Kühleinrichtung für einen Schmelzofen, Schmelzofen mit einer solchen Kühleinrichtung und Verfahren zur Kühlung eines Schmelzofens

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung für einen Schmelzofen (1), der eine im Ofeninneren angeordnete Wanne (2) zur Aufnahme des Schmelzguts (3, 3a, 3b, 3c) und eine diese wenigstens teilweise seitlich begrenzende Wandung (5) aufweist. Die Kühleinrichtung umfasst eine Mehrzahl von länglichen Kühlelementen (4) zur Leitung eines Kühlfluidums, die jeweils wenigstens eine Zuleitung (19) und eine damit fluiddynamisch verbundene Ableitung (20) für das Kühlfluidum aufweisen und die im Ofeninneren angeordnet sind. Erfindungsgemäss besteht das Kühlelement aus zwei wenigstens teilweise ineinander angeordneten röhrenförmigen Elementen (14, 15), durch deren Anordnung wenigstens eine Zuleitung (19) und wenigstens eine Ableitung (20) für das Kühlfluidum gebildet wird. wird das Kühlfluidum zwangsweise durch die Kühlelemente (4) gefördert. Die Erfindung betrifft des weiteren einen Schmelzofen (1) mit einer solchen Kühleinrichtung und ein Verfahren zur Kühlung eines Schmelzofens (1).

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung für einen Schmelzofen nach Anspruch 1, einen Schmelzofen mit einer solchen Kühleinrichtung nach Anspruch 6, ein Verfahren zur Kühlung eines Schmelzofens nach Anspruch 12 und ein Kühlelement nach Anspruch 17.

[0002] Beim Betrieb eines Schmelzofens treten regelmässig Bedingungen auf, die zu einer hohen thermischen, chemischen und mechanischen Belastung der für die Ausmauerung verwendeten Feuerfeststeine führen. Die thermische und mechanische Belastung ist besonders hoch bei Schmelzöfen mit zu hohen Temperaturschwankungen führender wechselnder Zusammensetzung des Schmelzguts, z.B. Schlacke aus der Müllverbrennung, oder solchen, die nicht im Dauerbetrieb laufen. Insbesondere bei Schmelzöfen zum Schmelzen von Schlacke aus der Müllverbrennung wird die Ausmauerung auch chemisch durch aggressive Gase, z.B. Chlorwasserstoff, Fluorwasserstoff, Schwefelwasserstoff, belastet. Im Ofeninneren entstehende chemische Verbindungen können die Feuerfeststeine angreifen, deren Stabilität vermindern und zu deren Auflösung führen. Daher bestehen für solche Öfen strenge Sicherheitsvorgaben, die die Gefahr von Durchbrüchen der Ofenwandung so weit wie möglich reduzieren sollen.

[0003] Um einem übermässigen Verschleiss und damit verringerten Standzeiten und den damit verbundenen wirtschaftlichen Nachteilen vorzubeugen, sind verschiedene Kühlsysteme bekannt. Es ist beispielsweise bekannt, den Schmelzofen oberhalb der Schmelzzone nicht auszumauern und mit Kühlrohren auszurüsten, die die Ofenabdeckung tragen. Diese Schutzmassnahme betrifft jedoch in erster Linie die Gewölbedecke. Die dabei eingesetzten Kühlrohre aus Kupfer oder Stahl müssen nach einer gewissen Zeit ausgetauscht werden, was ebenfalls die Betriebszeit der Anlage negativ beeinträchtigt. Zur Kühlung der Seitenwandung des Schmelzofens im Bereich der Schmelzzone werden beispielsweise Kühlelemente von aussen in die Mauerwerksteile eingebracht. Die Kühlelemente sind an einen geschlossenen Kühlkreislauf angeschlossen und können auch austauschbar sein. Aus der DE 36 03 783 ist des weiteren bekannt, an einen geschlossenen Kühlkreislauf angeschlossene Kühlelemente von aussen mit der Ofenwandung in Kontakt zu bringen, um diese zu kühlen. Es ist schliesslich auch bekannt, die Ofenwandung von aussen mit einer Kühlflüssigkeit, z.B. einem Wasserfilm, zu benetzen.

[0004] Der Nachteil der bekannten Anlagen, die das Mauerwerk von aussen oder durch im Mauerwerk angeordnete Mittel kühlen, liegt darin, dass sie mit verhältnismässig grosser Kühlleistung bzw. grossem Wärmefluss ausgelegt werden müssen, um auch den an das Ofeninnere grenzenden Bereich der Ausmauerung, der den höchsten Temperaturen ausgesetzt ist, auf die gewünschte Temperatur zu kühlen. Die maximale Kühlleistung wird nicht an dem Ort erbracht, an dem sie an sich erforderlich ist. Die Kühlelemente müssen daher relativ grosse Volumina an Kühlmedium aufnehmen. Dies birgt bei einem Leck die Gefahr, dass in das Ofeninnere gelangende Kühlflüssigkeit explosionsartig verdampft, wodurch die Kühlelemente und die gesamte Anlage stark beschädigt werden können.

[0005] Aus der DE 19 34 486 ist eine Einrichtung zur Kühlung hitzebeanspruchter Mauerwerksteile bei einem Schmelzofen bekannt, die mehrere, an der Innenseite des Ofens direkt an der Ausmauerung angeordnete Rohre umfasst. Die in zwei Kammern unterteilten Rohre sind teilweise mit einer Kühlflüssigkeit, insbesondere Wasser, gefüllt und an ihrem oberen Ende mit jeweils einer Kondensier- und Dampferzeugervorrichtung verbunden, so dass jedes Rohr einen abgeschlossen Kreislauf darstellt. Die Umwälzung der Kühlflüssigkeit geschieht rein passiv durch Konvektion. Die Rohre sind direkt an die Ofenwandung angrenzend angeordnet, so dass sich an der der Wandung abgewandten Seite der Rohre eine Schicht aus erstarrtem Schmelzgut bildet. Diese stellt einen zusätzlichen Hitzeschutzschild für das Mauerwerk dar, verhindert jedoch, dass einzelne Rohre im Schadensfall ersetzt werden können. Des weiteren kann die Kühlleistung von aussen aufgrund des rein passiven Umwälzens der Kühlflüssigkeit nur schwer überwacht oder angepasst werden. Damit sind beispielsweise Störungen aufgrund Verstopfung oder Leckage nicht unmittelbar erkennbar. Temperaturänderungen der Schmelze können nicht ausgeglichen werden.

[0006] Aus der GB-A 2 131 137 ist ein Kühlelement zur Anordnung an der Innenwand eines Schmelzofens bekannt. Dieses besteht aus einer serpentinenartig gewundenen Röhre, die in eine flache Kupferplatte eingegossen ist. Die Anschlüsse für die Zu- und Ableitung der Kühlflüssigkeit stehen von der Kupferplatte ab. Das flächige Kühlelement wird mit mehreren Montageelementen an der Innenwand des Ofens montiert. Nachteilig hieran ist, dass das Kühlelement im Verschleissfall nicht ohne weiteres ausgetauscht werden kann.

[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Kühleinrichtungen und Kühlelemente so weiterzuentwickeln, dass die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden. Insbesondere sollen die Kühlelemente leicht herstellbar und austauschbar sein. Des weiteren soll ein Schmelzofen mit einer derartigen Kühleinrichtung sowie ein Verfahren zur Kühlung eines Schmelzofens angegeben werden.

[0008] Die Aufgabe wird gelöst durch eine Kühleinrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1, einen Schmelzofen mit einer solchen Kühleinrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 6, ein Verfahren zur Kühlung eines Schmelzofens mit den Merkmalen von Anspruch 12 und ein Kühlelement mit den Merkmalen von Anspruch 17. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.

[0009] Die erfindungsgemässe Kühleinrichtung für einen Schmelzofen umfasst eine Mehrzahl von länglichen Kühlelementen zur Leitung eines Kühlfluidums, die jeweils wenigstens eine Zuleitung und eine damit fluiddynamisch verbundene Ableitung für das Kühlfluidum aufweisen. Das erfindungsgemässe Kühlelement besteht aus zwei wenigstens zum Teil ineinander angeordneten röhrenförmigen Elementen, die im folgenden als innere und äussere Röhre bezeichnet werden. Die innere Röhre dient als Zu- oder. Ableitung und der Raum zwischen den beiden Röhren als Ab- bzw Zuleitung für das Kühlfluidum. Unter "länglich" wird verstanden, dass die Länge des Kühlelements deutlich grösser als sein Durchmesser ist, vorzugsweise um ein Vielfaches. Damit kann gezielt punktuell gekühlt und ein vorbestimmtes Temperaturprofil eingestellt werden. Eine solche Kühllanze kann einfach und kostengünstig hergestellt werden, insbesondere wenn sie aus zwei im unteren Bereich ineinander geschachtelten Hohlzylindern besteht. Das Kühlelement ist leicht zu montieren bzw. auszutauschen, da es nur punktuell durch die Ofenwandung geführt und dort befestigt sein muss. Die Anordnung zweier Röhren ineinander hat bei sehr einfacher Konstruktion den Vorteil einer vergrösserten Kontaktfläche und guten Kontrollierbarkeit der Kühlmittelströme.

[0010] Das Kühlfluidum, das vorzugsweise Wasser ist, wird vorzugsweise mittels einer geeigneten Pumpeinrichtung zwangsweise durch das Kühlelement gefördert. Durch geeignete Wahl des Drucks des Kühlfluidums kann die Kühlleistung an die tatsächlich herrschenden Bedingungen im Ofeninneren angepasst werden. Dies ist insbesondere für Schmelzöfen mit wechselnder Zusammensetzung des Schmelzguts, z.B. solchen zum Schmelzen von Schlacke aus der Müllverbrennung, vorteilhaft. Die Erfindung kann jedoch auch bei Schmelzöfen mit gleichbleibender Beschickung, z.B. Glas- oder Metallschmelzöfen, mit Vorteil eingesetzt werden.

[0011] Die Kühlelemente sind im Ofeninneren vorzugsweise in der Nähe der zu kühlenden Ausmauerung wenigstens teilweise in das Schmelzgut eintauchend angeordnet, besonders bevorzugt von der Ausmauerung beabstandet. Das Einhalten eines Abstandes zur Wand hat den Vorteil, dass die Schmelze zwischen Wand und Kühlelementen erstarrt, wodurch das System träger wird und eine Art Schutzschild für die Wand gebildet wird. Bei Ausfall eines Kühlelements wird die Schmelze in dessen Umgebung aufgeschmolzen, so dass ein neues Kühlelement in diesen Bereich eingeschoben werden kann.

[0012] Wenn die Kühlelemente direkt an die Wandung angrenzend angeordnet sind, können sie in vorteilhafter Weise zusätzlich eine Stützfunktion der Wandung übernehmen.

[0013] Die Betriebsparameter der Kühleinrichtung werden vorzugsweise so gewählt, dass das Schmelzgut im Bereich der Ausmauerung erstarrt und somit einen thermischen Schutzschild für die Ausmauerung bildet.

[0014] In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Kühlelemente für das Kühlfluidum durchlässig gestaltet. Damit kann Kühlfluidum durch die Wand bzw. Oberfläche des Kühlelements in das Ofeninnere austreten und im Wege der Verdampfungskühlung den Kühleffekt verstärken. Durch die Verdampfung bereits geringer Mengen Kühlflüssigkeit gelingt es, die Kühlelemente und damit die Schmelze im gewünschten Bereich effektiv zu kühlen. Im Gegensatz dazu sind alle bekannten Kühlsysteme so ausgelegt, dass die Abgabe von Kühlmedium in den Ofeninnenraum unter allen Umständen vermieden wird, um die dortigen Reaktionsbedingungen nicht durch Zufuhr von Kühlflüssigkeit, oft Wasser, zu verändern und ein explosionsartiges Verdampfen grosser Mengen von Kühlflüssigkeit zu verhindern. Es hat sich nun überraschend gezeigt, dass beim erfindungsgemässen gezielten Freisetzen kleiner Mengen Kühlfluidum in den Ofeninnenraum die befürchteten negativen Folgen ausbleiben. Die Bedingungen im Ofeninneren werden durch die freigesetzte Menge nicht wesentlich verändert. Ein plötzliches Verdampfen grosser Mengen Kühlflüssigkeit wird vermieden, indem die Oberfläche des Kühlelements eine vorbestimmte Durchlässigkeit aufweist, so dass ein schlagartiger Wärmetransfer auf das gesamte im Kühlelement enthaltene Kühlfluidum vermieden wird. Die abgegebene Menge Kühlmittel ist stets um ein Vielfaches geringer als die rücklaufende Menge. Da die Verdampfungswärme von Wasser sehr hoch ist, kann die zur Erzielung einer bestimmten Kühlleistung notwendige Wassermenge auf 1/10 bis 1/16 der nominalen Wassermenge eines herkömmlichen Kühlsystems mit einem geschlossenen Kühlkreislauf reduziert werden. Dabei wurde angenommen, dass sich das Wasser bei einem herkömmlichen Kühlsystem drucklos von ca. 40°C auf ca. 80°C erwärmt, während es sich bei der Abgabe ins Ofeninnere auf ca. 600°C erwärmt und dabei eine entsprechend grössere Wärmemenge aufnimmt.

[0015] Des weiteren kann durch geeignete Wahl der Durchflussgeschwindigkeit die benötigte Menge Kühlfluidum pro Kühlelement sehr klein gehalten werden, so dass die Gefahr von Schäden auch bei einem Leck gering bleibt.

[0016] Der erfindungsgemässe Schmelzofen zeichnet sich durch eine längere Standzeit und damit grössere Wirtschaftlichkeit aus. Besonders grosse Vorteile hat die Verwendung der Kühleinrichtung für Schmelzöfen für Schlacke aus der Müllverbrennung. Die aufgrund der unterschiedlichen Schlackenzusammensetzung auftretenden Temperaturspitzen und die chemische Belastung des Mauerwerks können gering gehalten werden, indem die Kühleinrichtung stets so betrieben wird, dass das Mauerwerk mit einer Schutzschicht aus erstarrter Schlacke versehen ist.

[0017] Die Kühleinrichtung ist vorzugsweise modular aus einzelnen Kühlelementen aufgebaut, die unabhängig voneinander sind und zusammen mit einer eigenen oder einer gemeinsamen Pumpeinrichtung lokal jeweils einen Kühlkreislauf ausbilden können. Vorteile liegen in der kostengünstigen Herstellung und einfachen Montage und Wartung bzw. Erneuerung.

[0018] Die Funktionsfähigkeit der vorzugsweise modular aus einzelnen Kühlelementen aufgebauten Kühleinrichtung kann leicht überwacht werden, indem die Differenz zwischen der zu- und der abgeleiteten Menge an Kühlfluidum gemessen wird. Auf diese Weise lassen sich Lecks leicht feststellen. Die Kühlleistung kann beispielsweise durch Einstellung der Menge des pro Zeiteinheit durch die Kühlelemente gepumpten Mediums angepasst werden, insbesondere indem der Pumpendruck angepasst wird.

[0019] Fällt eines oder mehrere der Kühlelemente aus, so schmilzt das erstarrte Schmelzgut im Bereich des defekten Kühlelements. Durch den modularen Aufbau der Kühleinrichtung kann das defekte Kühlelement bei vollem Erhalt der Funktionsfähigkeit der übrigen Kühlelemente vom Kühlkreislauf abgekoppelt, in den Ofen gestossen, durch Verschmelzen mit dem Schmelzgut entsorgt und durch ein nachgeschobenes intaktes Kühlelement ersetzt werden.

[0020] Vorzugsweise wird die erfindungsgemässe Kühleinrichtung als Ergänzung zu bekannten Kühleinrichtungen eingesetzt, die das Mauerwerk von aussen bzw. innerhalb des Mauerwerks kühlen. Diese Systeme können in diesem Fall kleiner dimensioniert werden. Des weiteren führt der Ausfall eines der Kühlsysteme in einem solchen Fall noch nicht zwingend dazu, dass der Betrieb des Ofens unterbrochen werden muss.

[0021] Beispiele für die Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigen rein schematisch:

Fig. 1

einen Längsschnitt durch einen Schmelzofen mit einer Kühleinrichtung;

Fig. 1a

einen Längsschnitt durch einen Schmelzofen mit einer Kühleinrichtung und einer abgeschrägten Ofenwandung;

Fig. 2

den Ofen aus Fig. 1 im Querschnitt;

Fig. 3

einen Seitenbereich des Ofens aus Fig. 1 in vergrösserter Darstellung;

Fig. 4

eine Ansicht eines Kühlelements;

Fig. 5

das Kühlelement aus Fig. 4 im Längsschnitt;

Fig. 6

ein weiteres Kühlelement im Längsschnitt.

[0022] Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Schmelzofen 1 zum Schmelzen von Schlacke aus der Müllverbrennung. Fig. 2 zeigt einen Querschnitt des Schmelzofens 1, Fig. 3 einen vergrösserten Ausschnitt aus Fig. 1. Der Schmelzofen 1 umfasst eine Wanne 2 mit einem Boden 6 und einer Seitenwandung 5 für das Schmelzgut 3. Unter Schmelzgut 3 wird sowohl das noch feste Gut 3a, d.h. die feste Schlacke bzw. Pyrolysekoks, als auch das bereits geschmolzene Gut 3b (Schmelze) verstanden. Das feste Schmelzgut 3a wird dem Ofen 2 durch einen ersten Schacht 8 zugeführt, wobei sich ein Berg 3c aus Feststoffen bilden kann, der über das normale Niveau N der Schmelze 3b hinausragt. Das Brenngas bzw. Pyrolysegas wird dem Ofeninneren 1' über Düsen 12, 13 zugeführt. Diese sind in der Wandung eines zweiten Schachts 9 angeordnet, der zur Abfuhr der Ofengase zur Nachbrennkammer dient. Die Wanne 2 ist seitlich durch die Seitenwandung 5 aus einem hitzebeständigen Material begrenzt. Der Boden 6 ist stellenweise abgesenkt (Bereich 6a), um die flüssigen Metallbestandteile der Schlacke besser von den auf dem Metall schwimmenden Reststoffen trennen zu können.

[0023] Figur 1a zeigt eine Abwandlung des in Fig. 1 dargestellten Ofens 1. Der Boden 6 der Wanne 2 ist im Bereich 6b der Seitenwandung 5 schräg ansteigend gestaltet. Damit wird die Kontaktfläche der Schmelze 3b mit der Seitenwandung 5 deutlich reduziert. Das Kühlelement 4 taucht nur an seinem unteren Ende 4a in die Schmelze 3b ein.

[0024] Wie in Fig. 3 dargestellt, besteht die Seitenwandung 5 aus zwei Lagen aus Feuerfeststeinen 5a, 5b und schliesst mit einer Aussenhaut 5c ab, die sich nach oben in Richtung des ersten Schachtes 8 fortsetzt und dessen Wandung bildet. Die Aussenhaut 5c wird zur Kühlung des Ofens in an sich bekannter Weise mit Wasser 7 benetzt. Die Feuerfeststeine 5a, 5b haben Aussparungen 10, die in an sich bekannter Weise zur Leitung eines Kühlmediums dienen. Zusätzlich zu den an sich bekannten Kühlmassnahmen wird die Seitenwandung durch die erfindungsgemässe Kühleinrichtung gekühlt.

[0025] Die erfindungsgemässe Kühleinrichtung umfasst eine Mehrzahl von Kühlelementen 4, die innerhalb des Ofens 1 angeordnet sind. Die stab- bzw. lanzenförmigen Kühlelemente 4 sind von oben durch geeignete Öffnungen 11 in der Ofenwand in den Innenraum des Ofens 1 eingeschoben. Sie verlaufen in vertikaler Richtung und haben einen Abstand d von der Seitenwandung 5 von vorzugsweise 1 bis 10 cm, besonders bevorzugt 2-3 cm. Die Kühlelemente 4 ragen mit ihrem vorderen bzw. unteren Ende 4a in die Schmelze 3b hinein. Die Betriebsbedingungen der Kühleinrichtung, insbesondere der Abstand D der Kühlelemente 4 untereinander und der Abstand d zur Seitenwandung 5 sowie die Kühlleistung eines einzelnen Kühlelements 4 sind vorzugsweise so gewählt, dass die Schmelze 3b im Bereich zwischen den Kühlelementen 4 und der Seitenwandung 5 erstarrt. Die erstarrte Schlacke bildet einen Schutzschild für die Seitenwandung 5. Bei Ausfall eines Kühlelements 4 schmilzt die erstarrte Schlacke lokal, wodurch die Wandung 5 als Ganzes jedoch nicht belastet wird. Das defekte Kühlelement 4 kann dann aus seiner Arbeitsposition entfernt und durch ein neues ersetzt werden. Das defekte Kühlelement 4 wird beispielsweise von oben aus der Öffnung 1 gezogen. Besonders bevorzugt erfolgt die Entsorgung jedoch, indem das Kühlelement 4 in den Ofen 1 hineingestossen wird, wo es mit dem Schmelzgut 3 verschmilzt.

[0026] Die Kühlelemente 4, die in Fig. 4 in Aufsicht und in den Fig. 5 und 6 in zwei verschiedenen Ausführungsformen im Schnitt näher dargestellt sind, bestehen aus zwei zumindest im zur Anordnung innerhalb des Ofens bestimmten unteren Bereich 4a konzentrisch zur Längsachse A ineinander angeordneten Röhren 14, 15. Die innere Röhre 14 ist im zur Anordnung ausserhalb des Ofens 1 bestimmten oberen Bereich 4b aus der äusseren Röhre 15 geführt, so dass beide Röhren zum Anschluss eines hier nicht dargestellten Kühlmittelkreislaufs zugänglich sind.

[0027] Im oberen Bereich 4b sind beide Röhren gebogen. An ihren freien Enden 14b, 15b sind vorzugsweise Anschlüsse zum Anschluss des Kühlkreislaufs vorhanden (hier nicht gezeigt). Wegen des geringen Durchmessers kann das Kühlelement 4 leicht durch eine kleine Öffnung in der Ofenwandung in den Schmelzofen eingeführt werden. Ein solches Kühlelement 4, das vorzugsweise aus Stahl besteht, ist einfach und kostengünstig herstellbar und daher als Verschleissteil geeignet.

[0028] Die innere und die äussere Röhre 14, 15 haben jeweils die Form eines Hohlzylinders mit einem kreisförmigen Querschnitt, prinzipiell kommen jedoch auch andere Querschnittsformen in Frage. Der Aussendurchmesser der inneren Röhre 14 ist kleiner als der Innendurchmesser der äusseren Röhre, so dass zwischen den Röhren 14, 15 ein als Ableitung 20 für das Kühlmittel dienender Raum gebildet ist. Die innere Röhre 14 dient vorliegend als Zuleitung 19 für das Kühlmittel, insbesondere Wasser. Zu- und Ableitung 19, 20 sind fluiddynamisch miteinander verbunden, indem die unteren Enden 14a, 15a beider Röhren 14, 15 durch einen gemeinsamen Stopfen 17 verschlossen sind, die innere Röhre 14 im Bereich ihres unteren Endes 14a jedoch Öffnungen 18 zum Raum 20 aufweist. Vorliegend überragt das untere Ende 15a der äusseren Röhre 15 das untere Ende 14a der inneren Röhre 14 etwa um die in Richtung der Achse A gemessene Länge des Stopfens. Die Betriebsbedingungen, insbesondere der Fluss und die Art des Kühlmittels, werden vorzugsweise so eingestellt, dass das Kühlmittel in der Zuleitung 19 flüssig ist und in der Ableitung 20 verdampft, so dass sich ein Dampffilm bildet.

[0029] Auf die äussere Röhre 15 ist eine Hülse 16 aufgesetzt, die sich vom unteren Ende des Kühlelements 4 bis zu dessen oberem Bereich 4b erstreckt. Die nicht zwingend notwendige Hülse 16 hat verschiedene Funktionen: Bei der in Fig. 5 dargestellten ersten Ausführungsform dient sie als Schutzhülse für das Rohrsystem 14, 15, um einem übermässigen Verschleiss vorzubeugen.

[0030] Fig. 6 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemässen Kühlelements 4. Die äussere Röhre 15 ist im unteren Bereich 4a für das Kühlmittel durchlässig gestaltet, indem die Rohrwandung eine Mehrzahl von radial verlaufenden Kanälen 21 aufweist. Die Hülse 16 ist ebenfalls durchlässig, bevorzugt besteht sie aus einem porösen Sintermaterial. Das Kühlmittel tritt durch die Kanäle 21 aus der Ableitung 20 aus und gelangt über das poröse Sintermaterial der Hülse 16 nach aussen in das Ofeninnere. Der Effekt kann durch die Kapillarwirkung der Kanäle 21 verstärkt werden. Durch Verdampfen des Kühlmittels von der Oberfläche der Hülse 16 wird das Kühlelement 4 und damit das Schmelzgut gekühlt. Die erfindungsgemässe Schwitz- bzw. Verdampfungskühlung hat den Vorteil, dass bereits die Abgabe geringer Mengen Kühlmedium zu einer effektiven Temperaturabsenkung führt. Die geringe Menge Kühlmedium beeinträchtigt die Reaktionsbedingungen im Ofeninneren nicht. Des weiteren verhindert die porös gestaltete Hülse 16 die Gefahr des explosionsartigen Verdampfens grösserer Mengen von Kühlmittel.

[0031] Die äussere Röhre 15 kann auch aus einer eine Mehrzahl von Segmentringen zusammengesetzt sein, wobei die Zwischenräume zwischen den einzelnen Segmenten als Kanäle für den Austritt des Kühlmittels dienen (nicht dargestellt). Sind die Öffnungen in der äusseren Röhre 15 fein genug, kann auch auf die Hülse 16 verzichtet werden.

[0032] Ein Beispiel für die Betriebsbedingungen bei einer erfindungsgemässen Anlage ist nachfolgend geschildert: Die Kühlelemente 4 sind befinden sich direkt an der Wand und sind in einem Abstand D=25 cm voneinander angeordnet. Die innere bzw. äussere Röhre 14, 15 hat einen Durchmesser von 21,3 mm bzw. 42,4 mm. Die Länge des Kühlelements innerhalb des Ofens beträgt vorzugsweise 30 bis 60 cm. Als Kühlmittel wird Wasser verwendet. Der Druck der Pumpeinrichtung ist so gewählt, dass der einlaufende Strom des Kühlmittels etwa 1000 1/h beträgt. Davon wird vorzugsweise etwa 20 1/h durch die durchlässige Oberfläche des Kühlelements 4 an die Umgebung abgegeben. Die Kanäle 21 haben bevorzugt einen Durchmesser von 2 mm und eine Gesamtfläche von 140 mm², die Porosität des Sintermaterials beträgt ca. 10%. Das Kühlmittel erwärmt sich beim Durchlaufen des Kühlelements nur unwesentlich um ca. 1°, da durch das nach aussen verdampfende Wasser die Wandungstemperatur etwa konstant gehalten wird.

Ansprüche

1. Kühleinrichtung für einen Schmelzofen (1), der eine im Ofeninneren (1') angeordnete Wanne (2) zur Aufnahme des Schmelzguts (3, 3a, 3b, 3c) und eine diese wenigstens teilweise seitlich begrenzende Wandung (5) aufweist, umfassend eine Mehrzahl von länglichen Kühlelementen (4) zur Leitung eines Kühlfluidums, die jeweils wenigstens eine Zuleitung (19) und eine damit fluiddynamisch verbundene Ableitung (20) für das Kühlfluidum aufweisen und die im Ofeninneren (1') angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlelemente (4) wenigstens ein inneres röhrenförmiges Element (14) und ein äusseres röhrenförmiges Element (15) umfassen, wobei das innere röhrenförmige Element (14) derart wenigstens teilweise im äusseren röhrenförmigen Element (15) angeordnet ist, dass wenigstens eine Zuleitung (19) und wenigstens eine Ableitung (20) für das Kühlfluidum gebildet wird.

2. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlelemente (4) im Ofeninneren in räumlicher Nähe zur Wandung (5), jedoch davon beabstandet angeordnet sind.

3. Kühleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlfluidum zwangsweise durch die Kühlelemente (4) gefördert wird.

4. Kühleinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (4) für das Kühlfluidum durchlässig gestaltet ist, so dass Kühlfluidum aus dem Kühlelement in das Ofeninnere (1') austreten kann.

5. Kühleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das äussere röhrenförmige Element (15) wenigstens teilweise aus einem porösen Material besteht und/oder Kanäle (21) aufweist und/oder aus einzelnen Segmenten aufgebaut ist, zwischen denen das Kühlfluidum austreten kann.

6. Schmelzofen (1), der eine im Ofeninneren angeordnete Wanne (2) zur Aufnahme des Schmelzguts (3, 3a, 3b, 3c) und eine diese wenigstens teilweise seitlich begrenzende Wandung (5) aufweist, mit einer Kühleinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche.

7. Schmelzofen nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Pumpeinrichtung zur Zwangsförderung des Kühlfluidums.

8. Schmelzofen nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlelemente (4) im Ofeninneren (1') in räumlicher Nähe zur Wandung (5), jedoch davon beabstandet angeordnet sind.

9. Schmelzofen nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Kühlelement (4) wenigstens teilweise in das Schmelzgut (3, 3a, 3b, 3c) eintaucht.

10. Schmelzofen nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlelemente (4) im Abstand d von 1 bis 10 cm, vorzugsweise 2-3 cm von der Wandung (5) des Schmelzofens (1) angeordnet sind.

11. Schmelzofen nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlelemente (4) im Ofeninneren (1') in vertikaler Richtung verlaufend angeordnet sind und die Ofenwandung oberhalb der Wanne (2) Öffnungen (11) aufweist, durch die die Kühlelement (4) in das Ofeninnere eingeführt sind.

12. Verfahren zur Kühlung eines Schmelzofens mit einer Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Mehrzahl von Kühlelementen (4) im Ofeninneren (1') in räumlicher Nähe zur Wandung (5) angeordnet ist, wenigstens teilweise in das Schmelzgut (3, 3a, 3b, 3c) eintaucht und von einem Kühlfluidum durchströmt wird, wobei die Kühlleistung der Kühleinrichtung derart gewählt wird, dass die Wandung (5) eine vorbestimmte Temperatur nicht überschreitet.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmelzgut (3, 3a, 3b, 3c) im geschmolzenen Zustand vorliegt und die Kühlleistung der Kühleinrichtung derart gewählt wird, dass die Schmelze im Bereich der Wandung (5) erstarrt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlelement (4) bei Verschleiss aus seiner Halterung in der Wandung freigegeben, so dass es in das Ofeninnere fällt, und ein neues Kühlelement (4) in der freigewordenen Position angeordnet wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen der einem Kühlelement zugeleiteten und davon abgeleiteten Menge Kühlfluidum gemessen und ausgewertet wird, um die Funktionsfähigkeit bzw. den Verschleiss des Kühlelements (4) zu ermitteln.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass Kühlelemente verwendet werden, die für das Kühlfluidum wenigstens teilweise durchlässig sind, und der Druck des Kühlfluidums derart eingestellt wird, dass stets eine vorbestimmte Menge Kühlfluidum aus dem Kühlelement austritt.

17. Kühlelement (4) zur Leitung eines Kühlfluidums für eine Kühleinrichtung für einen Schmelzofen (1), wobei das Kühlelement länglich ist und wenigstens eine Zuleitung (19) und eine damit fluiddynamisch verbundene Ableitung (20) für das Kühlfluidum aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (4) wenigstens ein inneres röhrenförmiges Element (14) und ein äusseres röhrenförmiges Element (15) umfasst, wobei das innere röhrenförmige Element (14) derart im äusseren röhrenförmigen Element (15) angeordnet ist, dass wenigstens eine Zuleitung (19) und wenigstens eine Ableitung (20) für das Kühlfluidum gebildet wird.

18. Kühlelement (4) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das innere und das äussere röhrenförmiges Element (14, 15) jeweils die Form eines Hohlzylinders mit einem kreisförmigen Querschnitt aufweisen, wobei der Aussendurchmesser des inneren röhrenförmigen Elements (14) kleiner als der Innendurchmesser des äusseren röhrenförmigen Elements (15) ist.

19. Kühlelement (4) nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass das äussere röhrenförmiges Element (15) für das Kühlmittel durchlässig ist, vorzugsweise indem es radial nach aussen verlaufende Kanäle (21) aufweist.

20. Kühlelement (4) nach einem der Ansprüche 17-19, gekennzeichnet durch eine Hülse (16), die auf das äussere röhrenförmige Element (15) aufgesetzt ist. und die bevorzugt für das Kühlmittel durchlässig ist.

21. Verwendung eines länglichen Kühlelements nach einem der Ansprüche 17-20 in einer Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5.

Zeichnung