DE19732893A1

DE19732893A1 - Verfahren zum Abkühlen von Ofenauskleidungen von Industrieöfen

Info

Publication number: DE19732893A1
Application number: DE1997132893
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Ing Steinborn
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde Gas AG
Priority date: 1997-07-30
Filing date: 1997-07-30
Publication date: 1999-02-04

Description

Industrieöfen sind üblicherweise mit Ofenauskleidungen versehen, die meist als Feuerfestmauerungen oder Feuerfeststampfungen ausgebildet sind. Insbesondere bei in der Metallurgie eingesetzten Industrieöfen unterliegen die Ofenauskleidungen einem nicht unerheblichen Verschleiß und müssen deshalb in gewissen Abständen abgekühlt und teilweise bzw. vollständig ausgebrochen werden. Die Abkühlung der heißen Ofenauskleidung erfolgt in der Regel durch Anströmung mit Luft von Umgebungstemperatur. In einzelnen Fällen erfolgt eine Unterstützung der Kühlwirkung durch zusätzliches Versprühen von Wasser, wobei darauf geachtet werden muß, daß keine unverdampften Wasserlachen entstehen. In einzelnen Fällen werden auch Teilbereiche der Ofenauskleidung mit Sprengstoff gesprengt.

Das Abkühlen der Ofenauskleidung ist sehr zeitaufwendig, da unter anderem die Feuerfestauskleidung erst auf eine Temperatur nur geringfügig oberhalb der Umgebungstemperatur abgekühlt werden muß, bevor das Ofengefäß begehbar ist und/oder zum Ausbrechen der Ofenauskleidung verwendete Werkzeuge, wie z. B. Preßlufthammer, sinnvoll einsetzbar sind. Bei erhöhten Temperaturen wird z. B. die Spitze des Preßlufthammers schnell stumpf. Bei Verwendung von Wasser zur Abkühlung der Ofenauskleidung entstehen meist Flüssigkeitsreste, die aufgefangen und entsorgt werden müssen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Abkühlung von Ofenauskleidungen von Industrieöfen zur Verfügung zu stellen, das ein beschleunigtes Abkühlen der Ofenauskleidung ermöglicht, ohne daß Rückstände entstehen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zumindest ein Teil der Ofenauskleidung mit einem tiefkalten, gasförmigen oder verflüssigten Gas oder Gasgemisch in Wärmekontakt gebracht wird.

Die Abkühlung der Ofenauskleidung wird also gezielt durch den Einsatz von tiefkalten, gasförmigen oder verflüssigten Gasen oder Gasgemischen mit Temperaturen wesentlich unterhalb der Umgebungstemperatur erreicht. Dabei können als tiefkalte, gasförmige oder verflüssigte Gase oder Gasgemische insbesondere Stickstoff, Sauerstoff, Argon, Kohlendioxid oder Gemische aus diesen Gasen einschließlich verflüssigter oder synthetischer Luft verwendet werden.

Aufgrund der wesentlich unterhalb der Umgebungstemperatur liegenden Temperatur des tiefkalten, gasförmigen oder verflüssigten Gases oder Gasgemisches wird ein gegenüber dem Stand der Technik erheblich beschleunigtes Abkühlen der Ofenauskleidung erzielt. Die Erfindung ermöglicht auch den Einsatz von flüssigen Medien zur Kühlung mit der Ausnutzung der Verdampfungsenthalpie, ohne daß Restflüssigkeit bei Umgebungstemperatur des Ofens übrig bleibt. Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet also immer rückstandsfrei. Im Gegensatz zum Einsatz von Wasser verdampft nämlich das tiefkalte verflüssigte Gas oder Gasgemisch unabhängig von der dosierten Menge bei Umgebungstemperatur rückstandsfrei. Es entstehen somit keine Flüssigkeitsreste, die aufgefangen und entsorgt werden müssen.

Zweckmäßigerweise wird das tiefkalte gasförmige oder verflüssigte Gas oder Gasgemisch dadurch in Wärmekontakt mit der Ofenauskleidung gebracht, daß das tiefkalte, gasförmige oder verflüssigte Gas oder Gasgemisch zumindest auf einen Teil der Oberfläche der Ofenauskleidung direkt aufgebracht wird. Eine Möglichkeit besteht darin, im Ofen ein Bad eines tiefkalten verflüssigten Gases oder Gasgemisches zu bilden. Auf diese Weise kommt der Boden des Ofens in direkten Kontakt mit dem tiefkalten verflüssigten Gas oder Gasgemisch, während der obere Teile der Wände mit dem verdampften Gas in Wärmekontakt kommt.

Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird das tiefkalte, gasförmige oder verflüssigte Gas oder Gasgemisch derart mit der Ofenauskleidung in Kontakt gebracht, daß die Ofenauskleidung zumindest teilweise abgesprengt wird. Hierzu wird vorzugsweise tiefkaltes, verflüssigtes Gas oder Gasgemisch zumindest auf einen Teil der Oberfläche der Ofenauskleidung aufgesprüht. Durch punktuellen Einsatz des verflüssigten Gases oder Gasgemisches kann die Ofenauskleidung aufgrund der Verdampfung des Gases oder Gasgemisches beim Auftreffen auf der Ofenauskleidung abgesprengt werden. Bevorzugt wird die Ofenauskleidung durch Einbringen des tiefkalten verflüssigten Gases oder Gasgemisches zwischen der Ofenaußenwand und der Ofenauskleidung von der Außenseite der Ofenauskleidung her aufgrund von Verdampfungsvorgängen abgesprengt.

Durch Aufsprühen oder Ansprühen von verflüssigten Gasen oder Gasgemischen auf die heiße Ofenauskleidung können sehr hohe Thermoschockspannungen erzeugt werden, die zu einem Absprengen von Teilen der Ofenauskleidung führen. Dabei können auch große Flüssigkeitsmengen verwendet werden, da im Gegensatz zum Einsatz von Wasser die tiefkalten Gase oder Gasgemische rückstandsfrei verdampfen.

Zusätzlich zum Einsatz des tiefkalten, gasförmigen oder verflüssigten Gases oder Gasgemisches wird gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung der Ofen mit Kühlluft gespült. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß das kalte verdampfte Gas in alle Bereiche des Ofens gelangt.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird kaltes CO₂-Gas oder ein kaltes CO₂-haltiges Gasgemisch zum Abkühlen der Ofenauskleidung verwendet. Da CO₂ ein dreiatomiges Gas ist, kann in der Anfangsphase des Abkühlprozesses die Wärmeübertragung durch Strahlung genutzt werden. Die heiße Ofenauskleidung steht dabei im Strahlungsaustausch mit dem kalten CO₂-Gas oder dem kalten CO₂-haltigen Gasgemisch. Beim Einsatz von CO₂ als dreiatomiges Gas wird der Taupunkt des Abgases nicht wie bei den meisten anderen dreiatomigen Molekülen, insbesondere H₂O oder SO₂, erhöht.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, die beschriebenen Verfahren in vorteilhafter Weise zu kombinieren:

Bspw. kann die Abkühlung mit Luft und CO₂-haltigen kalten Gasen oder Gasgemischen begonnen werden. Dabei wird die Wärmeübertragung im heißen Ofenraum durch Strahlungsaustausch mit dem kalten CO₂-Gas oder dem CO₂-haltigen Gasgemisch unterstützt. Anschließend wird tiefkaltes, verflüssigtes Gas oder Gasgemisch zur Verbesserung der Wärmeübertragung im kälteren Ofenraum eingesetzt. Auch eine Unterschichtung konventioneller Kühlluftströme mit einem gebündelten Strahl tiefkalten Gases oder Gasgemisches zur verstärkten Kühlung der dickeren Bodenauskleidung in Industrieöfen ist vorteilhaft.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung werden die Abkühlvorgänge durch Nutzung größerer treibender Temperaturgefälle und/oder durch Strahlungsaustausch mit CO₂ beschleunigt. Dadurch können die Reparaturzeiten erheblich verkürzt werden, was auch die Verfügbarkeit des Industrieofens erhöht. Die Erfindung ermöglicht außerdem den rückstandsfreien Einsatz von Flüssigkeiten als Kühlmedium mit dem Vorteil der Ausnutzung der Verdampfungsenthalpie auch bei Umgebungstemperatur. Bei Verwendung von CO₂ ergibt sich darüber hinaus gegenüber anderen dreiatomigen Gasen der Vorteil, daß die Taupunkttemperatur des Abgases nicht erhöht wird.

Im folgenden soll die Erfindung anhand von in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Es zeigen

Fig. 1 einen Industrieofen mit einem Bad eines verflüssigten tiefkalten Gases oder Gasgemisches

Fig. 2 einen Industrieofen mit Kühlluftspülung und zusätzlichem Eintrag von flüssigem CO₂

Fig. 3 einen Industrieofen, bei dem tiefkaltes verflüssigtes Gas zwischen der Ofenaußenwand und der Ofenauskleidung eingebracht wird

Fig. 4 eine Detailansicht der Einbringung des tiefkalten verflüssigten Gases gemäß Fig. 3

Fig. 5 einen Industrieofen, bei dem tiefkaltes verflüssigtes Gas oder Gasgemisch punktuell auf die Ofenauskleidung aufgesprüht wird.

In Fig. 1 ist ein Industrieofen mit einem Ofengefäß 1, das die Außenwand des Industrieofens bildet und eine Öffnung 4 aufweist, dargestellt. Die Innenseite des Ofengefäßes 1 ist mit einer Ofenauskleidung 2 versehen. Da die Ofenauskleidung 2 während des Betriebs des Industrieofens einem erheblichen Verschleiß unterliegt, muß die Ofenauskleidung von Zeit zu Zeit abgekühlt, ausgebrochen und erneuert werden. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die heiße Ofenauskleidung 2 einem beschleunigten Abkühlvorgang unterworfen, indem verflüssigtes tiefkaltes Gas oder Gasgemisch, insbesondere flüssiger Stickstoff, in den Ofenraum eingefüllt wird. Das flüssige tiefkalte Bad 5 steht im direkten Wärmeaustausch mit dem Boden bzw. einem als Boden wirkenden Teil der Ofenauskleidung 2. Auf dem Boden des Industrieofens kann gegebenenfalls auch noch Restschmelze 3 aus z. B. metallurgischen Prozessen vorhanden sein. Die aus der Ofenauskleidung 2 und gegebenenfalls der Restschmelze 3 an das kältere flüssige Bad 5 übertragene Wärme verdampft das verflüssigte Gas oder Gasgemisch, wobei das verdampfte Gas oder Gasgemisch aufsteigt und die oberhalb des Bades 5 liegende Ofenwandauskleidung abkühlt und schließlich über die Öffnung 4 im Ofengefäß 1 entweicht.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Industrieofen wird über eine Öffnung 5 im Ofengefäß 1 Kühlluft in den Industrieofen eingeleitet, die über eine Öffnung 4 des Ofengefäßes 1 aus dem Industrieofen wieder entweicht. Zusätzlich wird über eine Lanze 6 tiefkaltes verflüssigtes Gas oder Gasgemisch, insbesondere flüssiges CO₂, auf den Boden der Ofenauskleidung 2 oder auf die auf dem Boden aufliegende Restschmelze 3 aufgesprüht. Auf diese Weise kann der Bodenbereich des Industrieofens, der üblicherweise eine dickere Bodenauskleidung aufweist oder aufgrund des Vorhandenseins einer Restschmelze mittels der eingetragenen Kühlluft nur unzureichend gekühlt werden kann, verstärkt abgekühlt werden. Beim Auftreffen des tiefkalten verflüssigten Gases oder Gasgemisches auf die Bodenauskleidung bzw. die Restschmelze 3 verdampft die Flüssigkeit, so daß verdampftes, kaltes Gas im Ofeninneren aufsteigt und die Kühlwirkung der Kühlluft unterstützt. Schließlich entweicht das verdampfte Gas gemeinsam mit der Kühlluft aus dem Industrieofen über die Öffnung 4 des Ofengefäßes 1.

In Fig. 3 ist ebenfalls ein Industrieofen gezeigt, der ein Ofengefäß 1 mit einer Öffnung 4 und eine Ofenauskleidung 2 aufweist. Auf dem Boden des Ofens kann gegebenenfalls noch Restschmelze 3 aus metallurgischen Prozessen vorhanden sein. Bei der hier dargestellten Ausführungsform wird tiefkaltes verflüssigtes Gas, z. B. flüssiger Stickstoff, oder ein tiefkaltes verflüssigtes Gasgemisch über einen vorzugsweise im unteren Bereich des Ofengefäßes angeordneten Stutzen 5 durch das Ofengefäß 1 hindurch von der Außenseite der Ofenauskleidung 2 her auf die Ofenauskleidung 2 aufgebracht.

Fig. 4 zeigt eine Detailansicht des Bereiches um den Stutzen 5 der Fig. 3. Der Stutzen 5 weist ein Rückschlagventil 6 auf, das mit einem in der Figur nicht dargestellten Hochdruckanschluß 7 zur Versorgung mit tiefkaltem verflüssigten Gas in Verbindung steht. Das tiefkalte verflüssigte Gas oder Gasgemisch 8 wird unter hohem Druck von 4 bis 100 bar, vorzugsweise 10 bis 35 bar, in zwischen Ofenauskleidung 2 und Ofengefäß 1 gebildete Spalte gedrückt. Das tiefkalte verflüssigte Gas oder Gasgemisch 8 verdampft bei den im Stutzen 5 und in den Spalten herrschenden Temperaturen und baut einen hohen Gasdruck auf. Unterstützt von Thermoschockzuständen in der umliegenden Ofenauskleidung 2 erzeugt der Gasdruck Risse in der Ofenauskleidung 2 und zerstört diese derart, daß die kraft- bzw. formschlüssige Verbindung beschädigt bzw. aufgelöst wird. So wird auf elegante Weise die Ofenauskleidung 2 nicht nur sehr schnell abgekühlt, sondern auch gleichzeitig abgesprengt. Dadurch kann die Ofenauskleidung in kürzester Zeit erneuert werden.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Industrieofen wird mittels einer Lanze 6 durch eine Öffnung 4 des Ofengefäßes 1 hindurch ein tiefkaltes verflüssigtes Gas, insbesondere flüssiger Stickstoff, oder Gasgemisch direkt auf eine Seitenwand der Ofenauskleidung 2 aufgesprüht. Durch Wärmekontakt mit dem tiefkalten verflüssigten Gas entstehen in der Ofenauskleidung 2 in der Nähe des Auftreffpunktes des tiefkalten verflüssigten Gases hohe Thermoschockspannungen, die zu Rissen und Schädigungen in der Ofenauskleidung 2 führen. Dadurch wird das Entfernen der Ofenauskleidung 2 aus dem Ofengefäß 1 wesentlich erleichtert. Um das Absprengen der Ofenauskleidung 2 vom Ofengefäß 1 zu unterstützen, wird das tiefkalte verflüssigte Gas oder Gasgemisch unter hohem Druck von 4 bar bis 100 bar, vorzugsweise 10 bis 35 bar, in die Lanze 6 eingepreßt. Das tiefkalte verflüssigte Gas trifft schließlich mit einer hohen Strömungsgeschwindigkeit auf die Seitenwand der Ofenauskleidung 2 auf.

Claims

1. Verfahren zum Abkühlen von Ofenauskleidungen (2) von Industrieöfen, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Ofenauskleidung (2) mit einem tiefkalten, gasförmigen oder verflüssigten Gas oder Gasgemisch in Wärmekontakt gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das tiefkalte, gasförmige oder verflüssigte Gas oder Gasgemisch zumindest auf einen Teil der Oberfläche der Ofenauskleidung (2) aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Ofen ein Bad (5) eines tiefkalten, verflüssigten Gases oder Gasgemisches gebildet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das tiefkalte, gasförmige oder verflüssigte Gas oder Gasgemisch derart mit der Ofenauskleidung (2) in Kontakt gebracht wird, daß die Ofenauskleidung (2) zumindest teilweise abgesprengt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das tiefkalte, gasförmige oder verflüssigte Gas oder Gasgemisch zumindest auf einen Teil der Oberfläche der Ofenauskleidung (2) aufgesprüht wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen zusätzlich mit Kühlluft gespült wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das tiefkalte, gasförmige oder verflüssigte Gas oder Gasgemisch zwischen der Ofenaußenwand (1) und der Ofenauskleidung (2) eingebracht wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als tiefkaltes Gas gasförmiges CO₂ eingesetzt wird.