DE3339135A1 - Abstichrinne fuer einen schachtofen - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG:

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abstichrinne für einen Schachtofen, insbesondere Hochofen für die Erzeugung von Roheisen, gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bezeichneten Art.

Derartige Abstichrinnen sind im Prinzip bekannt, beispielsweise aus der DE-PS 28 36 123. Sie bestehen im wesentlichen aus einem metallischen Trog mit einer darin angeordneten feuerfesten, die Schmelze führenden Auskleidung. In der Praxis haben sich dabei Rinnenauskleidungen durchgesetzt, die zunächst dem metallischen Trog zugeordnet ein aus feuerfesten Steinen gebildetes Dauerfutter und zur Führung des flüssigen Metalles ein aus einer feuerfesten Masse bestehendes Verschleißfutter aufweisen. Bei modernen Großhochöfen mit Abstichmengen von mehreren tausend Tonnen Roheisen pro Tag ist die Rinne starken thermischen Belastungen ausgesetzt. Entsprechend hoch ist der Verschleiß an Feuerfestmaterial. Betrachtet man das Verhältnis von Abstichzeit (also Benutzungszeit der Rinne, in der Roheisen durch die Rinne fließt) im Verhältnis zur Ruhezeit (also Zeit zwischen den Ab-Stichen)j so ist heute die Benutzungszeit der Rinne größer als die Ruhezeit. Entsprechend gering ist die verbleibende Zeit für Reparaturarbeiten am Feuerfestmaterial einer Abstichrinne. Hinzu kommt, daß größere Bereiche der Rinne mit flüssigem Sumpf betrieben werden, d. h., daß in diesem Bereich die Rinne ständig, also auch in den Pausen zwischen den Abstichen, mit Roheisen gefüllt ist. Dem Reparaturaufwand hat man bisher durch Entwicklung neuer Feuerfestmaterialien zu begegnen versucht, ohne jedoch eine gewünschte, hinreichend lange Standzeit zu erreichen.

Andererseits ist mit dem hohen Staub- und Rauchanfall beim Abstich derartiger Öfen eine erhebliche Umweltbelastung verbunden. Durch Abdeckung der Rinnen und Anschluß an ein Absauge- und Entstaubungssystem wird die visuelle Beobachtung und Kontrolle des Verschleißes des Feuerfestmaterials der Rinne immer schwieriger.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, die sowohl die Standzeit des Feuerfestmaterials zu erhöhen in der Lage ist und die gleichzeitig eine Kontrolle des Verschleißes des Rinnenfutters erlaubt. Dabei soll insbesondere die Betriebssicherheit gewährleistet sein.

Diese Aufgabenstellung wird durch die Erfindung gemäß dem Vorschlag des Kennzeichnungsteils des Patentanspruchs 1 gelöst, für den die Unteransprüche 2 bis 10 vorteilhafte Weiterentwicklungen vorsehen.

Somit wird erfindungsgemäß nicht nur ein unter der Einwirkung flüssigen Metalls stehendes feuerfestes Futter mittels von Wasser durchflossenen Kühl elementen versehen, sondern angesichts der erheblichen Gefährdung, welches sich bei einer Störung im Hinblick auf austretendes Wasser ergeben wurden, eine Lösung vorgeschlagen, die dieses Problem dadurch behebt , daß für den genannten Störungsfall von einer Wasserkühlung auf eine Luftkühlung umgeschaltet wird. Wesentlich hierbei ist, daß die betriebliche Störung durch die die Temperatur messende Sensoren genügend frühzeitig erkannt wird₉ so daß die entsprechenden Magnetventile mittels der Steuerschaltung betätigt werden können.

Ein besonders wirkungsvoller Wärmeentzug ergibt sich bei Anordnung der Kühl elemente parallel zu den Ebenen der Seitenwände des Troges; die Kühl elemente, die vorteilhaft von Platten begrenzt sind, liegen dann mit letzteren etwa senkrecht zur Wärmeflußrichtung. Die Kühl elemente können allerdings auch aus Rohrschlangen bestehen, die in entsprechender Bündelanordnung eine großflächige Wärmeaufnahme ermöglichen.

Bei dem aus der einleitend genannten Druckschrift bekannt gewesenen, aus Metall bestehenden Trog mit sich an die äußeren Seitenwände anschließendem Dauerfutter und dem inneren Verschleißfutter wird die Anordnung der Kühlelemente erfindungsgemäß so getroffen, daß sie innerhalb des Verschleißfutters in Nähe des Dauerfutters liegen. Man kann auf diese Weise das Dauerfutter erhalten und eine Erneuerung des Verschleißfutters rechtzeitig vornehmen.

Besonders vorteilhaft ist die Anordnung einer zwischen den Kühlementen und dem Verschleißfutter bestehenden Schicht aus feuerfestem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, die größer als diejenige des Dauerfutters und des Verschleißfutters ist. Zweckmäßig wird eine derartige Schicht aus Graphitsteinen ausgeführt. Die Einwirkung der Kühlelemente auf das Verschleißfutter ist in diesem Falle besonders günstig, weil die genannte Schicht einen starken Wärmeentzug ermöglicht, und weil sie außerdem durch die Schicht geschützt sind.

Für die Temperaturmessung lassen sich vorteilhaft Thermoelmente an einer Kupferplatte anbringen, die wenigstens ein Kühl element überdeckt und im Verschleißfutter in Nähe der Kühlelementezu letzteren parallel lieqt. Man kann somit die für den Wärmeempfang maßgebliche Fläche um ein Vielfaches gegenüber der Anordnung vereinzelter Thermoelemente vergrößern.

Damit werden auch örtlich begrenzte Temperaturerhöhungen, wie sie beispielsweise beim Eindringen von flüssigem Roheisen in Spalten möglich sind, zuverlässig erkannt.

Dem Anschluß der Kühlemente an Stichleitungen für die Hauptleitungen des Wasserzulaufs und des Wasserrücklaufs dienen mit Vorteil noch zusätzliche Ventile. Gleichfalls sind verzweigt angeordnete Ventile für den Anschluß der Kühlelemente an Stichleitungen der Hauptleitungen für die Druckluft und für die Abluft vorgesehen. Diese zusätzlichen Ventile ermöglichen es, jedes Kühlement wahlweise an einen Wasserkreislauf oder an einen Druckluftkreislauf anzuschließen, sofern die entsprechenden Magnetventile für die zugehörigen Hauptleitungen geöffnet sind. Damit kann bei lokalisiertem voreilendem Verschleiß die optimale Kühlwirkung erzielt werden.

Eine weitere thermische überwachung läßt sich an den eintrittsseitigen Rohrleitungsanschlüssen durch Widerstandsthermometer vornehmen. Diese überwachung wird noch durch Strömungswächter ergänzt. Sowohl die thermische überwachung als auch die Strömungsüberwachung werden dann zusätzlich an die Steuerschaltung angeschlossen, so daß eine entsprechende Umschaltung auch dann erfolgt, wenn sich in der Kühlwasserversorgung Störungen ergeben.

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Im übrigen werden die Thermoelemente der sich im feuerfesten Futter befindlichen Kupferplatte über Grenzwertschalter, die einerseits auf maximale Temperaturdifferenzen und weiterhin aber auch auf maximale Temperaturänderungsgeschwindigkeiten einstellbar sind, auf die Steuerschaltung zur Ansteuerung der Magnetventile geschaltet. In diesem Falle ist ein unmittelbarer Anschluß auf ein Relais der genannten Steuerschaltung möglich.

Eine weitere Verbesserung der überwachung ergibt sich dadurch,daß in den Wasser führenden Hauptleitungen noch zusätzliche Mengenmesser angeordnet werden.

Zur weiteren Veranschaulichung der Erfindung wird auf die sich auf Ausführungsbeispiele beziehenden Zeichnungen Bezug genommen. Darin zeigen:

Figur 1 einen ausschnittweisen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Abstichrinne,

Figur 2 einen Leitungsplan für die Kühlung der erfindungsgemäßen Rinne,

Figur 3 einen Signalflußplan für den Betrieb der erfindungsgemäßen Abstichrinne und

Figur 4 eine abgewandelte Ausführungsform, gleichfalls im ausschnittweisen Querschnitt, der erfindungsgemäßen Rinne.

Figur 1 zeigt den Querschnitt der von den eisernen Bodenplatten 2 und Seitenwänden 3 gebildeten, trogförmigen Rinne 1. Innenseitig ist die Rinne mit aus dem aus feuerfeste Steinen bestehenden Dauerfutter 6 ausgekleidet, welchem sich das aus feuerfester Stampfmasse bestehende Verschleißfutter 5 anschließt. Das flüssige Roheisen 30 füllt den Durchschnittsquerschnitt weitgehend aus und beaufschlagt das Feuerfestmaterial nahezu im gesamten Innenbereich.

Im Beajfschlagungsbereich sind zwischen dem Verschleißfutter 5 und dem Dauerfutter 6 Kühlelemente 4 vorgesehen, die über Anschlußrohrleitungen 34 mit einem Kühlmittel, also normalerweise mit Kühlwaser_#beaufschlagbar sind. Das Kühlmittel wird über weitere Anschlußleitungen 34 abqeführt.

Die Kühl elemente 4 liegen mit wenigstens einem Teil ihrer Oberfläche einseitig am Dauerfutter 6 an, während ihre andere Seite dem Verschleißfutter 5 zugewandt ist. Zwischen letzterem und den Kühl elementen erkennt man die Schicht 7 aus Graphitsteinen. Unterhalb der Kühlelemente sind noch Auffangrinnen 8 angeordnet, die mit einem Rohrstück 9 versehen sind, welche das Dauerfutter 6 und die Seitenwand durchdringt und für den Notfall austretendes Leckwasser abzuleiten gestattet. Bei normaler Betriebsweise ist indes ein Wasseraustritt auch dann ausgeschlossen, wenn infolge einer starken Beschädigung des Verschleißfutters die vorstehend erwähnten Umschaltungen erforderlich werden.

Man erkennt weiterhin eine Kupferplatte 11, welche das Kühlelement oben und unten überdeckt. Die Kupferplatte 11 trägt Thermoelemente, von denen das obere mit dem Bezugszeichen 10 versehen ist. Im übrigen verläuft die Kupferplatte 11 parallel zur Flächenausdehnung des seinerseits von Platten begrenzten Kühlelementes 4 derart, daß sowohl die Kupferplatte 11 als auch das Kühlelement 4 parallel zur Seitenwand 3 der Abstichrinne und damit etwa senkrecht zur Wärmeflußrichtung verlaufen.

Der Leitungsplan gemäß Figur 2 zeigt drei nebeneinander befindliche Kühlelemente 4, wie sie in vertikaler Lage betrieblich inerhalb der Rinne angeordnet sind, so daß die jeweiligen Stichleitungen von oben anschließbar sind. Die Stichleitungen 14 sind mit der Wasserzuflußhauptleitung 12 und die Stichleitungen 15 mit der Wasserabflußhauptleitung 13 verbunden. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die weiteren Bezugszeichen der zu jedem der Kühl kästen 4 gehörenden Teile nur bei dem linken Kühlkasten dargestellt. Jede der Stichleitungen 14, 15 führt über ein Ventil 16 zu einer Anschlußrohrleitung

Den Stichleitungen 14 für den Wasserzufluß entsprechen Stichleitungen, die über je ein Ventil 17 an die Drucklufthauptleitung 19 anschließbar sind, und die gleichfalls zu Anschlußrohrleitungen 34 führen. Hingegen entsprechen den Stichleitungen 15 für den Wasserabluß Stichleitungen, die über je ein Ventil 18 an die Ablufthauptleitung 20 anschließbar sind. Jede der Hauptleitungen für Druckluft 19, Abluft 20, Wasserzufluß 12 und Wasserabluß 13 besitzt ferner ein Magnetventil 23, 24, 25, 26, die in noch zu beschreibender Weise steuerbar sind. In den Wasser führenden Leitungen zeigen Mengenmesser 31 und Manometer den Wasserdurchan.

Im Signalflußplan der Figur 3 sind die Kühlelemente 4 der Einfachheit halber ohne ihre Anschlüsse an die Stichleitungen wiedergegeben. Zur überwachung der Funktionsfähigkeit der einzelnen Kühlelemente 4 befinden sich in den Anschlußrohrleitugen 34 für den Wasserabfluß Widerstandsthermometer 27 sowie Strömungswächter 29, die beide mit einem Grenzwertschalter 28 verbunden sind. Der Grenzwertschalter 28 ist seinerseits auf ein Relais 22 geschaltet. Die Temperatur der den Kühlementen 4 in Richtung des flüssigen Roheisens vorgelagerten Kupferplatte 11 wird von den Thermoelementen 10 erfaßt, die auf einen Grenzwertschalter 21 geschaltet sind, an den das Relais 22 angeschlossen ist. Die Ausgänge des Relais 22 sind zur Ansteuerung der Magnetventile 23, 24, 25 und 26 auf letztere geschaltet. Für den Fall der Umschaltung wird noch der akustische Signalgeber 4.0 angesteuert. Der laufenden überwachung sowohl der von den Thermoelementen 10 als auch der von den Widerstandsthermometern 29 erfaßten Temperaturen dienen die Registrierschreiber 38 bzw. 39.

Bei der abgewandelten Ausführungsform der Rinne gemäß Figur 4 befindet sich im Verschleißfutter 5 als Kühlelement 4 eine Rohrschlange 32, die aus warmfestem Stahl besteht und in an sich bekannter Weise mit Ankern 33 fixiert ist, so daß einer Ausdehnung des Gesamtsystems bei Aufheizung kompensierend Rechnung getragen werden kann. An die Rohrschlange 32 schließen sich Anschlußleitungen 34 an, die durch das Dauerfutter 6, die Seitenwand 3 und die Tragkonstruktion 35 geführt sind. Mit den weiterfühenden Leitungen sind die Anschlußrohrleitungen 34 flexibel in in an sich bekannter Weise über Kompensatoren 36 verbunden.

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Die Betriebsweise der neuen Abstichrinne wird, sofern sie sich nicht bereits aus der bisherigen Beschreibung ergibt, nachstehend näher beschrieben. Im Betrieb können zwei Störungen auftreten, denen die Erfindung Rechnung trägt, nämlich:

a) voreilender Verschleiß des feuerfesten Materials vor den Kühl elementen durch Rißbildung oder starke Erosion und

b) Wassermangel sowie Dampfbildung im Wasserkreislauf.

Zu a)

Bei einem gleichen gleichmäßigen Verschleiß des feuerfesten Materials erhöht sich die Temperatur vor den Kühlkästen annähernd linear. Bei einer schnell verlaufenden Temperaturerhöhung muß mit einem Riß

!5 oder dergl. gerechnet werden. Die von den Kupferplatten 11 ausgehenden Thermoelemte 10 führen zum Grenzwertschalter, der auf eine maximale Temperatur von 700⁰C und auf eine maximale Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von 100°C/min eingestellt ist. Wenn diese Werte überschritten werden, löst das Relais 22 die nachstehenden Schaltungen aus:

1. Die Magnetventile 24 und 25 sperren den Wasservor- und -rücklauf ab;

2. das Magnetventil. 23 öffnet die Drucklufthauptleitung 19 und das Ventil 26 und die Ablufthauptleitung 20. Durch die einströmende Druckluft wird das Wasser über letztere herausgeblasen.

Bei genau lokalisiertem, voreilendem Verschleiß lassen sich mittels der Absperrventile 16, 17 und 18 Einzelschaltungen vornehmen. Dies geschieht in der Form, daß dann die beiden Ventile 16 des betreffenden Kühlelementes 4 geschlossen und die Ventile 17 und 18 geöffnet werden. Der Betrieb der restlichen Kühl elemente wird dann nicht beeinträchtigt. Die Ventile 24 und 25 bleiben indes in diesem Falle geöffnet.

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Zu b)

Den Wassermangel im Kühlkreislauf zeigen sowohl die Strömungswächter 29 als auch die Widerstandsthermometer 27 an. Beim Unterschreiten einer am Strömungswächter 29 einstellbaren Wassermindestmenge bzw. beim überschreiten der demgemäßen Temperatur werden aus Sicherheitsgründen diejenigen Vorgänge ausgelöst, wie sie unter a) beschrieben sind.

In jedem Falle kann durch Verdampfung von Restwassermengen ein erhöhter Innendruck auftreten. Zu dessen Ableitung zeigt Figur 2 das Sicherheitsventil 37, welches beispielsweise auf einen Druck von 6 bar eingestellt ist, so daß der Dampf bei überschreiten dieses Druckes entweichen kann.

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Claims (9)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Abstichrinne für einen Schachtofen, insbesondere Hochofen für die Erzeugung von Roheisen, bestehend aus einem Trog mit einer feuerfesten, das flüssige Metall führenden Auskleidung, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der feuerfesten Auskleidung (5, 6) hohle Kühlelemente (4) mit Anschlußrohrleitungen (34) für den Zu- und Abfluß von Kühlwasser vorgesehen sind, und daß ein durch die Betriebsweise der Abstichrinne hervorgerufener Temperaturanstieg innerhalb der Rinne einer Überwachungsmessung mittels Sensoren (10, 27) unterliegt, die an eine Steuerschaltung angeschlossen sind, welche bei Oberschreiten eines vorgegebenen Höchstwertes der Temperatur oder der Temperaturanstiegsgeschwindigkeit über Magnetventile (23, 25) außerhalb der Abstichrinne (1) die Wasserzuflußhauptleitung (12) abschaltet und die Anschlußrohrleitungen (34) an eine Drucklufthauptleitung (19) anschließt, während die Anschlußrohrleitungen für den Abfluß mittels Magnetventilen (24, 26) eine Umschaltung von einer Wasserabflußhauptleitung (13) zu einer AJilufthauptleitung (20) erfahren, so daß die die Kühl elemente (4) durchströmende Druckluft die weitere Wärmeabfuhr übernimmt.

2. Abstichrinne nach Anspruch 1_S dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlelemente (4) von Platten begrenzt sind, deren Ebenen etwa senkrecht zur Wärmeflußrichtung und parallel zu den Seitenwänden (3) des Troges liegen.

3. Abstichrinne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühl elemente (4) als Rohrschlangen (32) ausgeführt sind.

4. Abstichrinne nach den Ansprüchen 1 bis 3, wobei der Trog aus Metall bestehende, äußere Seitenwände, ein sich daran anschließendes Dauerbutter und ein inneres Verschleißfutter aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kühl elemente (4) innerhalb des Verschleißfutters (5) in Nähe des Dauerfutters (6) befinden.

5. Abstichrinne nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Kühlelementen (4) und dem Verschleißfutter (5) eine Schicht (7) aus feuerfestem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit angeordnet ist, die größer als diejenige des Dauerfutters und des Verschleißfutters (5) ist.

6. Abstrichrinne nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit Thermo-Elementen (10) versehene Kupferplatte (11), die wenigstens ein Kühlelement (4) überdeckt, im Verschleißfutter (5) in Nähe der Kühlkasten (4) parallel zu letzteren angeordnet ist.

7. Abstichrinne nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußrohrleitungen (34) für den Zufluß über ein Ventil (16) mit den Stichleitungen (14) der Wasserzuflußhauptleitung (12) verbunden sind, und daß die Anschlußrohrleitungen (34) für den Abfluß über je ein Ventil (16 an die Stichleitungen (15) der Wasserrücklaufhauptleitung (13) angeschlossen sind,

und daß die Anschlußrohrleitungen (34) für den Zufluß weiterhin über je ein Ventil (17) an die Stichleitungen der Drucklufthauptleitung (19) und die Anschlußrohrleitungen (34) für den Abfluß über je ein Ventil (18) an die Stichleitungen der Ablufthauptleitung (20) angeschlossen sind.

8. Abstichrinne nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß für die eintrittseitigenRohrleitungsanschlüsse (34) der Kühlelemente (4) Widerstandsthermometer (27) und Strömungswächter (29) vorgesehen sind, die beide an die Steuerschaltung (22, 28) angeschlossen sind.

9. Abstichrinne nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermo-Elemente (10) und die Kupferplatte (11) über Grenzwertschalter (21), die auf maximale Themperaturdifferenzen und auf maximale

Themperaturänderungsgeschwindigkeiten einstellbar sind, auf ein Relais (22) für die Steuerung der Magnetventile (23, 24, 25, 26) geschaltet sind.

tO. Abstichrinne nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in den wasserführenden Hauptleitungen (12, 13) Mengenmesser (31) eingebaut sind.