DE10024587A1

DE10024587A1 - Kühlplatte

Info

Publication number: DE10024587A1
Application number: DE10024587A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Hoernschemeyer
Original assignee: KM Europa Metal AG
Current assignee: Cunova GmbH
Priority date: 2000-05-19
Filing date: 2000-05-19
Publication date: 2001-11-22
Also published as: KR20010105265A; US20040035510A1; BR0102051A; AU4392601A; CN1326005A; RU2244889C2; CA2348213A1; AR028417A1; AU774297B2; JP2002003916A; ZA200104033B; PL347602A1; TW544466B; CZ20011649A3; MXPA01004923A; US20010054502A1; SK6592001A3; EP1156124A1; US6838044B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlplatte zur Verwendung bei der inneren Verkleidung von metallurgischen Öfen, insbesondere Schmelz- oder Schachtöfen sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Kühlplatte. Die Kühlplatte weist einen Plattenkörper 2 aus einem Kupferwerkstoff auf mit integrierten Kühlmittelkanälen 3. Zu deren Herstellung wird ein mit Kanälen 7 versehener Brammenkörper 6 mit einer gegenüber der Enddicke D¶2¶ des Plattenkörpers 2 größeren Anfangsdicke D¶1¶ bereitgestellt. Anschließend wird eine walzende Warmverformung des Brammenkörpers 6 mit einer Reduzierung der Anfangsdicke D¶1¶, bis zur Enddicke D¶2¶ des Plattenkörpers 2 unter Verformung des Querschnitts Q¶1¶ der Kanäle 7 vorgenommen. Hierbei erhalten die Kühlmittelkanäle 3 ihren länglich runden Endquerschnitt Q¶2¶.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlplatte zur Verwendung bei der inneren Verkleidung von metallurgischen Öfen, insbesondere Schmelz- oder Schachtöfen sowie ein Ver fahren zur Herstellung einer Kühlplatte.

Metallurgische Öfen sind zur thermischen Isolierung mit einer austauschbaren inne ren metallischen Verkleidung versehen, an der isolierende Stoffe aus einem feuer festen Material, wie z. B. Schamotte, befestigt sein können. Die innerhalb der Öfen herrschenden Temperaturen sind so hoch, daß eine zusätzliche Kühlung der Verklei dung erforderlich ist. In diesem Zusammenhang kommen Kühlplatten mit integrierten Kühlmittelkanälen zum Einsatz. Derartige Kühlplatten sind üblicherweise zwischen dem Ofenmantel und der Ofenausmauerung angeordnet und an das Kühlsystem des Ofens angeschlossen. Auf der dem Ofeninneren zugewandten Seite sind die Kühl platten in der Regel mit feuerfestem Material versehen.

Es sind Kühlplatten bekannt, bei denen die Kühlkanäle durch in Gußeisen eingegos sene Rohre gebildet werden. Diese Kühlplatten haben eine geringe Wärmeabfuhr infolge der geringen Wärmeleitfähigkeit des Gußeisens und wegen des Widerstands zwischen den Kühlrohren und dem Plattenkörper verursacht durch eine Oxidschicht oder einen Luftspalt.

Eine wesentlich bessere Wärmeleitfähigkeit als Grauguß besitzen Kupfer und Kup ferlegierungen. In diesem Zusammenhang offenbart die DE 29 07 511 C2 eine Kühl platte für Schachtöfen, die aus Kupfer oder einer niedrig legierten Kupferlegierung besteht und aus einem geschmiedeten oder gewalzten Kupferblock gefertigt ist. Bei dieser Bauart befinden sich durch mechanisches Tiefbohren erzeugte Kühlmittelkanäle im Inneren der Kühlmittelplatte. Die in der Kühlmittelplatte eingebrachten Sackbohrungen werden durch Einlöten oder Einschweißen von Ge windestopfen abgedichtet. Auf der Rückseite der Kühlplatte befinden sich Zulaufboh rungen zu den Kühlmittelkanälen, die für die Kühlmittelzufuhr bzw. Kühlmittelabfuhr erforderliche Stutzen geschweißt bzw. gelötet sind.

Durch die DE 198 01 425 A1 zählt es ferner zum Stand der Technik, Kühlmittelkanäle durch mechanisches Abtragen von Material in eine Kühlplatte einzubringen und den so gebildeten Kanalstrang mit einer Abdeckplatte abzudecken. Hierzu muß die Ab deckplatte an der Kühlplatte dicht festgelegt werden. Diese Vorgehensweise ist je doch insbesondere wegen der notwendigen Schweißarbeiten nachteilig.

Hinsichtlich der Form der Kühlmittelkanäle haben sich nicht runde, ovale bzw. läng lich runde Querschnitte bewährt, weil diese eine größere Wärmeübertragungsfläche bereitstellen. In diesem Zusammenhang sind gegossene Kühlplatten aus Kupfer werkstoff mit nicht runden Kühlmittelkanälen bekannt. Diese weisen jedoch den Nachteil auf, daß der Werkstoff grobkörnig und inhomogen ist. Hieraus resultiert eine schlechtere Wärmeleitfähigkeit und die Gefahr einer früheren Werkstoffermüdung. Nachteilig ist ferner, daß Werkstoffgefügefehler oder -schäden, wie Mikrorisse an der gegossenen Kühlplatte nur schwer zu ermitteln sind.

Der Erfindung liegt daher ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, eine qualitativ verbesserte Kühlplatte mit gesteigerter Kühlwirkung und hohem Wir kungsgrad zu schaffen sowie ein Verfahren für eine kostengünstige Fertigung einer Kühlplatte mit nicht runden Kühlmittelkanälen aufzuzeigen.

Die Lösung des gegenständlichen Teils dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einer Kühlplatte gemäß Anspruch 1.

Die erfindungsgemäße Kühlplatte ist durch einen Plattenkörper charakterisiert, der unter Formgebung des Endquerschnitts der Kühlmittelkanäle dickenreduziert ist und ein Feinkorngefüge mit einer mittleren Korngröße kleiner als 10 mm aufweist.

Der Plattenkörper besteht aus einem gekneteten Kupferwerkstoff (Knetlegierung) mit Feinkorngefüge. Auch wenn grundsätzlich eine kalte Verformung des Kupferwerk stoffs möglich ist, wird erfindungsgemäß eine Warmverformung insbesondere eine warmwalztechnische Dickenreduktion bevorzugt.

Als besonders vorteilhaft wird eine Korngröße kleiner 5 mm, vorzugsweise zwischen 0,005 mm und 2 mm angesehen (Anspruch 2).

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 3 besitzen die Kühlmittelkanäle einen ovalen, d. h. länglich runden Endquerschnitt. Hierdurch ist eine optimierte Wärmeübertra gungsfläche zur Abfuhr der Wärme bzw. Kühlung der Kühlplatte sichergestellt.

Nach den Merkmalen des Anspruchs 4 kann der Plattenkörper einseitig Widerlager stege in Form von Nuten zur Aufnahme von feuerfestem Material aufweisen.

Die erfindungsgemäße Kühlplatte zeichnet sich durch eine verbesserte Kühlung und ein gleichmäßigeres Wärmeprofil auf der Ofeninnenseite der der Schmelze zuge wandten Fläche aus. Das Feinkorngefüge verbessert die Wärmeleitfähigkeit wesent lich. In der Kombination mit den länglich runden Endquerschnitten der Kühlmittelka näle ist eine Reduktion der Wanddicke der Kühlplatte möglich. Die Kühlwirkung ist erheblich verbessert. Zudem kann eine Materialersparnis erreicht werden.

Verfahrensmäßig wird die Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 5 gelöst.

Danach ist vorgesehen, daß ein mit Kanälen versehener Brammenkörper aus einem Kupferwerkstoff mit einer gegenüber der Enddicke des Plattenkörpers größeren An fangsdicke bereitgestellt wird. Ausgangsprodukt ist folglich eine gegossene Bramme mit tiefgebohrten oder eingegossenen Kanälen. Die Bramme kann je nach Ausfüh rung bereits vor dem Tiefbohren knetend verformt, d. h. warmgewalzt, werden. An schließend wird eine walzende Warmverformung des Brammenkörpers vorgenom men mit einer Reduzierung der Anfangsdicke bis zur Enddicke des Plattenkörpers, und zwar unter Verformung des Querschnitts der Kanäle. Hierbei wird die Anfangs dicke der Bramme auf die Enddicke des Plattenkörpers reduziert und die Kanäle er halten einen von dem anfangs im wesentlichen kreisrunden Querschnitt abweichen den länglich runden Endquerschnitt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist fertigungstechnisch rationell sowie kostengün stig und liefert eine qualitativ hochwerte Kühlplatte mit einem Plattenkörper, der sich durch sein Knetgefüge mit einer mittleren Korngröße kleiner 10 mm auszeichnet. Durch die knetende Verformung kann auch ein noch feineres Knetgefüge mit Korn größen zwischen 0,005 mm und 2 mm erreicht werden.

Der Plattenkörper kann mittels einer Ultraschallwerkstoffprüfung auf Gefügefehler oder etwaige Schäden untersucht werden.

Die Kanäle im Brammenkörpers können mechanisch tiefgebohrt werden (Anspruch 6) oder bei der Herstellung des Brammenkörpers in diesen eingegossen werden (An spruch 7).

Durch die walzende Warmverformung des Brammenkörpers erhält der Kupferwerk stoff des Plattenkörpers ein umkristallisiertes feines Korngefüge, bei dem die ty pische Erstarrungsstruktur des Kupfergusses des Brammenkörpers weitgehend oder vollständig beseitigt ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die kostengünstige Herstellung einer qualitativ hochwertigen Kühlplatte mit hohem Wirkungsgrad und verbesserter Kühlung. Gegenüber den bekannten Kühlplatten aus grobkörnigem Kupferwerkstoff ist eine Reduktion der Wanddicke möglich. Dies führt zu einer Werkstoff- und Kosteneinsparung.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausfüh rungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 in perspektivischer Darstellungsweise eine erfindungsgemäße Kühl platte und

Fig. 2 technisch vereinfacht den Verfahrensablauf bei der Herstellung einer Kühlplatte in drei Fertigungssituationen.

Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellungsweise eine Kühlplatte 1 zur Verwendung bei der inneren Verkleidung von metallurgischen Öfen, insbesondere Schmelz- oder Schachtöfen, wie Hochöfen, Reduktionsanlagen oder Lichtbogenöfen.

Die Kühlplatte 1 umfaßt einen Plattenkörper 2 aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, in dem ovale länglich runde Kühlmittelkanäle 3 integriert sind. Der Kupferwerkstoff des Plattenkörpers 2 besitzt ein Feinkorngefüge mit einer mittleren Korngröße kleiner 10 mm. Als besonders vorteilhaft wird eine Korngröße kleiner 5 mm, vorzugsweise zwischen 0,005 mm und 2 mm angesehen.

Auf einer Seite 4 weist der Plattenkörper 3 nachträglich in diesen eingebrachte Nuten 5 zur Aufnahme von feuerfestem Material auf.

Die Fertigung eines Plattenkörpers 2 ist anhand der Fig. 2 verdeutlicht. A zeigt den Anfangszustand, E gibt den Endzustand wieder.

Zunächst wird ein gegossener Brammenkörper 6 aus einem Kupferwerkstoff bereit gestellt. In dem Brammenkörper 6 sind Kanäle 7 mechanisch tiefgebohrt. Möglich ist es auch, die Kanäle 7 beim Gießen des Brammenkörpers 6 auszuformen. Man er kennt, daß die Kanäle 7 im Ausgangszustand A einen im wesentlichen kreisrunden Querschnitt Q₁ besitzen.

Der gegossene Brammenkörper 6 weist ein verhältnismäßig grobes Korngefüge auf. Seine Anfangsdicke D₁ ist größer als die Enddicke D₂ des späteren Plattenkörpers 2. In einem Warmwalzvorgang wird die Anfangsdicke D₁ des Brammenkörpers 6 bis zur Enddicke D₂ des Plattenkörpers 2 reduziert. Dies erfolgt unter Verformung des Quer schnitts Q₁ der Kanäle 7 auf einen Endquerschnitt Q₂, welcher wie vorerwähnt, oval also länglich rund ist. Bei der walzenden Warmumformung, fachsprachlich auch Knetverformung genannt, erhält der Plattenkörper 2 ein Feinkorngefüge in dem vor erwähnten Korngrößenbereich.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine kostengünstige Fertigung einer qualitativ hochwertigen Kühlplatte 1 mit verbesserter Kühlung bei gleichmäßigem Wärmeprofil der hitzebeaufschlagten Flächen. Hierdurch ist sogar eine Reduzierung der Wanddicke einer Kühlplatte 1 gegenüber herkömmlichen Kühlplatten mit einem grobkörnigen Gefüge möglich.

Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Kühlplatte 1 auch, weil in der Praxis eine ultraschalltechnische Werkstoffprüfung zur Detektion von Gefügeschwachstellen oder Fehlern möglich ist. Schwachstellen können so frühzeitig erkannt werden, ohne daß es im Betrieb zu Ausfällen und nachteiligen Betriebsstillständen kommt.

Bezugszeichenaufstellung

1

Kühlplatte

2

Plattenkörper

3

Kühlmittelkanal

4

Seite von

3

5

Nute

6

Brammenkörper

7

Kanal
A Ausgangszustand
E Endzustand
Q₁

Querschnitt von

7

Q₂

Endquerschnitt von

3

D₁

Anfangsdicke von

6

D₂

Enddicke von

2

Claims

1. Kühlplatte zur Verwendung bei der inneren Verkleidung von metallurgischen Öfen, insbesondere Schmelz- oder Schachtöfen, welche einen Plattenkörper aus einem Kupferwerkstoff aufweist mit integrierten Kühlmittelkanälen, dadurch gekenn zeichnet, daß der Plattenkörper (2) unter Formgebung des Endquerschnitts (Q₂) der Kühlmittelkanäle (3) dickenreduziert ist und der Kupferwerkstoff des Platten körpers (2) ein Feinkorngefüge aufweist mit einer mittleren Korngröße kleiner 10 mm.

2. Kühlplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße klei ner 5 mm, vorzugsweise zwischen 0,005 mm und 2 mm liegt.

3. Kühlplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Endquer schnitt (Q₂) der Kühlmittelkanäle (3) oval ist.

4. Kühlplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Plattenkörper (2) einseitig Nuten (5) zur Aufnahme von feuerfestem Material auf weist.

5. Verfahren zur Herstellung einer Kühlplatte, welche einen Plattenkörper mit Kühl mittelkanälen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit Kanälen (7) verse hener Brammenkörper (6) aus einem Kupferwerkstoff mit einer gegenüber der Enddicke (D₂) des Plattenkörpers (2) größeren Anfangsdicke (D₁) bereitgestellt wird, und anschließend eine walzende Warmverformung des Brammenkörpers (6) mit einer Reduzierung der Anfangsdicke (D₁) bis zur Enddicke (D₂) des Platten körpers (2) unter Verformung des Querschnitts (Q₁) der Kanäle (7) vorgenommen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (7) in den Brammenkörper (6) mechanisch tiefgebohrt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (6) in den Brammenkörper (6) eingegossen werden.