DE19806788C2 - Kühlelement für Schachtöfen, insbesondere Hochöfen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühlelement für Schachtöfen, insbesondere Hochöfen, mit Kühlkanälen im Inneren des Kühlelements und mindestens einem Kühlmitteleintritt und einem Kühlmittelaustritt sowie mit einer Grundplatte und mindestens einer an der Grundplatte dauerhaft fixierten Abdeckplatte, wobei die Grundplatte gefräste Kanalnuten aufweist und die Abdeckplatte(n) die Kanalnuten dichtend abdeckt(/-en).

Derartige Kühlelemente sind in der Regel im Ofeninneren entlang der Ofenwand angeordnet. An der dem Ofeninneren zugewandten Seite des Kühlelements kann noch eine Schicht aus feuerfestem Material angebracht sein.

Aus der DE 29 07 511 C2 ist ein Kühlelement bekannt, das aus einem geschmiedeten oder gewalzten Hohlblock aus Kupfer oder einer niedrig legierten Kupferlegierung gefertigt ist, bei dem die Kühlkanäle im Einsatz des Kühlelements vertikal verlaufende Sackbohrungen sind, welche durch mechanisches Tiefbohren eingebracht sind. Die Bohrung erfolgt dabei in Längsrichtung der Platte. Es ist des weiteren offenbart, senkrecht zu den Kühlkanälen verlaufende Sammelkanäle einzubringen, über die es möglich ist, mit einem einzigen Kühlmitteleintritt und einem einzigen Kühlmittelaustritt sämtliche Kühlmittelkanäle zu versorgen. Die Bohrungen für die Kühlmittelkanäle sowie für die Sammelkanäle müssen jeweils mittels Schweißen oder Löten verstopft werden, da die Kühlmittelversorgung in der Regel allein über die der Ofenwand zugewandten Seite des Kühlelements erfolgt.

Gebohrte Kühlmittelkanäle bzw. Sammelkanäle haben insbesondere den Nachteil, daß sie naturgemäß rund sind und hierdurch für eine gegebene Querschnittsfläche des Kanals die geringste Oberfläche realisiert ist. Das heißt, für einen vorgegebenen Kühlmitteldurchtritt ist die Kühlwirkung hierdurch minimiert, so daß hohe Kühlmittelmengen benötigt werden.

Aus der DE 40 35 893 C1 ist ein Kühlelement der eingangs genannten Art bekannt, bei dem jede zur Führung des Kühlmittels dienende Kanalnut am einen Ende unmittelbar in den Kühlmitteleintritt und am anderen Ende unmittelbar in den Kühlmittelaustritt ausläuft. Um das Kühlmittel auf einen möglichst großen Teil des Kühlelementsvolumens verteilen zu können, ist es notwendig, entweder die Kanalnuten in vielen Bögen durch das Kühlelement laufen zu lassen oder aber eine entsprechend große Anzahl von Kühlmitteleintritten und Kühlmittelaustritten vorzusehen, was fertigungstechnisch aufwendig ist.

Aus der DE 297 15 971 U1 ist ein kastenartiges flaches Kühlelement für Schachtöfen mit einem kammerartigen Hohlraum bekannt. Der Hohlraum ist an seinem unteren Ende mit einem Kühlmitteleintritt und an seinem oberen Ende mit einem Kühlmittelaustritt versehen. Zwischen Kühlmitteleintritt und Kühlmittelaustritt sind im Hohlraum zur Führung des Kühlmittels dienende Strömungskörper angeordnet. Es ist fraglich, ob bei einer derartigen Kühlmittelführung gewährleistet ist, dass nicht stellenweise strömungslose oder strömungsarme Bereiche entstehen, die lokal einen unzureichenden Kühlmittelaustausch verursachen.

Es ist nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfach herzustellendes Kühlelement der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit dem die vorgenannten Nachteile vermieden werden können und bei dem gleichzeitig ein hoher Kühlmitteldurchsatz bei günstigem Oberflächen- /Volumenverhältnis des Kühlmittels gewährleistet werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Kühlelement der eingangs genannten Art gelöst durch gefräste Sammelnuten mit gegenüber den Kanalnuten vergrößertem Querschnitt, in die einerseits jeweils mindestens zwei Kanalnuten münden und andererseits jeweils ein Kühlmitteleintritt oder ein Kühlmittelaustritt mündet.

Auf diese Weise ist es möglich, eine Gruppe von Kühlmittelkanälen durch einen einzigen Kühlwassereintritt und einen einzigen Kühlwasseraustritt zu versorgen. Damit kann eine Verteilung des Kühlmittels auf einen möglichst großen Anteil des Kühlelementvolumens erreicht werden, ohne daß die Kanalnuten komplexe und somit ihre Herstellung verkomplizierende Verläufe aufweisen müssen. Der gegenüber den Kanalnuten vergrößerte Querschnitt der Sammelnuten gewährleistet, dass der Kühlmitteldurchsatz im wesentlichen durch die Kanalnuten und nicht durch die Sammelnuten bestimmt wird.

Der Aufbau des Kühlelements mit gefrästen Kanalnuten in der Grundplatte ermöglicht eine einfache Herstellbarkeit von Kühlmittelkanälen mit nahezu beliebigen Verläufen parallel zur Grundplatte sowie von für die Kühlwirkung effizienten Formen der Querschnittsfläche. Insbesondere können die durch die Kanalnuten und die Abdeckplatte gebildeten Kühlmittelkanäle eine rechteckige Querschnittsfläche aufweisen, so daß die Oberfläche der Kühlmittelkanäle im Vergleich zu der von gebohrten Kühlmittelkanälen erheblich größer ist, wodurch eine verbesserte Kühlwirkung erreicht werden kann. Somit ist es möglich, im Vergleich zum vorbeschriebenen bekannten Kühlelement mit gebohrten Kühlkanälen, bei gleicher Kühlwirkung mit einer geringeren Kühlmittelmenge auszukommen.

Des weiteren kann durch eine geeignete Form der Kanalnuten die Dicke des gesamten Kühlelements gering gehalten werden, woraus sich eine Vergrößerung des nutzbaren Ofeninhalts bei gegebenem Innendurchmesser der Ofenwand sowie für die Herstellung der Kühlelemente eine erhebliche Materialersparnis ergeben kann.

Sämtliche Kanalnuten können mit einer einzigen Abdeckplatte abgedeckt werden. Es ist allerdings auch möglich, mehrere Abdeckplatten zu verwenden, die jeweils einzelne Kanalnuten oder aber Gruppen von Kanalnuten abdecken.

Es ist vorteilhaft, das erfindungsgemäße Kühlelement so auszubilden, daß die Sammelnuten ebenfalls in der Grundplatte vorgesehen sind.

Somit kann es ausreichen, allein die Grundplatte fräsend zu bearbeiten. Selbstverständlich können die Sammelkanäle auch in die Abdeckplatte eingefräst werden.

Das erfindungsgemäße Kühlelement kann vorteilhaft auch so ausgebildet sein, daß jeder Kühlmitteleintritt und jeder Kühlmittelaustritt an der Abdeckplatte vorgesehen ist.

Kühlelemente werden stets über die der Ofenwand zugewandten Seite mit Kühlmittel versorgt. Daraus folgt, daß gemäß der zuletzt angesprochenen Ausbildungsform die Abdeckplatte der Ofenwand und die Grundplatte dem Ofeninneren zugewandt ist.

Selbstverständlich kann auch die Grundplatte der Ofenwand zugewandt sein. Dann würde die Grundplatte neben den Kanalnuten und ggf den Sammelnuten die Kühlmitteleintritte bzw. -austritte aufweisen. Die dem Ofeninneren zugewandte Abdeckplatte bräuchte somit nicht in besonderer Weise fräsend oder zur Herstellung von Wassereintritten bzw. -austritten bearbeitet zu werden.

Abdeckplatten können entlang ihres Umfangs an den Grundplatten mittels Schweißen oder Löten dauerhaft befestigt werden. Eine zusätzliche Stabilisierung gegen den Kühlmitteldruck kann es bedeuten, wenn das erfindungsgemäße Kühlelement so ausgebildet ist, daß die Grundplatte oder die Abdeckplatte Verbindungsöffnungen aufweist und Grundplatte und Abdeckplatte entlang des Randes dieser Verbindungsöffnungen insbesondere mittels einer Schweiß- oder Lötverbindung aneinandergefügt sind.

Durch die Verbindungsöffnungen werden Ansatzpunkte für Durchschweißungen bereitgestellt. Die Durchschweißungen können zwischen den Kühlmittelkanälen angeordnet sein.

Weiterhin kann es vorteilhaft sein, das erfindungsgemäße Kühlelement so auszubilden, daß die Abdeckplatte bzw. die Grundplatte Verbindungsstege aufweist, die in die Verbindungsöffnungen hineinragen.

Mit derartigen Verbindungsstegen kann die Schweiß- oder Lötverbindung in den Verbindungsöffnungen weiter verstärkt werden.

Schließlich kann es vorteilhaft sein, das erfindungsgemäße Kühlelement so auszubilden, daß es aus Kupfer oder einer niedrig legierten Kupferlegierung besteht.

Gegenüber alternativen Materialien, wie z. B. Gußeisen, ist Kupfer oder eine entsprechende Kupferlegierung weniger anfällig gegen Abnutzung und Rißbildung. Dabei ist es vorteilhaft, geschmiedetes oder gewalztes Kupfer zu verwenden, das gegenüber gegossenem Kupfer insbesondere ein feineres Gefüge aufweist, was für die Dichtigkeit an den Kontaktstellen zwischen Abdeckplatte und Kühlnuten sowie für eine geeignet hohe Festigkeit wichtig ist. Des weiteren treten bei gewalztem oder geschmiedetem Kupfer keine Lunker auf, wie dies bei Kupferguß häufig der Fall ist.

Im folgenden wird anhand von Figuren eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlelements dargestellt.

Es zeigt

Fig. 1 in Aufsicht eine Grundplatte eines Kühlelements,

Fig. 2 das Kühlelement inklusive einer Abdeckplatte und Kühlmitteleinlaufrohr und -auslaufrohr im Schnitt B-B gem. Fig. 1 und

Fig. 3 das Kühlelement inklusive der Abdeckplatte und Kühlmitteleinlaufrohr und -auslaufrohr gemäß dem Schnitt A-A in Fig. I.

Fig. 1 zeigt eine Grundplatte 1 eines Kühlelements in Aufsicht. In die Grundplatte 1 sind Kanalnuten 2 durch Fräsen eingebracht, die beidseitig in Sammelnuten 3 münden. Zwischen Gruppen von Kanalnuten 2 sind Verbindungsstege 4 vorgesehen.

Zum Kühlelement gehört eine in Fig. 1 nicht dargestellte Abdeckplatte 5, die auf die Grundplatte 1 aufgeschweißt wird und die Kanalnuten 2 und Sammelnuten 3 abdeckt. Fig. 2 zeigt das Kühlelement mit Grundplatte I und Abdeckplatte 5 im Querschnitt nach Schnitt B-B gem. Fig. 1. Die Abdeckplatte 5 weist Verbindungsöffnungen 6 auf, die die Verbindungsstege 4 umschließen. An den Verbindungsöffnungen 6 wird jeweils eine Schweißverbindung angebracht, die zusammen mit der Schweißung entlang des Umfangs der Abdeckplatte 5 für eine hinreichende Stabilität des Kühlelements gegen den Druck des Kühlmittels, in der Regel Wasser, sorgen. Im Querschnitt sind die Kanalnuten 2, die infolge der Abdeckung durch die Abdeckplatte 5 nunmehr Kühlmittelkanäle bilden, rechteckig. Somit weisen die Kühlmittelkanäle eine relativ große Oberfläche auf, mit der ein hinreichender Wärmeübergang zum Kühlmittel gewährleistet werden kann. Die Sammelnuten 3 (Fig. 1), die mit der Abdeckung durch die Abdeckplatte 5 nunmehr Kühlmittelsammelkanäle bilden, sind mit Kühlmitteleinlaufrohren 7 bzw. in Fig. 2 nicht sichtbaren Kühlmittelablaufrohren 9 verbunden.

Bei einem Kühlelement gem. Fig. 2 ist bei einem Einsatz in einem Hochofen die Grundplatte 1 dem Ofeninneren zugewandt. Die Grundplatte 1 umfaßt durch Fräsen herausgearbeitete Haltestege 8, von denen in Fig. 2 nur einer zu erkennen ist.

Fig. 3 ist eine Darstellung im Schnitt A-A gem. Fig. 1, auf der die Haltestege 8 im Querschnitt erkennbar sind. Die Haltestege 8 können zur Aufnahme von feuerfestem Material dienen. In Fig. 3 ist der Weg des Kühlmittels entlang eines durch eine der Kanalnuten 2 gebildeten Kühlmittelkanals erkennbar. Durch das Kühlmitteleinlaufrohr 7 gelangt das Kühlmittel in den hier nicht erkennbaren Sammelkanal und läuft durch die Kanalnut 2 zu einem Kühlmittelauslaufrohr 9. Kühlmitteleinlaufrohre 7 und Kühlmittelauslaufrohre 9 sind in entsprechende Öffnungen 10 für den Kühlmitteleintritt bzw. Öffnungen 11 für den Kühlmittelaustritt an die Abdeckplatte 5 geschweißt. Die Abdeckplatte 5 weist noch ein Gewinde 12 auf, das zur Befestigung des Kühlelements an einer Ofenwand dient.

Bezugszeichenliste

1

Grundplatte

2

Kanalnut

3

Sammelnut

4

Verbindungssteg

5

Abdeckplatte

6

Verbindungsöffnung

7

Kühlmitteleinlaufrohr

8

Haltesteg

9

Kühlmittelauslaufrohr

10

Öffnung für Kühlmitteleintritt

11

Öffnung für Kühlmittelaustritt

12

Gewinde

Claims (6)

1. Kühlelement für Schachtöfen, insbesondere Hochöfen, mit Kühlkanälen im Inneren des Kühlelements und mindestens einem Kühlmitteleintritt (10) und einem Kühlmittelaustritt (11) sowie mit einer Grundplatte (1) und mindestens einer an der Grundplatte (1) dauerhaft fixierten Abdeckplatte (5), wobei die Grundplatte (1) gefräste Kanalnuten (2) aufweist und die Abdeckplatte(n) (5) die Kanalnuten (2) dichtend abdeckt(/-en), gekennzeichnet durch gefräste Sammelnuten (3) mit gegenüber den Kanalnuten (2) vergrößertem Querschnitt, in die einerseits jeweils mindestens zwei Kanalnuten (2) münden und andererseits jeweils ein Kühlmitteleintritt (10) oder ein Kühlmittelaustritt (11) mündet.

2. Kühlelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelnuten (3) ebenfalls in der Grundplatte (1) vorgesehen sind.

3. Kühlelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kühlmitteleintritt (10) und jeder Kühlmittelaustritt (11) an der Abdeckplatte (5) vorgesehen ist.

4. Kühlelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (1) oder die Abdeckplatte (5) Verbindungsöffnungen (6) aufweist und Grundplatte (1) und Abdeckplatte (5) entlang des Randes dieser Verbindungsöffnungen (6) insbesondere mittels einer Schweiß- oder Lötverbindung aneinandergefügt sind.

5. Kühlelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckplatte (5) bzw. die Grundplatte (1) Verbindungsstege (4) aufweist, die in die Verbindungsöffnungen (6) hineinragen.

6. Kühlelement nach einem der Ansprüche 1 bis S. dadurch gekennzeichnet, daß es aus Kupfer oder einer niedrig legierten Kupferlegierung besteht.