DE2204212C2 - Hochofen-Blasform - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochofenblasform mit einer zylindriscWn oder konischen Durchtrittsöffnung für den einem Hochofen ruzufüK- ;nden Heißwind und einem diese umgrenzenden, von einem Kühlmittel durchflossenen Doppelmantei, diesen Außenmantel über eine ihn abschließende Stirnfläche mit dem Innenmantel verbunden ist und von ihrer Basis bis zur Stirnfläche durchgehend kegelmantelförmig ausgebildet ist. Derartige Hochofenblasformen werden in Wandungen von Hochöfen zur Zuführung des Heißwindes vorgesehen und sind erheblichen thermischen sowie mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt. Während ihre Außenwandungen im wesentlichen durch Mauerwerk abgedeckt sind, werden die die Durchtrittsöffnung begrenzenden Flächen mit dem auf hohe Temperaturen gebrachten Heißwind beaufschlagt, und ihre dem Ofeninneren zugewandte Front ist heißem, teigigen Eisen, Schlacke sowie der Möllerung ausgesetzt. Während des Betriebes von Hochöfen nutzt sich deren Futter im Bereiche der Hochofenblasformen schnell ab, so daß nach einiger Betriebsdauer nicht nur die Froniflächen sondern der gesamte vordere Bereich der Hochofenblasform den hohen Beanspruchungen ausgesetzt ist. Insbesondere Eisen- bzw. Schlackenspritzer können die Blasform erreichen, hier anbacken und den Mantel der Blasform lokal derart überhitzen, daß deren Wasserkühlung nicht mehr ausreicht, das Einbrennen von Löchern bzw. Ausschmelzen von Material der Wandungen zu verhindern.

Zwar werden grundsätzlich die Wandungen der Hochofenblasform mittels durch den zwischen den Wandungen des Doppelmantels eingeschlossenen Raum geleiteten Kühlwassers abgekühlt, so daß vertretbare Standzeiten der Hochofenblasformen erreicht werden. Der Verschleiß und die durch diesen verursachten Kosten des Auswechselns und Instandsetzens beschädigter Hochofenblasformen sindjedoch so hoch, daß weitere energische Bemühungen betrieben

werden, den Verschleiß zu mindern und die Standzeiten zu verlängern.

So ist es aus der DT-AS 12 61 526 sowie der DE-OS 20 20 700 bekannt, die Kühlung einer Hochofenblasform zu intensivieren, indem dem Kühlwasser bestimmte Strömungsrichtungen vorgeschrieben werden: So kann der Kühlwassereintritt düsenartig ausgebildet sein und dem ausströmenden Wasser eine vorgegebene Richtung erteilen, oder es können Kühlwassereinirit-s- bzw. Kühlwasseraustrittsöffnungen derart verteilt angeordnet sein, daß eine gleichmäßige Strömung erzielt und die Möglichkeit lokaler Überhitzungen durch ungleichmäßige Kühlung ausgeschlossen werden. Ferner lassen sich durch Unterteilung des Kühlraumes mittels eines sich durch diesen erstreckenden Schirmes die Kühlwasserpfade in ihrer Stärke und damit ihrem Querschnitt herabsetzen, so daß höhere Strömungsgeschwindigkeiten und damit ein besserer Wärmeübergang erreicht werden. Hierbei läßt sich auch das Kühlwasser zunächst dem außen gelegenen, stärker beanspruchten Bereiche zuführen, und die Umlenkung im Bereiche der Rückseite der Stirnfläche ergibt durch zusätzliche Verengung sowie Verwirbelung dort besonders hohe Strömungsgeschwindigkeiten. Es hat sich jedoch gezeigt, daß eine solche Intensivierung des Kühlwasserkreislaufes nicht ausreicht, die oben aufgeführten Beanspruchungen sowie die daraus resultierenden Schaden in wünschenswerter Weise herabzusetzen.

Aus der DE-PS 9 49 744 ist eine Blasform bekannt, die einen als Hohlkegel ausgebildeten Basisteil aus feuerfestem Material aufweist, an den sich stufenlos ein teilweise in das Ofengestell hineinragender Kühlmantel anschließt. Eine besonders intensive Wasserkühlung soll wie auch bei der FR-PS 7 92 759 erreicht werden, indem das Kühlwasser durch Zuführungsrohre bis direkt hinter die Stirnfront der Hochofenblasform geleitet wird und von hier aus den Kühlraum durchströmt. Nach der DT-AS 20 22 477, den FR-PS 8 99 066 und 14 38 459 sowie der US-PS 27 05 000 ist es bekannt, den Außendurchmesser des im Einbauzustande in das Ofengcstell hineinragenden Förderteils gegenüber dem im Mauerwerk sitzenden Bereiche unstetig bzw. nichtlinear zu verkleinern. Durch diese Verkleinerung soll bei relativ groß ausgebildetem Basislcil ein Frontteil geringerer Größe erzielt werden, das thermischen und mechanischen Beanspruchungen geringere Angriffsflächen gewährt, und gleichzeitig sollen durch diese Verkleinerung im vorderen Bereich auch der dem Kühlwasser zur Verfügung stehende Raum verringert und damit die Umlaufgeschwindigkeit des Kühlwassers zur Erreichung eines besseren Warmeübergangswertes erhöht werden. Der hierbei im vorderen Bereiche auftretende Druckverlust soll abgefangen werden, indem der Basisbereich extrem weit ausgeführt ist und praktisch ohne Druckabfall arbeitet. Als wesentlich wird aber angesehen, daß durch geringe Abmessungen des ins Ofengestell frei hineinragenden Teiles die Wahrscheinlichkeit des Auftreffens von Spritzern verringert ist, und durch die bei geringerem Radius stärkere Krümmung dieses Bereiches das Abfließen von Spritzern begünstigt werden soll. Die Verringerung der Abmessungen, insbesondere aber die Verringerung sowohl der Distanz als auch der Neigung zwischen Innen- und Außenmantel, beeinträchtigen aber die Stabilität gegenüber mechanischen Beanspruchungen, und die geringere Oberfläche setzt wohl die Wahrscheinlichkeit des Auftreffens gefährdender Spritzer im gleichen Maße herab wie diese Fläche selbst verringert

wurde, grundsätzlich behoben aber wird diese Gefährdung nicht. Hinzu kommt, daß die angeblichen Vorteile mit einer erheblichen Komplizierung der Form der Mäntel, und, damit verbunden, Verteuerung der Erstellung ekrauft sind, ohne daß das Problem der Standfestigkeit befriedigend gelöst wäre.

Mit den zuvor benannten Blasformen haben sie auch den Nachteil, daß zusätzlich Schaden durch das umgebende Mauerwerk bewirkt werden können und das Auswechseln beschädigter bzw. instandzusetzender in Blasformen erhebliche Schwierigkeiten bereitet.

Die gewünschte Verbesserung der Standzeit ließ sich auch durch die Lehren der DT-AS 12 97 633 nicht erreichen. Das Konvergieren der Mantel im Vertikalschnitt und Parallellaufen bzw. Divergieren im Horizon- talschnitte führt zu einem relativ großen Verhältnis der Oberflächen zum umschlossenen Querschnitt, und die hierdurch gegebene Empfindlichkeit gegen Wärmeschäden wird noch durch die geringe Krümmung der die Hochofenblasform im Spitzenbereich nach oben be- >n grenzenden Flächen verstärkt

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine Blasform hoher mechanischer Stabilität und langer Standzeit zu schaffen, die zugleich in der Herstellung einfach und damit preiswert sein soll und auch in der Handhabung, beispielsweise beim Auswechseln, keine Schwierigkeiten bietet.

Gelöst wird diese Aufgabe, indem der Außenmantel einer Hochofenblasform der oben genannten Gattung stark konisch ausgebildet ist und die Stirnfläche mit in minimal anwendbarem Biegeradius ausgeführt ist, so daß der zwischen dem Außenmantel und dem Innenmantel eingeschlossene Raum das Profil eines spitzwinkligen Dreiecks aufweist, und indem ein diesen Raum unterteilender Leitschirm vorgesehen ist, dessen Basisbereich parallel zum Innenmantel verläuft, und an den zur Spitze der Blasform hin sich ein konischer Bereich anschließt, so daß dessen Abstand zum Außenmantel geringer ist als der zum Innenmantel. Durch die Mark konische Profilierung des Außenmantels ergibt sich in Verbindung mit der minimalen Stirnfläche und dem nicht — oder nur schwach konischen — Innenmantel in Verbindung mit der Basis das Profil eines spitzwinkligen Dreiecks nicht zu geringen spitzen Winkels und damit sowohl eine hohe mechanische Stabilität verbunden mit einer durch die Form gegebenen Abweisung von oben auffallenden Materials. Auch vom Mauerwerk ausgeübte und Wandungsdrücke lassen sich durch die stark konische Ausbildung ohne Verformungen aufnehmen. Die stark 5n konische Ausbildung in Verbindung mit der minimalen Stirnfläche bietet der Ofenwärme geringe Übergangsflächen, und der Leiischirm ist so ausgebildet, daß im Basisbereich, wo eine Wärmebeanspruchung von außen fehlt, im wesentlichen der Innenmantel gekühlt wird, während im vorderen Bereich, der zumindest nach längerem Gebrauche frei vor der Ausmauerung des Ofens steht, eine derartige Verengung der Strömungswege erzielt ist, daß hohe Strömungsgeschwindigkeiten in Verbindung mit einer im spitzen Raum auftretenden Verwirbelung hohe Wäfmeübergangszahlen siehern. Das Heranziehen des äußeren Mantels an den inneren läßt gleichzeitig die bei vergleichbaren Ausführungen vorhandenen Stirnflächen bis auf jede minimale Breite zusammenschmelzen, die durch die noch anwendbaren Biegungsradien bestimmt ist. Gleichzeitig wird auch der Außenmantel in seiner Gesamtfläche durch die Verringerung seines Radius' in seiner Oberfläche um 30 bis 40% reduziert, so daß sowohl die übernommene und abzuführende Wärmemenge verringert ist als auch die Wahrscheinlichkeit des Auftreffens von Eisen- oder Schlackenspritzern sowie deren Auftreffwinkel zu vorteilhafteren Werten hin verlagert sind. Als günstig bietet sich die geometrisch einfache Form der Blasform an, und die hierdurch erzielten hcrstellungsseitigen Vorteile können noch verstärkt werden, indem der Innenmantel und der Außenmantel der Blasform aus einem Stück gezogen sind.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.

In der Figur ist eine Blasform dargestellt, die eine Basis 1 aufweist, mit der ein Doppeimantel verbunden ist, der aus einem Außenmantel 2 sowie einem Innenmantel 4 besteht Der Innenmantel 2 umschließt eine von der Basis 1 ausgehende Durchtrittsöffnung 3 für den Heißwind. Der Innen-und der Außenmantel sind im Ausführungsbeispiei aus einem Stück mit im Spitzenbtreiche geringem Krümmungsradius tiefgezogen und schließsn zwischen sich eL/in Raum ein, der im Halbschnitt die Form eines spitzwinkligen Dreieckes aufweist Der Innenmantel ist der gewählten Form der Durchtrittsöffnung angepaßt und kann düsenförmig ausgebildet sein; im Ausführungsbeispiel ist er im wesentlichen zylindrisch gehalten. Der Außenmantel ist der praktisch fehlenden Frontfläche wegen bis zum Innenmantel 4 hin geführt und weist somit eine wesentlich stärkerer Neigung auf, als es für Außenmäntel für Hochofenblasformen üblich ist In den zwischen dem Innenmantel 4 und dem Außenmantel 2 gebildeten Raum greift ein Leitschirm 5 ein, dessen basisnaher Bereich 6 etwa parallel zum Innenmantel 4 verläuft und diesen konzentrisch umschließt; der hierbei zwischen dem Innenmantel und dem Abschnitt 6 des Schirmes 5 eingeschlossene Teilquerschnitt ist geringer als der verbleibende Restquerschnitt zwischen dem Abschnitt 6 und dem Außenmantel 2. Damit wird in diesem Bereiche die Wasserströmung am Innenmantel schneller erfolgen als am Außenmantel und damit der Innenmantel intensiver gekühlt werden als der Außenmantel, der ohnehin im Gebrauch durch das anschließende Mauerwerk der direkten Wärmeeinwirkung entzogen ist Zur Spitze hin zeigt der Schirm 5 einen konischen Bereich 7, der so auf den Innenmantel 4 zuläuft daß de^r engere Wasserpfad im Bereiche des Außenmantels geboten wird und somit die höchsten Kühlwassergeschwindigkeiten und damit sowohl Wärmeübergangszahlen und Kühlwirkungen am Außenmantel erzielt werden, an dem infolge der höchsten thermischen Beanspruchung auch diese optimalen Kühlwirkungen erwünscht sind. Im Spitzenbereich selbst findet eine intensive Kühlung durch die Verwirbelung statt. Der Leitschirm 5 gestaltet f.-s d<.mit, durch entsprechende Formgebung entlang der wesentlichen Länge der Durchtrittsöffnung gieiche Kühlbedingungen zu schaffen, die erst im direkten Mündungsbereich, der ja auch der Ofenhilze ausgesetzt ist. verstärkt werden. Gleichzeitig kann die Kühlwirkung in den Bereichen des Außcnmantels, die stets vom Mauerwerk abgedeckt sind, mäßig gehalten werden, die diejenigen Bereiche des Außenmantels jedoch, die direkten Ofeneinflüssen ausgesetzt sind, aber beliebig intensiviert werden. Im Extremfalle wird der konische Bereich 7 des Leitschirmes S bis auf geringe Distanz an die freistehenden Bereiche des Außenmantels 2 geführt, so daß hier die höchsten Strömungsgeschwindigkeiten und, damit verbunden, die höchste Kühlwirkung erzielt werden. Zur Erläuterung ist die übliche Grenzfläche des

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Mauerwerkes in der Figur durch eine strichpunktierte Linie angedeutet, so daß die unterhalb derselben befindlichen Wandungsbereiche, bei denen der Durchmesser noch nicht stark reduziert ist, auch nicht der direkten Wärme- sowie Metall- bzw. Schlackeneinwirkung ausgesetzt sind.

Die gegenüber üblichen Hochofenblasformen stärkere Neigung hat zunächst den Vorteil, daß die Basis I, Innenmantel 4 und Außenmantel 2 eine versteifende Dreieckskonstruktion darstellen und somit eine hohe mechanische Stabilität sichern. Von Vorteil ist weiterhin, daß die stärker geneigten Flächen innerhalb des Mauerwerkes durch thermische Spannungen bewirkte Mauerdrücke besser aufzunehmen vermögen als die bekannte, nur schwach geneigten Außenmäntel. Insbesondere aber ergibt sich auch der Vorteil, daß sich Hochofenblasformen beim kalten Aufschrumpfen leicht auswechseln und montieren lassen.

Die gegenüber üblichen Blasformen stärkere Neigung

mechanische, beispielsweise durch aufgegebene oder nachrutschende Möllerung gegebene Beanspruchungen nicht so starke Kräfte auszuüben vermögen, da von den schräger gestellten Flächen die Tendenz des Abrutschens besteht, zumal, wie bereits erwähnt, durch die Form eines Dreiecksverbandes ohnehin eine höhere Stabilität vorliegt als bei anderen Mantelformen. Die geometrisch einfache Form der Mäntel hat sich bewährt, da diese im Bedarfsfalle sich leicht aus übersichtlichen Blechzuschnitten erstellen lassen und darüber hinaus die Möglichkeit besteht. Innen- und Außenmantel aus einem Stück durch Tiefziehen herzustellen. Diese Möglichkeit wirkt sich auch dann vorteilhaft aus, wenn von ihr nur teilweise Gebrauch gemacht wird: So kann der der direkten Ofenhitze ausgesetzte Bereich des Innen-und Außentmntels aus einem Stück gezogen werden, an den an den thermisch geringer beanspruchten Stellen sich aus Zuschnitten erstellte Restflächen anschließen. In beiden Fällen ist der Bereich der Blasform, welcher den stärksten mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt ist, aus durch mechanische Verformung verfestigtem Material hergestellt und erweist sich damit als besonders stabil, korrosionsbeständig und wärmeleitfähig. und Schweißstellen im thermisch hochbelasleten Bereiche sind vermieden.

Die Erfindung gestattet damit die Erstellung einer Blasform, die bei äußerst einfachem Aufbau infolge ihrer großen Konizität sich leicht ein- und ausbauen läßt. Die stark konische Ausbildung sichert gleichzeitig in der höchsten thermischen und mechanischen Beanspruchung aUEgese'.Z'.in MundliCgsb^Tichp hnhp Wa«rrgi>-schwindigkeiten und damit eine starke Kühlwirkung in Verbindung mit erhöhter Stabilität. Die stark konische Form weist darüber hinaus vertikale Beanspruchungen durch Eisen, Möllerung oder dergleichen ab, so daß diese nicht voll übernommen zu werden brauchen. Der einfache Aufbau gestattet weiterhin die einstückige Erstellung der Mäntel durch einen Ziehvorgang, der geringe Herstellungskosten mit einer mechanischen Verfestig·, .'g des verwendeten Materiales verbindet, so daß die gewünschte Steigerung der Standzeiten erhalten wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   1, Hochofenblasform mit einer zylindrischen oder konischen Durchtrittsöffnung für den einem Hochofen zuzuführenden Heißwind und einem diese umgrenzenden, von einem Kühlmittel durchflossenen Doppelmantel, dessen Außenmantel über eine ihn abschließende Stirnfläche mit dem Innenmantel verbunden ist und von ihrer Basis bis zur Stirnfläche durchgehend kegelmantelförmig ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel (2) stark konisch ausgebildet ist und die Stirnfläche mit minimal anwendbarem Biegeradius ausgeführt ist, so daß der zwischen dem Außenmantel (2) und dem Innenmantel (4) eingeschlossene Raum das Profil eines spitzwinkligen Dreiecks aufweist, und daß ein diesen Raum unterteilender Leitschirm (5) vorgesehen ist, dessen Basisbereich (6) parallel zum Inneomantel (4) verläuft, und an den zur Spitze der Blasform hin sich ein konischer Bereich (7) anschließt, so daß dessen Abstand zum Außenmantel (2) geringer ist als der zum Innenmantel (4).
2. 2. Hochofenblasform nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenmantel (4) und der Außenmantel (2) aus einem Stück gezogen sind.