DE2758755B2 - Kühlbares Gewölbe eines Elektroofens - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf kühlbare Gewölbe von Elektroöfen.

Eine der Hauptrichtungen in der gegenwärtigen Elektrostahlerzeugung ist die kontinuierliche Steigerung des Fassungsvermögens und der spezifischen Leistung von Lichtbogen-Stahlschmelzöfen. In der letzten Zeit werden Großraumelektroöfen gebaut, die unter sämtlichen Hüttenaggregaten neben den Konvertern gute Entwicklungsperspektiven für die Zukunft haben.

Die Intensivierung der Elektrostahlerzeugung durch die Verwendung gasförmigen Sauerstoffs und durch erhöhte Transformatorenleistung bei der Erschmelzung von Stählen mit verschiedenen chemischen Zusammensetzungen hat dazu geführt, daß sich die Bedingungen für die feuerfeste Ausmauerung der Lichtbogen-Elektrostahlöfen wesentlich verschlechtert haben.

Unter besonders ungünstigen Bedingungen befindet sich das Gewölbe eines Lichtbogenofens, das den Einwirkungen sehr hoher und wechselnder Wärmebelastungen sowie auch der Schmelzprodukte und der Reduktionsofenatmosphäre ausgesetzt wird. Dadurch ergibt sich eine Herabsetzung der Festigkeit der Gewölbeausmauerung, ein zunehmend ungleichmäßiger Verschleiß der Gewölbeziegelsteine, eine Verformung des Mauerwerkes und eine vorzeitige Stillsetzung der öfen, obwohl eine bedeutende Reststärke der Auskleidung erhalten bleibt. Dies bringt einen erhöhten Verbrauch an kostspieligen Feuerfeststoffen mit sich.

Außerdem hat die Bauweise der bekannten Gewölbe der Elektrostahlöfen einen Zerstörungseffekt der Ausmauerung noch vor der Inbetriebnahme des Gewölbes in sich, da die Ziegelsteine im Gewölbe so abgekeilt werden, daß sie aus dem Gewölbe nicht herausfallen. Dadurch haben die feuerfesten Ziegelsteine beim Aufsetzen des Gewölbes auf den Ofen und während seines Betriebes, d. h. beim Aufheizen auf eine Temperatur von 1700 bis 1800° C keine Möglichkeit sich auszudehnen; die Ausdehnung ist aber bei den genannten Temperaturen bedeutend. Infolgedessen entstehen in dem Mauerwerk des Gewölbes thermomechanische Spannungen und demzufolge Risse, die sich beim zyclischen Wechsel von Erhitzung und Abkühlung ausdehnen und zur Absplitterung der Gewölbeauskleidung des Elektroofens führen. Deswegen wurden Versuche unternommen, Spannungen, die in dem Mauerwerk während des Gewölbebetriebs entstehen, durch Einbau von ausbrennenden Einlagen in das Gewölbe oder durch die Anwendung verschiedenartiger Mörtel in der Gewölbeauskleidung auszugleichen.

Jedoch hat das nicht zu den gewünschten positiven Ergebnissen geführt Die Lebensdauer des Gewölbes hat sich nur unwesentlich verlängert

Eine Erhöhung der Haltbarkeit von Elektroofengewölben wurde sowohl durch die kontinuierliche Qualitätssteigerung der g-ebräuchlichen Ofenausmauerung als auch durch die Entwicklung neuer Arten von feuerfesten Baustoffen und Ziegeln erreicht

Jedoch ist dieser Weg wenig effektiv, da man berücksichtigen muß, daß dabei die Herstellungskosten der feuerfesten Erzeugnisse ständig zunehmen, wobei dies in keinem rechten Verhältnis zur Verlängerung der Lebensdauer des Elektroofengewölbes geschieht

Deswegen wurde ein anderer Lösungsweg zur Verlängerung der Lebensdauer von Elektroofengewölben durch die Entwicklung kühlbarer Gewölbebauweisen gefunden.

Bekannt ist ein rohrförmiges kühlbares Gewölbe, zu dessen Auskleidung eine hochtonerdehaltige feuerfeste Masse dient. In diesem Gewölbe hat man Verdampfungskühlung verwendet, d.h. es wurde die vom Wärmeträger aufgenommene Wärme genutzt. Das Gewölbe hat sich aber auf Grund der Steigerung des Stromverbrauchs pro Produktionseinheit als unwirtschaftlich erwiesen.

Manchmal werden die Gewölbe vor der Inbetriebnahme auf einen automatisch kontrollierbaren Vorwärmer gesetzt oder man baut, verschiedene Kühlelemente in die Gew ölbeauskleidung ein.

Auch das hat keine positiven Resultate gegeben und keine wesentliche Verlängerung der Lebensdauer des Elektroofengewölbes ermöglicht.

Es wurde ein thermischer Erzofen entwickelt, in dem die Rohre nah aneinander angeordnet wurden, und sich darauf stützend ein wärmeisolierender Stoff angebracht wurde. In diesem Fall wurde das Hüttenaggregat in ein Aggregat zur Dampferzeugung verwandelt. Da die abkühlbare Oberfläche sehr groß war, d. h. praktisch das gesamte Gewölbe und die Ofenwände aus den Kühlrohren bestanden, führte das zu einem rapide ansteigenden Stromverbrauch.

Aus dem UdSSR-Urheberschein 2 14 560 ist das Gewölbe eines Lichtbogen-Elektrostahlofens bekannt, das eine Wasserkühlung und eine Auskleidung aus einer feuerfesten Masse besitzt. Zur Erhöhung der Gewölbehaltbarkeit ist die Auskleidung an einem kühlbaren Schirm befestigt, der aus radial verlaufenden, mit hochfeuerfestem Stoff bedeckten Rohren besteht, deren untere Enden mit einer Sammelleitung verbunden sind, während die oberen in einem flachen Kasten in der Gewölbemitte münden. Um die Montage zu erleichtern, ist das Gewölbe aus mehreren gegeneinander austauschbaren, miteinander verbundenen Sektionen ausgeführt.

Dieses Gewölbe hatte eine große Haltbarkeit, aber der Mehrverbrauch an Elektroenergie betrug 10 bis 12%, dadurch wurde sein Wirkungsgrad stark reduziert.

Außerdem war es notwendig, an die Rohre mehrfach Stahlzapfen anzuschweißen, die die feuerfeste Masse festhielten.

Bekannt sind weiterhin Gewölbe von Elpktrostahlöfen, die man, um ihre Haltbarkeit zu erhöhen, kombiniert mit Wasserkühlung und Auskleidung in Form einer Metallhaube ausführt. Diese hat einen Deckel mit öffnungen für Elektroden und Doppelwände, die einen Hohlraum zur Gewölbeabkühlung mit fließendem Wasser bilden. An die untere Wand werden von der Seite, die dem Ofenraum zugewandt ist, im Kreis radial angeordnete Rippen angeschweißt, die Zellen bilden, die mit feuerfester Masse gefüllt werden. Diesem Gewölbe ist neben der komplizierten Herstellung seines Gerippes und der Notwendigkeit, jedesmal die Rippen neu anzuschweißen, auch der bereits bekannte Nachteil einer Erhöhung des Elektroenergieverbrauchs pro Produktionseinheit eigen.

Aus der US-PS 30 53 237 ist weiter die Auskleidung der Haube eines Lichtbogenschmelzofens bekannt, die Kühlrohre und Stifte enthält, die an den Rohren befestigt und in die feuerfeste Schicht eingeführt sind, wodurch die Abkühlung und die mechanische Befestigung der feuerfesten Schicht gewährleistet werden. Aber auch in diesem Fall gibt es übermäßige Wärmeverluste, die einen hohen Stromverbrauch hervorrufen, wodurch der Hauptvorteil des Gewölbes — die Verlängerung seiner Lebensdauer — zunichte gemacht wird.

Die anderen Gewölbe ähnlicher Bauweise lösen das Problem einer Verlängerung der Lebensdauer ebenfalls nicht.

Bei der Analyse der Bauweisen bekannter kühlbarer Gewölbe, die in verschiedenen Ländern entwickelt worden sind, kann man feststellen, daß das Problem einer Verlängerung der Lebensdauer von Elektroofengewölben noch nicht gelöst ist Die Hauptschwierigkeiten bestehen in einer wesentlichen Kompliziertheit bei der Herstellung der Metallkonstruktionen der Gewölbe, da die Verbindung der Einzelelemente der rohrförmigen und insbesondere der kastenförmigen Konstruktionen eine präzise Ausführung der geometrischen Form der Elemente erfordert, wodurch ihre Verbindung auf Stoß erschwert wird und sämtliche Vorgänge zur Herstellung der Metallgerippe der Gewölbe arbeitsaufwendig werden. Bei einer Hochtemperaturerwärmung sind ferner sämtliche starr miteinander verbundenen Elemente der Meta'lkonstruktionen der Gewölbe Spannungen ausgesetzt, die auch auf die Gewölbeauskleidung übertragen werden, die dann absplittert oder herabrieselt, falls eine feuerfeste Masse verwendet wird.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Beseitigung der genannten Nachteile.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kühlbares Gewölbe eines Elektroofens mit einer solchen Anbringung der feuerfesten Auskleidung und der Rohre des abkühlbaren Gerippes zu schaffen,
das eine längere Lebensdauer als die bekannten Gewölbe ähnlicher Bestimmung besitzt,
das in konstruktiver Hinsicht einfach ist, wobei man unbrauchbar gewordene Auskleidungsabschnitte ersetzen kann, ohne das Gewölbe vom Ofen abzunehmen,
das einen minimalen Elektroenergieverbrauch pro Produktionseinheit aufgrund eines optimalen Verhältnisses von Fläche der Auskleidung und zu der der Kühlrohre aufweist und

das die Möglichkeit gibt, den Personalbedarf zu reduzieren, der für die Gewölbeherstellung erforderlich

Diese Aufgabe wird bei einem kühlbaren Gewölbe eines Elektroofens, das einen Gewölbering mit einem Hohlraum zum Durchlauf eines Kühlmittels enthält, auf den sich ein rohrförmiges Gerippe mit Bewehrungselementen zur Festhaltung der feuerfesten Auskleidung stützt, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß es sich auf den Gewölbering stützende Sammelrohrträger besitzt mit denen schlingenförmig gebogene und in der Querrichtung dazu angebrachte Geripperohre in Verbindung stehen, wobei diese Geripperohre angehängt sind, mit den einen Enden am Gewölbering befestigt sind und an den oberen Mantellinien Metallstreifen aufweisen, die als Bewehrungselemente für die feuerfeste Auskleidung dienen, die aus mindestens einer Zielgesteinschicht besteht die derart in Reihen gelegt sind, daß sich jeder Ziegelstein mit seinen Enden auf an ihn angrenzende Geripperohre stützt und in bezug auf diese Metallstreifen mit einem Zwischenraum angebracht ist, der für eine Ausdehnung des Ziegelsteines bei seiner Erwärmung ausreichend ist.

Die längere Lebensdauer des erfindungsgemäßen Gewölbes ist dadurch bedingt, daß der feuerfeste Ziegelstein, der als Gewölbeäuskleidung verwendet wird, frei auf kühlbaren Rohren mit einem Zwischenraum zwischen dem Ziegelstein und den Metallstreifen ohne Anwendung von einem Mörtel gelegt ist, d. h. jeder feuerfeste Ziegelstein hat während des Ofenbetriebes die Möglichkeit, sich ungehindert nach jeder Seite auszudehnen, wodurch Wärmespannungen ausgeglichen werden, die im feuerfesten Ziegelstein entstehen, und die Hauptverschleißursache der Auskleidung des Elektroofengewölbes — Rißbildung und die Absplitterung der feuerfesten Ziegelsteine — beseitigt wird.

Die erfindungsgemäße Bauweise des kühlbaren Gewölbes erfordert keine zusätzlichen Vorrichtungen für die Befestigung des feuerfesten Ziegelsteines an den kühlbaren Rohren, da der Ziegelstein auf diese Rchre frei gelegt wird, dadurch wird Zeit eingespart bzw. die Anzahl der Facharbeiter reduziert, die die Montage der Gewölbeauskleidung ausführen.

Außerdem gibt die erfindungsgemäße konstruktive Lösung der Gewölbeauskleidung die Möglichkeit jeden unbrauchbar gewordenen feuerfesten Ziegelstein herauszunehmen und ihn durch einen neuen unmittelbar am Ofen zu ersetzen, d. h. ohne das gesamte Gewölbe vom Ofen abzunehmen.

Die Vergrößerung des Abstandes zwischen den kühlbaren Rohren des Gewölbegerippes liefert die Möglichkeit, die Rohranzahl im Vergleich zu den bereits bekannten rohrförmigen kühlbaren Gewölben wesentlich zu reduzieren, oder die Fläche der kühlbaren Oberfläche im Vergleich zu den kastenförmigen kühlbaren Gewölben bedeutend zu verringern, wodurch der Elektroenergieverbrauch pro Produktionseinheit bedeutend herabgesetzt wird.

Zur Erläuterung der Erfindung ist nachstehend ein Ausführungsbeispiel eines kühlbaren Gewölbes eines Elektroofens mit Hinweis auf die Zeichnungen beschrieben.

Es zeigt

F i g. 1 das kühlbare Gewölbe eines Elektroofens in Draufsicht mit einem Ausschnitt,

F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie H-II der Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 1II-III der Fig. 1.

Das kühlbare Gewölbe eines Elektroofens besitzt parallel zueinander verlaufende Rohre 1 (Fig. 1), die

sich mit ihren gebogenen Endabschnitten auf einen hohlen Gewölbering 2 stützen, im mittleren Teil sind die Rohre 1 an zwei Stellen an hohle Sammelrohrträger 3 und 4 (Fig.2) angehängt, von denen der untere Sammelrohrträger 3 ein Kühlmittel zuführt, und der obere Sammelrohrträger 4 es ableitet. Die Rohre 1 sind an die Sammelrohrträger mittels der Aufhängungen 5 (Fig. 1) angehängt. Durch Stutzen 6 sind die Rohre 1 des kühlbaren Gewölbes mit dem Sammelrohrträger 3 (F i g. 2) und durch Stutzen 7 mit dem Sammelrohrträger 4 verbunden. Die Sammelrohrträger 3 und 4 sind miteinander paarweise verschweißt, wobei sich für ihre bessere gegenseitige Befestigung dazwischen eine Platte 8 befindet.

Die Rohre 1 (F i g. 1) sind schlingenförmig gebogen, in der Querrichtung relativ zu den Sammelrohrträgern 3 und 4 angebracht und bilden mit ihnen zusammen ein Gerippe mit Bewehrungselementen zum Festhalten der feuerfesten Auskleidung des Elektroofengewölbes.

Zur Gewährleistung der Gasdichtigkeit wird an der Peripherie des Gewölberings 2 an seinen ganzen Umfang ein Schuß 9 angeschweißt. Nach jeder Biegung werden die Rohre 1 am Gewölbering 2 mit Hilfe von Bügeln 10 befestigt. An der oberen Mantellinie jedes Rohrs 1 wird ein Metallstreifen 11 (Fig.3) angeschweißt, der als Bewehrungselement für die feuerfeste Auskleidung dient. Zwischen benachbarten Metallstreifen 11 sind Ziegelsteine 13 mit einem Zwischenraum 12 angebracht, die sich mit ihren Endabschnitten auf jeweils benachbarte Rohre 1 stützen. Die feuerfesten Ziegelsteine 13, die als Auskleidung dienen, werden auf die Rohre 1 mindestens einschichtig gelegt. Die Seitenwand des Gewölberings 2 (Fig.2), die dem Ofenraum zugewandt ist, ist durch einen Feuerfeststoff 14 geschützt. Zur Aufhängung des Gewölbes am Ofen sind ösen 15 (Fig. 1) vorgesehen. Zum Transport dienen Haken 16. Im Gewölbe sind entsprechende Öffnungen vorgesehen, um Elektroden 17 durch das Gewölbe einzuführen.

Die Arbeitsweise des abkühlbaren Gewölbes eines Elektroofens ist wie folgt.

Mit Hilfe von Transportmitteln wird das Gewölbe an den Haken 16 (Fig. 1) aufgehängt und auf den Ofen aufgesetzt, wo es durch die ösen 15 befestigt wird. Durch ein System von Schläuchen und Rohren wird den Sammelrohrträgern 3 ein Kühlmittel zugeführt, das durch die Stutzen 6 über die kühlbaren Rohre 1 verteilt und durch die Stutzen 7 in den oberen Sammelrohrträger 4 abgeleitet wird, von wo es in den Auslaßtrichter weitergeleitet wird. Die feuerfesten Ziegelsteine 13 sind auf die kühlbaren Rohre 1 so gelegt, daß sogar bei ihrer maximalen Ausdehnung beim Ofenaufheizen zwischen dem Streifen 11 und den feuerfesten Ziegelsteinen 13 ein Zwischenraum 12 erhalten bleibt. Nach einigen Chargen wird die gesamte untere Oberfläche der Rohre 1 und der Ziegelsteine 13 mit einer Metallschlackenschicht bedeckt, die den Austritt der Schmelzprodukte durch Undichtheiten des Gewölbes verhindert und Wärmeverluste verringert, indem sie die kühlbaren Rohre 1 schützt.

Im erfindungsgemäßen Gewölbe ist der Verschleiß

ίο der feuerfesten Ziegelsteine sehr verlangsamt, da die Hauptverschleißursachen der Elektroofengewölbe, d. h. die Rißbildung und die Absplitterung verhindert werden. Außerdem wird praktisch die gesamte Stärke des feuerfesten Gewölbes genutzt, wobei ein unbrauchbar gewordener feuerfester Ziegelstein in jedem Gewölbeabschnitt ersetzt werden kann, ohne das Gewölbe vom Ofen abzunehmen.

Versuche mit der erfindungsgemäßen Bauweise des kühlbaren Gewölbes in einem Elektroofen mit einem Fassungsvermögen von 60 t haben die Zuverlässigkeit und die technologische Benutzbarkeit des entwickelten Gewölbes bestätigt. Die Stärke der Gewölbeauskleidung betrug 150 mm, das ist die Hälfte der Auskleidungsstärke eines Gewölbes, das früher verwendet wurde. Die Lebensdauer des kühlbaren Gewölbes verlängerte sich um das 2,5fache und betrug 244 Chargen.

Der Mehrverbrauch an Elektroenergie betrug 1 — 1,5% vom Elektroenergieverbrauch pro Produk-

3n tionseinheit beim Betrieb eines nicht kühlbaren Gewölbes. Außerdem wurde eine Verlängerung der Lebensdauer der Gefäßausmauerung auf 244 Chargen festgestellt, während die Gefäßausmauerung gewöhnlich 160 Chargen ausgehallen hat. Die Übereinstimmung der Lebensdauer von Gewölbe und Gefäß ermöglicht es, die Ausbesserungsarbeiten zu reduzieren, da die Notwendigkeit entfällt, den Ofen zuerst für die Reparatur der Wände und dann für die Auswechslung des Gewölbes stillzulegen.

Das Problem einer Verlängerung der Lebensdauer der Gewölbe der Elektrostahlöfen wird durch die vorliegende Erfindung gelöst, deren Anwendungseffekt durch den Umstand verstärkt wird, daß durch das erfindungsgemäße Gewölbe des Elektroofens nicht nur die Lebensdauer verlängert wird, sondern auch minimale Wärmeverluste vorliegen, was in einem nur sehr unbedeutenden Mehrverbrauch an Elektroenergie im Vergleich zu nicht kühlbaren Gewölben zum Ausdruck kommt; stellt man einen Vergleich zu ähnlichen kühlbaren Gewölben an, so erbringt das erfindungsgemäße Gewölbe eine bedeutende Stromeinsparung.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Kühlbares Gewölbe eines Elektroofens, das einen Gewölbering mit einem Hohlraum zum Durchlauf eines Kühlmittels enthält, auf den sich ein rohrförmiges Gerippe mit Bewehrungselementen zur Festhaltung der feuerfesten Auskleidung stützt, dadurch gekennzeichnet, daß es sich auf den Gewölbering (2) stützende Saramelrohrträger (3 und 4) besitzt, mit denen schlingenförmig gebogene und in der Querrichtung dazu angebrachte Geripperohre

   (1) in Verbindung stehen und an diese angehängt sind, wobei sie mit den einen Enden am Gewölbering

   (2) befestigt sind und an den oberen Mantellinien Metallstreifen (11) aufweisen, die als Bewehrungselemente für die feuerfeste Auskleidung dienet;, die aus mindestens einer Ziegelsteinschicht (13) besteht, die in Reihen derart gelegt sind, daß sich jeder Ziegelstein (13) mit seinen Endabschnitten auf die an ihn angrenzenden Geripperohre (1) stützt und in bezug auf diese Metallstreifen (11) mit einem Zwischenraum (12) angebracht ist, der für eine Ausdehnung des Ziegelsteines (13) bei seiner Erwärmung ausreichend ist.

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