DE4126521C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen feuerfesten Stein zur Zustellung von metallurgi­ schen Gefäßen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren für die Zustellung eines Stahlkonverterbodens gemäß dem Oberbegriff des An­ spruchs 5.

Feuerfeste Steine werden in der Metallurgie in vielfacher Weise eingesetzt, so zum Beispiel bei der Zustellung von Hochöfen, Konvertergefäßen, Pfannen etc.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich jedoch vornehmlich auf die Zustellung von Konvertern zur Stahlherstellung, und zwar sowohl von bodenblasenden, kombiniertblasenden als auch aufblasenden Konvertern im autothermen und allothermen Betrieb.

Insbesondere bei bodenblasenden, allotherm arbeitenden Konvertern wird durch das Chargieren großer Mengen fester Eisenteile und die durch den von unten eingeblasenen Sauerstoff erzeugte intensive Radbewegung der sich bil­ denden Schmelze die feuerfeste Auskleidung des Konverters einem starken Verschleiß unterzogen.

Um eine möglichst hohe Anzahl von Chargen im Verlauf einer Konverterreise zu erreichen, muß daher die Dicke der aus einzelnen feuerfesten Steinen zu­ sammengesetzten Verschleißschicht im Rand- und Bodenbereich des Konver­ ters den jeweiligen Anforderungen entsprechend angepaßt werden.

Der Übergangsbereich zwischen der Wandauskleidung und der Bo­ denzustellung stellt dabei einen besonderen Problembereich dar.

Das liegt aller Wahrscheinlichkeit nach daran, daß die nach unten in etwa ko­ nisch zusammenlaufende Oberfläche der Seitenwandauskleidung in einem mehr oder weniger stumpfen Winkel auf die ebene Oberfläche des mit feuerfe­ sten Steinen zugestellten Bodens trifft. Eine bisher übliche Ausgestaltung der Bodenzustellung ergibt sich aus der DE-PS 26 54 232. Bei diesem bekannten Verfahren werden in einem bestimmten Muster quaderförmige Steine mit ei­ nem rechteckigen Querschnitt auf einer metallischen Bodenplatte verlegt. Da­ bei ergibt sich die Dicke der Bodenzustellung aus der Länge der benutzten Steine. Eventuell werden die Steine auch in zwei Schichten übereinander ver­ legt. Nach der Fertigstellung des zugestellten Bodens werden die Düsenlöcher in die feuerfeste Schicht gebohrt. Danach wird der komplette Boden von unten in das Konvertergefäß eingesetzt, und die Bodenauskleidung wird mit der Seitenwandauskleidung mit Hilfe von speziellen feuerfesten Steinen und Stampfmasse verbunden. Trotz einer gegenüber dem Restmauerwerk erhöhten Dicke der feuerfesten Verschleißschicht in diesem Bereich wurden bei dieser Art der Zustellung geringere Haltbarkeiten im Vergleich zu den anderen Kon­ verterbereichen erzielt.

Weitere feuerfeste Steine für den oben zitierten Anwendungszweck sind aus der US-PS 32 74 742 und DE-OS 26 20 035 bekannt. Diese vorbekannten Steine zeichnen sich durch eine unsymmetrische Geometrie aus. Es ist ganz offensichtlich, daß schon allein die Herstellung dieser Steine schwierig ist, weil lediglich eine ungleichmäßige Verpressung und dadurch eine wenig optimale Verdichtung des Feuerfestmaterials gegeben ist. Somit ist der Gefügeaufbau nicht sehr homogen. Auch bei der anschließenden Vergütung des Steines durch Tempern ergeben sich durch ungleichmäßige Wärmezufuhr und die un­ symmetrische Temperaturverteilung von außen nach innen ungünstige Bedin­ gungen im Stein. Darüber hinaus müssen beim Einbau derartiger Steine kom­ plizierte Konfigurationen eingehalten werden.

Bei den vorbekannten Steinen mit rechteckigem Querschnitt können sich die im Boden aufbauenden thermischen Spannungen durch die relativ zueinander unbeweglichen Steine nur dadurch abbauen, daß sich Risse in den Steinen bil­ den. Die abgerissenen Steinköpfe gelangen in die Schmelze, hinterlassen Kra­ ter, die den Verschleißkräften neue Ansatzpunkte liefern.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen feuerfesten Stein der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß er zur Herstellung eines Bo­ dens geeignet ist, dessen Übergang zur Seitenwandauskleidung kontinuierli­ cher erfolgt und daß die auftretenden Spannungen im Boden in ungefährlicher Weise abgebaut werden können.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit Hilfe der Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Un­ teransprüche.

Durch den Anspruch 5 und die sich anschließenden Unteransprüche ist ein Verfahren für die Zustellung eines Stahlkonverterbodens mit den erfindungs­ gemäßen Steinen angegeben.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Steines ist darin zu sehen, daß seine Her­ stellung einfacher ist. Bei einem symmetrischen Stein gelingt eine wesentlich gleichmäßigere Verpressung, dadurch eine optimale Verdichtung des Feuer­ festmaterials. Der Gefügeaufbau ist homogener. Auch bei der anschließenden Vergütung des Steines durch Tempern ergeben sich durch die gleichmäßige Wärmezufuhr und symmetrische Temperaturverteilung von außen nach innen bessere Bedingungen im Stein. Durch die Symmetrie in Form und Eigenschaf­ ten verhält sich der Stein auch im Einsatz berechenbarer, was insbesondere auf die Wärmeausdehnung des Steins zutrifft.

Auch die Haltbarkeit ist durch das symmetrische Gefüge, die gleichmäßigen mechanischen Eigenschaften und die durch die Quadratform minimierte An­ griffsfläche des Steines größer. Außerdem ergibt sich durch die einfachere Querschnittsform ein einfacherer Einbau, insbesondere im Bodenbereich.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Steine können sogenannte Kümpelböden, d. h. Böden in bombierter Form, hergestellt werden können, indem die Steine in einem Matrixraster auf der vorbereiteten Bodenplatte angeordnet werden. Hierdurch wird ein stetiger Übergang zwischen der konkav ausgebildeten Bodenoberfläche und den schräg aufsteigenden Seitenwandflächen ermög­ licht.

Die durch die vorteilhafte quadratische Querschnittsfläche ermöglichte schachbrettartige Anordnung der Steine hat den Vorteil, daß sich die sich im Boden aufbauenden thermischen bzw. durch Bodenverformungen auftretenden Spannungen dadurch besser abbauen lassen, daß die Steine die Möglichkeit haben, sich gegeneinander zu verschieben. Sollte trotzdem einmal ein Stein horizontal reißen, so wird das Steinteilstück durch die benachbarten Steine daran gehindert, aus dem Verband in die Schmelze zu gelangen, da die Rißflä­ che größer ist als die zur Schmelze zeigende Stirnfläche des Steines.

Ein mit Hilfe der erfindungsgemäßen Steine zugestellter Konverterboden sowie der mit diesem Boden verschlossene Konverter selbst erreicht eine wesentlich erhöhte Lebensdauer. Das gilt um so mehr, wenn der Boden zweischichtig ausgestaltet wird, wobei jeweils Steinlängen von beispielsweise 750 mm ge­ wählt werden. Dabei ist die verjüngte Stirnfläche der die untere Schicht bilden­ den Steine naturgemäß etwas größer als die verjüngte Stirnfläche der Steine, die die obere Schicht bilden. Beispielsweise kann die Dimensionierung der Steine so gewählt werden, daß die Basisstirnfläche der Steine in beiden Lagen eine Kantenlänge von 100 mm aufweist, während die Kantenlänge der ge­ genüberliegenden kleineren Stirnfläche in einem Fall 90 mm und im anderen Fall 88,9 mm beträgt.

Die Erfindung ist jedoch an keine spezielle Dimensionierung, was die Länge bzw. die quadratische Querschnittsfläche betrifft, gebunden. Es ist auch vor­ stellbar, den Boden einschichtig, zwei- und mehrschichtig auszuführen.

Um die bombierte Form des Bodens zu erreichen, wird gemäß Anspruch 5 vorgeschlagen, auf der ebenen Grundplatte eine Betonschicht mit plan-konkavem Querschnitt aufzutragen, auf der dann mindestens eine Lage der feuerfesten Steine in der oben angegebenen Weise angeordnet wird.

Durch den so hergestellten Boden werden dann in bekannter Weise die Löcher zur Aufnahme der Düsen gebohrt.

Gemäß Anspruch 7 werden bei der Bodenzustellung drei verschiedene Stein­ qualitäten verwendet. In der unmittelbaren Umgebung der Düsenlöcher, die besonderen thermischen Belastungen ausgesetzt ist, werden nach dem An­ spruch 7 Karbonsteine verlegt. Diese Karbonsteine werden im gesamten Be­ reich der Bedüsung von Magnesitsteinen einer ersten Qualität umgeben, wäh­ rend die weiter außen angeordneten Steine Magnesitsteine einer zweiten, min­ deren Qualität sind. Auf diese Weise werden die Kosten der Bodenzustellung weiter minimiert.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen feuerfesten Steine ist darin zu sehen, daß pro Lage nur mit einem einzigen Steinformat gearbeitet werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung dargestellt und näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 in abgebrochener Darstellung einen Stahlkonverter im Querschnitt,

Fig. 2 Draufsicht der Bodenzustellung gemäß Ansicht A aus Fig. 1.

In der Zeichnung ist das Konvertergefäß allgemein mit dem Bezugszeichen 1 versehen. Es besteht aus einer metallischen Wandung 2 und einem aus einer metallischen Bodenplatte 3 bestehenden Verschluß. Sowohl die Gefäßwand als auch die Bodenplatte 3 ist mit einer Verschleißschicht aus feuerfesten Steinen 5, 6, 7, 7′ ausgekleidet. Die Behälterwand 2, 4 ist mit einer ersten Schicht 8 aus feuerfesten Steinen verkleidet. Diese Schicht 8 reicht von einem die Bodenöff­ nung 9 umgebenden Flansch 10 bis zum nicht dargestellten Konverterhut. An diese Schicht 8 nach innen anschließend sind ringförmig auf dem Ringflansch 10 in fünf Lagen übereinander flache feuerfeste Steine 11 angeordnet, die eine vertikale Innenwandung 12 bilden. Von der Behälterachse weg versetzt sind auf dem aus den Feuerfeststeinen 11 aufgebauten Sockel großformatigere feuer­ feste Steine 13 angeordnet, die ebenfalls eine vertikale Innenwand bilden. Von dem durch die Steine 13 gebildeten zweiten Sockel erstreckt sich zum einen eine direkt auf der Grundauskleidung 8 aufliegende aus im Querschnitt parallelogrammförmigen feuerfesten Steinen 14 gebildete zweite Schicht bis zum nicht dargestellten Konverterhut. Weiterhin ist auf dem aus den Steinen 13 bestehenden Sockel ein aus den Steinen 6 aufgeführter dritter Sockel mit konisch nach oben zulaufender Innenwand 15 angeordnet. Der aus den Steinen 6 ge­ bildete dritte Sockel schließt in etwa mit dem oberen Rand des eingebauten und im folgenden beschriebenen Konverterbodens ab. Den eigentlichen Ver­ schleißschutz für die Behälterwand 2 bilden die aufeinander angeordneten keilförmigen Steine 5.

Der Konverterboden besteht aus der schon angesprochenen Bodenplatte 3, auf der eine rotationssymmetrische plan-konkave Schicht 16 aus einem Feu­ erfestbeton vorgesehen ist. Auf die sphärische Fläche der Betonschicht 16 ist eine erste Lage 17 aus pyramidenstumpfförmigen feuerfesten Steinen 7′ aufge­ bracht. Auf diese erste Steinlage 17 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine zweite Lage 18 aus ebenfalls pyramidenstumpfförmigen feuerfesten Stei­ nen 7 angeordnet. Wie aus der Fig. 2 hervorgeht, haben die feuerfesten Steine 7, 7′ quadratischen Grundriß und sind in Form eines Schachbretts angeordnet. Das heißt, daß die Seitenflächen jeweils benachbarter Steine einander vollflä­ chig berühren. Die von der Bodenplatte wegweisenden Stirnflächen 19, 19′ sind dabei naturgemäß unterschiedlich groß. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Stirnfläche 19′ eine Kantenlänge von 90 mm und die Stirnfläche 19 eine Kantenlänge von 88,9 mm auf. Die aufliegenden Stirnflächen 20 sind hin­ gegen gleich groß und weisen eine Kantenlänge von 100 mm auf. Die Länge der die Schichten 17 und 18 bildenden feuerfesten Steine 7, 7′ beträgt hierbei 750 mm.

Da die obere Schicht 18 in ihrem Randbereich über die untere Schicht 17 über­ steht, wird die obere Schicht 18 in diesem Bereich durch einen auf dem ersten aus den Steinen 11 gebildeten Sockel stehenden Ring aus feuerfesten Steinen 21 unterstützt.

Den Anschluß an die Seitenwandauskleidung bildet zum einen die punktiert dargestellte Stampfmasse 22 und zum anderen der Ring aus den Fugensteinen 23.

Lediglich strichpunktiert dargestellt sind die durch den kompletten Konverter­ boden 3, 16, 17, 18 hindurchführenden Bohrungen 24, in denen die für die Sau­ erstoffzufuhr vorgesehenen Düsen angeordnet sind.

Wie sich aus der Fig. 2 ergibt, weist der Konverterboden im Hinblick auf das verwendete Steinmaterial eine besondere Struktur auf. In der direkten Umge­ bung der Düsenbohrungen 24 werden Karbonsteine verwendet (kleine Rechtecke 25); umschlossen werden diese Karbonsteininseln 25 von hochrei­ nen Magnesitsteinen einer ersten Qualität (großes Rechteck 26), die restlichen Bereiche des Bodens bestehen aus Magnesitsteinen einer zweiten, minderen Qualität.

Hergestellt wird der Boden wie üblich separat vom Konvertergefäß. Zunächst wird auf die Bodenplatte 3 die plan-konkave Schicht aus feuerfestem Beton aufgetragen. Nach dem Aushärten dieser Schicht wird die Bodenplatte in einer Vorrichtung senkrecht aufgestellt. Wie in der DE-PS 26 54 232 dargestellt, be­ ginnt dann die Zustellung des Bodens. Dabei werden zunächst die beiden äu­ ßeren Ringe aus den feuerfesten Steinen 7 der oberen Schicht weggelassen, damit der fertig gemauerte Boden von unten in das Konvertergefäß eingeführt werden kann. Nachdem die Bodenplatte am Konvertergefäß befestigt worden ist, wird mit Hilfe der Stampfmasse 22, den zusätzlichen äußeren beiden Rin­ gen aus den feuerfesten Steinen 7 und dem Ring aus den Fugensteinen 23 die Verbindung zur Seitenwandauskleidung hergestellt.

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, geht die Kontur der Seitenauskleidung kontinuierlich in die konkave Kontur des Bodens über.

Claims (8)

1. Feuerfester Stein zur Zustellung von metallurgischen Gefäßen, insbesondere des Bodens derselben, dadurch gekennzeichnet, daß die von einer ersten quadratischen Stirnfläche (20) aufragenden vier Seitenflächen paarweise symmetrisch unter einem Winkel, der kleiner ist als 90°, aufsteigen, so daß die gegenüberliegende zweite, ebenfalls quadratische Stirnfläche (19, 19′) kleiner ist als die erste Stirnfläche (20).

2. Feuerfester Stein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stirnfläche (20) eine Kantenlänge von 100 mm aufweist.

3. Feuerfester Stein nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Stirnfläche (19′) eine Kantenlänge von 90 mm aufweist.

4. Feuerfester Stein nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Stirnfläche (19) eine Kantenlänge von 88,9 mm aufweist.

5. Verfahren für die Zustellung eines Stahlkonverterbodens mit konischen feuerfesten Steinen, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer ebenen Grundplatte (3) eine Betonschicht (16) mit plan­ konkavem Querschnitt aufgetragen wird, auf der mindestens eine Lage von im Querschnitt quadratischen feuerfesten Steinen, deren vier von einer ersten quadratischen Stirnfläche aufragenden Seitenflächen paarweise symmetrisch unter einem Winkel von kleiner 90° aufsteigen, angeordnet wird derart, daß die ersten Stirnflächen der Steine der mindestens einen Lage auf der Betonschicht stehen und die Seitenflächen jeweils benachbarter Steine miteinander fluchten, so daß die Steinquerschnitte eine exakt schachbrettartige Anordnung aufweisen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach Fertigstellung der mindestens einen Steinlage (17,18) durch die Betonschicht (16) und die Steinlage (17, 18) Löcher (24) zur Aufnahme von Düsen gebohrt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als die die Löcher (24) umgebenden Steine (7, 7′) Karbonsteine eingesetzt werden, die von Magnesitsteinen (7, 7′) einer ersten Qualität umgeben sind, während als weiter außen angeordneten Steine (7, 7′) Magnesitsteine einer zweiten minderen Qualität eingesetzt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Steinlagen (17, 18) aufeinander angeordnet werden, wobei die zweiten Stirnflächen (19′) der auf der Betonschicht (16) angeordneten Steine (7′) größer sind als die zweiten Stirnflächen (19) der Steine (7) der zweiten Lage (18).