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Kühlplatte für metallurgische Ofen sowie Verfahren zu
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ihrer Herstellung Die Erfindung betrifft eine Kühlplatte aus Gußwerkstoff
für metallurgische ofen, wie Hochöfen, mit mindestens einem im Inneren eines Gußkörpers
angeordneten, von einem Stahlrohr gebildeten Kühlmittelkanal sowie ein Verfahren
zu ihrer Herstellung.
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Zur Kühlung moderner Hochöfen ist es bekannt, im Bereich von Herd,
Rast, Kohlensack und Schacht Kühlplatten aus Gußeisen an der Innenseite der Ofenpanzerung
zu befestigen. Gegen den Ofeninnenraum sind die Kühlplatten durch eine feuerfeste
Auskleidung abgedeckt.
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In den Kühlplatten sind Kühlmittelkanäle vorgesehen, die durch die
Ofenpanzerung nach außen führen und an einen Kühlmittelkreislauf angeschlossen sind.
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Um die Dichtheit der in der gußeisernen Kühlplatte vorgesehenen Kühlmittelkanäle
sicherzustellen, ist es bekannt, die Kühlmittelkanäle durch Stahlrohre zu bilden,
die beim Gießen der Kühlplatten in diese eingelegt werden.
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Es hat sich gezeigt, daß es infolge von Wärmespannungen zwischen dem
Gußkörper der Kühlplatten und den Stahlrohren und infolge von Korrosion zur Entstehung
von Undichtheiten kommen kann, wodurch das Kühlmittel in den Ofenraum gelangen bzw.
Ofengas in die Kühlmittelkanäle eintreten kann. Der betreffende Kühlmittelkanal
muß, da ein Auswechseln der an der Ofen innenseite angeordneten Kühlplatten während
des Hochofenbetriebes nicht möglich ist, stillgelegt werden. Durch diese Maßnahme
wird
die Ofenkthlung ungleichmäßig, was sich insbesondere dann nachteilig auswirkt, wenn
Undichtheiten bei mehreren nebeneinanderliegenden Kühlmittelkanälen auftreten. Es
kann durch Hitzeeinwirkung zu einer Zerstörung der Kühlplatten und des Ofenpanzers
kommen, was eine Stillegung des Hochofens zur Folge hat.
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Um die Festigkeit der Stahlrohre zu erhalten und um durch Verschweißen
der Stahlrohre mit dem Gußeisen entstehende Spannungen zu vermeiden, ist es bekannt
(DE-A 21 28 827), die Rohre vor dem Eingießen in den Gußkörper in einen Mantel einzuhüllen,
der aus einer keramischen Masse besteht. Diese keramische Umhüllung soll das Stahlrohr
gegen die auf.>ohlende Wirkung des Konlensto fJehaltes des Gußeisens schützen
und durch Verschweißen der Stahlrohre mit dem Gußkörper verursachte unzulässig hohle
Spannungen in den Stahlrohren verhindern.
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Durch die plötzliche Erwärmung beim Eingießen der Stahlrohre können
sich in der keramischen Schicht infolge der unterschiedlichen Wärmedehnung von Stahlrohr
und keramischer Schicht Risse bilden, wodurch der beabsichtigte Schutz des Stahlrohres
gegen Auf kohlung nur unvollkommen ist.
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Ein mehrschichtiger Aufbau des Mantels (DE-A 27 17 641 und DE-E 28
04 544) - durch den zusätzlich auch ein Anbacken der Stahlrohre am Gußkörper verhindert
werden soll - kann durch unterschiedliche Wärmedehnung zwischen den Stahlrohren
und dem Gußkörper einen Luftspalt in der Größenordnung von 0,1 mm und mehr zur Folge
haben, wodurch der WärmeUbergang vom Gußkörper zum Stahlrohr erheblich vermindert
wird, so daß es zu einem Versagen der Xühlplatten kommen kann.
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Aus der DE-A 29 51 640 ist es weiters bekannt, zur Ver-
meidung
der aufwendigen Mehrfachbeschichtung unbeschichtete Rohre in die Kühlplatte einzugießen,
die aus einem Werkstoff, der nach dem Eingießen keine oder nur geringe metallurgische
Wechselwirkungen mit dem Gußeisen der Kühlplatte eingeht, beispielsweise einer Nickellegierung
mit einem Ni-Gehalt zwischen 30 und 63 %, bestehen. Diese Lösung erfordert einen
hohen Aufwand für die eingegossenen Rohre.
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Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Nachteile und Schwierigkeiten
und stellt sich die Aufgabe, eine Ktihlplatte der eingangs bezeichneten Art sowie
ein Verfahren zu ihrer Herstellung zu schaffen, bei denen ein nicht ummanzeites
Stahlrohr verwendet werden kann, wobei das Stahlrohr auch innerhalb der Kühlplatte
seine ursprünglichen Festigkeitswerte aufweist und wobei ein einwandfreier Wärmeübergang
unter Vermeidung eines Spaltes zwischen dem Gußkörper und dem Stahlrohr sichergestellt
ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine sich von
einer Schmalseitenfläche des Gußkörpers in das Innere des Gußkörpers erstreckende
Bohrung vorgesehen ist und in die Bohrung ein mit der Bohrungswand in Preßverbindung
stehendes Stahlrohr eingesetzt ist.
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Vorteilhaft ist die Preßverbindung zwischen dem Stahlrohr und der
Bohrungswand des Gußkörpers als Schrumpfverbindung ausgebildet.
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Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß das
Stahlrohr als Doppelmantelrohr ausgebildet ist, wobei ein Außenmantelrohr des Stahlrohres
an einem Ende mit einem Boden geschlossen ist, der an einer Schmalseitenfläche des
Gußkörpers liegt, die der
Schmalseitenfläche, von der die Bohrung
ausgeht, gegenüber liegt, und daß ein Innenmantelrohr im Abstand vor dem Boden des
Außenmantelrohres endet.
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Eine weitere besonders einfach herzustellende Ausführungsform ist
dadurch gekennzeichnet, daß sich die Bohrung durch den ganzen Gußkörper von einer
Schmalseitenfläche zur gegenüberliegenden Schmalseitenfläche hindurcherstreckt und
an den Schmalseitenflächen des Gußkörpers jeweils in eine ein Rohrknie des Stahlrohres
aufnehmende Endausnehmung übergeht, die mit einer feuerfesten Masse gefüllt ist.
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Zweckmäßig ist an der Rückseite des Gußkörpers eine die Bohrung kreuzende
Querausnehmung angeordnet, die mit feuerfester Masse ausgefüllt ist, wobei vorteilhaft
das Stahlrohr aus zwei miteinander verschweißten Stahlrohrteilen gebildet ist und
die die Stahlrohrteile verbindende Schweißnaht in dem Bereich einer Endausnehmung
oder der Querausnehmung angeordnet ist.
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Ein Verfahren zum Herstellen einer aus Gußeisen gegossenen Kühlplatte
ist dadurch gekennzeichnet, daß in eine gegossene Fußplatte mindestens eine sich
von einer Schmalseitenfläche derselben in das Innere des Gußkörpers erstreckende
zylindrische Ausnehmung ausgebohrt wird, in die ein Stahlrohr mit einem den Durchmesser
der Bohrung bei Betriebstemperatur der Kühlplatte übersteigenden Außendurchmesser
eingesetzt wird, wobei vorteilhaft das Stahlrohr in die Bohrung eingeschrumpft wird.
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Zweckmäßig wird das Stahlrohr vor dem Einsetzen in die Bohrung an
einem Endabschnitt im etwa rechten Winkel abgebogen und nach Einsetzen in die Bohrung
der gegenüberliegende Endabschnitt des Stahirohres ebenfalls
etwa
rechtwinkelig abgebogen, worauf die Endausnehmungen mit feuerfester Masse ausgefüllt
werden.
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Zweckmäßig werden vorgekrürtunte Stahlrohrteile nach Einsetzen in
die Bohrung im Bereich einer Endausnehmung oder der Querausnehmung miteinander verschweißt,
worauf die Endausnehmungen bzw. die Querausnehmung mit feuerfester Masse ausgefüllt
werden.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand von vier Ausführungsformen näher
erläutert, wobei die Fig. 1 bis 4 jeweils eine Ausführungsform einer Kühlplatte
im Längsschnitt, der durch einen Kühlmittelkanal geführt ist, zeigen.
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In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist mit 1 ein Gußkörper
aus Gußeisen bezeichnet, der an der Innenseite einer nicht dargestellten Ofenpanzerung
befestigt ist.
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Dieser Gußkörper ist an seiner der Ofenmitte zugewendeten Seite 2
mit über seine ganze Breite verlaufenden Nuten 3 mit schwalbenschwanzförmigem Querschnitt
versehen, die als Verankerung für ein feuerfestes Mauerwerk 4 dienen. Im Inneren
des Gußkörpers 1 sind in etwa vertikaler Richtung und zueinander parallel verlaufende
zylindrische Ausnehmungen 5 vorgesehen, die sich von der oberen Schmalseite 6 bis
zur gegenüberliegenden unteren Schmalseite 7 des Gußkörpers 1 erstrecken. Diese
Ausnehmungen 5 sind als Bohrungen ausgebildet und werden entweder aus dem vollen
Material gebohrt oder durch Aufbohren von beim Gießen des Gußkörpers 1 durch Vorsehen
von Gießkernen bereits freigelassenen Kanälen kleineren Durchmessers hergestellt.
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An der unteren und oberen Schmalseite 6, 7 weist der Gußkörper 1 Endausnehmungen
8 auf, in die die Bohrungen 5 münden.
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Die Kühlmittelkanäle 9 werden von Stahlrohren 10 gebildet, deren aus
dem Gußkörper 1 an der der Ofenpanzerung zugekehrten Rückseite 11 des Gußkörpers
hinausragende Endabschnitte 12, 13 durch die Ofenpanzerung hindurch nach außen geführt
und an eine Xühlmittelversorgungsleitung angeschlossen sind.
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Gemäß der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform wird in die Bohrung
5 ein Stahlrohr eingesetzt, das an einen Ende ein vorgefertigtes Knie 14 aufweist,
an das der Endabschnitt 13 anschließt. Dieses Stahlrohr wird mit seinem geradlinig
in der Bohrung 5 verlaufenden Abschnitt 15 in die Bohrung 5 eingesetzt, wobei das
Rohrknie 14 in der unteren Endausnehmung 8 zu liegen kommt.
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Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, gehen die Endausnehmungen 8 mit einer
dem Rohrknie angepaßten Krümmung 16 in die Bohrung 5 über.
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Vor dem Einsetzen in die Bohrung 5 weist das Stahlrohr 10 einen Außendurchmesser
17 auf, der so bemessen ist, daß er bei Betriebstemperatur des Gußkörpers 1 größer
ist als der Durchmesser 18 der Bohrung. Der Durchmesser 17 des Stahlrohres 10 ist
so gewählt, daß zwischen dem Stahlrohr 10 und der Wand der Bohrung 5 bei Betriebstemperatur
der Kühlplatte eine Preßsitzverbindung vorhanden ist. Dadurch wird zuverlässig verhindert,
daß bei Betriebstemperatur der Kühlplatte ein Spalt zwischen dem Gußkörper 1 und
dem Stahlrohr 10 entsteht.
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Vorzugsweise wird das Stahlrohr 10 in den Gußkörper 1 eingeschrumpft,
d.h. der Gußkörper 1 wird aufgeheizt, wogegen das einzusetzende Stahlrohr 10 gekühlt
wird.
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Nach Einsetzen des Stahlrohres 10 wird der über den Gußkörper 1 an
der Schmalseite 6 vorstehende, in Fig. 1
strichpunktiert eingezeichnete
Endabschnitt 12 erwärmt und zu einem Rohrknie-19 umgebogen. Die beiden Endabschnitte
12, 13 stehen dann etwa rechtwinkelig von der der Ofenpanzerung zugekehrten Seite
11 des Gußkörpers 1 ab. Anschließend werden die Endausnehmungen 8 mit feuerfester
Masse 20 mit guter Wärmeleitfähigkeit verkittet.
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Gemäß der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist ein in den Gußkörper
1 eingesetztes Stahlrohr 21 zweiteilig ausgebildet, wobei ein Teil 21' mit einem
Rohrknie 14 versehen ist und sich mit einem Abschnitt 15 durch die Bohrung 5 hindurch
bis in die gegenüberliegende Endausnehmung 8 erstreckt. An diesen ersten Stahlrohrteil
ist der zweite S=ahlrohrteil 21", der lediglich ein Knie 19 und den durch den Ofenpanzer
nach außen ragenden Endabschnitt 12 aufweist, mittels einer Schweißnaht 22 verbunden,
die nach Einpressen bzw. Einschrumpfen des ersten Stahlrohrteiles 21' in den Gußkörper
1 hergestellt wird. Die Endausnehmungen sind auch hier mit feuerfester Masse 20
mit guter Wärmeleitfähigkeit verkittet.
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In Fig. 3 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der das Stahlrohr
23 ebenfalls aus zwei miteinander verschweißten Teilen 23', 23" gebildet wird, wobei
die beiden Stahlrohrteile 23', 23" jeweils ein Knie 14, 19 und einen etwa bis zur
Hälfte der Längserstreckung 24 des Gußkörpers 1 ragenden Abschnitt 15 aufweisen.
An der Stelle, an der die Stahlrohrteile 23', 23" aneinanderstoßen, ist eine die
Bohrung 5 kreuzende Querausnehmung 25, die zur Rückseite 11 offen ist, vorgesehen,
die es ermöglicht, eine die Stahlrohrteile 23', 23" verbindende Schweißnaht 26 nach
Einpressen bzw.
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Einschrumpfen der Stahlrohrteile 23', 23" vorzusehen.
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Die Endausnehmungen 8 sind hier analog wie bei der in Fig. 1 und 2
dargestellten Ausführungsform ebenso wie
die Querausnehmung 25
mit feuerfester Masse guter Wärmeleitfähigkeit verkittet.
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Die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform weist den Vorteil auf,
daß nach dem Einpressen bzw. Einschrumpfen des Stahlrohres 27 keine weiteren Manipulationen
an dem Gußkörper 1, wie z.B. ein Rohrbiegen bzw. Herstellen einer Schweißnaht, erforderlich
sind. Das Stahlrohr 27 wird vor dem Einsetzen in den Gußkörper 1 bereits in die
Form gebogen, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist. Es ist als Doppelmantelrohr ausgebildet,
das an seinem unteren Ende 28, welches an der unteren Schmalseite 7 des Gußkörpers
1 zu liegen kommt, durch einen Boden 29 geschlossen ist.
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In ein Außenmantelrohr 30 ist ein Innenmantelrohr 31 eingesetzt, welches
durch Distanzstücke 32 im Außenmantelrohr 30 zentrisch gehalten wird. Das Innenmantelrohr
31 endet im Abstand 33 vom Boden 29 des Außenmantelrohres 30 und dient zur Ableitung
des über das Außenmantelrohr zugeleiteten Kühlmittels. Wie aus Fig. 4 ersichtlich
ist, braucht in diesem Fall der Gußkörper lediglich an einer Schmalseite 6 eine
Endausnehmung 8 aufweisen, die mit feuerfester Masse 20 verkittet wird.
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Ist bei einer Kühlplatte eine Mehrzanl von parallel verlaufenden Bohrungen
5 vorgesehen, erstrecken sich die Endausnehmungen 8 bzw. Querausnehmungen 25 zweckmäßig
ueber die gesamte Breite des Gußkörpers 1, so daß sämtliche Bohrungen 5 in die Endausnehmungen
8 münden bzw.
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sich mit der Querausnehmung 25 kreuzen.
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Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele,
sondern kann in verschiedener Hinsicht modifiziert werden. Beispielsweise ist es
möglich, wenn es gelingt, eine sehr saubere Gußoberfläche
zu erzielen,
die zylindrische Bohrung 5, in die das Stahlrohr eingesetzt wird, lediglich durch
Gießen, also ohne spanabhebende Bearbeitung herzustellen, wobei zweckmäßigerweise
Stahlrohre Verwendung finden, die eine hohe Verformbarkeit aufweisen, beispielsweise
Stahlrohre aus austenitischem Stahl.
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