DE2212318B2 - Ausmauerung für den Boden metallurgischer Schachtofen, insbesondere von Hochöfen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ausmauerung für den Boden metallurgischer Schachtöfen, insbesondere von Hochöfen, bestehend aus gegeneinander versetzten feuerfesten Steinlagen, bei der zwischen den Steinlagen und einem den Boden umschließenden Stahlmantel eine mit verdichtetem, körnigem Füllmaterial ausgefüllte Fuge vorgesehen ist

Bei Konstruktion und Herstellung der Ausmauerung für den Boden von Schachtöfen besteht ein bekanntes Problem darin, daß der Boden beim Anheizen des Ofens eine Tendenz zu thermischer Ausdehnung zeigt Aus

ίο

diesem Grund ist es wichtig, diese thermische Ausdehnung aufzufangen bzw. zu kompensieren, um Rißbildung und Splitterung des Ofenbodens zu vermeiden. Eine bekannte Ausmauerung für den Boden metallurgischer Schachtöfen besteht aus gegeneinander versetzten feuerfesten Steinlagea Bei der Zustellung der Böden werden die feuerfesten Steine in der Praxis genau eingepaßt, d.h. möglichst eng und ohne Zwischenraum in gegenseitige Berührung gebracht Ziel ist dabei, daß die Steine bei Betriebstemperatur absolut dicht aneinander gepreßt werden, um ein Eindringen von flüssiger Schmelze zu verhindern. Um die bei der Aufheizung auftretende thermische Ausdehnung aufzufangen bzw. zu kompensieren, ist bei der bekannten Ausmauerung zwischen den Bodenschichten und einem den Boden umschließenden Stahlmantel eine mit verdichtetem, körnigem Füllmaterial ausgefüllte Fuge vorgesehen. Die Expansion der Bodenschichten soll durch die Verdichtung des Füllmaterials aufgefangen werden. Nachteilhaft ist bei dieser Ausführung, daß der Ausgleich der Wärmeausdehnung im Bereich der Randzonen der Ausmauerung erfolgen kann, während gerade in der Bodenmitte wegen höherer Temperaturen eine stärkere Expansionstendenz vorherrscht Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Ausdehnung durch die Reibung zwischen den verschiedenen Bodenschichten behindert wird und sich somit nicht bis in die Kanuzonen erstrecken kann, se daß die Steine durch die hohen Drücke der thermischen Expansion reißen und zerbrechen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Ausmauerung für den Boden metallurgischer Schachtöfen, die die genannten Nachteile vermeidet die also insbesondere einen Ausgleich der Ausdehnung am Ort der Entstehung, insbesondere auch im Bereich der Bodenmitte, erlaubt und die thermische Ausdehnung der feuerfesten Steine unterhalb der Betriebstemperatur auffängt, so daß die Ausmauerung bei Betriebstemperatur dicht und ohne störende Druckspannungen zwischen den feuerfesten Steinen ist

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß zumindest in den oberen Bodenschichten mindestens zum Teil zwischen nebeneinanderliegenden feuerfesten Steinen offene Dehnfugen vorhanden sind, die Breite der Dehnfugen im kalten Zustand der thermischen Ausdehnung der nebeneinanderliegenden feuerfesten Steine in Richtung der Dehnfugen bei einer Temperatur zwischen 50 und 200⁰C unterhalb der Betriebstemperatur entspricht und zumindest die oberen Bodenschichten in Schemata angeordnet sind, die zueinander unter verschiedenen Winkeln angeordnet sind.

Dadurch, daß in den oberen Bodenschichten mindestens zum Teil zwischen nebeneinanderliegenden feuerfesten Steinen offene Dehnfugen vorhanden sind, kann im Gegensatz zu der bekannten Ausmauerung ein Ausgleich auch im Bereich der Bodenmitte erfolgen. Der Ausgleich der Wärmeexpansion ist dabei unmittelbar am Ort der Entstehung möglich, die Beschränkung auf den Ausgleich im Randbereich der Ausmauerung entfällt Natürlich ist unabhängig davon ein Wärmeausgleich auch im Randbereich über die Füllfuge möglich. Jedoch kann bei der erfindungsgemäßen Ausmauerung die Füllfuge wesentlich enger gehalten werden, da sie kaum noch Ausdehnung aufzunehmen braucht. Außerdem kann das Material der Fuge stärker verdichtet werden, so daß es einen höheren Wärmeleitkoeffizienten bietet. Die erfindungsgemäße Ausmauerung hat den

weiteren wesentlichen Vorzug, daß die Fugen bereits 50 bis 200⁰C unterhalb der Betriebstemperatur geschlossen sind. Die Ausdehnungsspannungen werden bereits während des Aufheizens aufgefangen, so daß im Betriebszustand keine zerstörenden Druckspannungen mehr auftreten. Dadurch kann im Betriebszustand keine flüssige Schmelze mehr in die Ausmauerung eindringen. Außerdem ist die Ausmauerung gasdicht. Dadurch, daß zumindest die oberen Bodenschichten in Schemata angeordnet werden, die zueinander unter verschiedenen Winkern angeordnet sind, wird eine zusätzliche Sicherheitsmaßnahme gegen ein Eindringen von Metallschmelze in den gesamten Ofenboden erreicht Häufig sind die Schemata -aufeinanderfolgender Schichten unter einem Winkel von etwa 30° zueinander verdreht angeordnet

Da die Ausdehnung nun an den Stellen aufgefangen bzw. kompensiert werden kann» von denen sie ausgeht treten zwischen den verschiedenen, den Boden bildenden Schichten keine Reibungskräfte auf, so daß auch aus diesem Grund die Entstehung zu großer Kräfte im Ofenboden vermieden wird. Ein anderer Vorteil besteht darin, daß im Gegensatz zu der bekannten Ausmauerung die gefüllte Fuge um die Bodenschicht herum nicht mehr auf der Grundlage der Ausdehnung des gesamten Ofenbodens berechnet zu werden braucht, was insbesondere im Fall sehr großer Hochöfen zu einer außerordentlich breiten Füllfuge führen würde. Dies ist deshalb wichtig, weil eine Füllfuge zwei schwer zu vereinenden Erfordernissen genügen muß: Einmal muß sie nämlich ausreichend porös sein, um die Ausdehnung auffangen zu können, und zum anderen muß sie ausreichend abdichten und schließen, um eine gute Wärmeableitung zu gewährleisten. Bei der erfindungsgemäßen Ausmauerung ist es nun möglich, die Füllfuge wesentlich enger zu halten, da sie keine Ausdehnung aufzunehmen braucht Außerdem kann das Material in der Fuge stärker verdichtet werden, so daß es einen höheren Wärmeleitkoeffizienten bietet Beide Maßnahmen gewährleisten gemeinsam eine bessere Wärmeabfuhr zu dem den Boden umgebenden Ofenmantel. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß sich die erfindungsgemäße Ausmauerung selbst unter solchen Bedingungen entsprechend der Berechnung völlig schließt, bevor flüssiges Metall in die Fugen zwischen den Bodenelementen eindringen kann. Außerdem hat sich dabei herausgestellt, daß der Verschleiß des Ofenbodens nach einer gewissen Betriebszeit geringer ist und dabei dem Ofenboden eine Form verleiht, welche der auf der Grundlage theoretischer Überlegungen zu erwartenden Form entspricht Vorzugsweise werden die Bodenschichten nach einem solchen Muster ausgelegt, daß sich die Fugen etwa parallel zum Wärmefluß durch den Boden erstrecken. Infolgedessen bilden diese offenen Fugen keine Schranke für diesen Wärmefluß, und dies um so mehr, als sie im endgültigen Betriebszustand geschlossen sind. Es hat sich in der Praxis erwiesen, daß die erfindungsgemäße Ausmauerung ausreichend geschlossen b^w. dicht ist, so daß vermieden wird, daß die feuerfesten Elemente infolge des Eindringens von flüssigem Metall zwischen und unter die Ziegel in der Metallschmelze schwimmen. Eine weitere Maßnahme zur Gewährleistung dieses Ziels kann dadurch getroffen werden, daß die feuerfesten Elemente zum Teil mit Schrägflächen versehen werden, so daß die ganze Konstruktion in sich verblockt ist, wie dies auch bei anderen Konstruktionen aus feuerfesten Ziegeln an sich bekannt ist

Aus »Feuerfestkunde« von F. Härders und S. Kienow, 1960, S. 88/89, ist es zwar bekannt, bei stärkeren Ausdehnungen in einen? Mauerwerk Dehnfugen vorzusehen, die geschlossen sein sollen, wenn die Arbeitstem- ^r, peratur erreicht is~ Jedoch handelt es sich dabei um Dehnfugen im Mauerwerk eines Roheisenmischers. Das Problem, einen Ausgleich von Wärmespannungen in der Ausmauerung eines stationären Bodens, insbesondere im Bereich der Bodenmitte eines Hochofens, zu

ι ο erreichen, tritt hierbei nicht auf.

Vorzugsweise ist an jedem Schnittpunkt zweier Dehnfugen benachbarter Bodenschichten die Dehnfuge mindestens einer Bodenschicht durch einen kleinen Füllstein unterbrochen, der in eine an dieser Stelle in

ι ·". den feuerfesten Steinen der Bodenschicht ausgebildeten Ausnehmung eingesetzt ist Wenn das Metall in einem Notfall in eine Schicht eindringt, kann es höchstens bis zur Tiefe einer Schicht in den Boden und nicht tiefer eindringen. Je nach der Art der für den Boden

»ο verwendeten feuerfesten Materialien kann der Konstrukteur des Ofenbodens den Temperaturverlauf durch den Ofenboden im Betrieb oerechnen. Anhand dieser Berechnung kann er dann bestimmen, wie die thermische Ausdehnung von Zone zu Zone verläuft und

."\ wie breit die Fugen bei Anwendung der Erfindung gewählt werden müssen. Besonders gute Ergebnisse wurden mit einer Bodenkonstruktion erzielt bei der die oberen vier Schichten aus Kohlesteinen von einer Dicke von etwa 60 cm bestehen und die Dehnfugen in den

in Schichten insgesamt eine Länge besitzen, welche für die obere Schicht etwa 0,4%, für die nächstuntere Schicht etwa 03%, für die darauffolgende Schicht 0,2% und für die unterste der vier Schichten 0,1%, quer zu den Fugen gemessen beträgt Diese Prozentangaben beziehen sich

ν-, auf die waagerechte Abmessung einer Schicht quer zu den Fugen gesehen. Aufgrund ähnlicher Überlegungen, nach welchen die Bodenschichten aufgebaut werden, können auch ringförmige Ziegelschichten angewandt werden, die — indem sie an die Bodenschichten

4'.i angrenzen und diese begrenzen — die Wand des Herdes bzw. der Rast eines Hochofens bilden. Bei dieser Ausgestaltung sind zweckmäßig zumindest in der inneren Ringschicht die feuerfesten Steine ebenfalls mit offenen Dehnfugen nebeneinander angeordnet, wobei j die Weite der Dehnfugen der Weite der im Ofenboden vorgesehenen Fugen entspricht Insbesondere entspricht die Weite der Dehnfugen der thermischen Ausdehnung in tangentialer bzw. Kreisrichtung über den Temperaturbereich vom kalten Zustand bis zu einer Temperatur von etwa 50 bis 20O⁰C unter der Betriebstemperatur. Gute Ergebnisse wurden mit einer bevorzugten Ausmauerung erzielt, bei der die unteren Ringschichten aus Kchleziegeln aufgebaut sind und bei der der Ausdehnungsraum in Umfangsrichtung etwa

is 0,2% des Ringumfangs beträgt

Wenn auch die Erfindung speziell in Verbindung mit einer feuerfesten Ausmauerung des Bodens eines Hochofens beschrieben wurde, ist sie mit Vorteil auch auf die feuerfeste Ausmauerung des Bodens anderer

no Arten metallurgischer öfen, wie Kupolöfen u.dgl. anwendbar.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert Es zeigt

b5 F i g. 1 einen lotrechten Schnitt durch eine erfindungsgemäße feuerfeste Ausmauerung für den Boden eines Ofens,
F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie U-II in F i g. 1,

Fig.3 einen Schnitt längs der Linie IH-III in Fig. 1 und

Fig.4 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Detailansicht des Ausschnitts IV aus Fig. 1, von oben und in waagerechtem Schnitt gesehen.

In F i g. 1 sind bei 1 bis 5 schematisch verschiedene Bodenschichten eines Hochofens dargestellt. Die Schicht 1, d. h. der eigentliche Bodenstein, besteht ihrerseits ;aus mehreren Schichten, deren Zusammensetzung und Ausbildung an sich bekannt sind. Die Schichten 2 bis 5 sind bei der dargestellten Ausführungsform aus Kohleziegeln aufgebaut, obgleich die Wahl dieses Werkstoffs für die Erfindung nicht ausschlaggebend ist Diese Schichten besitzen jeweils eine Dicke von etwa 60 cm.

Fig.2, die eine Aufsicht auf die Schicht S zeigt, veranschaulicht das Schema, nach welchem die Ziegel in der Schicht angeordnet werden. Bei der dargestellten Ausführungsform beträgt der Bodendurchmesser etwa 10 m. Die darunter liegenden Schichten 2, 3 und 4 besitzen im wesentlichen das gleiche Schema, sind jedoch jeweils gegenüber der nächst oberen Schicht um 30° verdreht

In Fig. 1 und 2 sind die Kohleziegel 8 bis 12 der mittleren Ziegelreihe der Schicht 5 veranschaulicht. Verschiedene Stirnflächen der Ziegel bzw. Steine sind abgeschrägt wie dies beispielsweise an der Stoßfuge 13 angedeutet ist Auf diese Weise wird erreicht daß sich die Ziegel der gleichen Reihe miteinander verblocken oder verkeilen und dadurch einen mehr oder weniger großen Schutz vor einem Schwimmen in der Metallschmelze bieten. Wie eingangs erwähnt kann diese Gefahr auftreten, wenn das flüssige Eisen von hohem spezifischen Gewicht (etwa 7,8) zwischen und unter die Steine einer Schicht aus feuerfesten Steinen eindringen kann, die im allgemeinen ein spezifisches Gewicht von etwa 1,5 besitzen.

Die Kreuzchen in F i g. 1 geben diejenigen Stoßfugen an, die im kalten Zustand des Ofenbodens offen sind.

An der Schnittlinie I-1 gemäß F i g. 2 besitzen die vier Fugen in der gleichen Reihe eine Breite von beispielsweise 8 mm, 12 mm, 12 mm und 8 mm. Über die gesamte Fläche dieser Schicht hinweg beträgt die mögliche Gesamtausdehnung quer zu einer Fugenreihe etwa 0,4% der Länge der Schicht in derselben Richtung. In den unteren Schichten nehmen diese Prozentsätze auf etwa 03%, 0,2% und 0,1% ab. Die langen waagerechten Fugen zwischen den Steinreihen besitzen vorzugsweise eine mittlere Breite von etwa 5 mm bei gar keiner oder nur geringfügiger Abweichung der Breite zwischen den verschiedenen Fugen.

Beim Zusammensetzen der Bodenkonstruktion werden die Fugen zur Erleichterung einer genauen Ausrichtung mit Streifen oder Platten aus Kunststoff gefüllt Der Kunststoff brennt bereits bei sehr niedriger Temperatur ab, so daß die Fugen tatsächlich als offene Fugen wirken.

Längs der äußeren Mantelwand des Ofens ist eine Schicht 6 vorgesehen, die zum Teil aus in diesen Raum eingestampftem körnigem Material besteht Über der Schicht 5 ist ein Mauerwerk 7 in Form von ringförmigen Ziegel- bzw. Steinschichten vorgesehen. Fig.3 zeigt einen Teil dieser Ringschicht im Schnitt längs der Linie III-III in F i g. 1. Die Kohleziegel dieser Ringschicht von denen in F i g. 3 drei bei 14,15 und 16 angedeutet sind, sind jeweils durch Dehnfugen von 2 mm Breite voneinander getrennt.

F i g. 4 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Detailausschnitt IV aus F i g. 1, von oben und im waagerechten Schnitt durch die Schicht 4 gesehen. Zwei Steine 22 und 23 der Schicht 4 sind dabei so angeordnet, daß sie durch ihren gegenseitigen Abstand eine Fuge 17 festlegen. Die gestrichelten Linien 18 geben die Fuge zwischen zwei Steinen der nächst höheren Schicht 5 an, welche die Fuge 17 schneidet Zur Verhinderung einer Direktverbindung zwischen den Fugen 17 und 18 ist erstere durch einen kleinen Block bzw. Stein 19 unterbrochen, der in Ausnehmungen in den Steinen 22 und 23 eingesetzt ist

Der kleine Stein 19 legt mit gewissem Freiraum Fugen 20 und 21 fest die in diesem Bereich die Funktion der Fuge 17 übernehmen. In den parallel zur Zeichnungsebene liegenden Seitenflächen besitzt dieser kleine Stein keine offene Fuge, sondern ist in kaltem Zustand genau zwischen die Steine der benachbarten Schichten über und unter ihm eingepaßt Dieser kleine Stein 19 kann aus dem gleichen Material bestehen wie die benachbarten Steine in der gleichen Schicht

Die Ausbildung gemäß Fig.4 ist als zusätzliche Sicherheitsmaßnahme gegen ein Eindringen von Metallschmelze anzusehen. Wie eingangs erwähnt, ist diese Maßnahme in der Regel nicht notwendig, da ein Eindringen von Metallschmelze auch ohne diese Maßnahme in ausreichendem Maß verhindert wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Ausmauerung für den Boden metallurgischer Schachtöfen, insbesondere von Hochöfen, bestehend aus gegeneinander versetzten feuerfesten Steinlagen, bei der zwischen den Steinlägen und einem den Boden umschließenden Stahlmantel eine mit verdichtetem, körnigem Füllmaterial ausgefällte Fuge vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest in den oberen Bodenschichten (2 bis 5) mindestens zum Teil zwischen nebeneinanderliegenden feuerfesten Steinen offene Dehnfugen (z. B. 17,18) vorhanden sind, die Breite der Dehnfugen im kalten Zustand der thermischen Ausdehnung der nebeneinanderliegenden feuerfesten Steine in Richtung der Dehnfugen bei einer Temperatur zwischen 50 bis 200° C unterhalb der, Betriebstemperatur entspricht und zumindest die oberen Bodenschichten in Schemata angeordnet sind, die zueinander unter verschiedenen Winkeln angeordnet sind.

2. Ausmauerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Schnittpunkt zweier Dehnfugen benachbarter Bodenschichten (2 bis 5) die Dehnfuge (z.B. 17, 18) mindestens einer Bodenschicht durch einen kleinen Füllstein (19) unterbrochen ist, der in eine an dieser Stelle in den feuerfesten Steinen (22, 23) der Bodenschicht ausgebildete Ausnehmung eingesetzt ist

3. Ausmauerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen vier Schichten aus Kohlesteinen von einer Dicke von etwa 60 cm bestehen und daß die Dehnfugen in den Schichten insgesamt eine Länge besitzen, welche für die obere Schicht etwa 0,4%, für die nächstuntere Schicht etwa 03%, für die darauffolgende Schicht 0,2% und für die unterste der vier Schichten 0,1%, quer zu den Fugen gemessen, beträgt

4. Ausmauerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der im Anschluß an die Bodenschichten ringförmige Ziegel- bzw. Steincchichten als Wand für einen Herd bzw. eine Rast od. dgl. des Ofens eingebaut sind, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest in der inneren Ringschicht die feuerfesten Steine ebenfalls mit offenen Dehnfugen nebeneinander angeordnet sind, wobei die Weite der Dehnfugen der Weite der im Ofenboden vorgesehenen Fugen entspricht

5. Ausmauerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die unteren Ringschichten aus Kohleziegeln aufgebaut sind und daß der Ausdehnungsraum in Umfangsrichtung etwa 0,2% des Ringumfangs beträgt