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Dokumentenidentifikation DE60302581T2 14.06.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001525425
Titel KÜHLELEMENT
Anmelder Outokumpu Oyj, Espoo, FI
Erfinder SAARINEN, Risto, FIN-02210 Espoo, FI;
HUGG, Eero, FIN-02200 Espoo, FI;
SEPPÄLÄ, Kai, FIN-02230 Espoo, FI
Vertreter Zipse & Habersack, 80639 München
DE-Aktenzeichen 60302581
Vertragsstaaten AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, RO, SE, SI
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 17.07.2003
EP-Aktenzeichen 037405248
WO-Anmeldetag 17.07.2003
PCT-Aktenzeichen PCT/FI03/00571
WO-Veröffentlichungsnummer 0004011866
WO-Veröffentlichungsdatum 05.02.2004
EP-Offenlegungsdatum 27.04.2005
EP date of grant 30.11.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 14.06.2006
IPC-Hauptklasse F27D 1/12(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse F27D 9/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   C21B 7/10(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kühlelements sowie ein Kühlelement.

In Verbindung mit Industrie-Reaktoren, insbesondere bei für Metall-Verfahren verwendete Reaktoren, wie beispielsweise Schwebeschmelz-Öfen, Hochöfen und elektrische Brennöfen, werden massive Kühlelemente verwendet, die normalerweise aus Kupfer gefertigt sind. Typische Kühlelemente sind wassergekühlt und demzufolge mit einem Kühlwasser-Kanalsystem versehen. In pyrometallurgischen Verfahren sind die Reaktor-Auskleidungen geschützt, so dass die auf die Auskleidungs-Oberflächen gerichtete Abwärme durch das Kühlelement auf Wasser übertragen wird, in welchem Fall der Verschleiß der Auskleidung im Vergleich zu einem nicht gekühlten Reaktor wesentlich reduziert ist. Die Verschleißreduktion wird durch eine sogenannte autogene Auskleidungsschicht erhalten, die auf der Oberfläche der feuerfesten Auskleidung verfestigt ist, welche autogene Schicht aus Schlacke und anderen Substanzen. gebildet ist, die sich aus den Schmelzphasen abscheidet.

Auf der Oberfläche des Kühlelements ist oft eine Keramik-Wandung angeordnet, beispielsweise aus feuerfestem Stein. Die in dem Reaktor vorherrschenden Arbeitsbedingungen sind extrem, wobei die Kühlelemente beispielsweise einer starken Korrosion sowie einer Erosions-Belastung unterworfen sind, die durch die Ofen-Atmosphäre und durch die Schmelzkontakte verursacht werden. Um einen wirksamen Betrieb des Kühlelements zu erhalten, ist es wichtig, dass die Verbindung zwischen dem feuerfesten Stein und dem Kühlelement eine gute Verbindung ist, so dass ein Kontakt mit wirksamer Wärmeübertragung vorliegt. Allerdings tendiert die Auskleidung dazu, im Laufe der Zeit auszudünnen, was zu einer Situation führen kann, in der das geschmolzene Metall mit der Oberfläche des aus Kupfer gefertigten Kühlelements in Kontakt kommt.

Die Schwierigkeit bei der Produktion bekannter Kühlelemente liegt darin, einen guten Kontakt zwischen der feuerfesten Auskleidung und dem Kühlelement zu erhalten. Die Schutzwirkung der feuerfesten Auskleidung hängt in hohem Maße von einer erfolgreichen Installation ab, wobei in den meisten Fällen die Kühleigenschaften des Elements nicht völlig genutzt werden können. Ferner liegt ein Nachteil bei bekannten Kühlelementen in der Tatsache, dass die zur Festlegung des feuerfesten Materials gefertigten Vertiefungen horizontal in dem Ofen positioniert sind. Die Bewegung, die durch die thermische Ausdehnung des tragenden Ziegelwerks, das im Ofenboden verwendet wird, verursacht wird, wie auch die Bewegung der in den sich am Ofenboden ansammelnden Kristallansätze verursachen Spannungen in den Auskleidungen, die sich in den horizontalen Vertiefungen wiederfinden, was zu einem Verschieben des Kühlelements und zur Bildung schädlicher Risse führen kann. Überdies beinhalten die aus mehreren Teilen gefertigten Kühlelemente eine große Anzahl horizontaler Fugen, an denen schädliche Leckagen auftreten können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine neue Lösung zur Herstellung eines Kühlelements aufzuzeigen, wie auch ein Kühlelement. Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt in der Umsetzung eines Kühlelements, bei dem ein guter Kontakt zwischen der feuerfesten Auskleidung und dem Kühlelement-Gehäuse vorgesehen ist.

Die Erfindung ist durch den Kennzeichnungsteil von Anspruch 1 gekennzeichnet. Andere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den anderen Ansprüchen gekennzeichnet.

Die erfindungsgemäße Lösung hat mehrere Vorteile, wobei mittels der Erfindung Nachteile im Stand der Technik vermieden werden können. Die Struktur des erfindungsgemäßen Kühlelements ermöglicht einen guten Wärmeübertrag zwischen dem das Kühlelement umfassenden Gehäuse und der aus einem feuerfesten Material gefertigten Auskleidung. Das Gehäuse ist vorzugsweise aus einem einzelnen Stück gefertigt, so dass Fugen in der Struktur vermieden sind. Das Gehäuse und die Auskleidungs-Elemente stehen in Kombination miteinander, so dass sich die feuerfesten Auskleidungs-Elemente in vorteilhafter Weise mit Bezug auf das Gehäuse in der Vertikalrichtung bewegen können. Damit ist die Tendenz eliminiert, dass auf dem Ofenboden sich ansammelnde Ansätze das gesamte Kühlelement bewegen. Auf der Oberfläche des Gehäuses sind vertikale Vertiefungen vorgesehen, in die die aus einem feuerfesten Material gefertigten Auskleidungs-Elemente aufgrund ihrer kragenähnlichen Randteile einpassbar sind. Eine Vertiefung ist vorteilhafterweise so ausgestaltet, dass sie sich von dem Boden der Vertiefung in Richtung zur Oberfläche verjüngt. Diese Gestalt der Vertiefungen verhilft dazu, die Auskleidungs-Elemente in dem Gehäuse festzulegen und sie gewährleistet einen guten Wärmeübertrag zwischen den Oberflächen. In vorteilhafter Weise ist das Kühlelement in dem Ofen installiert, derart, dass die Vertiefungen in der Vertikalrichtung angeordnet sind. Der Bodenteil des in dem Kühlelement vorgesehenen Gehäuses verjüngt sich nach unten hin, in welchem Fall seine Form vorzugsweise der Form des auf dem Ofenboden vorgesehenen Stützblocks entspricht. Demzufolge ist der Effekt von durch die thermische Ausdehnung der Stützblöcke in dem Kühlelement verursachten Bewegungen gedämpft.

Das Kühlelement kann als eine gebrauchsfertige Struktur hergestellt sein, bevor es in dem Ofen installiert wird. Alternativ kann das Gehäuse-Teil und die Auskleidungs-Elemente vor Ort und Stelle gleichzeitig zur Installation des Kühlelements in dem Ofen hergestellt werden. Das Kühlelement ist einfach und wirtschaftlich herzustellen, es ist schnell installiert und hilft damit die für die Ofen-Reparaturen erforderliche Zeit zu verkürzen. In der Tiefen-Richtung des Kühlelements erstrecken sich die Auskleidungs-Elemente bis außerhalb des Gehäuse-Teils, in welchem Fall sie die Kühlelementstruktur besser schützen und folglich thermische Verluste in dem Ofen reduzieren. Vorzugsweise überdecken die Auskleidungs-Elemente die gesamte Oberfläche des Gehäuses, so dass die Kupfer-Oberfläche des Kühlelements mit der Schmelze nicht in Kontakt gerät. Die erfindungsgemäßen Kühlelemente sind an den in den Elementen versehenen Verbindungsstellen miteinander verbunden, so dass in einer in der Verbindungsstelle gebildeten zusätzlichen Vertiefung Auskleidungselemente in der Vertikalrichtung angeordnet sind. Damit ist die Fuge vorteilhaft überdeckt. In dem erfindungsgemäßen Kühlelement sind horizontale Fugen vermieden, die schwerwiegende Schmelz-Leckagen verursachen könnten. Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Kühlelement-Struktur ist es möglich, die Verwendung eines Löt-Verbindungsmaterials zwischen dem Gehäuse und der Auskleidung zu verwenden.

Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen im Detail näher erläutert. In diesen zeigen

1a, 1b und 1c ein erfindungsgemäßes Kühlelement,

2 die Verbindung der Kühlelemente.

Die 1a, 1b und 1c veranschaulichen ein erfindungsgemäßes Kühlelement 1, das für den Einsatz von beispielsweise in der Wandstruktur eines Schwebeschmelzofens geeignet ist. 1a ist die Darstellung einer Frontansicht des Elements, 1b ist eine Seitendarstellung und 1c eine Draufsicht. Das Kühlelement 1 umfasst ein Kupfergehäuse 2, das aus einem einzelnen Stück gefertigt ist, und in dem ein Kanalsystem 3 für die Zirkulation des Kühlmediums ausgebildet ist. Das Kühlelement umfasst darüber hinaus eine ausreichende Anzahl von Auskleidungselementen 4, die aus einem feuerfesten Material, wie beispielsweise aus Chrom-Magnesit-Stein sind, welche Auskleidungselemente mit dem Gehäuse 2 verbunden sind. Das Gehäuse und die Auskleidungselemente sind mit Elementen versehen, um diese miteinander zu verbinden. Auf der Oberfläche 8 des Gehäuses sind vertikale Vertiefungen 5 ausgebildet, in denen die Auskleidungselemente 4 in der Vertikalrichtung aufeinanderliegend positioniert sind, so dass die gesamte Vertiefung in der Vertikalrichtung des Kühlelements innerhalb des Bereiches verfüllt ist, in denen das Kühlelement mit der Schmelze in Kontakt steht. Das Auskleidungselement 4 und das Gehäuse 2 sind miteinander kombiniert, so dass die Auskleidungselemente 4 sich in der Vertikalrichtung mit Bezug auf das Gehäuse 2 bewegen können. Eine transversale Bewegung kann nicht auftreten, weil die Vertiefungen in der Vertikalrichtung angeordnet sind. Zwischen dem Auskleidungselement und dem Gehäuse wird ein guter Wärmeübertrag erhalten.

Das Auskleidungselement ist mit einem auskragenden, armähnlichen Randteil 6 versehen, auf der Seite, wo es an dem Gehäuse festliegt. Das Gehäuse 2 hat Vertiefungen 5, deren Gestalt den armähnlichen Randteilen 6 des Auskleidungselements entsprechen, so dass sich die Vertiefungen von dem Boden der Vertiefung 7 in Richtung zur Oberfläche 8 des Gehäuses verjüngen. Das Auskleidungselement 4 ist mit dem Kupfergehäuse 2 verbunden, so dass die Randteile 6 des Auskleidungselements in den Vertiefungen 5 des Gehäuses eingesetzt sind. Das bedeutet, dass die Auskleidungselemente sicher an dem Gehäuse festgelegt sind. Gemäß einem Beispiel, bei dem die Breite des Vertiefungs-Bodens im Wesentlichen 74 mm beträgt, ist die Breite der Vertiefungsöffnung 9 im Wesentlichen 68 mm und die Tiefe in der Vertiefung beträgt im Wesentlichen 36 mm. Unter Anwendung dieser Dimensionen wird ein Kühlelement erhalten, das aus produktionstechnischer Hinsicht funktional und vorteilhaft ist.

In 2 ist eine Verbindung separater Kühlelemente 1 dargestellt. Ein Kühlelement 1 ist in dem Ofen angeordnet, derart, dass die Vertiefungen 5 in der Vertikalrichtung positioniert sind. Der Bodenteil 10 eines Gehäuses gemäß des Beispiels ist nach unten hin verjüngt. Damit entspricht dieser vorteilhafterweise der Gestalt des auf dem Sedimentboden angeordneten Stützblocks. Der Bodenteil des Gehäuses gelangt mit der Schmelze nicht in Kontakt, weshalb er keine feuerfeste Auskleidung hat. Gemäß dem Beispiel werden die Auskleidungselemente 4 mit dem Gehäuse 2 verbunden, bevor das Kühlelement in dem Ofen installiert wird. Diese Vorgehensweise beschleunigt den Installationsprozess, da ein bereits zuvor zusammengesetztes Element in der Trägerstruktur des Ofens installiert wird. Das Kühlelement kann auch derart in dem Ofen installiert werden, dass zunächst das Gehäuse in der Ofenstruktur installiert wird und nachfolgend die Auskleidungselemente verbunden werden. In der Tiefen-Richtung erstrecken sich die Auskleidungselemente 4 des Kühlelements außerhalb des Gehäuses 2. Überdies überdecken die Auskleidungselemente 4 die gesamte Oberfläche 8 des Gehäuses, das mit der Schmelze in Kontakt kommt. Dadurch ist ihre Isolier-Wirkung verbessert und die Oberfläche des Kupfergehäuses gerät mit der Schmelze nicht in Kontakt. Die einzelnen Kühlelemente sind an den in den Elementen platzierten Verbindungsstellen 11 miteinander verbunden, was bedeutet, dass bei Bedarf eine Struktur geschaffen sein kann, die so breit ist wie die gesamte Ofenwand. Wenn die separaten Kühlelemente miteinander verbunden werden, wird aufgrund der Gestalt der Verbindungsstellen 11 eine zusätzliche Vertiefung 12 geschaffen, die in ihrer Gestalt der Form der armähnlichen Randteile 6 des Auskleidungselements entsprechen. Somit wird die Fuge zwischen Kühlelementen in vorteilhafter Weise durch zusätzliche Auskleidungselemente 13 überdeckt. Nach dem Festlegen der separaten Kühlelemente aneinander sind die obersten Auskleidungselemente in den vertikalen Vertiefungen 5 platziert. Sie können ebenso auch an Ort und Stelle bereits zu einem früheren Zeitpunkt installiert werden.

Für den Fachmann ist klar, dass verschiedene bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung nicht an die oben beschriebenen Beispiele gebunden sind, jedoch innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche variieren können.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Herstellung eines Kühlelements (1) für die Verwendung in der Struktur eines in Metall-Prozessen verwendeten Ofens, wie beispielsweise eines Schwebeschmelz-Ofens, eines Hochofens, eines elektrischen Ofens oder eines anderen metallurgischen Reaktors, welches Kühlelement ein Kupfergehäuse (2) aufweist, das aus einem einzelnen Stück gefertigt ist, in welchem Gehäuse ein Kanalsystem (3) für die Zirkulation des Kühlmediums ausgebildet ist, ferner aus feuerfestem Material gefertigte Auskleidungselemente (4), wobei das Gehäuse und das Auskleidungselement Mittel umfassen, um diese miteinander zu verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass das Auskleidungselement (4) und das Gehäuse (2) verbunden sind, so dass sich das Auskleidungselement (4) mit Bezug auf das Gehäuse (2) in der Vertikalrichtung bewegen kann.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Oberfläche (8) des Gehäuses vertikale Vertiefungen (5) angeordnet sind, in denen die Auskleidungselemente (4) angeordnet sind.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Auskleidungselement (4) ein armähnliches Randteil (6) angeordnet ist, das in die in dem Gehäuse vorgesehene Vertiefung (5) einpassbar ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der auf der Oberfläche (8) des Gehäuses vorgesehenen vertikalen Vertiefung (5) Auskleidungselemente über die gesamte Ausdehnung der Vertiefung angeordnet werden, so dass die Auskleidungselemente eines auf dem anderen platziert sind.
  5. Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die in dem Gehäuse (2) angeordnete Vertiefung (5) von dem Boden (7) der Vertiefung in Richtung zur Oberfläche (8) des Gehäuses verjüngt.
  6. Verfahren nach Anspruch 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdehnung des Vertiefungs-Bodens (7) im Wesentlichen 55–100 mm beträgt.
  7. Verfahren nach Anspruch 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Vertiefungsöffnung (9) im Wesentlichen 50–95 mm beträgt.
  8. Verfahren nach Anspruch 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der Vertiefung (5) im Wesentlichen 30–60 mm beträgt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2–8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (1) in dem Ofen angeordnet ist, so dass die Vertiefungen (5) in der Vertikalrichtung positioniert sind.
  10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bodenteil (10) des Gehäuses (2) sich nach unten verjüngt.
  11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskleidungselemente (4) mit dem Gehäuse (2) verbunden werden, bevor das Kühlelement in dem Ofen installiert wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskleidungselemente (4) mit dem Gehäuse (2) verbunden werden, nachdem das Gehäuse in dem Ofen installiert wurde.
  13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Auskleidungselemente (4) in der Tiefenrichtung des Kühlelements bis außerhalb des Gehäuses (2) erstrecken.
  14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskleidungselemente (4) diejenige Oberfläche (8) des Gehäuses (2) vollständig überdecken, die mit der Schmelze in Kontakt kommt.
  15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlelemente (1) an den Verbindungsstellen (11) miteinander verbunden sind, die in den Elementen vorgesehen sind.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in der an der Verbindungsstelle (11) gebildeten zusätzlichen Vertiefung (12) Auskleidungselemente in der Vertikalrichtung platziert sind.
  17. Kühlelement (1) zur Verwendung in der Struktur eines in einem Metallprozess verwendeten Ofens, wie beispielsweise einem Schwebeschmelz-Ofen, einem Hochofen, einem elektrischen Ofen oder einem anderen metallurgischen Reaktor, wobei das Kühlelement

    – ein Kupfergehäuse (2) aufweist, das aus einem einzelnen Stück gefertigt ist, in welchem Gehäuse ein Kanalsystem (3) für die Zirkulation des Kühlmediums ausgebildet ist,

    – Auskleidungselemente (4) aus einem feuerfesten Material, wobei das Gehäuse und das Auskleidungselement Mittel aufweisen, um diese miteinander zu verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass das Auskleidungselement (4) und das Gehäuse (2) verbunden sind, so dass das Auskleidungselement (4) in der Vertikalrichtung mit Bezug auf das Gehäuse (2) bewegbar ist.
  18. Kühlelement nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberfläche (8) des Gehäuses vertikale Vertiefungen (5) angeordnet sind, in denen die Auskleidungselemente (4) platziert sind.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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