Kühlplatte mit Verstärkungsteil Die Erfindung betrifft eine Kühlplatte mit Verstärkungsteil, beispielsweise einem verstärkten Kopf-und/oder Fußende, für mit einer feuerfesten Auskleidung versehene Schachtöfen, Hochöfen und roheisenerzeugende Schmelzgefäße, insbesondere auch CORES Einschmeizvergaser, bestehend aus Kupfer oder einer niedriglegierten Kupferlegierung mit in ihrem Inneren angeordneten Kühlmittelkanälen, wobei die Kühlplatte aus einem geschmiedeten oder gewalzten Rohblock gefertigt ist, die Kühlkanäle vertikal verlaufende Sackbohrungen sind und wobei auf der dem Inneren des Schachtofens zugewandten Seite Stege und Nuten eingearbeitet sind.

Derartige Kühiplatten sind üblicherweise zwischen dem Mantel und der Ausmauerung angeordnet und an ein Kühlsystem angeschlossen. Auf der dem Prozessraum zugewandten Seite sind die Kühlelemente zum Teil mit feuerfestem Material versehen.

Aus der DE 39 25 280 ist eine Kühlplatte bekannt, bei der die Kühlkanäle durch in Gußeisen eingegossene Rohre gebildet werden und die Unterkante des Plattenkörpers als Tragnase für das feuerfeste Mauerwerk ausgebildet ist. Auch die Tragnase ist an das Kühlsystem angeschlossen. Diese Platten haben eine geringe Wärmeabfuhr infolge der geringen Wärmeleitfähigkeit des Gußeisens und wegen des Widerstandes zwischen den Kühlrohren und dem Plattenkörper, verursacht durch eine Oxidschicht oder einen Luftspalt.

Im Falle eines Verlustes des Hochofenmauerwerks nach einer gewissen Betriebszeit ist die Innenfläche der Kühlplatten direkt der Ofentemperatur ausgesetzt. Da die Ofentemperatur weit oberhalb der Schmelztemperatur des Gusseisens liegt und die inneren Wärmedurchgangswiderstände der Kühlplatten zu einer ungenügenden Kühlung der heißen Plattenseite führen, ist ein beschleunigter Verschleiß der gusseisernen Platten unvermeidbar und die Standzeit entsprechend begrenzt.

Es sind weiterhin Platten aus Kupferguß bekannt, bei denen die Kühlkanäle entweder durch eingegossene Rohre gebildet sind oder durch Formguß direkt eingegossen sind.

Das Gefüge von Kupferguß ist nicht so homogen und dicht wie das von geschmiedeten bzw. gewalztem Kupfer. Infolgedessen ist auch die Wärmeleitung von Kupferguß schlechter und die Festigkeit geringer. Bei den eingegossenen Rohren behindert eine Oxidschicht zwischen Rohr und Kupferblock die Wärmeleitung.

Aus der DE 29 07 511 ist eine Kühlplatte bekannt, die aus einem geschmiedeten oder gewalzten Rohblock gefertigt ist und wo die Kühlkanäle vertikal verlaufende Sackbohrungen sind, welche durch mechanisches Tiefbohren eingebracht sind. Das Gefüge der Kühlplatte ist wesentlich dichter und homogener als das einer Kupfergussplatte. Lunker, wie sie bei Kupfergussplatten häufig auftreten, sind durch den Umformprozess ausgeschlossen. Die Festigkeitswerte liegen höher und die Wärmeleitfähigkeit ist gleichmäßiger und höher als die der gegossenen Kupferplatten.

Durch das mechanische Herstellen der Bohrungen wird die Sollage nach Höhe und Seite genau eingehalten und dadurch wird eine gleichmäßige Wärmeabfuhr gewährleistet. Die Kühlplatte ist an der dem Ofeninneren zugekehrten Seite mit feuerfesten Steinen oder mit einer feuerfesten Stampfmasse ausgekleidet. Dadurch wird die Kühlfläche der Platte verkleinert und im Falle des Verschleißes bzw. des Verlustes der vorgemauerten feuerfesten Auskleidung wird der Wärmeentzug aus dem Ofen begrenzt. Ferner sollte die Kühlung der Platte so intensiv sein, dass die Temperatur der heißen Plattenseite weit unter der Erweichungstemperatur von Kupfer gehalten wird.

Aus der DE-OS 23 62 974 ist ein gekühlter Schachtofen mit einem Stahlmantel bekannt, mit dessen Innenseite Kühlplatten mit im wesentlichen lotrechten inneren Rohren verbunden sind, die am oberen und unteren Ende der Kühlplatte von dieser aus den Stahimantel durchsetzen. Die Kühlplatte ist an der vom Stahlmantel abgekehrten Seite mit einem Haltenocken bzw. einer Haltenase versehen, durch den bzw. die ein anderes, in einer im wesentlichen waagerechten Ebene verlaufendes Rohr mit durch den Stahimantel hindurchgeführten Anschlüssen verläuft, wobei sich zumindest ein Teil der lotrechten Rohre über einen beträchtlichen Teil der lotrechten Abmessung streckt.

Aus der FR-A 22 30 730 ist ein Kühler für die Verdampfungskühlung eines Hochofens bekannt, der aus einer Platte mit einer quer in der Nähe des Endes der Platte angeordneten Auskragung sowie aus Rohren, die in der Platte sowie in der besagten Auskragung montiert sind, besteht und in denen ein Kühlmittel fließt. Die Ein-und Austrittsenden dieser Rohre sind auf verschiedenen Höhe auf der der Auskragung gegenüberliegenden Seite angeordnet. Das Rohr für den Umlauf des Kühlmittels in der Auskragung ist so gestaltet, dass es in der Auskragung so angeordnet ist, dass die Ein- und Austrittsenden zwischen den Austrittsenden der in der Platte verlegten Rohre liegen.

Die Enden der Teile des Umlaufrohres in der Auskragung, die sich im Innern dieser Auskragung befinden, sind in einem Winkel von 2 bis 4"in der Vertikalen angeordnet, so daß der Umlauf des Kühlmittels vom Eintrittsende zum Austrittsende der Rohre steigend ist.

Aus der US-4 071 230 sind Kühlelemente für einen Schachtofen bekannt, die an der Innenseite des Ofenpanzers befestigt sind. Das rechteckige Kühlelement setzt sich aus fünf übereinander, auf Lücke angeordneten metallischen Blöcken zusammen, die an zwei vertikal verlaufenden Kühlrohrpaaren mittels geeigneten Befestigungselementen angebracht sind. Die Rohrpaare mit unterem Kühlwassereintritt und oberem Kühlwassereintritt werden durch Öffnungen in der metallischen Ofenwand geführt, die metallischen Blöcke werden nur an der Außenseite der zum Hochofenpanzer gerichteten Seite gekühlt.

Aus der EP 0 705 906 Al ist eine aus einem geschmiedeten oder gewalzten Kupferrohblock gefertigte Kühlplatte bekannt, bei der zur Kühlung der Randzonen zusätzlich zu den vertikal verlaufenden Sackbohrungen Kühlkanäle eingebracht werden, die als vertikale oder horizontale Sackbohrungen kleineren Durchmessers um die vertikal angeordneten Sackbohrungen in die Ränder eingebracht werden.

Nachteilig bei diesen gewalzten oder geschmiedeten Kupferkühlplatten ist jedoch, dass die Tragfähigkeit des Mauerwerkes bzw. des Vormauerwerkes an den Kopfenden der Kühlplatte nicht optimal ist und dadurch auch die Standzeiten der feuerfesten Stampfmassen bzw. FF-Steine nicht ausreichend ist.

In der EP 0 731 180 B1 wird eine Kühtptatte mit verstärktem und gekühltem Kopfende beschrieben. Die Kühlkanäle an der Verstärkung sind durch ihre Anordnung, bzw. dadurch gekennzeichnet, dass sie durch vertikale und horizontale Sackbohrungen hergestellt werden. Die Kühlmediumzu-bzw.-abfuhr erfolgt über Kühlrohre. Diese können in das Kühlsystem des Schachtofens einbezogen sein.

Nachteilig ist bei dieser Variante die komplizierte und umständliche Herstellung des gekühlten Kopfteiles, welche oftmaliges Umrüsten der Werkzeuge bei der Herstellung der Sackbohrungen erfordert. Für das dichte Verschließen dieser Sackbohrungen sind mehrere Schweiß-bzw. Lötstellen notwendig. Diese Stellen liegen herstellungsbedingt dem Prozessraum sehr nahe und sind anfällig für Versagen. Es ist daher erstrebenswert, die Anzahl dieser Stellen möglichst gering zu halten. Zusätzlich ist die Kühlkanaloberfläche, die für das Erzielen der notwendigen Kühlleistung erforderlich ist, durch die geometrische Ausführung der angesetzten Feuerfestunterstützung begrenzt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine Kühlplatte mit Verstärkungsteil zu schaffen, bei der Kühlung und Wärmeabfuhr in diesem Verstärkungsteil ebenfalls gleichmäßig und homogen erfolgt, so daß auch dort eine verbesserte Kühlung der feuerfesten Ofenauskleidung und des Ofenpanzers gewährleistet wird. Zusätzlich sollen die notwendigen Schweißungen auf ein Minimum reduziert werden und zugleich die zur Verfügung stehende Wärmeaustauschfläche vergrößert werden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass zumindest ein zusätzliches Kühlsegment vorgesehen ist, welches mit einem Kühlkanal versehen ist, in den ein Verdrängungskörper eingesetzt ist.

Überraschenderweise wurde gefunden, dass es nicht erforderlich ist, für das zusätzliche Kühlsegment eine komplizierte Kombination aus vertikalen und horizontalen Sackbohrungen vorzusehen. Es wurde vielmehr festgestellt, dass es für die erforderliche Kühlwirkung ausreichend ist, an die geschmiedete oder gewalzte Kupferkühlplatte beispielsweise im oberen oder unteren Bereich ein zusätzliches Kühlsegment, welches lösbar sein kann, anzubringen in welches ein von einer horizontalen Bohrung gebildeter Kühlkanal eingebracht wird. Um die für die Wärmeübertragung nötige optimale Strömungsgeschwindigkeit zu erzielen, wird in diese Bohrung zusätzlich ein Verdrängungskörper eingesetzt. Die Bohrung wird in bekannter Weise endseitig durch verschweißte oder verlötete Stopfen dicht verschlossen und über Kupferrohrstutzen mit dem Kühlsystem verbunden.

Anstelle eines lösbaren Kühlsegmentes kann ein Wulst für das feuerfeste Mauerwerk auch aus dem Kupferrohblock geschmiedet werden, das Bohren der Kühlkanäle in diesem Wulst erfolgt in der bekannten Art und Weise.

Um die Wärmeaustauschfläche des Kühlkanals möglichst groß zu halten ist es von Vorteil, den Durchmesser des Kühlkanals möglichst groß, zumindest aber größer als die Durchmesser der Kühimittelkanäle der Kühlplatte zu wählen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlplatte ist der Verdrängungskörper als Hohlraum zur Kühimittelführung ausgeführt.

Bei einer solchen Ausführungsform weist der Verdrängungskörper zweckmäßigerweise Durchlässe auf, die den Durchtritt von Kühlmedium aus dem Kühlkanal in das Innere des Verdrängungskörpers und von diesem wieder in den Kühlkanal gestatten.

Einer vorteilhaften Ausführungsform zufolge münden für die Zu-bzw. Abführung von Kühlwasser Bohrungen in den Kühlkanal.

Einer dazu alternativen Ausführungsform zufolge münden für die Zu-bzw. Abführung von Kühlwasser Rohrstücke in den als Hohlraum ausgeführten Verdrängungskörper, wobei die Rohrstücke in die Bohrungen eingeschoben und an der Mündungsstelle mit dem Verdrängungskörper verschraubt sind.

Die Bohrungen für die Zu-bzw. Abführung von Kühlwasser können horizontal oder schräg verlaufend ausgeführt sein.

Die Erfindung wird anhand von schematischen Ausführungszeichnungen näher erläutert.

Es zeigen : Fig. 1 einen Horizontalschnitt durch die Kühlplatte mit angebrachter Feuerfestunterstützung Fig. 2 einen Querschnitt durch die Kühlplatte mit einem ausgeschmiedeten Wulst Fig. 3 einen Querschnitt durch ein lösbar angebrachtes Kühlsegment Fig. 1 zeigt einen Horizontalschnitt durch die Kühlplatte 1 mit beispielsweise fünf vertikal angeordneten Sackbohrungen 3 sowie mit dem in dem Kühlsegment 4 eingebrachten von einer horizontalen Bohrung gebildeten Kühlkanal 5 und dem eingesetzten Verdrängungskörper 6.

Die Zuführung des Kühlwassers bei den Sackbohrungen 3 erfolgt von unten über die mit den Kühlmittelversorgungsleitungen verbundenen Rohransätze 2, bei dem von der horizontalen Bohrung des Kühlsegmentes 4 gebildeten Kühlkanal 5 ebenfalls über Rohrstücke 2. Bohrungen 7 werden auch in der Kühiplatte 1 angeordnet, um die Kühlwasserzu-und-abfuhr über die Rohransätze 2 durch die Wand des Hochofenpanzers zu gewährleisten. Die Kühlkreisläufe der Kühiplatte 1 und des Kühlsegmentes 4 können sowohl als getrennte Kühlkreisläufe oder als gemeinsamer Kühlkreislauf an das Kühlsystem angeschlossen. Der Verdrängungskörper 6 weist Durchlässe 11 auf, die den Durchtritt von Kühlwasser aus dem Kühlkanal 5 in das Innere des Verdrängungskörpers 6 und von diesem wieder in den Kühikanal 5 gestatten. Die Flussrichtung von Kühlwasser ist durch Pfeile angedeutet.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die Kühlplatte 1 mit den vertikal angeordneten Sackbohrungen 3, die in bekannter Weise wahlweise am unteren oder oberen Ende durch Schweiß-bzw. Lötstellen verschlossen sind. Die Kühlwasserzu-bzw.-abfuhr erfolgt über die Rohrstücke 2. Im oberen Teil der Kühlplatte 1 ist ein aus dem Rohblock ausgeschmiedeter Kühlwulst 8 angebracht, in den der von der horizontalen Bohrung gebildete Kühlkanal 5 eingebracht ist. In diesem ist wiederum ein Verdrängungskörper 6 eingesetzt, um die entsprechende Strömungsgeschwindigkeit zu gewährleisten.

Die Zu-und Abfuhr von Kühlwasser erfolgt hier über schräge Bohrungen 7. In jede schräge Bohrung 7 ist ein Rohrstück 12 eingesetzt, weiches bis in den Verdrängungskörper 6 geführt und mit diesem verschraubt ist.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform erfolgt die Kühlmittelzu-und abfuhr also in den bzw. aus dem Verdrängungskörper 6, während sie bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform in den bzw. aus dem Kühlkanal 5 erfolgt.

Für das Einbringen von Feuerfestmaterial, entweder Steine oder Spritz-/Stampfmassen, sind auf der dem Prozessraum zugewandten Seite in die Kühlplatte 1 und in den Kühlwulst 8 Nuten 9 eingearbeitet, die jeweils durch Stege 10 begrenzt werden.

Fig. 3 zeigt ein lösbar angebrachtes Kühlsegment 4, in das ein von einer horizontalen Bohrung gebildeter Kühlkanal 5 eingebracht ist. Zusätzlich ist der Verdrängungskörper 6 dargestellt. Auch hier ist diese horizontale Bohrung 5 über horizontale Bohrungen 7 in der Kühlplatte 1 und in weiterer Folge über Rohransätze 2 durch die Wand des Panzers mit dem Kühlkreislauf verbunden.

Bezugsziffernliste 1 Kühlplatte 2 Rohransätze/Rohrstücke 3 Sackbohrungen in 1 4 Kühlsegment 5 Kühlkanal in 4 bzw. in 8 6 Verdrängungskörper 7 Bohrungen in 1,4 und 8 für Kühlmediumzu-und-abfuhr 8 Verstärktes Kühisegment/Wulst 9 Nuten in 1,4 und 8 10 Stege auf 1,4 und 8 11 Durchlässe in 6 12 Rohrstück in 7