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Title:
COOLING PLATE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2002/088398
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a cooling plate (1, 101, 201) for shaft furnaces, which are provided with a fire-resistant lining, comprising at least one coolant channel (2, 102, 202) and pipe sections (16, 17) for coolant entry or discharge, whereby the respective coolant channel (2, 102, 202) is delimited, on the one hand, by a respective coolant channel recess in the cooling plate itself and, on the other hand, by a second part. The aim of the invention is to improve a cooling plate of the aforementioned type with regard to manufacturing and cooling. To this end, the second part, which is provided in the form of a cover plate (4, 104, 204), is placed in a sunken manner inside a respective coolant channel recess (3, 203) that is formed by the cooling plate itself.

Inventors:
HEINRICH PETER (DE)
KORBIK ELMAR (DE)
Application Number:
PCT/EP2002/003142
Publication Date:
November 07, 2002
Filing Date:
March 21, 2002
Export Citation:
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Assignee:
SMS DEMAG AG (DE)
HEINRICH PETER (DE)
KORBIK ELMAR (DE)
International Classes:
C21B7/10; F27B1/24; F27D9/00; (IPC1-7): C21B7/10; F27B1/24
Foreign References:
FR2775695A11999-09-10
DE10000987A12000-10-12
Attorney, Agent or Firm:
Valentin, Ekkehard (Gihske Gross, Hammerstrasse 2 Siegen, DE)
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Claims:
Patentansprüche :
1. Kühlplatte (1,101,201) für mit einer feuerfesten Auskleidung versehene Schachtöfen, mit mindestens einem Kühlmittelkanal (2,102,202) sowie mit Rohrab schnitten (16,17) zum Kühlmitteleintritt bzw. Kühlmittelaustritt, wobei der jeweilige Kühlmittelkanal (2,102,202) einerseits durch einen Kühlmittelkanalausschnitt in der Kühlplatte selbst und andererseits durch ein zweites Teil begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Teil als Deckplatte (4,104,204) in dem Kühlmittelkanal ausschnitt (3,203) der Kühlplatte eingesenkt angeordnet ist.
2. Kühlplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckplatte (4,104,204) derart eingesenkt angeordnet ist, dass sie bündig mit der Rückseite (6) der Kühlplatte (1) abschließt.
3. Kühlplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckplatte (4) mit ihren Längskanten (9a, b) entlang der Innen flächen (10a, b) des Kühlmittelkanalausschnitts (3) der Kühlplatte ver schweißt ist.
4. Kühlplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckplatte (4) soweit in den Kühlmittelkanalausschnitt (3) hinein ragt, dass der sich ergebende Kühlmittelkanal (2) in etwa mittig zur Ge samtkühlplatte verläuft.
5. Kühlplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckplatte (4,204) eine plane kühlmittelseitige Fläche (12,212) aufweist.
6. Kühlplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckplatte (104) eine einfachoder mehrfach muldenförmige kühlmittelseitige Fläche (112) aufweist.
7. Kühlplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkanalausschnitt (203) in die Kühlplatte (201) einfach oder mehrfach muldenförmig ausgebildet ist.
8. Kühlplatte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche des Kühlmittelkanals (202) in Bezug auf die Längserstreckung des Querschnitts in den Endbereichen größer ist als im Mittenbereich (215).
9. Kühlplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlplatte (1,101,201) und/oder die Deckplatte (4,104,204) aus gewalztem bzw. geschmiedetem Stahl oder aus Stahlguss oder aus GrauSonderguss gefertigt sind.
10. Kühlplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlplatte (1,101,201) und/oder die Deckplatte (4,104,204) aus einem gewalzten oder geschmiedeten Rohblock aus Kupfer oder ei ner Kupferlegierung oder aus Kupferoder Kupferlegierungsguss gefer tigt sind.
11. Kühlplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Kühlmittelkanalausschnitt (3,203) in die Kühlplatte und/oder in die Deckplatte durch Fräsen oder durch Profilwalzen einge bracht ist oder durch die Gießform vorgegeben wird.
Description:
Kühlplatte Die Erfindung betrifft eine Kühlplatte für mit einer feuerfesten Auskleidung ver- sehene Schachtöfen, mit mindestens einem Kühlmittelkanal sowie mit Rohrab- schnitten zum Kühlmitteleintritt bzw. Kühlmittelaustritt, wobei der jeweilige Kühlmittelkanal einerseits durch einen Kühlmittelkanalausschnitt in der Kühl- platte selbst und andererseits durch ein zweites Teil begrenzt ist.

Eine gattungsgemäße Kühlplatte ist aus der EP 0 930 371 A1 bekannt. Diese offenbart eine Kühlplatte für mit einer feuerfesten Auskleidung versehene Schachtöfen, wobei auf der Rückseite der Kühiplatte Kühlkanäle vorgesehen sind, die zu einem Teil durch die Kühlplatte selbst und zu einem anderen Teil durch Bleche begrenzt sind, wobei die Kühlkanäle durch Fräsen in die Rück- seite der Kühlplatte und/oder in die Bleche eingebracht sind. Die Kühlkanäle können jeweils durch einzelne Bleche oder eine ganze Platte verschlossen werden. Hierbei werden die Bleche bzw. die Platte auf die Rückseite der Kühl- platte durch Schweißen oder Verschrauben angebracht.

In der DE 40 35 893 C1 ist ein Kühikasten aus Kupfer zur Kühlung insbesonde- re von Hochofenwänden beschrieben. Dieser weist einen plattenförmigen Grundkörper auf, der mit mindestens einer einen Eingang und einen Ausgang aufweisenden Kühlmittelnut versehen ist. Die Kühlmittelnuten sind mittels einer auf den Grundkörper aufgeschweißten Deckplatte zur Bildung eines Kühlmit- telkanals geschlossen. Hierzu wird der Grundkörper auf der Seite der Nutöff- nungen mit einer Deckplatte überdeckt und die Deckplatte mit dem Grundkörper explosiv, d. h. durch Aufsprengen, verschweißt. Nach einer Weiterentwicklung werden in die Nutöffnungen Einlagen, vorzugsweise aus Kupfer, eingebracht, die mit dem Grundkörper und der Deckplatte verschweißt werden.

Bei beiden Kühlelementen wird ein Kühlkanal in der Rückseite einer Grund- platte durch Abdecken mit einer Deckplatte, die auf der Rückseite selbst ange- bracht wird, gebildet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Kühlplatte mit verbesserten fertigungs-als auch kühltechnischen Eigenschaften zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die Kühlplatte mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den Unteransprüchen be- schrieben.

Erfindungsgemäß ist das den Kühlmittelkanal rückwärtig begrenzende zweite Teil als Deckplatte in den durch die Kühlplatte selbst gebildeten Kühlmittelka- nalausschnitt eingesenkt angeordnet. Kern der Erfindung ist daher, die Deck- platte nicht mehr auf der eigentlichen Rückwand der Kühlplatte oder Grund- platte anzuordnen, indem sie den Kühlmittelkanalausschnitt überspannt, son- dern dass sie unmittelbar in den Kühlmittelkanalausschnitt eingesenkt oder eintauchend angeordnet wird. Die Deckplatte wird dann von vorspringenden Stegen des Kühlmittelkanalausschnitts umgriffen. Dabei empfiehlt es sich, die Deckplatte so anzuordnen, dass sie mit ihrer Rückseite bündig mit der Rück- seite der Kühlplatte abschließt. Die rückseitigen Außenflächen der vorspringen- den Stege des Kühlmittelkanalausschnitts und die rückseitige Außenfläche der Deckplatte bilden folglich eine ebene Fläche. Dies hat beispielsweise Vorteile bei der Montage, insbesondere bei der Hinterfüllung mit Feuerfest-Masse.

Vorzugsweise ist die Deckplatte mit beiden Längskanten entlang der-kühlmit- telseitigen-Innenflächen der vorspringenden Stege des Kühlmittelkanalaus- schnitts der Kühlplatte verschweißt. Durch diese Anordnung der Schweißnähte ergeben sich verbesserte Schweißnahtausbildungen.

Durch die Dicke sowie die kühlwasserseitige Form der Deckplatte wird der ver- bleibende Querschnitt sowie der Querschnittsverlauf des jeweiligen Kühlmit-

telkanals bestimmt. Vorzugsweise ist die Deckplatte so ausgebildet bzw. ange- ordnet, dass sie soweit in den Kühlmittelkanal hineinragt, dass der sich erge- bende Kühlmittelkanal in etwa mittig zur Gesamtkühlplatte verläuft. Aufgrund der Verlagerung des Kühlmittelkanals zur Kühlplattenmitte hin werden die kühltechnischen Eigenschaften verbessert.

Nach einer ersten Ausführungsform weist die Deckplatte eine plane kühlmittel- seitige Fläche, nach einer zweiten Ausführungsform eine einfach-oder mehr- fach muldenförmige kühlmittelseitige Fläche auf. Vorzugweise ist der Kühlmit- telkanalausschnitt in der Kühlplatte einfach oder mehrfach muldenförmig aus- gebildet. Der Gesamtquerschnitt des Kühlmittelkanals ergibt sich aus einer be- liebigen Kombination des Querschnitts des Kühlmittelkanalausschnitts in der Kühlplatte sowie einer planen oder ausgeformten Deckplatte.

Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Querschnittsfläche des Kühlmittelkanals in Bezug auf die Längserstreckung des Querschnitts in den Endbereichen größer ist als im Mittenbereich. Wenn die Endbereiche halb- oder vollgewölbt ausgebildet sind, ergibt sich in etwa die Querschnittsform ei- nes Halb-oder eines Voll-Knochens.

Vorteilhafterweise sind die Kühlplatte und/oder die Deckplatte aus einem ge- walzten oder geschmiedeten Rohblock aus Kupfer oder einer-niedriglegierten- Kupferlegierung gefertigt. Alternativ wird auch die Herstellung aus Kupferguss oder Kupferlegierungsguss vorgeschlagen, beispielsweise durch Stanggieß- oder Sandformverfahren.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind die Kühlplatte und/oder die Deckplatte aus gewalztem bzw. geschmiedetem Stahl oder aus Stahlguss oder aus Grau-Sonderguss gefertigt, was insbesondere die Materialkosten reduziert.

Es empfiehlt sich auch die Kombination einer Kühlplatte aus Kupfer mit einer oder jeweiligen Deckplatten aus Stahl.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteran- sprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert werden. Dabei sind neben den oben aufgeführten Kombinationen von Merkmalen auch Merk- male alleine oder in anderen Kombinationen erfindungswesentlich. Es zeigen : Fig. 1 einen Ausschnitt eines Querschnitts einer Kühlplatte nach einer ersten Ausführungsform ; Fig. 2 einen Ausschnitt eines Querschnitts einer Kühlplatte nach einer zweiten Ausführungsform ; Fig. 3 einen Ausschnitt eines Querschnitts einer Kühlplatte nach einer dritten Ausführungsform ; Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine in einer Ofenwandung eines Hochofens eingebauten Kühlplatte.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt eines Querschnitts durch eine Kühlplatte 1 bzw. einen Stave mit mehreren Kühlmittelkanälen, wobei hier beispielhaft nur ein Kühlmittelkanal 2 dargestellt ist. Dieser Kanal 2, der mit einem Kühlmittel, wie Wasser, durchflossen wird, ist einerseits durch einen Ausschnitt 3 bzw. eine Vertiefung in der Kühlplatte 1 selbst und andererseits durch eine Deckplatte 4 als zweites Teil begrenzt. Diese Deckplatte 4 ist hierbei so in den Kühlmittelka- nalausschnitt 3 eingesenkt angeordnet, dass ihre Rückseite 5 bündig mit der Rückseite 6 der Kühlplatte 1 abschließt.

Um einen solchen Kühlkanalquerschnitt herzustellen, werden in die Kühlplatte 1 - ausgehend von ihrer Rückseite 6 bzw. Kaltseite-Ausschnitte 3 bzw. Vertie- fungen, beispielsweise durch Fräsen, eingebracht. Die jeweiligen Ausschnitte 3 sind von vorspringenden Stegen 7a, b umgeben. Es empfiehlt sich, einen stufi- gen Ausschnitt in die Kühlplatte 1 einzubringen. Zur Verbindung wird anschlie- ßend die Deckplatte 4 in die Vertiefung eingeführt, bis sie an der Stufe 8a, b zur Anlage kommt. Die so fixierte Deckplatte 4 wird dann entlang ihrer Längskanten 9a, b mit den Innenflächen 10a, b der Stege 7a, b verschweißt. Hierzu sind die

Längskanten 9a, b der Deckplatte zur Gewährleistung optimaler Schweißnähte 11a, b angefast. Die Verbindung erfolgt über ein Mehrlagenschweißen, bei- spielsweise durch MSG- (Metall-Schutzgasschweißen) oder Elektroschweißen.

Die Deckplatte 3 bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist mit einer planen wasserseitige Fläche 12 versehen, während der Ausschnitt 3 der Kühlplatte 1 muldenförmig ist. Es ergibt sich in etwa ein halb-ovaler Kühlkanalquerschnitt.

Die zum Ofeninneren weisende Heißseite 13 der Kühlplatte 1 ist mit Nuten 14 zur Aufnahme von feuerfestem Material 23 versehen.

Eine zweite Ausführungsform einer Kühlplatte 101 wird in Fig. 2 dargestellt. In Abweichung zu der Ausführungsform nach Fig. 1 ist die wasserseitige Seite 112 der Deckplatte 104 nicht mehr plan, sondern auch muldenförmig bzw. oval aus- geführt. Es ergibt sich insgesamt ein etwa ovaler Querschnitt des Kühlkanals 102 mit günstigen strömungstechnischen Eigenschaften.

Die strömungstechnischen Eigenschaften werden noch weiter verbessert, in- dem die Kühlplatte 201 mit einem doppelt muldenförmig ausgeführten Aus- schnitt 203 bzw. einer Vertiefung, vorzugsweise durch Fräsen oder Profilwal- zen, versehen wird. Die Mulden 214a, b sind hier als Auswölbungen ausgebil- det. Im Querschnitt ergibt sich mit einer Deckplatte 204 mit einer planen was- serseitigen Fläche 212 in etwa die Form eines halben Knochens für den Kühl- kanal 202. Ebenso empfiehlt es sich, die wasserseitige Fläche 212 der Deck- platte 204 mit einer komplementären doppelt muldenförmige Vertiefung zu ver- sehen, so dass sich insgesamt die Querschnittsform eines Knochens ergeben würde. Ein halb-oder voll-knochenförmiger Querschnitt bewirkt, daß der größte Teil des Kühlwassers nicht mehr im Mittenbereich 215, sondern in den wärme- belasteten Endbereichen bzw. Mulden 214a, b des Kühlkanals 202 fließt, wobei größere Strömungsgeschwindigkeiten und somit günstigere Wärmeübergangs- koeffizienten-Werte erreicht werden können. Der Querschnitt im Mittenbereich 215 ist dabei im Verhältnis so auszulegen, daß die dort-geringer anfallenden Wärmemengen-gut abgeführt werden können.

Derartige Kühlplatten 1,101,201 bzw. Staves aus Kupfer oder Stahl weisen Rohrabschnitte 16, 17 zum Kühlmitteleintritt sowie Kühlmittelaustritt auf. Diese Rohrabschnitte können sich an den Enden der jeweiligen Kühlmittelkanäle oder auch bei verschlossenen Enden der Kühlmittelkanäle in Bohrungen der Deck- platte befinden, wobei sich die Rohrabschnitte 16,17 durch Bohrungen 18,19 in der Ofenwandung 20 hindurch erstrecken (vgl. Fig. 4). Bei der in Fig. 4 ge- zeigten Ausführungsform ist die Kühlplatte 1 mittels Schrauben 21,22 mit der Ofenwandung 20 verbunden. Andere Verbindungen sind ebenfalls denkbar, wie beispielsweise eine Verbindung über eine Steg-Halterung.