Kühlelementanordnung

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Kühlelementanordnung für metallurgische Öfen, insbesondere Schachtöfen, gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Die Kühlelemente für Schachtöfen, beispielsweise Hochöfen werden von einem Kühlmittel durchströmt, vorzugsweise mit Wasser. Das Kühlmittel wird durch eine Anordnung von Kühlkanälen geleitet. Hierzu besitzen die Kühlelemente Kühlmittelanschlüsse, die durch die metallische Ofenwand geführt werden.

[0003] Derartige plattenförmige Kühlelemente werden auch als Staves bezeichnet. Sie dienen zur flächendeckenden Kühlung von metallischen Schachtofenwänden. Die Staves besitzen auf ihrer dem Ofeninneren zugewandten Seite eine Konturierung, die zur Verankerung von Feuerfestmaterial dient, welches die Staves vor dem unmittelbaren Kontakt mit dem Inhalt des Schachtofens schützt.

[0004] In der Vergangenheit haben sich zwei Arten von Kühlelementen zum Schutz von metallischen Schachtofenwänden in der Praxis bewährt. Im oberen Bereich des Schachtofens kommen Kühlelemente aus gegossenen Werkstoffen zum Einsatz, so z.B. bei Hochöfen. Im unteren Bereich des Schachtes, der sogenannten kohäsiven Zone, kommen Kühlplatten aus Kupfer, so genannte Kupferstaves zum Einsatz. Es zählt zum Stand der Technik, bei den Kühlelementen die Kühlkanäle durch eingegossene Stahl-Kühlrohre zu schaffen oder die Kühlkanäle durch mechanische Bearbeitung zu erzeugen (z.B. durch Bohren).

[0005] Unabhängig davon, ob es sich um gegossene oder um mechanisch bearbeitete Kühlelemente handelt, besitzen beide Bauformen Kühlmittelanschlüsse, die durch den metallischen Ofenmantel nach außen geführt werden müssen.

[0006] Auf der sogenannten Heißseite besitzen die Kühlelemente Nuten, vorzugsweise in Schwalbenschwanzform. Sie haben die Funktion, feuerfeste Werkstoffe zu verankern, sei es in Gestalt von Formbauteilen und/oder zur Fixierung ungeformter, feuerfester Massen. Das ungeformte feuerfeste Material wird als Verschleiß- und/oder Anfahrschutz der Kühlelemente eingebaut.

[0007] Kühlelemente mit extrem hoher Wärmeleitfähigkeit von über 300 W/mK, z.B. aus Kupferbrammen gewalzte Kühlelemente, haben im Bereich der kohäsiven Zone die Fähigkeit, sogenannte Schutzschichten aus Schlackebildnern auf ihrer Oberfläche "anzufrieren". Dadurch wird einerseits ein besonderer, verfahrenstechnisch bedingter Verschleißschutz gegen Abrasion geschaffen. Andererseits wird durch diese Schlackebildner die Wärmeabfuhr reduziert, so dass Energie eingespart werden kann.

[0008] Bedingt durch die beim Betrieb in Schachtöfen zu verarbeitenden Möllerarten, Koksqualitäten, Schütttechniken und weitere verfahrenstechnische Betriebsbedingungen, die stark voneinander abweichen können, sowie dem Zwang zur Leistungserhöhung bei der Roheisenerzeugung, wurde teilweise extrem hoher Verschleiß speziell an Kupferstaves in Schachtöfen festgestellt.

[0009] Da ein Austausch der Kupferstaves im laufenden Betrieb nicht möglich ist und aus diesem Grund der Verschleiß so gering wie möglich zu halten ist, wird nach neuen Ansätzen zur Lösung dieses Problems gesucht.

[0010] Zum Stand der Technik ist die WO 2012/107322 A1 zu nennen. Es zählt zum Stand der Technik, bei Schachtöfen zusätzlich zu Kühlplatten zylindrische Kühlstäbe vorzusehen, die lösbar in die Kühplatten eingegliedert sind und in der Einbaulage in Richtung zum Inneren des Schachtofens über die Heißseiten der Kühlplatten vorstehen. Die Kühlstäbe sollen in eine Beschichtung der Kühlplatte eingreifen. Die Kühlstäbe können mit heat pipes ausgestattet sein, um Wärme von der innenliegenden Spitze des Kühlstabs zur Basis des Kühlstabs zu leiten. Primär dienen die Stäbe jedoch dazu, den Verschleiß der Schlackeschicht an der Kühlplatte zu reduzieren.

[0011] Durch die DE 29 49 998 A1 zählt es zum Stand der Technik, eine feuerfeste Schicht an Kühlplatten über Bolzen zu befestigen.

[0012] Der Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, eine Kühlelementanordnung aufzuzeigen, mit welcher es möglich ist, eine effektive Kühlung der metallischen Ofenwand bei möglichst geringem Verschleiß zu realisieren, wobei es zudem möglich sein soll, verschlissene Bereiche der Kühlelementanordnung von außen auszutauschen.

[0013] Diese Aufgabe wird bei einer Kühlelementanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

[0014] Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

[0015] Die erfindungsgemäße Kühlelementanordnung für metallurgische Öfen, insbesondere Schachtöfen, zeichnet sich durch folgende Merkmale aus:

a. Kühlplatten sind dafür vorgesehen, an einer metallischen Wand des Ofens angeordnet zu werden, wobei ihre Heißseiten dem Inneren des Ofens zugewandt sind und ihre Kaltseiten der Wand des Ofens zugewandt sind;

b. Die Kühlplatten besitzen Kühlmittelanschlüsse für jeweils wenigstens einen innen liegenden Kühlmittelkanal;

c. Die Kühlplatten besitzen vorkonfigurierte Öffnungen, in welche zylindrische Kühlstäbe lösbar eingegliedert sind, wobei die Kühlstäbe in der Einbaulage in Richtung zum Inneren des Schachtofens über die Heißseiten der Kühlplatten vorstehen;

d. An den Kühlplatten ist eine Beschichtung formschlüssig befestigt, wobei die Beschichtung entweder eine vorkonfigurierte Schlackebildnerschicht oder eine vorkonfigurierte Verschleißschutzschicht ist und/oder umfasst, wobei die Kühlstäbe in die Beschichtung eingreifen;

e. Mehrere Kühlstäbe sind an einem gemeinsamen Kühlkreislauf angeschlossen.

[0016] Die erfindungsgemäße Kühlelementanordnung umfasst mithin nicht nur Kühlplatten, sondern auch Kühlstäbe. Die Kühlplatten entsprechen im Wesentlichen den bekannten Staves, insbesondere aus Kupfer, einem Kupferwerkstoff oder einem Gußwerkstoff. Zusätzlich sind diese Kühlplatten werkseitig mit Öffnungen versehen. In diese Öffnungen sind zylindrische Kühlstäbe lösbar eingliederbar und auch in der Grundkonfiguration der Kühlelemente bereits eingesetzt.

[0017] Die Kühlstäbe weisen in der Einbaulage in Richtung zum Inneren des Ofens über die Heißseiten der Kühlplatten hinaus. Sie stehen über diese vor. An den Kühlplatten ist zudem eine vorkonfigurierte Verschleißschutzschicht formschlüssig befestigt, so dass die Kühlstäbe in die Verschleißschutzschicht eingreifen.

[0018] Die Erfindung macht von den bewährten Kühlplatten Gebrauch, die in großer Zahl in metallurgischen Öfen im Einsatz sind und ein praxiserprobtes Kühlkanalsystem besitzen. Darüber hinaus sind die einzelnen Kühlstäbe vorgesehen, die einerseits eine größere Tiefenwirkung der Kühlung in die Beschichtung hinein haben, andererseits eine Verankerung dieser Beschichtung bewirken.

[0019] Im Gegensatz zum Stand der Technik vertraut die Erfindung nicht auf sich möglicherweise während der Betriebszeit des metallurgischen Ofens, insbesondere eines Schachtofens, bildenden Schutzschicht an den Kühlplatten, durch Anfrieren von Schlackebildnern. In der Praxis hat sich gezeigt, dass sich nur in Ausnahmefällen ein flächendeckender Schutz auf der Heißseite von Kühlplatten bildet. Daher ist bevorzugt vorgesehen, dass auf die Kühlplatten zunächst eine vorkonfigurierte künstliche Schlackebildnerschicht und darauf eine aus feuerfestem Material bestehende Verschleißschutzschicht aufgetragen sind. Die Beschichtung ist daher bevorzugt zweilagig. Die Erfindung umfasst aber auch materialeinheitlich einlagige Beschichtungen.

[0020] Die Kühlstäbe dienen dazu, eine entsprechende Kühlleistung in die Beschichtung einzubringen. Hierzu sind unterschiedliche Konstruktionen und Anordnungen von Kühlstäben im Rahmen der Erfindung möglich. Grundsätzlich befinden sich die Kühlstäbe in der Einbaulage in den hierfür vorgesehenen, vorkonfigurierten Öffnungen innerhalb der Kühlplatten.

[0021] Zusätzlich können zu den in den Kühlplatten angeordneten Kühlstäben auch weitere Kühlstäbe im Randbereich der Kühlplatte angeordnet sein, konkret zwischen einander benachbarten Kühlplatten.

[0022] Zusätzlich können im Randbereich der Kühlplatten randseitig offene Aussparungen zur Aufnahme der Kühlstäbe angeordnet sein.

[0023] Um die Kühlleistung der Kühlstäbe unabhängig von der Kühlleistung der Kühlplatten regulieren zu können, besitzen die Kühlstäbe vorzugsweise getrennte Kühlkreisläufe. Es werden mehrere Kühlstäbe über einen gemeinsamen Kühlkreislauf angesprochen.

[0024] Die Kühlstäbe müssen soweit über die Kühlplatten vorragen, dass sie nicht nur im Wesentlichen in derselben Ebene wie die Heißseite der Kühlplatten liegen, sondern signifikant vorstehen. Vorzugsweise durchsetzen die Kühlstäbe die Beschichtung vollständig. Die Kühlstäbe stehen soweit vor, wie die Beschichtung dick ist.

[0025] Wenn unterhalb der Verschleißschutzschicht zusätzlich eine feuerfeste Schlackebildnerschicht angeordnet ist, können die Kühlstäbe die feuerfeste Verschleißschutzschicht teilweise oder vollständig durchsetzen. Es ist auch denkbar, Kühlstäbe unterschiedlicher Länge einzusetzen. Ebenso ist es denkbar, Kühlstäbe unterschiedlicher Durchmesser zu verwenden. Wichtig ist, eine möglichst gleichmäßig wirksame Kühlung zu gewährleisten, so dass der Verschleiß an den Kühlplatten so weit wie möglich minimiert werden kann. Im Verschleißfalle der Kühlplatten übernehmen die austauschbaren Kühlstäbe die erforderliche Kühlwirkung der metallischen Schachtofenwand in Verbindung mit außenliegenden Kühlboxen.

[0026] Die Kühlplatten sind nur bei Stillsetzung des Schachtofens austauschbar. Die Kühlstäbe hingegen können bei Beschädigung im laufenden Betrieb einzeln ausgewechselt werden, so dass eine Verschleißschutzschicht durch Anfrieren von schlackebildenden Materialien immer wieder aufgebaut werden kann.

[0027] Zusätzlich zu den separat gekühlten Kühlstäben können weitere, fingerartig von der Heißseite der Kühlplatte abstehende, ungekühlte Haltebolzen vorgesehen sein. Diese können die Beschichtung zusätzlich verankern und auch bis in die werkseitig vorbereitete feuerfeste Verschleißschutzschicht ragen, so dass die Schlackebildnerschicht wie auch die Verschleißschutzschicht sicher fixiert bzw. verankert sind.

[0028] Die Verschleißschutzschicht besteht vorzugsweise aus einem ungeformten, feuerfesten, keramischen Werkstoff. Die Verschleißschutzschicht wird sowohl durch schwalbenschwanzähnliche Nuten als auch durch Elemente bestehend aus hochleistungskeramischem Werkstoff, beispielsweise siliziuminfütriertes, rekristalliertes Siliziumnitrid, auf der Kühlplatte verankert und fixiert.

[0029] Als Werkstoffe für die Schlackebildnerschicht kommen vorzugsweise Primärschlacken der jeweiligen Schachtöfen zum Einsatz.

[0030] Mit der erfindungsgemäßen Kühlelementanordnung in Kombination mit der Schlackebildnerschicht und der feuerfesten Verschleißschutzschicht ist es möglich, eine nachhaltige Verbesserung der Verschleißverhältnisse und damit der gewünschten, hohen Lebenserwartung auch bei extrem abrasiven Schachtofen-Fahrweisen zu erzielen.

[0031] Die Erfindung zeichnet sich insbesondere durch die Kombination von Kühlplatten und Kühlstäben mit der Schlackebildnerschicht und der feuerfesten Verschleißschutzschicht aus, die aus diesen vier Grundkomponenten vorgefertigt innerhalb des Schachtofens montiert werden. Eine besonders verschleißschützende betriebliche Fahrweise des Schachtofens ist aufgrund dieser Erfindung nicht mehr erforderlich. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung ist es mithin ebenfalls nicht mehr erforderlich, sich auf ändernde Prozess- und Verfahrensweisen einerseits sowie auf wechselnde Rohstoffe, Schütttechniken, zonale Möllerreduzierbarkeit und andere Faktoren andererseits einstellen zu müssen.

[0032] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Figur 1

einen Längsschnitt durch drei Reihen von Kühlelementen einer Kühlelementanordnung in einer ersten Ausführungsform;

Figur 2

einen Längsschnitt durch drei Reihen von Kühlelementen gemäß einer zweiten Ausführungsform;

Figur 3

eine Kühlelementanordnung in der abgewickelten Draufsicht;

Figur 4

eine Kühlelementanordnung in der Schnittdarstellung in einer weiteren Ausführungsform;

Figur 5

eine Kühlelementanordnung in einer Schnittdarstellung in einer weiteren Ausführungsform und

Figur 6

eine Kühlelementanordnung im Schnitt in einer weiteren Ausführungsform.

[0033] Figur 1 zeigt eine Einbausituation einer Kühlelementanordnung 1 in einem Schachtofen, insbesondere einem Hochofen. Von dem Schachtofen ist eine äußere metallische Wand 2 dargestellt. Die Wand besteht beispielsweise aus Stahlblech. Die metallische Wand wird auch als Panzer bezeichnet.

[0034] In der Bildebene rechts befindet sich das Innere 3 des Ofens. Die Kühlelementanordnung 1 ist an der metallischen Wand 2 befestigt und besitzt mithin eine Heißseite 4, die dem Inneren 3 des Ofens zugewandt ist. Die rückwärtige Seite ist die Kaltseite 5, die der metallischen Wand 2 zugewandt ist.

[0035] Die Kühlelementanordnung umfasst plattenförmige Bestandteile, die sogenannten Kühlplatten 6, 6' die sich in der Einbaulage etwa parallel zur metallischen Wand 2 erstrecken. Die Kühlplatten 6, 6' werden über Befestigungselemente 7 mit der metallischen Wand 2 verbunden. Bei den Befestigungselementen 7 handelt es sich hier um Schraubbolzen, die von außen durch die Wand 2 geführt werden und in die Kaltseite 5 der Kühlplatten 6, 6' eingeschraubt werden.

[0036] Zusätzlich sind Befestigungselemente 7a vorgesehen, die ebenfalls dafür vorgesehen sind, die Kühlplatte 6, 6' mit der metallischen Wand 2 zu verbinden. Bei diesen Befestigungselementen 7a handelt es sich um Bolzen, welche ebenfalls in der Kühlplatte 6, 6' verankert sind, aus der metallischen Wand 2 herausragen und dort über ein Wiederlager befestigt sind.

[0037] Jede der Kühlplatten 6, 6' ist über mehrere derartige Befestigungselemente 7 an der metallischen Wand 2 fixiert.

[0038] In nicht näher dargestellter Weise werden die einzelnen Kühlplatten 6, 6' von Kühlkanälen durchzogen, durch welche Kühlmittel, im Regelfall Kühlwasser, geleitet wird. Das Kühlmittel wird über Kühlmittelanschlüsse 8, 9 in die Kühlplatten 6, 6' eingeleitet bzw. wieder ausgeleitet.

[0039] Die Kühlelementanordnung 1 umfasst neben den Kühlplatten 6, 6' zusätzlich noch zylindrische Kühlstäbe 10. Die Kühlstäbe 10 stehen gegenüber der Heißseite 4 der mittleren Kühlplatten 6 vor und ragen mithin weiter in das Innere 3 des Ofens hinein als die Kühlplatten 6. Die Kühlstäbe 10 sind zylindrisch konfiguriert und befinden sich in Öffnungen 11 in den jeweiligen Kühlplatten 6, 6'. Die Öffnungen 11 sind in dem Durchmesser auf den Durchmesser der Kühlstäbe 10 abgestimmt. Zusätzlich befinden sich zu den Öffnungen 11 korrespondierende Öffnungen 12 in der Wand 2. Die insbesondere fluchtenden Öffnungen 11, 12 in der metallischen Wand 2 und den Kühlplatten 6 ermöglichen es, die Kühlstäbe 10 auszutauschen, indem diese aus den Kühlplatten 6 durch die Wand 2 herausgezogen werden und gegebenenfalls durch neue Kühlstäbe 10 ersetzt werden.

[0040] Eine weitere Besonderheit der Kühlstäbe 10 ist, dass diese nicht zwangsläufig im rechten Winkel zur Kühlplatte 6 stehen müssen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die metallische Wand 2 leicht geneigt. Die Kühlplatten 6, die parallel zur Wand 2 montiert sind, sind dementsprechend ebenfalls geneigt. Die Kühlstäbe 10 hingegen erstrecken sich in der Einbaulage in Horizontalrichtung. Mit anderen Worten sind die Kühlstäbe 10 im Winkel zu den Kühlplatten 6 angeordnet. Sie bieten somit eine verbesserte Verankerung einer Verschleißschutzschicht, z. B. gegen sinkenden Hochofenmöller, auch bei geneigten Ofengefäßen (Schacht, Rast). Die Kühlstäbe 10 ragen in die Verschleißschutzschicht 13, die auf der Heißseite 4 der Kühlplatten 6 angeordnet ist. Die Dicke X der Verschleißschutzschicht 13 entspricht dem Betrag, um welchen die Kühlstäbe 10 über die Heißseite 4 vorstehen. Das heißt, dass die Kühlstäbe 10, soweit sie über die Heißseite 4 der Kühlplatten 6 vorstehen, umfangsseitig von der Verschleißschutzschicht 13 umgeben sind.

[0041] Die Verankerung der Verschleißschutzschicht 13 erfolgt über eine Profilierung 14, umfassend eine Vielzahl von Nuten 15. Die Nuten 15 verlaufen parallel zueinander. Die Nuten 15 sind hinterschnitten. Sie besitzen eine schwalbenschwanzförmige Kontur. Durch die Profilierung 14 ist die Verschleißschutzschicht 13 formschlüssig mit den Kühlplatten 6 verbunden.

[0042] Die Verschleißschutzschicht 13 besteht aus einem feuerfesten Material, das vorkonfiguriert, d. h. werkseitig mit den Kühlplatten verbunden ist und nicht erst nach der Montage innerhalb des Schachtofens eingebracht wird.

[0043] Figur 2 zeigt eine Kühlelementanordnung 16 in einer zweiten Ausführungsform, welche sich von der Kühlelementanordnung 1 der Figur 1 hinsichtlich des Aufbaus der Verschleißschutzschicht 13 unterscheidet. Die Kühlstäbe 10 sowie Kühlplatten 6, 6' sind identisch konfiguriert, so dass auf die Beschreibung der Figur 1 Bezug genommen werden kann. Es werden für die im Wesentlichen gleichen Bauteile die bereits eingeführten Bezugszeichen in Figur 2 weiter verwendet.

[0044] Es ist zu erkennen, dass an Stelle der einlagigen Verschleißschutzschicht 13 der Dicke X nunmehr ein zweischichtiger Aufbau der Beschichtung vorliegt. Eine Schlackebildnerschicht 17 ist mit der Profilierung 14 an der Heißseite 4 formschlüssig verbunden. Sie erstreckt sich etwa nur über ein Drittel der Dicke X der gesamten Beschichtung.

[0045] Zur Heißseite 4 hin ist auf die Schlackebildnerschicht 17 eine zweite Schicht aufgebracht. Diese zweite Schicht ist die feuerfeste Verschleißschutzschicht 18. Zusammen beträgt die Dicke der Schlackebildnerschicht 17 mit der feuerfesten Verschleißschutzschicht 18 wiederum das Maß X, genauso wie in Figur 1. Der Unterschied gegenüber der nur einlagigen Beschichtung mittels der feuerfesten Verschleißschutzschicht 13 (Figur 1) ist, dass die Schlackebildnerschicht hohen abrasiven Belastungen innerhalb des Ofens standhält und einen geringeren Wärmeleitwert aufweist. Sie wirkt gewissermaßen isolierend, so dass weniger Prozesswärme über die metallische Wand 2 bzw. die Kühlelemente 6, 6' abgeführt wird oder verloren geht. Sowohl die Schlackebildnerschicht 17 als auch die feuerfeste Verschleißschutzschicht 18 sind vorkonfiguriert, d. h. werkseitiger Bestandteil der Kühlelementanordnung 16. Sie werden vorab an den Heißseiten 4 der Kühlplatten angeordnet.

[0046] Es ist zu erkennen, dass die Dicke der feuerfesten Verschleißschutzschicht 18 gegenüber der Dicke der Schlackebildnerschicht 17 variieren kann. Tendenziell ist die feuerfeste Verschleißschutzschicht 18 etwas dicker als die Schlackebildnerschicht 17. In jedem Fall dringen die Kühlstäbe 10 bei dieser Konfiguration bis in die feuerfeste Verschleißschutzschicht 18 vor und durchsetzen diese bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sogar vollständig. Die Kühlstäbe 10 stehen dadurch über die Schlackebildnerschicht 17 vor und durchdringen diese vollständig.

[0047] Figur 3 zeigt mehrere Kühlelementanordnungen 1 in der Draufsicht. Die Kühlelementanordnungen 1 im Sinne der Erfindung sind immer einzelne Kühlplatten mit entsprechenden Anschlüssen für Kühlmittel so wie den Kühlstäben und der vorkonfigurierten Verschleißschutzschicht. Figur 3 zeigt mögliche Positionierungen derartiger einzelner Kühlelementanordnungen 1. Die Kühlelementanordnungen 1 sind bei diesem Ausführungsbeispiel in drei übereinander liegenden Reihen angeordnet und werden in gleicher Weise umfangsseitig des Ofens fortgesetzt. In Horizontalrichtung sind die Kühlelementanordnungen 1 jeweils um die halbe Breite einer einzelnen Kühlelementanordnung 1 zueinander versetzt. Die mittlere horizontale Reihe der drei dargestellten Reihen zeigt die erfindungsgemäßen Kühlelementanordnungen 1. Die Kühlplatten 6' der oberen Reihe bzw. der unteren Reihe sind abweichend konfiguriert. In ihnen sind keine zylindrischen Kühlstäbe 10 angeordnet. Es ist zu erkennen, dass die Anordnung der Kühlstäbe 10 dem Aufbau der Figuren 1 und 2 entspricht.

[0048] Die oberen Kühlplatten 6' besitzen lediglich die Grundelemente einer Kühlplatte 6', d. h. die Kühlmittelanschlüsse 8, 9 am oberen und unteren Ende, wobei das Kühlmittel am unteren Ende eintritt, und am oberen Ende austritt. Die Befestigungselemente 7, 7a wurden bereits in Figur 1 erläutert. Angrenzend zur mittleren Reihe von den erfindungsgemäßen Kühlelementanordnungen 1 befinden sich jeweils im Eckbereich der Kühlplatten 6 bzw. 6' Kühlstäbe 10. Zusätzlich befinden sich in den mittleren Kühlplatten 6 der erfindungsgemäßen Kühlelementanordnung weitere fünf Kühlstäbe 10. Jeweils ein Kühlstab 10 befindet sich in der Mitte einer jeden Kühlplatte 6. Zwei weitere Kühlstäbe befinden sich auf halber Strecke zwischen der Mitte und dem Ende einer Kühlplatte 6. Dieser Abstand ist in der Zeichnung als Y bezeichnet. Die zu dem mittleren Kühlstab 10 in der Höhe versetzt angeordnete Kühlstäbe 10 sind zusätzlich seitlich versetzt. Der horizontale Abstand der beiden Kühlstäbe 10 beträgt eine viertel Breite der Kühlplatte 6.

[0049] Zusätzlich befinden sich auch zwischen den einander benachbarten Kühlplatten 6 in der mittleren horizontalen Reihe der Kühlstäbe 10 noch einzelne Kühlstäbe 10 und zwar genau auf halber Höhe. Durch diese Anordnung ergibt sich eine gleichmäßige Verteilung der Kühlstäbe 6, die zur besseren visuellen Abgrenzung als schwarze Punkte eingezeichnet sind. Es ist zu erkennen, dass die übereinander liegenden Reihen von Kühlstäben 10 jeweils um eine viertel Plattenbreite einer Kühlplatte 6 zueinander versetzt angeordnet sind. Insgesamt ergeben sich bei den Kühlplatten 6 der mittleren Reihe fünf übereinander liegende Reihen von identisch konfigurierten Kühlstäben 10, so dass durch die erfindungsgemäße Kühlelementanordnung 1 hier eine besonders intensive Kühlung gewährleistet werden kann.

[0050] Figur 4 zeigt einen Ausschnitt einer Kühlplatte 6 mit einem Kühlstab 10, wobei wiederum eine Schlackebildnerschicht 17 und eine feuerfeste Verschleißschutzschicht 18 vorgesehen sind, wie es bereits in Figur 2 gezeigt ist. Zusätzlich befinden sich jedoch Haltebolzen 19, 20 an der Heißseite der Kühlplatte 6. Die Haltebolzen 19, 20 stehen senkrecht von der Kühlplatte 6 ab. Die längeren Haltebolzen 19 sind in den Nuten der Kühlplatte 6 befestigt und ragen bis in die feuerfeste Verschleißschutzschicht 18. Die kürzeren der Haltebolzen 20 sind zwischen den Nuten angeordnet und erstrecken sich nur bis in die Schlackbildnerschicht 17. Beide Arten von Haltebolzen 19, 20 sind ungekühlt. Sie stehen senkrecht aus der Kühlplatte 6 vor und ragen nicht über die Kühlstäbe 10 in der Länge hinaus. Sie sind bei diesem Ausführungsbeispiel kürzer als die Kühlstäbe 10.

[0051] Das Ausführungsbeispiel der Figur 5 unterscheidet sich von dem vorhergehenden dadurch, dass andere Verankerungsprofile 21 zum Einsatz kommen. In diesem Fall kommt eine Hochleistungskeramik zum Einsatz, die über die Schlackebildnerschicht 17' mit der Kühlplatte 6 verbunden ist. In diesem Fall ist es ausreichend, die Verankerungsprofile 21 panelartig nur zwischen den Nuten, nicht jedoch in den Nuten anzuordnen. Bei dieser Art der Beschichtung bestehend aus Schlackebildner- und Verschleißschutzschichten 17', 18 ist es zudem ausreichend, wenn sich die Verankerungsprofile 21 panelartig nur innerhalb der Schlackebildnerschicht 17' befinden und nicht noch in die feuerfeste Verschleißschutzschicht 18 ragen.

[0052] Das Ausführungsbeispiel der Figur 6 sieht vor, dass nicht die Schlackebildnerschicht, sondern nur die Verschleißschutzschicht 18 unmittelbar auf der Kühlplatte 6 angeordnet und formschlüssig mit der Kühlplatte 6 verbunden ist. Es wurde bei dieser Alternative auf eine vorkonfigurierte Schlackebildnerschicht verzichtet. Daher ist der eingezeichnete Kühlstab 10 kürzer als in Figur 5. Das ist darauf zurückzuführen, dass die Dicke der Beschichtung nur etwa halb so groß ist wie in Figur 5. Der Kühlstab 10 besitzt eine hohe Kühlleistung und ist in der Lage, auf der Verschleißschutzschicht 18 eine Schlackebildnerschicht aufzubauen, d. h. anzufrieren. Der Unterschied besteht mithin darin, dass die Schlackebildnerschicht nicht vorkonfiguriert unmittelbar auf der Kühlplatte 6 aufgetragen ist, d. h. zwischen der Verschleißschutzschicht 18 und der Kühlplatte 6 liegt, sondern auf der der Kühlplatte 6 abgewandten Seite der Verschleißschutzschicht 18 gebildet werden kann. Dadurch besitzt die Beschichtung im Vergleich zu den Figuren 2 bis 4 den umgekehrten Aufbau.

Bezugszeichen:

[0053] 

1 -

Kühlelementanordnung

2 -

metallische Wand

3 -

Inneres des Ofens

4 -

Heißseite

5 -

Kaltseite

6 -

Kühlplatte

6' -

Kühlplatte

7 -

Befestigungselement

7a -

Befestigungselement

8 -

Kühlmittelanschluss

9 -

Kühlmittelanschluss

10 -

Kühlstab

11 -

Öffnung

12 -

Öffnung

13 -

Verschleißschutzschicht

14 -

Profilierung

15 -

Nut

16 -

Kühlelementanordnung

17 -

Schlackebildnerschicht

17' -

Schlackebildnerschicht

18 -

Verschleißschutzschicht

19 -

Haltebolzen

20 -

Haltebolzen

21 -

Verankerungsprofil

X -

Dicke

Y -

Abstand

Ansprüche

1. Kühlelementanordnung für metallurgische Öfen mit folgenden Merkmalen:

a. Kühlplatten (6) sind dafür vorgesehen, an einer metallischen Wand (2) des Ofens angeordnet zu werden, wobei ihre Heißseiten (4) dem Inneren (3) des Ofens zugewandt sind und ihre Kaltseiten (5) der Wand (2) des Ofens zugewandt sind.

b. Die Kühlplatten (6, 6') besitzen Kühlmittelanschlüsse (8, 9) für jeweils wenigstens einen innen liegenden Kühlmittelkanal;

c. Die Kühlplatten (6) besitzen vorkonfigurierte Öffnungen (11, 12), in welche zylindrische Kühlstäbe (10) lösbar eingegliedert sind, wobei die Kühlstäbe (10) in der Einbaulage in Richtung zum Inneren (3) des Ofens über die Heißseiten (3) der Kühlplatten (6, 6') vorstehen;

d. An den Kühlplatten (6) ist eine Beschichtung formschlüssig befestigt, wobei die Beschichtung entweder eine vorkonfigurierte Schlackebildnerschicht (17, 17') oder eine vorkonfigurierte Verschleißschutzschicht (13, 18) ist oder umfasst, wobei die Kühlstäbe (10) in die Beschichtung eingreifen,

dadurch gekennzeichnet, dass

e. mehrere Kühlstäbe (10) an einem gemeinsamen Kühlkreislauf angeschlossen sind.

2. Kühlelementanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den Kühlstäben (10) in den Kühlplatten (6) zwischen einander benachbarten Kühlplatten (6) Kühlstäbe (10) angeordnet sind.

3. Kühlelementanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Randbereich der Kühlplatten randseitig offene Aussparungen zur Aufnahme der Kühlstabe (10) angeordnet sind.

4. Kühlelementanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlstäbe (10) einen von den Kühlplatten (6, 6') getrennten Kühlkreislauf besitzen.

5. Kühlelementanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (13, 18) auf eine Schlackebildnerschicht (17, 17') aufgetragen ist.

6. Kühlelementanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlstäbe (10) die Verschleißschutzschicht (13, 18) und/oder die Schlackebildnerschicht (17, 17') vollständig durchsetzen.

7. Kühlelementanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (13, 18) und sofern vorhanden die Schlackebildnerschicht (17, 17') zusätzlich von fingerartig an der Heißseite (3) der Kühlplatte (6, 6') vorstehenden, ungekühlten Haltebolzen (19, 20) gehalten ist.

8. Kühlelementanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (13, 18) aus einem ungeformten, feuerfesten, keramischen Werkstoff besteht.

9. Kühlelementanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlackebildnerschicht (17, 17') aus Primärschlacke aus der Schmelzzone des jeweiligen metallurgischen Ofens besteht.

Claims

1. Cooling element arrangement for metallurgical furnaces having the following features:

a. cooling plates (6) are provided to be arranged on a metallic wall (2) of the furnace, wherein their hot sides (4) are facing towards the interior (3) of the furnace and their cold sides (5) are facing towards the wall (2) of the furnace;

b. the cooling plates (6, 6') have coolant connections (8, 9) for at least one internal coolant channel respectively;

c. the cooling plates (6) have pre-configured openings (11, 12) into which cylindrical cooling rods (10) are releasably integrated, wherein the cooling rods (10) protrude over the hot sides (3) of the cooling plates (6, 6') in the direction of the interior (3) of the furnace in the installation position;

d. a coating is positively fastened to the cooling plates (6), wherein the coating is or comprises either a pre-configured slag creator layer (17, 17') or a pre-configured wear protection layer (13,18), wherein the cooling rods (10) engage with the coating,
characterised in that

e. several cooling rods (10) are connected to a mutual cooling circuit.

2. Cooling element arrangement according to claim 1, characterised in that, in addition to the cooling rods (10) in the cooling plates (6), cooling rods (10) are arranged between adjacent cooling plates (6).

3. Cooling element arrangement according to claims 1 or 2, characterised in that open recesses for receiving the cooling rods (10) are arranged in the edge region of the cooling plates on the edge side.

4. Cooling element arrangement according to any one of claims 1 to 3, characterised in that the cooling rods (10) have a cooling circuit which is separate from the cooling plates (6, 6').

5. Cooling element arrangement according any one of claims 1 to 4, characterised in that the wear protection layer (13, 18) is applied to a slag creator layer (17, 17').

6. Cooling element arrangement according to any one of claims 1 to 5, characterised in that the cooling rods (10) completely penetrate the wear protection layer (13, 18) and/or the slag creator layer (17, 17').

7. Cooling element arrangement according to any one of claims 1 to 6, characterised in that the wear protection layer (13, 18) and, where applicable, the slag creator layer (17, 17') is additionally held by uncooled retaining bolts (19, 20) which protrude in a finger-like manner on the hot side (3) of the cooling plate (6, 6').

8. Cooling element arrangement according to any one of claims 1 to 7, characterised in that the wear protection layer (13, 18) consists of an unformed, fire-resistant, ceramic material.

9. Cooling element arrangement according to any one of claims 5 to 8, characterised in that the slag creator layer (17,17') consists of primary slag from the melting zone of the respective metallurgical furnace.

Revendications

1. Elément formant ensemble de refroidissement pour des fourneaux métallurgiques, comprenant des caractéristiques suivantes :

a. Des plaques de refroidissement (6) sont prévues afin d'être disposées au niveau d'une paroi (2) métallique du fourneau, dans lequel leurs côtés chauds (4) sont tournés vers l'intérieur (3) du fourneau et leurs côtés froids (5) sont tournés vers la paroi (2) du fourneau.

b. Les plaques de refroidissement (6, 6') possèdent des raccords d'agent réfrigérant (8, 9) pour respectivement au moins un canal d'agent réfrigérant situé à l'intérieur ;

c. Les plaques de refroidissement (6) possèdent des ouvertures (11, 12) préalablement configurées, dans lesquelles des barres de refroidissement (10) cylindriques sont intégrées de manière amovible, dans lequel les barres de refroidissement (10) font saillie, dans la position de montage, des côtés chauds (3) des plaques de refroidissement (6, 6') en direction de l'intérieur (3) du fourneau ;

d. Un revêtement est fixé par complémentarité de forme au niveau des plaques de refroidissement (6), dans lequel le revêtement est ou comprend soit une couche de scorification (17, 17') préalablement configurée ou une couche de protection anti-usure (13, 18) préalablement configurée, dans lequel les barres de refroidissement (10) viennent en prise avec le revêtement,
caractérisé en ce que

e. plusieurs barres de refroidissement (10) sont raccordées à un circuit de refroidissement commun.

2. Elément formant élément de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé en ce que des barres de refroidissement (10) sont disposées, en supplément des barres de refroidissement (10) dans les plaques de refroidissement (6), entre des plaques de refroidissement (6) adjacentes les unes aux autres.

3. Ensemble formant élément de refroidissement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que des évidements ouverts côté bord servant à recevoir les barres de refroidissement (10) sont disposés dans la zone de bord des plaques de refroidissement.

4. Ensemble formant élément de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les barres de refroidissement (10) possèdent un circuit de refroidissement séparé des plaques de refroidissement (6, 6').

5. Ensemble formant élément de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la couche de protection anti-usure (13, 18) est appliquée sur une couche de scorification (17, 17').

6. Ensemble formant élément de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les barres de refroidissement (10) traversent en totalité la couche de protection anti-usure (13, 18) et/ou la couche de scorification (17, 17').

7. Ensemble formant élément de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la couche de protection anti-usure (13, 18) et, si présente, la couche de scorification (17, 17') sont maintenues en supplément par des goujons de maintien (19, 20) non refroidis faisant saillie à la manière de doigts au niveau du côté chaud (3) de la plaque de refroidissement (6, 6').

8. Ensemble formant élément de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la couche de protection anti-usure (13, 18) est constituée d'un matériau non moulé, réfractaire, céramique.

9. Ensemble formant élément de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que la couche de scorification (17, 17') est constituée de scories primaires issues de la zone de fusion du fourneau respectivement métallurgique.

Zeichnung