METALLURGISCHER OFEN MIT KUPFERKÜHLPLATTEN

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen mit einer feuerfesten Auskleidung und einem äußeren Ofenpanzerblech versehenen metallurgischen Ofen, wie Hochofen, Schmelz- oder Schmelzreduktionsofen mit einer Kupferkühlplatte, 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.

[0002] 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.

[0003] 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.

[0004] So ist es aus der DE-C-710 923 beispielsweise bekannt, Kühlplatten, die durch ihre durch den Ofenpanzer hindurch gesteckten Wasserein- und Wasserauslaufrohre gehalten werden, zusätzlich durch Halte- und Tragenocken am Ofenpanzer aufzuhängen.

[0005] In ähnlicher Weise wird in der US-A-5 904 893 vorgeschlagen, die Kühlplatten mit einer Aussparung zu versehen, in die ein Tragzapfen des Hochofenpanzers eingreift und damit am Ofenpanzer aufzuhängen.

[0006] In der EP-A-0 837 144 wird gleichfalls die Kühlplatte am Ofenpanzer hängend befestigt, wobei die Kühlplatten Haken aufweisen, die in am Ofenpanzer angeschweißte Haken eingreifen. Die Haken der Kühlplatte können dabei zur besseren Positionierung der Kühlplatte als Schiene ausgebildet sein.

[0007] Eine Befestigung anderer Art wird in der DE-A-198 06 788 vorgeschlagen. Hier ist die Kühlplatte mit einem Gewinde versehen, das durch den Ofenpanzer geführt wird, wodurch die Kühlplatte am Ofenpanzer durch Verschrauben befestigt werden kann.

[0008] Weiterhin ist 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 Wärmebelastungen 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 Ofenparizerung unkontrolliert erwärmt.

[0009] 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 diesem als Festlager dienenden Schutzrohre gegenüberliegendes Schutzrohr als vertikal verschiebbare Lagerung und sind 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.

[0010] 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.

[0011] 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.

[0012] Die gestellte Aufgabe wird bei einem metallurgischen Ofen mit Kupferkühlplatten der eingangs genannten Art gemäß 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 Ofenpanzerblech verschweißtes Festpunkt-Befestigungselement, beispielsweise einem Befestigungsbolzen, mit dem Ofenpanzerblech in allen räumlichen Richtungen spielfrei 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.

[0013] 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.

[0014] 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.

[0015] 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.

[0016] 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.

[0017] 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.

[0018] 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.

[0019] 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.

[0020] Die unteren Kühlmittelrohre 14, die örtlich zu weit vom Festpunkt-Befestigungselement 11 entfernt sind, sind unverändert mit Kompensatoren 16 mit dem Ofenpanzerblech 15 verbunden.

[0021] 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.

[0022] 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 Befestigungsbozen 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.

[0023] 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.

[0024] Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondem 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.

Ansprüche

1. Mit einer feuerfesten Ausmauerung und einem äußeren Ofenpanzerblech (15) versehener metallurgischer Ofen wie Hochofen, Schmelz- oder Schmelzreduktionsofen, mit Kupferkühlplatten (10, 10)', die von einem Kühlmittel durchströmt zwischen dem Ofenpanzerblech (15) und der feuerfesten Ausmauerung angeordnet sind, wobei die Kühlmittelrohre (13, 14) der Kupferkühlplatte (10, 10') zum Zuführen und zum Abführen des Kühlmittels durch das Ofenpanzerblech (15) nach außen geführt und mit dem Ofenpanzerblech (15) 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 mit einem Befestigungsbolzen, mit dem Ofenpanzerblech (15) in allen räumlichen Richtungen spielfrei verbunden ist.

2. Metallurgischer Ofen 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. Metallurgischer Ofen 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. Metallurgischer Ofen nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein oder mehrere Festpunkt-Befestigungselemente (11) in der Mitte der Kupferkühlplatte (10, 10') angeordnet sind.

5. Metallurgischer Ofen 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.

Claims

1. Metallurgical furnace provided with a refractory lining and an outer furnace plate cladding (15), such as a blast furnace, melt furnace or melt-reduction furnace, with copper cooling plates (10, 10'), which are arranged to be flowed through by a coolant between the furnace plate cladding (15) and the refractory lining, wherein the coolant pipes (13, 14) of the copper cooling plate (10, 10') are, for the feed and discharge of the coolant, led to the outside through the furnace plate cladding (15) and welded in gas-tight manner to the furnace plate cladding (15), characterised in that the copper cooling plate (10, 10'), in addition to the fastening by the coolant pipes (13, 14) welded to the furnace plate cladding (15), is connected in play-free manner in all three-dimensional directions with the furnace plate cladding (15) by at least one fixed-point fastening element, for example by a fastening bolt, welded to the furnace plate cladding (15).

2. Metallurgical furnace according to claim 1, characterised in that the copper cooling plate (10, 10') is fixedly connected with the furnace plate cladding (15) additionally by at least one variable-point fastening element (12), for example a fastening screw, which permits thermal expansion movements of the copper plate (10, 10') in horizontal and vertical direction.

3. Metallurgical furnace according to claim 1 or 2, characterised in that one or more fixed-point fastening elements (11) are arranged in the upper and/or lower part of the copper cooling plate (10, 10') in the immediate vicinity of the coolant pipes (13, 14).

4. Metallurgical furnace according to claim 1 or 2, characterised in that one or more fixed-point fastening elements (11) are arranged in the centre of the copper cooling plate (10, 10').

5. Metallurgical furnace according to claim 3 or 4, characterised in that at least a part of the coolant pipes (13, 14) are welded directly to the furnace plate cladding (15) without use of a compensator.

Revendications

1. Four métallurgique pourvu d'un revêtement réfractaire et d'une tôle de blindage extérieure (15), tel que haut-fourneau, four de fusion ou de réduction-fusion, comportant des plaques de refroidissement en cuivre (10, 10') qui sont agencées entre la tôle de blindage de four (15) et le revêtement réfractaire en étant traversées par un agent réfrigérant, les tubes à agent réfrigérant (13, 14) de la plaque de refroidissement en cuivre (10, 10'), destinés à alimenter et évacuer l'agent réfrigérant, étant menés vers l'extérieur à travers la tôle de blindage de four (15) et soudés de façon étanche aux gaz avec la tôle de blindage de four (15), caractérisé en ce que la plaque de refroidissement en cuivre (10, 10') est reliée à la tôle de blindage de four (15), en supplément à la fixation par les tubes à agent réfrigérant (13, 14) soudés avec la tôle de blindage de four (15), sans jeu dans toutes les directions dans l'espace, par au moins un élément de fixation à point fixe (11) soudé avec la tôle de blindage de four (15), par exemple un goujon de fixation qui est relié à la tôle de blindage de four (15).

2. Four métallurgique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque de refroidissement en cuivre (10, 10') est fermement reliée à la tôle de blindage de four (15) en supplément par au moins un élément de fixation à point fou (12) qui permet des mouvements de dilatation thermique de la plaque de refroidissement en cuivre (10, 10') en direction horizontale et en direction verticale, par exemple une vis de fixation.

3. Four métallurgique selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'un ou plusieurs éléments de fixation à point fixe (11) sont agencés dans la partie supérieure et/ou dans la partie inférieure de la plaque de refroidissement en cuivre (10, 10') à proximité immédiate des tubes à agent réfrigérant (13, 14).

4. Four métallurgique selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'un ou plusieurs éléments de fixation à point fixe (11) sont agencés au centre de la plaque de refroidissement en cuivre (10, 10').

5. Four métallurgique selon l'une ou l'autre des revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu'une partie au moins des tubes à agent réfrigérant (13, 14) sont soudés directement sur la tôle de blindage de four (15) sans utiliser un compensateur.

Zeichnung