DE2159667B2 - Boden eines Hochofens für die Roheisenproduktion - Google Patents
Boden eines Hochofens für die RoheisenproduktionInfo
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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)
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 leitendens 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.
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Owner name: ESTEL HOOGOVENS B.V., 1970 IJMUIDEN, NL |