DE19643111C2 - Verwendung von Steinen für die Stahlindustrie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verwendung von im wesentlichen korrosions- und verschleißbeständigen Steinen zur Ausmauerung von in der Eisen- und Stahlindustrie eingesetzten Gefäßen, insbesondere des Schrottaufprallbereiches von Konvertern.

Es ist bekannt, in der Eisen- und Stahlindustrie eingesetzte Gefäße mit einer speziellen Art von Steinen auszumauern. Die wiederholt in den Schmelzzyklen auftretenden thermischen und zusätzlich auch mechanischen Beanspruchungen der Gefäßinnenwände macht diese Ausmauerung erforderlich, wobei es bekannt ist, daß die verwendeten Steine vorzugsweise aus Metalloxid hergestellt werden, welches mit einem Elastifizierer und einem Bindemittel vermischt wird. Als Elastifizierer kommt beispielsweise Graphit in Betracht, als Bindemittel hat sich im Stand der Technik einerseits Pech, andererseits Kunstharz durchgesetzt. Bei der Verwendung von Pech als Bindemittel ist es bekannt, zur Verbesserung der technologischen Eigenschaften die Steine mit Teer zu durchtränken, gegebenenfalls auch im Hochvakuum, um die Poren entsprechend zu schließen. Auch sind Steine bekannt, die ohne Zugabe zusätzlicher Bindemittel verfestigt werden können, z. B. keramische Bindung, Hochtemperaturbrennen und dergleichen. In diesem Falle entfällt die Bindemittelbeigabe.

Zu den wesentlichen technologischen Eigenschaften der in den genannten Bereichen einzusetzenden Steine gehört die Festigkeit und thermische Widerstandsfähigkeit einerseits, aber auch die Elastizität bzw. das plastische Verhalten andererseits, um der mechanischen Belastung im Inneren beispielsweise eines Konverters standhalten zu können. Man versucht, die Verbesserung der technologischen Eigenschaften durch Verfestigen, dichteres Pressen und dergleichen zu erreichen.

Zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit der Steine, insbesondere zum Abführen der Wärme, zum Vermeiden von durch thermische Ausdehnung der Steine verursachte Beschädigungen wie Rißbildung und dergleichen ist es ebenfalls bekannt, die Grundmasse der Steine mit einer Armierung zu versehen. Diese Armierung soll dabei die Wärme von der Gefäßinnenwandung der durch die Steine gebildeten Gefäße nach außen abgeben.

Ein Spezialfall der mechanischen Belastung, welcher die Steine ausgesetzt werden, ergibt sich beispielsweise bei der Befüllung der Gefäße der Eisen- und Stahlindustrie. So ist es beispielsweise bei Konvertern, die aus Roheisen Rohstahl erzeugen, üblich, einen gewissen prozentualen Anteil als Stahlschrott einzubringen und in dem flüssig zugeführten Roheisen aufzuschmelzen. Das Auftreffern der festen Elemente auf die Gefäßinnenwandungen belastet die entsprechenden Steinflächen sehr stark, so daß sehr häufig die Gesamtlebensdauer begrenzt ist. Dies erhöht die Kosten bei der Stahlerzeugung und nicht zuletzt auch die Betriebssicherheit.

Bei den Steinen handelt es sich üblicherweise um lange quaderförmige Körper, die, sehr dicke Gefäßwandungen bildend, mit ihren Stirnflächen die Gefäßinnenwandung bilden. Aufgrund der während der Schmelze herrschenden Temperaturen werden diese Flächen thermisch erheblich belastet, so daß bei einem Auftreffen eines festen Gegenstandes, beispielsweise bei der Schrottbefüllung, Teile der Steine abplatzen. Dies wird durch die Sprödigkeit des Materials noch begünstigt. Der Versuch, beispielsweise bei der Verwendung von Pech als Bindemittel durch die Teertränkung eine verbesserte Elastizität zu erzielen, ist nicht nur wegen der Verwendung von Pech und der Teerdurchtränkung ökologisch überaus bedenklich, sondern führt wegen der Teerausschmelzung auch nicht zu den gewünschten Ergebnissen. Die Steine platzen ab, werden zerstört und es entstehen Risse im Inneren.

Die DE 38 14 360 A1 offenbart einen Stein zum Einsatz in Konvertern, Pfannen, Elektroschmelzöfen und dergleichen, welcher zur Verringerung von Gefahren bei der Herstellung, beispielsweise Vermeidung von Einatmung toxischer Schwefel- und Teergase, dadurch hergestellt wird, daß 80% bis 100% eines flüssigen Kunstharzes mit einer vorgemischten Mittel- und Grobfraktion einer feuerfesten Komponente homogen vermischt wird. Der Stein wird dann gepreßt. Besondere Maßnahmen zur Verbesserung seiner mechanischen Eigenschaften werden nicht vorgeschlagen.

Die DE 35 12 379 offenbart feuerfest Materialien für feuerfeste Strukturen wie lange Leitungen, Eintauchdüsen, obere und untere Düsen von Gleitdüsenvorrichtungen, Düsen von Konvertern und dergleichen, welchen zur Vermeidung von Rissbildung und Bruch sowie zur Verbesserung der Abrieb- oder Abnutzungsbeständigkeit Metallfasern eingelagert werden. Eine Verbesserung der Standfestigkeit gegen starke Stoßbelastungen lassen diese Maßnahmen nicht erwarten.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Verbesserung der Ausmauerung von in der Eisen- und Stahlindustrie eingesetzten Gefäßen, insbesondere des Schrottaufprallbereiches von Konvertern, dahingehend zu verbessern, daß die mechanische Standfestigkeit und insbesondere die mechanische Belastbarkeit der Steine verbessert wird, wobei auch Reinfaktoren wie Produktionskosten und ökologische Verträglichkeit berücksichtigt werden.

Die technische Lösung dieser Aufgabe wird durch die Verwendung von Gefäßausmauerungssteinen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Mit der Erfindung wird somit vorgeschlagen, Steine mit einer im Inneren liegenden Armierung zu verwenden, so daß diese wenigstens im Teilbereich der Stirnfläche der von den Steinen gebildeten Gefäßinnenwandung belastungsaufnehmend, insbesondere stoßbelastungsaufnehmend, ausgebildet sind. Zum einen handelt es sich um eine ökologisch unbedenkliche und kostengünstige Maßnahme, zum anderen werden auftretende Spannungen im Stein von den Armierungskörpern mit aufgenommen und verteilt. Dadurch wird einerseits die Sprödigkeit des Gesamtbauteils verringert und andererseits die Bruchzähigkeit sowie die Rißstabilität vergrößert. Auch ist zu erwarten, daß bei auftretenden Abplatzungen die einzelnen abgeschlagenen Stücke am Herunterfallen in den Konverter gehindert werden. Darüber hinaus besteht nunmehr die Möglichkeit auch die übrigen gewünschten technologischen Eigenschaften der Steine unabhängig von dem Parameter der mechanischen Belastbarkeit einzustellen. Aufgrund der Einbringung der Armierung in die Grundmasse können Armierungen über die gesamte Steinlänge eingebracht werden, so daß die mechanische Standfestigkeit nicht nur im Randbereich erhöht ist.

Damit ist die mechanische Belastbarkeit durch das Einbringen der Armierung wenigstens in Teilbereichen der die Gefäßinnenwandung bildenden Steine verbessert, so daß die Steine in diesen Bereichen Belastungen durch auftreffende Körper, insbesondere Stoßbelastungen durch Stahlschrott und dergleichen, aufnehmen können, ohne dabei beschädigt zu werden.

Vorteilhafterweise werden die Steine durch die Verwendung der Grundmasse wärmeleitend ausgebildet. Damit sind auch ohne das Einbringen einer entsprechenden Armierung Beschädigungen wie Rißbildung und dergleichen alleine aufgrund der Wärmeleitfähigkeit und Wärmeabführfähigkeit der Grundmasse vermieden. Dazu eignen sich in besonders vorteilhafter Weise höher kohlenstoffhaltige Verbindungen. Gemäß einem Vorschlag der Erfindung kommen MgO-C-Steine zum Einsatz, die vorteilhafterweise kunstharzgebunden sind. Damit ist das Einbringen von wärmeleitenden Fasern zur Vergrößerung bzw. Bereitstellung der Wärmeleit- und -abführfähigkeit prinzipiell nicht mehr notwendig.

In vorteilhafter Weise werden in die Grundmasse Armierungskörper eingemischt. Die Grundmasse wird in Hochleistungsmischern gefertigt, so daß es erforderlich sein kann, die Grundmasse in einem langsamen Mischverfahren mit Armierungskörpern zu durchmengen. In besonders vorteilhafter Weise erfolgt dies direkt vor dem Formen. Es ist selbstverständlich möglich, Armierungskörper in jeder Verfahrensphase in die Grundmasse einzubringen und anschließend die Masse zu verpressen. Mit Vorteil wird vorgeschlagen, daß Drahtelemente, vorzugsweise Stahldrahtelemente eingemischt werden. Gemäß einem besonders vorteilhaften Vorschlag der Erfindung werden für die Armierung vorbehandelte Armierungskörper verwendet. Unter vorbehandelt im Sinne der vorliegenden Erfindung werden Armierungskörper verstanden, die mit speziellen Eigenschaften, wie beispielsweise Hitzebeständigkeit, besondere Verbindungscharakteristika mit der Grundmasse und dergleichen, versehen sind bzw. diese aufweisen. Dazu können die Armierungskörper vorteilhafterweise mit Beschichtungen, Überzügen und dergleichen versehen werden, beispielsweise mittels Elektrolyse.

Mit der Erfindung wird die Verwendung eines Steines zur Ausmauerung von in der Eisen- und Stahlindustrie eingesetzten Gefäßen, insbesondere des Schrottaufprallbereiches von Konvertern, vorgeschlagen, welcher vorteilhaft nach dem beschriebenen Verfahren hergestellt ist und eine Armierung aufweist. In vorteilhafter Weise handelt es sich bei der Armierung um Drahtelemente, und in besonders vorteilhafter Weise um Stahldrahtelemente. Diese sind aus hochwarmfesten Stahl gefertigt und haben gemäß einem Vorschlag der Erfindung eine Z-Form. Vorteilhafterweise ist der Stein kunstharzgebunden und in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ein MgO-C-Stein. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Armierung beschichtet ist. So läßt sich beispielsweise die Hitzebeständigkeit der Armierung gezielt beeinflussen und verbessern. Darüber hinaus kann die Verbindung zwischen Armierung und Grundmasse des Steins als weiterer Parameter entsprechend den individuellen Anforderungen an die Steine hinsichtlich Zusammenspiel von Armierung und Grundmasse, insbesondere bezüglich der Möglichkeit, Stoßbelastungen aufzunehmen, geändert und variiert werden.

Mit der Erfindung wird die Verwendung von neuartigen Steinen zur Ausmauerung von in der Eisen- und Stahlindustrie eingesetzten Gefäßen vorgeschlagen, wobei in Abhängigkeit von der Form, dem Material und der Beigabe von Armierungselementen bzw. Bewehrungskörpern mechanische Eigenschaften gezielt eingestellt werden können. Indirekt werden auch die thermischen Spannungen innerhalb der Steine abgebaut. Dabei ist das Verfahren für die Steineherstellung und -einbau sehr kostengünstig und der zusätzliche Anlagenaufwand ist sehr gering. Die Aufbereitung der Grundmasse erfolgt in an sich bekannter Weise, mit der Ausnahme, daß in einer geeigneten Verfahrensstufe, beispielsweise nach der Fertigmischung mittels Hochleistungsmischern, Bewehrungskörper eingetragen werden. Dies kann beispielsweise homogen mit langsam laufenden Mischern erfolgen. Im Gegensatz zu heute bekannten Tränkungsverfahren ist das erfindungsgemäße Verfahren ökologisch unbedenklich.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der Figuren. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische teilgeschnittene Darstellung eines Konverters;

Fig. 2 eine Darstellung des Konverters gemäß Fig. 1 in einer anderen Arbeitsphase;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Armierung und

Fig. 4 eine Darstellung einer alternativen Armierung.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Konverter 1 gezeigt, wie er in der Eisen- und Stahlindustrie zur Herstellung von Rohstahl aus Roheisen verwendet wird. Die Wandung 2 des Konverters 1 ist mit Steinen ausgemauert. Dabei handelt es sich um lange quaderförmige Elemente, die beispielsweise bis zu 1 m lang sein können. Der Querschnitt weist beispielsweise Kantenlängen von 100 mm × 150 mm auf. Die Stirnflächen bilden die Gefäßinnenwandung. Diese Steine 3 sind in unterschiedlichen Richtungen bedarfsweise angeordnet und aufgemauert.

Im in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Konverter 1 um eine Drehachse 4 verschwenkt, so daß er in einer Befüllposition angeordnet ist. Über eine Schurre 6 wird im gezeigten Ausführungsbeispiel Schrott in den Konverter eingeleitet, welcher naturgemäß auf Bereiche der Gefäßinnenwandung auftrifft. Beispielsweise werden für einen Schmelzvorgang bis zu 40 t Schrott auf diese Weise eingebracht. Die Figuren zeigen, daß der sogenannte Schrottaufprall, also die Stelle, auf welche der Schrott beim Befüllen auftrifft, mit einer größeren Wandstärke hergestellt ist als die übrigen Bereiche des Konverters 1. Damit wird bereits dem erhöhten Verschleiß in diesem Bereich Rechnung getragen. In der in Fig. 1 gezeigten Befüllposition wird auch das flüssige Roheisen eingefüllt, beispielsweise 200 t mit einer Temperatur von 1.550°C. Die Steine werden nicht nur mechanisch erheblich belastet, sondern auch thermisch.

Nach dem Verdrehen in die senkrechte Position, Fig. 2, wird in den Konverter eine Sauerstofflanze eingeführt und Sauerstoff eingeblasen. Das Metallbad wird in Bewegung gehalten. Über Bodendüsen werden Argon, Stickstoff oder dergleichen eingeleitet. Der flüssige Stahl hat eine Temperatur von ca. 1.700°C. An der Oberfläche des Stahlbades sammelt sich die metallurgische Schlacke. Die Abgase entweichen über die obige Öffnung 5 neben der Sauerstofflanze.

Um die mechanische Standfestigkeit der verwendeten Steine zum Ausmauern des Konverters, oder auch anderer, nicht gezeigter Gefäße der Eisen- und Stahlindustrie, zu erhöhen, wird vorgeschlagen, in die Grundmasse zur Herstellung der Steine Armierungen einzubringen. Die Fig. 3 und 4 zeigen Ausführungsbeispiele für mögliche Armierungsformen, wobei es sich um Stahldrahtnadeln bzw. Stahldrahtverbundelemente handelt, die aus einem möglichst hochwarmen festen Stahl gebildet sind. Vorgeschlagen werden. Längen von etwa 25 mm und einer Drahtdicke von etwa 0,5 mm. Diese Elemente können gleichmäßig im Inneren des Steins verteilt sein, beispielsweise ca. 3% bezogen auf das Gewicht des Steins.

Insbesondere die Form der Armierungen und ihre Größe können variiert werden. Die Angaben betreffen Ausgestaltungen, die sich unter dem Gesichtspunkt der Erfindung als vorteilhaft erwiesen haben. In die Steine können selbstverständlich auch nicht gezeigte Geflechte, Matten und dergleichen eingebracht werden. Auch ist das gezielte Einlegen von Armierungsstangen oder dergleichen in die Form im Rahmen der Erfindung ebenso wie die Verwendung anderer Materialien zur Armierung, z. B. hochtemperaturfeste Fasern aus Keramik, Kunststoff und dergleichen.

Bezugszeichenliste

1

Konverter

2

Wandung

3

Steinen

4

Drehachse

5

Öffnung

6

Schurre

7

Schrottaufprallstelle

8

Düse

9

Sauerstofflanze

10

Stahl

11

Schlacke

12

Armierungselement

13

Armierungselement

Claims (8)

1. Verwendung von Gefäßausmauerungssteinen der Eisen- und Stahlindustrie, hergestellt indem
eine Grundmasse, bestehend aus einem Basisstoff in Form eines Metalloxids, wenigstens einem Bindemittel und einem Elastifizierer gemischt wird,
derart mit einer Armierung versehen wird, daß wenigstens im Teilbereich der die Gefäßinnenwandung bildenden Stirnfläche der geformten Steine die Armierung vorhanden ist,
und die Steine nach der Formung verfestigt werden,
zur Ausmauerung von Bereichen in der Eisen- und Stahlindustrie eingesetzter Gefäße, in denen auftreffende Körper Belastungen bewirken.

2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel Kunstharz eingesetzt wird.

3. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundmasse verpreßt wird.

4. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Armierungskörper Drahtelemente eingebracht werden.

5. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Armierung beschichtete Armierungskörper eingebracht werden.

6. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Armierungselemente aus Stahl eingesetzt werden.

7. Verwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß für die Armierung hochwarmfester Stahl eingesetzt wird.

8. Verwendung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Armierung Z-förmige Stahldrahtelemente eingesetzt werden.