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WO2001020045A1 - Kupferkühlplatte für metallurgische öfen - Google Patents

Kupferkühlplatte für metallurgische öfen Download PDF

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WO2001020045A1
WO2001020045A1 PCT/EP2000/008726 EP0008726W WO0120045A1 WO 2001020045 A1 WO2001020045 A1 WO 2001020045A1 EP 0008726 W EP0008726 W EP 0008726W WO 0120045 A1 WO0120045 A1 WO 0120045A1
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WO
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copper cooling
cooling plate
furnace
coolant
plate
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PCT/EP2000/008726
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English (en)
French (fr)
Inventor
Elmar Korbik
Axel Kubbutat
Franz Reufer
Mary Brandt
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SMS Siemag AG
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SMS Schloemann Siemag AG
SMS Demag AG
Schloemann Siemag AG
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    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B7/00—Blast furnaces
    • C21B7/10—Cooling; Devices therefor

Definitions

  • the invention relates to a copper cooling plate for metallurgical furnaces, such as blast furnaces, smelting or smelting reduction furnaces provided with a refractory lining and an outer furnace armor plate, through which a coolant flows between the furnace armor plate and the refractory lining, the coolant tubes of the copper cooling plate being supplied and discharged of the coolant are passed through the furnace armor plate to the outside and welded to the furnace armor plate in a gas-tight manner.
  • metallurgical furnaces such as blast furnaces, smelting or smelting reduction furnaces provided with a refractory lining and an outer furnace armor plate, through which a coolant flows between the furnace armor plate and the refractory lining, the coolant tubes of the copper cooling plate being supplied and discharged of the coolant are passed through the furnace armor plate to the outside and welded to the furnace armor plate in a gas-tight manner.
  • Copper cooling plates made of copper or a low-alloy copper alloy with coolant channels arranged inside, manufactured by rolling, forging or casting, normally have four coolant tubes on the upper side and four coolant tubes on the lower side, but there are also fewer or more coolant tubes, depending on the number of coolant channels available.
  • DE 31 00 321 C1 therefore proposes pouring protective tubes into the cooling plates, which surround the coolant tubes in the area of the furnace armor bushings at a distance, the openings in the furnace shell being sealed against escape of the furnace gases and at least one of these protective tubes being welded to the furnace shell serves as a fixed bearing and further protective tubes lying in the same plane are designed as horizontally displaceable bearings. Furthermore, at least one protective tube opposite this, which serves as a fixed bearing, is designed as a vertically displaceable mounting and the further protective tubes lying in this plane are designed as floating bearings.
  • Each coolant tube is connected via a disk to a metal compensator, which is surrounded by a protective housing and is welded gas-tight directly or via a pipe socket to the furnace shell in order to seal the fastening point of the cooling plate by means of protective tubes against undesired furnace gas leakage.
  • the object is achieved in the case of a copper cooling plate of the type mentioned at the outset with the characterizing features of claim 1 in that the copper cooling plates are additionally fastened by at least one coolant tube which is welded to the Armor plate welded fixed point fastening element, for example a fastening bolt, is connected to the furnace armor plate.
  • the copper cooling plates are additionally fastened by at least one coolant tube which is welded to the Armor plate welded fixed point fastening element, for example a fastening bolt, is connected to the furnace armor plate.
  • two basic fastening variants are conceivable, which can be used depending on the size of the copper cooling plate and the number of coolant channels or coolant pipes.
  • the copper cooling plate on a fastening bolt or on another fastening element, which is located in the immediate vicinity of the upper and / or lower coolant pipes which lead through the furnace armor.
  • the fastening element is connected to the furnace armor and the copper cooling plate in such a way that the fastening element acts as a fixed point in all spatial directions.
  • the immediate proximity of the fastening element to the coolant tubes on the one hand and the very low thermal expansion of the copper on the other hand mean that the thermal expansions to be expected due to temperature fluctuations between the fastening element and the adjacent coolant tubes are so small that the compensators on these coolant tubes are dispensed with can be.
  • the coolant pipes can therefore directly, i. H.
  • the other coolant pipes are, as usual, fastened to the furnace armor plate with compensators and thus represent looseness points in all spatial directions.
  • the copper cooling plate is also at other looseness points by means of appropriate fastening elements, for example screws , connected to the furnace armor plate, through which movements due to thermal expansion in the vertical / horizontal direction are possible.
  • Another variant for fastening a copper cooling plate is to provide the copper cooling plate with at least one fixed point fastening element, for example in the middle of the copper cooling plate.
  • the copper cooling plate provided with additional loose-point fastening elements, can then be welded to the furnace armor plate entirely without compensators, all of which Coolant pipes then act as additional fixed points.
  • the expected thermal expansions between the fixed points available in this way are so small that they can be neglected and therefore no compensators are required.
  • the elimination of the compensators represents a considerable advantage due to the reduced assembly and welding effort, since a compensator would have to be welded gas-tight on the one hand on the furnace armor plate and on the other hand on the pipe socket of the copper cooling plate.
  • Those coolant pipes that do not require compensators according to the invention are welded gas-tight from the outside directly to the furnace armor plate and either arranged with the aid of a perforated template or attached with a simple cylindrical pot, which increases the distance between the fixed point of the welded coolant pipe and the body of the copper cooling plate.
  • copper cooling plates can therefore be installed in metallurgical furnaces, in particular blast furnaces or other smelting and smelting reduction furnaces more easily, more quickly and more cost-effectively.
  • 1 is a connection-side plan view of a copper cooling plate with a fixed-point fastening element arranged at the top,
  • FIG. 2 shows a side view of the copper cooling plate with a furnace armor plate according to FIG. 1, 3 is a connection-side plan view of a copper cooling plate with two fixed point fastening elements arranged in the middle of the copper cooling plate,
  • FIG. 4 shows a side view of the copper cooling plate with a furnace armor plate according to FIG. 3.
  • a copper cooling plate 10 is shown in a plan view (Fig. 1) and in a side view (Fig. 2) with four coolant channels (not visible), the coolant tubes 13, 14 for supplying and removing the coolant at the top and are arranged on the lower part of the copper cooling plate 10.
  • a fastening bolt is arranged as a fixed point fastening element 11, which is welded to the furnace armor plate 15 with a disk 17.
  • these coolant tubes 13 can be welded directly to the furnace armor plate 15 with a disk 17 without the otherwise usual compensators.
  • the lower coolant pipes 14, which are too far away from the fixed point fastening element 11, are unchanged connected to the furnace armor plate 15 with compensators 16.
  • a plurality of starting point fastening elements 12, in this exemplary embodiment fastening screws, are arranged symmetrically distributed over the surface of the copper cooling plate 10 for further fastening of the copper cooling plate 10 to the furnace armor plate 15.
  • FIGS. 3 and 4 show a top view (FIG. 3) and a side view (FIG. 4) of a further type of fastening or embodiment of a copper cooling plate 10 'in connection with the furnace shell plate 15 according to the invention.
  • two fixed point fastening elements 11 fastening bolts
  • further starting point fastening elements 12 fastening screws
  • the copper cooling plate 10 ′ is therefore fastened from the fixed points of the fastening bolts 11 and the welded-on coolant tubes 13, 14 and the loose points (in the vertical / horizontal direction) of the fastening screws 12.
  • the invention is not limited to the exemplary embodiments shown, but in particular with regard to the number and arrangement of the fixed point and loose point fastening elements and their design as bolts or screws, depending on the size of the copper cooling plates, corresponding variations are possible if this eliminates Compensators in the sense of the invention is made possible.

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Abstract

Bei der Befestigung von Kupferkühlplatten (10) am Ofenpanzerblech (15) von metallurgischen Öfen ist es bekannt, die Kühlmittelrohre (13, 14) mittels Kompensatoren (16) elastisch mit dem Ofenpanzerblech (15) gasdicht durch Schweissen zu verbinden, um Zerstörungen der Befestigung durch thermisch bedingte Wechselbiegebeanspruchungen zu vermeiden. Gemäss der Erfindung wird vorgeschlagen, mindestens ein Festpunkt-Befestigungselement (11) in der Nähe der Kühlmittelrohre (13, 14) anzuordnen, wodurch zumindest ein Teil der sonst üblichen Kompensatoren (16) nicht benötigt wird und somit Kosten eingespart werden.

Description

Kupferkühlplatte für metallurgische Öfen
Die Erfindung betrifft eine Kupferkühlplatte für mit einer feuerfesten Auskleidung und einem äußeren Ofenpanzerblech versehene metallurgische Öfen, wie Hochöfen, Schmelz- oder Schmelzreduktionsöfen, die von einem Kühlmittel durchströmt zwischen dem Ofenpanzerblech und der feuerfesten Ausmauerung angeordnet ist, wobei die Kühlmittelrohre der Kupferkühlplatte zum Zuführen und Abführen des Kühlmittels durch das Ofenpanzerblech nach außen geführt und mit dem Ofenpanzerblech gasdicht verschweißt sind.
Kupferkühlplatten (sogenannte Cu-Staves) aus Kupfer oder einer niedrig legierten Kupferlegierung mit in ihrem Inneren angeordneten Kühlmittelkanälen, gefertigt durch Walzen, Schmieden oder Gießen, haben im Normalfall vier Kühlmittelrohre an der oberen und vier Kühlmittelrohre an der unteren Seite, wobei es jedoch auch weniger oder mehr Kühlmittelrohre sein können, entsprechend der Anzahl der vorhandenen Kühlmittelkanäle.
Es ist bekannt, Kühlplatten eines Ofenkühlsystems auf unterschiedliche Arten an der Innenoberfläche des Ofenpanzerblechs zu befestigen. Infolge der wechselnden thermischen Ausdehnung der Kühlplatten bei unterschiedlichen Wärmebelastungen, bedingt durch den Betrieb des Ofens, ist die Art der Befestigung der Kühlplatten von großer Bedeutung.
So ist es aus der DE 27 43 380 A1 bekannt, aus Gusseisen gefertigte Kühlplatten am Ofenpanzer eines Hochofens mit Schrauben zu befestigen, die nach außen mit einer Dichthaube versehen sind. Nachteil bei dieser Befestigungsart ist, dass sich bei hohen Wärmeblastungen der Kühlplatten diese Befestigungsschrauben ausdehnen und sich die Kühlplatten in Richtung Ofenmitte bewegen können, wodurch heißes Ofengas durch den Spalt zwischen den Kühlplatten und dem Ofenpanzer strömt und die Ofenpanzerung unkontrolliert erwärmt. In der DE 31 00 321 C1 wird deshalb vorgeschlagen, in die Kühlplatten Schutzrohre einzugießen, die die Kühlmittelrohre im Bereich der Ofenpanzerungsdurchführungen mit Abstand umgeben, wobei die Öffnungen im Ofenpanzer gegen Austreten der Ofengase abgedichtet sind und wobei mindestens eines dieser Schutzrohre durch Festschweißen an den Ofenpanzer als Festlager dient und in gleicher Ebene liegende weitere Schutzrohre als horizontal verschiebbare Lagerungen ausgebildet sind. Weiterhin ist mindestens ein - dieser als Festlager dienenden Schutzrohre - gegenüberliegendes Schutzrohr als vertikal verschiebbare Lagerung und die in dieser Ebene liegenden weiteren Schutzrohre als Loslager ausgebildet. Jedes Kühlmittelrohr ist über eine Scheibe mit einem Metallkompensator verbunden, der von einem Schutzgehäuse umgeben ist und gasdicht direkt oder über einen Rohrstutzen am Ofenpanzer angeschweißt ist, um die Befestigungsstelle der Kühlplatte mittels Schutzrohren gegenüber einem unerwünschten Ofengasaustritt abzudichten.
Aus der DE 296 08 464 U1 ist es bekannt, die Kühlplatte ausschließlich mit Hilfe ihrer Kühlmittelrohre am Ofenpanzer zu befestigen. Dabei werden die Kühlmittelrohre durch Bohrungen im Ofenpanzer geführt und mittels eines an einem Rohransatz verschweißten Kompensators einerseits und mittels einer Schweißstelle zwischen Kompensator und Kühlmittelrohr andererseits elastisch mit dem Ofenpanzer verbunden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Befestigung für Kupferkühlplatten an einer Ofenpanzerung anzugeben, wodurch ohne größeren Aufwand die Kupferkühlplatte montiert und demontiert werden kann und die es gestattet, dass zumindest auf ein Teil der sonst üblichen Kompensatoren verzichtet werden kann und die auch wechselnden thermischen Belastungen gegenüber beständig ist.
Die gestellte Aufgabe wird bei einer Kupferkühlplatte der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die Kupferkühlplatten zusätzlich zur Befestigung durch die mit dem Ofenpanzerblech verschweißten Kühlmittelrohre durch mindestens ein mit dem Ofen- panzerblech verschweißtes Festpunkt-Befestigungselement, beispielsweise einem Befestigungsbolzen, mit dem Ofenpanzerblech verbunden ist. Gemäß der Erfindung sind dabei zwei grundsätzliche Befestigungsvarianten denkbar, die je nach Größe der Kupferkühlplatte und Anzahl der Kühlmittelkanäle bzw. Kühlmittelrohre zur Anwendung gelangen können.
Beispielsweise ist es möglich, die Kupferkühlplatte an einem Befestigungsbolzen oder an einem anderen Befestigungselement aufzuhängen, der bzw. das sich in unmittelbarer Nähe zu den oberen und/oder unteren Kühlmittelrohren befindet, die durch die Ofenpanzerung hindurchführen. Das Befestigungselement ist dabei so mit der Ofenpanzerung und der Kupferkühlplatte verbunden, dass das Befestigungselement als Festpunkt in allen räumlichen Richtungen wirkt. Die unmittelbare Nähe des Befestigungselements zu den Kühlmittelrohren einerseits sowie die sehr niedrige thermische Ausdehnung des Kupfers andererseits führen dazu, dass die aufgrund von Temperaturschwankungen zu erwartenden thermischen Ausdehnungen relativ zwischen dem Befestigungselement und den benachbarten Kühlmittelrohren so gering ausfallen, dass auf die Kompensatoren an diesen Kühlmittelrohren verzichtet werden kann. Die Kühlmittelrohre können also direkt, d. h. ohne Kompensatoren, mit der Ofenpanzerung verschweißt werden und stellen damit weitere Festpunkte dar. Die übrigen Kühlmittelrohre werden wie bisher üblich mit Kompensatoren am Ofenpanzerblech befestigt und stellen somit Lospunkte in allen Raumrichtungen dar. Die Kupferkühlplatte ist darüber hinaus an weiteren Lospunkten mittels entsprechender Befestigungselemente, beispielsweise Schrauben, mit dem Ofenpanzerblech verbunden, durch die Bewegungen aufgrund thermischer Ausdehnung in vertikaler/horizontaler Richtung möglich sind.
Eine weitere Variante für die Befestigung einer Kupferkühlplatte besteht darin, die Kupferkühlplatte mit mindestens einem Festpunkt-Befestigungselement - etwa in der Mitte der Kupferkühlplatte - zu versehen. Die Kupferkühlplatte, mit zusätzlichen Lospunkt-Befestigungselementen versehen, kann dann gänzlich ohne Kompensatoren am Ofenpanzerblech verschweißt werden, wobei alle Kühlmittelrohre dann als weitere Festpunkte wirken. Die zu erwartenden thermischen Ausdehnungen zwischen den auf diese Weise vorhandenen Festpunkten sind so gering, dass sie vernachlässigt werden können und somit keine Kompensatoren mehr benötigt werden. Der Wegfall der Kompensatoren stellt durch den verminderten Montage- und Schweißaufwand einen erheblichen Vorteil dar, da ein Kompensator zum einen am Ofenpanzerblech und zum anderen am Rohrstutzen der Kupferkühlplatte gasdicht angeschweißt werden müsste.
Diejenigen Kühlmittelrohre, die ohne Kompensatoren gemäß der Erfindung auskommen, werden gasdicht von außen direkt am Ofenpanzerblech angeschweißt und entweder mit Hilfe einer Lochschablone angeordnet oder mit einem einfachen zylindrischen Topf angebracht, der den Abstand des Festpunktes des angeschweißten Kühlmittelrohres zum Körper der Kupferkühlplatte noch vergrößert.
Mit der Befestigung der Kupferkühlplatte gemäß der Erfindung können demnach Kupferkühlplatten in metallurgischen Öfen, insbesondere Hochöfen oder sonstigen Schmelz- und Schmelzreduktionsöfen somit einfacher, schneller und kostengünstiger montiert werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand von in schematischen Zeichnungsfiguren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei gleiche Konstruktionsteile mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet sind. Es zeigen:
Fig. 1 eine anschlussseitige Draufsicht auf eine Kupferkühlplatte mit einem oben angeordneten Festpunkt-Befestigungselement,
Fig. 2 eine Seitenansicht der Kupferkühlplatte mit Ofenpanzerblech gemäß Fig. 1 , Fig. 3 eine anschlussseitige Draufsicht auf eine Kupferkühlplatte mit zwei in der Mitte der Kupferkühlplatte angeordneten Festpunkt- Befestigungselementen,
Fig. 4 eine Seitenansicht der Kupferkühlplatte mit Ofenpanzerblech gemäß Fig. 3.
In den Figuren 1 und 2 ist in einer Draufsicht (Fig. 1 ) und in einer Seitenansicht (Fig. 2) eine Kupferkühlplatte 10 dargestellt mit vier Kühlmittelkanälen (nicht sichtbar), deren Kühlmittelrohre 13, 14 zum Zuführen und Abführen des Kühlmittels am oberen und am unteren Teil der Kupferkühlplatte 10 angeordnet sind. In unmittelbarer Nähe der oberen Kühlmittelrohre 13 ist als Festpunkt- Befestigungselement 11 ein Befestigungsbozen angeordnet, der mit einer Scheibe 17 am Ofenpanzerblech 15 angeschweißt ist.
Durch die örtliche Nähe des Festpunkt-Befestigungselements 11 zu den Kühlmittelrohren 13 können diese Kühlmittelrohre 13 ohne die sonst üblichen Kompensatoren direkt mit dem Ofenpanzerblech 15 mit einer Scheibe 17 verschweißt werden.
Die unteren Kühlmittelrohre 14, die örtlich zu weit vom Festpunkt- Befestigungselement 1 1 entfernt sind, sind unverändert mit Kompensatoren 16 mit dem Ofenpanzerblech 15 verbunden.
Weiterhin sind noch mehrere Lospunkt-Befestigungselemente 12, in diesem Ausführungsbeispiel Befestigungsschrauben, zur weiteren Befestigung der Kupferkühlplatte 10 an dem Ofenpanzerblech 15 über die Fläche der Kupferkühlplatte 10 symmetrisch verteilt angeordnet.
Durch die erfindungsgemäße Befestigung der Kupferkühlplatte 10 an dem Ofenpanzerblech 15 werden auftretende Kräfte durch thermische Ausdehnung problemlos aufgenommen, wobei die oberen Kühlmittelrohre 13 und der Befe- stigungsbozen 11 als Festpunkte, die unteren Kühlmittelrohre 14 mit Kompensatoren 16 in alle räumlichen Richtungen als Lospunkte und die Befestigungsschrauben 12 in vertikal/horizontaler Richtung ebenfalls als Lospunkte wirken.
In den Figuren 3 und 4 ist in einer Draufsicht (Fig. 3) und in einer Seitenansicht (Fig. 4) eine weitere Befestigungsart bzw. Ausführungsform einer Kupferkühlplatte 10' in Verbindung mit dem Ofenpanzerblech 15 gemäß der Erfindung dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel sind zwei Festpunkt- Befestigungselemente 11 (Befestigungsbolzen) in der Mitte der Kupferkühlplatte 10' angeordnet. Zusätzlich sind, wie auch im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2, weitere Lospunkt-Befestigungselemente 12 (Befestigungsschrauben) vorhanden. Bei dieser in den Figuren 3 und 4 gezeigten Befestigungvariante kann auf sämtliche Kompensatoren verzichtet werden, da die thermischen Ausdehnungen relativ zwischen den Festpunkt-Befestigungselementen und den Festpositionen der oberen und auch der unteren Kühlmittelrohre 13 so gering sind, dass diese vernachlässigt werden können. Die Befestigung der Kupferkühlplatte 10' besteht demnach bei dieser Variante aus den Festpunkten der Befestigungsbolzen 11 und der angeschweißten Kühlmittelrohre 13, 14 sowie den Lospunkten (in vertikal/horizontaler Richtung) der Befestigungsschrauben 12.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern insbesondere im Hinblick auf die Anzahl und Anordnung der Festpunkt- und Lospunkt-Befestigungselemente sowie auf ihre Ausbildung als Bolzen bzw. Schrauben sind je nach Größe der Kupferkühlplatten entsprechende Variationen möglich, wenn dadurch der Wegfall von Kompensatoren im Sinne der Erfindung ermöglicht wird.

Claims

Ansprüche
1. Kupferkühlplatte für mit einer feuerfesten Auskleidung und einem äußeren Ofenpanzerblech versehene metallurgische Öfen, wie Hochöfen, Schmelz- oder Schmelzreduktionsöfen, die von einem Kühlmittel durchströmt zwischen dem Ofenpanzerblech und der feuerfesten Ausmauerung angeordnet ist, wobei die Kühlmittelrohre der Kupferkühlplatte zum Zuführen und zum Abführen des Kühlmittels durch das Ofenpanzerblech nach außen geführt und mit dem Ofenpanzerblech gasdicht verschweißt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferkühlplatte (10, 10') zusätzlich zur Befestigung durch die mit dem Ofenpanzerblech (15) verschweißten Kühlmittelrohre (13, 14) durch mindestens ein mit dem Ofenpanzerblech (15) verschweißtes Festpunkt-Befestigungselement (11), beispielsweise einem Befestigungsbolzen, mit dem Ofenpanzerblech (15) verbunden i s t .
2. Kupferkühlplatte nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferkühlplatte (10, 10') zusätzlich durch mindestens ein Lospunkt-Befestigungselement (12), das thermische Ausdehnungsbewegungen der Kupferkühlplatte (10, 10') in horizontaler und vertikaler Richtung zulässt, beispielsweise einer Befestigungsschraube, mit dem Ofenpanzerblech (15) fest verbunden ist.
3. Kupferkühlplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Festpunkt-Befestigungselemente (11) im oberen und/oder unteren Teil der Kupferkühlplatte (10, 10') in unmittelbarer Nähe der Kühlmittelrohre (13, 14) angeordnet sind.
4. Kupferkühlplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Festpunkt-Befestigungselemente (11 ) in der Mitte der Kupferkühlplatte (10, 10') angeordnet sind.
5. Kupferkühlplatte nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Kühlmittelrohre (13,14) ohne Verwendung eines Kompensators direkt mit dem Ofenpanzerblech (15) verschweißt sind.
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