DE1952908A1 - Cooling system for shaft furnaces, especially blast furnaces - Google Patents
Cooling system for shaft furnaces, especially blast furnacesInfo
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Description
1952908 Dipl.-lng. H. Sauerland ■ Dr.-lng. R. König Patentanwälte · 4ddo Düsseldorf ■ Cecilienallee vb · Telefon 4327321952908 Dipl.-Ing. H. Sauerland ■ Dr.-lng. R. König Patentanwälte · 4ddo Düsseldorf ■ Cecilienallee vb · Telephone 432732
20. Oktober 1969 Unsere Akte: 25 324 III/Fu.October 20, 1969 Our file: 25 324 III / Fu.
Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha, No. 10, Marunouchi 2-chome, Chiyoda-ku, Tokio (Japan) Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha, No. 10, Marunouchi 2-chome, Chiyoda-ku, Tokyo (Japan)
"Kühlsystem für Schacht-, insbesondere Hochöfen""Cooling system for shaft furnaces, especially blast furnaces"
Die Erfindung betrifft eine Kühlung für das feuerfeste Futter von Schachtofen, insbesondere Hochöfen*,The invention relates to cooling for the refractory Lining from shaft furnaces, especially blast furnaces *,
Mit zunehmender Größe ist bei Hochöfen eine Kühlung angewendet worden, bei der aus Gußeisen hergestellte daubenförmige Kühlplatten zwischen der aus feuerfestem Material bestehenden Ofenauskleidung und dem Schachtpanzer angeordnet sind. Die Kühlelemente können aus geraden, haarnadel- oder schleifenförmigen, mit Gußeisen umgosse- nen Stahlrohren bestehen. Beim Gießen kommen die Stahlrohre nachteiligerweise in Berührung mit dem schmelzflüssigen Eisen, so daß sie sich ausdehnen, verformen λ und aufgekohlt sowie spröde werden. Außerdem führt der stellenweise unterbrochene Kontakt mit dem Gußeisen zu einer uneinheitlichen Kühlwirkung. Da derartige Fehler von außen her schwer festzustellen und auch zu reparieren sind, ist ein hoher technischer Aufwand für die Herstellung dieser Kühlelemente erforderlich. Infolge dieser bei den bekannten Kühlelementen nicht vollständig zu vermeidenden Schwierigkeiten können sich leicht Störungen dadurch ergeben, daß das feuerfeste Ofenfutter durch Überhitzung an Festigkeit verliert oder durch Aufschmelzen und Abtragen während der OfenreiseWith increasing size, cooling has been used in blast furnaces in which stave-shaped cooling plates made of cast iron are arranged between the furnace lining made of refractory material and the shaft armor. The cooling elements can be made straight, hairpin-shaped or loop, made with cast iron umgosse- nen steel pipes. When casting, the steel pipes disadvantageously come into contact with the molten iron, so that they expand, deform λ and become carburized and brittle. In addition, the broken contact with the cast iron leads to a non-uniform cooling effect. Since such errors are difficult to determine from the outside and also to repair, a high technical effort is required for the production of these cooling elements. As a result of these difficulties, which cannot be completely avoided with the known cooling elements, malfunctions can easily arise in that the refractory furnace lining loses strength due to overheating or due to melting and removal during the furnace journey
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entfernt wird und dadurch die Kühlplatten freigelegt werden, so daß die Kühlplatten entweder reißen, aufge-■ schmolzen werden oder verbrennen. Als Gegenmaßnahme ist versucht worden, Formsteine aus hochreiner kristalliner Tonerde mit äußerst hoher Wärmeleitfähigkeit, hoher Hitze- und Korrosionsbeständigkeit als feuerfestes Futter zu verwenden und den Panzer außen mit Wasser zu berieseln. Dieser Vorschlag hat jedoch wegen der äußerst kostspieligen Ausmauerung lediglich bei einem Schachtofen geringer Größe, der bei einem bemerkenswert hohen Gasdruck arbeitete, Anwendung gefunden.is removed, thereby exposing the cooling plates so that the cooling plates either tear, melt or burn. As a countermeasure is attempts have been made to make molded bricks made of high-purity crystalline alumina with extremely high thermal conductivity, high To use heat and corrosion resistance as a refractory lining and to sprinkle the outside of the armor with water. However, because of the extremely expensive brick lining, this proposal only applies to a shaft furnace small size operating at a remarkably high gas pressure.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Kühlsysteme zu vermeiden und eine Kühlung zu schaffen, mit der sich eine einwandfreie Kühlung der Ofenwandung bei äußerst guter Haltbarkeit und Dichtheit des Ofenmauerwerks auch bei Großhochöfen mit vertretbaren Herstellungs- und Betriebskosten erreichen läßt.The invention is based on the object of avoiding the disadvantages of the known cooling systems and of cooling to create a perfect cooling of the Furnace wall with extremely good durability and tightness of the furnace masonry, even with large blast furnaces with justifiable Can achieve manufacturing and operating costs.
Diese Aufgabe findet erfindungsgemäß ihre Lösung durch eine Vielzahl von an der Innenseite des den Ofenraum dort, wo der Innendruck höher als der atmosphärische Druck ist, umgebenden Stahlpanzers angeordneten Stahlrohren, die für den Kreislauf eines Kühlmittels durch den Stahlmantel nach außen herausgeführt und zusammen mit über die Stahlrohre nach innen in das feuerfeste Futter hineinragenden Temperaturfühlern in eine Masse aus einem temperaturwechselbeständigen und hochwärmeleitfähigen feuerfesten Material, wie Silizium-Karbid, eingebettet sind. Ein solches feuerfestes Material kann wegen seiner hohen Wärmeleitfähigkeit durch das Kühlwasser in den eingebetteten Stahlrohren auf einer niedrigen Temperatur gehalten werden. Das feuerfeste Ma-According to the invention, this object is achieved by a large number of on the inside of the furnace chamber where the internal pressure is higher than atmospheric pressure, steel pipes surrounding steel armor, for the circulation of a coolant through the steel jacket to the outside and together with temperature sensors protruding inwards into the refractory lining via the steel pipes into a mass made of a temperature change resistant and highly thermally conductive refractory material such as silicon carbide, are embedded. Such a refractory material can because of its high thermal conductivity through the cooling water be kept at a low temperature in the embedded steel pipes. The refractory ma-
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terial wird dann, obgleich beispielsweise heiße Schlacke oder flüssiges Eisen entlang seiner Innenoberfläche abwärt sfließen, nicht mehr zerstört. Vielmehr lagert sich die geschmolzene Schlacke an dem aus Silizium-Karbid bestehenden feuerfesten Futter ab und verfestigt sich schnell unter Bildung einer dichten Schlackenschicht an der rauhen Oberfläche des feuerfesten Materials« Diese Schlackenschicht verhindert wirksam, daß selbst ein in dem Ofenraum unter hohem Druck stehendes Gas nach außen entweichen kann, und verbessert die Wärmedämmung des Ofenfutters, so daß die Wärmeverluste verringert werden. Die an dem auf einer niedrigen Temperatur gehaltenen feuerfesten Futter haftende Schlackenschicht ist feuerfest und dient dem Schutz des eigentlichen Ofenfutters. Das Ofenfutter ist daher, obgleich es vor dem Ablagern und Verfestigen der Schlackenschicht einer hohen Temperatur und danach einer schnellen Abkühlung ausgesetzt ist, ausreichend dicht und reißt weder auf noch verliert es an Festigkeit, Sollte das feuerfeste Material dennoch reißen, so wird es durch die darin eingebetteten Kühlrohre gehalten, ohne abzufallen; außerdem werden etwaige Risse durch die Schlacke abgedeckt, so daß das im Ofen unter einem hohen Druck stehende Gas an einem Entweichen nach außen gehindert wird. Sollte Wasser aufgrund von Materialfehlern aus den Kühlrohren entweichen, so dringt es in das verhältnismäßig poröse feuerfeste Material ein und verdampft dort unter Erniedrigung der umliegend herrschenden Temperatur. Der Temperaturabfall wird durch einen der in dem feuerfesten Material eingebetteten Temperaturfühler festgestellt, so daß der Druck des in den Kühlrohren im Kreislauf geführten Wassers unter den in dem Ofen herrschenden Gasdruck verringert werden kann, um das Wasser am Entweichen zu hindern,, Der Wasserkreislaufmaterial is then, although for example hot slag or liquid iron down its inner surface s flow, no longer destroyed. Rather, the molten slag is deposited on the silicon carbide slag existing refractory lining and solidifies quickly forming a dense layer of slag on the rough surface of the refractory material «This The slag layer effectively prevents even a gas under high pressure in the furnace space from escaping to the outside can escape, and improves the thermal insulation of the furnace lining, so that the heat losses are reduced. The slag layer adhering to the refractory lining kept at a low temperature is refractory and serves to protect the actual oven lining. The furnace lining is therefore, although it is before being deposited and subjecting the slag layer to solidification at a high temperature and then subjected to rapid cooling is sufficiently dense and neither tears nor loses its strength, the refractory material should nevertheless tear, so it is held by the cooling pipes embedded in it without falling off; in addition, any Cracks covered by the slag so that the high pressure gas in the furnace can escape is hindered to the outside. Should water escape from the cooling tubes due to material defects, it will penetrate it enters the relatively porous refractory material and evaporates there, lowering the surrounding material Temperature. The temperature drop is caused by a the temperature sensor embedded in the refractory material determined so that the pressure of the circulating water in the cooling tubes is below that in the The gas pressure prevailing in the furnace can be reduced in order to prevent the water from escaping, the water cycle
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kann auch von dem defekten Kühlrohr auf ein Reserve-Kühlrohr umgeschaltet werden, um die Kühlung in Betrieb zu halten. Das außer Betrieb gesetzte Kühlrohr bzw. das Reserve-Kühlrohr dient der Verstärkung des feuerfesten Materials und trägt zu einer Verbesserung der Wärmeableitung bei.can also be switched from the defective cooling pipe to a reserve cooling pipe in order to keep the cooling in operation to keep. The decommissioned cooling pipe or the reserve cooling pipe is used to strengthen the refractory Materials and helps improve heat dissipation.
Die Stahlrohre für die Kreislaufführung des Kühlwassers können sich, da sie nicht in Gußeisen wie bei den bekannten daubenförmigen Kühlplatten eingegossen werden, nicht verformen oder aufkohlen. Da jedes Kühlrohr in seiner Länge in Übereinstimmung mit den Ofenabmessungen ausgebildet sein kann, verringert sich die Anzahl der Anschlußstücke für die Wasserführung, so daß der Durchflußwiderstand des Rohrleitungssystems verhältnismäßig gering ist. Die Doppelanordnung von Kühlrohren, von denen eines in Reserve gehalten wird, ermöglicht eine lange Ofenreise. Die Verringerung der Anzahl der Kühlwasserein- und -auslasse-im Ofenpanzer trägt zu einer Erhöhung der Festigkeit und zur Verringerung der Anzahl der Dichtungen bei.The steel pipes for the circulation of the cooling water can, since they are not cast in cast iron as in the known stave-shaped cooling plates, not deform or carburize. Because each cooling tube is designed in length in accordance with the furnace dimensions can be, the number of fittings for the water supply is reduced, so that the flow resistance of the pipeline system is relatively low. The double arrangement of cooling pipes, one of which Keeping one in reserve enables a long oven journey. The reduction in the number of cooling water and outlets in the furnace shell contributes to an increase in strength and a reduction in the number of seals at.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung in einem senkrechten Teilschnitt durch einen Schacht- bzw. Hochofen schematisch dargestellt.A preferred embodiment of the subject matter of the invention is shown in the drawing in a vertical partial section shown schematically by a shaft or blast furnace.
Mit 1 ist der Panzer eines mit einem hohen Druck betriebenen Hochofens bezeichnet, an dessen Innenseite eine senkrechte Stahlrohrschleife 2 für die Kreislaufführung von Kühlwasser mit einem Wassereinlaß 21 und einem Wasserauslaß 211 angeordnet ist. Eine horizontale Rohrschleife 3 für die Kreislaufführung des Kühlwassers, die an der1 with the shell of a blast furnace operated at high pressure is designated, on the inside of which a vertical steel pipe loop 2 for the circulation of cooling water with a water inlet 2 1 and a water outlet 2 11 is arranged. A horizontal pipe loop 3 for the circulation of the cooling water, which is attached to the
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Innenseite der senkrechten Rohrschleife 2 angeordnet ist, besitzt einen Wassereinlaß 3' und einen Wasserauslaß 311· Temperaturfühler 4 erstrecken sich über die horizontale Rohrschleife hinaus nach innen. Mit 5 ist ein feuerfestes Material, wie Siliziumkarbid, bezeichnet, in das die Rohrschleifen 2 und 3 eingebettet sind. Schamottesteine 6 sind an die Innenseite des feuerfesten Materials 5 angelegt. Mit 7 ist eine Schlackenschicht bezeichnet, die sich nach dem Abfallen der Schamottesteine an der Innenseite des feuerfesten Materials abgelagert hat.Inside the vertical pipe loop 2 is arranged, has a water inlet 3 'and a water outlet 3 11 · Temperature sensors 4 extend inwardly beyond the horizontal pipe loop. 5 with a refractory material such as silicon carbide, in which the pipe loops 2 and 3 are embedded. Firebricks 6 are placed on the inside of the refractory material 5. 7 with a layer of slag is referred to, which has deposited on the inside of the refractory material after the fire bricks fell off.
Beim Aufbau des Kühlsystems werden die vertikalen Rohrschleifen 2 und die horizontalen Rohrschleifen 3 lagenweise angeordnet, und die Temperaturfühler 4 dazwischen eingesetzt. Die Rohrschleifen 2, 3 und die Temperaturfühler 4 werden in eine feuerfeste Masse 5 aus Siliziumkarbid eingebettet und die Schamottesteine 6 in Anlage gegen die Innenseite der feuerfesten Masse 5 gehalten. Nach Verfestigen der feuerfesten Masse 5 wird die Of enkühlung in üblicher Weise vervollständigt.When building the cooling system, the vertical pipe loops are used 2 and the horizontal pipe loops 3 arranged in layers, and the temperature sensors 4 in between used. The pipe loops 2, 3 and the temperature sensors 4 are in a refractory mass 5 made of silicon carbide embedded and the firebricks 6 held in contact with the inside of the refractory mass 5. After solidification of the refractory mass 5, the furnace cooling is completed in the usual way.
Beim Betrieb des Hochofens wird Kühlwasser von dem Einlaß 31 in der horizontalen Rohrschleife 3 zur Kühlung des feuerfesten Materials 5 im Kreislauf geführt, wodurch eine Festigkeitsabnahme der Schamottesteine 6 aufgrund von Überhitzung oder ein Abfallen der Schamottesteine durch Aufschmelzen und Abtragen verhindert wird. Da das feuerfeste Material 5 die horizontalen Rohre 3 gänzlich umgibt, ergibt sich ein zufriedenstellender Wärmeübergang an den Berührungsflächen zwischen den Rohren und dem feuerfesten Material.During operation of the blast furnace, cooling water is circulated from the inlet 3 1 in the horizontal pipe loop 3 to cool the refractory material 5, which prevents a decrease in the strength of the fire bricks 6 due to overheating or the fire bricks falling off due to melting and removal. Since the refractory material 5 completely surrounds the horizontal tubes 3, there is a satisfactory heat transfer at the contact surfaces between the tubes and the refractory material.
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Die Berührungs- oder Kontaktflächen zwischen dem feuerfesten Material 5 und den Schamottesteinen 6 ist infolge "der besonderen Formgebung vergrößert, so daß der Wärmeübergang entsprechend groß ist. Die Wirkung einer solchen Kühlung ist somit mindestens genauso gut wie bei einem aus daubenförmigen Graugußkühlplatten mit darin eingegossenen Kühlrohren bestehenden Kühlsystem mit einer Schamotteauskleidung an der Innenseite der Platten. · Selbst wenn sich bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform ein Spalt zwischen dem feuerfesten Material 5 und den Schamottesteinen 6 gebildet haben sollte, der den Wärmeübergang derart beeinträchtigt, daß von den Schamottesteinen 6 einige wegschmelzen oder abfallen, würde das mit einer dicken Schicht von feuerfestem Material 5 bedeckte Kühlrohr 3 nicht in direkte Berührung mit der heißen Ofenbeschickung kommen, wie bei den daubenförmigen Kühlplatten mit einem Überzug aus Schamottesteinen,, Sollte die geschmolzene Schlacke mit dem feuerfesten Material 5 in Berührung kommen, so wird sie äußerst schnell abgekühlt, verfestigt sich und bildet eine feste, massive Schlackenschicht 7, die dann ihrerseits das feuerfeste Material 5 schützte Das Siliziumkarbid oder Silizium enthaltende und an seiner Oberfläche aufgerauhte feuerfeste Material 5 verbindet sich ausgezeichnet mit der geschmolzenen Schlacke. Die Schlackenschicht 7 ist luftdicht und bietet einen wirkungsvollen Schutz«, Das feuerfeste Material 5 hält einem schnellen Aufheizen und Abkühlen stand und reißt weder, noch nimmt es an Festigkeit ab. Die Schlackenschicht 7» die durch das feuerfeste Material 5 ausreichend gekühlt ist, so daß sie weder schmilzt noch abfällt, dient als ein Hitzeschild zur Verringerung des Wärmeverlustes des Ofens.The contact or contact surfaces between the refractory material 5 and the firebricks 6 is due to "The special shape increases so that the heat transfer is correspondingly large. The effect of such a cooling is therefore at least as good as with one consisting of stave-shaped gray cast iron cooling plates with cooling tubes cast in them with a Fireclay lining on the inside of the panels. · Even if there is a gap between the refractory material 5 and in the embodiment according to the invention should have formed the firebricks 6, which affects the heat transfer in such a way that of the firebricks 6 some melt away or fall off, this would be done with a thick layer of refractory material 5 covered cooling tube 3 not in direct contact with the hot furnace loading, as with the stave-shaped cooling plates with a coating of firebricks, Should the molten slag come into contact with the refractory material 5, it becomes extremely rapid cooled, solidifies and forms a solid, massive layer of slag 7, which in turn is the refractory Material 5 protected the refractory containing silicon carbide or silicon and roughened on its surface Material 5 combines excellently with the molten slag. The slag layer 7 is airtight and offers effective protection «, Das Refractory material 5 withstands rapid heating and cooling stood and neither cracked nor decreased in strength. The slag layer 7 »which is caused by the refractory material 5 is sufficiently cooled that it neither melts nor falls off serves as a heat shield to reduce the heat loss of the furnace.
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In Fällen, wo das feuerfeste Material 5 ursprünglich nicht mit den Schamottesteinen 6 verkleidet ist, kann eine luftdichte Schlackenschicht 7 leicht durch Anbacken geschmolzener Schlacke an dem feuerfesten Material 5 und durch Verfestigung der Schlacke erzeugt werden. In diesem Falle wird die Temperatur des feuerfesten Materials 5 durch die Temperaturfühler 4 abgetastet, um die Menge des in der Kühlrohrschleife 3 im Kreislauf geführten Wassers zu steuern bzw» zusätzlich Wasser in der Kühlrohrschleife 2 im Kreislauf zu führen, so daß die Kühlung des feuerfesten Materials verbessert wird, wodurch die Haftung ebenso wie die Festigkeit der Schlacke erhöht wird.In cases where the refractory material 5 originally is not clad with the firebricks 6, an airtight slag layer 7 can easily be caked on molten slag can be generated on the refractory material 5 and solidifying the slag. In In this case, the temperature of the refractory material 5 is scanned by the temperature sensor 4 to determine the amount of the circulated in the cooling pipe loop 3 To control water or »in addition to circulate water in the cooling pipe loop 2, so that the cooling of the refractory material is improved, thereby increasing the adhesion as well as the strength of the slag will.
Sollten die Kühlrohre 2 und 3 aufgrund von Herstellungsfehlern rissig sein und dadurch Wasser entweichen lassen, so wird das an der Leckstelle austretende Wasser das feuerfeste Material 5 durchdringen und unter Abkühlung der Umgebung verdampfen. Das Entweichen von Wasser, das durch einen der Temperaturfühler 4 festgestellt wird, kann entweder durch Absenken des Druckes des im Kreislauf geführten Wassers unter den Innendruck des Hochofens oder durch örtliches Unterbrechen des Wasserkreislaufes und durch Umschalten von einem Kühlrohr auf das andere verhindert werden. Dies gestattet einen fortlaufenden Ofenbetrieb. Der Druck und die Temperatur des in den Rohrschleifen 2 oder 3 im Kreislauf geführten Wassers können bei etwa 10 Atmosphären und 1800C eingestellt werden, so daß Dampf in den Rohren 2 oder 3 erzeugt wird. Der Druck und die Temperatur können aber auch bei etwa 3 Atmosphären und 900C liegen, so daß kein Dampf erzeugt wird. Wird Dampf in den Rohren erzeugt, so bewirkt dies eine Verringerung des Wärmeverlustes durchShould the cooling tubes 2 and 3 be cracked due to manufacturing defects and thereby allow water to escape, the water emerging at the leak point will penetrate the refractory material 5 and evaporate while cooling the environment. The escape of water, which is detected by one of the temperature sensors 4, can be prevented either by lowering the pressure of the water in the circuit below the internal pressure of the blast furnace or by locally interrupting the water circuit and switching from one cooling pipe to the other. This allows continuous furnace operation. The pressure and the temperature of the water circulated in the pipe loops 2 or 3 can be set at about 10 atmospheres and 180 ° C., so that steam is generated in the pipes 2 or 3. However, the pressure and the temperature can also be around 3 atmospheres and 90 ° C., so that no steam is generated. If steam is generated in the pipes, this has the effect of reducing the heat loss through
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Schaffung einer feuerfesten Wärmeisolierschicht zwischen dem Stahlmantel 1 und dem feuerfesten Material 5«Creation of a fireproof thermal insulation layer between the steel jacket 1 and the fireproof material 5 «
Die erfindungsgemäße Kühlung für Schacht- oder Hochöfen, die aus einer Masse feuerfesten Materials mit hoher Wärmeleitfähigkeit und darin eingebetteten Kühlrohren 2, 3 besteht, verbessert aufgrund der an ihrer Innenseite sich bildenden Schlackenschicht die Dichtigkeit und die Wärmedämmung derart, daß die Dicke des Ofenfutters und somit das Gewicht des Ofens verringert wird, während sich das Innenvolumen des Ofens vergrößert. Ist das Haftvermögen der geschmolzenen Schlacke an dem feuerfesten Material 5 besser als das von Siliziumkarbid, so kann der untere Grenzwert der Wärmeleit— oder Wärmeübergangs zahl des feuerfesten Materials auf ein Vielfaches der Wärmeleitzahl der Auskleidung 6 oder 7 z.B 3 bis 5 kcal/m·h·0C erhöht werden.The cooling according to the invention for shaft or blast furnaces, which consists of a mass of refractory material with high thermal conductivity and cooling tubes 2, 3 embedded therein, improves the tightness and thermal insulation due to the slag layer forming on its inside so that the thickness of the furnace lining and thus the weight of the furnace is reduced while the internal volume of the furnace is increased. If the adhesion of the molten slag to the refractory material 5 is better than that of silicon carbide, the lower limit value of the thermal conductivity or heat transfer number of the refractory material can be a multiple of the thermal conductivity of the lining 6 or 7, e.g. 3 to 5 kcal / m · h · 0 C can be increased.
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