DE10121139A1 - Kühlelement zur Kühlung von Wänden von Schachtöfen - Google Patents

Abstract

Um ein Kühlelement (1, 101) zur Kühlung von Wänden von Schachtöfen, mit einer Kühlplatte (3, 103), mit Kühlmittelkanälen (2a-d; 102a-d) sowie mit mindestens einem Blech (4a-f; 118a-d) zur Begrenzung der Kühlmittelkanäle von der Kaltseite (Ks), sowie mit Rohrabschnitten (7, 8; 107, 108) zum Kühlmitteleintritt bzw. Kühlmittelaustritt für jeden Kühlmittelkanal (2a-d; 102a-d) fertigungstechnisch weiterzubilden bei gleichzeitiger Einsparung von Herstellungskosten, soll das jeweilige Blech (4a-f) oder der Blechabschnitt (118a-d), die jeweils einem Kühlmittelkanal (2a-d; 102a-d) zugeordnet sind, zur Kaltseite (Ks) hin ausgewölbt sein.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühlelement zur Kühlung von Wänden von Schachtöfen, insbesondere Hochöfen, mit einer Kühlplatte, die insbesondere aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht, mit Kühlmittelkanälen sowie mit mindestens einem Blech zur Begrenzung der Kühlmittelkanäle von der Kaltseite sowie mit Rohrab­ schnitten zum Kühlmitteleintritt bzw. Kühlmittelaustritt für jeden Kühlmittelkanal.

Solche Kühlelemente werden zur Kühlung an mit einer feuerfesten Auskleidung versehene Ofenwände angebracht. Hierbei wird zwischen der Heißseite, d. h. der zum Ofeninneren weisenden Seite des Kühlelementes, und der Kaltseite, d. h. der vom Ofeninneren wegweisenden Seite des Kühlelementes, unterschieden.

Ein gattungsgemäßes Kühlelement oder gattungsgemäßer Kupfer-Stave ist aus der EP 0 930 371 A1 bekannt. Diese offenbart eine Kühlplatte für mit einer feuer­ festen Auskleidung versehene Schachtöfen, wobei die Kühlplatte aus einem ge­ schmiedeten oder gewalzten Rohblock aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gefertigt ist und auf einer Seite, nämlich der Vorderseite, angeordnete Nute zur Aufnahme von feuerfestem Material aufweist. Auf der Rückseite der Kühlplatte sind Kühlmittelkanäle vorgesehen, die zu einem Teil durch die Kühlplatte selbst und zu einem anderen Teil durch Bleche begrenzt sind. Die Kühlmittelkanäle sind durch Fräsen in die Rückseite der Kühlplatte und/oder Bleche eingebracht. Die Bleche verlaufen hierbei planparallel zur Rückseite der Kühlplatte und sind auf der Rückseite durch Schweißen oder Verschrauben angebracht.

Aus der DE 199 15 942.4 ist ebenfalls eine Kühlplatte für Kühlschachtöfen be­ kannt. Diese Kühlplatte bzw. dieses Stavelet umfasst nur einen Kühlmittelkanal, der auf seiner Heißseite durch ein muldenförmiges Walzprofil im Sinne eines Schildes und auf seiner Kaltseite ebenfalls durch ein muldenförmiges Walzprofil im Sinne eines Ergänzungsprofils gebildet ist, die miteinander verschweißt sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Kühlelement bzw. einen Stave fertigungstechnisch weiterzubilden bei gleichzeitiger Einsparung von Herstellungskosten.

Diese Aufgabe wird durch das Kühlelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den Unteransprüchen beschrie­ ben.

Das erfindungsgemäße Kühlelement zeichnet sich dadurch aus, dass das jeweili­ ge Blech oder der Blechabschnitt, die jeweils einem Kühlmittelkanal zugeordnet sind, zur Kaltseite hin ausgewölbt sind.

Hierbei wird der jeweilige Kühlkanal durch die planparallele Rückseite der Kühl­ platte sowie ein zur Kaltseite hin ausgewölbtes Blech gebildet. Diese Auswölbung ist so zu verstehen, dass sich über die Länge der jeweiligen Kühlmittelkanäle ent­ weder ein halbelliptischer oder ein halbkreisförmiger Querschnitt oder ein Quer­ schnitt mit dazwischen liegenden Wölbungsstufen für den jeweiligen Kühlmittelka­ nal ergibt.

Des weiteren wird vorgeschlagen, dass die jeweiligen Bleche oder Blechab­ schnitte entlang der jeweiligen Kühlmittelkanäle so ausgewölbt sind, dass die Querschnittsfläche des jeweiligen Kühlkanals in Bezug auf die Längserstreckung des Kühlkanalquerschnitts in den Endbereichen größer ist als im Mittenbereich, wobei sich insbesondere ein Querschnitt ergibt, der in etwa die Querschnittsfläche eines halben Hundeknochens aufweist. Diese Form der Bleche oder Blechab­ schnitte hat kühltechnische Vorteile. Daneben können die jeweiligen Bleche oder Blechabschnitte entlang der jeweiligen Kühlmittelkanäle auch so ausgewölbt sein, dass sich ein rechteckiger Querschnitt für den jeweiligen Kühlmittelkanal ergibt.

Nach einer ersten Ausführungsform ist jedem Kühlmittelkanal des Kühlelementes jeweils ein separates gewölbtes Blech zugeordnet. Diese sind entlang ihrer beiden Längskanten auf der Rückseite der Kühlplatte vorzugsweise verschweißt.

Nach einer zweiten Ausführungsform sind die gewölbten Blechabschnitte Teil ei­ ner an der Rückseite der Kühlplatte befestigten Blechplatte, die zumindest einen Teil, vorzugsweise die gesamte Rückseite, der Kühlplatte überdeckt. Diese Blech­ platte weist zwischen den benachbarten gewölbten Blechabschnitten zur Kühl­ plattenrückseite planparallele Zwischenabschnitte auf. Sie wird vorzugsweise durch Profilwalzen hergestellt. Das Kühlelement wird an der Ofenwand so ausge­ richtete, dass die Kühlmittelkanäle, die vorzugsweise mit Kühlwasser beaufschlagt werden, sich in Richtung Längserstreckung des Ofens erstrecken.

Eine solche Blechplatte wird vorzugsweise mittels Punktschweißen entlang der Zwischenabschnitte an der Rückseite der Kühlplatte befestigt.

Derartige separate Bleche oder eine solche Blechplatte mit Blech- bzw. Zwischen­ abschnitten bestehen aus Kupfer bzw. einer Kupferlegierung, aus Stahl oder aus anderen geeigneten Materialien, wie zum Beispiel Aluminium, verbunden mit dem Vorteil, dass weniger teures Kupfermaterial benötigt wird. Es empfiehlt sich auch der Einsatz von Verbundmaterialien aus unterschiedlichen geeigneten Werkstof­ fen.

Grundsätzlich zeichnet sich das vorgeschlagene Kühlelement dadurch aus, dass die zum Ofeninneren hinweisende Kühlplatte neben der Anschweißung der Bleche nicht weiter mechanisch zur Schaffung der Kühlmittelkanäle bearbeitet werden muss. Dies reduziert die Kosten bei der Herstellung durch Minimierung des ferti­ gungstechnischen Aufwandes.

Es erweist sich als Vorteil, dass die Kühlplatte selbst, die vorzugsweise aus mas­ sivem Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht, relativ dünn ausgebildet werden kann, was Materialkosten einspart und zudem mit einer vorteilhaften Gewichtsre­ duzierung einhergeht. Um Kosten zu sparen, kann die Kühlplatte auch aus einem anderen wärmeleitenden Material, insbesondere Metall oder Metalllegierung be­ stehen, wie zum Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Es empfiehlt sich auch der Einsatz von Verbundmaterialien aus unterschiedlichen geeigneten Werkstof­ fen.

Zudem erweist sich als Vorteil, dass zum Zusammenbau eines Kühlelementes nur die Grundbestandteile Kühlplatte sowie eine Blechplatte bzw. mehrere Bleche be­ nötigt werden, die mittels Schweißen unproblematisch in Werkstätten miteinander verbunden werden können, ohne auf aufwendige Fräsmaschinen zurückgreifen zu müssen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der die in den Figuren dar­ gestellten Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert werden. Dabei sind neben den oben aufgeführten Kombinationen von Merkmalen auch Merkmale al­ leine oder in anderen Kombinationen erfindungswesentlich. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schrägansicht auf ein erfindungsgemäßes Kühlelement nach einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2 eine Schrägansicht auf ein erfindungsgemäßes Kühlelement nach einer zweiten Ausführungsform.

Fig. 3a, b die schematische Darstellung von Kühlmittelkanalquerschnittsfor­ men.

Fig. 1 zeigt ein Kühlelement 1 bzw. einen Stave zur Kühlung von Wänden von Schachtöfen mit mehreren Kühlmittelkanälen 2a, b, c, d. Das Kühlelement 1 setzt sich aus einer Kühlplatte 3 sowie mehreren Kupferblechen 4a, b, c, d zusammen, die an der Rückseite 5 der Kühlplatte 1 angebracht sind und die die Kühlmittelka­ näle 2a-d von der Kaltseite (Ks) her begrenzen. Zur Heißseite (Hs) Richtung Ofeninneres ist die Vorderseite 6 der Kühlplatte 3 gerichtet, die mit Nuten 7 (hier nur teilweise dargestellt) zur Aufnahme von Feuerfest-Material versehen ist. Je­ dem Kühlmittelkanal 2a-d ist jeweils ein unterer Rohrabschnitt 7 zum Eintritt von Kühlmittel, wie Wasser, sowie ein oberer Rohrabschnitt 8 zum Kühlmittelaustritt zugeordnet. Diese Rohrabschnitte ragen durch Bohrungen 9, 10 in die einzelnen durch die Bleche 4a-d gebildeten Hohlräume für die Kühmittelkanäle 2a-d und sind an den Bohrungen verschweißt. Auf ihrer anderen Seite ragen die Rohrab­ schnitte 7, 8 durch entsprechende Öffnungen in der Ofenwand (nicht gezeigt) und sind entweder mit den Rohrabschnitten benachbarter Kühlmittelkanäle oder mit einem Kühlwasser-Rückkühlsystem verbunden.

Die Kühlplatte 3 besteht aus einem geschmiedeten oder gewalzten Rohblock aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und/oder einem anderen geeigneten Material, wie zum Beispiel Aluminium; sie kann auch gegossen sein. Oberhalb und unterhalb der durch die Bleche 4a-d gebildeten Kühlmittelkanäle 2a-d sind Kappen 11 zur Abdichtung der Kanäle angebracht.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist jeweils einem Kühlmittelkanal 2a- d ein separates Blech 4a-d zugeordnet, das entlang seiner beiden Längskanten 12, 13, 14, 15 an der Rückseite 5 der Kühlplatte 3 verschweißt ist. In Fig. 1 sind nur die Schweißnähte der beiden rechts gezeigten Bleche 4c, d exemplarisch ein­ gezeichnet.

Die Kupferbleche 4a-d sind so gewölbt, dass sich - wie hier gezeigt - ein halbel­ liptischer Querschnitt 16a-d des einzelnen Kühlmittelkanals ergibt. Die Wölbung kann auch so stark sein, dass sich ein halbkreisförmiger Querschnitt oder Quer­ schnitts-Zwischenstufen ergeben. Weitere erfindungsgemäße Wölbungsformen sind in den Fig. 3a, b schematisch anhand jeweils eines Bleches 4e, 4f gezeigt, wobei sich für die Kühlmittelkanäle einerseits ein in etwa halbhundeknochenförmi­ ger Querschnitt (Fig. 3a, 16e) oder andererseits ein rechteckiger Querschnitt (Fig. 3b, 16f) ergibt.

Nach einer zweiten Ausführungsform (Fig. 2) wird eine Blechplatte 117 aus Kupfer auf der Rückseite 105 der Kühlplatte 103 angebracht, die die Rückseite 105 voll­ ständig überdeckt, um das Kühlelement 101 zu bilden. Diese Blechplatte 117 weist nach außen bzw. zur Kaltseite (Ks) bzw. zur Ofenwand hin ausgewölbte Blechabschnitte 118a-d mit Zwischenabschnitten 119a-c auf. Die Blechabschnitte 118a-d bilden dann die jeweiligen Kühlmittelkanäle 102a-d. Mittels Punktschwei­ ßen (120) entlang der Zwischenabschnitte 119a-c wird eine Befestigung der Blechplatte 117 mit der Rückseite 105 der Kühlplatte 103 erreicht. Die Rohrab­ schnitte 107, 108 zur Kühlmittelzu- bzw. abführung sind entsprechend dem Küh­ lelement nach Fig. 1 ausgebildet.

Derartige Kühlelemente werden üblicherweise zu Systemen zusammengefasst und entlang von Teilbereichen an der Ofenwandung von Schachtöfen, insbeson­ dere Hochöfen montiert. Die Montage erfolgt beispielsweise mittels Schrauben durch die Ofenwandung oder mittels einer Steg-Halterung 21 (vgl. Fig. 1).

Claims (10)

1. Kühlelement (1, 101) zur Kühlung von Wänden von Schachtöfen, mit einer Kühlplatte (3, 103) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, mit Kühlmittelkanälen (2a-d; 102a-d) sowie mit mindestens einem Blech (4a-d; 118a-d) zur Begrenzung der Kühlmittelkanäle von der Kaltseite (Ks), sowie mit Rohrabschnitten (7, 8; 107, 108) zum Kühlmitteleintritt bzw. Kühlmittelaustritt für jeden Kühlmittelkanal (2a-d; 102a-d), dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Blech (4a-f) oder der Blechabschnitt (118a-d), die jeweils einem Kühlmittelkanal (2a-d; 102a-d) zugeordnet sind, zur Kaltseite (Ks) hin ausgewölbt sind.

2. Kühlelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Bleche (4a-d) oder Blechabschnitte (118a-d) entlang der jeweiligen Kühlmittelkanäle so ausgewölbt sind, dass sich ein halbellipti­ scher Querschnitt für den jeweiligen Kühlmittelkanal (2a-d; 102a-d) ergibt.

3. Kühlelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Bleche oder Blechabschnitte entlang der jeweiligen Kühlmittelkanäle so ausgewölbt sind, dass sich ein halbkreisförmiger Quer­ schnitt für den jeweiligen Kühlmittelkanal ergibt.

4. Kühlelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Bleche (4e) oder Blechabschnitte entlang der jeweiligen Kühlmittelkanäle so ausgewölbt sind, dass die Querschnittsfläche des je­ weiligen Kühlkanals in Bezug auf die Längserstreckung des Kühlkanalquer­ schnitts in den Endbereichen größer ist als im Mittenbereich, wobei sich insbesondere ein halbhundeknochenförmiger Querschnitt (16e) ergibt.

5. Kühlelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Bleche (4f) oder Blechabschnitte entlang der jeweiligen Kühlmittelkanäle so ausgewölbt sind, dass sich ein rechteckiger Querschnitt (16f) für den jeweiligen Kühlmittelkanal ergibt.

6. Kühlelement nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Bleche (4a-f) entlang ihrer beiden Längskanten (12, 13, 14, 15) auf der Rückseite (5) der Kühlplatte (3) verschweißt sind.

7. Kühlelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die gewölbten Blechabschnitte (118a-d) Teil eines an der Rückseite (105) der Kühlplatte (103) befestigten Blechplatte (117) sind mit zur Rück­ seite (105) der Kühlplatte (103) planparallelen Zwischenabschnitten (119a- c) zwischen benachbarten gewölbten Blechabschnitten (118a-d).

8. Kühlelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechplatte (117) mittels Punktschweißen an der Rückseite der Kühlplatte befestigt ist.

9. Kühlelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Blech (4a-f; 118a-d) aus Stahl oder Kupfer oder Aluminium be­ steht.

10. Kühlelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlplatte (3, 103) aus einem geschmiedeten oder gewalzten Rohblock gefertigt ist oder aus einem Gussblock besteht und dass die Kühlplatte (3, 103) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung oder Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht.