DE2637993A1

DE2637993A1 - Ofenwandelement

Info

Publication number: DE2637993A1
Application number: DE19762637993
Authority: DE
Inventors: Bernard Bahout; Jean-Pierre Motte; Pierre Vayssiere
Original assignee: Institut de Recherches de la Siderurgie Francaise IRSID
Current assignee: Institut de Recherches de la Siderurgie Francaise IRSID
Priority date: 1975-08-28
Filing date: 1976-08-24
Publication date: 1977-03-10
Also published as: US4079184A; SE7608213L; JPS5230205A; FR2322343A1; GB1508097A

Description

DR.-ING. EUGEN MAIER DR.-ING. ECKHARD WOLF

PATENTANWÄLTE

DRESDNER BANK AG TELEFON; (O711) 242761/2 STUTTGART NR. 192O534

Telegramme: Mentor 7 STUTTGART 1, PISCHEKSTR. 19 Postscheck stgt. 2S200-709

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INSTITUT DE RECHERCHES DE LA SIDERURGIE FRANgAISE

185, rue President Roosevelt Saint-Germain-en-Laye, Yvelines (Frankreich)

Ofenwandelement

Die Erfindung betrifft ein Wandelement für Öfen der metallurgischen Industrie und insbesondere für Öfen, wie sie bei der EleTctro-Stahlerzeugung Verwendung finden«

Bei der Elektro-Stahlerzeugung in Lichtbogen-, Induktions- und Widerstandsöfen geht die Entwicklung, um die Produktion zu steigern, zu immer höheren Nutzleistungen und größerem Energiebedarf. Hiermit ist jedoch der Nachteil einer verhältnismäßxg kurzen Lebensdauer der feuerfesten Auskleidung verbunden, die

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einem umso rascheren Verbrauch unterliegt, je höheren Schmelz- und Uberhitzungstemperaturen sie ausgesetzt ist. Insbesondere die oberhalb der Schlacke gelegenen Zonen, die der Strahlung des elektrischen Lichtbogens ausgesetzt sind, stellen die Bereiche der Wandung dar, die eines besonderen Schutzes bedürfen. Hierzu wurde schon vorgeschlagen, an diesen Stellen Kühlblöcke vorzusehen, als welche meist metallische Blöcke Verwendung fanden, die in ihrem Inneren eine Kühlmittelleitung und an ihrer dem Ofenraum zugewandten Innenseite Aussparungen zur Aufnahme von feuerfesten Steinen entsprechender Abmessungen aufweisen. Die Zwischenräume zwischen zwei Reihen solcher über die Metallblöcke überstehender Steine werden hierbei entweder mit feuerfester Masse ausgegossen oder mit einer feuerfesten Stampfmasse ausgefüllt. Auf diese Weise erhält man ein gekühltes Wandelement mit fortlaufender feuerfester Auskleidung, die jedoch nicht homogen ist, da sich zwischen je zwei Reihen Vorgefertigter feuerfester Steine eine Schicht vergossener oder eingestampfter feuerfester Masse be findet .

Ein solches Wandelement weist zwar entscheidende Vor teile gegenüber einem seither üblichen nicht gekühlten Wandelement auf, es haften ihm jedoch aber auch gewisse Nachteile an. Es bereitet nämlich einige Schwierigkeiten,

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feuerfestes Material an der Oberfläche eines solchen metallischen Kühlblockes zu befestigen_; und im Falle der Verwendung von in Aussparungen der Metallblöcke eingesetzten Steinen ist es notwendig, die Fugen zwischen zwei solchen Steinen mit feuerfester Stampfmasse auszufüllen, obwohl sie in die Aussparungen eingesetzt sind. Es besteht hierbei im Falle einer Beschädigung oder Zerstörung der Fugenmasse die Gefahr eines Einsturzes der so aufgebauten Auskleidung, die auf eine ungleiche Wärmeausdehnung oder auch auf eine vorzeitige örtliche Abnutzung zurückgehen kann. Die Wiederherstellung einer solchen Auskleidung auf der Höhe der einzelnen gekühlten Metallblöcke ist jedoch sehr zeitraubend. Man muß nämlich zuerst das feuerfeste Fugenmaterial entfernen, die alten Steine aus ihrer Verankerung ausbrechen und hierauf wieder neue Steine in die Aussparungen einsetzen und von neuem die Fugen mit feuerfestem Material ausfüllen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Wandelement für einen hohen Temperaturen ausgesetzten Ofen zu schaffen, das aus einem mit einer Kühlung versehenen Metallblock besteht, an dem die feuerfeste Auskleidung zuverlässig und dauerhaft verankert ist.

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Der Erfindung liegt des weiteren die Aufgabe zugrunde, ein solches Wandelement so zu gestalten, daß die feuerfeste Auskleidung ohne Mühe und rasch ausgewechselt werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Metallblock an seiner an die Auskleidungssteine angrenzenden Innenseite der Verankerung dieser Auskleidungssteine dienende, eine rückwärtige Einschnürung aufweisende Organe aufweist, die in entsprechende, an der Rückseite der Auskleidungssteine vorgesehene Aussparungen eingreifen.

Diese Verankerungsorgane werden vorteilhafterweise durch einstückig mit den Metallblöcken zusammenhängende, einen birnenförmigen Querschnitt aufweisende Vorsprünge gebildet, die die entsprechenden Aussparungen in den feuerfesten Steinen entweder ganz oder nur zum Teil ausfüllen. Die in den feuerfesten Steinen vorgesehenen Aussparungen können sich über die ganze Breite bzw. Höhe eines Steins oder auch nur entlang eines Teils der Rückseite eines Steins erstrecken.

Die Verankerungsorgane können auch als Zuganker ausgebildet sein, deren von den Aussparungen der feuerfesten Steine aufgenommene Enden eine Verdickung bzw. eine

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Verbreiterung aufweisen und deren andere Enden sich elastisch an der Vorderseite der Metallblöcke abstützen.

Die mit den Metallblöcken einstückig ausgebildeten , die Verankerungsorgane bildenden Vorsprünge werden vorteilhafterweise mittels der die Metallblöcke durchsetzenden Kühlmittelleitungen gekühlt, wobei diese Leitungen im Bereich der Vorsprünge gekröpft ausgebildet sind. Werden als Verankerungsorgane Zuganker verwendet, so können an diesen zur Verbesserung des Wärmeübergangs konische Stahlummantelungen vorgesehen. sein oder die Zuganker können selbst als doppelwandige Kühlmittelleitungen ausgebildet sein. Die auf die äußeren Enden der Zuganker aufgeschraubten Muttern liegen vorteilhafterweise nicht unmittelbar an den Metallblöcken an, sondern stützen sich zur Aufnahme von Wärmespannungen an zwischengeschalteten Federringen ab.

Das erfindungsgemäße Wandelement besteht somit aus einem äußeren, eine Kühlmittelleitung aufnehmenden metallischen Block und mit diesem zuverlässig und dauerhaft verbundenen, der Auskleidung des Ofens dienenden feuerfesten Steinen. Die Kühlung dieser

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Steine erhöht deren Lebensdauer, aber vergrößert auch die Gefahr eines Ausbruchs dieser Steine. Eine zuverlässige Verankerung der feuerfesten Steine vermindert bzw. beseitigt diese Gefahr, so daß, wenn gleichzeitig noch eine gute Kühlung gewährleistet ist, Wandelemente sehr hoher Lebensdauer erhalten werden.

Auch die Wiederherstellung einer defekten Auskleidung kann in verhältnismäßig kurzer Zeit bewerkstelligt werden. Man verschiebt hierbei die feuerfesten Steine seitlich entlang der Vorsprünge der Metallblöcke, um sie seitlich zu entfernen, und bringt auf dieselbe Weise neue Steine an deren Stelle. Weisen bei der Verwendung von Zugankern die Steine eine durchgehende Aussparung auf, so kann man auf dieselbe Weise verfahren. Ist dies nicht der Fall, so muß man die Zugankerverbindung lösen, den Zuganker mitsamt dem feuerfesten Stein aus dem metallischen Block herausziehen und durch einen neuen, mit einem Zuganker versehenen Stein ersetzen. In diesem Fall kann man sogar nur einen einzelnen schadhaften Stein oder eine Gruppe von Steinen ersetzen, wenn die Abnutzung der Auskleidung der Ofen wandung nicht gleichmäßig erfolgte.

Der Einbau eines elastischen Zwischengliedes zur Abstützung der Zuganker bietet die Möglichkeit, ein

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sattes Anliegen der feuerfesten Steine an der Oberfläche eines Metallblocks zu gewährleisten. Auf diese Weise wird der Wärmeübergang zwischen dem gekühlten Metallblock und den feuerfesten Steinen verbessert, ohne daß das Risiko eines Bruchs der Steine bei ihrer⁴ Verankerung eingegangen werden müßte. Bei der Verankerung der feuerfesten Steine mittele eines Zugankers wird ebenfalls eine nachhaltige Kühlung der Steine erzielt, wodurch die Lebensdauer der feuerfesten Auskleidung wesentlich erhöht wird.

In der Zeichnung sind in schematischer Weise Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Wandelements dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Wandelement

gemäß einem ersten Ausführungsbeispielϊ

Fig. 2 einen Schnitt durch ein Wandelement

gemäß einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 3 in schaubildlicher Darstellung einen feuerfesten Stein, wie er bei beiden vorgenannten Ausführungsbeispielen Verwendung finden kann;

Fig. 4 einen Schnitt durch ein Wandelement

gemäß einer gegenüber Fig. 2 abgewandelten Ausführ ungs form j

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Fig. 5 in schaubildlicher Darstellung einen feuerfesten Stein, wie er bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig., 4 Verwendung finden kann.

Bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1,2 und 4 ist ein metallischer Block 1 vorgesehen, in dessen Innerem eine Kühlmittelleitung 5 angeordnet ist. Dieser Block kann ein einfacher Wasserkasten sein, vorzugsweise ist er jedoch ein aus Stahl oder Kupfer hergestellter Gußblock, in dem die Kühlmittelleitung ausgespart ist. An seiner den feuerfesten Steinen zugewandten Seite sind mehrere Verankerungsorgane 3 vorgesehen, die einen Fuß 8 und an diesen anschließend einen sich verbreiternden, ein Widerlager bildenden Teil 9 aufweisen. Die feuerfesten Steine weisen auf einer ihrer Seitenflächen eine durchgehende Aussparung 4 auf, deren Querschnitt demjenigen der Verankerungsorgane 3 entspricht. Auf diese Weise wird von jedem Verankerungsorgan ein feuerfester Stein gehalten, der zusammen mit den Nachbarsteinen eine fortlaufende Auskleidung bildet. Die Verankerungsorgane können, wie im Falle der Fig. 1 und 2, einen sich verbreiternden Teil 9 mit nahezu kreisförmigem Querschnitt oder auch mit einem schwalbenschwanzformigen Querschnitt aufweisen , wie dies Fig. 4 zeigt. Anstelle der schwalbenschwanzformigen Verbreiterung könnte selbstverständlich auch

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eine halbkugelförmige Verbreiterung vorgesehen sein. Die Vorsprünge können auch die Gestalt einer Schiene oder auch ein T-Profil aufweisen und das sich verbreiternde, ein Widerlager bildende Ende kann, wie im Falle der Figuren 1,2 und 4, symmetrisch ausgebildet sein oder auch die Gestalt eines unsymmetrischen Flügels aufweisen. Entscheidend ist, daß das Ende des Verankerungsorgans ein gegenüber dem Fuß verbreitertes Ende aufweist, das an einerHinterschneidung der Aussparung anliegt. Die Gestalt des die Hinterschneidung hintergreifenden verbreiterten Endes des Verankerungsorgans ist zweckmäßigerweise so beschaffen, daß die entsprechende Aussparung des feuerfesten Steins keine einspringenden Winkel aufweist, die Veranlassung zur Rißbildung geben könnten.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel bilden die Verankerungsorgane 3 einen Teil der nach dem Ofenraum zugewandten Oberfläche des metallischen Blocks Dieser kann entweder gegossen oder bearbeitet sein. Dieser ist vorteilhafterweise so ausgebildet, daß eine bevorzugte Kühlung der Vorsprünge 3 gewährleistet ist. Wenn dies der Fall ist, liegen die feuerfesten Steine, wenn die Arbeitstemperatur des Ofens erreicht ist, satt gegen die Oberfläche des metallischen Blockes an und

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gewährleisten so einen guten Wärmeübergang zwischen der Auskleidung und dem gekühlten metallischen Panzer. Die Kühlung kann dadurch noch besonders wirksam gestaltet werden, daß, wie in Fig. 1 dargestellt, die Kühlmittelleitung 5 an den Stellen der vorspringenden Verankerungsorgane 3 eine Kröpfung 6 aufweist, so daß der Abstand zwischen der Kühlmittelleitung und der Oberfläche des metallischen Blocks möglichst konstant gehalten wird.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel und dem diesem gegenüber etwas abgewandelten, in Fig. dargestellten Ausführungsbeispiel werden als Verankerungsorgane vorzugsweise aus Stahl bestehende Zuganker 10 verwendet, die an ihrem einen Ende eine als Widerlager dienende Verbreiterung 9 und an ihrem anderen Ende ein Gewinde aufweisen, auf das eine Mutter aufgeschraubt ist, die gegen einen federnden Ring oder ein ringförmiges Federkissen 11 anliegt.

Da die Flächonberührung des zylindrischen Mittelteils des Zugankers bei hohen Ofentemperaturen keinen ausreichenden Wärmeübergang gewährleistet, wird dieser, wie in Fig. 4 dargestellt, durch einen an diesem Mittelteil anliegenden konischen Stahlmantel 12 vergrößert.

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Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Zuganker als doppelwandiges Rohr ausgebildet, dessen äußerer zylindrischer Ringraum mit der Kühlmittelzuleitung, und dessen Innenrohr mit dem Kühlmittelabfluß verbunden ist.

Feuerfeste Steine, wie sie in Fig. 3 abgebildet sind, können bei beiden, in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen Verwendung finden. Es handelt sich hierbei beispielsweise um Magnesitsteine, wie sie zur Auskleidung von metallurgischen Öfen allgemein Verwendung finden. Die zum Aufbau des erfindungsgemäßen Wandelements verwendeten Steine unterscheiden sich von den üblichen feuerfesten Steinen dadurch, daß sie eine randoffene Aussparung 4 aufweisen, deren Profil demjenigen der Verankerungsorgane 3 entspricht. Diese Aussparung kann sich über die ganze Abmessung des Steins, wie in Fig. 3 dargestellt, oder auch nur über einen Teil einer Breitenabmessung, des Steins erstrecken.

Fig. 5 zeigt einen feuerfesten Stein, der mittels eines Zugankers verankert werden kann, der an seinem verbreiterten Ende dasselbe Profil wie der in Fig. 4 dargestellte Zuganker aufweist. Die Aussparung 4 dieses

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Steins erstreckt sich nicht über die ganze Breite der dem metallischen Block 1 zugewandten Seite, sie weist vielmehr lediglich in dieser Seite eine kreisrunde Öffnung auf, an die sich ein zunächst zylindrischer und dann ein konisch sich erweiternder, nach der entgegengesetzten Seite des Steins offener Hohlraum anschließt. Nachdem der Zuganker durch die zylindrische Öffnung hindurchgesteckt und der Stein an dem metallischen Block verankert wurde, wird die ofenraumseitige Öffnung dieses Steins mit feuerfestem Beton 13 ausgefüllt.

Auf diese Weise hergestellte Steine können auch bei solchen Wandelementen Verwendung finden, deren Verankerungsorgane vorstehende Teile eines metallischen Blockes sind, sofern der Hohlraum, der durch das Einbringen des den Verschlußstopfen 13 bildenden Betons entsteht, auf einer Seite, die rechtwinklig zu der die Verankerungsorgane aufweisenden Seite des Metallblockes steht, eine Öffnung aufweist. Das läuft darauf hinaus, auf einer solchen rechtwinklig zu der Innenseite des Metallblockes verlaufenden Seite eine Längsaussparung vorzusehen und durch Eingießen eines feuerfesten Betons einen solchen Hohlraum zu belassen, der in seinen Abmessungen dem Verankerungsorgan entspricht.

Die erfindungsgemäßen Wandelemente sind zwar in erster

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Linie dazu bestimmt, bei Lichtbogenofen in den oberhalb des Schmelzbades gelegenen Wandbereichen eingesetzt zu werden, wo das Frischen desjStahls erfolgt. Sie können jedoch bei allen' metallurgischen Öfen und an allen Stellen Verwendung finden, wo die übliche Auskleidung einem zu raschen Verbrauch unterworfen ist, auch bei konischen Öfen und selbst waagerecht verlaufenden Wandbereichen, wie z.B. bei Gewölben, ohne daß die Gefahr eines Einsturzes oder eines Ausbrechens zu befürchten wäre.

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Claims

A 11 941 9.8.1976 IRSID - 14 - i - kt Ansprüche

1. Ofenwandelement, bestehend aus einem metallischen, von einer Kühlmittelleitung durchsetzten Block und einer aus feuerfesten Steinen gebildeten Verkleidung, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallblock (1) an seiner an die Auskleidungssteine (2) angrenzenden Innenseite der Verankerung der Auskleidungssteine (2) dienende, eine rückwärtige Einschnürung (8) aufweisende Organe (3) aufweist, die in entsprechende, an der Rückseite der Auskleidungssteine

(2) vorgesehene, den Verankerungsorganen (3) entsprechende Aussparungen (4) eingreifen.

2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Metallblock (1) mehrere, einen birnenförmigen Querschnitt aufweisende Vorsprünge

(3) aufweist.

3. Element nach den Ansprüchen 1 und 2, d a du r c h gekennzeich net, daß die Aussparungen (4) sich über die ganze Rückseite eines Steins (2) erstrecken.

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4. Element nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Aussparungen (4) sich nur über einen Teil der Rückseite eines Steins (2) erstrecken.

5. Element nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die sich nur über eine Teilbreite, aber über die ganze Tiefe des Steins (2) erstreckende Aussparung (4) an ihrem dem Metallblock (1) entgegengesetzten Ende mittels eines aus feuerfestem Beton bestehenden, mit der Steinoberfläche fluchtenden Stopfens (13) verschlossen ist.

6. Element nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Verankerungsorgane (3) die Aussparungen (4) nur zum Teil erfüllen.

7. Element nach den Ans rüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Verankerungsorgane (3) mittelbar über den jeweiligen Metallblock (1) von der diesen Metallblock durchsetzenden, im Bereich der Verankerungsorgane bildenden Vorsprünge gekröpften Kühlmittelleitung (5) gekühlt werden.

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8. Element nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 und bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungsorgane (3) durch Zuganker (10) gebildet werden, deren von den Aussparungen (4) der Auskleidungssteine (2) aufgenommene Enden (9) eine Verdickung bzw. Verbreiterung aufweisen und deren andere Enden sich elastisch an der Vorderseite der Metallblöcke (1) abstützen.

9. Element nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Zuganker (10) als doppelwandige, von einem Kühlmittel durchflossene Rohre ausgebildet sind.

10. Element nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Zuganker (10) innerhalb der Metallblöcke (1) eine den Wärmeübergang begünstigende konische Stahlummantelung (12) aufweisen.

11. Element nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf die über die Metallblöcke (1) überstehenden Enden der Zuganker (10) Muttern aufgeschraubt sind, die unter Zwischenschaltung von Pederringen (11) gegen die Stirnseite der Metallblöcke (1) anliegen.

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