DE2804745A1 - Kuehlplatte fuer einen huettenwerksofen - Google Patents

Kuehlplatte fuer einen huettenwerksofen

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DE2804745A1 DE19782804745 DE2804745A DE2804745A1 DE 2804745 A1 DE2804745 A1 DE 2804745A1 DE 19782804745 DE19782804745 DE 19782804745 DE 2804745 A DE2804745 A DE 2804745A DE 2804745 A1 DE2804745 A1 DE 2804745A1
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21BMANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B7/00Blast furnaces
    • C21B7/10Cooling; Devices therefor

Description

  • Kühlplatte für einen Hüttenwerksofen
  • Die Erfindung betrifft eine Kühlplatte für einen Hüttenwerksofen, insbesondere Hochofen, bestehend aus einem Gußeisenkörper mit eingegossenen, von einem Mantel eingehüllten Rohren aus Stahl, die ein Kühlmittel führen.
  • Für die Kühlung des Außenmantels von Hütrenwerksöfen, insbesondere Hochöfen, ist es bekannt, Kühlplatten aus Gußeisen mit eingegossenen Stahlrohren, durch die ein Kühlmittel geleitet wird, einzusetzen. Dabei besteht der Gußeisenkörper der Kühlplatte aus Gußeisen mit regellos verteiltem lamellaren Graphit, welches gut gießbar ist, kaum zur Bildung von Schwindungshohlräumen neigt und eine gute Wärmeleitfähigkeit hat. Der Abguß der Kühlplatten kann bei relativ niedrigen Temperaturen erfolgen. Ferner kann Gußeisen mit Lamellengraphit unterschiedliche Wärmedehnungen, die zu Wärmespannungen führen, ohne plastische Formänderungen aufnehmen.
  • Die Erfahrungen im Hochofenbetrieb mit der normalen Qualität des Gußkörpers von Kühlplatten haben gezeigt, daß die Widerstandsfähigkeit dieses Werkstoffes nicht immer ausreichend ist. Der mechanische Angriff der heruntergehenden Beschickungssäule und die Erosion der aufsteigenden Ofengase beanspruchen die Kühlplatten in Verbindung mit schwankenden Temperaturen bzw. Temperaturspitzen besonders hoch, wenn die vor den Kühlplatten angeordnete feuerfeste Ausmauerung weitgehend abgenutzt ist, gebildete Ansätze sich plötzlich lösen, oder durch Störungen im Ofenbetrieb einzelne heiße Flecken in den Platten sich bilden. Dieser äußere thermomechanische Angriff sowie die in der Kühlplatte auitretenden Wärmespannunqen zwischen der heißen Ofenseite und der die Kühlrohre aufnehmenden kälteren Seite können zu einem vorzeitigen Verschleiß durch Abrieb , Brandrisse, Ausbrüche, Durchrisse und Abschmelzungen führen, wozu dann noch Verzüge durch die thermische Beanspruchung auftreten können.
  • Zur Minderung der bekannten Nachteile liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kühlplatte mit einer erhöhten Widerstandsfähigkeit gegenüber den mechanisch-thermischen Beanspruchungen zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Kühlplatte gelöst, bei der der Gußeisenkörper aus niedrig legiertem Gußeisen mit Vermiculargraphit besteht, welches einen extrem niedrigen Siliciumgehalt enthält und der die eingegossenen Stahlrohre einhüllende Mantel stahlrohrseitig aus einem karbidstabilisierenden Metall und gußkörperseitig aus einem thermisch widerstandsfähigen keramischen Werkstoff oder einem zweiten Metall gebildet wird.
  • Eine erhöhte mechanisch-thermische Widerstandsfähigkeit wird durch ein Gußgefüge erzielt, dessen Graphit in Überqangsformen vom Lamellen- zum Kugelgraphit als sogen. ericulargraphit vorliegt, und dessen chemische Zusammensetzung folgende Anteile Legierungselemente enthält: 3,0 - 3,9 % C, 0,4 - 1,5 % Si, # 0,15 90 Mn, / 0,05 % P, # 0,02 90 S und zur Bildung des Vermiculargraphits entsprechende Anteile Legierungselemente, z. B. Mg und Cer mit etwa 0,01 - 0,02 % Mg und 0,05 - 0,10 % Cer.
  • Gußeisen mit Vermiculargraphit gehört zum Stand der Technik (siehe z. B. Gießerei Rundschau 19 (1972) Nr. 6, Seiten 59 - 65) und wird dort eingesetzt, wo die Festigkeitseigenschaften von hochfestem Grauguß nicht mehr genügen. Es ist eine übergangsgualität von Gußeisen mit Lamellengraphit zu dem bekannten Gußeisen mit Kugelgraphit, das für hoch beanspruchte Maschinenelemente eingesetzt wird. Für Hochofenkühlplatten weist Gußeisen mit Kugelgraphit jedoch Nachteile auf. Es neigt im Gegensatz zu Gußeisen mit Lamellengraphit trotz geringerer Tendenz zum Wachsen stark zum Verziehen.
  • Diese Verzugsneigung resultiert aus den dem Stahlguß angenäherten mechanischen Eigenschaften, höherem E-odul, der höheren Poisson'schen Konstanten und der höheren Duktilität, die ein plastisches Verformen unter dem Einfluß der Wärmespannungen bewirken. Die Folge der erhöhten Verzugsneigung des Gußeisens mit Kugelgraphit ist eine konvexe Krümmung in Richtung zum Ofeninneren, die sich sowohl auf die Aufhängung der Platte im Ofen als auch auf die eingegossenen Stahlrohre für das Kühlmittel als auch auf den Verbund mit dem Ofenfutter ungünstig auswirkt. Außerdem liegt die Wärmeleitfähigkeit des Gußeisens mit Kugelgraphit bei normalen Si-Gehalten etwa 30 %, bei höheren Si-Gehalten bis 50 % niedriger als die des entsprechenden Lamellengraphit-Gußeisens. Ferner sind die Gießeigenschaften des Gußeisens mit Kugelgraphit, z. B. die erforderliche Gießtemperatur, die Lunkerneigung, die Schwindungsbeträge, ungünstiger als bei Gußeisen mit Lamellengraphit.
  • Bei dem Gußeisen mit Vermiculargraphit wird die vollständige Umwandlung des lamellaren Graphits in die Sphärolitenform unterbrochen. Dadurch werden die vorteilhaften Eigenschaften des Gußeisens mit Lamellengraphit, kein plastisches Verformen durch Wärmespannungen und gute Wärmeleitfähigkeit, weitgehend kombiniert mit den Vorteilen des Gußeisens mit Kugelgraphit, der höheren Duktilität, d. h. geringerer Rißneigung und erhöhter Verschleißfestigkeit. Die Wärmeleitfähigkeit nimmt durch die Graphitumbildung nur um ca. 10 % ab.
  • Die niedrig gehaltenen Legierungsanteile der Grundmasse des Gefüges ergeben eine weitere Verbesserung der Eigenschaften des Gußkörpers. Inbesondere erhöht der extrem niedrige Siliciumgehalt nach bekannter technischer Lehre die Wärmeleitfähigkeit derart, daß die Minderung durch die Abweichung des Graphits von der rein lamellaren Form über die Grundmasse ausgeglichen oder sogar überkompensiert wird.
  • Hierdurch wird über eine Absenkung der Mitteltemperatur der Kühlplatte, bzw. der Temperatur an der heißen Seite mit vermindertem Temperaturgefälle im Plattenquerschnitt zur kalten Seite die thermische Beanspruchung vermindert, die Wärmespannungen durch unterschiedliche Wärmedehnungen im Gußquerschnitt abgebaut und die allgemeine Tendenz der Platte, sich sowohl reversibel als auch irreveisibel zu verwerfen, gaildert, d. h.
  • ihre Formbeständigkeit erhöht. Außerdem wird durch extrem niedrige Si-Gehalte die Neigung zum Wachsen durch Si-Oxidation herabgesetzt und Perlit als Härteträger gegenüber dem mechanischen Verschleiß durch Abrieb stabilisiert. Schließlich erweitern niedrige Si-Gehalte im Guß die Aufnahme des Kohlenstoffes, der neben dem mit gleichen Anteilen sich bildenden Perlit in den dicken Querschnitten der Platte mit vermehrten Anteilen gut wärmeleitenden Graphits den Wärmetransport fördert und der Verzugsneigung entgegenwirkt.
  • Die perlitische Struktur der Grundmasse und der niedrige Si-Gehalt vermindern in gewissem Umfang den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Gußeisens mit Vermiculargraphit, wodurch die zu Spannungen in den eingegossenen Kühlrohren führenden Differenzen der Wärmedehnung zwischen dem erhitzten Gußkörper und den Kühlrohren geringer werden.
  • Die vorteilhaften Eigenschaften des Gußeisens mit Vermiculargraphit werden ergänzt durch einen verbesserten Wärmeübergang von dem Gußkörper zu den kühlmittelführenden Stahlrohren. Dieser gute Wärmeübergang wird dadurch erreicht, daß der die Rohre einhüllende Mantel nur aus Metallen oder aus einer Metallschicht und einer sehr dünnen Schicht eines weniger gut leitenden keramischen Werkstoffes besteht. Stahlrohrseitig wird eine Schicht aus einem karbidstabilisierenden Metall aufgetragen. Diese Metallschicht verhindert beim Gießen eine Diffusion von Kohlenstoff aus dem Gußeisen in das Stahlrohr. Der Schutz gegen eine Aufkohlung der Stahlrohrwandung ist zur Aufrechterhaltung der Duktilität des Rohres notwendig, damit Rohrbrüche weitgehend vermieden werden. Für diese Schicht geeignet sind Cr, Mo, V , W, Ti, Zr, Nb, Ta oder Legierungen einzelner oder mehrerer dieser Metalle.
  • Gußkörperseitig besteht die Umhüllung der Stahlrohre aus einem thermisch widerstandsfähigen keramischen Werkstoff, der eine metallische Verbindung zwischen dem Gußkörper und den Stahlrohren verhindert. Der keramische Werkstoff ist ein stabiles Metalloxid mit einer Schichtstärke von nur 0,1 -0,2 mm. Diese sehr dünne Schicht der weniger gut wärmeleitenden Oxide behindert den Wärmeübergang von der Kühlplatte in die eingegoßaenen Kühlron.re nur in geringem uam, Ausgezeichneter Schutz gegen eine Aufkohlung der Stahlrohre, verbunden mit einer guten Wärmeableitung, wird erreicht, wenn die stahlrohrseitige Schicht aus Chrom mit einer Schichtstärke VOI. 0,10 - 0,2 mm und die gußkörperseitige Schicht aus Al203, Ti02 oder Zr 02 oder einer Mischung von Metalloxiden besteht.
  • Eine beschleunigte Wärmeableitung von der heißen Seite der Kühlplatte wird erzielt, wenn die Umhüllung der eingegossenen Stahlrohre aus zwei Metallen besteht, weil der metallische Kontakt zwischen dem Gußkörper und den Stahlrohren nicht unterbrochen wird. Für die güßkörperseitige Schicht sind besonders Eisen oder Nickel geeignet.
  • Vorzugsweise wird die Umhüllung der Stahlrohre mit zwei Metallen so ausgeführt, daß die stahlrohrseitige Schicht aus Chrom und die gußkörperseitige Schicht aus Nickel besteht.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Im einzelnen zeigen Fig. 1 einen Querschnitt durch die Kühlplatte Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt der Fig. 1.
  • Die Kühlplatte besteht aus einem Gußkörper 1, der aus Gußeisen mit Vermiculargraphit gegossen ist.
  • In den Gußkörper 1 sind Stahlrohre 2 eingegossen, deren Enden 3 auf der dem Ofeninneren abgewandten Seite aus dem Gußkörper herausgeführt sind. Die Stahlrohre 2 sind von einem aus mehreren Schichten 5 u. 6 bestehenden Mantel 4 eingehüllt.
  • Fig. 2 zeigt den Ausschnitt eines aus zwei Schichten 5 u. 6 bestehenden Mantels 4, der die Rohrwand von dem sie umgebenden Gußkörper mit Vermiculargraphit trennt. Die erste, direkt auf die Rohrwand aufgebrachte Schicht 5 besteht aus einem karbidstabilisierenden Metall, vorzugsweise Chrom.
  • Die zweite, gußkörperseitige Schicht 6 besteht aus einem keramischen Werkstoff, z. B. Al203.
  • Leerseite

Claims (4)

  1. Patentansprüche 1. Kühlplatte für einen Hüttenwerksofen, insbesondere Hochofen, bestehend aus einem Gußeisenkörper mit eingegossenen, von einem Mantel ein£jehüllten Rohren aus Stahl, die ein KühlmL-tel führen, d a d u r c r. g e k e n n z e i c n n e t daß der C,ußeisenkörper (1) aus niedrig legiertem Gußeisen mit Vermiculargraphit besteht, welches einen extrem niedrigen Siliciumgehalt enthält und der die eingegossenen Stahlrohre (2) einhüllende Mantel (4) stahlrohrseitig aus einem karbidstabilisierenden Metall (5) und gußkörperseitig aus einem thermisch widerstandsfähigen keramischen Werkstoff (6) oder einem zweiten Metall gebildet wird.
  2. 2. Kühlplatte nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Gußeisen mit Vermiculargraphit folgende Legierungselemente enthält: 3,0 - 3,9 % C; 0,4 - 1,5 % Si; weniger als 0,15 % Mn; weniger als 0,05 % P; weniger als 0,02 5 S sowie ca. 0,01 -0,02 # Mg und 0,05 - 0,1 % Cer.
  3. 3. Kühlplatte nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die stahirohrseitige Schicht (5) aus Chrom mit einer Schichtstärke von 0,10 - 0,20 mm oder einem anderen karbidstabilisierenden Metall und die gußkörperseitige Schicht (6) aus Al203, " 2 oder ZrO2 oder eine Mischung von Metalloxiden mit einer Schichtstärke von 0,1 - G,2 mm besteht.
  4. 4. Kühlplatte nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die stahlrohrseitige Schicht (5) aus Chrom oder einem anderen karbidstabilisierenden Metall und die gußkörperseitige Schicht (6) aus Eisen oder Nickel besteht.
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