DE2804544B2

DE2804544B2 - Kühlplatte für einen Hüttenwerksofen, insbesondere Hochofen

Info

Publication number: DE2804544B2
Application number: DE2804544A
Authority: DE
Inventors: August Dr. 4200 Oberhausen Vincent
Original assignee: Gutehoffnungshutte Sterkrade AG
Current assignee: Gutehoffnungshutte Sterkrade AG
Priority date: 1978-02-03
Filing date: 1978-02-03
Publication date: 1980-06-12
Also published as: JPS54112704A; FR2416438B1; GB2013853A; IT1109762B; LU80866A1; US4217954A; FR2416438A1; DE2804544A1; IT7919533A0; NL7900658A; GB2013853B; DE2804544C3; CA1123192A

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlplatte für einen Hüttenwerksofen, insbesondere Hochofen, aus Gußeisen mit für die Aufnahme des Kühlmittels eingegossenen Rohren aus Stahl und einem, zwischen den Rohren und dem GuOkörper der Kühlplatte befindlichen, die Rohre einhüllenden Mantel aus einer oder mehreren Schichten.

Kühlplatten dieser Art sind dem Panzer eines Hüttenwerksofens, insbesondere eines Hochofens, dem Ofeninneren zu vorgelagert und schützen ihn gegen die durch das feuerfeste Ofenfutter nach außen pbfließende Wärme. Hierzu sind in die gußeisernen Kühlplalten vertikal aufsteigende Rohre eingegossen, die das Kühlmittel /ur Abfuhr des aus dem Ofen abfließenden Wärmestromes führen. Zur Erhaltung der Widerstandsfähigkeit der das Kühlmittel führenden Rohre muß der Rohrwerkstoff gegen die aufkohlende Wirkung des während des Gießvorganges mit iohen Temperaturen das Rohr umgebenden Gußeisens geschützt werden. Dazu ist es bekannt, zwischen den Rohren und dem Gußkörper der Kühlplatte einen die Rohre eii hüllenden Mantel aus einer keramischen Masse vorzusehen, die aus einem Gemisch von Siliziumdioxid und Dimethylpolysiloxan besteht (DE-OS 2128 827). Als weitere Basisstoffe sind Aluminiumoxid, Titanoxid und Zirkonoxid schon verwendet worden.

Im praktischen Einsatz der Kühlplatten, deren eingegossene Stahlrohre mit einer keramischen Umhüllung versehen waren, hat sich herausgestellt, daß dieser Schutz nicht immer ausreichend ist Risse in der Beschichtung, die sich bei der plötzlichen Erwärmung beim Gießen infolge der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Stahlrohr und keramischer Schicht bilden können, führen an diesen Stellen zu einer Aufkohlung des Stahlrohres und damit zu einer Herabsetzung der Duktilität Dies wirkt sich besonders nachteilig in den gekrümmten, mechanisch hoch beanspruchten Rohrteilen aus.

Ferner läßt sich nicht ausschließen, daß die durch Anstrich oder Spritzen aufgebrachten keramischen Schichten feinste Hohlräume und Luftkissen enthalten, die den Wärmeübergang durch Luftspaltbildung nachteilig beeinflussen.

Die Abführung der auf die heiße Seite der Kühlplatte aufgebrachten Wärmemenge durch die Platte in die Kühlrohre ist aber für die Haltbarkeit der Platte entscheidend. Eine zu langsame Ableitung der Wärme kann zu einem vorzeitigen Verschleiß der Platte und eventuell zu einem Bruch des durch Aufkohlung in seiner Zähigkeit geminderten Stahlrohres führen. Der optimalen Wärmeableitung steht die Dicke der schlechter-leitendcn keramischen Umhüllung der Rohre in Verbindung mit dem Luftspalt entgegen.

Zur Erzielung einer hohen Kühlleistung der Kühlplatten ist schon vorgeschlagen worden, ein Doppelrohr in den Kühlkörper einzugießen. Auftretende Wärmespannungen, Ermüdungserscheinungen, Rißbildungen und dergl. breiten sich nur im Außenrohr aus, während das Innenrohr davon unbeeinflußt bleibt und eine ausreichende mechanische Festigkeit behält (DE-OS 21 27 448).

Bei Versuchen zur Verbesserung des Wärmeflusses von der Kühlplatte an das Rohr und zur Verhinderung der Aufkohlung der Rohre beim Eingießen in den Gußkörper sind bereits mehrere, nicht näher beschriebene Werkstoffe für Schutzbeläge über die Kühlrohre erprobt worden (»Stahl und Eisen« 1974, Seite 402, linke Spalte, 2. Absatz).

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kühlplatte für einen Hüttenwerksofen, insbesondere einem Hochofen, mit einer guten Wärmeableitung aus dem Gußeisenkörper in die Stahlrohre durch verbesserte Wärmeüberßangszahl zu schaffen, eine Aufkohlung aus dem umgossenen Gußeisen in die Stahlrohre weitgehend zu verhindern und außerdem auf die Duktilität der eingegossenen Stahlrohre verbessernd einzuwirken.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einer Kühlplatte, in der der die Rohre einhüllende Mantel aus einer ersten, (obligaten) direkt auf die Rohraußenwand aufgebrachten Schicht aus einem karbidstabilisierenden Metall und einer weiteren darauf abgeschiedenen Schicht aus einem thermisch widerstandsfähigen Metall-

oxid oder einer Mischung von diesen Metalloxiden und einer Metallegierung oder einem weiteren Metall bzw. einer Metall-Legierung besteht.

Die Aufkohlung des Stahlrohres beim Umgießen mit Gußeisen wird verhindert, wenn die erste, direkt auf die RohrauQenwand aufgebrachte Schicht aus einem der Metalle Cr, Mo₁ V, W, Ti, Zr, Nb, Ta, die der Gruppe der karbidstabilisierenden Metalle zugehören, aufgebracht wird. Diese Metalle besitzen eine hohe Affinität zum Kohlenstoff, d.h. ihre freie Bildungsenthalpie reicht gegenüber Fe3C tief in den negativen Bereich. Hierdurch wird an der Rerührungsebene zwischen Guß- und Metallschicht eine Abblockung des Kohlenstoffes erreicht

Die gleiche Wirkung wird erzielt, wenn die Schicht aus eraer Legierung einzelner oder mehrerer der Metalle besteht. Die Metalle können durch Flammspritzen, Plasmaspritzen, elektrolytische Abscheidung oder andere bekannte Verfahren auf daü Rohr aufgebracht werden. Die Schichtstärke beträgt vorzugsweise 0,10— 0,20 mm.

Eine metallische Verbindung zwischen dem Gußkörper und dem Stahlrohr wird verhindert, wenn auf die zuerst aufgetragene Schicht aus einem karbidstabilisierenden Metall, z. B. Chrom, eine zweite Schicht aus einem thermisch widerstandsfähigen Metalloxid oder Oxidgemischen oder einer Mischung von Metalloxiden und einer Metallegierung besteht Vorzugsweise besteht die zweite Schicht aus Aluminiumoxid AI2O3, Titanoxid T1O2, Zirkonoxid ZrO₂ oder einer Mischung aus AhOi und TiO₂ und einer Nickellegierung.

Der Auftrag der Metalloxide kann durch Flammspritzen, Naßspritzen, Plasmaspritzen oder andere bekannte Verfahren erfolgen.

Da durch die zuerst aufgebrachte Chromschicht die Rohraufkohlung vermieden wird, genügt für den keramischen oder mischkeramischen Überzug eine Schichtstärke von 0,1 —0,2 mm. Der mögliche Luftspalt zwischen Rohr und Gußplatte wird im Vergleich zu der bisher üblichen keramischen Beschichtung auf ein -to Kleinstmaß reduziert und damit der Wärmeübergang von dem Gußkörper auf die vom Kühlmittel durchströmten Stahlrohre wesentlich verbessert

Eine e-ste, auf die Stahlrohre e jfgebrachte Chromschicht verhindert nicht nur die Aufkohlung derselben, sondern es tritt außerdem eine Entkohlung der äußeren Bereiche der Stahlrohre ein, d. h. es wird eine zusätzliche zähe Ferritschicht gebildet. Eine solche zusätzliche ferritische Schicht in den äußeren Wamdbereichen der Rohre hat den Vorteil, daß z. B. in den Außenbögen der Krümmer, die bei der bekannten keramischen Beschichtung zu stärkerer Aufkohlung neigen und die während des Betriebes der Kühlplatte mechanisch besonders hoch beansprucht werden, ein zusätzlicher Schutz gegen Risse durch die verbesserte Duktilität der Rohre erreicht wird.

Die Umhüllung der Stahlrohre kann auch so aufgebaut sein, daß die erste karbidstabilisierende metallische Schicht und eine weitere Schicht nur auf die Krümmer der Rohre aufgebracht, die geraden Rohrstücke dagegen mit einer Beschichtung aus stabilen Metalloxiden umhüllt werden. Der Vorteil einer derartigen Beschichtung liegt darin, daß bei den Krümmern der erfahrungsgemäß vermehrt auftretenden Aufkohlung beim Gießen wirksam begegnet wird und daß die geraden Rohrabschnitte mit Hilfe von Vorrichtungen mit einer gleichmäßigen Umhüllung versehen werden können. Da für diese Bereiche die Schichtstärke an der unteren Grenze ausreichend ist, ergibt sich damit ein guter Wärmeübergang und zugleich eine Kosteneinsparung.

Eine weitere Verbesserung der Wärmeabführung von der heißen Seite der Kühlplatte wird erreicht wenn der metallische Kontakt zwischen dem Gußkörper und den Rohren durch die keramische Schicht nicht unterbrochen wird. Bei der Umhüllung det äohre mit nur einer Schicht Chrom wird beim Gieße» ein Teil des aufgebrachten Metalls vom Gußeisen aufgenommen, wobei sich ledeburitische, d. h. spröde Zonen am das Rohr bilden.

Die Diffusion von Chrom in das Gußeisen wird ausgeschlossen, wenn die erste, direkt auf die Rohraußenwand aufgebrachte Schicht aus Chrom und die zweite Schicht aus Eisen besteht Anstelle des Eisens kann die zweite Schicht auch aus anderen Metallen gebildet werden. Es ist vorteilhaft für die zweite Schicht Nickel oder eine Nickel-Legierung zu verwenden, das der Bildung ledeburitischem Gefüges im Gußeisen entgegenwirkt und außerdem eine kohlenstoffdämmende Wirkung hat

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt der Kühlplatte mit eingegossenem Stahlrohr

Fig.2 eine Draufsicht auf die Kühlplatte auf der Rohranschlußseite

F i g. 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1.

Die Kühlplatte besteht aus einem Gußeisenkörper 1 der auf der dem Ofeninneren zugewandten Seite zumeist Aussparungen 2 für die Aufnahme feuerfester Steine hat. In den Gußeisenkörper 1 sind Stahlrohre 3 eingegossen, deren Enden 4 auf der den Aussparungen 2 gegenüberliegenden Seite aus dem Gußeisenkörper herausgeführt sind.

Die Stahlrohre 3 sind von einem aus einer oder mehreren Schichten 6 und 7 bestehenden Mantel 5 eingehüllt, der die Rohrwand von dem sie umgebenden Gußeisenkörper 1 trennt. Die erste, direkt auf die ?.oh. außenwand aufgebrachte Schicht 6 besteht aus einem karbidstabilisierenden Metall, insbesondere Chrom, Molybdän, Vanadin, Zirkon, Titan oder deren Legierungen. Auf diese erste Schicht 6 ist die zweite Schicht 7 aus thermisch widerstandsfähigem Metalloxid oder deren Gemische aufgetragen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kühlplatte für einen Hüttenwerksofen, insbesondere Hochofen, aus Gußeisen mit für die Aufnahme des Kühlmittels eingegossenen Rohren s aus Stahl und einem zwischen den Rohren und dem Gußkörper der Kühlplatte befindlichen, die Rohre einhüllenden Mantel aus einer oder mehreren Schichten, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, direkt auf die Rohraußenwand aufgebrach- ι ο te Schicht (6) aus einem karbidstabilisierenden Metall und eine weitere darauf abgeschiedene Schicht (7) aus einem thermisch widerstandsfähigen Metalloxid oder einer Mischung von diesen Metalloxiden und einer Metall-Legierung oder einem weiteren Metall bzw. einer Metall-Legierung besteht.

2. Kühlnlatten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, direkt auf die Rohraußenwand aufgebrachte Schicht (6) aus einem der Metalle Cr, Mo, V, W, Ti, Zr, Nb, Ta oder einer Legierung einzelner oder mehrerer der Metalle besteht

3. Kühlplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht (7) aus Aluminiumoxid AbOj, Titanoxid TiO₂, Zirkonoxid ZrO₂ oder einer Mischung aus Al₂Oj, TiO₂ und einer Nickellegierung besteht.

4. Kühlplatte nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, direkt auf die Rohraußenwand aufgeorachte Schicht (6) aus Chrom und die zweite Schicht (7) au?, Eisen Lesteht.

5. Kühlplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, direk auf die Rohraußenwand aufgebrachte Schicht (6) aus Chrom und die zweite Schicht (7) aus Nickel oder einer Nickellegierung besteht.

6. Kühlplatte nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Schichten (6 und 7) des die Rohre einhüllenden Mantels (5) durch Flammspritzen, Plasmaspritzen oder elektrolytische Abscheidung, die oxidischen Schichten (7) durch Naßspritzen, Flammspritzen, Plasmaspritzen oder andere bekannte Verfahren auf das Rohr aufgebracht sind.

7. Kühlplatte nach Anspruch I, dadurch gekenn- « zeichnet, daß die erste karbidstabilisierende metallische Schicht (6) und die weitere Schicht (7) nur auf die Krümmer der Rohre aufgebracht, die geraden Rohrstücke dagegen mit einer Beschichtung aus stabilen Metalloxiden umhüllt sind. ^r>n