DE10135768C1 - Auskleiden wasserberieselter Panzer von Hochöfen - Google Patents

Abstract

Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum metallischen Auskleiden des Panzers von Hochöfen und seine Kühlung. Feuerfeststoffe verwendet man nur für den Gestellboden. DOLLAR A Der Panzer wird außen mit Wasser rieselgekühlt, in der Hitze des Ofens bildet sich an der metallischen Auskleidung ein Ansatz, der allgemein wie ein Feuerfeststoff wirkt. DOLLAR A die Wandverluste des Schachtes und des Gestells bleiben in Grenzen, und die Ofenreisen werden sehr verlängert.

Description

Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung fürs Wärmedämmen und Kühlen der Panzer von Hochöfen, insbesondere von deren Gestell, gemäß dem Patentanspruch 1.

Nach dem Stand der Technik sind Hochöfen mit Feuerfeststoffen zugestellt, deren Eigenschaften den Temperaturen der einzelnen Zonen "angepaßt" sind. Grundsätzlich dämmen Feuerfeststoffe die Wärme, und mindern damit den Wandverlust der Hochöfen. Mit zunehmender Temperatur jedoch nimmt die Standzeit der Feuerfeststoffe rasch ab, vor allem weil mechanischer Verschleiß und chemischer Angriff zugleich wirken, und dabei sich gegenseitig verstärken.

Die Standzeit der feuerfesten Zustellung im Gestell begrenzt die Reise des Hochofens. Flüssiges Roheisen verschleißt mechanisch den Feuerfeststoff, indem es ihn löst und abträgt. Zugleich tränkt es den Feuerfeststoff, was thermomechanische Spannungen in ihm verursacht. In Kohlenstoffsteinen bilden sich bald berüchtigte "morsche Zonen", welche die Standfestigkeit der Zustellung während der ganzen Ofenreise gefährden. Die genannten Vorgänge werden vom chemischen Angriff durch Schlacken, Alkalien und Zink überlagert, und damit verstärkt. Spaltkohlenstoff erhöht zusätzlich die Spannungen, Wasserdampf vergast Kohlenstoff. Alle diese Vorgänge sind miteinander verknüpft, und sie vergrössern sich gegenseitig. Zusätzlich wächst ihre Wirkung mit steigenden Temperaturen.

Bald hat man erkannt, daß wirksames Kühlen die Haltbarkeit der Feuerfeststoffe beträchtlich verlängert. Seit Zeiten kühlt man vor allem mit Kühlkästen aus Stahl oder Kupfer, die von Wasser waagrecht durchflossen sind. Neuerdings werden sie von Staves verdrängt, die vom Wasser in Leitungen senkrecht durchströmt werden, womit sie das Kühlen nur in das Innere des Hochofens verlegen. (Siehe MPT international 2001, Heft 2, Seiten 42 bis 46.) Die ersten Staves fertigte man aus Gußeisen, das heute von Kupfer verdrängt zu sein scheint.

Befestigen und Abdichten der Kühlkästen am Panzer geschieht durch Verschrauben oder Verschweißen. Verschweißen ist absolut dicht, Verschrauben nicht immer, doch beide sind schwierig zu lösen. Mit Staves erfährt man ähnliches.

Kühlkästen und Staves führen nahezu die gleiche Wärmemenge ab. Daher verwendet man sie gerne in "gemischten Systemen". Dennoch kann dabei die Wärme im Stahl des Panzers zu Spannungen führen, die der Streckgrenze des Stahls nahe liegen.

Wichtig für die Haltbarkeit der Feuerfeststoffe ist auch der oft angewandte Einsatz der Kühlkästen als Stützen für die Zustellung im Betrieb. In dieser Hinsicht sind Staves weniger wirksam.

Beim Zustellen von Hochöfen setzt der Stand der Technik auf dichte Feuerfeststoffe hoher Wärmeleitfähigkeit, und zugleich auf deren wirksame Kühlung. Sie ist sehr aufwendig, und dennoch mildert die Kühlung nicht immer die von der Wärme in die Zustellung eingebrachten Spannungen ausreichend, um in den Feuerfeststoffen Risse und Zermürbungen nicht aufkommen zu lassen.

Besonders intensiv hat man das Gestell zu kühlen, denn die Standzeit des Gestells begrenzt die Reise des Hochofens. Dazu werden folgende drei Systeme angewandt. Die offen liegende Rieselkühlung (nasser Panzer) ermöglicht eine sehr gute Überwachung, verlangt aber in Abständen eine Reinigung des Panzers. Die Doppelmantelkühlung bietet zwar einen trockenen Panzer, der jedoch nur bedingt zu überwachen ist, und schwerer zu reparieren. Im gleichen Umfang gilt das auch fürs Kühlen mit Staves. Hervorzuheben ist: das nasse Rieselkühlen ist den zwei trockenen Systemen gleichwertig. (Siehe Stahl u. Eisen 1999, Nr 4, Seiten 119 bis 126, Bild 16.)

Bekannt ist, daß im Ofenraum schroff gekühlte metallische Elemente an ihrer heissen Seite einen Pelz ansetzen. Bei ausreichender Kühlung und wachsender Hitze wird dieser Ansatz dicker und dichter, womit er zunehmend Wärme dämmt, und das kühlende Element vor abreibenden Verschleiß schützt.

Festzustellen bleibt, dass die Fachwelt es nicht vermag während der Reise des Gestells den Verschleiß der feuerfesten Zustellung zu steuern, noch weniger ihn zu beherrschen. Diese Aufgabe harrt noch ihrer Lösung. Örtliches Versagen der feuerfesten Zustellung droht immer, und Durchbrüche bleiben nie ganz ausgeschlossen. (Siehe Stahl und Eisen 1993, Nr 6, Seiten 81 bis 92.)

Diese Erfindung löst die genannte Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Auskleidung des Panzers dieses Hochofens ist metallisch, sie ist mit ihm mechanisch und "wärmeschlüssig" verbunden. Diese Auskleidung leitet die Wärme vom Ansatz der heissen Seite in den "kühlen" Panzer.

Der Panzer wird naß gekühlt (Rieselkühlung), Kühlkästen und Staves fallen also fort.

Einzelheiten dieser Erfindung zeigt Bild 1. Den Panzer 1 kühlt nach unten rieselndes Wasser 2 (Rieselkühlung). Technisches Aluminium 3 verbindet "wärmeschlüssig" den Panzer 1 mit der kühleren Seite der Kühlbleche 4. An der wärmeren Seite der Kühlbleche 4 haftet der Ansatz 5, der sich im Betrieb bildet.

Die Kühlbleche 4 sind trapezförmig. Sie bestehen aus Kupfer oder aus Stahl. Sie mögen 15 bis 30 mm dick sein, ihre Länge 8 kann 90 bis 150 mm betragen. Jede Lage der Kühlbleche 4 wird flach verlegt, wobei sie entlang des Panzers zu einem vieleckigen Ring geordnet sind. Sie darf man versetzt verlegen, wie in Bild 1 skizziert. In die heissesten Bereiche des Hochofens verlegt man Kühlbleche aus Kupfer. Für minder heiße Arbeit können Kupferbleche mit solchen aus Stahl gemischt sein. Bei der Arbeit liegt die kleinere Seite 7 innen, die breitere Seite 6 außen. Das Verhältnis ihrer Seiten 6 und 7 hängt vom lichten Durchmesser des Panzers 1 ab. (Auf Bild 1 ist es übergroß skiziert.)

Beim Auskleiden des Hochofens wird der Spalt zwischen dem Panzer 1 und den Kühlblechen 4 mit technischem Aluminium 3 vergossen. Dabei verlangt die "Wärmeschlüssigkeit", daß es sowohl mit dem Panzer 1 als auch mit den Kühlblechen 4 fugenlos verschweißt. Beim Zustellen sind die Oberflächen sowohl des Panzers als auch der Kühlbleche "von Haus aus" mit einer "natürlichen" Oxidhaut bedeckt. Folglich tritt an deren Oberflächen im Kontakt mit dem flüssigen Aluminium eine Thermitreaktion ein, die örtlich die Temperatur stark erhöht, und damit das Verschweissen sehr begünstigt. Beschichtet man vorher die dafür in Frage kommenden Oberflächen des Panzers 1 und der Kühlbleche 4 mit Eisenoxid, dann wird der örtliche Thermiteffekt gesteigert. Das eingegossene Aluminium 3 verbindet auch mechanisch den Panzer 1 mit den Kühlblechen 4, Verschrauben und Verschweissen fallen also fort.

Die Dicke des Ansatzes wächst mit steigender Temperatur des Ofeninneren. Selbst bei größter Hitze im Gestell bleibt im Betrieb die Arbeit des Ansatzes gesichert, denn sollte er durch irgend einen Grund abfallen, dann bildet sich innerhalb weniger Minuten auch der dickste Ansatz von neuem.

Vorteilhaft ist es, vor dem Anfahren des neu ausgekleideten Hochofens die innere Seite der verlegten Kühlbleche mit einem verschlackbarem Feuerfeststoff zu bespritzen. Dieser torkretierte Anfahrschutz ("keramische Tasse"), fördert die Bildung des Ansatzes vom Anfang an, doch nur wenn die Temperatur im Ofen dazu reicht. Wo kein Ansatz entsteht, dort ist er auch nicht nötig.

Diese Erfindung bietet eine Reihe von Vorteilen. Der Panzer 1 des Hochofens ist mit den Kühlblechen 4 und mit der Randschicht aus Aluminium 3 ausgekleidet. In der kühleren Hälfte des Schachtes fällt die dünne keramische Tasse bald ab, in allen anderen Bereichen des Hochofens wird sie durch den Ansatz ersetzt, der mit steigender Temperatur dicker wird, besonders im Gestell. Der Ansatz "benimmt sich" im Betrieb wie ein Feuerfeststoff. Er mindert den Abrieb, dämmt die Wärme, fängt mechanische Spannungen ab, und er kennt kaum einen chemischen Angriff. Überdies haftet der Ansatz 5 gut an den Kühlblechen 4. Mechanisch vermögen nur grobe Kräfte und/oder stark wechselndes Heizen ihn schädigen.

Die selbstheilende Wirkung des Ansatzes ist groß, ja er erneuert sich sehr schnell. Kühlbleche 4 und Aluminium 3 verteilen die Wärme gleichmässig, so daß die Rieselkühlung 2 sie stest gleichmässig abzuführen vermag. Der Panzer 1 erstreckt sich von der Gicht bis zum Bodenblech, sodaß er mit seiner Auskleidung auch den Sumpf mit der Ofensau und den Bodenbelag umfaßt.

Der Panzer 1 dieser Erfindung benötigt keine Feuerfeststoffe. Der Ansatz 5 entsteht von allein, und ändert während der Reise seine Eigenschaften kaum. Er wirkt ähnlich wärmedämmend und abriebhemmend wie ein Feuerfeststoff, sodaß die Wandverluste des Gestells auf Werte sinken, die bei feuerfest zugestellten Hochöfen zu finden sind. Die Ofenreisen werden daher um vieles länger. Im Gestell bilden sich keine Zwiebeln, und Elefantenfüße treten nicht auf. Auch der Gestellboden wird vom Panzer 1 und seiner Auskleidung thermisch entlastet.

Claims (4)

1. Hochofenkühlung mit Wasserberieselung des Ofenpanzers, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Auskleidung des Ofenpanzers aus flach verlegten übereinander angeordneten Kupfer- und/oder Stahlblechen besteht, und zwischen diesen Kühlblechen und dem Ofenpanzer zur Bildung der mechanischen und wärmeschlüssigen Verbindung eine gegossene Aluminiumschicht angeordnet ist.

2. Hochofenkühlung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlbleche trapezförmig ausgebildet sind.

3. Hochofenkühlung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Lagen der Kühlbleche ringförmig versetzt, übereinander im Hochofen derart angeordnet sind, dass sich keine senkrecht verlaufende Fugen bilden.

4. Hochofenkühlung nach 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kühlung von der Gicht bis zur Bodenplatte des Hochofens erstreckt.