweisen, daß die Rohrenden (12) eine halbe V-Naht besitzend durch Schweißen mit den Umlenkelementen (20) an der Mündung (22) der Sacklochung (21) innig verbunden sind, und daß die Umlenkelemente (20) an konischen, eine V-Naht bildenden Stirnflächen (22) durch Schweißen innig miteinander verbunden sind.

5. Rohrwand nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkelemente (20) zwei parallel zueinander angeordnete Sacklochungen (21) aufweisen, die den Kühlmittelkanal (K) bildend in im rechten Winkel zu den Sacklochungen (21) in entgegengesetzte Richtung verlaufenden Sackbohrungen münden.

6. Rohrwand nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Kühlmittelkanäle aufweisenden Umlenkelemente (20) über eine Distanzierung (25) miteinander verbunden sind, die eine Einschnürung (24) aufweist.

7. Rohrwand nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelkanalenden (14) einer Umlenkelementgruppe (Leiste 31, 32) über ein um die Rohrwand (10) in gleicher Ebene herumgeführtes Rohr (13) verbunden sind.

8. Rohrwand nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die das Kühlmittelmittelumführungsrohr (13) aufweisende Rohrwand (10) in ihrem Zentrum angeordnete Kühlmittelzu- und -abfuhranschlüsse (15, 16) aufweist.

9. Rohrwand nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrstücke (11) vom Gefäßinneren (G) wegweisend in einem im Radius (R) des Gefäßes im wesentlichen entsprechenden Bogen geformt sind.