DE2050443B2

DE2050443B2 - Hochofenschacht

Info

Publication number: DE2050443B2
Application number: DE19702050443
Authority: DE
Inventors: Gert Dr rer nat 4133 Neu kirchen Vluyn Schnegelsberg Georg 4330 Mulheim Lobemeier Fnedhelm Dipl Ing 4130 Moers Heynert Gerhard Dr Ing 4330 Mulheim Kahlhofer Gerd Dr Ing 4135 Kapellen Konig
Original assignee: August Thyssen Hütte AG, 4100 Duis bürg
Priority date: 1970-10-14
Filing date: 1970-10-14
Publication date: 1973-06-07
Also published as: DE2050443A1

Description

oenden Kühlkästen bewirkt ein mechanisch Mauerwerk. Bei ausreichender Reststärke des nverks kommt der Verschleiß nahezu \5llig rum ■»- nd Dabei wird eine Reststärke der feuerfesten 7 teUun'- N^n ²⁰° ^{min auf dcr} ^haehtpan/erur,;: -^lls 5 ^rchaus^rpr;'.ktikabel angesehen.

Vorteilhafterweise 'imgeben die Kiihlelemente den

ς haclitpan/cr. In einer bevorzugten Ausführung;,-

f 'werden die den Schachtpanzer umgebenden

k°!ihlelenier:-e durch einen doppelwandig Seimchi- io

nzer mit kühlmitteldurchfiossenem Zwischenraum

IEs ist besonders zweckmäßig, den Zwischenraum , doppeln andigen Schachtpanzers durch mehrere.

f den L'mfapg verteilte, senkrechte Zwischenv-ände i; in Kamr-ern zu unterteilen.

Weser¹.· -h für die Durchführung de- i πιπιϋ:'^- dank' '- ;^st die Verwendung einer feuerfesten /u^ßtellun"~ ^{1!t einer} Mindestwärmeleitfähigkeit, diese ,-n_t ,^ .^i einer geeebenen T₁₁ leicht aus den; .cig?- 20 »ebenen Produkt von 4000 kcal m · h ermiuein, \ erzueswe ■ wird eine feuerfeste Zustellung mit einer Wärme ^;i!ahigkeit/. von mindestens 1?. insbesondere _üher -kcal m ■ h · "C verwendet. Die untere ReA-tionste;-. peratur T_n Hegt mit Vorteil nicht unter MH). ₂₅ jnsbe-v-lere nicht unter SOO C.

De!' ^.!onsaemäß ist die untere Reaktionstemperatur "·■ die "Temperatur, bei der die \erschleißoesclv i---digkeit der feuerfesten Zustellung unter chemisch - Beanspruchung gegen Null geht. Es hat sich 30 nämKh herausgestellt, daß der Abrieb im allgemeinen nicht"":"! der Zerstörung des Mauerwerks beteiligt ist. Der -e'schleiß ist vielmehr chemischer Natur und die Ver^^: ic'ßseschwindigkeit temperaturabhängig. Die angreifen und die darin vorhandenen oxydlichen Bestandteile auflösen. So würde der Schamouebestanoteil in einer entsprechenden feuerfesten Zustellungpib herab zu dieser Temperatur aufgelöst. Bei oer verwenduna einer feuerfesten Zustellung aus Kohlenston zeigte sich ein Alkaliangriff erst oberhalb SM) C dur^n dampfförmige Alkalien. .

Zweckmäßiserweise wird die untere Reaktion=.-remperatur experimentell durch Messung der Reaktionsgeschwindigkeit bei mehreren Temperaturen ermittelt und dann auf die Temperatur mit der Keaktionsceschwindiakeit Null extrapoliert.

Bei Kombination mit den angegebenen Kuhlmal nahmen hat sich die Verwendung von Halbgraph, steinen als besonders vorteilhaft erwiesen hin aer-' artiaer Halbcraphit ist Gegenstand einer alteren Anmeldune. du aber noch nicht zum Stand der Technik ,ehört."Der dort angegebene Anteil d- graphischen 'Materials von 30 bis 70 Gewichtsprozer/. ist beenden, ο /weckmäßie. Es sind aber auch Mischungen außerhalb dieser angegebenen Grenzen sinnvoll, wenn sie die Bedineuneen der eingangs beschr.ebenen technischen

in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden Graphitsteine als feuerfeste Zustelluna verwendet. Ferner können S.C-Steme zur Verwendung kommen. Sie ergeber,jedoch germ ge e Vorteile als die Graphit- bzw, Halbgraph.weine. w,e aus der nachfolgenden Tafel hervorgeht.

Bei der Abgrenzung gegen den bekannten Stand der Technik ist noch die _ deutsche 0^n egu g π

HOiK lld UULI.IY.1: .vw«. ^v. ~ _t

die ' ^!'t der zer törenden Medien — Gasphase und flüssige Phase, insbesondere Schlacken — und durch die \rt der feuerfesten Zustellung bestimmt. Für die jeweils verwendete feuerfeste Zustellung läßt sich 7",, aus den bekannten thermodynamischen Daten oder durch Simulationsversuche ermitteln. Für kohlenstoffhaltige Steine, z. B. auch Halbgraphitsteine, sind bei der theoreiischen Ermittlung von T_n folgende Überlegungen anzustellen:

Ein chemischer Angriff über die Gasphase wird von der Gaszusammensetzung bestimmt. Für die Reaktion mit Kohlenstoff ist die Boudouardreaktion maßgebend. Vernachlässigt man den inerten Gasanteil, so ergibt sich im unteren Schacht etwa eine Gaszusammensetzung von 90° „CO und 10° „CO,. Berücksichtigt man. daß in einem Gegendruckofen bei einem Betriebsdruck von 2 bis 3 Atmosphären der Partialdruck \on CO ■- CO₂ auf etwa 1 Atmosphäre ansteigen kann, so ist eine Oxydation des Kohlenstoffanteils der feuerfesten Zustellung nach dem Boudouaidgleichgewicht unterhalb S30^;C nicht mehr möglich. Somit liegt der 7,,-Wert bei dieser feuerfesten Zustellung sicherlich oberhalb 800^cC.

Außer Angriffen über die Gasphase sind bei entsprechender Zusammensetzung der feuerfesten Zustellung Reaktionen mit den Schlacken und Alkalien möglich. Die Alkalischlacke kann in der Rast etwa folgende Zusammensetzung haben: 54°/₀ K₂O, ö^u/₀ Na^-X), 2O°/o CO₂, 4°/₀ CN, ferner geringe Mengen Silikate, Sulfide, u. a.

Der Schmelzpunkt dieser Schlacke liegt zwischen 400 und 500"C. Diese Schlacken können bis zu einer von rund 500"C die feuerfeste Zustellung

durch ein Material mn uunu.,

ersetzt, wodurch die Innenoberfläche der Hochofenauskleidung bei tieferer Temperatur als bisher gehalten werden kann. Abgesehen von statischen 40 Problemen besteht der Nachteil dieser Verbundstruktur insbesondere darin, daß keine ausreichende Kühlung der feuerfesten Zustellung stattfindet. Der Verschleiß der feuerfesten Zustellung geht über die notwendige Reststärke hinaus.

15 An Hand eines Ausführungsbeispieles ist die Frfindung im folgenden beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Teillängsschnitt eines gepanzerten

Hochofens,

F i ρ ? eine Ansicht auf einen abgewickelten Teil

50 der Hochofenpanzerung gemäß der Fig. 1.

Die Hochofenwand ist im Bereich des Schachtes mit 1 bezeichnet. Oberhalb der Rast 2 in das Schachtmauerwerk 3 sind die Kühlkasten 4 eingebaut. Sie sind schachbrettartig angeordnet, wobei die aufein-55 anderfolgenden Reihen zueinander versetzt sind. Die Kühlkasten 4 sind an ein System von Zuleitungs- und Ableitungsrohren angeschlossen, welche nicht zur Erfindung gehören und der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind. Der zwischen den Kühlkasten 60 verbleibende Teil d^r Schachtoberfläche ist durch den Schachtpanzer 5 völlig abgedeckt. Der Schachtpanzer 5 ist doppelwandig als Kühlelement 6 ausgebildet. Der entstehende Zwischenraum 6a ist mit den Eintrittsöffnungen 7 und Austrittsöffnungen 8 an das System 65 der Zu- bzw. Ableitungsrohre angeschlossen. Selbstverständlich kann der Kreislauf auch in umgekehrter Richtung erfolgen. Bei Verdampfungskühlung ist aber der eingezeichnete Kreislauf richtiger. In Umfangs-

richtung ist der durch den doppelwand igen Schachtpanzer 5 gebildete ringförmige Zwischenraum 6a durch senkrechte Zwischenwände 9 in mehrere unabhängige Kammern unterteilt.

Als Beispiel sind in der nachfolgenden Tafel für bestimmte feuerfeste Zustellungen die Daten angeführt, die für die erfindungsgemäße Auswahl der feuerfesten Zustellung maßgebend sind.

	Schamottestein	Tongraphit	Kohlcnstoflstein	Halbgraphitstein	Graphitstein	SiC-Stein
Tu "C λ 20⁰C λ 40O⁰C λ 60O⁰C λ 800⁰C AlOOO⁰C λ 400⁰C-Γ« ...	400 0,6 1,0 1,2 1,4 1,6 400	400 39 30 25,3 20,5 16 12 000	800 3,0 4,0 4,5 4,8 5,1 3200	800 30 27 25 24 22 21600	800 80 62 53 44 35 49 600	600 17 13,7 12,0 10,4 8,7 8220

Wärmeleitfähigkeit λ in kcal/m · h · ⁰C.

Wie aus dem Produkt λ 400⁰C · T_n hervorgeht, sind Schamottesteine als feuerfeste Zustellung im Hochofenschacht nicht geeignet, eine ausreichende Reststärke und Ofenhaltbarkeit zu gewährleisten. Auch die bisher bevorzugten Kohlenstoff steine weisen ein zu niedriges Produkt auf. Steine mit Graphitanteil, insbesondere höherem Graphitanteil, sind zu bevorzugen, da mit ansteigendem Graphitanteil die Wärmeleitfähigkeit erhöht wird. Unter den vorgeschlagenen Kühlmaßaahmen stellt sich in der feuerfesten Zustellung ein Temperaturgefälle zwischen der Ofeninnentemperatur >r_u und der Kühlwassertemperatur <T_U ein. Die Isotherme der Temperatur Γ« stellt die Grenze dar, bis zu der die feuerfeste Zustelung aufgelöst werden kann. Der Verlauf dieser Isotherme ist um so günstiger und die Reststärke der so feuerfesten Zustellung um so größer, je höher die untere Reaktionstemperatur T_u und je höher die Wärmeleitfähigkeit λ der feuerfesten Zustellung zwischen Kühlmedium und Ofeninnerem ist.

So win* im weitaus größten Teil eines Hochofens, as nämlich im Schacht, auf den sich die Erfindung ausschließlich erstreckt, durch die erfindungsgemäße Kombination der Verschleiß der feuerfesten Zustellung bei deren ausreichender Reststärke praktisch völlig zum Stillstand gebracht. Die mechanische Stabilität der dann verbleibenden Zustellung ist durch die schachbrettartig angeordneten waagerechten Kühlkasten gewährleistet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

wassereinrichtung kann sich beliebig weit am Schacht Patentansprüche· hinauf erstrecken. Der Nachteil des Kühlsystems be steht insbesondere darin, daß der Schachtpanzer Anlagerungen und Korrosion unterworfen ist und die

1. Mit Kühlkästen gekühlter und mit feuerfester 5 feuerfeste Zustellung mit zunehmendem Verschleiß Zustellung versehener Hochofenschacht mit nicht mehr die notwendige Stabilität behält. Um das Schachtpanzer, gekennzeichnet durch Profil der feuerfesten Zustellung an der Ofeninnenwand die Kombination einer feuerfesten Zustellung (3), zu wahren, hat man vorgeschlagen, im unteren Schachtderen Produkt aus Wärmeleitfähigkeit / mal untere teil waagerecht in die feuerfeste Zustellung hinein-Reaktionstemperatur T₁₁ einen Wert von io ragende Kühlkasten anzuordnen. Als vorteilhaft envies

sich dabei eine schachbrettartige Verteilung der Kühl-

4000 kcal/m · h kästen (»Neue Hütte«, H. 7, 1957, S. 450/451). Die

durch diese Maßnahmen erreichte Verlängerung der

nicht unterschreitet, wobei die Wärmeleitfähig- Lebensdauer kann aber immer noch nicht befriedigen, keit/. mindestens 10 kcal/m · h · ⁰C beträgt und 15 Es bleibt noch zu erwähnen, daß diese Kühlkästen die untere Reaktionstemperatur T_n nicht unter in geschlossener und offener Ausführungsform vorge-400C liegt, mit einer zu den bekannten waage- schlaaen wurden. Die offene Ausführungsform (vgl. recht in die feuerfeste Zustellung (3) hinein- deutsche Patentschriften 710 719, 1 005 0*96 und Z*urasenden Kühlkasten (4) angeordneten Flächen- satz zu 1 188 633) hat den Nachteil, daß der Schachtkühlung in Form von kühlmitteldurchflossenen 20 panzer Korrosion und Anlagerungen ausgesetzt ist Kühlelementen (6). _und dadurch die Kühlwirkung im Laufe der Zeit

2. Hochofenschacht nach Anspruch 1. dadurch beeinträchtigt wird. Eine andere^ Kühlmaßnahme sind gekennzeichnet, daß die Kühl.lemente (6) den Kühlplatten, die zwischen dem Panzer und der feuer-Schachtpanzer (5) umgeben. festen Zustellung angeordnet sind (»Stahl und Eisen«,

3. Hochofenschacht nach Anspruch 1 oder 2, 25 88, 1968, S. 994 995). Diese Kühlplatten können nur dadurch gekennzeichnet, daß die den Schacht- begrenzt Wärme aufnehmen. Bei der Venvendung panzer umgebenden Kühlelemente (6) durch einen wasserdurchfiossener Kühlplatten besteht die Gefahr doppelwandigen Schachtpanzer (5) mit kühlmittel- eines Wassereinbruchw.

durchflossenem ."wischenraum (6a) gebildet Andere Vorschläge zur Verbesserung richteten sich

werden. 30 auf die Änderung der feuerfesten Zustellung selbst.

4. Hochofenschacht nach Anspruch 3, dadurch Zur Verminderung der Bildung voi. Spaltungskohlengekennzeichnet, daß der Zwiscnenr-um (6a) des stoff, die durch Eisenoxide katalysiert wird, wurden doppelwandigen Schachtpanzers (5) durch mehrere, Steine mit geringeren Eisengehalten entwickelt. So auf den Umfang verteilte, senkrechte Zwischen- haben sich Schamottesteine mit 42 bis 48⁰Z₀ AI₂O, wände (9) in Kammern unterteilt ist. 35 _und einem Fe.₂O₃-Gehalt unter 1,5 ⁰O in der Rast und

5. Hochofenschacht nach einem der Ansprüche 1 j_n großen Teilen des Schachtes durchgesetzt. Es sind bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleit- ferner Versuche mit schmelzgegossenen Steinen aus fähigkeit/. der Zustellung (3) mindestens 13, _λ. und /^-Korund gemacht worden, die häufig eine insbesondere über 20 kcal/m · h · °C beträgt. Zermürbung des Kristallgefüges und Abscheidung von

6. Hochofenschacht nach einem der Ansprüche 1 40 Alkalien und Kohlenstoff zwischen den Kristallen bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß die untere ergaben. Weiter sind hochgebrannte Steine aus synthe-Reaktionstemperatur T_n nicht unter 600, insbe- tischem Mullit, »tabular alumina« und SiC-Steine für sondere nicht unter 800^rC liegt. die Rast und den Schacht ausprobiert worden, wobei

man die abriebfesteren SiC-Steine in der Gicht ein-45 gesetzt hat (»gas wärme international«, Bd. 19, Nr. 4,

1970, S. 137 bis 144). Man ist auch schon dazu übergegangen, im unteren Teil des Schachtes die Schamottesteine durch Kohlenstoffsteine zu ersetzen (»Neue Hüttec, 3, 1958, S. 504/505). Die Lebensdauer derartig

Die Erfindung betrifft einen mit Kühlkästen ge- 50 zugestellter Hochofenschächte kanr aber immer noch kühlten und mit feuerfester Zustellung versehenen nicht befriedigen.

Hochofenschacht mit Schachtpanzer. Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die

Bei den modernen Hochöfen ist der Hochofen- Haltbarkeit der feuerfesten Zustellung eines Hochschacht und häufig auch Rast und Gestell von einem ofenschachtes wirksam zu verbessern,
geschlossenen einheitlichen Stahlpanzer umgeben. 55 Diese Aufgabe wird bei einem Hochofenschacht der Maßgebend iür die Länge einer Ofenreise der mo- eingangs genannten Art gelöst durch die Kombination dernen Hochöfen ist insbesondere die Haltbarkeit der einer feuerfesten Zustellung, deren Produkt aus feuerfesten Zustellung. Für den Verschleiß der feuer- Wärmeleitfähigkeit /. mal untere Reaktionstemperafescen Zustellung werden verschiedene Ursachen ange- tür T_u einen Wert von 4000 kcal/m · h nicht unternommen, so Verschlackung, Oxydation, Auflösung in 60 schreitet, wobei die Wärmeleitfähigkeit /. mindestens Eisen, Ablagerung von Spaltungskohlenstoff, Erosion 10 kcal/m · h · ⁰C beträgt und die untere Reaktionsduich Gase und mechanischer Abrieb. temperatur T_n nicht unter 400°C liegt, mit einer zu

Zur Verbesserung der Haltbarkeit der feuerfesten den bekannten waagerecht in die feuerfeste Zustellung Zustellung sind verschiedene Maßnahmen zur Küh- hineinragenden Kühlkasten angeordneten Flächen-Iung der angegriffenen Ofenbereiche vorgeschlagen 65 kühlung in Form von kühlmitteldurchflossenen Kühlworden. Nach der deutschen Patentschrift 867 552 soll elementen. Die gemeinsame Venvendung der Flächender Schachtpanzer durch Spritzwasser gekühlt werden, kühlung des Schachtpanzers in Form von Kühldas aus Ringleitungen austritt. Diese äußere Kühl- elementen und der waagerecht in das Mauerwerk