DE19542367C2 - Metallurgisches Gefäß und Verfahren zur Herstellung oder Reparatur desselben sowie Platte hierfür - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein metallurgisches Gefäß sowie ein Verfahren zur Herstellung bzw. Reparatur eines metallurgi­ schen Gefäßes.

Überall in der Eisen-, Stahl- und Gießereiindustrie gibt es metallurgische Gefäße, in denen sich flüssige Materialien wie Metalle oder Schlacken befinden. Aufgrund des mechani­ schen und chemischen Angriffes dieser flüssigen Medien bei hohen Temperaturen verschleißen die in diesen Gefäßen be­ findlichen feuerfesten Ausmauerungen, so daß häufige und kostspielige Reparaturen erforderlich werden. Die Kosten dieser Reparaturen, werden nicht allein durch die Reparaturmaterialien verursacht, sondern auch durch die hohen Personalkosten und die allzuhäufig unterschätzten Produktionsausfälle.

In den Grenzflächen zwischen feuerfesten Ausmauerungen und den flüssigen Metallen bzw. Schlacken herrschen starke che­ mische Verschleißmechanismen vor, die vor allen Dingen bei den hohen Temperaturen zu metallurgischen Reaktionen und zu einem Materialverlust der Ausmauerung führen.

Wenn sich diese flüssigen Medien auch noch in Bewegung rela­ tiv zur feuerfesten Ausmauerung dieser Gefäße befinden, wird dieser chemische Verschleißmechanismus noch verstärkt. Desweiteren kann auch ohne nennenswerten chemischen oder metallurgischen Verschleiß eine chemisch resistente Ausmaue­ rung durch Erosion verschleißen.

Ist der Fall eingetreten, daß durch den Verschleiß eine Erneuerung oder Reparatur der feuerfesten Zustellung in bestimmten Bereichen erforderlich wird, so bedient man sich einschlägiger Ausbruchwerkzeuge wie Bagger, Hammer oder Meißel, um diese Verschleißbereiche auszubrechen.

Nach Entfernen dieser verschlissenen Bereiche wird neues, unverbrauchtes Material aufgegeben, so daß das Gefäß wieder seinem Zweck gemäß eingesetzt werden kann. Dieses geschieht in der Regel durch Mauern feuerfester Steine oder Gießen monolithischer Produkte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein metallurgi­ sches Gefäß zu schaffen, bei welchem der Verschleiß der feuerfesten Zustellung verringert ist. Es ist die weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu entwickeln, mit wel­ chem ein solches metallurgisches Gefäß auf einfache Weise ggf. im Rahmen einer Reparatur der feuerfesten Zustellung herstellbar bzw. reparierbar ist. Diese Aufgaben werden durch das in Anspruch 7 wiedergegebene metallurgische Gefäß und durch das in Anspruch 1 wiedergegebene Verfahren sowie eine Platte hierfür - nach Anspruch 14 - gelöst.

Aus der US-PS 5,188,796 ist zwar ein metallurgisches Gefäß bekannt, bei dem am Boden in dem Bereich, in dem der Gieß­ strahl der Metallschmelze auftrifft, eine mit an der dem Gießstrahl zugewandten Seite angeordneten Rippen versehene Prallplatte vorgesehen ist. Diese dient jedoch nicht der Verschleißminderung der Zustellung, sondern der Verringe­ rung vertikalen Spritzens der Metallschmelze in dem Gefäß, wodurch den Reinheitsgrad der Metallschmelze durch Vermi­ schung mit Schlackenbestandteilen herbeiführende Turbulen­ zen verhindert werden sollen.

Aus der DE 39 20 543 A1 ist ferner eine Pfanne bekannt, die eine auf dem Bodeninneren der feuerfesten Auskleidung an­ geordnete Schlagplatte aufweist, welche jedoch lediglich der Abnutzung bzw. den Schlägen beim Eingießen des ge­ schmolzenen Stahls in die Pfanne standhalten soll und somit nicht zur Verschleißminderung insbesondere der besonders verschleißgefährdeten seitlichen Wandungsbereiche dieses Gefäßes beiträgt.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens, die u. a. eine besonders wirkungsvolle und/oder einfach durchzuführende Befestigung der Platten gewährleisten, ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die Erfindung werden u. a. folgende Vorteile erzielt:

• a) Der chemische Angriff auf das Feuerfest-Material wird verringert.
• b) Der physikalische Angriff auf das Feuerfest-Material wird verringert.
• c) Die Reparaturverfahren der zu reparierenden Stellen werden vereinfacht.
• d) Die Reparaturzeiten werden verkürzt.
• e) Die Menge an Reparaturmaterial wird verringert.
• f) Die Kosten für den maschinellen Einsatz an Spezialma­ schinen für die Reparatur wird verringert.
• g) Der Personalbedarf für die Reparaturen wird verrin­ gert.
• h) Die Stillstandzeiten für die Reparaturen werden ver­ ringert und dadurch die Betriebszeiten der Anlagen erhöht.
• i) Die Betriebssicherheit des metallurgischen Gefäßes wird erhöht.
• j) Der gesamte Kostenaufwand für die Reparatur wird deut­ lich reduziert.
• k) Die Mengen an verschlissenem Muttermaterial werden deutlich gesenkt, dadurch auch die Mengen an neu ein­ zubringendem Reparaturmaterial.
• l) Die Mengen an zu entsorgendem Abfallmaterial werden reduziert.
• m) Der für die Reparaturen erforderliche Personalaufwand ist deutlich reduziert.

Am Beispiel einer in der Zeichnung dargestellten Hochofen­ rinne wird das erfindungsgemäße metallurgische Gefäß sowie das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung bzw. Repara­ tur dieses Gefäßes erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch die Hochofenrinne (Schnitt I- I in Fig. 2);

Fig. 2 die Hochofenrinne - ausschnittsweise - in einer per­ spektivischen Darstellung sowie

Fig. 3 eine Platte als Teil der Zustellung eines metallurgi­ schen Gefäßes in perspektivischer Ansicht - zum Teil aufge­ brochen.

Im Bereich der mechanisch und chemisch am stärksten belaste­ ten Teile eines metallurgischen Gefäßes 1, welches in der Zeichnung als Hochofenrinne ausgebildet ist, werden vorge­ fertigte, dünne plattenförmige Bauteile 2, die aus dem glei­ chen Feuerfest-Material wie die Zustellung 8 bestehen kön­ nen, eingesetzt. Je nach Zielsetzung des Betreibers können auch preiswertere oder nach sonstigen Aufgabenstellungen abweichende Materialien eingesetzt werden.

Die Geometrie dieser plattenförmigen Bauteile 2, in folgen­ den kurz als "Platten" bezeichnet, richtet sich nach den örtlichen Gegebenheiten. Diese vorgefertigten Platten 2 werden nach der Herstellung einer entsprechenden, dem Mate­ rial angepaßten Temperaturbeaufschlagung unterzogen zwecks Erzielung der optimalen Werkstoffeigenschaft.

Die Platten werden so in dem besonders verschleißanfälligen oder bereits verschlissenen Bereich eingesetzt, daß sie gleichzeitig als Schablone wirken können, um die unregelmä­ ßigen Hohlräume, die meist zumindest zwischen verschlissenem Restmaterial und neuer Reparaturplatte entstehen, mit neuem flüssigen oder rieselfähigem Feuerfest-Material 3 ausfüllen zu können. Dieses Feuerfest-Material 3 verbindet sich mit dem alten Muttermaterial 4 und der neuen Platte 2, so daß eine quasi homogene feuerfeste Ausmauerung entsteht.

Diese quasi homogene Ausmauerung wird zur heißen Seite hin begrenzt durch die neue Platte 2.

Wenn diese Hochofenrinne 1 wieder mit flüssigem Eisen bzw. Schlacke beaufschlagt wird, kommt dieses Eisen bzw. die Schlacke nur mit der neuen Platte 2 in Kontakt, so daß auch nur diese chemisch und physikalisch angegriffen werden kann. Sollte die Platte 2 einmal verschlissen sein, oder in die Fugen zwischen 2 benachbarten Platten Schmelzgut eindringen, so trifft dieses auf das dahinter befindliche Feuerfest- Material 3 genauso wie es konventionell bisher der Fall war. Der Vorteil ist hierbei immer noch gewährleistet, da es keine Strömungsgeschwindigkeit mehr in der Leckstelle geben kann und somit das dahinter befindliche Material gegen Ero­ sion geschützt wird. Wenn der endgültige Verschleiß auch nicht dadurch verhindert werden kann, so wird er dennoch erheblich reduziert.

Ist irgendwann einmal eine Platte verschlissen, setzt man einfach eine neue Platte 2 davor, ohne vorher mühsam altes Material ausbrechen oder eingedrunges flüssiges Material entfernen zu müssen.

Ist allerdings irgendwann einmal trotz lange hinausgezöger­ ter Notwendigkeit eine gründliche Reparatur erforderlich, so kann dies ganz konventionell durchgeführt werden.

Um die Strömung in der mit flüssigen Medien gefüllten Rinne zusätzlich zu reduzieren, und damit den Angriff auf die vorgefertigten Platten 2 durch Erosion zu reduzieren, können diese schon bei der Herstellung mit Querstreben 2A ausgerü­ stet werden (Fig. 3). Die jeweiligen Geometrien wie Länge, Breite und Abstand dieser Querstreben 2A können den jeweili­ gen örtlichen Verhältnissen angepaßt werden. Es ist aber auch möglich, die feuerfeste Zustellung eines metallurgi­ schen Gefäßes samt solcher Rippen oder Streben durch Gießen vor Ort herzustellen, zum Beispiel durch Einlegen von Pro­ filleisten als formgebende Innenkontur der herzustellenden Zustellung.

Diese Rippen oder Streben bremsen die Geschwindigkeit des flüssigen Mediums derart, daß unmittelbar an der feuerfesten Oberfläche zwischen diesen Querstreben mit der Strömungs­ geschwindigkeit Null gerechnet werden kann - und zwar ins­ besondere dann, wenn sie eine quer zur Strömungsrichtung der flüssigen metallurgischen Medien sich erstreckende Ausrich­ tung aufweisen. Die Rippen oder Streben 2A können mit der Platte 2 in geeigneter Weise verbunden werden; bevorzugt werden sie mit ihr einstückig hergestellt. Durch die Rippen oder Streben ist der Verschleiß nur noch rein korrosiver Natur, und damit sehr stark gebremst. Im übrigen wirken derartige Rippen oder Streben biegeversteifend und gestatten die Herstellung und den Einbau von am Stück relativ großen, damit relativ geringem Flächengewicht ausgestatteten plat­ tenförmigen Bauteilen.

Die Platten 2 werden mittels einer Kette 5 in den zu repa­ rierenden Bereich 6 hineingehängt. Das eine Ende der Kette 5 ist an der Platte 2 befestigt, und das andere an einem an der Außenkante der Rinne befestigten Metallwinkel 7.

Es werden mehrere Platten 2 möglichst genau aneinander ange­ fügt. Die Nahtstellen zwischen zwei benachbarten Platten bzw. die Nahtstellen im Kontakt mit der alten Ausmauerung werden mit einem Spritzbeton zugespritzt, so daß eine mög­ lichst homogene feuerfeste Ausmauerung entsteht.

Die Geometrie wird den örtlichen Gegebenheiten angepaßt. Dies bedeutet, daß die Dicke möglichst nicht so groß werden sollte, daß das Handling zu sehr durch das Gewicht belastet wird. Die Länge und Höhe hängt von der Geometrie des Ver­ schleißbildes ab. Die Dimensionen der Platten sind lediglich durch das Gewicht bzw. die Möglichkeit, diese ordnungsgemäß positionieren zu können, begrenzt.

Normalerweise ist es nicht nötig, alte verbrauchte Platten 2 auszubrechen bzw. zu ersetzen. Man setzt einfach eine neue Platte 2 auf die alte und verhindert somit, daß flüssige Medien auf das Muttermaterial 4 mit größerer Erosionswirkung einwirken können. Das durch Leckstellen auf das Muttermate­ rial 4 vorgedrungene Medium kann somit quasi ohne Bewegung nur statisch auf das Muttermaterial 4 mit chemischen Wir­ kungsweisen einwirken. Dadurch alleine wird der Verschleiß­ mechanismus deutlich verlangsamt.

Erscheint es dem Verbraucher zu riskant, immer wieder eine neue Platte 2 auf die alte zu setzen, oder nimmt die lichte Weite langsam zu, so kann diese verbrauchte Platte 2 entwe­ der an einem Stück entfernt werden, oder auch konventionell mit Ausbruchwerkzeug ausgebrochen werden. Sollte diese Variante gewählt werden, ist der Ausbruch auch schneller als sonst, da es sich um eine mechanisch kompakte, ggf. vom übrigen Material unterschiedliche materielle Ein­ heit handelt.

Da die Reparaturplatte auf die konventionell hergestellte feuerfeste Ausmauerung zusätzlich aufgegeben wird, besteht keinerlei Risiko. Da im Gegenteil noch zusätzliches Feuer­ fest-Material hinzugegeben wird, wird die Sicherheit deut­ lich erhöht.

Da außerdem die Platten vorgefertigt sind, und bei der Her­ stellung einer festigkeitssteigernden Temperaturbehandlung unterworfen wurden, sind hierdurch deutlich bessere physika­ lische und chemische Widerstandseigenschaften vorhanden als bei dem darunter befindlichen konventionell zugestellten Muttermaterial.

Claims (18)

1. Verfahren zur Herstellung bzw. Reparatur einer feuer­ festen Zustellung eines metallurgischen Gefäßes (1), dadurch gekennzeichnet, daß auf der der Schmelze zugewandten Seite an zumindest einer seitlichen Wan­ dung der Zustellung mindestens ein zumindest den besonders verschleißanfälligen bzw. verschlissenen Bereich (6) der Zustellung (8) überdeckendes, vor­ gefertigtes plattenförmiges Verschleißminderungs- Bauteil (2) aus feuerfestem Material angebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einem plattenförmigen Verschleißminderungs- Bauteil (2) mindestens eine Positioniereinrichtung vorgesehen ist, mittels welcher es vor dem zu über­ deckenden Bereich (6) positioniert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Befestigung des plattenförmigen Verschleißminderungs-Bauteils (2) an der feuerfesten Zustellung (8) mit Hilfe eines dazwischen eingebrach­ ten flüssigen oder rieselfähigen Feuerfestmaterials (3) erfolgt, welches mit dem plattenförmigen Ver­ schleißminderungs-Bauteil (2) einerseits und der Zustellung (8) andererseits bei einer anschließenden Temperaturbehandlung zusammensintert.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle eines zwischen dem plattenförmigen Ver­ schleißminderungs-Bauteil (2) und der feuerfesten Zustellung (8) befindlichen Hohlraums dieser mit dem flüssigen oder rieselfähigen Feuerfestmaterial (3) ausgefüllt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder des vor dem zu über­ deckenden Bereich der Zustellung positionierten Ver­ schleißminderungs-Bauteils vor der Zugabe von flüssi­ gem oder rieselfähigem Reparaturmaterial in einen eventuell zwischen der Zustellung und dem plattenför­ migen Verschleißminderungs-Bauteil befindlichen Hohl­ raum mit Hilfe von Gieß- oder Spritzbeton an Stellen, an denen das plattenförmige Verschleißminderungs- Bauteil zumindest annähernd an der Zustellung an­ liegt, mit dieser verbunden wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei aneinandergrenzen­ den plattenförmigen Verschleißminderungs-Bauteilen oder einem plattenförmigen Verschleißminderungs-Bau­ teil und der feuerfesten Zustellung entstandenen Fugen mit Gieß- oder Spritzbeton ausgefüllt werden.

7. Metallurgisches Gefäß zur Aufnahme von flüssigen Medien wie Metallschmelzen, Schlacken oder derglei­ chen, dessen Innenwandungen zumindest in Bereichen, die mit dem flüssigen Medium in Berührung kommen, eine feuerfeste Zustellung aufweisen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß solche einem erhöhten Verschleiß unter­ liegende seitliche Wandbereiche (6) der feuerfesten Zustellung auf ihrer dem flüssigen Medium zugewandten Seite mit zumindest einem plattenförmigen Verschleiß­ minderungs-Bauteil (2) aus feuerfestem Material ver­ sehen sind, welches diese Bereiche zumindest im we­ sentlichen überdeckt.

8. Metallurgisches Gefäß zur Aufnahme von flüssigen Medien wie Metallschmelzen, Schlacken oder derglei­ chen, dessen Innenwandungen zumindest in Bereichen, die mit dem flüssigen Medium in Berührung kommen, eine feuerfeste Zustellung aufweisen, insbesondere nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die feuerfeste Zustellung oder das zumindest eine plat­ tenförmige Verschleißminderungs-Bauteil (2), die Ge­ schwindigkeit des flüssigen Mediums bremsende, sich insbesondere quer zur Strömungsrichtung (F) erstrec­ kende, Rippen oder Streben (2A) aufweist.

9. Metallurgisches Gefäß nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß an einem plattenförmigen Ver­ schleißminderungs-Bauteil (2) mindestens eine Posi­ tioniereinrichtung zur Positionierung vor dem zu überdeckenden Bereich vorgesehen ist.

10. Metallurgisches Gefäß nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Positioniereinrichtung ein flexibles Zugelement umfaßt, welches an dem zur offe­ nen Seite des metallurgischen Gefäßes (1) weisenden Rand des plattenförmigen Verschleißminderungs-Bau­ teils (2) angebracht ist.

11. Metallurgisches Gefäg nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das flexible Zugelement eine Kette (5) ist.

12. Metallurgisches Gefäß nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß an dem freien Ende des flexiblen Zugelementes ein Halteelement vorgese­ hen ist, welches am oberen Rand des Gefäßes einhäng­ bar ist.

13. Metallurgisches Gefäß nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Halteelement ein Metallwinkel (7) ist.

14. Plattenförmiges Verschleißminderungs-Bauteil aus feuerfestem Material für ein der Aufnahme von flüssi­ gen Medien, wie Metallschmelzen, Schlacken oder der­ gleichen dienendes metallurgisches Gefäß, als feuer­ feste Zustellung zumindest in den seitlichen Wan­ dungsbereichen, die mit dem flüssigen Medium in Be­ rührung kommen und erhöhtem Verschleiß unterliegen, insbesondere zur Überdeckung einer vorhandenen feuer­ festen Zustellung.

15. Verschleißminderungs-Bauteil nach Anspruch 14, da­ durch gekennzeichnet, daß es, insbesondere die Ge­ schwindigkeit des flüssigen Mediums bremsende, Rippen oder Streben (2A) aufweist.

16. Verschleißminderungs-Bauteil nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die plattenförmigen Ver­ schleißminderungs-Bauteile (2) so dimensioniert sind, daß sie ein ihre problemlose Handhabung erlaubendes Gewicht nicht überschreiten.

17. Verschleißminderungs-Bauteil nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die platten­ förmigen Verschleißminderungs-Bauteile (2) aus dem­ selben Material wie die feuerfeste Zustellung (8) gefertigt sind.

18. Verschleißminderungs-Bauteil nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die platten­ förmigen Verschleißminderungs-Bauteile (2) aus einem von demjenigen der feuerfesten Zustellung (8) abwei­ chenden Material gefertigt sind, welches den jeweili­ gen Anforderungen angepaßt ist.