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Dokumentenidentifikation DE60124518T2 08.03.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001272802
Titel HERSTELLUNGSVERFAHREN EINES KÜHLELEMENTS UND KÜHLELEMENT
Anmelder Outokumpu Technology Oyj, Espoo, FI
Erfinder SAARINEN, Risto, FIN-02200 Espoo, FI;
LEPPÄNEN, Yrjö, FIN-28100 Pori, FI
Vertreter Zipse Habersack Kritzenberger, 80639 München
DE-Aktenzeichen 60124518
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 21.03.2001
EP-Aktenzeichen 019214014
WO-Anmeldetag 21.03.2001
PCT-Aktenzeichen PCT/FI01/00280
WO-Veröffentlichungsnummer 2001071267
WO-Veröffentlichungsdatum 27.09.2001
EP-Offenlegungsdatum 08.01.2003
EP date of grant 15.11.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.03.2007
IPC-Hauptklasse F27D 1/12(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kühlelements gemäß dem Oberbegriff des beigefügten Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft auch ein Kühlelement.

In Verbindung mit Industrieöfen, wie beispielsweise Schwebeschmelzöfen, Hochöfen oder elektrischen Öfen zur Verwendung bei der Herstellung von Metallen oder in Verbindung mit anderen metallurgischen Reaktoren, werden Kühlelemente verwendet, die typischerweise hauptsächlich aus Kupfer gefertigt sind. Auf der Oberfläche des Kühlelements ist oft eine keramische Auskleidung angeordnet, beispielsweise aus feuerfestem Ziegelwerk. Die Kühlelemente sind typischerweise wassergekühlt und demzufolge mit einem Kühlwasser-Kanalsystem versehen, so dass die Wärme von den feuerfesten Ziegeln durch das Gehäuse des Kühlelements an das Kühlwasser übertragen wird. Die Kühlelemente sind extremen Arbeitsbedingungen unterworfen, wo sie einer starken Korrosion und Abnutzungsbelastung unterliegen, was durch die Ofenatmosphäre oder durch Kontakte mit dem geschmolzenen Material bedingt ist. Für eine wirksame Betriebsweise des Kühlelements ist es wichtig, dass die Verbindung zwischen dem feuerfesten Mauerwerk und dem Kühlelement gut ist, in welchem Fall ein wirksamer Wärmeübertragungs-Kontakt erhalten wird. Ein Nachteil bei der Herstellung bekannter Kühlelemente ist die Komplexität der Herstellungsverfahren hinsichtlich der Anbringung der keramischen feuerfesten Auskleidung und der Schwierigkeit, einen guten Kontakt zwischen der keramischen Auskleidung und dem Element zu erhalten. Demzufolge können Kühleigenschaften des Elements nicht vollständig genutzt werden. Dieses wiederum führt zu einem beschleunigten Verschleiß der Auskleidung.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines Kühlelements zu realisieren, durch welches Verfahren die Nachteile im Stand der Technik vermieden werden können. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kühlelement zu realisieren, das einen guten Kontakt zwischen der keramischen Auskleidung und dem Element-Gehäuse hat.

Die Erfindung ist durch das gezeichnet, was in den beigefügten Ansprüchen spezifiziert ist.

Die erfindungsgemäße Anordnung hat mehrere beträchtliche Vorteile. Gemäß dem Verfahren wird ein extrem guter Kontakt zwischen den keramischen Auskleidungselementen und dem Kühlelement-Gehäuse erhalten. Das hält die Temperatur auf der Seite des Ofens des Kühlelements sowie der keramischen Teile, wie beispielsweise den feuerfesten Ziegeln ausreichend niedrig, so dass auf der Element-Oberfläche eine so genannte autogene Auskleidung geschaffen wird, die u.a. oxidische und/oder sulfidsche geschmolzene Bestandteile umfasst. Damit ist u. a. der Verschleiß des Mauerwerks wesentlich verlangsamt und die Lebensdauer des Kühlelements ist erhöht. Das erfindungsgemäße Verfahren ist ebenso hinsichtlich der Herstellungstechnik vorteilhaft.

Die Erfindung wird nachfolgend im größeren Detail mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der

1 das Kühlelement gemäß der Erfindung darstellt, wie es im Querschnitt zu sehen ist.

Das Kühlelement gemäß der Erfindung umfasst ein Gehäuseteil 1, das mit einem Kanalsystem 4 für die Kühlwasserzirkulation und einer Auskleidung aus keramischen Elementen 2 versehen ist, die zumindest an einem Teil der Oberfläche des Gehäuseteils angeordnet sind. Die Elemente 2 der keramischen Auskleidung sind an dem Gehäuseteil 1 mit Hilfe eines Lötmittels befestigt, derart, dass daraus ein guter thermischer Kontakt zwischen dem keramischen Teil und dem Gehäuseteil resultiert. Das Gehäuseteil 1 des Kühlelements ist z.B. typischerweise aus Kupfer gefertigt. Vorteilhafterweise ist das Gehäuseteil 1 des Kühlelements beispielsweise mittels Guss, wie z.B. durch Tiefziehen gefertigt. Das Gehäuseteil ist mit einem Kanalsystem 6 für die Kühlwasserzirkulation versehen. Typischerweise wird das Kanalsystem 4 durch Verarbeitung vorgesehen, beispielsweise durch Bohren, oder in Verbindung mit dem Guss. Mindestens eine der Oberflächen des Gehäuseteils 1 ist mit Nuten 3 versehen, wo Elemente 2 der keramischen Auskleidung angeordnet sind, typischerweise feuerfeste Ziegel. Zwischen den Gehäuseteilen 1 des Kühlelements und den Keramikelementen 2 liegt eine Verbindung vor, die einen guten thermischen Kontakt mittels eines Lötmittels ermöglicht. Die keramischen Elemente 2 sind dazu bestimmt, in den Nuten aufgrund ihrer Gestalt festsitzend gehalten zu werden, wenn das Element in einer Position ist, bei dem sich die Nut nach unten öffnet. Die Nuten 3 können z.B. am Nutboden in Richtung zu der Elementoberfläche verjüngt sein, in welchem Fall die Nutbreite W1 am Nutboden größer ist als die Nutbreite W2 am Oberflächenniveau. Bei einer typischen Ausführungsform beträgt die Breite W2 am Oberflächenniveau des Gehäuseteils 2–10 mm weniger als die Nutbreite W1 am Nutboden. Die dimensionale Toleranz zwischen den Nuten 3 und den Elementen 2 der keramischen Auskleidung ist so bestimmt, dass die keramischen Elemente 2 in die Nuten 3 an den Enden von der Seite des Element-Gehäuseteils eingesetzt werden können. Zwischen den keramischen Elementen 2 und dem Gehäuseteil 1 ist zumindest an den Verbindungsoberflächen eine Zwischenschicht aus Lötmittel vorgesehen, das eine Schmelztemperatur hat, die geringer als die Schmelztemperatur der zu verbindenden Teile ist. Das Lötmittel kann an die Verbindungsstelle z.B. in der Form einer Folie oder Pulver gebracht werden. Das Lötmittel kann in ebenso geeigneter Weise in zumindest einem der zu verbindenden Teile mit umfasst sein. Beispielsweise können die Elemente einer keramischen Auskleidung eine Schicht von Lötmittel auf der Verbindungsoberfläche umfassen, in welchem Fall diese Elemente in das geschmolzene Lötmittel eingetaucht werden, bevor sie in den Nuten des Gehäuseteiles installiert werden. In diesem Fall ist in der Oberfläche des keramischen Auskleidungselementes eine Lötmittelschicht absorbiert. Das Lötmittel kann z.B. eine auf Kupfer basierende Legierung mit einer Schmelztemperatur im Bereich von 400–700° C sein.

Wenn die keramischen Auskleidungs-Elemente 2, z.B. feuerfeste Ziegel, und das Lötmittel in der Nut angeordnet sind, wird zumindest der Verbindungsbereich der miteinander zu verbindenden Stücke auf eine Temperatur erwärmt, bei der das Lötmittel schmilzt und einen guten thermischen Kontakt zwischen den Ziegeln und dem Gehäuseteil schafft. Es ist ebenso möglich, während des Heizverfahrens mehr Lötmittel an den Verbindungsbereich zu bringen. Das Aufwärmen kann im gleichen Schritt ausgeführt werden, wie beim Fertigen einer mögliche Blocken-Verbindung des Kühlkanals.

Die erfindungsgemäßen Kühlelemente können in verschiedenen Applikationen verwendet werden. Ein typischer Einsatz für die Verwendung des erfindungsgemäßen Kühlelements ist beispielsweise am Dach des unteren Ofens in einem Schwebeschmelzofen. Hier verhindert die Gestalt der in den Kühlelementen gefertigten Nuten, dass die keramischen Auskleidungselemente aus den Nuten herausfallen, obwohl das Element so installiert ist, dass die Auskleidungsseite nach unten zeigt. Die Nuten müssen nicht sehr verjüngt werden, weil die Temperatur der Elemente auf der Ofenseite höher ist als die Temperatur auf derjenigen Seite, die von dem Ofen weggerichtet ist, in welchem Fall eine thermische Expansion eine Druckspannung auf die Oberfläche ausübt, die auf der Ofenseite vorliegt. Typische Messungen für ein erfindungsgemäßes Kühlelement: Breite: 0,25–1 m, Länge 1–2 m, und Dicke des Gehäuseteils 100–200 mm, wobei die Dicke der genuteten Teile in etwa die Hälfte bilden.


Anspruch[de]
Verfahren zum Herstellen eines Kühlelements aufweisend ein Gehäuseteil und keramische Auskleidungselemente, die auf der Oberfläche des Gehäuseteils angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die keramischen Auskleidungselemente (2) mit dem Element-Gehäuseteil (1), das im Wesentlichen aus Kupfer gefertigt ist, durch Verwendung eines Lötmittels in der Verbindung zwischen den Auskleidungselementen und dem Gehäuseteil verbunden sind, wobei zumindest der Verbindungsbereich auf zumindest die Schmelztemperatur des Lötmittels erwärmt wird, so dass eine Verbindung mit einem guten thermischen Kontakt mit dem Element-Gehäuseteil (1) und den keramischen Auskleidungselementen (2) geschaffen wird, und die Oberfläche des Kühlelement-Gehäuseteils (1) mit Nuten versehen ist, in denen die keramischen Auskleidungselemente (2) eingepasst sind. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die keramischen Auskleidungselemente (2) feuerfeste Ziegel sind. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lötmittel separat an den Verbindungsbereich gebracht wird, beispielsweise in der Form von Puder oder einer Folie. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass das Lötmittel an den Verbindungsbereich zusammen mit den zusammenzufügenden Stücken gebracht wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass an den keramischen Auskleidungselementen (2), zumindest an der Verbindungsoberfläche davon, mindestens eine Mittelschicht dazwischen vorgesehen ist, wie beispielsweise eine Metallschicht oder eine Lötmittelschicht, bevor die Elemente an den Verbindungsbereich gebracht werden. Kühlelement, aufweisend ein Gehäuseteil (1), der mit einem Kanalsystem für die Kühlwasserzirkulation versehen ist, eine aus keramischen Elementen (2) gefertigte Auskleidung an zumindest einem Teil der Gehäuseteil-Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass die keramischen Auskleidungs-Elemente (2) mit Hilfe eines Lötmittels mit dem hauptsächlich aus Kupfer gefertigten Gehäuseteil (1) verbunden sind, derart, dass daraus ein guter thermischer Kontakt zwischen dem keramischen Element und dem Gehäuseteil resultiert, und die Oberfläche des Kühlelement-Gehäuseteils (1) mit Nuten (3) versehen ist, in denen die keramischen Auskleidungselemente (2) eingepasst sind. Kühlelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die keramischen Auskleidungselemente (2) in den Nuten (3) durch eine formschließende Weise fest gehalten sind, wenn das Element in einer Position ist, bei der sich die Nut nach unten öffnet. Kühlelement nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (W1, W2) zwischen den gegenüberliegenden Wänden der Gehäuseteil-Nuten (3) reduziert ist, wenn man sich vom Boden der Nuten in Richtung zur Oberfläche des Gehäuseteils bewegt.






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