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Dokumentenidentifikation DE69535241T2 06.06.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0000741853
Titel INTERNER REFRAKTÄRKÜHLER
Anmelder The University of Melbourne, Parkville, Victoria, AU;
WMC Resources Ltd., Melbourne, AU
Erfinder GRAY, Neil Boon, North Balwyn, VIC 3104, AU;
HARRIS, Jonathan Alan, Townsville, QLD 4811, AU;
LEGGETT, Anthony Regnar, East Brunswick, VIC 3057, AU;
ELLIOTT, Barry John, Kalgoorlie, W.A. 6430, AU
Vertreter Gille Hrabal Struck Neidlein Prop Roos, 40593 Düsseldorf
DE-Aktenzeichen 69535241
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, DK, ES, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 16.02.1995
EP-Aktenzeichen 959095795
WO-Anmeldetag 16.02.1995
PCT-Aktenzeichen PCT/AU95/00074
WO-Veröffentlichungsnummer 1995022732
WO-Veröffentlichungsdatum 24.08.1995
EP-Offenlegungsdatum 13.11.1996
EP date of grant 27.09.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.06.2007
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   F27B 1/24(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung befasst sich mit Wandauskleidungen, die in Öfen verwendet werden. Die vorliegende Erfindung befasst sich insbesondere mit Kühl-Arrangements für feuerfeste Wandauskleidungen.

Öfen, die bei hohen Temperaturen arbeiten, werden bei einer Anzahl verschiedener Prozesse eingesetzt, inklusive dem Schmelzen von Metallen. Die meisten Öfen sind aus einer äußeren Ummantelung, die aus einem metallischen Material besteht, das üblicherweise Stahl ist, hergestellt ist. Die äußere Ummantelung ist mit einer Schicht aus feuerfesten Ziegeln ausgekleidet, um die äußere Ummantelung vor den extremen Temperaturen im Inneren des Ofens zu isolieren, und auch um zu verhindern, dass die sehr heißen Materialien, die sich im Inneren des Ofens befinden, in Kontakt mit der äußeren Ummantelung kommen. Feuerfeste Auskleidungen sollten langlebig sein, um so die beträchtlichen Ausfallzeiten, die mit der Neuauskleidung eines Ofens einhergehen, zu minimieren.

Feuerfeste Auskleidungen sind im Allgemeinen aus Materialien gefertigt, die mit den Inhalten des Ofens nahezu nicht reagieren. Erosion und Zerstörung von feuerfesten Auskleidungen treten aber trotzdem auf, und es hat sich herausgestellt, dass die Erosions- und Zerstörungsrate der Auskleidung in dem Maße steigt, wie die Temperatur der heißen Oberfläche der Auskleidung (das bedeutet, der Fläche der Auskleidung, welche dem Inneren des Ofens zugewandt ist) steigt. Deswegen sind bereits zahlreiche Versuche unternommen worden, die Temperatur der heißen Oberfläche der Auskleidung zu senken, um so die Lebenszeit der feuerfesten Auskleidung zu verlängern.

Eine Konstruktion, die vorgeschlagen wird, um für die Temperaturverminderung der heißen Oberfläche verwendet zu werden, erfordert die Installation eines Wasserkühlkreislaufs in der feuerfesten Auskleidung. Während das Wasser durch den Kühlkreislauf fließt, entzieht es der feuerfesten Auskleidung Hitze und bewirkt so, dass die Temperatur der heißen Oberfläche der Auskleidung abnimmt. Obwohl diese Konstruktionen so arbeiten, dass die Temperatur der Auskleidung zufriedenstellend reduziert wird, erfordern sie die Verwendung von Kühlwasserkreisläufen innerhalb der Auskleidung. Jedes Austreten von Wasser aus dem Kühlkreislauf verfügt aber über das Potential, in den Ofen zu sickern und Explosionen und Hydration des Feuerfestmaterials zu verursachen. Das ist offensichtlich eine extrem gefährliche Situation, und heutzutage hat sich die Meinung durchgesetzt, dass eine interne Wasserkühlung von feuerfesten Auskleidungen vermieden werden sollte.

Ein anderer Ansatz, der seitens der Industrie unternommen wurde, erfordert das Platzieren von massiven Kühlstäben mit hoher Wärmeleitfähigkeit durch die Wand eines Ofens und in eine Auskleidung hinein. Der äußere Bereich des massiven Kühlstabs bleibt dabei außerhalb der feuerfesten Auskleidung. Der Bereich der Kühlstäbe, der sich außerhalb des Ofens befindet, wird von einem Wasserkühlkreislauf gekühlt. Falls sich Undichtigkeiten in dem Wasserkühlkreislauf entwickeln sollten, kann folglich kein Wasser in Kontakt mit den heißen Inhalten des Ofens kommen, was Hydration ausscheiden lässt und die Gefahr einer Explosion reduziert. Die massiven Kühlstäbe haben im Allgemeinen einen Abstand von etwa einem halben Meter voneinander. Dies führt zu großen Temperaturgradienten in der feuerfesten Auskleidung. Areale mit hoher Temperatur in der Auskleidung verschleißen weitaus schneller als Areale mit relativ niedrigerer Temperatur, und der Verschleiß der Auskleidung ist ungleichmäßig. Des Weiteren führen die großen Temperaturgradienten in der Auskleidung zum Aufbau großer Wärmebelastungen in der feuerfesten Auskleidung.

Das englische Patent No. 1 585 155 beschreibt einen Lichtbogenofen, der mit einer Verbundstoffauskleidung versehen ist, welche eine exponierte innere Schicht aus feuerfestem Material, das dem Ofeninneren zugewandt ist, enthält. Es wird eine äußere Schicht aus feuerfestem Material, das sich hinten auf der inneren Schicht befindet, bereit gestellt, wobei sich diese äußere Schicht aus feuerfestem Material in Wärmekontakt mit der inneren Schicht befindet. Die äußere Schicht besteht aus einem Material, das eine höhere Wärmeleitfähigkeit als die innere Schicht hat. Die äußere Schicht kann Kontakt mit der Ofenhülle haben, welche Hitze an die Umgebung, oder was noch gebräuchlicher ist, an ein gebläsegekühltes oder Wasserkühl-Medium abgibt. Die Verbundstoffkonstruktion der feuerfesten Auskleidung wirkt dadurch, dass sie den Wärmestrom durch die Seitenwandauskleidung erhöht, wodurch das Ausmaß des Verschleiß der Auskleidung reduziert wird. Diese Konstruktion leidet unter dem Nachteil, dass die Installation einer feuerfesten Verbundstoffwandstruktur im Ofen nötig ist. Des Weiteren ist die Leitfähigkeit solcher feuerfesten Materialien relativ gering, obwohl das Material der äußeren Schicht der feuerfesten Auskleidung als hoch leitfähiges, feuerfestes Material beschrieben wird, und dies wirkt etwas begrenzend auf die Menge an Hitze, die aus dem Ofen abgezogen werden kann. Verbundstoffmaterialien sind auch teuer und können reaktiv sein.

Eine weitere Lösung gegen die Erosion und das Einbrennen bei feuerfesten Auskleidungen in Hochtemperaturöfen wird in dem US amerikanischen Patent No 3 849 587, übertragen an Hatch Associates Limited, beschrieben. Dieses Patent offenbart den Schutz von feuerfesten Auskleidungen von Öfen, die bei hohen Temperaturen arbeiten, durch das Platzieren von massiven Kühlstäben mit hoher Wärmeleitfähigkeit durch die Wand hindurch und in die Auskleidung hinein. Die äußeren Bereiche der massiven Kühlstäbe bleiben außerhalb der feuerfesten Auskleidung. Die Kühlstäbe, die in die Auskleidung eingebettet sind, sind im Wesentlichen in den Bereichen, die sich in der Auskleidung des Ofens befinden, frei von wassergekühlten Kanälen, was das Austreten von Wasser in den Ofen hinein verhindert. Die Bereiche der Kühlstäbe, die sich außerhalb des Ofens befinden, werden im Allgemeinen von einem Wasserkühlkreislauf gekühlt. Die Länge, die Querschnittsfläche, der Abstand und das Material der Kühlstäbe werden so ausgewählt, dass ein Schmelzen der Kühlstäbe verhindert wird, und dass genügend Hitze von der Auskleidung abgeleitet wird, um die Erosion der Auskleidung zu begrenzen.

Die Kühlstäbe, die in die Auskleidung eingesetzt sind, bestehen bevorzugt aus Kupfer. Die Kühlstäbe, die in diesem Patent beschrieben werden, haben einen großen Durchmesser, typischerweise von etwa 100 mm (vier Zoll), und haben einen relativ großen Abstand voneinander. Das führt zur Bildung eines Temperaturgradienten über die heiße Oberfläche der feuerfesten Auskleidung mit dem damit einhergehenden, ungleichmäßigen Verschleiß und den Wärmebelastungen, die mit solchen Wärmegradienten verbunden sind.

Die vorliegende Erfindung stellt eine feuerfeste Auskleidung bereit, welche einen oder mehrere der Nachteile, der oben genannten herkömmlichen Technik überwindet oder wenigstens verbessert.

In der Japanischen Patentanwendung JP 5-9542 wird die Anbringung von Lamellen an der Innenseite eines Kessels in gleichmäßigen Abständen zueinanderbeschrieben, um so die Effizienz des Wärmeentzugs zu verbessern. Dieses Dokument wendet sich aber nicht dem Problem zu, eine im Wesentlichen gleichmäßige Temperatur über die gesamte heiße Oberfläche des Ofens bereitzustellen.

In einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Wandauskleidung für einen Ofen bereit, welcher über eine äußere Ummantelung und eine Quelle für ein externes Kühlmittel, das Verbindung zu der äußeren Ummantelung hat, verfügt, wobei die besagte Wandauskleidung eine feuerfeste Auskleidung umfasst, welche angrenzend an die äußere Ummantelung liegt, wobei die feuerfeste Auskleidung eine heiße Oberfläche hat, welche während des Betriebs des Ofens hohen Temperaturen ausgesetzt ist, wobei die feuerfeste Auskleidung eine Vielzahl von Elementen aus Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit enthält, die Elemente sich in die feuerfeste Auskleidung hinein auf die heiße Oberfläche zu erstrecken, und jedes der Elemente einen kontinuierlichen Weg für die Leitung der Wärme von demjenigen Ende des Elements, das sich näher an der heißen Oberfläche befindet, zu der äußeren Ummantelung des Ofens darstellt, was dadurch gekennzeichnet ist, dass die Elemente solcherart in der feuerfesten Auskleidung verteilt sind, dass die besagten Elemente an heißen Stellen in dem besagten Ofen relativ konzentriert vorliegen, und in kühleren Teilen des besagten Ofens eine relativ geringere Anzahl von Elementen vorliegt, um so eine im Wesentlichen einheitliche Temperatur über die gesamte heiße Oberfläche des Ofens bereitzustellen.

Mit "im Wesentlichen einheitliche Temperatur" ist gemeint, dass die Temperatur über die heiße Oberfläche um nicht mehr als 100°C variiert. Die Temperatur über die heiße Oberfläche variiert vorzugsweise nicht mehr als 50°C.

Die Vielzahl der Elemente kann im Wesentlichen in der Gesamtheit der Wandauskleidung vorhanden sein, um so die gewünschte einheitlich Temperatur über die heiße Oberfläche zu erreichen. Alternativ dazu, kann die Vielzahl der Elemente in der Wandauskleidung so angeordnet sein, dass sie dort, wo sonst heiße Stellen im Ofen wären, konzentrierter vorhanden sind. Dementsprechend können kühlere Stellen des Ofens eine relativ gesehen, geringere Anzahl von Elementen haben, und es ist möglich, dass sich die Elemente nicht auf alle Teile des Ofens erstrecken. Das ist insbesondere in den Fällen so, wo die Konstruktion und der Betrieb des Ofens dann, wenn die Vielzahl von Elementen nicht vorhanden wäre, zu verstärkten heißen und kalten Stellen im Ofen führen würde, und es ist zu erkennen, dass der weitere Wärmeentzug, der durch die Vielzahl der Elemente bereitgestellt wird, in den kühleren Arealen des Ofens nicht benötigt würde.

Die Ofenauskleidung der vorliegenden Erfindung kann verwendet werden, um sicherzustellen, dass in der Umgebung der Elemente über die heiße Oberfläche des Ofens eine im Wesentlichen einheitliche Temperatur erhalten wird. Alternativ dazu, kann die Auskleidung so gestaltet sein, dass sichergestellt wird, dass eine im Wesentlichen einheitliche Temperatur über die gesamte heiße Oberfläche des Ofens erreicht wird. Das wird bevorzugt, da so verhindert wird, dass unerwünschte Temperaturgradienten an der heißen Oberfläche gebildet werden. In jedem Fall kann die im Wesentlichen einheitliche Temperatur unter einer Temperatur liegen, bei welcher die Zerstörungs- und/oder Erosionsrate der feuerfesten Auskleidung in einem unzulässig hohen Maß auftritt. Es ist zu erkennen, dass in Öfen, die dann, wenn keine Vielzahl von Elementen vorhanden wäre, ausgeprägte heiße und kalte Stellen hätten, die Elemente nur in oder nahe bei Stellen, die sonst zu heißen Stellen würden, benötigt werden.

Das Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit ist vorzugsweise ein Metall oder eine Metalllegierung. Kupfer wird hierbei besonders bevorzugt.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erstreckt sich die Vielzahl der Elemente aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit in die feuerfeste Auskleidung hinein auf die heiße Oberfläche zu, ist aber nicht ausreichend lang, um sich bis zu der heißen Oberfläche zu erstrecken. Das führt dazu, dass die Enden der Elemente durch eine feuerfeste Schicht von der heißen Oberfläche getrennt werden, was den Wärmefluss durch die Wand reduziert und so wirkt, dass es die Elemente von den extrem heißen Temperaturen, die während des Betriebs des Ofens an der heißen Oberfläche erreicht werden, isoliert. Dies schützt die Elemente und reduziert die Möglichkeit der Degradation der Elemente und ihrer thermischen Beschädigung.

Die Vielzahl der Elemente aus Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit erstreckt sich von der inneren Wand der äußeren Ummantelung des Ofens in die feuerfeste Auskleidung hinein, um einen kontinuierlichen Weg für die Wärmeleitung von den Enden der Elemente, die näher an der heißen Oberfläche liegen, an die äußere Ummantelung bereitzustellen. Die Wärme wird entlang der Elemente zu der äußeren Ummantelung geleitet. Mit der äußeren Ummantelung kann ein externer Kühlkreislauf assoziiert sein, um die Hitze von der Ofenwand abzuziehen. Deswegen hilft die Vielzahl der Elemente dabei Hitze vom Ofen abzuziehen, und sie ermöglicht es, dass die heiße Oberfläche bei einer Temperatur gehalten wird, die eine lange Haltbarkeit der feuerfesten Auskleidung gewährt. Die Vielzahl der Elemente ist so in der feuerfesten Auskleidung verteilt, dass die heiße Oberfläche in der Umgebung der Elemente eine im Wesentlichen einheitliche Temperatur hat. Das verhindert das Entstehen heißer Stellen im Ofen, reduziert das Entstehen von Wärmebelastungen in der feuerfesten Schicht und produziert stabile Bedingungen an der heißen Oberfläche. In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass der Ofen, der in dem US-Patent No. 3 849 587 beschrieben worden ist, und welcher relativ große Kühlkörper verwendet, die in großen Abständen voneinander in der Auskleidung verteilt sind, nicht in der Lage ist, diese gewünschten Bedingungen zu erfüllen.

Die Elemente mit hoher Wärmeleitfähigkeit können aus Metalldrähten oder Metallstäben gebildet sein, wobei Kupfer das bevorzugte Metall der Wahl ist. Der Durchmesser der Stäbe oder Drähte kann von den Bruchteilen eines Millimeters bis zu 25 mm reichen. Größere Durchmesser sind nicht zu empfehlen, da es dann schwierig wird, den gewünschten Wärmeentzug vom Ofen zu erreichen, während eine im Wesentliche einheitliche Temperatur über die heiße Oberfläche der feuerfesten Auskleidung beibehalten wird.

Alternativ dazu, können die Elemente durch das Imprägnieren von feuerfesten Ziegeln mit geschmolzenem Metall und dem anschließenden Erstarren des geschmolzenen Metalls gebildete werden. Wenn feuerfeste Ziegel mit geschmolzenem Metall imprägniert werden, dringt das geschmolzene Metall entlang der Poren des feuerfesten Ziegels in den Ziegel ein. Nach dem Erstarren des geschmolzenen Metalls, haben sich massive Körper aus Metall gebildet, die sich von einer Oberfläche des Ziegels aus in den Ziegel hinein erstrecken, und diese massiven Körper aus Metall wirken als die Vielzahl von Elementen aus Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wenn die Ziegel als Auskleidung des Ofens verwendet werden. Es sollte zu erkennen sein, dass die Oberfläche der Ziegel, welche der Imprägnierung mit geschmolzenem Metall unterzogen wird, die Oberfläche des Ziegels sein wird, die angrenzend an die innere Wand der äußeren Ummantelung des Ofens zu liegen kommt. Das geschmolzene Metall sollte außerdem beim Imprägnieren nur bis zu einem Teil in den Ziegel eindringen, um sicherzustellen, dass eine feuerfeste Schicht zwischen dem Metall und der heißen Oberfläche des Ofens verbleibt.

Die Wandauskleidung der vorliegenden Erfindung ermöglicht eine Kühlung der feuerfesten Auskleidung, ohne dass eine interne Kühlung der Auskleidung nötig ist. Die Vielzahl der Elemente leitet Hitze an die äußere Ummantelung des Ofens ab, und externe Kühlkreisläufe können die Hitze von der äußeren Ummantelung abziehen. Der externe Kühlkreislauf kann ein Arrangement mit Gebläse oder einem statischen Luftkühler sein, oder, was mehr bevorzugt wird, ein Kühlwasserkreislauf. Zum Beispiel kann die äußere Ummantelung von einem Wassermantel umhüllt sein, obwohl auch andere Kühlwasserarrangements verwendet werden können.

Die Vielzahl der Elemente stellt einen kontinuierlichen Weg für die Ableitung der Wärme an die äußere Ummantelung dar. Sie ermöglicht auch die Minimierung des Kontaktwiderstandes gegen den Wärmetransfer von der feuerfesten Auskleidung. Es kann ein effektiverer Wärmetransfer als in den Verbundstoffauskleidungen, die in einigen Unterlagen über die herkömmlichen Techniken beschrieben werden, erreicht werden, weil die Wandauskleidung der vorliegenden Erfindung eine höhere, gesamte, effektive Wärmeleitfähigkeit aufweist.

In einer Ausführungsform kann die Vielzahl der Elemente als Einheit zusammen mit der äußeren Ummantelung geformt werden. In einer anderen Ausführungsform kann die Vielzahl der Elemente an der äußeren Ummantelung angebracht oder angesetzt sein.

Bereits existierende Öfen können mit der Wandauskleidung der vorliegenden Erfindung nachgerüstet werden, oder sie kann als Teil von neuen Öfen ausgeführt werden. Im Falle der Nachrüstung bereits existierender Öfen, kann die Vielzahl der Elemente in Löcher, die durch den Ofen und in die feuerfeste Auskleidung hineingebohrt werden, eingesetzt werden, obwohl darin ein Potential für die Schwächung der Ofenstruktur liegt. Es sollte bevorzugt werden, dass der Einbau der Wandauskleidung zur gleichen Zeit erfolgt, wenn auch das Ersetzen der feuerfesten Auskleidung stattfindet. Die Auskleidung könnte zu einem solchen Zeitpunkt eingebaut werden, indem metallimprägnierte, feuerfeste Ziegel für die Auskleidung des Ofens verwendet werden, oder indem feuerfeste Ziegel, die vorher mit Stäben oder Drähten ausgestattet wurden, verwendet werden.

In einem anderen Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren bereit zum Auskleiden eines Ofens mit einer Wandauskleidung, die eine feuerfeste Auskleidung beinhaltet, welche über eine Vielzahl von Elementen aus Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit verfügt, wobei die Elemente sich von der äußeren Ummantelung der Auskleidung in die feuerfeste Auskleidung hinein erstrecken, was dadurch gekennzeichnet ist, dass das besagte Verfahren folgendes beinhaltet:

  • (a) die Berechnung des Wärmeflusses durch die Wandauskleidung, welcher nötig ist, um an einer heißen Oberfläche der Wandauskleidung eine gewünschte Temperatur zu erhalten;
  • (b) die Bestimmung einer Dicke der Wandauskleidung und einer Wärmeleitfähigkeit der Wandauskleidung, welche benötigt werden, um den besagten Wärmefluss, der in Schritt (a) berechnet wurde, zu erhalten;
  • (c) die Bestimmung der Positionierung und des Abstandes der besagten Vielzahl von Elementen in der besagten Wandauskleidung, welche nötig sind, um die besagte Wärmeleitfähigkeit zu erhalten, und
  • (d) die Bereitstellung des besagten Ofens mit der besagten Wandauskleidung, wobei die besagten Elemente in Wärmekontakt mit der äußeren Ummantelung stehen, wobei die besagte Wandauskleidung während des Betriebs des besagten Ofens eine im Wesentlichen einheitliche Temperatur über die heiße Oberfläche des Ofens bereitstellt,
worin die besagten Elemente an heißen Stellen des besagten Ofens konzentriert vorliegen, und eine relativ geringere Anzahl von Elementen sich in kühleren Bereichen des besagten Ofens befindet.

Durch die vorliegende Erfindung kann es auch möglich gemacht werden, dass ein Ofen mit einer feuerfesten Auskleidung ausgerüstet wird, ohne dass dafür überhaupt feuerfeste Ziegel verwendet werden.

In einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren bereit, um einen Ofen mit einer feuerfesten Auskleidung auszukleiden, wobei der besagte Ofen eine äußere Ummantelung beinhaltet, und dieses Verfahren umfasst:

  • – Das Festmachen eine Annordnung von Elementen aus Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit an einer Innenwand der äußeren Ummantelung solcher Art, dass die Anordnung von Elementen in Wärmekontakt mit der äußeren Ummantelung steht, und
  • – das Aufbringen eines Materials, das Feuerfestmaterial enthält, auf die Innenwand der äußeren Ummantelung, um so eine Beschichtung auf der Innenwand zu bilden. Das Material, das Feuerfestmaterial enthält, kann in einem im Wesentlichen trockenen Zustand oder in Form von Schlicker oder einer Paste aufgebracht werden.

Das Material, das Feuerfestmaterial enthält, kann ein feuerfestes Material enthalten und eine oder mehrere weitere Komponenten, was in einer feuerfesten Verbundstoffauskleidung resultiert, die dabei erhalten wird, oder das Material, das Feuerfestmaterial enthält, kann lediglich ein einziges, reines, feuerfestes Material enthalten.

Falls ein Schlicker oder eine Paste eines Materials, das Feuerfestmaterial enthält, verwendet wird, kann es notwendig sein, das Feuerfestmaterial oder die Paste in einer Reihe von Arbeitsgängen auf die Innenwand aufzutragen, in denen eine erste dünne Beschichtung aufgetragen und aushärten gelassen wird, worauf das Auftragen einer oder mehrerer, weiterer Beschichtungen mit dem Schlicker oder der Paste folgt. Dieser schrittweise Aufbau der feuerfesten Auskleidung kann dann nötig werden, wenn dicke, feuerfeste Auskleidungen verlangt sind, und es abzuschätzen ist, dass Schwierigkeiten mit Austrocknen und der Bildung von Rissen bei einer dicken Auskleidung auftreten können, falls diese in einer einzigen Beschichtung aufgetragen wird.

Die gesamte feuerfeste Auskleidung sollte eine Dicke haben, die ausreichend ist, um die Anordnung der Elemente vollständig zu bedecken. Die stellt dann eine Schicht von isolierendem, feuerfestem Material zwischen den Enden der Elemente und der heißen Oberfläche des Ofens bereit, was ein Schmelzen der Elemente während der Benutzung des Ofens verhindert.

Das Material, das Feuerfestmaterial enthält, kann vermittels jedes geeigneten Verfahrens, das denjenigen, die auf diesem Gebiet erfahren sind, bekannt ist, auf die Innenwand aufgebracht werden. Das Material, das Feuerfestmaterial enthält, kann zum Beispiel aufgesprüht, aufgespritzt oder mit der Kelle aufgetragen werden. Die Erfindung ist so aufzufassen, dass sie alle Verfahren, um das Material, welches Feuerfestmaterial enthält, auf die Innenwand des Ofens aufzutragen, beinhaltet.

Falls ein Schlicker oder eine Paste verwendet werden, sollten der Schlicker oder die Paste ausreichend dick oder viskos sein, um sie an ihrem Platz an der Innenwand haften zu lassen, während sie aushärten. Durch Routineversuche wird die benötigte Viskosität für den Schlicker oder die Paste leicht ermittelt werden können, um dieses Ziel zu erreichen.

Die Anordnung der Elemente umfasst bevorzugt eine Anordnung von metallischen Elementen. In einer Ausführungsform umfasst die Anordnung der Elemente ein Kupferdrahtnetz, das an den Überschneidungspunkten des Netzes weitere Kupferdrähte befestigt hat, die sich im Wesentlichen rechtwinklig zu der Ebene des Netzes erstrecken. Wenn das Netz an der Innenwand der Ummantelung des Ofens festgemacht wird, erstrecken die Kupferdrähte, die auf dem Netz befestigt sind, sich generell nach innen in den Ofen hinein. Während des Betriebs des Ofens wirken diese Kupferdrähte als Kühlelemente, die einen kontinuierlichen Weg für die Ableitung der Wärme vom Ende der Drähte zu einer Quelle einer externen Kühlung, die in Kontakt mit der äußeren Ummantelung steht, darstellen, und die Kühlelemente assistierenden dabei, die Hitze vom Ofen abzuziehen.

In einer anderen Ausführungsform beinhaltet der Schritt, in dem die Anordnung von Elementen an der Innenwand der äußeren Ummantelung festgemacht wird, dass die Anordnung von Elementen zusammen mit der Innenwand der äußeren Ummantelung gebildet wird. Die Anordnung von Elementen kann alternativ dazu durch das Angießen von geschmolzenem Metall auf die Innenwand der äußeren Ummantelung gebildet werden.

Die Anordnung von Elementen ist vorzugsweise so angeordnet, dass während des Betriebs des Ofens in der Umgebung der Elemente eine im Wesentlichen einheitliche Temperatur über die heiße Oberfläche des Ofens erreicht wird.

Falls eine im Wesentlichen einheitliche Temperatur über die gesamte heiße Oberfläche der feuerfesten Auskleidung eines Ofens gewünscht oder verlangt wird, mag es notwendig sein, dass eine ungleichmäßige Verteilung der Elemente aus Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit durch die Wandauskleidung hindurch vorliegt. Zum Beispiel kann die Anzahl der Elemente an bekannten heißen Stellen des arbeitenden Ofens erhöht werden, um proportional größere Wärmemengen pro Quadratmeter, verglichen mit kühleren Arealen des Ofens, abzuziehen.

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden jetzt detaillierter mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben; in den Zeichnungen ist Folgendes dargestellt:

1 zeigt einen Querschnitt durch eine Wandauskleidung eines Ofens in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;

2 zeigt ein Diagram eines Temperaturprofils durch die Wandauskleidung;

3 ist eine Querschnitts-Ansicht einer Kühlelementkonstruktion in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;

4 ist eine schematische Übersicht, die den Aufbau zeigt, der für einen Anlagenprobelauf verwendet wird, in welchen die Kühlelementkonstruktion aus 3 aufgenommen wurde;

5 ist ein Diagram des Temperaturprofils durch das Kühlelement des Anlagenprobelaufs; und

6 ist ein Diagram der Veränderungen mit der Zeit des Wärmetransferkoeffizienten der heißen Oberfläche während des Anlagenprobelaufs.

Bezugnehmend auf 1 enthält die Wand 10 des Ofens die äußere Ummantelung 12. Die äußere Ummantelung besteht generell aus Stahl. Der Ofen enthält die feuerfeste Auskleidung 14. Die heiße Oberfläche 16 ist den starken Temperaturen, die im Ofen erzeugt werden, ausgesetzt. Die Wandauskleidung enthält eine Vielzahl von Kupferstäben oder -drähten 18, die in Wärmekontakt mit der äußeren Ummantelung 12 stehen und sich in die feuerfeste Auskleidung 14 hinein erstrecken. Wie aus 1 ersehen werden kann, erstrecken sich die Kupferstäbe 14 nicht ganz durch die feuerfeste Auskleidung 14 hindurch, statt dessen enden sie in einigem Abstand vor der heißen Oberfläche 16. Dadurch wird sichergestellt, dass eine Schicht aus feuerfestem Material vorhanden ist, die zwischen den Enden der Kupferstäbe 18 und der heißen Oberfläche 16liegt, und diese Schicht aus feuerfestem Material isoliert die Stäbe von den hohen Temperaturen im Ofen, wodurch eine Zersetzung und thermische Beschädigung der Stäbe verhindert wird.

Während des Betriebs des Ofens, wird Wärme von der heißen Oberfläche 16 durch die feuerfeste Auskleidung 14 und die Kupferstäbe 18 übertragen. Die Stäbe stehen in Wärmekontakt mit der äußeren Ummantelung 12 und ihre Wirkung besteht darin, Wärme rasch an die Ummantelung abzugeben. Kühlwasser 20, das durch den Kühlmantel 22 fließt, zieht anschließend die Wärme von der Ummantelung ab.

Die Kupferstäbe 18 sind in der feuerfesten Auskleidung verteilt, um einen im Wesentlichen einheitlichen Temperaturgradienten über die heiße Oberfläche bereitzustellen. Die Stäbe sind vorzugsweise so angeordnet, dass ein hauptsächlich eindimensionaler Wärmetransfer durch die Wand erzeugt wird. Das kühlt die heiße Oberfläche sehr gleichmäßig ab, und eliminiert auf effektive Weise heiße Stellen der Wand, die bei Konstruktionen nach herkömmlicher Technik erwiesen sind, und welche ungleichmäßigen Verschleiß der heißen Oberfläche verursachen. Es hat sich auch gezeigt, dass eindimensionaler Wärmetransfer effizienter ist, d. h. dass weniger Material von hoher Wärmeleitfähigkeit benötigt wird, um den selben Wärmefluss abzuziehen.

Es ist der Zweck der Wandauskleidung, die Temperatur des Feuerfestmaterials an der heißen Oberfläche auf eine festgelegte Temperatur zu reduzieren (entweder diejenige, bei welcher die Zerstörungsreaktion aufhört, oder diejenige bei welcher das Festwerden des Prozessmaterials einsetzt). Der Wärmefluss Q (W/m2) durch die Wand in 1 kann folgendermaßen berechnet werden:

Wobei Tf die Ofentemperatur (°C), TC die Kühlmitteltemperatur (°C) und RTOT der totale Wärmewiderstand des Wandabschnitts (m2K/W) ist. Deswegen muss der Wärmewiderstand des Wandabschnitts verändert werden, um die Temperaturen des Feuerfestmaterials und den Wärmefluss zu steuern. Der totale Wärmewiderstand ist die Summe aus dem Leitwiderstand einer jeden Materialschicht und dem Konvektionswiderstand an den heißen und kalten Oberflächen. Die Konvektionswiderstände sind jedoch entweder nicht zu verändern oder nicht signifikant, so dass der Wärmestrom nur über den Wert des Leitwiderstandes des eigentlichen Elements gesteuert werden kann. Ein Wärmeleitwiderstand RCOND (m2K/W) ist gegeben durch RCOND = L&lgr; wobei L die Dicke der Schicht (m) und &lgr; die Wärmeleitfähigkeit des Materials (W/mK) ist. Eine Veränderung der Leitfähigkeit und der Dicke der Materialschichten aus 1 erlauben es dann, die Temperaturen des Feuerfestmaterials und den Wärmefluss zu steuern. Das Temperaturprofil durch den Wandabschnitt kann durch die getrennte Beachtung eines jeden Wärmewiderstands unter Verwendung der Gleichung 1 ganz leicht berechnet werden. Wie bereits vorher erwähnt wurde, ist das Element am effizientesten und das Bemessungsverfahren am akkuratersten, wenn eine Schicht aus einheitlichem, hochleitfähigem Material eingesetzt wird, da sich ein eindimensionaler Wärmetransfer entwickelt. Jedoch kann das Verfahren auch bei nichthomogenen Wandschichten mit angemessener Genauigkeit angewendet werden.

Ein Modell des Wärmewiderstands, basierend auf dem obigen Verfahren, wurde in einer experimentellen Studie benutzt, um die Temperaturverteilung durch einen feuerfesten Kühler der in 1 gezeigten Form vorherzusagen. Die Resultate des Experiments und des Modells sind in 2 dargestellt, für einen Fall, in dem die Kupferstäbe einen Durchmesser von 20 mm haben und einen Abstand von 60 mm voneinander haben. Das Modell erzeugt eine angemessen genaue Vorhersage des Temperaturprofils und des Wärmeflusses (experimentell 24,0 kw/m2; im Modell 21,2 kw/m2), und zeigt dabei die Aussagekraft dieses Ansatzes für die Konstruktion des Elements.

Deswegen stellt die vorliegende Erfindung auch ein relativ einfaches, jedoch strenges Bemessungsverfahren bereit, welches beim herkömmlichen Stand der Technik bislang nicht zur Verfügung stand.

3 zeigt einen Querschnitt durch ein Kühlelement 30 in Übereinstimmung mit der Erfindung. Das Element umfasst eine Grundplatte 32, die zusammen mit den Kupferstäben 34 als Einheit gegossen wird, um den Hauptelementkorpus zu bilden. Mit der Grundplatte 32 ist ein externer Wassermantel 36 verschraubt, zum Beispiel mit Deckelschrauben 38. Um eine flüssigkeitsdichte Versiegelung zwischen der Grundplatte 32 und dem Wassermantel 36 bereitzustellen, und um das Heraustreten von Wasser aus dem Wasserdurchlass 42 zu verhindert, wird eine Polytetrafluoroethylen-Dichtung 40 verwendet. Das Feuerfestmaterial 44 ist um die Stäbe 34 gegossen, um die Wand zu bilden. Wie aus der 3 zu ersehen ist, erstreckt sich das Feuerfestmaterial von der Grundplatte 32 bis etwas über die Enden der Kupferstäbe 34 hinaus.

Die Haupteigenschaften dieser Kühlelementkonstruktion sind der externe Wassermantel, die eng beieinander liegenden Kupferstäbe und die Verwendung eines gießbaren Feuerfestmaterials, um die Wand zu bilden. Der externe Wassermantel eliminiert auf effektive Weise die Möglichkeit, dass Wasser schädigend in den Ofen hinein entweicht. Der kleine Abstand zwischen benachbarten Kupferstäben (60 mm) soll die Temperaturgradienten senkrecht zur heißen Oberfläche, welche bei konventionellen Kühlelementen erwiesen sind, stark reduzieren. Dies sollte darin resultieren, dass die Wand gleichmäßiger gekühlt wird, was wiederum einen gleichmäßigeren Verschleiß der heißen Oberfläche bewirken würde. Die Verwendung von gießbarem Feuerfestmaterial soll den Wärmewiderstand, der auf Grund von Luftlöchern, die üblicherweise zwischen feuerfesten Ziegeln auftreten, vorhanden ist, reduzieren. All diese Faktoren sollen zu einem effizienteren Kühlsystem beitragen.

Anlagenprobeläufe der Kühlelementkonstruktion wurden unternommen, wobei das Kühlelement, das in 3 gezeigt ist, verwendet wurde. Der im Anlagenprobelauf verwendete Aufbau ist in 4 dargestellt. Das Kühlelement 30 wurde im Dach 50 des Unterofens eingebaut. Das Dach ist den mildesten Bedingungen (d. h. relativ niedrige Temperaturen und keine Schlackeauswaschung) ausgesetzt und schien am geeignetsten für diesen Versuch. Das Kühlelement 30 hing, von Halteklammern 52, 54 gehalten, von Tragbalken (nicht gezeigt) herab, und die Oberfläche des Kühlelements war bündig mit der heißen Oberfläche 56 des Ofens positioniert. Das Kühlelement 30 wurde mit dem Wassereinlass 58 ausgestattet, welcher das Rotameter 60, zur Messung der Wasserdurchflussrate und das Ventil 62 zur Steuerung der Wasserdurchflussrate enthielt. Das Kühlwasser wird über die Kühlwasserablassleitung 64 von dem Kühlelement abgezogen. Typ K Tauchthermoelemente 65, 66 waren mit dem Wassermantel verbunden, um jeweils die Einlass- und Ablass-Wassertemperatur zu messen. Innerhalb des Kühlelements 30 wurden vierundzwanzig Thermoelemente platziert, um das Temperaturprofil innerhalb des Kühlelements zu messen. Die Ausgabe von diesen Thermoelementen (schematisch bei 68 dargestellt) war mit einem Datenaufzeichnungsgerät 70 verbunden, welches alle fünf Minuten Messungen aufzeichnete.

Es zeigte sich, dass das neue Kühlelement in den Anlagenprobeläufen erfolgreich arbeitete. 5 zeigt ein Beispiel für ein Temperaturprofil durch das Element von der heißen Oberfläche zu der kalten Oberfläche, die während einer Periode stationären Ofenbetriebs aufgezeichnet worden ist. In 5 sind zwei separate Profile dargestellt (Kupfer und Feuerfestmaterial). Das Kupferprofil wurde von der kalten Oberfläche her aufgenommen, es verläuft durch das Zentrum eines Kupferstabes in das Feuerfestmaterial hinein, über die Spitze des Stabes hinaus, bis zur heißen Oberfläche. Das Profil des Feuerfestmaterials läuft durch das Feuerfestmaterial mitten zwischen benachbarten Stäben hindurch bis zur heißen Oberfläche. Durch die massive Kupferplatte (von 0 bis 80 mm) gibt es nur einen sehr geringen Temperaturgradienten, 0,2°C/mm. Der Temperaturgradient steigt auf 0,7°C/mm durch den Kupferstab an (80 bis 300 mm). Das ist immer noch ein relativ niedriger Gradient, bei dem die Spitze des Stabes nur 216°C erreicht. Die niedrige Temperatur an der Stabspitze zeigt, dass der externe Wassermantel in der Lage war, die inneren Kupferstäbe effektiv zu kühlen. Der Temperaturgradient durch die Stäbe ist linear, was zeigt, dass der Wärmetransfer größtenteils eindimensional entlang der Stäbe erfolgt. In dem Feuerfestmaterial, das an die Stäbe angrenzt, sind die Temperaturen bis zu einem Abstand von etwa 25 mm von der kalten Oberfläche ähnlich wie die Kupfertemperaturen. Auf die Spitze der Kupferstäbe zu (225 bis 305 mm von der kalten Oberfläche entfernt) sind die Temperaturen des Feuerfestmaterials jedoch signifikant höher als die Kupfertemperaturen in der selben Tiefe. Dies zeigt das Vorhandensein von einem multidimensionalen Wärmetransfer und von Temperaturgradienten zwischen dem Kupfer und dem Feuerfestmaterial in dem Element an. Diese Gradienten sind die Folge der ungleichmäßigen Kühlung (nicht eindimensional), die an den Stabspitzen auf Grund des großen Leitfähigkeitsunterschieds zwischen Kupfer und Feuerfestmaterial auftritt. Es wird gewünscht, diese ungleichmäßigen Temperaturgradienten zu minimieren, da höhere Temperaturen des Feuerfestmaterials zu erhöhtem Verschleiß führen können, wie bereits vorher diskutiert worden ist. Jedoch sind die Temperaturen beider Profile durch den gesamten Rest des Elementabschnitts und, was am aller wichtigsten ist, an der heißen Oberfläche angemessen ähnlich. Dies zeigt, dass die neue Elementkonstruktion bei der ziemlich gleichmäßigen Kühlung der Wand in allen Arealen, abgesehen von der Zone um die Stabspitzen, effektiv ist.

Der Temperaturgradient durch das Feuerfestmaterial von der Spitze des Kupferstabes bis zur heißen Oberfläche (305 bis 330 mm) in 7 ist weitaus größer als durch die Kupferstäbe und das Feuerfestmaterial (80 bis 305 mm). Dieser Gradient ist annähernd linear und reicht von 11°C/mm für das Feuerfestmaterial zwischen den Kupferstäben bis zu 17°C/mm für das Feuerfestmaterial entlang der Linie des Kupferstabs mit der heißen Oberfläche, die eine Temperatur von 752°C erreicht. Der hohe Temperaturgradient in der Nähe der heißen Oberfläche, zeigt den hohen isolierenden Effekt, den bereits eine geringe Dicke (25 mm) von Feuerfestmaterial auf Grund seiner geringen Leitfähigkeit ausmacht. Diese Schicht aus Feuerfestmaterial an der heißen Oberfläche schützt die Kupferstäbe vor den hohen Ofentemperaturen und schränkt den Wärmefluss durch das Element ein.

Während des Anlageprobelaufs hat sich eine anwachsende Schicht von festgewordenem Prozessmaterial an der heißen Oberfläche des Kühlelements aufgebaut. Die anwachsende Schicht hat einen zusätzlichen Wärmewiderstand eingeführt, welcher die vom Kühlwasser abgezogene Wärme signifikant reduziert hat. Der Wärmetransferkoeffizient der heißen Oberfläche wurde auf ähnliche Weise beeinflusst (wie in 6 dargestellt ist), weil der Wärmewiderstand der Anwachsung in den berechneten Wärmetransferkoeffizienten mit einbezogen worden ist. Einige der in 6 wiedergegebenen Veränderungen sind die Folge von unregelmäßigem Ofenbetrieb sowie der schwankenden Natur der anwachsenden Schicht; jedoch können die Effekte des anwachenden Aufbaus an der graduellen Abnahme des Wärmetransferkoeffizienten eindeutig erkannt werden. Der Wärmetransferkoeffizient ist von einem Anfangswert von rund 50 bis 60 W/m2K auf nahezu 0 gefallen. Die Temperatur der heißen Oberfläche (am Ende des Elements) wurde auf Grund des isolierenden Effekts der anwachsenden Schicht ebenfalls von 700°C auf unter 100°C reduziert. Die Dicke der anwachsenden Schicht wurde auf 250 mm geschätzt, indem ein großes Thermoelement vom K Typ nach unten neben das Element und durch die Anwachsung geschoben wurde. Das Ausmaß und die Stabilität einer jeden anwachsenden Schicht hängt nicht nur vom Ausmaß der Kühlung, sondern auch von den internen Ofenbedingungen und den Eigenschaften des Prozessmaterials ab. Anwachsende Aufbauten helfen dabei, einen Schutz des Feuerfestmaterials bereitzustellen.

Diejenigen, die auf diesem Gebiet erfahren sind, werden erkennen, dass die Erfindung empfänglich für andere Variationen und Modifikationen, als diejenigen, die speziell beschrieben worden sind, ist. Es muss klar sein, dass die vorliegende Erfindung alle solche Variationen und Modifikationen umfasst, die in den Umfang der Ansprüche fallen.


Anspruch[de]
Eine Wandauskleidung für einen Ofen, die über eine äußere Ummantelung (12) und eine Quelle für ein externes Kühlmittel (20), welche in Verbindung mit der äußeren Ummantelung (12) steht, verfügt, wobei die besagte Wandauskleidung eine feuerfeste Auskleidung (14) beinhaltet, welche angrenzend an die äußere Ummantelung (12) liegt, wobei die feuerfeste Auskleidung (14) eine heiße Oberfläche (16) hat, welche während des Betriebs des Ofens hohen Temperaturen ausgesetzt ist, wobei die feuerfeste Auskleidung (14) eine Vielzahl von Kühlelementen (18) aus Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit enthält, die Elemente (18) sich in die feuerfeste Auskleidung (14) hinein auf die heiße Oberfläche (16) zu erstrecken, und jedes der Elemente (18) einen kontinuierlichen Weg für die Leitung der Wärme von demjenigen Ende des Elements (18), das sich näher an der heißen Oberfläche (16) befindet, zu der äußeren Ummantelung (12) des Ofens darstellt, was dadurch charakterisiert ist, dass die Elemente (18) solcherart in der feuerfesten Auskleidung (14) verteilt sind, dass die besagten Elemente (18) an besonders heißen Stellen in dem besagten Ofen relativ konzentriert vorliegen, und eine relativ geringere Anzahl der Elemente sich in kühleren Teilen des besagten Ofens befinden, und die Vielzahl der Elemente (18) aus Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit sich in die feuerfeste Auskleidung (14) hinein auf die heiße Oberfläche (16) des Ofens zu erstrecken, sich aber nicht durch die feuerfeste Auskleidung (14) hindurch erstrecken, um so eine im Wesentlichen einheitliche Temperatur über die heiße Oberfläche des Ofens in der Nähe der Elemente bereit zu stellen. Eine Wandauskleidung für einen Ofen, wie sie in Anspruch 1 beansprucht wird, worin das Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit ein Metall oder eine Metalllegierung ist. Eine Wandauskleidung für einen Ofen, wie sie in Anspruch 2 beansprucht wird, worin das besagte Metall oder die Legierung Kupfer ist. Eine Wandauskleidung für einen Ofen, wie sie in Anspruch 2 beansprucht wird, worin die Elemente aus Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit aus Metalldrähten oder Metallstäben bestehen. Eine Wandauskleidung für einen Ofen, wie sie in Anspruch 4 beansprucht wird, worin die Metalldrähte oder Metallstäbe einen Durchmesser von bis zu 25 mm haben. Eine Wandauskleidung für einen Ofen, wie sie in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5 beansprucht wird, worin die besagte feuerfeste Auskleidung aus feuerfesten Ziegeln gebildet wird, und worin die Elemente aus Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit dadurch gebildet werden, dass die besagten feuerfesten Ziegel mit geschmolzenem Metall imprägniert werden, und das geschmolzene Metall erstarren gelassen wird. Eine Wandauskleidung für einen Ofen, wie sie in Anspruch 6 beansprucht wird, worin das geschmolzene Metall beim Imprägnieren nur bis zu einem Teil der gesamten Dicke in die feuerfesten Ziegel eindringt. Eine Wandauskleidung für einen Ofen, wie sie in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7 beansprucht wird, worin die Vielzahl der Elemente an die äußere Ummantelung angegossen ist. Eine Wandauskleidung für einen Ofen, wie sie in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8 beansprucht wird, worin die Vielzahl der Elemente an die äußere Ummantelung angebracht oder angesetzt ist. Eine Wandauskleidung für einen Ofen, wie sie in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9 beansprucht wird, worin die Vielzahl der Elemente im Wesentlichen überall in der Wandauskleidung vorhanden ist. Eine Wandauskleidung für einen Ofen, wie sie in Anspruch 3 beansprucht wird, worin die besagten Elemente aus Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit nahe an der inneren Oberfläche der besagten äußeren Ummantelung ein Kupferdrahtnetz beinhalten, wobei an dem besagten Kupferdrahtnetz an Überschneidungspunkten weitere Kupferdrähte an dem Netz befestigt sind, und diese sich im Wesentlichen rechtwinkelig zur Ebene des Netzes in die feuerfeste Auskleidung hinein erstrecken. Ein Verfahren zum Auskleiden eines Ofens mit einer Wandauskleidung, die eine feuerfeste Auskleidung (14) beinhaltet, welche eine Vielzahl von Elementen (18) aus Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit hat, wobei die Elemente (18) sich von der äußeren Ummantelung (12) der Auskleidung in die feuerfeste Auskleidung (14) hinein erstrecken, was dadurch charakterisiert ist, dass das besagte Verfahren folgendes beinhaltet:

a) die Berechnung des Wärmeflusses durch die Wandauskleidung, welcher nötig ist, um an der heißen Oberfläche (16) der Wandauskleidung eine Temperatur zu erhalten, bei welcher Zerstörungsreaktionen aufhören oder ein Einfrieren des Prozessmaterials auftritt;

b) die Bestimmung einer Wärmeleitfähigkeit der Wandauskleidung, die nötig ist, um den besagte Wärmefluss, der in Schritt a) berechnet wurde, zu erhalten;

c) die Bestimmung der Positionierung sowie des Abstandes der besagten Vielzahl von Elementen (18) in der besagten Wandauskleidung, welche nötig sind, um die besagte Wärmeleitfähigkeit aus Schritt b) zu erhalten, und eine im Wesentlichen einheitliche Temperatur über die heiße Oberfläche (16) des Ofens in der Nähe der besagten Elemente (18) bereit zu stellen, während der Ofen in Betrieb ist; wobei die Elemente (18) an heißen Stellen des besagten Ofens konzentriert vorliegen, und eine relativ geringere Anzahl von Elementen sich in kühleren Bereichen des besagten Ofens befindet; und die Bereitstellung des besagten Ofens mit der besagten Wandauskleidung, wobei die besagten Elemente (18) in Wärmekontakt mit der äußeren Ummantelung (12) stehen und sich in die feuerfeste Auskleidung (14) hinein auf die heiße Oberfläche (16) des Ofens zu erstrecken, sich aber nicht durch die feuerfeste Auskleidung (14) hindurch erstrecken.
Ein Verfahren, wie es in Anspruch 12 beansprucht wird, in dem der besagte Wärmefluss aus der folgenden Gleichung berechnet wird: wobei sind:

Q = Wärmestrom

Tf = Ofentemperatur

Tc = Temperatur des Kühlmittels, das zur Kühlung der äußeren Ummantelung verwendet wird

Rtot = gesamter Wärmewiderstand der Wandauskleidung. Rtot wird angenähert durch: Rtot = L&lgr; wobei sind:

L = Dicke der Wandauskleidung; und

&lgr; = Wärmeleitfähigkeit der Wandauskleidung.
Ein Verfahren, wie es in Anspruch 12 oder 13 beansprucht wird, welches des Weiteren das Fixieren einer Anordnung der besagten Elemente an eine innen liegende Wand der äußeren Ummantelung des Ofens beinhaltet, solcherart, dass die Elemente sich in Wärmekontakt mit der innen liegenden Wand befinden, sowie das Aufbringen eines Materials, das ein feuerfestes Produkt enthält, auf die innen liegende Wand der äußeren Ummantelung, um eine Beschichtung auf der innen liegenden Wand zu bilden. Ein Verfahren, wie es in Anspruch 14 beansprucht wird, in dem die feuerfeste Auskleidung so dick ist, dass sie die Anordnung der Elemente vollständig bedeckt. Ein Verfahren, wie es in Anspruch 15 beansprucht wird, in dem der Schritt des Fixierens der Anordnung von Elementen das Ansetzen eines Netzes aus Kupferdraht an die innen liegende Wand der äußeren Ummantelung beinhaltet, wobei an dem besagten Netz aus Kupferdraht an Überschneidungspunkten weitere Kupferdrähte an dem Netz befestigt sind, und diese sich im Wesentlichen rechtwinkelig zur Ebene des Netzes erstrecken.






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