DE2162893B2

DE2162893B2 - Schachtofenboden, insbesondere fuer einen hochofen

Info

Publication number: DE2162893B2
Application number: DE19712162893
Authority: DE
Inventors: Jacobus van Santpoort; Hoogendoorn Bastiaan Martinus Heemskerk; Laar (Niederlande); Etzel, Karl Wilhelm Friedrich, 6230 Frankfurt
Original assignee: KONINKLIJKE HOOGOVENS EN STAAL
Current assignee: KONINKLIJKE HOOGOVENS EN STAAL
Priority date: 1970-12-18
Filing date: 1971-12-17
Publication date: 1976-04-29
Also published as: FR2118177B1; ZA718323B; NL148939B; AU3704271A; BE776848A; JPS5113441B1; CA952310A; DE2162893A1; LU64474A1; GB1349036A; BR7108396D0; US3752638A; FR2118177A1; IT943292B; NL7018539A; DE2162893C3

Description

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»Iron and Steel Inst.« Sept. 1967, Seite 941 ff.) ist in ihrer Wirksamkeit und der Gewährleistung einer gleichmäßigen Temperaturverteilung, insbesondere bsi großen Gestelldurchmessern, begrenzt, so daß die Einhaltung genügend niedriger Temperaturen an der Stützkonstruktion des Schachtofenbodens nicht gewährleistet werden kann oder der Einsatz einer aufwendigen Wasserkühlung dafür in Betracht gezogen werden mußte, weiche auf Grund erhöhten Ausfallrisikos die Gefahr eines Zusammenbruchs oder Durchbruchs des Schachtofenbodens in sich birgt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schachtofenboden zu schaffen, welcher vor allem eine optimale Temperaturverteilung in der Weise ermöglicht, daß auch nach langer Betriebszeit eine in ihrer Stärke weitgehend gleichmäßigere und insbesondere nur dünne Ofensau gebildet wird, so daE einerseits die Gesamtdicke des Schachtofenbodens, und damit sein Gewicht und seine Höhenabmessungen, verringert werden können, während andererseits auch bei Luftkühlung keine Gefahr besteht, daß die Festigkeit der Bodenkonstruktion durch unzulässige Erwärmung gefährdet werden kann.

Demgemäß besteht die Erfindung bei einem Schachtofenboden der eingangs genannten Art darin, daß zwischen der luftgekühlten Unterseite des Bodens und der hochwärmeleitfähigen Schicht eine untere Schicht aus feuerfestem Material mit einem im Vergleich zur hochwärmeleitfähigen Schicht sehr viel niedrigeren Wärmeleitfähigkeits-Koeffizienten vorgesehen ist.

Ein wesentlicher Bestandteil der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeisolation der aus der oberen Schicht der hochwärmeleitfähigen Schicht und der unteren Schicht bestehenden Bodenmaterialkombination derart abgestimmt ist, daß bei intakter Luftkühlung eine Temperaturgrenze von etwa 150° C, vorzugsweise 100° C, an der Unterseite des Bodens nicht überschritten wird und etwa 20 bis 60%, vorzugsweise 25 bis 40%, der Gesamtwärmemenge des Bodens über die Unterseite des Bodens abgeführt werden.

Trotz der erfindungsgemäß eingestellten Begrenzung der Wärmeabfuhr durch den Schachtofenboden wird mit der Erfindung eine Verringerung der Gesamtbodendicke sowie dessen Gewicht bei desungeachtet verbesserter Betriebssicherheit erreicht. Außerdem ist der durch die Ofensau gegebene Materialverlust und sind durch Veränderungen der Ofensau während des Betriebes eintretende Ofengangstörungen vermindert. Auch ein zeitlich begrenzter Ausfall der Luftkühlung kann nur sehr langsam zu einer wesentlichen Überschreitung des von der Luftkühlung auf einfachste Weise zu bewältigenden Temperaturbereichs bis 100 bzw. 150° C führen. Eine erfindungsgemäße Bodenkonstruktion ist mithin temperaturmäßig auch leichter zu regeln.

Erfindungsgemäß besteht die hochwärmeleitfähige Schicht aus Graphit mit einem λ-Wert von 50 kcal/ m h · ° C oder mit einem λ-Wert von 60 bis 100 kcal/m h ° C.

Die feuerfeste obere Schicht besitzt in erster Linie die Aufgabe, die unter ihr befindliche Zwischenschicht zu schützen, und zwar deshalb, weil die letztgenannte Schicht aus einem Material besteht, das normalerweise wesentlich teurer ist als übliche feuerfeste Stoffe. Durch Bedecken der Graphitschicht mit einer hilliperen Schicht aus einem thermisch besser isolierenden Material wird die Temperatur der Graphitschicht auf einen Punkt unter der Schmelztemperatur des Roheisens gesenkt, wodurch verhindert wird, daß die Ofensau in die Graphitschicht eindringen kann. Demgemäß besteht die obere Schicht aus einem feuerfesten Material, vorzugsweise aus HaJbgraph.it, mit einem λ-Wert von 10 bis 50 kcal/m h · ° C, vorzugsweise von 20 bis 30 kcal/m - h · ° C. Speziell kann die obere Schicht dadurch gekennzeichnet sein, daß

ίο sie aus Kohlenstoff mit einem λ-Wert von 5 kcal/ m ■ h ■ ° C besteht und mit einer 30 oder 40 cm dicken Schicht aus Magnesit mit einem λ-Wert von 2 bis 3 kcal/m · h · ° C abgedeckt ist.

Die untere Schicht, die wiederum aus einem geringer wärmeleitfähigen Material besteht, begrenzt den Wärmefluß zur und durch die bodenseitige Stahlplatte. Die Restwärme wird dabei zum Rand der Graphitschicht abgeleitet, wo die Temperatur durch Flüssigkühlung niedrig gehalten wird. Die untere Schicht kann dadurch gekennzeichnet sein, daß sie aus einem feuerfesten Material, vorzugsweise aus Kohlenstoffsteinen, mit einem λ-Wert von 1 bis 10 kcal/ m · h · ° C, vorzugsweise von 2 bis 5 kcal/m · h ■ ° C, besteht. Dabei kann sogar eine Luftkühlung die Bodentemperatur auf etwa 50° C halten.

Eine besonders vorteilhafte Kombination besteht darin, daß die drei Schichten, jeweils von oben nach unten gezählt, λ-Werte von 25, 80 und 4 kcal/ m · h · ° C und Dicken von etwa 60, 120 und 60 cm besitzen. Dabei können für die obere Schicht auch Steine aus kohlenstoffhaltigem Material, Magnesit odei Schamotte verwendet werden.

Erfindungsgemäß kann die obere Schicht durch eine 35 cm dicke Deckschicht aus Magnesit abgedeckt

3j sein, wobei eine Gesamtkombination besteht.

Bezüglich der Wahl des Wärmeleitf ähigkeits-Koeffizicnten und der Dicke der unteren Schicht, welche zusammen den thermischen Widerstand dieser Schicht bestimmen, ist folgendes zu bemerken: Wenn der thermische Widerstand höher ist (beispielsweise bei niedrigem λ-Wert), ist die Bodenplatte zwar kühler, doch ist auch die Ofensau tiefer. Bei niedrigem thermischen Widerstand der unteren Schicht wird mehr Wärme über diese Schicht abgeleitet und steigt die Temperatur der Bodenplatte unterhalb der unteren Schicht an, doch ist die Ofensau weniger tief und flach-scheibenförmiger. Durch Änderung der Konstruktion der unteren Schicht in der Weise, daß 20 bis 60% des gesamten Wärmeflusses über die Zwi-

J₀ schenschicht durch die untere Schicht hindurchgeleitet werden, werden Bedingungen geschaffen, bei welchen sowohl die Tiefe der Ofensau als auch die Temperatur der Bodenplatte innerhalb zulässiger Grenzen verbleiben.

im folgenden ist eine Ausführungsform der Erfindung an Hand einer Zeichnung näher erläutert.

Gemäß der Figur ist um eine aus feuerfestem Material bestehende Boden-Konstruktion herum ein Stahlmantel 1 angeordnet, der in eine auf einer An-Ordnung aus Stahlträgern 3 ruhende Stahl-Bodenplatte 2 übergeht. Der Boden selbst ist aus drei Schichten 4,5 und 6 aufgebaut. Die obere, eine Dicke von etwa 60 cm besitzende Schicht 4 besteht aus Halbgraphit, dessen Wärmeleitfähigkeits-Koeffizient λ etwa 20 kcal/m · h ■ ^c C beträgt. Die hochwärmeleitfähige Schicht5 ist etwa 120 cm dick und besteht aus Graphit mit einem λ-Wert von etwa 90 kcal/m ■ h ° C.

Die untere Schicht 6 besitzt eine Dicke von etwa 60 cm und besteht aus Kohlenstoffsteinen mit einem λ-Wert von etwa 4 kcal/m · h · ° C. Die genannten λ-Werte beziehen sich auf die Werte unter Betriebsbedingungen und -temperatur. Der Ofendurchmesser beträgt im Ofenherd etwa 13 m. Der Stahlmantel 1 wird mittels einer durch Sprührohre 7 angedeuteten Wassersprühkühlung auf etwa 60° C gekühlt. Ein nicht dargestelltes Gebläse mit einer Leitung von 100 PS dient zur Luftkühlung der Bodenplatte, indem es deren Temperatur auf weniger als 100° C hält. Die über die hochwärmeleitfähige Schicht 5 abgeleitete Gesamtwärmemenge Q₀ wird in zwei Komponenten aufgeteilt. Der Wärmefluß β, durch die Bodenplatte 2 beträgt etwa 200000 kcal/h, während die über den Mantelteil der Schicht 5 abgeführte Wärmemenge Q₂ etwa 240000 kcal/h beträgt. Im Bereich des Abstichlochs 8 beträgt die im Inneren des Ofens herrschende Temperatur etwa 1400 bis 1500° C. In der Mitte des Bodens reicht die Isotherme für 1100° C nicht zur Oberseite der Schicht 4, was ein sicheres Anzeichen dafür ist, daß sich keine Ofensau bilden kann und der Boden nicht angegriffen wird.

Insbesondere können auch gute Ergebnisse durch Ersatz der oberen Halb- bzw. Hartgraphit-Schicht durch eine Kohlenstoffschicht derselben Dicke und mit einem λ-Wert von 5 kcal/m ■ h · ° C erzielt werden, die mit einer 30 cm, gegebenenfalls auch 40 cm dicken Schicht aus Magnesit mit einem λ-Wert von 2 bis 3 kcal/m · h ■ ° C bedeckt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Die Erfindung betrifft einen Schachtofenboden, insbesondere für einen Hochofen, mit flüssigkeitsgekühltem Mantel und luftgekühlter Bodenunterseite, w-bei sein Boden eine waagerechte Schicht eines feuerfesten Materials mit einem hohen Wärmeleitfähigkeits-Koeffizienten (λ) unter Betriebsbedingungen aufweist, oberhalb der eine obere Schicht aus feuerfestem Material mit im Vergleich zur genannten Schicht sehr viel niedrigerem Wärmeleitfähigkeits-Koeffizienten (λ) angeordnet ist. Dabei ist unter einem fiüssigkeitsgekühlten Mantel d"S Ofens dessen seitliche Wandkonstruktion zu verstehen welche nicht nur mit Sprühkühlung, sondern auch mittels Verdampfungskühlung und Konvektionskühlung gekühlt werden kann. Außer für Hochöfen ist die Erfindung auch auf andere Schachtöfen, ζ Β Kupolöfen od. dgl. anwendbar. Bei einem Schachtofenboden der eingangs genann-Art (US-PS 2673083, insbesondere auch Patentansprüche:

1. Schachtofenboden, insbesondere für einen Hochofen, mit flüssigkeitsgekühltem Mantel und luftgekühlter Bodenunterseite, wobei sein Boden eine waagerechte Schicht eines feuerfesten Materials mit einem hohen Wärmeleitfähigkeits-Koeffizienten (λ) unter Betriebsbedingungen aufweist, oberhalb der eine obere Schicht aus feuerfestem Material mit im Vergleich zur genannten Schicht sehr vitl niedrigerem Wärmeleitfähigkeits-Koeffizienten (λ) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,daß zwischen der luftgekühlten Unterseite des Bodens und der hochwärmeleitfähigen Schicht (5) eine untere Schicht (6) aus feuerfestem Material mit einem im Vergleich zur hochwärmeleitfähigen Schicht sehr viel niedrigeren Wärmeleitfähigkeits-Koeffizienten (λ) vorgesehen ist.

2. Schachtofenboden nach Anspruch 1, da- ten ,

durch gekennzeichnet, daß die Wärmeisolation 20 Spalte 3, Zeilen 49 bis 52) kann die Luftkühlung des

Bodenä unmittelbar durch oder unterhalb der aus

der aus der oberen Schicht (4), der hochwärmeleitfähigen Schicht (5) und der unteren Schicht (6) bestehenden Bodenmaterialkombination derart abgestimmt ist, daß bei intakter Luftkühlung eine Temperaturgrenze von etwa 150° C, vorzugsweise 100° C, an der Unterseite des Bodens nicht überschritten wird und etwa 20 bis 60%, vorzugsweise 25 bis 40%, der Gesamtwärmemenge des Bodens über die Unterseite des Bodens abgeführt werden.

3. Schachtofenboden nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hochwärmeleitfähige Schicht (5) aus Graphit mit einem λ-Wert von 50 kcal/m · h · ° C besteht.

4. Schachtofenboden nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hochwärmeleitfähige Schicht (5) aus Graphit mit einem λ-Wert von 60 bis 100 kcal/m h · ° C besteht.

5. Schachtofenboden nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Schicht (6) aus einem feuerfesten Material, vorzugsweise aus Kohlenstoffsteinen, mit einem λ-Wert von 1 bis 10 kcal/m h · ° C, vorzugsweise von 2 bis 5 kcal/m h ° C, besteht.

6. Schachtofenboden nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Schicht (4) aus einem feuerfesten Material, vorzugsweise aus Halbgraphit, mit einem λ-Wert von 10 bis 50 kcal/m · h ■ ° C, vorzugsweise von 20 bis 30 kcal/ m · h · ° C, besteht.

7. Schachtofenboden nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Schicht (4) aus Kohlenstoff mit einem λ-Wert von 5 kcal/ m · h ■ ° C besteht und mit einer 30 oder 40 cm dicken Schicht aus Magnesit mit einem λ-Wert von 2 bis 3 kcal/m · h ° C abgedeckt ist.

8. Schachtofenboden nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Schichten (4, 5 und 6), jeweils von oben nach unten gezählt, λ-Werte von etwa 25, 80 und 4 kcal/ m h ° C und Dicken von etwa 60, 120 und 60 cm besitzen.

9. Schachtofenboden nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Schicht (4) durch eine 35 cm dicke Deckschicht aus Magnesit abgedeckt ist.

Graphit bestehenden hochwärmeleitenden Schicht erfolgen, welche im übrigen dazu bestimmt ist, die Wärme seitwärts zu einer im Bereich des Bodenum-

fangs vorgesehenen Wasserkühlanlage abzuleiten.

Hochofenböden unterliegen einerseits einer hohen thermischen Belastung, müssen aber andererseits einen wesentlichen Teil des Hochofens mit seinem Mauerwerk und vor allem auch seines Inhalts tragen.

,ο Sie müssen daher zumindest in ihren tragenden Bereichen unter ausreichend niedriger Temperatur gehalten werden.

Hinzu kommt, daß ein Hochofenboden im Betrieb durch das Roheisenbad im Gestell angegriffen wird, wobei das flüssige Roheisen bei den meisten praktisch eingesetzten feuerfesten Stoffen, z. B. Kohlenstoffsteinen, in eine solche Tiefe in den Boden eindringt, in welcher die Temperatur dieses Bodenmaterials ungefähr der Erstarrungstemperatur des (kohlenstoffge-

sättigten) Roheisens von etwa 1120 bis 1140° C entspricht. Die oberhalb dieser Temperaturgrenze gelegene Zone wird allmählich angegriffen und zersetzt, so daß sich die genannte Temperaturgrenze nach unten verschiebt, bis wieder ein Gleichgewichtszustand erreicht ist. In dem auf diese Weise entstandenen Raum, der sogenannten Ofensau, besteht über seine Höhe hinweg ein Temperaturgefälle und er ist von oben bis unten mit flüssigem und teilweise festem Roheisen sowie zum Teil häufig auch mit Kokskörpern gefüllt.

Eine solche Ofensau soll eine möglichst geringe Tiefe haben, einerseits um den Materialverlust im Hochofenboden in erträglichem Maße einzugrenzen und andererseits, um die Temperatur am Schachtboden und im Fundament nicht ansteigen zu lassen, wodurch deren Tragfähigkeit beeinträchtigt werden könnte. Auch aus mit dem Schmelzbetrieb zusammenhängenden Gründen soll die Ofensau möglichst niedrig und flach gehalten werden.

Erfolgt eine Wärmeisolierung des Schachtofenbodens dadurch, daß der Ofenboden in bekannter Form auf einem durchgehenden Fundament feuerfesten Materials ruht, dann ist eine Wärmeabfuhr durch den Schachtofenboden praktisch vollständig blockiert, so daß sich die Ofensau tief in den Schachtofenboden hineinarbeiten kann.

Aber auch die in der eingangs genannten Bodenkonstruktion verwendete Luftkühlung (vgl. auch

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