Warning: fopen(111data/log202009281536.log): failed to open stream: No space left on device in /home/pde321/public_html/header.php on line 107

Warning: flock() expects parameter 1 to be resource, boolean given in /home/pde321/public_html/header.php on line 108

Warning: fclose() expects parameter 1 to be resource, boolean given in /home/pde321/public_html/header.php on line 113
Seitenwand für einen metallurgischen Schmelzofen - Dokument DE3603783C2
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE3603783C2 02.08.1990
Titel Seitenwand für einen metallurgischen Schmelzofen
Anmelder Elkem a/s, Oslo, NO
Erfinder Aune, Jan Arthur, Langhus, NO;
Nos, Per Olav, Hoen, NO
Vertreter Lotterhos, H., Dipl.-Ing. Dr.-Ing.; Bartsch, E., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat., Pat.-Anwälte, 6000 Frankfurt
DE-Anmeldedatum 06.02.1986
DE-Aktenzeichen 3603783
Offenlegungstag 07.08.1986
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 02.08.1990
Veröffentlichungstag im Patentblatt 02.08.1990
IPC-Hauptklasse F27D 1/12

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf die Seitenwand von metallurgischen Schmelzöfen für Prozesse unter Ausbildung von Schlacken, wobei die Seitenwand unter Verwendung von Kühlkästen als Konstruktionsbauteilen errichtet und zum Schmelzraum hin mit einer hitzefesten Auskleidung ausgerüstet ist.

Im besonderen sind die Seitenwände gemäß der Erfindung für Schmelzöfen vorgesehen, in denen große Mengen an aggressiver flüssiger Schlacke entstehen bzw. zu handhaben sind, wie sie beim Schmelzen von Ferronickel oder von Kupfernickelstein oder beim elektrischen Schmelzen von Mineralschlacken, beispielsweise zur Erzeugung von Mineralwolle, auftreten.

Die sich aus Seitenwand und Boden zusammensetzende Ofenkammer derartiger Öfen ist notwendigerweise mit einer hitzefesten Auskleidung versehen, wobei sich wenigstens der Werkstoff der Seitenwandauskleidung und dessen Dicke nach dem Reaktionsprozeß in dem Ofen richten. Die hitzefeste Seitenwandauskleidung ist hohen mechanischen, thermischen und chemischen Angriffen ausgesetzt, vor allem wirken geschmolzene Schlacken stark erodierend auf die Seitenwandauskleidung ein, so daß diese einem schnellen Verschleiß unterliegen kann. Demzufolge verbraucht sich die Seitenwandauskleidung häufig sehr rasch und muß gegebenenfalls oft repariert oder in kurzen Zeitabständen arbeitszeit- und kostenintensiv gar völlig erneuert werden. Die dadurch bedingten Ausfallzeiten können bis zu sechs Wochen und mehr betragen.

Zur Schonung und Erhöhung der Lebensdauer der Seitenwandauskleidung metallurgischer Schmelzöfen wurden daher mittelbare und unmittelbare Verfahren zur Kühlung des Auskleidungsmaterials entwickelt. So läßt sich das Ofengehäuse von außen durch Aufgeben von Wasser oder mittels Wasserkühlkästen kühlen, um durch Wärmeabzug die Seitenwandauskleidung mittelbar zu kühlen. Andererseits sind verschiedene Maßnahmen zur unmittelbaren Kühlung der Seitenwandauskleidung bekannt, nähmlich eine Kühlung mittels Kühlkästen an der Rückseite der Seitenwandauskleidung oder durch in die Seitenwandauskleidung eingelassene Kühlelemente oder durch einen Kühlmittelumlauf durch Kanäle, die die Seitenwandauskleidung durchziehen. Bekannt ist auch, die Seitenwandauskleidung derart kühl zu halten, daß sich zum Schutze vor der aggressiven Schlackenschmelze eine Schicht erstarrter Schlacke während des Schmelzbetriebs an der Auskleidung abscheidet, um die Auskleidung von der Schlackenschmelze getrennt zu halten.

Einen Überblick gibt der nachfolgend skizzierte Stand der Technik.

Die ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erschmelzen von feuerfesten Materialien betreffende GB-PS 6 08 950 gibt ein Beispiel für einen Schmelzofen mit einheitlichem Metallgehäuse, welches durch Aufsprühen von Wasser extern gekühlt wird. Das Auskleidungsfutter ist monolithisch und von solcher Dicke, daß sich zufolge der Kühlwirkung eine Schicht erstarrten Schmelzmaterials an ihm absetzen kann.

Nach der EP-A-00 44 512 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kühlen von Gefäßteilen eines metallurgischen Ofens, insbesondere eines Lichtbogenofens, beschrieben, wobei zur Kühlung des Ofenfutters an der Ofenwand außen angeordnete Kühlkästen zur Anwendung kommen, auf deren Wärmeaustauschfläche Wasser aufgespritzt wird. Der Erfindungsgedanke liegt in der richtigen Dosierung der aufgesprühten Wassermenge, um spontane Verdampfungen der Kühlflüssigkeit zu vermeiden.

Gemäß der GB-PS 13 82 001, die die Außenwandkühlung von Schachtöfen, insbesondere von Hochöfen, anbelangt, kommen an die stählerne Außenwand angelegte Wasserkühlkästen zur Anwendung, bei denen die Kühlwirkung durch Aufwärmen eines aufsteigenden Wasserstromes, der teilweise ins Freie verdampft, resultiert; der Wasserverlust wird durch Nachfüllen von kühlem, absteigenden Wasser ausgeglichen.

Nach der EP-A-0-0 65 330 dienen zur Kühlung heißer Außenflächen von thermisch hochbeanspruchten Bauteilen eines Industrieofens Kühlmanschetten oder Kühlplatten, die von einem System von flüssigkeitsführenden Kühlrohren durchzogen sind. Diese Flüssigkeitskühlvorrichtungen sollen die spezielle Aufgabe lösen, eine Blasenbildung in der Durchlaufkühlflüssigkeit zu unterdrücken bzw. schnell zu beseitigen.

Die DE-PS 27 43 380 behandelt die Ausrüstung der Innenseite der Ofenpanzerung von insbesondere Hochöfen mit feuerfesten zum Reaktionsraum hin ausgekleideten Kühlplatten mit Durchlaufkühlung, bei denen ein Leckwerden des Kühlmittelkanals zuverlässig verhindert werden soll. Zur Lösung wird die Verwendung von dehn- und plastisch verformbaren Wellrohren zur Auskleidung der Kühlmittelkanäle der Kühlplatten vorgeschlagen.

Nach der eine Einrichtung zur Kühlung hochbeanspruchter Mauerwerkteile, insbesondere von Metallschmelzöfen, betreffenden DE-PS 19 34 486 sind als Kühleinrichtung am Mauerwerk entlanglaufende, frei zum Ofeninneren liegende, Kühlrohre vorgesehen. Die Kühlrohre sind auf eine Kühlwirkung eingestellt, daß sich um sie herum eine geschlossene Schicht erstarrten Metalls ausbildet, die das Mauerwerk von der Metallschmelze trennt.

Die ein Verfahren und eine Durchführungsanordnung zur Kühlung besonders beanspruchter Wandzonen in metallurgischen Öfen betreffende DE-OS 26 26 211 will die Gefahr beseitigen, daß hinter das Ofenfutter oder in dieses eingebaute wassergekühlte Kühlkästen bei deren Leckwerden Explosionen verursachen können, und daß ein guter Kontakt zwischen dem aus Ziegeln bestehenden Ofenfutter und den Kühlkästen nur schwer herzustellen ist. Zur Abhilfe werden zur Futterkühlung auslaufsichere, kartuschenförmige, wassergekühlte Kühlelemente mit eingegossenen Kühlschlangen verwendet. Diese Elemente sind zwischen an- und übereinandergesetzten Formblöcken eines keramischen Auskleidungsmaterials fest eingelassen, wobei die Kontaktflächen der Aussparungen zur Aufnahme der Kühlelemente besonders sorgfältig ausgearbeitet sind. Gegebenenfalls sind die Kühlelemente mitsamt ihren Formblöcken mittels Federbolzen zur Herstellung des benötigten Anlagedrucks miteinander verspannt. Für einen besten Schutz des Ofenfutters wird diese so stark gekühlt, daß sich eine Schicht erstarrter Schlacke an ihm ausbildet.

Nach der DE-OS 23 43 662 wird die Methode zur Einschränkung von Erosionen einer gemauerten feuerfesten Auskleidung mittels in diese eingelassener wassergekühlter Stahlkästen oder Kupfergußstücken, die im Leckfalle zu Explosionen führen, durch Verwendung von massiven Kühlgliedern verbessert. Zwar sind auch diese massiven Kühler von durchlaufendem Wasser gekühlt, doch liegt der Wasserkreislauf außerhalb des Auskleidungsmaterials. Für die benötigte Wärmeableitung durch den massiven Kühlerteil werden die Kühlglieder für einen guten thermischen Kontakt unter Verwendung eines Mörtels, z. B. aus Siliciumcarbid, in das feuerfeste Mauerwerk eingebaut. Die Haltbarkeit der so gekühlten gemauerten Auskleidungen ist gering. Obgleich die erodierten Bereiche der Auskleidung nach jeder Stahlschmelze mit feuerfestem Material nachbewehrt werden, muß die gesamte Seitenwandauskleidung nach etwa 100 Schmelzungen, das entspricht einer Betriebsdauer von etwa zwei Wochen, vollständig ersetzt werden.

Schließlich wird nach der EP-A-00 29 416 eine Konstruktion für Lichtbogenöfen offenbart, die sich dadurch von dem oben geschilderten Stand der Technik unterscheidet, daß der Bereich des Ofens oberhalb der Schlackenzone und auch der Ofendeckel unmittelbar aus intern kühlbaren Baueinheiten zusammengesetzt ist, wobei diese nur den oberen Ofenteil konstruktiv bildenden wasserkastenartigen Baueinheiten ein System von Kanälen für eine Wasserdurchlaufkühlung beinhalten. Zum Schutze der Bauteile vor der Ofenhitze dienen an ankerartigen Halterungen befestigte Hitzefestmaterialien nicht näher bezeichneter Art.

Wie der erläuterte Stand der Technik in der Gesamtschau offenkundig werden läßt, sind eine Reihe von Erfordernissen im Zusammenhang mit einem sicheren, ökonomischen und gut steuerbaren Kühlbetrieb zur Kühlung von Seitenwänden metallurgischer Schmelzöfen und einem hinsichtlich der Seitenwandauskleidung möglichst verschleißarmen Ofenbetrieb wenigstens in Teilbereichen noch nicht zufriedenstellend gelöst. Derartige Unvollkommenheiten sind unter anderem ein unnötiger Wärmeabzug vom Ofen bei der Ofenwandkühlung, Schwierigkeiten bei der Konzentration der Kühlung auf die thermisch höchstbelasteten Gebiete der Ofenkammer, eine Explosionsgefahr bei auftretenden Undichtigkeiten eines inneren Flüssigkeits-Kühlsystems durch ein Eindringen des Kühlmittels in den Ofenschmelzraum; weitere bekannte Nachteile resultieren aus dem Erfordernis, im Falle von Reparaturen und Inspektionen eines inneren Kühlsystems für die hitzefeste Seitenwandauskleidung diese insgesamt demontieren zu müssen unter Hinnahme von hohen Ausfallzeiten für den Schmelzofen. Insbesondere weisen jedoch die bekannten metallurgischen Schmelzöfen, in denen Prozesse unter Ausbildung von Schlacken stattfinden, einen zu hohen erosiven Verschleiß der hitzefesten Seitenwandauskleidung auf, auch dann, wenn Kühlmaßnahmen unter Einsatz hohen technischen bzw. konstruktiven Aufwands zur Anwendung gelangen, die zur Ausbildung einer Schicht erstarrter Schlacke zum Schutz der Seitenwandauskleidung vor den Angriffen der flüssigen Schlacke führen.

Aufgabe der Erfindung ist es, für die Seitenwand eines eingangs bezeichneten metallurgischen Schmelzofens eine solche Anordnung von kühlbaren Baueinheiten zur Verfügung zu stellen, damit unabhängig von der Höhe des Schmelzstandes und damit auch des Schlackenniveaus die Ausbildung einer wirksamen Schutzschicht aus erstarrter Schlacke an der hitzefesten Auskleidung gewährleistet ist und außerdem zugleich die nach dem Stand der Technik bekannten ökonomischen und Betriebsnachteile vermieden bleiben.

Die Aufgabe wird gemäß der kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, wobei in den Unteransprüchen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bezeichnet sind.

Gemäß der Erfindung weist der dem Kontakt mit flüssiger Schlacke ausgesetzte obere Teil der Seitenwand einen Satz in Reihe angeordneter kühlkastenartiger Baueinheiten mit wenigstens einem inneren Kanal für die Zirkulation eines nichtexplosiven flüssigen Kühlmediums, welches vorzugsweise innerhalb eines Temperaturintervalls zwischen 200 bis 400°C arbeitet, auf. Diese Baueinheiten werden nachfolgend als durchlaufkühlbare oder durchlaufgekühlte Baueinheiten bezeichnet. An diesen ist an ihrer dem Ofeninneren zugewandte Seite eine hitzebeständige Auskleidung angeordnet, vorzugsweise aus Kohle, die gegenüber flüssiger Schlacke nicht beständig ist. Die Stärke der Kohleauskleidung ist so gewählt, daß bei normalem Schmelzofenbetrieb der Wärmefluß durch die Kohleauskleidung hoch genug ist, daß sich eine Schutzschicht aus geschmolzener Schlacke an der Oberfläche der Kohleauskleidung ausbilden kann.

Unterhalb dieser durchlaufkühlbaren Baueinheiten ist eine Mehrzahl anderer kühlkastenartiger Baueinheiten angeordnet, nämlich solche, die sich durch Verdampfung einer in ihr enthaltenen Flüssigkeit kühlen lassen. Diese nachfolgend als verdampfungskühlbare oder verdampfungsgekühlte Baueinheiten bezeichneten Baueinheiten reichen mit ihrem unteren Ende bis an die hitzefeste Bodenauskleidung des Ofens und grenzen oben an das untere Ende der durchlaufkühlbaren Baueinheiten an und setzten sich in einem oberen Fortsatz zusätzlich noch ein Stück nach oben fort. Das verdampfbare Kühlmedium hat einen Siedepunkt zwischen 0 und 500°C und steht in den verdampfungskühlbaren Baueinheiten wenigstens bis zu derjenigen Höhe, bei der die durchlaufkühlbaren Baueinheiten an die verdampfungskühlbaren Baueinheiten angrenzen. Im oberen Fortsatz der verdampfungskühlbaren Baueinheiten sind Kühlmittel, z. B. Kühlrohre oder Kühlschlangen, zur Kondensation verdampften Kühlmittels angeordnet. Auch die verdampfungskühlbaren Baueinheiten tragen an ihrer zum Inneren des Ofens weisenden Seite eine hitzefeste Auskleidung. Diese ist zwar gegen flüssiges Metall beständig, ebenso aber unbeständig gegenüber aggressiver flüssiger Schlacke.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Seitenwand einen zweiten Satz von verdampfungskühlbaren Baueinheiten auf, der sich an den ersten Satz der verdampfungskühlbaren Baueinheiten außen anschließt und im wesentlichen dessen Höhenniveau erreicht, wobei allerdings ein gewisser seitlicher Zwischenraum zwischen diesen beiden Sätzen von verdampfungskühlbaren Baueinheiten mit einem hitzefesten Material ausgefüllt ist. Vorzugsweise ist der äußere Satz der verdampfungskühlbaren Baueinheiten wie der innere Satz gebaut.

Im Bereich, in dem das untere Ende der durchlaufkühlbaren Baueinheiten und das obere Ende der verdampfungskühlbaren Baueinheiten aneinandergrenzen, ist vorzugsweise ein Metallring mit innerem Zirkulationskanal für eine Kühlflüssigkeit eingeordnet. Der Metallring ist vorzugsweise aus Kupfer gefertigt und vorgesehen, eine gute Kühlung des Übergangsbereiches zwischen den durchlaufgekühlten Baueinheiten und dem inneren Satz der verdampfungsgekühlten Baueinheiten zu gewährleisten.

Zur Bewirkung eines besonders guten thermischen Kontaktes zwischen den verdampfungskühlbaren Baueinheiten und ihrer die hitzefeste Auskleidung tragenden Seitenwand reichen von außerhalb des Ofens her Rohre durch die Baueinheiten bis an die ausgekleidete Wand, in der sie offen münden. Durch diese Rohre läßt sich nun ein thermisch gut leitfähiges Material, wie Kohle oder Graphitstaub, von Zeit zu Zeit einblasen, so daß sich Zwischenräume zwischen Baueinheit und Auskleidung und aufgetretene Aushöhlungen ausfüllen lassen. Auf diese Weise erzielt man einen dauerhaften guten mechanischen und thermischen Kontakt zwischen der Auskleidung und ihren Baueinheiten und demzufolge einen guten und gleichmäßigen Wärmefluß durch die Auskleidung.

Bei Inbetriebnahme des Ofens steigt die Temperatur sehr schnell auf die Siedetemperatur des in den verdampfungskühlbaren Baueinheiten eingeschlossenen Kühlmediums an. Das Kühlmedium beginnt zu verdampfen, der Dampf steigt in den oberen Teil der Baueinheit und wird dort an den eingebauten Kühlmitteln kondensiert, deren sie durchströmende Kühlflüssigkeit die Kondensationswärme abführt. Der kondensierte Dampf fließt zur Bodenflüssigkeit der Baueinheit zurück. Auf diese Weise wird in den verdampfungsgekühlten Baueinheiten eine praktisch konstante Temperatur, gleich der Siedetemperatur des Kühlmediums, aufrechterhalten, wobei sich Unterschiede in der Hitzebelastung der Baueinheiten nur in einer Änderung der Verdampfungsrate des Kühlmediums äußern.

Die Stärke oder Dicke der hitzefesten Auskleidung der verdampfungskühlbaren Baueinheiten ist dahin ausgelegt, daß sich bei Kontakt der Auskleidung mit flüssiger Schlacke eine Schicht erstarrter Schlacke an der Auskleidung ansetzt. Dadurch wird die hitzefeste Auskleidung vor dem Angriff aggressiver flüssiger Schlacke geschützt. Kommt amdererseits nun geschmolzenes Metall mit der erstarrten Schlackenschicht in Berührung, schmilzt wegen der hohen thermischen Leitfähigkeit des geschmolzenen Metalls die Schlackenschicht weg, und das geschmolzene Metall gelangt in unmittelbaren Kontakt mit der hitzefesten Auskleidung. Wegen des letztgenannten Umstandes ist es daher erforderlich, als Auskleidungsmaterial für die verdampfungsgekühlten Baueinheiten ein solches zu verwenden, das von geschmolzenem Metall nicht angegriffen wird.

Die Seitenwände gemäß der Erfindung lassen sich leicht errichten, da die Baueinheiten selbst den Ofenmantel bilden. Da jede Seitenwand aus Sätzen von Baueinheiten gebildet ist, kann jede einzelne Baueinheit herausgenommen und inspiziert und kontrolliert werden und ist gegebenenfalls durch eine neue Baueinheit sehr schnell ersetzbar. Tauscht man nun systematisch sämtliche kühlbaren Baueinheiten nach einer vorgegebenen Verwendungszeit aus, läßt sich das Auftreten von Leckstellen an den Baueinheiten vermeiden, so daß sich für die hitzefesten Seitenwandauskleidungen eine hohe Verwendungsdauer einstellt.

Nachfolgend wird die Erfindung nun für ein Ausführungsbeispiel anhand von Figuren näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine Seitenwand gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch die Seitenwand einer anderen Ausführungsform gemäß der Erfindung,

Fig. 3 die Draufsicht auf einen Horizontalschnitt gemäß Linie A-A von Fig. 2 und

Fig. 4 einen Vertikalschnitt durch eine verdampfungskühlbare Baueinheit gemäß der Erfindung.

In Fig. 1 ist der Schmelztiegel oder die Schmelzofenkammer eines Schmelzofens zur Herstellung von Metallen und Legierungen, beispielsweise Ferronickel, gezeigt. Bei derartigen Schmelzprozessen bildet sich über dem Boden des Ofens eine flüssige Phase aus geschmolzenem Metall oder geschmolzener Legierung mit darüber schwimmender flüssiger Schlackenphase aus. Da diese Art von Öfen diskontinuierlich abgelassen werden, bewegt sich also das Niveau der Metallphase in dem Ofen auf und ab, und zwar etwa in den in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 1 und 2 bezeichneten Grenzen. Die von den Höhen 1 und 2 bestimmte Wandfläche steht folglich abwechselnd einmal mit Metall und das andere Mal mit Schlacke in Berührung.

Der obere Teil der Seitenwand ist aus durchlaufkühlbaren Baueinheiten 3 aufgebaut. Die durchlaufkühlbaren Baueinheiten 3 enthalten innere Kanäle 4 für die Zirkulation eines nichtexplosiven flüssigen Kühlmediums, das vorzugsweise innerhalb eines Temperaturintervalls von 200 bis 400°C arbeitet. Die durchlaufkühlbaren Baueinheiten 3 sind mit Zuleitungsrohren 5 für die Versorgung mit flüssigem Kühlmedium ausgestattet. Das Kühlmedium seinerseits wird abseits des Ofens in nicht gezeigten Vorrichtungen gekühlt. Die durchlaufkühlbaren Baueinheiten 3 erstrecken sich vom Kopf der Schmelz- oder Ofenkammer bis herab zu einer Höhe gerade oberhalb des vorgesehenen Höchstspiegels 1 der Metallschmelze.

An der Innenseite der durchlaufkühlbaren Baueinheiten 3 ist eine hitzefeste Auskleidung 6, vorzugsweise aus Kohle, angeordnet. Die Stärke der Auskleidung 6 ist auf einen Wärmedurchfluß ausgelegt, der die Auskleidung 6 so kühl hält, daß sich bei normalem Ofenbetrieb eine Schicht erstarrter Schlacke an der Auskleidung 6 bildet, welche die durch flüssige Schlacke angreifbare Auskleidung 6 von der flüssigen Schlacke im Ofen trennt und so vor ihr schützt.

Der obere Teil der hitzefesten Seitenwandauskleidung erhält somit eine praktisch unbegrenzte Einsatzdauer.

Unterhalb der durchlaufkühlbaren Baueinheiten 3 befinden sich verdampfungskühlbare Baueinheiten 7. Der obere Fortsatz 8 der verdampfungskühlbaren Baueinheiten 7 liegt hinter den durchlaufkühlbaren Baueinheiten 3 und erstreckt sich von deren unterem Ende bis in einen Bereich darüber. Die verdampfungskühlbaren Baueinheiten 7 sind zur Aufnahme eines verdampfbaren, zwischen 0 und 500°C siedenden, Kühlmediums in geschlossenen inneren Kanälen bestimmt. Der Flüssigkeitsspiegel 9 des Kühlmediums in den verdampfungskühlbaren Baueinheiten 7 reicht wenigstens bis zur Höhe des unteren Endes der durchlaufkühlbaren Baueinheiten 3. Im Fortsatz 8 der verdampfungskühlbaren Baueinheiten 7 befinden sich Kondensationskühler 10. Diese bestehen aus einer Vielzahl von Rohren 10, in welchen ein flüssiges Kühlmedium zirkuliert, das den Kondensationskühlern 10 über Leitungen 11 zu- und über Leitungen 12 abgeführt wird. Die Aufgabe und Wirkung der Kondensationskühler 10 wird weiter unten näher beschrieben.

Die verdampfungskühlbaren Baueinheiten 7 tragen an ihrer Innenseite eine hitzefeste Auskleidung 13, welche gegenüber dem jeweils in dem Schmelzofen geschmolzenen Metall beständig ist. Wie nach Fig. 1 und oben aus der Beschreibung ersichtlich, kann zumindest der obere Teil der hitzefesten Auskleidung 13 abwechselnd in Kontakt entweder mit flüssiger Schlacke oder mit flüssigem Metall oder mit beiden stehen. Wie schon gesagt, ist die hitzefeste Auskleidung allerdings von aggressiver flüssiger Schlacke angreifbar. Im zusammengebauten Ofen ruhen die verdampfungskühlbaren Baueinheiten 7 und die hitzefeste Auskleidung 13 auf einer konventionellen hitzefesten Auskleidung 14 des Ofenbodens.

Ist der Schmelzofen in Betrieb, stellt sich ein durch die hitzefeste Auskleidung 13 radial nach auswärts gerichteter Wärmestrom ein. Sobald die Temperatur im Inneren der verdampfungskühlbaren Baueinheiten 7 den Siedepunkt des in deren Kanälen eingeschlossenen Kühlmediums erreicht hat, beginnt das Kühlmedium zu verdampfen und transportiert die von dem Dampf aufgenommene Verdampfungswärme in den oberen Fortsatz 8 der Baueinheiten 7. Dort wird der Dampf an den Kondensationsrohren 10 kondensiert, gibt die aufgenommene Verdampfungswärme an diese ab und fließt als Kondensat zur Flüssigkeit in den Baueinheiten 7 zurück, und die von den Kühlrohren 10 aufgenommene Kondensationswärme wird von dem in den Rohren 10 zirkulierenden Kühlmedium abgeführt. Dabei bleibt die Temperatur in den verdampfungsgekühlten Baueinheiten 7 stets konstant und ist unabhängig vom Wärmefluß durch die hitzefeste Auskleidung 13.

Ist die Stärke der hitzefesten Auskleidung 13 so gewählt, daß sich bei Berührung mit flüssiger Schlacke an der Auskleidung 13 eine Schicht von erstarrter Schlacke ausbilden kann, weist sie einen wirksamen Schutz vor dem Angriff aggressiver flüssiger Schlacke auf. Kommt die anliegende erstarrte Schlackenschicht nun mit der Metallschmelze zusammen, wird sie zwar weggeschmolzen und die Auskleidung gegenüber der Metallschmelze freigelegt, doch ist das unschädlich, da die hitzefeste Auskleidung gegenüber geschmolzenem Metall ja beständig ist. Gerät nun die Auskleidung 13 wieder mit flüssiger Schlacke in Berührung, bildet sich selbsttätig wieder die schützende erstarrte Schlackenschicht, so daß die Auskleidung 13 stets von der sie umgebenden flüssigen Phase unangreifbar ist und daher eine ausgesprochen lange Lebensdauer zu erwarten hat.

Gemäß der in Fig. 2 gezeigten Ausgestaltung der Erfindung weist die Seitenwand zusätzlich zu dem Konstruktionswerk aus den oben beschriebenen verdampfungskühlbaren Baueinheiten 7 ein weiteres, äußeres, Konstruktionswerk aus verdampfungskühlbaren Baueinheiten 15 auf. Beide Konstruktionswerke reichen im wesentlichen bis zur selben Höhe, doch nehmen die Baueinheiten 15 einen radialen Abstand zu den Baueinheiten 7 ein. Vorzugsweise ist der äußere Satz der verdampfungskühlbaren Baueinheiten 15 gegenüber dem inneren Satz der verdampfungskühlbaren Baueinheiten 7 seitwärts versetzt und der Ringraum zwischen dem inneren Satz der verdampfungskühlbaren Baueinheiten 7 und dem äußeren Satz der verdampfungskühlbaren Baueinheiten 15 mit einem hitzebeständigem Material 16 ausgefüllt. Der äußere Satz der verdampfungskühlbaren Baueinheiten 15 ist vorzugsweise von gleicher Bauart wie der innere Satz der verdampfungskühlbaren Baueinheiten 7, wobei die Baueinheiten 15 in ihrem oberen Fortsatz Kondensationsmittel 17 aufweisen. Die Aufgabe des äußeren Satzes der verdampfungskühlbaren Baueinheiten 15 liegt nun darin, als Sicherung und Reserveeinrichtung zu dienen, falls bei dem inneren Satz eines oder mehrerer der verdampfungskühlbaren Baueinheiten 7 ausfallen sollten. Bei normalem und ungestörtem Ofenbetrieb sind die verdampfungskühlbaren Baueinheiten 15 etwa bis zu der in Fig. 2 gezeigten Höhe mit einem verdampfbaren Kühlmedium gefüllt. Dabei wird wegen der Kühlwirkung des inneren Satzes der Baueinheiten 7 die Temperatur im äußeren Satz der Baueinheiten 15 normalerweise unterhalb des Siedepunktes des Kühlmediums in den Baueinheiten 15 bleiben, und der äußere Baueinheitensatz bleibt im Normalfall daher untätig. Fallen jedoch eines oder mehrere der inneren verdampfungskühlbaren Baueinheiten 7 aus, wird sich die Temperatur in der Seitenwand radial nach auswärts erhöhen, wobei dann eines oder mehrere der äußeren verdampfungskühlbaren Baueinheiten 15 in Tätigkeit treten und für eine ausreichende Kühlung sorgen.

Zur Erzielung einer ausreichenden Kühlung im Übergangsgebiet zwischen dem unteren Ende der durchlaufkühlbaren Baueinheiten 3 und den verdampfungskühlbaren Baueinheiten 7 enthält die Seitenwand vorzugsweise einen durch ein flüssiges Kühlmittel kühlbaren Metallring, der an der nach der Ofenseite weisenden Außenfläche der Baueinheiten 7 anliegt. Ein solcher flüssigkeitskühlbarer Metallring ist in Fig. 2 als Ring 19 gezeigt. Der Ring 19 kann unterteilt sein und enthält einen inneren Kanal 20 für die Zirkulation einer Kühlflüssigkeit. Nach einer bevorzugten Ausführungsform steht der Kühlmittelkanal 20 des Ringes 19 mit den Kühlrohren 10 der verdampfungskühlbaren Baueinheiten 7 in Verbindung, so daß die durch die Rohre 10 zirkulierende Kühlflüssigkeit zugleich auch durch den Kanal 20 zirkuliert. Der Ring 19 ist vorzugsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gefertigt.

Um zwischen der hitzebeständigen Auskleidung 13 und der dieser zugeordneten Wand der verdampfungskühlbaren Baueinheiten 7 einen guten thermischen Kontakt herzustellen und aufrecht zu erhalten, enthält nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Seitenwand Beschickungsrohre 21 (vgl. Fig. 4), welche durch die verdampfungskühlbaren Baueinheiten 7 von außen hindurchgeführt sind und an deren Übergang zur hitzefesten Auskleidung 13, zu dieser offen hin, enden. Diese Rohre 21 tragen an ihrem anderen, außen gelegenen Ende schließbare Ventile 22 und sind dort ferner mit einem Anschlußteil ausgerüstet, an das ein Schlauch oder dergleichen anschließbar ist, durch den und die Rohre 21 hindurch ein pulverförmiges, gut wärmeleitfähiges Material, vorzugsweise Kohlematerial, in den Übergangsbereich zwischen den Baueinheiten 7 und der Auskleidung 13 injiziert werden kann, um den mechanischen und damit thermischen Kontakt zwischen Baueinheit und Auskleidung zu erhöhen. Das Einblasen des pulverförmigen Materials läßt sich von Zeit zu Zeit wiederholen, so daß, sollten Zwischenräume vorliegen oder sich bilden, sich diese schließen lassen. Damit ist stets ein guter und stabiler Wärmetransport im gesamten Gebiet der verdampfungskühlbaren Baueinheiten 7 gewährleistet.

Die Seitenwände gemäß der Erfindung eignen sich sowohl für Rund- als auch für Rechtecköfen bzw. für Öfen mit sowohl gerundeten als auch über Eck laufenden Seitenwänden. Zur Erstellung einer Seitenwand gemäß der Erfindung werden die kühlbaren Baueinheiten 3 bzw. 7 jeweils Seite an Seite gesetzt und können auf jedwede bekannte Weise zusammengehalten werden, beispielsweise durch außen umlaufende Schienen oder Bänder.


Anspruch[de]
  1. 1. Seitenwand eines metallurgischen Schmelzofens für Prozesse unter Ausbildung von Schlacken, mit einer hitzefesten Auskleidung, wobei die Seitenwand unter Verwendung von Kühlkästen als Konstruktionsbauteilen gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß
    1. - die gesamte Seitenwandkonstruktion aus kühlkastenartigen Baueinheiten (3; 7) errichtet ist, wobei
    2. - der obere Bereich der Seitenwand aus einem Satz in Reihe angeordneter Baueinheiten (3) zusammengesetzt ist, die wenigstens einen inneren Kanal (4) für eine Durchlaufkühlung aufweisen (durchlaufkühlbare Baueinheiten),
    3. - der untere Bereich der Seitenwand aus einem Satz in Reihe angeordneter Baueinheiten (7) zusammengesetzt ist, die als gasdichte Hohlkörper ausgebildet sind und unten einen Speicherraum zur Aufnahme einer Flüssigkeit aufweisen und oben einen gekröpft angeordneten und sich bis in einen Bereich hinter die durchlaufkühlbaren Baueinheiten (3) hinauf erstreckenden Aufsatz (8) als Kondensationsraum übergehen, der mit Kühleinrichtungen (10) zur Kondensation verdampfter Flüssigkeit ausgerüstet ist (verdampfungskühlbare Baueinheiten), und
    4. - die Baueinheiten (3) mit einem hitzefesten Auskleidungsteil (6) und die Baueinheiten (7) mit einem hitzefesten Auskleidungsteil (13) in der Weise ausgerüstet sind, daß der Verbund der Auskleidungsteile (6, 13) ein in sich geschlossenes Auskleidungsfutter ergibt, auf dem sich eine Schicht aus erstarrter Schlacke ausbilden kann.
  2. 2. Seitenwand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im horizontalen Übergangsbereich, in dem die durchlaufkühlbaren Baueinheiten (3) und deren Auskleidung (6) an den verdampfungskühlbaren Baueinheiten (7) und deren Auskleidung (13) aneinandergrenzen, ein in die Seitenwand eingeordnetes, in sich geschlossenes Kühlglied (19) mit einem inneren Kanal (20) für eine Durchlaufkühlung vorgesehen ist.
  3. 3. Seitenwand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie ringförmig ausgebildet ist und daß das Kühlglied (19) als insbesondere aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gefertigter Ringkanal ausgebildet ist.
  4. 4. Seitenwand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der verdampfungskühlbaren Baueinheiten (7) von einem Beschickungsrohr (21) für pulverförmige Materialien durchsetzt ist, das von außerhalb der Baueinheit (7) in diese eintritt und in der dem Ofeninneren zugelegenen Wand der Baueinheit (7) nach außen bzw. zur Auskleidung (6) hin offen endet.
  5. 5. Seitenwand nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die hitzefeste Auskleidung (6) der Baueinheiten (3) und/oder die hitzefeste Auskleidung (13) der Baueinheiten (7) aus Kohlematerial gebildet ist.
  6. 6. Seitenwand nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen um den Satz der verdampfungskühlbaren Baueinheiten (7) außen herum angeordneten zweiten Satz von verdampfungskühlbaren Baueinheiten (15), die einen gekröpft angeordneten Aufsatz (8&min;) mit Kühleinrichtungen (17) tragen.
  7. 7. Seitenwand nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Satz der verdampfungskühlbaren Baueinheiten (15) mit seitlichem Abstand zu dem inneren Satz der verdampfungskühlbaren Baueinheiten (7) angeordnet ist, wobei der zwischen den beiden Sätzen von Baueinheiten (7; 15) ausgebildete Raum mit einem hitzefesten und thermisch gut leitfähigen Material ausgefüllt ist.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com