DE2443305B2

DE2443305B2 - Ausmauerung des schachtes und/oder der rast eines hochofens

Info

Publication number: DE2443305B2
Application number: DE19742443305
Authority: DE
Original assignee: Hoogovens Ijmuiden Ijmuiden Niederlande BV
Current assignee: Estel Hoogovens BV
Priority date: 1973-09-12
Filing date: 1974-09-10
Publication date: 1977-07-28
Also published as: AT347981B; BR7407587D0; ZA745610B; DE2443305C3; FR2243404B1; ATA732774A; ES429961A1; NL170437B; LU70893A1; JPS5055504A; US3953007A; AU7304974A; DE2443305A1; SE7411477L; GB1421903A; NL170437C; CA1025659A; BE819817A; FR2243404A1; IT1020759B

Description

Die Erfindung betrifft eine Ausmauerung des Schachtes und/oder der Rast eines Hochofens, bei der zumindest ein Teil der ausgemauerten Innenwand mit Kühlplatten versehen ist, die in die Ausmauerung hineinreichen, wobei alle Kühlplatten jeweils in einer gemeinsamen waagerechtein Ebene angeordnet sind und mit einem erheblichen Teil ihrer Oberfläche in Berührung mit einem Ring ims einem ersten feuerfesten Material mit einem Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten λ von mindestens 25 kcal/h.m.°C bei 20° C stehen, und wobei an der durch diese Ringe gebildeten Oberfläche eine zum Ofeninneren hin gerichtete innenschicht aus

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(IO einem zweiten verschleißfesteren feuerfesten Material angeordnet ist. ,

Bei modernen Hochöfen hoher Leistung zeigt es sich, daß die Dauer einer Ofenreise zwischen zwei aufeinanderfolgenden Reparaturen zum großen Teil durch die Abnutzungs- oder Verschleißeigenschaften der Ofenausmauerung bestimmt wird.

Diese Eigenschaften hängen von einer großen Zahl von Faktoren, etwa der Beständigkeit gegen hohe Temperaturen, chemischen Angriff, mechanischer, Verschleiß usw, sowie von der Art der Kühlung des Ofens ab. Da von den modernen öfen immer höhere Leistungen verlangt werden, wurden bereits die verschiedenartigsten Anstrengungen unternommen, um die Betriebslebensdauer der feuerfesten Ausmauerung dabei dennoch ausreichend lang zu halten. Aus diesem Grunde wurden neben den herkömmlichen Kühlplatten oder Kühlkasten verschiedene neue Kühlsysteme entwickelt, beispielsweise Plattenkühler und Verdampfungskühlsysieme. Bei diesen Konstruktionen wird jedoch die Stabilität der Ausmauerung im Ofenschacht zu einem noch größeren Problem als im Falle von Kühlplatten.

Eine Ausmauerung der eingangs bezeichneten Gattung ist au:, der Literaturstelle »Journal of the Iron and Steel Institute«. April 1973. S. 264-273 bekannt. Dabei besteht die Innenschicht aus Schamottesteinen. Das Grundkonzepi dieser bekannten Ausmauerung besteht in der Überlegung, daß eine genügend starke Temperaturabsenkung an der Innenschicht durch die in die Ausmauerung hineinragenden Kühlplatten, wenn diese eng genug benachbart sind, eine ausreichende Lebensdauer der Ausmauerung gewährleistet.

Ähnlich ist es aus der DT-OS 20 50 443 bekannt, chemischen Angriff der Innenseite der Ausmauerung möglichst weitgehend dadurch zu vermeiden, daß durch entsprechende Wahl des Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten und des Wertes von Tu, der niedrigsten Temperaair in °C, bei welcher das Material unter Produktionsbedingungen noch nicht chemisch angegriffen wird, eine solche Abkühlung erzielt wird, daß im wesentlichen Indifferenz gegenüber chemischem Angriff auftritt. Hierzu werden für die Ausmauerung Materialien vorgeschlagen, deren Werte für Tu und die Wärmeleitfähigkeit so gewählt sind, daß das Produkt aus λ und Tu 4000 kcal/m.h. nicht unterschreitet. Diese Ausmauerung soll ausschließlich einer Vermeidung des chemischen Angriffes durch Absenkung der Temperatur unter den Tu-Wert des Materials durch homogenen Aufbau der Ausmauerung aus diesem gut wärmeleitfähigen Material in Verbindung mit intensiver Flächenkühlung dienen.

Ähnlich ist es aus der DT-OS 15 33 853, hier allerdings bei einer aus zwei Schichten aufgebauten Ausmauerung, bekannt, eine Innenschicht von niedrigerer Wärmeleitfähigkeit zur Vermeidung chemischer Angriffe mit einer Außenschicht extrem hoher Wärmeleitfähigkeit zu kühlen, die ihrerseits durch einen äußeren Kühlpanzer gekühlt ist. Diese bekannte Ausmauerung geht von der Erkenntnis aus, daß die intensive Kühlung der Innenschicht überraschenderweise keinen nachteiligen Einfluß auf den wirksamen Betrieb des Hochofens hat.

Bei allen diesen bekannten Ausmauerungen liegt das Grundkonzept somit darin, die Wärme an der Innenseite der Ausmauerung so gut abzulegen, daß die dortige Temperatur so stark abfällt, daß chemischer Angriff unterbleibt. Damit kann zwar ein Verschleiß durch chemiEchen Angriff weitgehend unterbunden

werden, jedoch ist die Länge einer Ofenreise andererseits durch mechanischen Verschleiß begrenzt, und zwar stark begrenzt, da zugunsten der Erzeugung eines optimalen Temperaturprofiles auf eine optimale Verschleißfestigkeit gegen Abrieb verzichtet werden muß. s Das Material für die Innenschicht oder die Innenseite der Ausmauerung ist bei diesen bekannten Ausmauerungen unter dem Aspekt eines möglichst hochliegenden Wertes für Tu gewählt, so daß durch intensive Kühlung dieser Wert von Tu an der Innenseite der Ausmauerung sicher unterschritten und damit chemischer Angriff unterbunden werden kann; die Festigkeit gegen mechanischen Verschleiß dieses derart spezifizierten Materials für die Innenschicht ist sodann vorgegeben.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ausmauerung der eingangs bezeichneten Gattung zu schaffen, die bei absoluter Stabilität eine optimale Widerstandsfähigkeit sowohi gegen chemischen Angriff als auch gegen mechanischen Abrieb gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Innenschicht aus einem hochverschleißfesten Werkstoff besteht, der eine untere Reaktionstemperatur Tu von mindestens 600⁰C und bei 20⁰C einen Leitfähigkeitskoeffizienten λ von mindestens 8 kcal/ '.5 h.m.° C besitzt.

Somit wird primär ein gegen Abrieb hochverschleißfestes Material, wie etwa Siliziumkarbid, für die Innenschicht gewählt, dessen mechanische Verschleißfestigkeit durch die optimale Verankerung durch ringförmig dicht angeordnete, waagerechte Kühlplatten weiter unterstützt wird, und dabei gleichzeitig die optimale Kühlwirkung der weit in die Ausmauerung hineinreichenden Kühlplatten auf die Innenschicht anhand der speziellen Ausbildung der Ausmauerung zu einer solchen Temperaturabsenkung an der Innenwand des Hochofens ausgenutzt, daß das dortige hochverschleißfeste Material bis in den Bereich seiner unteren Reaktionstemperatur Tu abgekühlt wird. Dadurch, daß die waagerechten Kühlplatten mit einem Ring aus Material extrem hoher Wärmeleitfähigkeit in enger thermischer Verbindung stehen, wird trotz der schichtartig in die Ausmauerung hineinragenden Kühlkasten eine über die gesamte Höhe vergleichmäßigte rasche Wärmeabfuhr aus dem hochverschleißfesten Material der Innenschicht gewährleistet.

Hochverschleißfestes Material wie Siliziumkarbid ist für die Ausmauerung eines Hochofens an zwei Einsatzstellen bekannt: Zum einen wird Siliziumkarbid als besonders abriebfestes Material an der fasi kalten Oberseite des Oberschachtes eingesetzt, wo beim Herunterfallen des Möllers die Ausmauerung starkem Verschleiß unterliegt, jedoch geringem Wärmeeinfall und geringem chemischen Angriff ausgesetzt ist. Hier wird also ausschließlich die bekannte Abriebfestigkeit von Siliziumkarbid genutzt. Zum anderen ist die Verwendung von Siliziumkarbid beispielsweise aus der DT-OS 15 33 853 für die dortige Außenschicht bekannt, wobei diesem Werkstoff eine vergleichsweise gute Wärmeleitfähigkeit zugeschrieben wird. Demgegen- fio über soll Siliziumkarbid oder ein ähnlicher hochverschleißfester Werkstoff mit der angegebenen Spezifikation erfindungsgemäß für die thermisch, chemisch und verschleißmäßig hochbelastete Innenschicht im Bereich der Rast oder des Schachtes eines Hochofens mit <<5 spezieller Ausbildung einer zusätzlichen Außenschicht und spezieller Ausbildung der Kühleinrichtung für die beiden Schichten eingesetzt werden.

Die Kontaktfläche zwischen jeder Kühlplatte und einem Ring aus dem ersten feuerfesten Material sollte groß genug sein, um eine gute Wärmeübertragung auf die Kühlplatten zu gewährleisten. In vielen Fällen werden daher die Seitenflächen der Kühlplatten mit dem durch den Ring gebildeten Kühlelement in Kontakt gebracht, obgleich andere denkbare Möglichkeiten darin bestehen, die Kühlplatten ebenfalls oder ausschließlich in Berührung mit der Ober- und/oder Unterseite dieses Kühlelementes zu bringen.

In Weiterbildung der Erfindung wird ein ausgezeichneter Zusammenhall der Ausmauerung dann erreicht, wenn die Ringe eine zahnartige Fläche bilden, in welcher die Innenschicht als zusammenhängende Schicht verankert ist. Durch die Verwendung der Ringe unter Bildung einer zusammenhängenden Außenschicht wird die Oberflächenkühlung an dieser thermisch stark belasteten Stelle weiter verbessert Durch Anordnung einer isolierenden Stampfmasse zwischen dem Ofenmantel und der Außenschicht wird nahezu die gesamte, durch die Wand übertragene Wärme durch die besser leitfähige Außenschicht auf die Kühlplatten übertragen. Dies bietet den Vorteil, daß der Ofenmantel vergleichsweise kühl bleibt und keine getrennte Kühlung, z. B. durch Sprühkühlung, erfordert.

Es hat sich jedoch als möglich erwiesen, gute Ergebnisse zu erzielen, wenn die Innenschicht aus getrennten Schichten oder Lagen besteht, welche die offenen Zwischenräume zwischen den Ringen ausfüllen. Der geringere Verschleißwiderstand des Materials der Ringe wird hierbei durch die höhere Verschleißfestigkeit der einander abwechselnden, dazwischen befindlichen Schichten ausgeglichen.

Im Schacht eines Hochofens werden optimale Ergebnisse erzielt, wenn die Ringe aus Graphit bestehen und die Innenschicht aus Siliziumkarbid-Steinen besteht. Dabei ist zu beachten, daß Siliziumkarbid infoige seiner im Vergleich zu Schamottesteinen hohen Wärmeleitfähigkeit sowie infolge seiner großen Festigkeit und seines niedrigen Ausdehnungskoeffizienten eine hohe Aufspaltfestigkeit besitzt. Aus diesem Grunde eignet sich dieses Material außerordentlich gut für die Anwendung an Stellen mit großen Temperaturänderungen, etwa im unteren Schacht.

Unterhalb des Ofenschachtes nimmt der Anteil an festen Stoffen in der Charge infolge des Schmelzens von Eisen und Schlacke ab. An diesem Punkt sind dalier andere Anforderungen an die Ausmauerung zu stellen. Insbesondere hatte sich gezeigt, aaß in der Rast, in welcher ein geringerer mechanischer Verschleiß zu erwarten ist, gute Ergebnisse mit einer Konstruktion erzielt werden können, bei welcher die Innenschicht aus getrennten Schichten oder Lagen besteht, weiche die offenen Zwischenräume zwischen den Ringen ausfüllen, wobei die Innenschicht aus Steinen aus Halbgraphit besteht und die Ringe aus Steinen aus Graphit bestehen; dabei befindet sich der Graphit vorzugsweise über und der Halbgraphit unter den Kühlplatten.

Obgleich in der Zone unterhalb des Schachtes die mechanische Abnutzung infolge des allmählichen Abschmelzens des Gutes abnimmt, kann dieser Verschleiß speziell im Oberteil der Rast und in der Übergangszone vom Schacht zur Rast nicht vollständig vernachlässigt werden. Die besten Ergebnisse werden daher in dieser Zone mit einer Ausmauerung erzielt, bei welcher die Innenschicht aus Siliziumkarbid besteht und die Ringe aus Graphitsteinen über den Kühlplatten angeordnet sind, während unter den Kühlplatten

Halbgraphitsteine vorgesehen sind.

Der sich einstellende Isothermenverlauf in der Ausmauerung hängt weitgehend von der Art der Ausmauerung und der Anordnung der Kühlplatten ab. Die besten Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn der s vertikale Kühlplattenabstand weniger als 60% der örtlichen Breite der Ausmauerung beträgt. Obgleich die Breite der Innenschicht und der Außenschicht, über die Höhe der Ausmauerung gesehen, unterschiedlich ist, hat es sich gezeigt, daß durch diese Wahl der Höhenvertei- to lung der Isothermenverlauf durch die Ausmauerung im Ofenbetrieb nur wenig von einer linearen Isothermenanordnung abweicht, so daß der Verschleiß der Ausmauerung sehr langsam und insbesondere gleichförmig fortschreitet. IS

Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Die Figur der Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch einen Teil der Wand eines Hochofens mit einer erfindungsgemäßen Ausmauerung. jo

Der in der Zeichnung veranschaulichte Hochofenteil umfaßt den Unterteil des Hochofenschachtes einschließlich des oberen Endes der Rast sowie die Übergangszone zwischen Schacht und Rast.

Ein Stahlmantel 1 umschließt eine feuerfeste Ausmauerung. In öffnungen in dem Stahlmantel 1 ist eine große Zahl von Kühlplatten 2 eingesetzt, die in die Ofenausmauerung hineinreichen und in Form waagerechter Ringe angeordnet sind. Diese Ringanordnungen sind, mit einer einzigen, konstruktionsbedingten Aus- in nähme, über die Höhe des Ofens hinweg auf jeweils gleiche Abstände voneinander verteilt.

Die Ausmauerung besteht aus drei verschiedenen Werkstoffen, nämlich Graphit, Siliziumkarbid und Halbgraphit, wobei diese Werkstoffe in der Zeichnung y<, durch Linksschraffur. Rcchtsschraffur bzw. Kreuzschraffur veranschaulicht sind.

Alle dargestellten Kühlplauen 2 sind an der Ober· und Unterseite von Schichten oder Lagen aus Graphitsteinen umgeben, die in den verschiedenen ^₀ Zonen der Ausmauerung mit 3,4 bzw. 5 bezeichnet sind. Die Graphitblöcke oder -steine um jede Kühlplatte 2 in einer waagerechten Ebene herum bilden dabei einen geschlossenen Ring aus Graphitblöcken innerhalb der Ausmauerung. Infolgedessen sind tatsächlich alle ^ Kühlplatten 2 in einer waagerechten Ebene zu geschlossenen, kreisförmigen KUhlringcn erweitert, da die Wärmeableitung durch das Graphit und die Wärmeübertragung vom Graphit zu den Kühlplatten 2 vergleichsweise groß ist. so

In den verschiedenen Zonen, also im Schacht I, in der Übergangszone Il und in der Rast IH, sind die geschlossenen Ringe auf unterschiedliche Weise in die restliche Ausmauerung einbezogen. Im Bereich des Schachtes I sind die durch die Schichten 3 gebildeten, geschlossenen Ringe auch durch lotrechte Teile der Graphitschichten miteinander verbunden, so daß eine die Kühlplatten 2 enthaltende Außenschicht 3 gebildet wird, die eine sehr intensive Kühlung des Restes der Ausmauerung gewährleistet. Die restliche Ausmauerung wird durch eine Innenschicht 6 aus Siliziumkarbidsteinen gebildet, in welcher sich kurze Steine mit langen Steinen abwechseln. Infolge dieser abwechselnden Anordnung von kurzen und langen Steinen wird eine zahnartige oder stufenförmige Grenzschicht gebildet, die eine gute Verankerung der Innenschicht 6 aus Siliziumkarbid in der gekühlten Außenschicht 3 aus Graphit gewährleistet. Aufgrund des hohen Werts der unteren Reaktionstemperatur Tu von Siliziumkarbid, die über 600⁰C liegen kann, in Verbindung mit den anderen bekannten, überlegenen Verschleißeigenschaften von Siliziumkarbid wird hierdurch eine Innenschicht 6 erzielt, die sowohl chemisch als auch mechanisch gegenüber der sich an ihr entlang bewegenden Ofenfüllung sehr beständig ist.

Die optimale Wirkung dieser Konstruktion wird jedoch durch die gute Verankerung dieser verschleißfesten Innenschicht 6 in der Außenschicht 3 erreicht, die ihrerseits eine sehr gleichmäßige und intensive Kühlung gewährleistet.

In dem Bereich der Rast III, in welcher die Abreibwirkung der Ofencharge weniger intensiv ist, ist das Siliziumkarbid durch Halbgraphitblöcke 8 ersetzt, während sich die Graphitschicht 5 bis vor die Kühlplatte 2 erstreckt. Wegen der im Vergleich zu Siliziumkarbid besseren Wärmeleitfähigkeit des Graphits ist es in dieser Zone nicht erforderlich, die geschlossenen Ringe der Graphiistcine miteinander zu verbinden, so daß diese Ringe durch große Steine aus Halbgraphit vollständig voneinander getrennt sein können. In der Übergangs/one Il zwischen dem Schacht I und der RaM 111 ist eine Zwischenkonstruklion vorgesehen, bei welcher die geschlossenen Ringe aus Graphitblockcn 4 ebenfalls vollständig durch Halbgraphit 7 voneinander getrennt sind, in welcher jedoch an der Innenseite eine Innenschicht 9 aus Siliziumkarbidstcincn vorgesehen ist Diese Innenschicht 9 braucht nicht - wie dies im Schacht 1 erforderlich ist — in der AuUenkon&truktion verankert zu sein, da die Ausmauerung in der Rast tll und in der Obergangszone Il selbsttragend ist.

Hierzu 1 Blau Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Ausmauerung des Schachtes und/oder der Rast eines Hochofens, bei der zumindest ein Teil der s ausgemauerten Innenwand mit Kühlplatten versehein ist, die in die Ausmauerung hineinreichen, wobei alle Kahlplatten jeweils in einer gemeinsamen waagerechten Ebene angeordnet sind und mit einem erheblichen Teil ihrer Oberfläche in Berührung mit einem Ring aus einem ersten feuerfesten Material mit einem Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten Λ von mindestens 25 kcaJ/h.ra.°C bei 20⁰C stehen, und wobei an der durch diese Ringe gebildeten Oberfläche eine zum Ofeninneren hin gerichtete is Innenschicht aus einem zweiten verschleißfesteren feuerfesten Material angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenschicht (9) aus einem hochverschleißfesten Werkstoff besteht, der eine untere Reaktionstemperatur (Tu) von mindestens 600° C und bei 20° C einen Leitfähigkeitskoeffizienten λ von mindestens 8 kcal/h.m.° C besitzt.

2. Ausmauerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe eine zahnartige Fläche bilden, in welcher die Innenschicht (9) als zusammenhängende Schicht verankert ist.

3. Ausmauerung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Innenschicht (9) aus gel rennten Schichien oder Lagen besteht, welche die offenen Zwischenräume zwischen den Ringen ausfüllen.

4. Ausmauerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe aus Graphit bestellen und die Innenschicht (9) aus SiC-Steiner. besteht.

fi. Ausmauerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenschicht (9) in der Übergangszone (II) vom Schacht zur Rast aus SiC besteht und daß die Ringe aus Graphitsteinen (4) über den Kühlplatten (2) angeordnet sind, während unter den Kühlplatten Halbgraphitsteine (7) vorgesehen sind.

6. Ausmauerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenschicht in der Rast (HI) aus Steinen aus Haibgraphit (8) besteht und die Ringe aus Steinen (5) aus Graphit bestehen, wobei sich der Graphit vorzugsweise über und der Halbgraphit unter den K ühlplatten (2) befindet.

7. Ausmauerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der vertikale Kühlplattenabstand weniger als (>0% der örtlichen Breite der Ausmauerung beträgt.