EP0144578A1 - Plattenkühler für metallurgische Öfen, insbesondere Hochöfen - Google Patents

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EP0144578A1 EP84111336A EP84111336A EP0144578A1 EP 0144578 A1 EP0144578 A1 EP 0144578A1 EP 84111336 A EP84111336 A EP 84111336A EP 84111336 A EP84111336 A EP 84111336A EP 0144578 A1 EP0144578 A1 EP 0144578A1
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cooling
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furnaces
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Peter Dr.-Ing. Heinrich
Hans Dipl.-Ing. Krämer
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MAN Gutehoffnungshutte GmbH
MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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 plate cooler made of cast material with cast-in cooling tubes for the water cooling of metallurgical furnaces, in particular blast furnaces.
  • Known plate coolers or “stave coolers” consist of a cast iron body, in which steel pipes are arranged, through which a coolant, that is to say in most cases water or a water vapor / water mixture, flows.
  • the cross section of the cooling tubes is circular.
  • the cast body of the plate cooler frequently has cutouts on the side facing the furnace interior for the introduction of refractory material.
  • the known plate coolers have been further developed over the past 15 years in order to improve their operational safety and thermal resilience. To increase the thermal resilience, followed the path of increasing the diameter of the cooling pipes, thereby increasing the ratio of the cooling surface to the heating surface.
  • the outer surface of the cooling pipes in the right-hand part inside the plate cooler was designated as the cooling surface, and the front of the plate cooler facing the furnace interior was designated as the heating surface.
  • the object of the invention was therefore to find a way, as with unchanged cooling surface, i.e. unchanged surface of the cooling tube whose cross section can be reduced.
  • cooling tubes have an elongated, in particular elliptical or elliptical-like cross section, at least in the straight part within the cooler.
  • the pressure loss increase is insignificant in the case of a non-circular cross section of the cooling tubes.
  • the water throughput is reduced by 35%.
  • cooling pipes Since it is sufficient if the cooling pipes only have an elongated round, elliptical or elliptical-like cross section in their straight part within the cooler, while the cooling pipe inlet and outlet have a circular cross section, the production of the welded connections to the external piping is facilitated.
  • the cooling tubes 2, which are cast into the plate cooler body 1 have a circular cross section. At the inlet and outlet of the cooling tubes 2 in the plate cooler body 1, these are surrounded by protective tubes 3, which are also cast in.
  • the hot side of the plate cooler facing the metallurgical furnace is designated by 4. 1 documents the state of the art.
  • Fig. 2 shows in the straight part of the plate cooler body 1 cooling tubes 2 with an elliptical cross section.
  • the left half of FIG. 2 shows the transition of the cooling tubes from the circular to the elliptical cross section within the plate cooler body.
  • cooling tubes 2 with an elongated round cross section. 4, the cooling tubes 2 are pivoted at an angle of approximately 45 ° in their distance from the hot side 4 of the plate cooler. This arrangement improves the temperature and voltage conditions in the plate cooler.

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Abstract

Bei einem Plattenkühler aus Gußmaterial mit eingegossenen Kühlrohren für die Wasserkühlung von metallurgischen Öfen, insbesondere Hochöfen, weisen die Kühlrohre (2) zumindest im geraden Teil innerhalb des Kühlers (1) einen länglichrunden, insbesondere elliptischen oder ellipsenähnlichen Querschnitt auf.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Plattenkühler aus Gußmaterial mit eingegossenen Kühlrohren für die Wasserkühlung von metallurgischen öfen, insbesondere Hochöfen.
  • Bekannte Plattenkühler bzw. "stave cooler" bestehen aus einem Gußeisenkörper, in welchem Stahlrohre angeordnet sind, durch die ein Kühlmittel, das heißt in den meisten Fällen Wasser oder ein Wasserdampf-WasserGemisch fließt. Der Querschnitt der Kühlrohre ist kreisförmig. Der Gußkörper des Plattenkühlers weist häufig an der dem Ofeninneren zugewandten Seite Aussparungen zur Einbringung feuerfesten Materials auf.
  • Die bekannten Plattenkühler sind im Laufe der letzten 15 Jahre weiter entwickelt worden, um ihre Betriebssicherheit und thermische Belastbarkeit zu verbessern. Zur Erhöhung der thermischen Belastbarkeit hat man u.a. den Weg beschritten, den Durchmesser der Kühlrohre zu vergrößern, um dadurch das Verhältnis Kühlfläche zur Heizfläche zu erhöhen. Als Kühlfläche wurde die Mantelfläche der Kühlrohre im qeraden Teil innerhalb des Plattenkühlers bezeichnet, als Heizfläche die zum Ofeninneren zeigende Vorderseite des Plattenkühlers.
  • Kühlrohre in Plattenkühlern mit vergrößertem Durchmesser bewirken eine Absenkung der Plattenkühlertempera- turen bei gleichbleibender Wärmebelastung, oder sie haben eine Erhöhung der übertragbaren Wärmeströme bei gleichbleibenden Maximaltemperaturen zur Folge. Dies geschieht aus folgendem Grunde:
    • 1. Der größere Kühlrohrdurchmesser beschneidet das logarithmische Temperaturprofil in der Rohrumgebung, und zwar im steilsten Teil.
    • 2. Es wird die mit einem relativ hohen spezifischen Wärmedurchgangswiderstand behaftete Übergangszone Kühlrohr/Gußkörper vergrößert, so daß sich der integrale Wärmedurchgangswiderstand entsprechend verringert.
  • Die zuvor geschilderten WeiterentwicklungsmaBnahmen brachten zwar den erstrebten Erfolg, indem sich mit der Vergrößerung des Durchmessers der Kühlrohre die Kühlfläche proportional erhöhte, doch gleichzeitig wurde mit steigenden Kühlrohrdurchmesser der nuerschnitt der Kühlrohre quadratisch erhöht. Da nun bei der Wasserkühlung die Einhaltung einer bestimmten Wassergeschwindiqkeit erforderlich ist, um ein Eintreten von Filmsieden bei starker Belastung zu vermeiden, mußte die Wassergeschwindigkeit in den Kühlrohren mindestens 1,2 bis 1,5 m/sec. betragen und daher entsprechend dem vergrößerten Kühlrohrdurchmesser eine überproportional anwachsende Kühlwassermenge in Kauf genommen werden.
  • Aufgrund derart hoher Kühlwassermengen mußten die Zu-und Ablaufleitungsquerschnitte, die Rückkühlerabmessungen, die Pumpenabmessungen und Antriebsleistungen der Pumpen entsprechend vergrößert werden. Dies mußte geschehen, obgleich andererseits derart hohe Kühlwassermengen vom Wärmeangebot her gar nicht erforderlich sind, das heißt die Aufheizspanne des Kühlwassers ist bei weitem geringer als dies von der Wasserqualität her zulässig wäre.
  • Aufgabe der Erfindung war es daher, einen Weg zu suchen, wie bei unveränderter Kühlfläche, d.h. unveränderter Oberfläche des Kühlrohres dessen Ouerschnitt verringert werden kann.
  • Diese Aufgabe wird nach der Erfindung in der Weise gelöst, daß die Kühlrohre zumindest im geraden Teil innerhalb des Kühlers einen länglichrunden, insbesondere elliptischen oder ellipsenähnlichen Querschnitt aufweisen.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Die Druckverlusterhöhung ist bei einem nicht kreisförmigen Querschnitt der Kühlrohre unbedeutend. So erhöht sich z.B. bei einer Wassergeschwindigkeit von 1,5 m/sec. und einem Übergang vom runden Rohr mit 76,1 mm Außendurchmesser und 6,3 mm Wandstärke zu einem elliptischen Rohr mit einem Achsenverhältnis (innen) 1 : 3 von 48 mm WS auf 66 mm WS je lfdm., d.h. um ca. 40 %. Bei einem 15 m langen Rohrstrang ergibt dieses einen zusätzlichen Druckverlust von nur etwa 270 mm WS. Dieser Mehrbetrag ist in der Praxis vernachlässigbar. Der Durchsatz an Wasser vermindert sich um 35 %.
  • Da es ausreicht, wenn die Kühlrohre nur in ihrem geraden Teil innerhalb des Kühlers einen länglichrunden, elliptischen oder ellipsenähnlichen Querschnitt besitzen, während Kühlrohreinlauf und -auslauf einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, wird die Herstellung der Schweißverbindungen zur Außenverrohrung erleichtert.
  • In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1 einen Schnitt eines konventionellen Plattenkühlers mit kreisrunden Kühlrohren,
    • Fig. 2 einen Schnitt eines erfindungsgemäßen Plattenkühlers mit Kühlrohren elliptischen Querschnitts,
    • Fig. 3 einen Schnitt eines Plattenkühlers mit Kühlrohren länglichrunden Querschnitts,
    • Fig. 4 einen Schnitt eines Plattenkühlers mit Kühlrohren länglichrunden Querschnitts, die winklig zur Heißseite geneigt sind und
    • Fig. 5 in einem Schaubild die Änderung der Querschnittsflächen in Abhängigkeit vom Achsenverhältnis für abgeplattete Querschnitte.
  • Nach Fig. 1 weisen die Kühlrohre 2, die in den Plattenkühlerkörper 1 eingegossen sind, einen kreisförmigen Querschnitt auf. Am Einlauf und Auslauf der Kühlrohre 2 in den Plattenkühlerkörper 1 sind diese von Schutzrohren 3, die ebenfalls eingegossen sind, umgeben. Mit 4 ist die dem metallurgischen Ofen zugewandte Heißseite des Plattenkühlers bezeichnet. Fig. 1 dokumentiert den Stand der Technik.
  • Fig. 2 zeigt im geraden Teil des Plattenkühlerkörpers 1 Kühlrohre 2 mit elliptischem Querschnitt. Auf der linken Hälfte von Fig. 2 ist der Übergang der Kühlrohre vom kreisförmigen auf den elliptischen Querschnitt innerhalb des Plattenkühlerkörpers gezeigt.
  • Fig. 3 und 4 zeigen Anordnungen von Kühlrohren 2 mit länglichrundem Querschnitt. Gemäß Fig. 4 sind die Kühlrohre 2 in ihrem Abstand zur Heißseite 4 des Plattenkühlers in einem Winkel von ca. 45° geschwenkt angeordnet. Diese Anordnung verbessert die Temperatur- und Spannungsverhältnisse im Plattenkühler.

Claims (5)

1. Plattenkühler aus Gußmaterial mit eingegossenen Kühlrohren für die Wasserkühlung von metallurgischen öfen,insbesondere Hochöfen,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kühlrohre (2) zumindest im geraden Teil innerhalb des Kühlers (1) einen länglichrunden, insbesondere elliptischen oder ellipsenähnlichen Querschnitt aufweisen.
2. Plattenkühler nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Achsenverhältnis b:a beim länglichrunden Querschnitt zwischen 1 : 1,2 bis 1 : 15, vorzugsweise zwischen 1 : 3 bis 1 : 8 beträgt.
3. Plattenkühler nach den Ansprüchen 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die große Achse (5) des länglichrunden Querschnitts parallel zur Heißseite (4) des Plattenkühlers (1) eingegossen ist.
4. Plattenkühler nach den Ansprüchen 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die große Achse (5) des länglichrunden Querschnitts in einem Winkel zwischen 1° und 45° geschwenkt zur Heißseite (4) des Plattenkühlers (1) eingegossen ist.
5. Plattenkühler nach den Ansprüchen 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß benachbart eingegossene Kühlrohre (2) in ihrem Abstand zur Heißseite (4) des Plattenkühlers (1) versetzt angeordnet sind.
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