DE2538160A1

DE2538160A1 - Kuehlvorrichtung

Info

Publication number: DE2538160A1
Application number: DE19752538160
Authority: DE
Inventors: Jay Richard Hopkins
Original assignee: USS Engineers and Consultants Inc
Current assignee: USS Engineers and Consultants Inc
Priority date: 1974-10-29
Filing date: 1975-08-27
Publication date: 1976-05-06
Also published as: NL7509968A; GB1514973A; BE832720A; US3894726A; IT1041624B; ES440550A1; CA1031160A; FR2289867A1; JPS5159068A

Description

PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER

H. KINKELDEY

DR-ING

W. STOCKMAIR

DR-tNG - AeE (CALTtCH)

K. SCHUMANN

DR RER NAT DIPL-PHYS.

P. H. JAKOB

QPL-ING

G. BEZOLD

DR. RERhWT- D(FL-CHEM.

MÜNCHEN E. K. WEIL

DR RER OKI (NG

LINDAU

MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

USS ENGINEERS AlTI) CONSULTANTS, INC.
Grant Street, Pittsburgh,
Pennsylvania / U.S.A.

K ü h 1 ν ο r r i c h t u η g

Die Auskleidung mit einem feuerfesten Mauerwerk stellt "bei eisenproduzierenden Schachtöfen jeglicher Art eine der
wichtigsten Kostenfaktoren dar. Demzufolge wird "beachtliche Mühe auf die Ofenkühlung verwendet, um die Lebensdauer der feuerfesten Auskleidung zu erhöhen. Dabei kommt ein ganz besonderes Interesse der Kühlung der tieferen Ofenbereiche zu, da in den East- und Herdbereichen höhere Temperaturen vorherrschen.

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TELEFON (OBB) 22 28 62 TELEX OS-2B38O TELESRAMME MONAPAT

Eine weitverbreitete Methode zum Kühlen des Rastbereiches eines Schachtofens besteht darin, Wasser kontinuierlich über den äußeren Ofenmantel rinnen zu lassen, der mit der feuerfesten Auskleidung in Berührung steht. Dieses wird gewöhnlich mit Hilfe einer Wasser-Ringleitung vorgenommen, die den Rastbereich in einem geringen Abstand von der Außenoberfläche umgibt. Dabei ist eine solche Ringleitung gerade unterhalb des Ofenstockes angeordnet. Über die Innenseite der Ringleitung ist in gleichmäßigem Abstand voneinander eine Vielzahl von Auslaßöffnungen oder Auslaßdüsen vorgesehen, aus denen Wasser in Form vieler dicht nebeneinander liegender Strahl-en gegen den Ofenmantel im Rastbereich gerichtet · wird. D_as v/asser verteilt sich über den Ofenmantel und läuft unter der Wirkung der Schwerkraft nach unten ab, wodurch der Rastbereich gekühlt wird. Wenngleich die so erzielbare Kühlwirkung durchaus ausreichend ist, um praktisch verwendet zu werden, so treten doch beträchtliche Schwierigkeiten auf, die in erster Linie darin bestehen, eine gleichmäßige und wirksame Wasserströmung über den Mantel des Rastbereiches aufrechtzuerhalten. Schwierigkeiten ergeben sich insbesondere daraus, daß der Mantel des Rastbereiches eine nach innen gerichtete Neigung besitzt. So muß insbesondere der Wasserdruck nach dem Austritt aus den Sprühdüsen oder Auslaßöffnungen herabgesetzt werden, um ein übermäßiges Verspritzen zu verhindern, da infolge des Verspritzens das Wasser in unerwünschter Weise von dem Ofenmantel entfernt wird. Außerdem ist zu beachten, daß ungleichmäßige Dicken des an dem Ofenmantel im Bereich der Ofenrast herabrinnenden Wassers unter der Wirkung der Oberflächenspannung eine Neigung zum Agglomerieren ^:zeigen, was ein Herabtropfen des Wassers von der Ofenmanteloberfläche zur ."Folge haben kann. Diese Probleme werden noch dadurch erschwert, daß die Öffnungen der Austrittsdüsen infolge des niedrigen Wasserdruckes zum Verstopfen neigen, was zur Ausbildung ungleichmäßiger Wasserströmungen beiträgt. Daraus er-

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gibt sich, daß trotz ständiger Überwachung der Kühleinrichtung Überhitzungen oder Brennflecken in der Ofenrast nicht verhindert werden können, welche die Lebensdauer der feuerfesten Auskleidung in diesem Bereich verringern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kühlwirkung des an einem Schachtofenmantel herabfließenden Wassers zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch enthaltenen kennzeichnenden Merkmale gelöst.

Die Erfindung beruht somit auf dem Leitgedanken, eine einfache und kostengünstige Strahlzerteilungs- und Belüftungseinrichtung zu verwenden, die aus einem einfachen Drahtgewebe hergestellt ist. Im englischsprachigen Sprachgebiet wird die erwähnte Strahlverteilungs- und Belüftungseinrichtung als aeratormultiplyer bezeichnet.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine einfache Zerteilungs- und Belüftungseinrichtung aus einem Drahtgewebe oder Drahtnetz in Verbindung mit einem herkömmlichen Kühlsystem, bei welchem über die zu kühlende Oberfläche fließendes Wasser verwendet wird, zum Kühlen des Eastbereiches eines Schachtofens zu benutzen, um auf diese Weise die Kühlungswirkung bzw. die Kühlungskennwerte zu verbessern. Die mit Hilfe der Erfindung erzielbare günstige Beeinflussung der Kühlungsverhältnisse oder Kühlungskennzahlen ist in erster Linie eine Folge der schwereren und gleichmäßigeren Wasserströmung, die mit^:-Hilfe der erfindungsgemäßen Einrichtung auf der Manteloberfläche erzielbar wird.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung er-

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gehen sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung. In dieser zeigen:

Fig. 1 einen Teilschnitt durch eine Wandung eines Schachtofens im Rasfbereich und durch die Wasserringleitung, wobei das Wasseraustragsystem bei der dargestellten herkömmlichen Einrichtung erkennbar ist,

Pig. 2 einen Ausschnitt aus dem System nach Pig. 1,

Pig. 3 eine mit Pig. 1 übereinstimmende Darstellung mit dem Unterschied, daß die erfindungsgemäße Strahlzerteilungsund Belüftungseinrichtung an ihrem Verwendungsort dargestellt ist,

Pig. 4 einen Ausschnitt aus dem in Pig. 3 dargestellten System, und

Pig. 5 einen Schnitt durch eine bevorzugte Ausführungsf orm. der Strahlzerteilungs- und Belüftungseinrichtung nach der Erfindung.

Im Interesse eines guten Verständnisses der Erfindung ist es nützlich, sich die Nachteile des Standes der Technik vor Augen zu führen. Demzufolge ist in den Figuren 1 und 2 ein herkömmliches Kühlsystem für den Rastbereich eines Schachtofens, wie eines Hochofens, dargestellt. Wie der Zeichnung zu entnehmen, werden die feuerfeste Rastauskleidung 10 und der sich daran anschließende Ofenmantel mit Hilfe einer großen Anzahl von Wasserstrahlen 14 gekühlt, die durch Austrittsöffnungen oder Düsen 18 aus einem Speisebehälter 16 austreten. Die Geschwindigkeit und der Druck der Wasserstrahlen 14 muß herabgesetzt werden, um ein Verspritzen des Wassers beim Auftreffen auf den Mantel 12 zu verhindern oder auf ein Minimum herabzusetzen. Die'

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Dicke des auf der Oberfläche des Mantels 12 herabrinnenden Wasserfilms kann gewöhnlich "bis auf 1,58 "bis 2,38 mm gesteigert werden, ohne daß das Wasser nach unten abtropft. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Wasserstrahlen 14 in einem gewissen Abstand voneinander auf dem Mantel 12 auftreffen und daß das von jedem Strahl 14- gespeiste Wasser, welches auf der Manteloberfläche nach unten strömt, sich allmählich seitlich ausbreitet und dabei gegebenenfalls mit dem Wasser benachbarter Strahlen 14- verschmilzt. Diese Strömungscharakteristik hat jedoch zur Folge, daß der obere Abschnitt des Eastbereiches nicht gleichmäßig gekühlt wird, da das Kühlwasser nicht zu3enen Bereichen des Mantels 12 gelangt, die zwischen den Strahlen 14- oberhalb der Punkte liegen, an welchen die einzelnen Wasserstrahlen miteinander verschmelzen.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird die Kühlungswirkung des oben beschrieboBn Kühlsystems um das Vier- bis Fünffache dadurch gesteigert, ~daß eine einfache Strahlzerteilungs- und Belüftungseinrichtung 20 rings um den Rastbereich des Ofens an derjenigen Linie angeordnet wird, wo die Wasserstrahlen 14· auftreffen. Dadurch wird erreicht, daß das Wasser auf die Zerteilungs- und Belüftungseinrichtung auftrifft. Diese Einrichtung 20 besteht aus einer Vielzahl von mit Poren oder Öffnungen versehenen Blechoberfläche, welche zerteilend und belüftend wirken. Diese vorzugsweise aus einem Drahtgewebe oder Drahtnetz bestehenden durchlässigen Oberflächen rufen eine vergleichsweise gleichmäßigere Zerteilung des Wassers auf der Oberfläche des Mantels 12 hervor. Bei der dargestellten Ausführungsform besteht die Zerteilungsund Belüftungseinrichtung 20 aus einem Drahtgewebestreifen, bei welchem die Vielzahl von Lagen durch horizontale Faltungen des Drahtgewebes oder Drahtnetzes erzielt worden sind. Wenn-

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gleich viele geeignete Gestaltungen möglich sind, sei unterstrichen, daß sich insbesondere eine solche Form "bewährt hat, bei welcher das Drahtgewebe so gefaltet wird, daß ein Körper ■ mit dreieckigem Querschnitt entsteht, wie in Fig. 5 dargestellt. Wie der Zeichnung zu entnehmen, ist eine obere horizontale Oberfläche 22 vorgesehen, auf welcher die Wasserstrahlen 14 auftreffen. Ferner ist eine geneigte Seitenfläche 24 vorgesehen, die sich in direktem Kontakt mit der Oberfläche des Mantels 12 befinden soll. Die dreieckige Gestalt wird durch eine äußere Oberfläche 26 vervollständigt, während eine Vielzahl von inneren Oberflächen 28 zwischen den Oberflächen 24 und 26 vorgesehen sind, wobei die unteren Kanten der Oberflächen 26 und 28 an oder dicht bei der Oberfläche des Mantels 12 verlaufen. Die Oberflächen 26 und 28 haben die Aufgabe alles Wasser aufzufangen, welches durch die durchlässige Oberfläche 22 hindurchdringt. Mit Hilfe der Oberflächen 26 und 28 wird dieses Wasser auf die zu kühlende Oberfläche des Mantels 12 geleitet.

Die oben beschriebene Zerteilungs- und Belüftungseinrichtung 20 wird vorzugsweise zu einer Vielzahl von gebogenen oder gekrümmten Abschnitten verarbeitet, Vielehe sodann von Ende zu Ende rings um den Rastbereich des Schachtofens angeordnet werden. Die Abschnitte können mit Hilfe geeigneter Einrichtungen, wie beispielsweise mittels Stiften oder Nägeln 30 an Ort und Stelle gehalten werden, wobei diese Stifte oder Nägel auf die Oberfläche des Mantels-12 aufgeschweißt werden.

Die Figuren 3 und 4 lassen die Arbeitsweise der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung erkennen. Wie auch bei dem bekannten System tritt eine große Anzahl von Wasserstrahlen 14 aus einer Ringleitung 16 durch Austrittsöffnungen oder -düsen 18 aus. Bei Benutzung der Erfindung treffen die Wasserstrahlen 14 jedoch nicht direkt auf den Mantel

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12 auf, sondern prallen stattdessen auf die Zerteilungsund Belüftungseinrichtung 20 und vorzugsweise auf deren obere Oberfläche 22. Da die Oberfläche 22 aus einem porösen oder durchlässigen Drahtgewebe besteht, werden die Wasserstrahlen 14 belüftet und zerteilt, wobei ein Teil des Wassers längs den Oberflächen der einzelnen Drähte zur Oberfläche 24 und von dort zur Oberfläche des Mantels 12 fließt, während das restliche Wasser durch die durchlässige Oberfläche 22 hindurchtritt und auf die darunter liegenden durchlässigen Oberflächen 26 und 28 gelangt. Da die Oberflächen 26 und 28 zum Mantel 12 hin geneigt sind, fließt am Ende auch dieses Wasser zum Mantel 12. Die verschiedenen durchlässigen oder porösen Oberflächen der Zerteilungs- und Belüftungseinrichtung 20 sammeln somit den größten Teil, wenn nicht die Gesamtheit, des ausgesprühten Wassers und verteilen dieses Wasser in zerteilter oder belüfteter Form über den Mantel 12. Wie in Pig. 4 dargestellt, veranlaßt die Einrichtung 20 das ausgesprühte Wasser dazu, sich rascher seitlich auszubreiten, wodurch die unbenetzten Flächen zwischen den Wasserstrahlen 14, die bei der in Fig. 2 dargestellten herkömmlichen Vorrichtung zu beobachten sind, weitgehend zum Verschwinden gebracht werden. Hoch erstaunlicher ist jedoch der Umstand, daß die Zerteilungsund Belüftungseinrichtung 20 nicht nur zu einem gleichmäßigeren Wasserfilm auf dem Mantel 12 führt, sondern daß diese Einrichtung eine Steigerung des versprühten Wassers um das Vierbis Fünffache gestattet, wobei die Dicke des Wasserfilms bis zu einer Dicke von etwa 9*52 mm gesteigert werden kann, ohne daß ein Abtropfen des Wassers auftritt. Im Gegensatz dazu beträgt bei dem bekannten System die maximale Wasserdicke etwa 2,38 mm. Da somit das durch die Austrittsdüsen 18 hindurchtretende Wasservolumen um das Vier- bis Fünffache gesteigert werden kann, ist die Wahrscheinlichkeit weit geringer, daß die

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Austrittsdüsen 18 verstopfen. Aber selbst dann, wenn einige der Düsen 18 verstopft werden sollten, führt die erfindungsgemäße Zerteilungs- und Belüftungseinrichtung 20 zu einer besseren seitlichen Verteilung des Wassers auf dem Mantel 12, so daß ein sich aus der Verstopfung ergebender Nachteil nahezu unmerklich bleibt.

Im Hinblick auf die mit Hilfe der Erfindung erzielbaren Vorteile sei unterstrichen, daß die vorstehend-beschriebene Ausführungsform an einem arbeitenden herkömmlichen Hochofen erprobt wurde. Die Zerteilungs- und Belüftungseinrichtung 20 bestand aus einem 6,35 mm-galvanisierten Stahldrahtgewebe, welches entsprechend der in Fig. 5- dargestellten Querschnittsgestalt zu einer Vielzahl von gebogenen oder gekrümmten Abschnitten mit einer Länge von 0,9 m gefaltet worden war. Zusätzlich wurde eine Vielzahl von Nägeln 30 mit einem Durchmesser von 3,17 Hum rings um den Mantel 12 in einem Abstand von etwa 45,7 cm voneinander angeschweißt. Die Zerteilungsund Belüftungsabschnitte wurden sodann an den Nägeln 30 befestigt und mit Hilfe nicht dargestellter großer Ringe oder Scheiben, die fest über die Nägel 30 gezogen wurden, in dichter Anlage am Mantel 12 gehalten.

Bei der Erprobung im Betrieb stellten sich die zuvor erwähnten Vorteile ein. So gestattete die Zerteilungs- und Belüftungseinrichtung 20 in :einer Anordnung gemäß den Figuren 3 und 4 eine vier- bis fünffache Steigerung des Wasserdurchsatzes durch die Austrittsdüsen 18, ohne daß ein beachtliches Verspritzen oder Abtropfen des Wassers zu beobachten war. Als Folge wurden mühelos Dicken der über die Manteloberfläche herabrinnenden Wasserfilme von 3 »17 bis 9 »52 mm erreicht und aufrechterhalten, was eine beachtliche Steigerung der Kühlwirkung zur Folge hatte. Es ist schwierig die Kühlwirkung in

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numerischen Daten zu ermitteln, aber es sei hervorgerufen, daß mit Hilfe der vorstehend Td es ehr i ebenen Ausführungsfb rm der Erfindung, infolge des gesteigerten Wasserdurchsatzes die Verwendung einer "billigeren Kohlenstoffstein-Ausmauerung des Ofenrasfbereiches ermöglicht wurde, wobei die Lebensdauer dieses billigeren feuerfesten Auskleidungsmaterials wenigstens ebenso lang war wie diejenige eines weit teuereren feuerfesten Materials, welches jedoch auf herkömmliche Art und Weise gekühlt wurde. Ferner waren dank der erfindungsgemäßen Vorrichtung weniger unbeabsichtigte Ofenstillstände zu verzeichnen.

Obgleich vorstehend nur eine spezifische Ausführungsform der Erfindung beschrieben worden ist, versteht es sich von selbst, daß andere Formen mit dem gleichen Ergebnis benutzt werden können. So können die durchlässigen oder porösen Oberflächen beispielsweise aus anderen Werkstoffen als aus Drahtgeweben hergestellt werden, wie beispielsweise solchen Metalltafeln, die mit einer großen Anzahl kleiner Öffnungen versehen worden sind. Auch nichtmetallische Werkstoffe wie Glasfieber- oder Aspestgewebe können benutzt werden. Es versteht sich, daß die Gestalt der verschiedenen durchlässigen oder porösen Oberflächen in weitem Umfange variieren kann, sei hervorgehoben, daß es natürlich nur vorteilhaft ist, daß diese Oberflächen einwenig so relativ zueinander angeordnet sind, daß das Wasser von der jeweils unteren Kante einer jeden Oberfläche in Richtung auf den äußeren Ofenmantel 12 läuft. Dieses hat den Zweck, alles verfügliche Wasser zum Mantel 12 zu leiten, um es als Kühlwasser nutzbar zu machen. Ferner versteht es sich, daß die Erfindung nicht nur zum Kühlen von mit Wasser berieselten Schachtofenoberflächen geeignet ist. Die Vorteile der Erfindung werden am besten dann erzielt, wenn die zu kühlenden Oberflächen im wesentlichen vertikal angeordnet sind, da

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es "bei derart steilen Wänden sonst äußerst schwierig ist, dickere Kühlwasserfilme zu erzielen.

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Claims

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1.,Vorrichtung zum Kühlen einer im wesentlichen vertikal verlaufenden heißen Oberfläche, wobei die Oberfläche zwecks Kühlung mit wenigstens einem an der Oberfläche herabfließenden Wasserstrahl besprüht wird, gekennzeichnet durch eine Strahlzerteilungs- und Belüftungseinrichtung (20) mit einer Vielzahl poröser Tafeloberflächen (22-28), die derart an der heißen Oberfläche (12) angeordnet sind, daß der Wasserstrahl (14-) auf die Strahlzerteilungs- und Belüftungseinrichtung auftrifft, wobei die porösen Tafeloberflächen zur gleichmäßigeren Verteilung des Wassers über die Heizoberfläche dienen, so daß ein größerer Wasserdurchsatz über die heiße Oberfläche, ohne ein Abtropfen des Wassers, erzielbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von Wasserstrahlen (14-) auf die Strahlzerteilungs- und Belüftungseinrichtung (20) gerichtet wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2 zum Kühlen einer von einem äußeren Mantel getragenen Ofenauskleidung, wobei die Wasserstrahlen zur Kühlung des Mantels und der sich anschließenden Ofenauskleidung gegen den Mantel gerichtet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl poröser Tafeloberflächen (22-28) so an dem Mantel (12) befestigt ist, daß das Wasser mit Hilfe der porösen Tafeloberflächen gleichmäßig über den Mantel verteilt wird.

4·. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch g ekenn ζ ei ohne t, daß die porösen Tafeloberflächen

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(22-28) aus einem Metalldrahtgewebe bestehen.

5· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die porösen Tafeloberflächen (22-28) einen Körper mit einer im wesentlichen dreieckigen Querschnittsgestalt bilden, wobei die porösen Oberflächen längs ihrer Oberkanten voneinander entfernt sind und die unteren Kanten an der heißen Manteloberfläche (12) zusammenlaufen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5₅ dadurch gekennzei chnet, daß die porösen Tafeloberflächen (22-28) aus einer einzigen Tafel eines porösen Materials bestehen, welches zwecks Ausbildung der einzelnen porösen Tafeloberflächen gefaltet ist.

7· Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der einzelne Bogen aus porösem Material derart gefaltet ist, daß ein Körper mit einer im wesentlichen dreieckige'n Querschnittsgestalt gebildet wird, wobei eine Oberfläche desselben sich in Anlage an der heißen Manteloberfläche (12) befindet.

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