DE2608589C2 - Gekühlte Blasform für Hochöfen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine gekühlte Blasform für Hochöfen, bestehend aus einem den Schmelzraum und Blassirom begrenzenden druckdichten gut wärmeleitenden Mantel (/.. B. Kupfer) mit einer auf dessen

Innenseite angeordneten kapillaren Struktur.

In der Hochofentechnik werden Blas- bzw. Windformen für die Zufuhr von Heißwind und von Brennstoffen (z. B. Gas, öl) in das Gestell bzw. den Schmelzraum verwandt. Die im allgemeinen frei und ungeschützt in den Schmelzraum ragenden als Blasköpfe bezeichneten Vorderteile der Blasformen unterliegen einem hohen Verschleiß, der von thermischen und mechanischen Einwirkungen hervorgerufen wird. Um die Blasformen gegen die thermischen und damit auch indirekt gegen die mechanischen Einwirkungen zu schützen, ist es wesentlich, die Blasköpfe derart auszugestalten, daß sie an den thermisch hoch beanspruchten Stellen bzw. Bauteilen optimal gekühlt werden.

So ist z. B. aus der deutschen Patentschrift 2 88 822 eine gegossene Windform bekannt, bei der die nach außen glatten Wandungen der Form nach ihrem ringgeschlossenen, den Kühlwasserraum bildenden Inneren mit Längs und Querrippen versehen sind und daß gegenüber dem mit seitlichen Ausströmöffnungen versehenen Kühlwasserzuleitungsrohr an der Kopfwand der Form Rippen angeordnet sind.

Aus der deutschen Auslegeschrift 19 66 625 ist eine gekühlte Blasform bekannt, bei der als Stirnwand des Verdrängungskörpers eine an dem Innen- und Außenmantel der Blasform anliegende Ringwand mit Zuleitungsmiindung zur Stirnringkammer dient, deren Querschnitt durch eine neben der Zuleitungsmündung gelegene Trennwand abgesperrt ist, auf deren anderer Seite die Ringwand Schlilzöffnungen zu den Kühlkammern hat. Außerdem sind den Schlitzöffnungen in den Kühlkammern vorgesehene, schraubenförmig zum Blasformfuß gewundene Leitbleche nachgeordnet.

Ferner ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 23 55 275 eine Anordnung zum Schutz der Blasform in einem Hochofen bekannt, bei der in der Hochofenauskleidung um die Blasform herum eine oder mehrere Reihen von Kühlkanälen vorgesehen sind, wobei diese Kanäle um die Blasform herum konzentrisch angeordnet sind und zur Außenkontur der Blasform annähernd parallel liegen. In die Kühlkanäle sind auswechselbare Kühlrohre zur Zu- bzw. Abfuhr des Kühlmittels einführbar. Die axial verschiebbaren Kühlrohre tragen an dem in die Hochofenauskleidung ragenden Ende einen Dichlkopf. Außerdem sind die in der Hochofenwand vorhandenen Bohrungen zur Aufnahme der Kühlrohre durch eine wärmeleitende, dichtende Schicht (z. B. Metall. Keramik oder Kunststoff) ausgekleidet.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 23 55 282 ist eine Blasform bekannt, bei der eine Kühlwasserleitung so geführt ist, daß der Brennraum oder Teile von ihm durch Kühlwasser gekühlt bzw. geschützt werden. Schließlich ist aus der deutschen Patentschrift 16 01 184 ein Zwisehenwärmeträger-Unilaufsystem mit einer Rohrstrecke bekannt, die an einem Ende eine Verdampfungs- und am anderen Ende eine Kondensationszone und dazwischen eine Transportzone zum Transport des verdampften Zwischenwärmeträgers enthält und die im Bereich der Verdampfungs- und Kondensationszone auf der Innenwandung mit einer kapillaren Struktur versehen ist und mit einer Einrichtung zum Rücktransport des kondensierten Zwischenwärmeträgers. Diese Einrichtung besteht aus einer außerhalb der Rohrstrecke angeordneten I eilung, die die Kondensations/onc mil der Vcrdampfungs/one verbindet und in der eine Kondcnsal-Förderpumpc angeordnet ist.

Allen diesen bisher bekannten Blasformen und damit

zusammenhängenden Kühlanordnungen haftet der gemeinsame Nachteil an, daß mit der darin angeordneten Kühlung kein befriedigender Kühleffekt erzielt wird. Die Blasformen, insbesondere ihre Blarköpfe, unterliegen wegen der an ihnen auftretenden besonders hohen thermischen Belastungen einem Verschleiß, so daß sie in kurzen Zeitabständen durch neue Blasformen ersetzt werden müssen. Das heißt, mit den bisherigen Kühlanordnungen werden mit damit ausgerüstete Blasformen nur unzureichende Standzeiten erreicht. Dadurch ist ein häufiges Auswechseln dieser korrodierten Blasformen notwendig, woraus ein relativ großer wirtschaftlicher Nachteil resultiert.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, die Blasformen mil einer Kühlanordnung derart auszuge- "5 stallen, daß sie dadurch von den hohen thermischen und damit indirekten mechanischen Einflüssen möglichst für einen längeren, bisher nicht erreichbaren Zeitraum unbeeinflußt bleiben. Die Kühlung der B'isformen soll'c dabei optimal sein, wodurch eine Standzeiierhöhi.ng auf ein überdurchschnittliches Maß angehoben und damit eine Kostenminderung erreicht werden sollte. Außerdem sollte die Dicke der Außenwand der Blasform so bemessen sein, daß sie einerseits den mechanischen Schutz gewährleistet, andererseits aber das Wärmeproblem nicht stört bzw. behindert.

Erfindungsgei)κ;υ wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß die Struktur zwischen ihren dei< .Schmelzraum und Blasstrom zugewandten Innenwänden einen Dampfraum bildet und nach diesem hin offen ist und daß in die Struktur auf der Seite der Blasstromzufuhr Zuleitungen münden und der Dampfraum mit einem Kondensator verbunden ist. wobei Zuleitung. Struktur, Dampfraum, Kondensator und eine Rückführleitung, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Behälters und bzw. oder einer Pumpe, einen geschlossenen Kreislauf für ein Kühlmedium bilden.

Um zu gewährleisten, daß ständig Flüssigkeit in den Bereich der wärmebeaufschlagten Wand zugeführt wird, muß die Struktur hinsichtlich ihrer Dicke so bemessen sein, daß die Kanäle von der Struktur vollkommen umgeben bzw. darin eingebettet sind.

In der weiteren Ausbildung sieht die Erfindung vor, daß der Dampfraum ringförmig ausgebildet ist und daß er aus einer Anzahl von im wesentlichen parallel zur Achse der Blasform ausgerichteten Kanälen besteht. Wesentlich ist dabei, daß diese Kanäle am Umfang der Blasform ver'eilt sind, wodurch eine gleichmäßige Flüssigkeitszufuhr an jeder Stelle des Blasformkörpers bzw. dessen Wandung gewährleistet ist. An besonders kritischen Stellen können mehrere Kanäle angeordnet sein. Weitere Merkmale bestehen darin, daß die Struktur von Kanälen durchzogen bzw. durchsetzt ist, wovon ein Teil der Kanäle mit der Zuleitung und ein Teil der Kanäle mit dem Kondensator verbunden ist und daß die Kanäle im wesentlichen parallel zur Achse der Blasform angeordnet bzw. ausgerichtet sind. Ferner ist vorgesehen, daß die Struktur im unteren Bereich der Blasform vom Kondensat überflutet ist bzw. sich dort ein Kondensatsumpf bildet und daß die Struktur von im fto wesentlichen radial zur Achse der Blasform angeordneten und in den Dampfraum mündenden Kanälen durchzogen bzw. durchsetzt ist. Außerdem sind wenigstens Teilt; djs Kondensators innerhalb des vom Mantel umschlossenen Raumes angeordnet. Schließlich <λ ist zwischen der Struktur und der Innenwand des den Blasstrom abgrenzenden Mantels ein im wesentlichen zylinderförmiger Raum angeordnet und als innerer Kondensator ausgebildet. Vorteilhafterweise besteht die Struktur aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff und das von der Struktur, dem Dampfraum, den Kanälen und dem Kondensator gebildete Volumen ist gegenüber der äußeren Atmosphäre offen oder geschlossen.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch \nordnung einer porösen Struktur auf der Innenseite einer optimal dünnen Blasformwand (vorzugsweise Kupfer) eine Vergrößerung der Verdampfungsoberfläche und dadurch eine intensive Verdampfungskühlung erreicht wird. Durch den Aufbau bzw. die Anordnung der einzelnen Komponenten Blasform, kapillare Struktur, Kondensator und Leitungen ist ein geschlossener Kreislauf gegeben, wodurch Verschmutzungen und Ablagerungen darin praktisch ausgeschlossen sind. Außerdem ist es damit möglich, den Kondensator an eine auszuwählende Stelle hinter die Blasform zu legen; gegebenenfalls auch auf einem gegenüber der Blasform höheren Niveau. Ferner wird aus der Relation von relativ kleiner Verdampfungsfläche zu relativ groRer Kondensations- und Konvektions-Kühlzone eine optimale Heizflächentransformation erzielt. Dadurch wird erreicht, daß die Konvektionskühlung an genügend großer Fläche wirksam wird.

Um die Blasform zu kühlen, wird ein Wärmetrager (z. B. Wasser) aus einer innerhalb an der Wand der Blasform angeordneten Kapillarstruktur (/.. B. Netzoder Sintermaterial) ausgedampft. Dabei strömt der aus der Struktur tretende Dampf durch einen Dampfraum in einen Kondensator, wo er dort seine Verdampfungswärme an eine Kühlflüssigkeit (z. B. Wasser) abgibt. Der Rücktransport des Kondensats erfolgt durch Kapillarkräfte, Schwerkraft oder Zwangsumlauf. Bei einem solchen in einem geschlossenen Kreislauf ablaufenden Prozeß ist es wesentlich, daß keine nicht kondensierbaren Gase in den Dampfraum eindringen. Der wichtigste Teil der Blasform ist eine gut ausgebildete Kapillarstruktur, die aus einer porösen bzw. Kapillar-Schicht (z. B. Sintermaterial, feine Netze u. a.) besteht und in inniger Verbindung mit einer optimal dünnen Blasformwandung aus Kupfer steht. Innerhalb dieser Kapillarstruktur wird eine bestimmte Menge Wärmeenergie gespeichert, die bei Verdampfung immer wieder nachgefördert wird. Der gespeicherte Wärmeträger bewirkt, daß bei instationärer Wärmezufuhr (z. B. durch flüssiges Eisen oder Schlacke) kurzzeitig höhere Wärmestromdichten zugelassen werden können, ohne daß eine Beschädigung der Blasform auftritt. Der als offener ringförmig ausgebildete oder als aus einzelnen Röhren bestehende Dampfraum steht mit einem innerhalb oder außerhalb der Blasform angeordneten Kondensator in Verbindung. Die Rückführung des Kondensats bzw. der flüssigen Phase erfolgt durch in die Kapillarstruktur bzw. Sinterschicht implizierte Röhren oder eingesinterte Kanäle. Sie ermöglichen eine gute Verteilung des Wärmeträgers über die gesamte Kapillarstruktur.

Folgend ist ein Ausführungsbeispiel beschrieben und durch Skizzen erläutert:

Fig. I zeigt eine Blasform mit Kripillnrstniktiir und ringförmig ausgebildetem Dampfraum und nachgeorduuem Kondensator;

F i g. 2 zeig; SchnitthäÜtcn durch eine Blasform, wobei die Schnittiiälftc

a) einen ringförmigen Dampfraum mit in der Struktur längs der Blaslormwand angeordneten Zufüh

rungskanälcn und

b) eine ringförmige Kapillarstruktur mit darin implizierten Kanälen für die Zu- und Abfuhr der flüssigen und Dampf-Phase.

In Fig. 1 ragt cine schematise!! im Schnitt dargestellte Blasform I durch eine Ofenwand 2 in einen Schincl/raum 3 und wird durch eine Schutzwand 4 gegen thermische und mechanische Einflüsse zum Schmelzraum 3 hin geschützt. Die Blasform 1 besteht aus einem den Schmelzraum 3 und Blasstrom 5 begrenzenden druckdichten und gut wärmeleitendem Mantel bzw. einer Wand 6 (z. B. Kupfer) auf dessen bzw. deren Innenfläche eine mit ihr innig verbundene kapillare Struktur 7 angeordnet ist. Die Struktur 7 ist derart ausgestaltet, daß sie zwischen ihren dem Schmei/raum 3 und Blassirom 5 zugewandten Innenwänden bzw. -flächen 8 einen ringförmigen Dampfraum 9 bildet und nach diesem hin offen ist. Auf der Seite der Zufuhr des Blasstromes 5 ist eine kranzförmige Zuleitung 10 angeordnet, von der Leitungen 11 führen, die in Zuführkanäle 12 münden und die in der Struktur 7 impliziert sind. Diese Zuführkanäle 12 stehen mit der kapillaren Struktur 7 in Verbindung von der. je nach Ausbildung der Struktur 7, Rückführkanäle 13 (s. Fig. 2b) in den Dampfraum 9 bzw. in einen daran angeschlossenen Kondensator 14 münden. Die kranzförmige Zuleitung 10 ist mit einer Leitung 15 verbunden, die an einem darüber angeordneten Behälter 16 angeschlossen ist. An der zur Blasform 1 tiefst gelegenen Stelle des Kondensators 14 ist eine Leitung 17 mit einer zwischengeschalteten Pumpe 18 angeschlossen, die zum Behälter 16 führt. Der Kondensator 14 wird auf seiner gekühlten Seite 19 über die Zu- und Abführleitungen 20, 20' von einem Kühlmedium (z. B. Wasser) durchflossen.

Zur Kühlung der Blasform 1 tritt das vom Behälter 16 durch die Leitung 15 in die kranzförmige Zuleitung 10 fließende Kühlmedium (z. B. Wasser) über die Leitungen 11 in die Zuführkanäle 12 (s. F i g. 2a und 2b). Durch den vom Schmelzraum 3 über die Schutzwand 4 und vom Blasstrom 5 und dem bzw. der dort angrenzenden Mantel bzw. Wand 6 gehenden Wärmestrom wird die im Inneren der Blasform 1 längs ihrer Innenflächen 8 angeordnete kapillare Struktur 7 wärmebeaufschlagt bzw. aufgeheizt. Das durch die Zuführkanäle 12 in die kapillare Struktur 7 strömende Kühlmedium wird dabei erhitzt und in Dampf umgewandelt. Dieser so entstehende Dampf strömt aus der offenen Seile der Struktur 7 (s. Richtungspfeile) in den Dampfraum 9 bzw. die Rückführkanäle 13 (s. auch F i g. 2a und 2b), von wo er zurück in den Kondensator 14 strömt und dort durch

ίο Wärmetausch mit dem die gekühlte Seite 19 des Kondensators 14 durchströmenden Kühlmedium kon dcnsiert. Dabei sammelt sich das Kondensat an der gegenüber dem unteren Teil der Blasform 1 tiefer gelegenen Stelle des Kondensators 14. Über eine dort angeschlossene Leitung 17 und dazwischengeschaltetc Pumpe 58 wird das Kondensat zurück in den mit der Leitung 17 verbundenen Behälter 16 gefördert.

In F i g. 2a und 2b sind zwei Schnitthälften durch eine Blasform 1 dargestellt. Davon zeigt die Hälfte a den dem Schmelzraum 3 einerseits und dem Blasstrom 5 andererseits zugewandten massiven gut wärmeleitenden Mantel bzw. die Wand 6, an dessen bzw. deren Innenfläche die wandförmige kapillare Struktur 7 anliegt. Zwischen diesen Strukturwänden 7 liegt der Dampfraum 9. Die Strukturwände 7 sind durchzogen von axial angeordneten Zuführkanälen 12 für die flüssige Phase und von radial angeordneten Kanälen 21 für die Dampfphase des Kühlmediums.

Demgegenüber zeigt die Hälfte b den Mantel bzw.die Wand 6 mit der dazwischen angeordneten ringförmigen kapillaren Struktur 7, in die axial angeordnete, im Querschnitt von einander unterschiedliche Zufuhr- und Rückführkanäle 12 und 13 impliziert sind. Davon sind die im Querschnitt kleiner gehaltenen Zuführkanäle 12 für die flüssige Phase, die im Querschnitt größeren Rückführkanäle 13 für die Dampfphase.

Das zunächst von den Zuführkanälen 12 in die Struktur 7 strömende flüssige Kühlmedium wird von der Struktur erhitzt und verdampft und strömt als Dampf über die offene Kapillarstruktur in die Rückführkanäle 13. Von dort strömt der darin gesammelte Dampf weiter zum Kondensator 14 (gemäß F i g. 1).

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Gekühlte Blasform für Hochöfen, bestehend aus einem den Schmelzraum und Blasstrom begrenzerden druckdichten, gut wärmeleitenden Mantel mit einer auf dessen Innenseite angeordneten kapillaren Struktur, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur (7) zwischen ihren dem Schmelzraum (3) und Blasstrom (5) zugewandten Innenwänden (8) einen Dampfraum (9) bildet und nach diesem hin offen ist und daß in die Struktur (7) auf der Seite der Blasstromzufuhr Zuleitungen (11) münden und der Dampfraum (9) mit einem Kondensator (14) verbunden ist, wobei Zuleitung (11), Struktur (7), Dampfraum (9), Kondensator (14) und eine Rückführleitung (17), gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Behälters (16) und bzw. oder einer Pumpe (18), einen geschlossenen Kreislauf für ein Kühlmedium bilden.

2. Gekühlte Blasform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfraum (9) ringförmig ausgebildet ist.

3. Gekühlte Blasform nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfraum (9) aus einer Anzahl von im wesentlichen parallel zur Achse der Blasform(1)ausgerichteten Kanälen(12,13)besteht.

4. Gekühlte Blasform nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur (7) von Kanälen (12, 13) durchzogen ist, wovon ein Teil der Kanüle (12,13) mit der Zuleitung (11, 15) und ein Teil der Kanäle (12, 13) mit dem Kondensator (14) verbunden ist.

5. Gekühlte Blasform nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (12, 1Ϊ) im wesentlichen parallel zur Achse der Blasform (1) angeordnet sind.

b. Gekühlte Blasform nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur (7) im unteren Bereich der Blasform (1) vom Kondensat überflutet ist bzw. sich dort ein Kondensatsumpf bildet.

7. Gekühlte Blasform nach einem der Ansprüche I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur (7) von im wesentlichen radial zur Achse der Blasform (1) angeordneten und in den Dampfraum (9) mündenden Kanälen (21) durchzogen ist.

8. Gekühlte Blasform nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens Teile des Kondensators (14) innerhalb des vom Mantel (6) umschlossenen Raumes angeordnet sind.

9. Gekühlte Blasform nach einem der Ansprüche I bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Struktur (7) und der Innenwand (8) des den Blassirom (5) abgrenzenden Mantels (6) ein im ss wesentlichen zylinderförmiger Raum angeordnet und als innerer Kondensator ausgebildet ist.

10. Gekühlte Blasform nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur (7) aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff besteht.