DE2221639A1

DE2221639A1 - Verfahren zur feuerfesten Ausfutterung der praktisch lotrechten Wandteile eines Ofens

Info

Publication number: DE2221639A1
Application number: DE19722221639
Authority: DE
Inventors: Caar Jacobus Van
Original assignee: KONINKLIJKE HOOGOVENS EN STAAL; Koninklijke Nederlandsche Hoogovens en Staalfabrieken NV
Current assignee: KONINKLIJKE HOOGOVENS EN STAAL; Koninklijke Nederlandsche Hoogovens en Staalfabrieken NV
Priority date: 1971-05-03
Filing date: 1972-05-03
Publication date: 1972-11-09
Also published as: NL7106028A; US3805466A; GB1355765A; DE2221639C3; CA963655A; BE782955A; ZA722996B; FR2135606B1; NL170870C; IT955200B; JPS5440486B1; FR2135606A1; DE2221639B2

Description

Patentanwalt Patentanwälte

Dr. phil. Gerhard Henkel Dr. rer. nat. Wolf-Dieter Henkel

D-757 Baden-Baden Balg Di ρ I.-I ng. Ralf M. Kern

Waldgasse20 p_{f rer na}t. Lothar F β 11 β Γ

ie,, (07221,63427 D-8 München 90

Tel6QT."Adf■ I ElllpeoiG Βθΰ·Λ*Ββα·Π . .—.-μ α^—μ β*» *ι

fcuuara-iiuMTiiu-bir. z -j Tel.: (0811) 663197

T*l*gr.-Adr.i Elllpaold MOndiwi

Koninklijke Nederlandsche ·. --._;._; ^, _t! «_.- . ,₇ Hoogovens en Staalfabrieken N.V·,
Ijmuiden, Niederlande

Verfahren zur feuerfesten Ausfutterung der pralitisch lotrechten Wandteile eines Ofens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur feuerfesten Ausfutterung bzw· Ausmauerung praktisch lotrechter Wandteile, die im Betrieb mit einer Flüssigkeit bzw» Schmelze in Berührung stehen, eines Ofens, insbesondere eines metallurgischen Schachtofens oder Hochofens, bei welchem unmittelbar an einem aus feuerfesten Elementen bestehenden Ofenboden die sich an den Boden anschließenden Wandteile ebenfalls mit feuerfesten Elementen ausgefuttert sind. .

Außerdem bezieht sich die Erfindung auf einen auf diese Weise ausgefutterten bzw· ausgemauerten metallurgischen Schachtofen, insbesondere einen Hochofen für die Eisenerzreduktion. ' .

Im folgenden ist die Erfindung in Verbindung mit einem fahren zum Ausfuttern einer solchen Hochofenwand näher erläutert. Selbstverständlich ist die Erfindung jedoch nicht auf dieses Anwendungsgebiet beschränkt, sondern läßt sich

»2-

20 9 846/0928

vorteilhaft auf die feuerfeste Ausfutterung bzw. das Mauerwerk zahlreicher anderer Ofenarten, sowohl metallurgischer als auch anderer Öfen, anwenden.

Beim Anheizen eines Hochofens .erhöht sich die Temperatur der feuerfesten Zustellung und erreicht an deren Innenseite Werte, welche den im Ofen vorherrschenden Temperaturen entsprechen, d.h. etwa 11fOO⁰C für Eisenschmelzen· Dabei besitzt das feuerfeste Futter die Tendenz, sich unter Wärmeeinfluß auszudehnen» Die Temperatur des Ofenbodens erhöht sich ebenfalls, so daß seine Dicke zunimmt und mithin das Wandfutter in Aufwärtsrichtung zu verschieben bestrebt ist.

In vielen Fällen ist der Ofen jedoch derart ausgelegt, daß sich das feuerfeste Futter nicht frei in Aufwärtsrichtung ausdehnen kann· Insbesondere im Fall eines Hochofens stellen zahlreiche die Ofenwand durchsetzende Elemente, wie die Reihen von Blaserohren bzw_o Winddüsen und die Eisen-Abstichlöcher, ein Hindernis für eine solche Aufwärtsausdehnung des Futters dar· Dies führt dazu, daß das Futter bzw« das Mauerwerk der Ofenwand hohen Druckkräften ausgesetzt wird« Bei kleineren Öfen bewirkt dieser Druck eine gute Abdichtung des Ofenfutters, ohne schädliche Auswirkungen mit sich zu bringen· Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei den heutigen Hochöfen mit zunehmenden Abmessungen und höheren Ausstoßleistungen die thermische Ausdehnung des feuerfesten Wandfutters schwerwiegende Probleme aufwirft. Insbesondere besteht dabei die Gefahr eines Zerquetschens der feuerfesten Elemente, aus welchen das Futter der Ofenwand aufgebaut ist. Dieses Zerquetschen, das auf die hohen lokalen Druckspannungen zurückzuführen ist, kann zu einer erheblichen Verkürzung der Betriebslebensdauer des Ofenfutters führen,

209846/0928

Da die feuerfesten Elemente übereinander gestapelt sind, ist es'unmöglich oder sehr schwierig, eine Lösung dieses Problems dadurch zu realisieren, daß Dehnfugen zwischen den aufeinander aufliegenden Elementen vorgesehen werden. Es ist zwar theoretisch denkbar, daß die feuerfesten Elemente mit etwas geneigten oder schräggestellten Ober*· und Unterseiten versehen werden, so daß im kalten Zustand freie Fugen zwischen den gestapelten feuerfesten Elementen vorhanden sind, die an der Innenseite weiter sind und deren Weite bzw· Breite zur Außenseite hin .abnimmt· Bei richtiger Bemessung und Formung würde diese Lösung eine Ausdehnmöglichkeit bieten, die in jedem beliebigen Bereich der tatsächlichen, beim Aufheizen auftretenden Ausdehnung entspricht· In der Praxis hat es sich jedoch als unmöglich erwiesen, die Innenwand des Ofens zu annehmbaren Kosten auf diese Weise auszubilden· Außerdem besteht dabei die Gefahr, daß sich die Fugen nicht vollständig schließen, so daß die Metallschmelze, auch infolge der in den betreffenden Bereichen des Ofen-Unterteils herrschenden hohen Drucke, zwischen den Steinen nach außen hindurchdringen kann*

Im Hinblick auf die genannten.Schwierigkeiten beruht die Erfindung auf einem völlig neuartigen Grundgedanken zur Vermeidung des Auftretens hoher Druckspannungen im Futter der Ofenwand,

Demzufolge besteht die Erfindung darin, daß zumindest in den Innenschichten des Wandfutters ein Teil der feuerfesten Elemente abwechselnd mit Füll- bzw· Zwischenplatten gestapelt wird, welche über einen Temperaturbereich von einigen hundert Grad Celsius hinweg erweichen, wobei die Gesamtdicke der übereinander angeordneten Zwischenplatten in lotrechter Richtung der gesamten lotrechten thermischen Ausdehnung der Innenseite des betreffenden Teils d?s Wandfutters

209846/0928

in der gleichen Zone zwischen zwei lotrecht voneinander getrennten Punkten, an denen die lotrechte Ausdehnung verhindert wird und von denen einer über und einer unter den Zwischenplatten liegt, und wobei die thermische Ausdehnung derjenigen vom kalten Zustand bis zu einem um etwa 50 - 3500 C unter der normalen Betriebstemperatur liegenden Temperaturwert des Putters an der Ofen- bzw· Innenseite entspricht.

Insbesondere besteht ein Merkmal der Erfindung darin, daß eine Gesamtdicke der übereinander angeordneten Zwischenplatten verwendet wird, welche der lotrechten Ausdehnung des Ofenbodens und der Innenseite des bis zu dem höherliegenden Punkt reichenden Teils des Wandfutters entspricht, an dem eine lotrechte Ausdehnung verhindert wird.

Bei diesem Verfahren ist es ohne weiteres möglich, feuerfeste Elemente mit parallelen Ober- und Unterseiten unter Zwischenfügung flacher Püll« oder Zwischenplatten aufeinander zu stapeln. Diese Zwisehenplatten bilden im kalten Zustand des Ofens und auch zu Beginn seiner Aufheizung tragende Elemente des Ofenfutters. Wenn der Ofen auf zunehmende Temperatur aufgeheizt wird, beginnen sich die Zwischenplatten von der Innen« bzw. Ofenseite zur Außenseite hin allmählich zu erweichen, so daß sie für die Ausdehnung der feuerfesten Elemente des Ofenfutters nachgeben. Gleichzeitig halten die Zwischenplatten jedoch an der vom Ofeninneren abgewandten Seite ihre Tragfunktion aufrecht. Wenn der Ofen den endgültigen Betriebs-Temperaturwert erreicht hat, bilden die feuerfesten Elemente an der Ofen- bzw. Innenseite eine durchgehende Fläche, ohne offene Fugen zwischen sich festzulegen. Hierzu ist es notwendig, daß die gesamte Ausdehnungsmöglichkeit mit erweichten und ausgepreßten Zwischenplatten bereits erreicht ist, bevor die Endtemperatur

209846/0928

des Ofens erreicht wird; zu diesem Zweck schlägt die Erfindung vor, daß dieser Schließzustand der Fugen bei einer Temperatur erreicht wird, die um etwa 50 -■ 30O⁰C unter der Betriebstemperatur des Ofens liegt. In diesem Fall ist es ohne weiteres möglich, daß an der vom Ofeninneren abgewandten Seite noch tragende Restteile der Zwischenplatten vorhanden sind.

Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es wesentlich, daß die Füll- bzw. Zwischenplatten nicht abrupt, erweichen, weil dies zu einem Zusammenbruch des feuerfesten Futters führen könnte. Es hat sich gezeigt, daß erfindungsgemäß gute Ergebnisse erzielt werden können, wenn die Zwischenplatten aus einem geschichteten Verbundmaterial bestehen, dessen verschiedene Schichten Erweichungsbereiche haben, die in voneinander getrennten Temperaturzonen liegen_e Insbesondere hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die eine Schicht zwischen 200° und 600⁰C und eine zweite Schicht zwischen 600° und HOO⁰C erweicht. Genauer gesagt, hat es sich auch erfindungsgemäß als vorteilhaft erwiesen, daß die erste Schicht aus einer Glasfasermatte und die zweite Schicht aus einer Lage Asbestfasern besteht. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Zwischenplatten aus mehr als zwei Schichten aufzubauen, bei denen sich Glasfasern und Asbestfasern gegenseitig abwechseln.

Wie eingangs angedeutet, müssen die erweichenden Zwischenplatten in manchen Fällen für die Ausdehnung sowohl des Ofenbodens als auch des feuerfesten Wandfutters bis hinauf zu den Winddüsen oder den Abstichlöchern in der Ofenwand nachgeben. In der Praxis hat es sich herausgestellt, daß diese Ausdehnungsmöglichkeit für gewöhnlich erreicht werden kann, wenn die Zwischenplatten erfindungsgemäß eine

209846/0 928

Dicke von bis zu etwa 0,Z$ der Höhe der feuerfesten Wandelemente besitzen. Dies trifft insbesondere bei Verwendung von Kohlenstoffsteinen zu.

Es hat sich herausgestellt, daß das allmähliche Erweichen der Schichten der Zwischenplatten von innen nach außen dazu führt, daß die Zwischenplatten eine thermische Ausdehnung über einen weiten Temperaturbereich ermöglichen und außerdem eine ausreichende Unterstützung des Wandfutters gewährleisten. In dieser Hinsicht hat es sich erfindungsgemäß als durchaus vorteilhaft erwiesen, wenn die an eine metallene Außenwand angrenzende Außenlage des feuerfesten Futters aus Graphit besteht» Dabei bleibt diese Schicht oder Lage ziemlich kühl und böebet somit zusätzliche Sicherheit gegen ein Durchdringen von Eisenschmelze durch die Ofenwand,

Wie erwähnt, bezieht sich die Erfindung nicht nur auf das Verfahren zum Ausfuttern von Ofenwänden, sondern betrifft auch auf diese Weise ausgefutterte metallurgische Schachtofen und insbesondere Hochöfen für die Eisenerzreduktion.

Es hat sich herausgestellt, daß bei einem auf diese Weise ausgefutterten Hochofen die Gefahr eines lokalen Zerquetschens des Wandfutters vollständig vermieden wird, so daß dieses feuerfeste Futter eine wesentlich längere Betriebslebensdauer besitzt«

Im folgenden ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert_f die schematisch im lotrechten Schnitt einen Teil der Gestell- oder Rastwand und des Bodens bzw· Bodensteins eines Hochofens

209846/0928

"" 7 —

zeigt. Da diese Konstruktion mit Ausnahme der Abstichlöcher um die lotrechte Achse herum symmetrisch ausgebildet ist, sind nur die linke Seite der Rast und des Bodens dargestellte

Der in der Zeichnung dargestellte Hochofen weist einen Stahl-Mantel 1 und eine Bodenplatte 2 auf. Auf der aus Stahl bestehenden Bodenplatte 2 sind Bodenschichten 3 bis 7 aufgebaut. Auf der Bodenschicht 7 ist das Wandfutter aus feuerfesten Blöcken bzw. Steinen in Schichten 8 bis 12 aufgebaut. Die obere Schicht 12 ist von einer Reihe von Windformen 13 umschlossen, die in verschiedenen Radialpositionen um den Ofen herum in diesen einmünden und am Stahl-Mantel 1 befestigt sind* Zwischen den Schichten 8 bis 12 und dem Stahl-Mantel 1 ist eine Schicht IZf aus Graphitmaterial angeordnet.

Die Steine der Schichten 8 bis 12 besitzen jeweils eine · Dicke von etwa 60 cm. Zwischen diesen Steinen sind Fülloder Zwischenplatten 15 mit einer Dicke von etwa 2,0 mm angeordnet. Diese Zwischenplatten bestehen aus zwei Schichten, nämlich einmal einer Schicht aus Glasfasermatte und einer Schicht aus Asbestfasern· Dabei ist es unerheblich, welche der beiden Schichten oben liegt.

Es hat sich gezeigt, daß die auf diese Weise ausgefutterte Gestell- bzw. Rastwand eine wesentlich längere Betriebslebensdauer besitzt als übliche Rastwände. Nach dem Abkühlen, bei Außerbetriebnahme eines solchen Ofens zeigte es sich, daß die dem Ofeninneren zugekehrte Innenfläche des Futters keinerlei Zerquetschung bzw. Bruch erlitten hatte; dies traf auf alle Schichten 8 bis 12 zu.

209846/0928

Wenn das nicht dargestellte Eisen-Abstichloch ebenfalls eine nicht bewegbare, starr mit dem ßtahlmantel 1 verbundene Konstruktion ist, muß die lotrechte Ausdehnung des Bodens getrennt in einer unter diesem Abstichloch gelegenen Zone aufgefangen werden* In der Regel ist dies nur mit Hilfe einer einzigen, zwischen den Boden 'und die erste Wandschicht 8 eingefügten Zwischenplatte möglich.

Die Ausdehnung zwischen dem Abstichloch und den Winddüsen sollte in jedem Fall lokal getrennt durch Zwischenplatten aufgenommen werden»

Weiterhin ist darauf hinzuweisen, daß es nicht ratsam ist, waagerechte Dehnfugen bzw· Zwischenplatten zwischen den Bodenschichten vorzusehen, da diese ein Hindernis für den Wärmefluß durch den Ofenboden darstellen wurden.

-9-

209846/0928

Claims

m 9 -

Patentansprüche

1. Verfahren zur feuerfesten Ausfutterung bzw. Ausmauerung praktisch lotrechter Wandteile, die im Betrieb mit einer Flüssigkeit bzw* Schmelze in Berührung stehen, eines Ofens, insbesondere eines metallurgischen- Schachtofens oder Hochofens, bei welchem unmittelbar an einem aus feuerfesten Elementen bestehenden Ofenboden die· sich an den Boden anschließenden Wandteile ebenfalls mit feuerfesten Elementen ausgefuttert sind, dadurch gekennzeichnet, ■ daß zumindest in den Innenschichten des Wandfutters ein Teil der feuerfesten Elemente abwechselnd mit Füll»- bzw. Zwischenplatten gestapelt wird, welche über einen Temperaturbereich von einigen hundert Grad Celsius hinweg erweichen, wobei die .Gesamtdicke der übereinander angeordneten Zwischenplatten in lotrechter Richtung der gesamten lotrechten thermischen Ausdehnung der Innenseite des betreffenden Teils des Wandfutters in der gleichen Zone zwischen zwei lotrecht voneinander getrennten Punkten, an denen die lotrechte Ausdehnung verhindert wird und von denen einer über und einer unter den Zwischenplatten liegt, und wobei die thermische Ausdehnung derjenigen vom kalten Zustand bis zu einem um etwa 50 - 300⁰C unter der normalen Betriebstemperatur liegenden Temperaturwert des Putters an der Ofen- bzw. Innenseite entspricht·

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gesamtdicke der übereinander angeordneten Zwischenplatten verwendet wird, welche der lotrechten Ausdehnung des Ofenbodens und der Innenseite des bis zu dem höherliegenden Punkt reichenden Teils des Wandfutters

2098A6/0928

m 10 -

entspricht, an dem eine lotrechte Ausdehnung verhindert wird,

5, Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Zwischenplatten geschichtetes Verbundmaterial verwendet wird, dessen verschiedene Schichten Über unterschiedliche Temperaturbereiche verlaufende Erweichungspunkte besitzen.

k. Verfahren nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß Zwischenplatten aus mindestens zwei Schichten verwendet werden, von denen mindestens eine bei einer Temperatur von 200 - 600°C und mindestens eine andere bei einer Temperatur von 600 - 1100⁰C erweicht.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als mindestens eine Schicht der Zwischenplatten eine Glasfasermatte und als mindestens eine andere Schicht Asbestfasern verwendet werden»

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche zum Ausfuttern der Innenwand eines Hochofens zwischen dem Bodenstein und den Winddüsen oder den Abstichlöchern, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenplatten in einer Gesamtdicke von bis zu etwa 0,4$ der Gesamthöhe der feuerfesten Elemente in der sich zwischen den genannten Teilen erstreckenden Wand verwendet werden.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschicht des feuerfesten Putters in Form von Graphit verwendet wird und unmittelbar an eine metallene Außenwand angrenzt.

209846/0.9 28