DE8709886U1 - Kühlelement für metallurgische Öfen - Google Patents

Kühlelement für metallurgische Öfen

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Description

REINING HEISSKÜHLUNG, Heuweg 18, 4330 Mühlheim a.d. Ruhr
Kühlelement füf metallurgische Öfen
Die Erfindung bezieht sich auf Kühlelemente für metallurgische Öfen und dergleichen, bestehend aus mindestens einem von einem Kühlmittel durchströmbaren Rohr, bei denen das mindestens eine Rohr auf seiner dem Inneren des Ofens zugewandten Oberfläche eine Profilierung zur Befestigung von Feuerfestmassen aufweist.
Derartige Kühlelemente sind aus der DE-OS 29 13 092 bekannt und dienen unter anderem zur Kühlung von Lichtbogenschmelzöfen mittels Wasser; sie sind im Bereich oberhalb des Badspiegeis angeordnet und ersetzen - zumindest teilweise - die früher verwendete feuerfeste Auskleidung. Bei diesen bekannten Wandelementen besteht die Profilierung in horizontal und ununterbrochen an den Rohren angeordneten steg- oder flossenartigen Vorsprüngen; mit ihnen soll eine verbesserte Haftmöglichkeit für aufgestrichene oder aufgespritzte Feuerfestmassen und/oder aus dem flüssigen Bad auf das Kühlelement aufgeschleuderte Schlacke geschaffen werden. Gleichwohl kann die so gebildete Schicht aus "Feuerfestmassen" stückweise vom Kühlelement abfallen oder infolge hoher örtlicher Wärmebelastung abgeschmolzen werden.
Aus der DE-AS 27 19 165 istein anderes (nicht gattungsgemäßes) Kühlelement für metallurgische Öfen bekannt, bei dem die kühlmitteldurchflossenen Rohre mit dem Ofeninneren nur mittelbar in Kontakt treten, denn sie verlaufen innerhalb eines sie umhüllenden Gußeisenkörpers. Die dem Ofeninneren zugewandte Oberflä-
Telefon (0201)41994
Teletex: 201 342 = Ruhrpat Telegrammadresse: Ruhrpatenr
NaHonal-Bank Essen (BLZ 36020030) 230359 Pbstgiro Essen (BLZ 360 10043) 123 77-430
Sparkasse Essen (BLZ 36050105) I IO2 755
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che des Gußeisenkörpers ist mit einer Pröfiüerung aus mehreren nebeneinander angeordneten Ausnehmungen versehen, deren Querschnitt sich zur ofenabgewandten Seite des Kühlelementes hin erweitert. In diesen Ausnehmungen werden Feuerfeststeine derart angeordnet, daß (jtwa parallele, vozugsweise gleich breite Streifen entstehen, die von den Feuerfeststeinen bzw. dem Gußeisen gebildet sind. Auf diese Weise sollen die Eigenschaften beider die Kühlelementoberflache bildenden Materialien zur Wirkung kommen.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, insbesondere unter Vermeidung vorerwähnter Nachteile, ein Kühlelement der eingangs genannten Art, vorzugsweise für Lichtbogenofen, zu schaffen, bei denen lokale Schaden, etwa aufgrund abgeplatzter Schlackestücke, weitmöglichst vermieden werden. Nach Möglichkeit sollte eine möglichst gute Haftung zusätzlich aufgebrachter Feuerfestmassen, insbesondere aufgeschleuderter Schlacke erreicht werden.
Zur Lösung diese Aufgabe wird ein gattungsgemäßes Kühlelement . vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß
a) die Profilierung der Rohre aus mehreren nebeneinander angeordneten Ausnehmungen besteht und die Querschnitte der Ausnehmungen Hinterschnittte in Bezug auf das Ofeninnere aufweisen, insbesondere, daß sich die Querschnitte der Ausnehmungen vom Ofeninneren zur ofenabgewandten Seite des Kühlelementes hin erweitern,
b) Feuerfestmassen in Form plattenförmiger Elemente vorgesehen sind,
c) die plattenförmigen Elemente mindestens ein in die Ausnehmungen der Rohre eingreifendes Halteglied aufweisen und
d) die plattenförmigen Elemente derart geformt sind, daß sie
d1) jeweils eine Teilfläche der dem Inneren des Ofens zugewandten Oberfläche der Rohre im Bereich der Ausnehmungen sowie der Oberflächen zwischen den Ausnehmungen abdecken und
dp) benachbarte plattenförmige Elemente gemeinsam ein zusammenhängendes Stück der Rohroberfläche, also auch zwischen benachbarten Ausnehmungen, vollständig abdecken.
Durch die Erfindung werden u.a. folgende Vorteile erzielt:
- die Rohre werden durch eine vollständige Abdeckung aus Feuerfestmaterial gegenüber dem Inneren des Ofens weitgehend geschützt ;
ucj. vcfWciiuüriy In LiChtuGyi
Überschläge weitgehend vermieden werden;
- Wärmeströme zwischen dem Ofeninneren und dem Kühlmittel (_ ) werden (erheblich) reduziert;
- es tritt ein wechselseitiger Schutz zwischen den Kühlrohren einerseits und den plattenförmigen Elementen aus Feuerfestmasse andererseits ein, indem die Kühlrohre die plattenförmigen Elemente und die plattenförmigen Elemente die Kühlrohre vor unbeabsichtigten lokalen Überhitzungen schützen; deshalb können sowohl für die Rohre als auch die plattenförmigen Elemente, die ihrer Aufgabe und einfachen Herstellbarkeit am besten entsprechenden Materialien verwendet werden.
Im Sinne der Erfindung sind unter "metallurgischen Öfen und dergleichen" alle Öfen und sonstigen Behandlungseinrichtungen zu vestehen, bei denen zumindest Teilflächen des Ofeninneren ^- wegen hoher thermischer und/oder mechanischer und/oder chemischer Belastungen mittels Feuerfestmassen ausgekleidet und/oder mittels Kühlmitteln gekühlt werden müssen. Unter "Feuerfestmassen" werden alle Materialien verstanden, die als wärmebeständiges Schutzschild dienen können. Unter "plattenförmigen" Elementen sind all diejenigen Elemente zu verstehen, die eine im
Sinne der Erfindung mehr oder minder große Fläche der Ausnehmungen selbst sowie der zwischen den Ausnehmungen sich befindenden Oberflächenbereiche der Rohre zusammenhängend abdecken können - und zwar unabhängig von ihrer Materialstärke und Formgebung auf den anderen als den rohrparallelen Flächen. Die Kühlelemente können für Wandungen, Decken, Deckel und dergleichen Bauteile des Ofens verwendet werden.
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Grundsätzlich können ü'ie erf indungsgemäßen "Ausnehmungen" achspärallel oder quer zur Rohri/chse angeordnet sein. Sofern sie achsparallel angeordnet sind, erstrecken sie sich vorzugsweise über die gesamte Rohrlänge. Die plattenförmigen Elemente sind dann von mindestens einem Stirnende der (nutenförtnigen) Ausnehmungen her in diese einschiebbar, - Wenn allerdings erreicht Werden soll, daß die plattenförmigen Elemente möglichst unabhängig voneinander an den Rohren befestigbar und austauschbar sind, erstrecken sich die Ausnehmungen etwa rechtwinklig zur
s Rohrachse. Auf diese Weise können die Halteglieder der plat's
tenförmigen Elemente quer zur Rohrachse in die Ausnehmungen von
\ i \ deren Stirnende her eingeschoben werden. In jedem Falle weiden also längliche Ausnehmungen mit zumindest einem frei zugänglichen Stirnende bevorzugt, in welches ein oder mehrere Halteglieder der plattenförmigen Elemente in Längserstreckung der Ausnehmungen vom Stirnende her einschiebbar sind, wobei die Halteglieder an ihren dem Kühlelement zugewandten freien Enden (quer zur Schieberichtung) breiter sind, als an ihrem von dem Kühlelement fortweisenden Ende. Bevorzugt entspricht ihr Querschnitt - unter Berücksichtigung eines ausreichend großen Untermaßes - dem Querschnitt der Ausnehmungen, wie aus der DE-AS 27 19 165 in anderem Zusammenhang grundsätzlich bekannt.
Zumindest dann, wenn das mindestens eine Rohr des Kühlelt^mentes \_) horizontal angeordnet ist und die Ausnehmungen an den Rohren sich vertikal erstrecken, weisen die plattenförmigen Elemente einerseits und Hie Rohre andererseits korrespondierende Auflageelemente auf, die ein Durchrutschen der Halteglieder verhindern. Bei dieser Ausführungsform befinden sich die Ausnehmungen vorzugsweise in der am weitesten zum Ofeninneren vorspringenden Lage der Rohre. Um auch die demgegenüber vom Ofeninneren weiter entfernten Oberflächenbereiche der Rohre, insbesondere zwischen benachbarten Rohren, abzuschirmen, können die vertikal in die Ausnehmungen einschiebbaren plattenförmigen Elemente derart bemessen sein, daß ihre oberen und/oder unteren Kanten zusammen mit den Rohren nutenförmige Bereiche bilden, in
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die ein weiteres plattenf örmiges Element, das auch ohne eigenständige Halteglieder ausgeführt sein kann,einsetzbar ist. Die oberen und unteren Kanten dieses weiteren plattunförmigen Elementes übernehmen dann die Funktion von Haltegliedern.
Ebenso ist es möglich, ähnliche (weitere) plattenförmige Elemente in einander benachbarte Ausnehmungen von im wesentlichen parallel zueinander angeordneten Rohren einzusetzen.
Die Halteglieder erfindungsgemäßer plattenförmigerElemente können - bei achsparallel angeordneten Ausnehmungen - an gegenüberliegenden Kanten der plattenförmigen Elemente und/oder zwischen den Kanten vorgesehen sein. Bei im Querschnitt etwa C-förmigen plattenförmigen Elementen bilden die freien Enden der C-Form die Halteglieder. In eine einzige Ausnehmung eines Rohres können dann die Halteglieder zweier benachbarter plattenförmiger Elemente eingreifen.
Zweckmäßige Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes, die insbesondere eine vollständige Abdeckung der Rohre mit plattenförmigen Elementen sowie deren leichte Auswechselbarkeit gewährleisten, sind in weiteren Ansprüchen enthalten.
Die vorgenannten, erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so daß die in dem jeweiligen Anwendungsgebiet bekannten Auswohlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.
Weiter Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich a js der nachfolge «den Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der mehrere bevorzugte Ausführungsformen erfindungsgemäßer Kühlelemente dargestellt sind. In der Zeidhnurig zeigen!
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Fig. la-Id ein erstes Kühlelement aus oberflächenprofilierten Rohren mit zwischen den Rohren eingeschweißten StegwSnden und vier verschiedenen Bekleidungen aus feuerfesten Elementen in vertikaler Schnittansicht - ausschnittsweise;
Fig. 2a-2c ein zweites Kühlelement aus oberflächenprofliierten Rohren mit rohrparallelen Flossen zur Verbindung benachbarter Rohre und drei verschiedenen 3ekleidungen aus feuerfesten Elementen in vertikaler Schnittansicht - ausschnittsweise;
Fig. 3 ein drittes Kühlelement in ähnlicher Ausführung wie in Figuren 2a bis 2c;
Fig. 4 ein viertes Kühlelement aus oberflächenprofilierten Rohren mit rohrparallelen Flossen zur Verbindung benachbarter Rohre und einer Bekleidung aus quer zur Rohrachse einschiebbaren feuerfesten Elementen mit Horizontalschnittdarstellung gemäß Linie IV-IV sowie
Fig. 5 das Kühlelement gemäß Fig. Ib in ofenseitiger Seitenansicht (Ansicht A gemäß Fig. Ib) - ausschnittsweise .
Die von einem Kühlmittel, wie Wasser oder einem Wasser/Dampfgemisch, durchströmten Kühlelemente gemäß Figuren'la bis 5 bestehen aus auf ihrer äußeren Oberfläche profilierten Rohren 1. Diese Profilierung besteht aus, allgemein mit Bezunszeichen 2 bezeichneten Ausnehmungen, die zumindest auf einer dem Inneren eines in der 7eichnung nicht dargestellten, da allgemein bekannten, Lichtbogen- oder sonstigen metallurgischen Ofens zugewandten Seite der Rohre 1 gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
&idigr;&eegr; Figuren la bis 3 bestehen die Ausnehmungen ausschließlich aus rohrparallelen Längsnuten 2A, derer) Querschnitt sich zumindest bei einem Teil der Längsnuten - von der äußeren
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Rohroberfläche zum Rohrinneren hin erweitert. In diese Lä/igsnuten 2A greifen, allgemein mit Bezugszeichen 4 bezeichnete Halteglieder von allgemein mit Bezugszeichen 5 bezeichneten plattenförmigen Elementen aus einer an sich bekannten feuerfesten Hasse ein. Dabei hintergreifen die Halteglieder 4 jedes plattenförmigen Elementes mindestens zwei der von den Ausnehmungen 2 gebildeten Hinterschnitte 3 derart, daß die plattenförmigen Elemente 5 zumindest in radialer Richtung von den Rohren 1 nicht entfernbar sind. Die Länge und Breite der von den plattenförmigen Elementen 5 jeweils vollständig abgedeckten Oberflächenbereiche der Rohre 1 sowie deren radiale Materialstärke sind dem Anwendungsfall angepaßt. In jedem Falle weist jedes einzelne plattenförmige Element 5 zumindest ein, vorzugsweise aber mehrere Halteglieder 4 auf; sie überdecken jeweils zumindest einen Teilbereich der von ihren Haltegliedern 4 in Anspruch genommenen Ausnehmungen 2 der Rohre 1 und ferner zwischen den Ausntnmungen sich befindende Oberflächenbereiche 6 der Rohre 1. Dabri sind die plattenförmigen Elemente 5 in Bezug auf die Rohre 1 und die Ausnehmungen 2 derart bemessen, daß benachbarte plattenförmige Elemente 5 gemeinsam ein zusammenhängendes Stück Rohroberfläche vollständig abdecken. Diu"5 geschieht im Einzelfall in folgender Weise:
Bei den Ausführungsformen der plattenförmigen Elemente gemäß Figuren la. Ib sowie 2b sind ausschließlich Halteglieder 4A vorgesehen, die unter Berücksichtigung eines ausreichenden Untermaßes den Längsnuten 2A querschnittsangepaßt und von Stirnenden der Längsnuten 2A her einschiebbar sind. Ähnliche Halteglieder 4A sind im mittleren Bereich der noch zu beschreibenden plattenförmigen Elemente gemäß Fig. Id und 2a vorgesehen. Die plattenförmigen Elemente gemäß den Figuren la, Ib und 2b überragen im Bereich ihrer rohrparallelen Kanten die Halteglieder 4A seitlich derart, daß benachbarte plattenförmige Elemente unter Freilassung lediglich schmaler Stoßfugen 8 die Oberflächenbereiche 6 zwischen benachbarten Längsnuten 2A vollständig überdecken.
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Wie aus den Figuren 1 bis 5 ersichtlich, kann die ofenseitige Überdeckung der Kühlelemente durch plattenförmige Elemente 5 vollständig (wie bei Fig. 2c und 4) oder teilweise (wie bei den übrigen Figuren) vorgesehen sein; dies hängt vom Einzelfall ab. Jedenfalls sollten zumindest die am weitesten in das Ofeninnere hineinragenden Rohroberflächen überdeckt sein.
Bei den Ausführungsformen gemäß Figuren lc, Id, 2a, 2c sowie 3 weisen die plattenförmigen Elemente 5 einen im wesentlichen C-förmigen Querschnitt auf, wobei die freien EnGin der C-Form die Hinterschneidungen 3 der Längsnuten 2A hintergreifen. , Hierdurch können die so gebildeten Halteglieder 4B benachbarter plattenförmiger Elemente 5 in &i.n und derselben Längsnut 2A verankert werden; dadurch ist, bis auf eine unvermeidliche Stoßfuge 8 auch zwisrhen benachbarten plattenförmig^ Elementen die ofenseitige Rohroberfläche vollständig abgedeckt.
Die benachbarten Rohre 1 sind durch zwischen ihnen eingeschweißte Stegwände 7, gemäß Figuren la bis Id oder durch von den Rohrquerschnitten selbst gebildeten stegförmigen Flossen 9 gemäß Figuren 2a bis 4 verbindbar. Auch diese Verbindungsbereiche können durch (weitere) plattenförmige Elemente 5A aus feuerfestem Material überdeckt werden. Auch diese weiteren plattenförmigen Elemente 5A können insbesondere an die angren-) senden Rohroberflachen querschnittsangepaßt sein und/oder wulstähnliche Verdickungen 11 aufweisen (gemäß Figuren 3 und 4) . Jedenfalls werden diese weiteren plattenförmigen Elemente 5A dadurch verankert, daß sie mit ihren als Halteglieder dienenden oberen und unteren Kanten 4D in angrenzende Längsnuten 2A benachbarter Rohre 1 eingreifen.
Gemäß Fig. 4, die in der unteren Bildhälfte einen Rohrlängsschnitt gemäß Linie IV-IV zeigt, können die Ausnehmungen ? auch quer zur Rohrachse, zum Beispiel in Form von Quernuten 2B vorgesehen ssin - und zwar auch zusätzlich zu Längsnuten 2A. Die obere Bildhälfte entspricht der sfcirnseitigen Ansieht B gemäß der unteren Bildhälfte. Wenn solche Rohre 1 horizontal angeordnet sind, wird ein Herausrutschen der Halte=
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glieder 4&Lgr; aus den Quernutert 2B dadurch verhindert, daß an den plattenförmigen Elementen 5 einerseits und den Rohren 1 andererseits korrespondierende Auflageelemente &Idigr;2&Agr; bzw. 12B als Endlagenanschläge vilrgesehen siridi Wenn die öbefen und Unteren Längskanten 5B dieser plattenförmigen Elemente 5 die übordeckte Rohroberfläche ein geeignetes großes Stück überragen, entstehen zwischen diesen Längskanten 5B und den Rohren 1 nutförmige Ausnehmungen 2C, die in ähnlicher Weise zur Aufnahme plattenför- j miger Elemente 5 geeignet sirtd, yie im Zusammenhang mit dePi j plattenförmigen Elementen 5A erläutert. Der Einfachheit halber können, wie aus Figur 4 ersichtlich, sogar die gleichen plat- ; tenförmigen Elemente 5 verwendet werden, die zum Einschieben in
&rgr; die Quernuten 2B geeignet sind. Hierdurch entstehen vorteilhaft j
geformte Haftflächen für aufgeschleuderte Schlecke oder |
dergleichen. Vor allem aber können bei diesen Kühlelementen '
einzelne plattenförmige Elemente 5 ausgetauscht werden, ohne J
ganze Reihen solcher Elemente verschieben zu müssen. Zu diesem |
Zweck sind die Halteglieder 4A entsprechend kurz gehalten. jj
- 10 -
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Bezugszeichenlistei
1 Rohr
2 Ausnehmung
2A Längsnut
2B Quernut
2C nutförmige Ausnehmung
3 Hinterschnitt
4 Halteglied
4A Halteglied
4B Halteglied
4D Kante
5 plattenförmiges Element
5A weiteres plattenförmiges Element
5B Längskante
6 Oberflächenbereich
7 Stegwand
8 Stoßfuge
9 Flosse
11 Verdickung
12A, Auflageelement
12S; Auflageelement
A Ansicht
B Ansicht
- 11 -

Claims (8)

- 11 - Ansprüche:
1. Kühlelement für metallurgische Öfen und dergleichen, bestehend aus mindestens einem von einem Kühlmittel durchströmbaren Rohr (1), bei dem das mindestens eine Rohr (1) auf seiner dem Inneren des Ofens zugnwandten Oberfläche eine Profilierung zur Befestigung von Feuerfestmassen aufweist ,
dadurch gekennzeichnet, daß
a) die Profilierung aus mehreren nebeneinander angeordneten Ausnehmungen (2, 2A, 2B, 2C) besteht und die Quer-
/~\ schnitte der Ausnehmungen Hinterschnitte (3) in Bezug
auf das Ofeninnere aufweisen,
b) Feuerfestmassen in Form plattenfölsniger Elemente (5,5A) vorgesehen sind,
c) die plattenförmigen Elemente mindestens ein in Hinterschnit+e der Ausnehmungen eingreifendes Halteglied (4, 4A, 4B, 4D) aufweisen und
d) die plattenförmigen Elemente derart geformt sind, daß sie
d1)jeweils eine Teilfläche der dem Inneren de·^ Ofens zugewandten Oberfläche der Rohre im Bereich der Ausnehmungen sowie der Oberflächen (6) zwischen den Ausnehmungen abdecken und
v* dp)benachbarte plattenförmige Elemente gemeinsam ein zu
sammenhängendes Stück der Rohroberfläche vollständig abdecken.
2. Kühlelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die plattenförmigen Elemente und die Rohre korrespondierende Auflageelemente (12A bzw.12B) als Endlagenanschläge aufweisen.
3. Kühlelement nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die plattenförmigen Elemente und die Rohre gemeinsam nutförmige Ausnehmungen (2C) bilden und weitere plattenförmige Elemente (5, 5A) in die nutförmigen Ausnehmungen benachbarter Rohre einsetzbar sind.
4. Kühlelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß weitere plattenförmige Elemente (5A) in die von Längsnuten (2A) gebildeten Ausnehmungen benachbarter Rohre einsetzbar sind.
5. Kühlelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die plattenförmigen Elemente an zumindest einer Längskante die Halteglieder (4A) derart überragen, daß die entlang dieser Längskante benachbarten plattenförmigen Elemente die zwischen den so überlegten Haltegliedern sich befindenden Oberflächenbereiche (6; der Rohre vollständig überdecken.
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6. Kühlelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge- : kennzeichnet, daß die plattenförmigen Elemente einen im
wesentlichen C-förmigen Querschnitt aufweisen, wobei die &igr; freien Enden der C-Form benachbarter plattenförmiger Ele
mente in dieselbe Ausnehmung eingreifen.
7. Kühlelement nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch weitere ' zwischen den freien Enden der C-Form angeordnete
Halteglieder (4A).
8. Kühlelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekermzeich- < t ) nst durch wulstförmige Verdickungen (11) an plattenförmi
gen Elementen (5, 5A).
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