DE2159667A1 - Ofen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ofen, versehen mit einer Wand und einer- feuerfesten Innenausmauerung, zwischen welchen ein schmaler Raum vorhanden ist.

Ein Ofen, insbesondere ein Hochofen, ist oft mit einer aussen angeordneten Kühlanlage versehen, welche zum Abführen des Wärraestromes aus dem Mauerwerk dient, wobei der Wärmestrom besonders bei einem großen Ofen bedeutend sein kann.

Zwischen der Ausmauerung und der Wand bleibt beim Mauern absichtlich ein schmaler Raum ausgespart, um die thermische Ausdehnung der Mauerung aufnehmen zu können.Dieser Raum wird normalerweise in kaltem Zustand mit eine^feogenannten Stampfmasse ausgefüllt, welche meistens aus einer Menge von körnigem Graphit oder Kohlenstoff und Teer besteht.Eine solche Stampfmasse ist mehr oder weniger porös und dadurch zusammendrückbar.Der Nachteil einer solchen Stampfmasse ist jedoch ihre geringe Wärmeleitfähigkeit, welche unter derjenigen des Mauerwerkmaterials liegt. Dies hat eine weniger gute Wärmeabfuhr nach aussen zur Folge, was auf die Dauer dem Mauerwerk nicht zugute kommt.

3/0548

Wenn die Stampfmasse die vollständige thermische Ausdehnung der Ausmauerung aufnehmen muß, nimmt die benötigte Stärke der Stampfmassensohicht mit dem Durchmesser des Ofens zu, gleichzeitig wird aber die isolierende Wirkung der Schicht grosser.

Nach einem früheren Vorschlag kann bei dem Boden eines grossen Hochofens durch Anbringen von Dehnungsfugen in dem Boden die erforderliche Stärke der Stampfmassenschicht zwischen der Bodenausmauerung und der Wand auf 15 bis 35 mm reduziert werden.

Weiter ist schon vorgeschlagen worden, solche Stampfmassen von einer in den Raum gegossenen Metalimenge mit einer Wärmeleitfähigkeit , welche jedenfalls derjenigen der benachbarten Ausmauerung gleich ist, zu ersetzen. Dadurch ist zwar ein unbehinderter und kontinuierlicher Wärmeübergang von der Mauerung zu der äusserlich gekühlten Wand möglich, jedoch hat man hiermit die Ausdehnungsmöglichkeit vollständig eliminiert.

Ein anderer Vorschlag betrifft die Vermischung der Stampfmasse mit Metallen, dies hat aber den Nachteil, daß der Wärmekontakt zwischen den Graphitschichten und dem Stahlmantel doch nur unwesentlich zunimmt.

Zweck der Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile zu vermeiden und eine Konstruktion zu schaffen, womit unter Beibehaltung der Möglichkeit zu? thermischen Ausdehnung ein genügender Wärraestrom für die Ausmauerung zu der gekühlten Wand hin ermöglicht wird.

Dazu sind gemäß der Erfindung in dem Raum zwischen der Wand und der feuerfesten Ausmauerung zusamraei^rückbare Elemente aus thermische» gut geleittmgsfähigem Material vorgesehen. Insbesondere bei einem Schachtofen, bei dem der genannte Raum ringförmig ist, sind erfindungsfemäß die feuerfeste Innenausmauerung und die Wand durch Anwesenheit von in regelmäßigen Abständen angeordneten, ind radialer Richtung zusammendrückbaren Elementen awe- ·

309823/0548 ~>

aus thermisch gut leitfähigemi Material in wärmeleitendem Kontakt. Ähnliche Elemente können versehiedene mögliche Formen haben. Es ist aber das Einfachste und Billigste, hierfür Rohre aus Rotkupfer zu wählen. Wenn die Flächen, die den genannten Raum begrenzen, untereinander einen etwas konvergierenden Verlauf haben, und der größte Abstand zwischen diesen Flächen höchstens dem Außendurchmesser der Rohre gleich ist, ist nach dem Anordnen der Rohre ein guter Wärmekontakt zwischen beiden Flächen sicher gegeben.

Die Erfindung wird nachstehend in einem Ausführungsbeispiel an Hand von Zeichnungen näher erläutert, und zwar in Anwendung der Erfindung bei einem Hochofcfenboden für die Roheisenproduktion. Die Erfindung, ist trotzdem auch an jeder anderen Stelle

oel

anwendbar,wie z.B,*der Rast eines Hochofens, wo ein guter Wärmedurchlass in Kombination mit Zusammendrückbarkeit erforderlich ist.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt der Konstruktion eines Hochofenbodens, mit den Merkmalen der Erfindung und

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie II-II in Fig. 1

In Fig. 1 ist ein Stahlmantel 1 um eine feuerfeste Bodenkonstruktion herum dargestellt. Dieser Stahlmantel 1 schließt an eine:· stählerne.. Bodenplatte 2 an, welche auf einer nicht näher angegebenen Konstruktion aus Stahlträgern ruht.

Bei einem Hochofen ist der Boden einer fortwährend schweren thermischen Belastung ausgesetzt, infolge der oberhalb dieses Bodens vorhandenen Menge an flüssigem Roheisen, wovon die Temperatur zur Stelle des Abstichloches hin etwa 1 400°C bis 1 500°C beträgt. Der Boden muß widerstandsfähig gegen diese hohen Temperaturen sein, er hat aber zugleich die Aufgabe einen großen Teil der Hochofenkonstruktion und deren Inhalt zu stützen.

309823/OS4 8

Um dieser Stützfunktion genügen zu können, ist es notwendig, daß die Teile des Bodens, welche die Konstruktion hauptsächlich tragen, genügend niedrig in der Temperatur liegen.

Eine Komplikation besteht beim Hochofenboden darin, daß er allmählich durch das flüssige Eisen angegriffen wird. Dieses flüssige Roheisen hat bei den meisten feuerfesten Materialien die Neigung, bis in eine Tiefe in den Boden durchzudringen, bei der die Temperatur des Bodens ungefähr dem Erstarrungspunkt von Eisen von ungefähr 1150⁰C entspricht. Die Zone oberhalb dieser Temperaturgrenze wird allmählich zerfressen, wobei die genannte Temperaturgrenze sich wieder solange nach unten versetzt, bis sich ein Gleichgewichtszustand eingestellt hat. In dem so entstandenen Raum, der sogenannte Salamander, stellt sich über die Höhe ein Temperaturgradient ein. Der Salamander ist dann von oben nach unten mit flüssigem Eisen gefüllt und möglicherweise mit festem Roheisen, meistens teilweise auch mit einem Koksskelett.

Dadurch, daß die Graphitschicht mit einer Schicht aus thermisch stark isolierendem Material abgedeckt wird, wird die Temperatur der Graphitschicht bis auf unterhalb des Schmelzpunktes des Eisens erniedrigt, wodurch verhütet wird, daß der Salamander bis in die Graphitschicht reichen kann. Die untere Schicht, welche wiederum aus weniger gut leitendem Material besteht, beschränkt den Wärmestrom zur und durch die Bodenschicht. Der Rest der Wärme wird dadurch zum Umfang der Graphitschicht und über den Stahlmantel abgeführt. Mit Hilfe der Flüssigkeitskühlung wird die Temperatur also niedrig gehalten.

Der eigentliche Boden ist aus vier Schichten 4, 5/ 6 und 7 aufgebaut. Die oberste Schicht 4 in einer Stärke von 60 cm besteht aus Halbgraphit. Der Wärmeleitkoeffizient des Halbgraphits beträgt ungefMhr 20 kcal /m/h/°C. Schicht 5 hat eine Stärke von 60 cm und besteht aus Blöcken Graphit mit einem λ-Wert von ungefähr 90 kcal/m/h/°C, welche eine sehr genaue Bearbeitung erfahren haben. Schicht 6 besteht ebenso aus Blöcken

3 0 9 8 2-5·/ 0 5 A 8

Graphlt und ist senkrecht auf die Schicht 5 orientiert. Beide Schichten sind mit Dehnungsfugen versehen, um die thermische Ausdehnung des Graphits bei den Betriebsumständen auffangen zu können. Schicht 7 hat eine Stärke von 60 cm und besteht aus Kohlenstoffstein mit einem λ-Wert von ungefähr 4 kcal/m/h/°C. Die genanntenA-Werte gelten unter Betriebsbedingungen, Der ■ Öfendurchmesser in dem Herd beträgt ungefähr 15 m, Mittels einer nicht angegebenen Spritzkühlung wird der äußere Stahlmantel 1 auf ungefähr 60°C gekühlt. Ein ebenfalls nicht dargestellter Lüfter von z.B. 1QO PS-Leistung dient dazu, die stählerne Bodenplatte 2 unterhalb 100⁰C zu halten. Die gesamte über die Sehichtten 5 und 6 abgeführte Wärmemenge Q₀ ist Über zwei Komponenten verteilt, nämlich Wärmestrom Q₁ durch die Bodenplatte 2 und Q₂, Vielehe von dem Mantelteil abgeführt wird» Beispielsweise beträgt Q₁ ungefähr 200.000 kcal/h, während Q₂ ungefähr 240.000 kcal/h beträgt. Zar. Stelle des Abstichloches 8 hin beträgt die Temperatur innerhalb des HochofeR-s ungefähr ΐ4θθ bis 1500⁰C. In der Mitte des Bodens r-eicht die 1100⁰C-Isotherme nicht bis ari die Oberseite der Schicht 4 heran, was ein Anzeichen dafür ist, daß sich kein Salamander bilden kann und daß der Boden nicht angegriffen wird.

Fig. 2, welche eine Draufsicht auf den Schnitt nach Linie II-II in Fig. 1 ist, zeigt wiederum den Stahlmantel 1, Die Schichten aus Kohlenstoffgraphit sind wiederum mit 5 bezw. 6 angegeben* Bei bestehenden Konstruktionen ist ein ringförmiger Raum zwischen dem Stahlmantel 1 und den Bodenschichten 5 oder 6 vorhanden, welcher mit einer Stampfmasse 10 ausgefüllt ist» Die Stampfmasse hat normalerweise eine Porosität von ungefähr j50# bis 50$ und wird bei Erreichung der Ofentemperatur' zusammengedrückt.

Damit beim Erreichen der Ofentemperatür eine gute Wärmeleitung zwischen den Schichten 5 und 6 und dem Stahlmantel 1 behalten wird, sind gemäß der Erfindung in regelmäßigen Abständen in diesem ringförmigen Raum z.B. Rohre 9 aus Rotkupfer angeordnet, die in bleibendem Kontakt zwischen einerseits dem Umfangsstahl-

309823/0548

-6-mantel 1 und andererseits den Graphitschichten 5 und 6 stehen.

Nach Anordnung der Bodenschichten 6 bzw. 5 werden diese Küpferrohre ringsherum zwischen diese Schichten 6 bzw. 5 und dem Stahlmantel 1 eingeschlagen. Um einen guten Wärmekontakt zu gewährleisten, haben die Aussenflächen der Schichten 5 und 6 und die innenflächen des Stahlmantels 1, welche den ringförmigen Raum begrenzen, untereinander' einen etwas konvergierenden Verlauf nach unten, wobei der größte Abstand zwischen genannten Flächen höchstens dem Aussendurchmesser der Rohre 9 gleich ist.

Der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient von Rotkupfer ist ungefähr 3>2O kcal/m/h/°C. Wenn man nun z.B. auf je 25 cm ein Rohr aus Rotkupfer von 36 mm Aussendurchmesser und 52 mm Innendurchmesser einschlägt; wird eine Verdoppelung der gesamten Wärmeleitung durch die Stampfmasse ( -Wert ungefähr 5 bis 10) erhalten.

Durch Anwendung dieser Massnahmen kann erreicht werden, daß unter allen Bedingungen die Temperatur am Umfang des gut leitenden Graphitbodens nicht zu sehr steigt.

Dadurch kann sich dann aber auch keine Oeffnung für Roheisen (der sogenannte Salamander) bilden. Die Massnahme nach der Erfindung ist nicht auf das gegebene Ausführungsbeispiel beschränkt, kann also ebensogut, an einer anderen Stelle verwendet werden, wie z.B« bei Blasformen, bei der Rast, beim Kohlensack und beim unteren Schacht eines· Hochofens.

-7-309823/0548

Claims (6)

Patentansprüche

1. Ofen, versehen mit einer Wand und einer feuerfesten Innenausmauerung, zwischen welchen ein Raum vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß in diesem Raum zusammendrückbare Elemente aus thermisch gut leitendem Material vorgesehen sind.

2. Ofen> insbesondere nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die feuerfeste Innenausmauerung und die Wand (1) mittels in regelmäßigen Abständen angeordnete^ in radialer Richtung zusammendrückbarer Elemente aus thermisch gut leitendem Material in wärmeleitendem Kontakt stehen.

j5. Ofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente aus Rotkupferrohren (9) bestehen.

4. Ofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Raum begrenzenden Flächen untereinander einen etwas konvergierenden Verlauf haben, wobei der größte Abstand zwischen genannten Flächen höchstens dem Außeadurchmesser der Rohre entspricht.

5. Ofen, insbesondere Hochofen für die Roheisenproduktion nach einem der vorhergehenden Ansprüche^ welcher mit einer Flüssigkeitskühlung am Umfang der Wand entlang und mit Luftkühlung am Boden versehen ist, wobei der Boden eine waagerechte Schicht aus feuerfestem Material mit einem Wärmeleltfähigkeitskoeffiaienten im Betrieb von mehr alsA = 20 kcal/m/h/°C besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß diese Schicht am Außenumfang durch Anwesenheit von in regelmäßigen Abständen angeordneten, thermisch gut- leitenden, in radialer Richtung zusammendrückbaren Elementen in.wärmeleitendem Kontakt gehalten wird.

-8-309823/0648

6. Ofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus Graphit besteht mit einem -Wert von 60 bis 100 kcal/m/h/°C und daß die genannten Elemente Rotkupferrohre (9) sind.

7· Ofen, insbesondere Hochofen für die Roheisenproduktion nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Höhe der Rast der Raum zwischen der Innenausmauerung und der Wand mit einer Stampfmasse versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Wärmeleitung der Innenausmauerung zur Wand hin durch Anordnung von in der Stampfmasse angeordneten,in radialer Richtung zusammendrückbaren, thermisch gut leitenden Elementen erhöht ist.

3 0 9 8 73 / 0 5 A 8