DE2159667B2 - Boden eines Hochofens für die Roheisenproduktion - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Boden eines Hochofens für die Roheisenproduktion mit einem Raum zwischen der Ausmauerung und dem Stahlmantel, der mit einer Flüssigkeitskühlung am Umfang des Stahlmantels entlang und mit Luftkühlung am Boden versehen ist, wobei der Boden eine waagerechte .Schicht aus feuerfestem Material mit einem Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten im Betrieb von mehr als λ = 20 kcal/ m · h ■ ⁰C besitzt.

Ein derartiger Hochofenboden ist aus der US-PS 35 99 951 bekannt. Bei dem bekannten Hochofenboden ist zwischen der Ausmauerung und der Wand ein schmaler Raum ausgespart, um die thermische Ausdehnung der Ausmauerung aufnehmen zu können. Die Ausmauerung besteht aus Kohlenstoffsteinen, während der Raum zwischen Ausmauerung und Wand mit einer Kohlenstoffmasse ausgefüllt ist. Eine solche Kohlenstoffmasse ist zusammendrückbar und vermag dadurch Ausdehnungen der Ausmauerung des Hochofenbodens aufzunehmen. Bei dieser Anordnung ist die Wärmeleitfähigkeit der Kohlenstoffmasse etwa der der Kohlenstoffsteine gleich, so daß auch der Wärmeabfluß von den Kohlenstoffsteinen über die Kohlenstoffmasse etwa gleich ist. Jedoch ist die Wärmeabfuhr nach außen noch zu gering, was bei dauerhaftem Betrieb für die Ausmauerung nachteilig ist.

Die DE-AS 10 46 081 lehrt, bei Hochöfen, die durch von außen über den Blechpanzer rinnendes Wasser gekühlt werden, den Zwischenraum zwischen Schachtmauerwerk und Schachtpanzer mit einer Hinterfüllmasse zu füllen, die aus Metalldrehspänen besteht oder solche enthält. Durch die Metalldrehspäne ist jedoch ein dauernder wärmeleitender Kontakt nicht zu verwirklichen. Ferner bilden die Metalldrehspäne flächenmäßig nur begrenzte Wärmebrücken. Die bekannte Hinterfüii-

masse erlaubt daher keinen dauerhaften und größeren Wärmestrom von der Ausmauerung zu der gekühlten Wand hin.

In der DE-AS 12 61529 ist zur Erhöhung der Lebensdauer von feuerfesten Ausmauerungen metallurgischer öfen vorgeschlagen, daß man den von der Ausmauerung und dem Ofenmantelblech gebildeten Zwischenraum mit einem Körper erhöhter Wärmeleitfähigkeit und ausreichender Gasdurchlässigkeit, z. B. einem netzförmigen Kupferdrahtgeflecht, satt ausfüllt, also den Wärmeabfluß vom Ofenraum durch die feuerfeste Wandung nicht stört sondern fördert, und in diesen Zwischenraum ein inertes Gas oder Luft unter einem solchen Druck einführt, daß das Gas oder die Luft durch die Poren der Außenmauerung dringen kann. Die Kühlung erfolgt also vornehmlich durch Preßluft bzw. Preßgas, mit der Folge, daß sich die bekannte Lösung durch einen erheblichen konstruktiven und apparativen Aufbau auszeichnet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochofenboden der aus der US-PS 35 99 951 bekannten Art zu schaffen, bei dem unter Beibehaltung der Möglichkeit zur thermischen Ausdehnung ein größerer Wärmestrom von der Ausmauerung zu der gekühlten Wand hin möglich ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Schicht am Außenumfang durch eine Stampfmasse und durch Anwesenheit von in regelmäßigen Abständen angeordneten, thermisch gut leitenden, in radialer Richtung zusammendrückbaren Elementen aus Rotkupferröhren in dauernd wärmeleitendem Kontakt steht.

Zwischen der innerhalb des Bodens angeordneten waagerechten Schicht und der Wand ist ein Raum vorgesehen, der mit Stampfmasse angefüllt ist. Diese Stampfmasse kann z. B. porös sein und vermag die von der waagerechten Schicht ausgehenden Wärmeausdehnungen aufzunehmen. Damit bei Erreichen der Ofentemperatur eine verbesserte Wärmeleitung zwischen den waagerechten Schichten und der Wand gewährleistet wird, sind erfindungsgemäß in dem Zwischenraum Rohre aus Rotkupfer angeordnet. Auf diese Weise kann die gesamte Wärmeleitung durch die Stampfmasse z. B. verdoppelt werden. Dadurch, daß diese Rotkupferrohre zusammendrückbar sind, ist zugleich die Nachgiebigkeit der Ausfüllung im Raum zwischen Ausmauerung und Wand gewährleistet. Durch die Kombination der Stampfmasse mit zusammendrückbar.! Rotkupferröhren wird in sehr einfacher Weise erreicht, daß unter Beibehaltung der thermischen Ausdehnung die Ableitung der Wärme zur gekühlten Außenwand hin verbessert wird.

In konstruktiver Weiterbildung der Erfindung haben die den Raum begrenzenden Flächen untereinander einen etwas konvergierenden Verlauf, wobei der größte Abstand zwischen den genannten Flächen höchstens dem Außendurchmesser der Rotkupferröhren entspricht. Dadurch ist ein guter Wärmekontakt zwischen den Flächen, die den Raum zwischen der waagerechten Bodenschicht und der Wand begrenzen, sichergestellt.

Insbesondere, wenn die Schicht aus Graphit mit einem Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten mit einem Α-Wert von 60-100 kcal/m ■ h ■ °C und die Rohre aus Rotkupfer bestehen, ergibt sich eine besonders gute Wärmeableitung.

Die Erfindung wird : achstehend anhand eines Ausführungsbeispieis, das in den Zeichnungen schematisch dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigt

F ι g. 1 einen Langsschriiii der riuiibii uküuii

Hochofenbodens mit den Merkmalen der Erfindung, und

Fig.2 einen Querschnitt längs der Unie il-ll in Fig. 1.

In F i g. 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 Abstichloche j hin etwa 1400'C bis 1500⁰C 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.

Um dieser Stützfunktion genügen zu können, ist es notwendig, daß die Teile des Bodens, welche die Konstruktion hauptsächlich Jragen, 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, b s in eine Tiefe in den Boden durchzudringen, bei Jer die Temperatur des Bodens ungefähr dem Erstarrungspunkt von Eiseh von ungefähr 1130⁰C entspricht. Die Zone oberhalb »dieser Temperaturgrenze wird allmäh- jo lieh zerfressen, Wobei die genannte Temperaturgrenze sich wieder solange nach unten versetzt, bis sich ein Gleichgewichts'ustand eingestellt hat. In dem so entstandenen I*uum, der sogenannte Salamander, stellt sich über die Höhe ein Temperaturgradient ein. Der 3-, Salamander ist <Jann von oben nach unten mit flüssigem Eisen gefüllt uild 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 Wärnieleitkoeffizient des Halbgraphits beträgt ungefähr 20 kcal/ m ■ h ■ °C. Schicht 5 hat eine Stärke von 60 cm und ,5 besteht aus Blöcken Graphit mit einem Α-Wert von ungefähr 90 kcal/m · h ■ °C, welche eine sehr genaue Bearbeitung erfahren haben. Schicht 6 besteht ebenso aus Blöcken Graphit und ist senkrecht auf die Schicht 5 orientiert. Beide Schichten sind mit Dehnungsfugen w) 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 Α-Wert von ungefähr

4 kcai/m -H-⁰C. Die genannten Α-Werte gelten unter Betriebsbedingungen. Der Ofendurchmesser in dem Herd beträgt ungefähr 13 m. Mittels einer nicht angegebenen Spritzkühlung wird der äußere Stahlmantel 1 auf ungefähr 6O⁰C gekühlt. Ein ebenfalls nicht dargestellter Lüfter von z. B. 10O PS-Leistung dient dazu, die stählerne Bodenplatte 2 unterhalb 100° C zu halten. Die gesamte über sie Schichten 5 und 6 abgeführte Wärmemenge Qo ist über zwei Komponenten verteilt, nämlich Wärmestrom (?i durch die Bodenplatte 2 und Q, welche von dem Mantelteil abgeführt wird. Beispielsweise beträgt Q\ ungefähr 200 000 kcal/h, während Q₂ ungefähr 240 000 kcal/h beträgt. Zur Stelle des Abstichloches 8 hin beträgt die Temperatur innerhalb des Hochofens ungefähr 1400 bis 1500°C. In der Mitte des Bodens reicht die 1100°C-Isotherme nicht bis an die Oberseite der Schicht 4 heran, was ein Anzeichen dafür ist, daß sich kein Salamander bilden kann und daß der Boden nicht angegriffen wird.

F i g. 2, welche eine Draufsicht auf den Schnitt nach Linie H-Il in F i g. 1 ist, zeigt wiederum den Stahlmante! 1. Die Schicht 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 30% bis 50% und wird bei Erreichen der Ofentemperatur zusammengedrückt.

Damit beim Erreichen der Ofentemperatur eine gute Wärmeleitung zwischen den Schichten 5 und 6 und dem Stahlmar tel 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 Utnfangsstahlmante! 1 und andererseits den Graphitschichten 5 und 6 stehen.

Nach Anordnung der Bodenschichten 6 bzw. 5 werden diese Kupferrohre 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 320 kcal/m ■ h ■ °C. Wenn man nun z. B. auf je 25 cm ein Rohr aus Rotkupfer von 36 mm Außendurchmesser und 32 mm Innendurchmesser einschlägt, wird eine Verdoppelung der gesamten Wärmeleitung durch die Stampfmasse (λ-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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Boden eines Hochofens für die Roheisenproduktion mit einem Raum zwischen der Ausmauerung und dem Stahlmantel, der mit einer Flüssigkeitskühlung am Umfang des Stahlmantels entlang und mit Luftkühlung am Boden versehen ist, wobei der Boden eine waagerechte Schicht aus feuerfestem Material mit einem Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten im Betrieb von mehr als λ = 20 kcal/m - h · "C besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (5, 6) am Außenumfang durch eine Stampfmasse (10) und durch Anwesenheit von in regelmäßigen Abständen angeordneten, thermisch gut leitenden_s in radialer Richtung zusammer,drückba^en Elementen aus Rotkupferröhren (9) in dauernd wärmeleitendem Kontakt steht.

2. Boden eines Hochofens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Raum begrenzenden Flächen untereinander einen etwas konvergierenden Verlauf haben, wobei der größte Abstand zwischen den genannten Flächen höchstens dem Außendurchmesser der Rotkupferröhren (9) entspricht.

3. Boden eines Hochofens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (5, 6) aus Graphit mit einem Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten λ von 60 bis 100 kcal/m · h ■ ⁰C besteht.