DD301559A7 - Ofensegment für Industrieofen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ofensegment für Industrieöfen. Anwendung findet die Erfindung bei Industrieöfen der Nichteisenmetallurgie zur Kupfergewinnung, insbesondere zur Auskleidung von Flammöfen und Konvertoren. Das Ofensegment besteht aus einem Feuerfestmaterial aus einem hochtonerdehaltigen Gemenge, welches 70 bis 80 Ma.-% Korund, 5 bis 10 Ma.-% Tonerde, 6,5 bis 19,5 Ma.-% Tonerdezement mit einem Al ind 2 O ind 3 -Gehalt größer 70 %; 0,2 bis 0,5 Ma.-% Grahamsalz und 2 bis 8 Ma.-% Elektroofen-Filterstaub aufweist. In dem Feuerfestmaterial sind in definiertem Abstand zueinander und mit dem Gemenge verfüllte Rohre eingebettet. An der kalten Seite des Ofensegmentes ist eine Wärmedämmschicht angeordnet. Fig. 2{Nichteisenmetallurgie; Kupfergewinnung; Flammofen; Konverter; Ofensegment; Feuerfestmaterial; Gemenge; Korund; Tonerde; Tonerdezement; Grahamsalz; Elektroofen-Filterstaub; Wärmedämmschicht; Rohre}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Anwendung findet dio Erfindung zur feuerfesten Auskleidung von Industrieöfen, insbesondere von Flammöfen und Kon verloren zur Kupfergewinnung.

Charakteristik des Standes der Technik

Bei Schmelzaggregaten der Nichteisenmetallurgie, beispielsweise stationären Flammöfen oder Konvertoren zur Kupfergewinnung, ist zur wirtschaftlichen Prozeßführung ein Feuerfestmaterial erforderlich, welches im Einsatz unter aggressiven Medien, wie Schmelze, Schlacke und Ofenatmocphäre, eine hohe Standzeit aufweist. Insbesondere an die mit Schlacke beaufschlagten Bereiche der Verschleißfutterzuste'lrng und des Gewölbes sind hinsichtlich Standzeit hohe Anforderungen zu stellen.

Durch die zunehmende Verarbeitung von eisenhaltigen Sekundärrohstoffen in derartigen Schmolzaggregaten und damit einhergohüiidor verstärkter Agpressivität der vorgenannten Medien sowie verschleißfördernder Prozeßführung unterliegt die feuerfeste Auskleidung in hohem Maße Temperaturwechselbelastungen und chemischen Angriffen. Es ist allgemein bekannt, unter diesen harten Bedingungen kleinformatige Magnesit- bzw. Chrom-Magnesitsteine zur Herstellung der feuerfesten Auskleidung zu verwenden. So werden im Bereich der Schmelze gebrannte Chrom-Magnesitsteine mit verschiedenen Beimengungen zur Erhöhung der Kaltdruckfestigkeit und Verminderung der Rißneigung sowie schmelzgegossene Chrom-Magnesitstoine eingesetzt, denen zur Erhöhung der Resistenz gegenüber chemischen Angriffen spinellhaltige Materialien zugesetzt werden.

Oberhalb der Schmelze sowie im Bereich des Gewölbes haben sich blechummantelte gebrannte oder schmelzgcgossene Chrom-Magnesitsteine verschiedener konstruktiver Ausführung als vorteilhaft erwiesen. Um den Aufwand bei der Herstellung der feuerfesten Auskleidung zu verringern, wurden blechummantelte Großformate aus Chrom-Magnesit verwendet, wobei zur Stabilisierung der Blechummantelung im Format Versteifungen aus Stahlwerkstoff angeordnet sind. Diese Großformate werden dabei ohne Fugenmörtel verlegt und verschweißen im Prozeß zu einem starren Verschleißfutter. Bekannt ist auch, die Schmelzaggregate mittels Magnesitstampfmasse aufzukleiden, in die mit der gleichen Masse verfüllte Stahlrohre verlegt werden.

Auch sind aus Magnesitstampfmasse mit eingebetteten und verfüllten Stahlrohren bestehende gebrannte Decken- und Wandformate bekannt.

Durch die Verwendung von Magnesit bzw. Chrom-Magnesit als Rohstoff für feuerfeste Auskleidungen konnte gegenüber den Auskleidungen aus Silikatsteinen bzw. hochtonerdehaltigen Feuerfestmaterialien eine wesentlich höhere Standzeit der Schmelzaggregate erreicht werden. Aufgrund ihrei hohen Feuerfestigkeit und guten Temperaturwechselbeständigkeit sowie Resistenz gegenüber Kupferschlacke haben sich bisher die noch hochwertigeren gebrannten Periklas-Chromitsteine am besten als feuerfeste Auskleidung bewährt.

Die Verwendung von hochwertigem Feuerfestmaterial für die Auskleidung von Schmelzaggregaten zur Kupfergewinnung wird auf Grund der eingangs erwähnten harten Prozeßbedingungen in zunehmenden Maße problematisch. Um der Hochtemperaturkorrosion und Erosion sowie Temperaturwechselbelastungen wirksamer begegnen zu können, müssen Chrom-Magnesitsteine bzw. Periklas-Chromitsteine mit hoher Qualität eingesetzt werden. Dazu sind hochwertige Zuschlagstoffe und sehr energieaufwendige Herstellungstechnologien erforderlich, was einen erheblichen Kostenaufwand verursacht und die Effektivität des Gewinnungsprozesses herabsetzt.

Die Herstellung der feuerfesten Auskleidung mittels kleinformatiger Steine ist außerdem sehr zeitaufwendig und erfordert hohes fachliches Können. Zum anderen stellen die Fugen eines solchen Mauerverbandes erhebliche Schwachstellen dar. Der dennoch relativ hohe Verschleiß dieser hochwertigen Feuerfestauskleidung resultiert einmal aus der Infiltration von Snhlackekomponerten in das Feuerfestmatorial, wodurch es zu Schalenbildungen und Abplatzungserscheinungen kommt, und zum anderen daraus, daß es auf Grund des sogenannten Kupfer-Bursting zu mechanischen Spannungen und damit zu Rissen im Feuerfestmaterial kommt.

Bei den blechummantelten Steinen, die ohnehin nur über der Kupferschmelze in der Auskleidung angeordnet werden können, wirken die vorgenannten Verschleißfaktoren mit gleicher Intensität, nur urn den Zeitfaktor des Abbrandes des feuerraumseitigen Biechmantels verschoben.

Die feuerfeste Auskleidung mittels blechummantelter Großformate hat sich insofern als nicht vorteilhaft erwiesen, als es auf Grund der Starrheit des über der Schmelze befindlichen Bereiches zu erheblichen Spannungen in der Auskleidung kommt, die sich negativ auf die gesamte Ofenkonstruktion auswirken.

Von der Zustellung der Auskleidung mittels Magnesitstampf massen und entsprechend verfüllten Rohren ist vermutlich deshalb wieder Abstand genommen worden, weil diese unrationelle Zustellungstechnolcgie zu keiner Erhöhung der Standzeit geführt hat, da es auf Grund der unterschiedlich in den Rohren verlaufenden Isothermen zu Zonenbildungen im Feuerfestmaterial kommt. Das führt durch Wärmespannungen zu Rissen in erheblicher Tiefe im Feuerfestmaterial, so daß mit dem Abbrand der Rohre ein schalenweises Abplatzen des Feuerfestmaterials einhergeht.

Als nachteilig für alle Qualitäten von basischem Feuerfestmaterial hat sich der relativ hohe SiO₂-Gehalt herausgestellt, da SiO₂ in Verbindung mit der Kupferschlacke den Verschleiß der feuerfesten Auskleidung beschleunigt. Der angestrebte SiO₂-Gehalt kleiner 2 % ist beispielsweise bei Periklas-Chromitsteinen nur schwerlich zu erreichen, da mit dem Chromerz zwangsläufig SiO₂in die Steine eingebracht wird. Es sind Steine mit einem SiO₂-Gehalt bis zu 7% im Einsatz, was die Standzeit dor feuerfesten Auskleidung herabsetzt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist eine feuerfeste Auskleidung mit verbesserter Standzeit, welche eine energiesparende und rationelle Herstellungstechnologie bei der Auskleidung von Schmelzaggregaten der Kupfergewinnung gewährleistet.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Entwicklung eines bis 1673K einsetzbaren, ungebrannten großformatigen Ofensegments mit verbesserter Kaltdruckfestigkeit und geringerem Schwindungsverhalten, welches ein gegenüber aggressiven Medien und Temperaturwechselbelastungen widerstandsfähiges, dichte spinellhaltige Schutzschichten ausbildendes und elastisches Feuerfestmaterial aufweisen soll.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das großformatige, aus einem Fertigteil bestehende Ofensegment ein Feuerfestmaterial aufweist, welches aus einem hochtonerdehaltigen Gemenge aus 70 bis 80 Ma.-% Korund und 5 bis 10Ma.-%Tonerde, aus 6,5 bis 19,5Ma.-%Tonerdezement mit einem AI₂O₃-Gehalt größer 70% und 0,2 bis 0,5Ma.-% GrahamsaU und aus 2 bis 8 Ma.-% Elektroofen-Filterstaub besteht.

Um die spinellhaltigon Schutzschichten auszubilden, sind in dem Gemenge über die Dicke des Ofensegmentes in definiertem Abstand zueinander und mit dem hochtonerdehaltigen Gemenge verfüllte Rohre aus Stahlwerkstoff eingebettet.

Ausführungsbelspiol

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der beigefügten Zeichnung zeigen

Fig. 1: ein Ofensegment aus feuerraumseitiger Ansicht; Fig. 2: ein Ofensagrnent in Teilschnittendarstellung.

Das in der Fig. 1 dargestellte Ofensegment 2 wurde der Einfachheit halber rechteckig ausgebildet und läßt aus feuerraumseitiger Ansicht die Anordnung der Rohre 3 erkennen. Die Abmaße des Ofensegmentes 2 können entsprechend des Einsatzort3S im Flammofen oder Konverter variabel gestaltet werden, so daß der Einsatz des Ofensegmentes 2 sowohl als Wand- oder

Gewölbeelement bzw. els Ofentor möglich ist. Aus der Fig.2 ist ersichtlich, daß die im Ofensegment 2 angeordneten Rohre 3 unterschiedliche Längen aufweisen, wobei alle Rohre 3 mit einem Rohrende bündig mit dor feuerraumseitigen Fläche des Ofensegmentes 2 abschließen. Je nach Einsatzort schließen die längeren Rohre 3 entweder mit der dem Feuerraum abgewandten Fläche des Ofensegmentos 2 ab oder sind aus dem Ofensegment 2 herausgeführt als Verankerung bzw. Aufhängung ausgebildet.

Das Ofensegment 2 ist an der dem Feuerraum abgewandten Seite mit einer Wärmedämmschicht 5 versehen, die aus einem feuerfesten Fastermaterial oder einem Leichtbeton besteht.

Die Rohre 3, die mit Feuerfestmaterial verfüllt und in diesem eingebettet sind, besitzen maximal einen Durchmesser von 150 mm und sind dergeslaltig zueinander angeordnet, daß der Abstand von Rohr 3 zu Rohr 3 nicht größer ais der Rohrdurchmesser ist.

Die längeren Rohre 3 besitzen im kälteren Bereich des Feuerfestmaterials Löcher 4, die der stabileren Verankerung im Ofensegment 2 dienen.

Das Feuerfestmaterial besteht aus einem hochtonerdhaltigen Gemenge 1 aus 70 bis 30Ma.-% Korund und 5 bis 10Ma.-% Tonerde, aus 6,5 bis 19,5%Tonerdezement mit einem AI₂O₃-GeIIaIt größer 70% und 0,2 bis 0,5 Ma.-% Grahamsalz und aus 2 bis 8 Ma.-% Elektroofen-Filterstaub mit einem hohen Anteil an Eisenoxiden.

Dereine Körnung kleiner 0,2 mm aufweisende Elektroofen-Filterstaub ist ein Abprodukt der Abgasreinigung von Elektroöfen der Stahlindustrie und besteht in seinen Hauptbestandteilen zu 3 bis 8Ma.-% aus SiO₂, zu 45 bis 75 Ma.-% aus Fe₂O₃, zu 3 bis 10Ma.-% aus FeO, zu 2 bis 5Ma.-% aus MgO und zu 3 bis 8Ma.-% aus CaO.

Die Ofensegmente 2 werden als großformatige Fertigteile unter Anwendung bekannter Technologien hergestellt, wodurch eine rationelle Auskleidungt der Flammofen bzw. Konvertoren gewährleistet ist. Aufgrund dessen, daß die Ofensegmente 2 ungebrannt im Schmelzaggregat eingesetzt werden und der Gewinnungsprozeß zur spinellbildenden Umsetzungsreaktion im Feuermaterial genutzt wird, kör.nen energieaufwendige Verfahren zur Herstellung der Ofensegmente 2 entfallen.

Das bis zu 1673K anwendbare feuerfeste hochtonerdehaltige Gemenge 1 besitzt dabei folgende Güteeigenschaften:

Rohdichte (g/cm³), bei 383K getrocknet 2,95

Druckfestigkeit (MPa)	50
nach 7 Tagen und
einem Brand bei 1073K	45
einem Brand bei 1673K	37
lineare Längenänderung (%)
nach dem Brand bei 1073 K	-0,1
nach dem Brand bei 1673K	+ 0,5
Druckfeuerbeständigkeit (K)
nach dem Brand bei 1673 K	1803
T 0,6
Temperaturbeständigkeit (Wechsel)	>25

Mach der Zustellung des Flammofens bzw. Konverters mittels der Ofensegmente 2 beginnt bei bestimmten Temperaturen im Gowinnungsprozeß unter Einwirkung der Schlacke der Kupferschmelze die spinellbildende Umsetzungsreaktion im Fauerfestmaterial. Durch die mit Schlacke beaufschlagte feuerraumseitige Fläche der Ofensegrnente 2 infiltriert die Schlacke sowohl im Oberflächenbereich als auch entlang der Rohre 3 verlaufenden Isotherme in das Feuerfestmaterial, so daß ausgehend von der Oberfläche des Ofensegmentes 2 ein wabenähnliches Gebilde von spinellhaltigen Schutzschichten von hoher Dichtheit entsteht, die das darunterliegende Feuerfestmaterial vor chemischen Angriffen schützen. Auf Grund der Umsetzungsreaktionen ergibt sich zwischen den Schutzschichten des Feuerfestmaterials und den Rohren 3 eine hohe Flächenpressung, durch die ein Abplatzen des Feuerfestmaterials vermieden v/ird.

Da die spinellbildenden Umsetzungsreaktionen boi auftretenden Verschleißerscheinungen sich ständig entlang der Isotherme wiederholen, bleibt das wabenartige Gebilde von Schutzschichten erhalten und garantiert somit, daß die Widerstandsfähigkeit des Ofensegmentes 2 gegenüber aggressiven Medien und Temperaturwechselbelastungen gewährleistet bleibt. Da das unter den Schutzschichten befindliche Feuerfestmaterial elastisch bleibt und die eingebetteten Rohre 3 einen geringen Temperaturgradienten über die Dicke des Ofensegmentes 2 garantieren, zeigt das Ofensegment 2 insgesamt ein gleichmäßiges Ausdehnungsverhalten und gute elastische Eigenschaften, so daß thermodynamische Spannungen im großformatigen Ofensegment 2 auf ein Minimuim gehalten werden. Durch die Wärmedämmschicht 5 wird die Ausbildung der spinellhaltigen Schutzschichten entlang der Isotherme unterstützt, so daß bei entsprechender Temperatur im Schmelzaggregat die spinellbildenden Umsetzungsreaktionen im Feuerfestmatorial umgehend einsetzen.

Die Feinheit und der chemische Charakter des Elektroofen-Filterstaubes wirkten sich überraschend positiv auf die Verfestigung des hochtonordehalton Gemenges 1 schon bei relativ niedrigen Reaktionstemperaturen aus.

In Betracht gezogene Druckschrift: DD 226455, A3, C 04 B 35/80

Claims (7)

1. Ofensegment für Industrieöfen, besteht aus einem großformatigen Fertigteil aus Feuerfestmaterial mit einer an der dem Feuerraum abgewandten Seiten angebrachten hitzebeständigen Wärmedämmschicht, gekennzeichnet dadurch, daß

- daß das Feuerfestmaterial aus einem hochtonerdehaltigen Gemenge (1) aus 70 bis 80 Ma.-% Korund und 5 bis 10Ma.-% Tonerde, aus 6,5 bis 19,5 Ma.-% Tonerdezement mit einem AI₂O₃ Gehalt größer 70% und 0,2 bis 0,5 Ma.-% Grahamsalz und aus 2 bis 8 Ma.-% Elektroofen-Filterstaub besteht;

- daß in dem Gemenge (1) über die Dicke des Ofensegments (2) in definiertem Abstand zueinander und mit dem hochtonerdehaltigen Gemenge (1) verfüllte Rohre (3) aus Stahlwerkstoff eingebettet sind.

2. Ofensegment nach Anspruch !,gekennzeichnet dadurch, daß der Korund aus 70 bis80Ma.-% aus Edelkorund besteht.

3. Ofensegment nach Anspruch 1 ,gekennzeichnet dadurch, daß der Elektroofenfilterstaub ein Abprodukt der Abgasreinigung von Elektroofen der Stahlindustrie ist, eine Körnung kleiner 0,2 mm aufweist und in seinen chemischen Hauptbestandteilen zu 3 bis 8Ma.-% aus SiO₂, zu 45 bis 75 Ma.-% aus Fe₂O₃, zu 3 bis 10 Ma.-% aus FeO, zu 2 bis 5 Ma.-% aus MgO und zu 3 bis 8 Ma.-% aus CaO besteht.

4. Ofensegment nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Rohre (3) einen maximalen Durchmesser von 150 mm besitzen und der Abstand der Rohre (3) zueinander maximal dem Durchmesser der jeweils eingesetzten Rohre (3) entspricht.

5. Ofensegment nach Anspruch 1 und 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Rohre (3) eine unterschiedliche Länge aufweisen, wobei ein Rohrende der Rohre (3) bündig mit der feuerraumseitigen Fläche des Ofensegmentes (2) abschließt.

6. Ofensegment nach Anspruch 1,4 und 5, gekennzeichnet dadurch, daß je nach Abmaßen des Ofensegmentes (2) mindestens ein Rohr (3) an der dem Feuerraum abgewandten Seite des Ofensegmentes (2) herausgeführt und als Verankerung bzw. Aufhängung ausgebildet ist.

7. Ofensegment nach Anspruch 1, 5 und 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Wandung des bzw. der als Verankerung bzw. Aufhängung ausgebildeten Rohre (3) im kälteren Bereich des Feuerfestmaterials mit Löchern (4) versehen ist.