-
Schachtofen, insbesondere Hochofen Die Erfindung bezieht sich auf
Schachtöfen und betrifft insbesondere einen ,gasdichten Aufbau für Hochöfen.
-
Der Schacht eines gewöhnlichen Hochofens wird im allgemeinen von einem
waagerechten, aus einer Reihe von Stahlplatten bestehenden Ringträger umfaßt, der
ungefähr in der Höhe des oberen Endes der Ofenrast liegt. Der Ringträger ruht dabei
auf Säulen, die auf einem Betonfundament stehen; auf ihn stützen sich der nach oben
zu verlaufende Stahlmantel und die Schachtausmauerung. Die feuerfeste Ausmauerung
der Rast und des Herdes ruht auf dem Betonfundament und erstreckt sich aufwärts
bis zum Ringträger. Die Rast der Ofen ist dabei durch Bänder verankert, die in Abständen
voneinander verlegt sind und zwischen denen Kühlplatten in -das Mauerwerk eingelassen
sind. Der Herd oder das Gestell ist von einem schweren Stahlplattenmantel umgeben,
der in verschiedenster Weise gekühlt sein kann. Diese an sich bekannte Bauart und
Panzerung eines Hochofens ist deswegen ungünstig, weil sie es nicht gestattet, den
Ofen dicht zu halten. Durch die ständigen Wärmedehnungen und auch durch die durch
das Hängen des Ofens ausgelösten Erschütterungen entstehen Fugen und Risse im frei
liegenden Mauerwerk, die nach und nach zu nicht absehbaren Störungen führen können.
-
Die neuere Entwicklung der Hochofentechnik, die eine noch weitergehende-Vergrößerung
der Einheiten und insbesondere eine erhebliche Steigerung des Gasdrucks der Hochöfen
anstrebt, zwingt zu einem Abgehen von der üblichen Ausgestaltung
und
vor allem der Ummantelung :und Verankerung der Ofen, die unbedingt und zuverlässig
gasdicht sein müssen. Außerdem ist mit dem Aufkommen der Kohlenstoffauskle'vdungen
die dringende Forderung verbunden, den Kohlenstoff gegen Eindringen von Feuchtigkeit
und Luft zu schützen, die die Auskleidung schnell zerstören.
-
Der vorstehenden Forderung wird die vorliegende Erfindung durch eine
Hochofen- od. dgl. Panzerung gerecht, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Ofen
in seiner Gesamtheit, d. h. Schacht, Rast und Gestell, im wesentlichen von einem
einzigen geschweißten Behälter umgeben bzw. bepanzert ist, der eine gasdichte Dehnungsfuge
in Form einer Stopfbüchse oder einer ähnlichen Einrichtung nur am Ringträger im
oberen Rastteil besitzt, so daß ein widerstandsfähiger gas-, Luft- und feuchtigkeitsdichter
Ofen entsteht, der allen im Betrieb auftretenden Gasdrücken und auch Erschütterungen
und Stößen zu widerstehen vermag.
-
Im einzelnen weist der Ofen nach der Erfindung einen nach oben sich
verjüngenden, in eins geschweißten Stahlmantel für den Schacht auf, der sich durch
Säumen auf das Ofenfundament stützt, wobei die Säulen die geradlinige Fortsetzung
des Mantels nach unten darstellen. Die Stahlmäntel der Rast und des Herdes sind
zu einer Einheit verschweißt, und der Boden des Herdmantels ist durch :eine Stahlplatte
abgeschlossen, die ihrerseits mit dem Herd- und Rastmantel aus einem Stück besteht
und einen topfförmigen Behälter bildet, der unmittelbar auf dem Fundament ruht.
Das zylindrische Oberteil dieses Topfes ist teleskopartig in dem unteren zylindrischen
Ende des Mantels geführt und gegen .dasselbe durch eine Asbestpackung od. dgl. abgedichtet,
@so daß das ganze Stahlgehäuse des Ofens ein gasdichter Behälter ist, der lediglich
nach oben zu offen und in den die Blasdüsen sowie die Abstichöffnungen für Schlacke
und Eisen eingelassen sind.
-
Die Auskleidung im Innern dieses eine Einheit bildenden Stahlrohrs
oder Behälters besteht aus Kohlenstoffsteinen, :und zwischen .diesen und dem Panzer
kann eine Zwischenschicht aus feuerfesten oder isolierenden Steinen angeordnet sein,
die von der aus Kohlenstoffsteinen bestehenden Innenausmauerung durch- eine dünne
Schicht aus gekörntem Kohlenstoffmaterial getrennt. ist. Die Innenauskleidung aus
Kohlenstoffsteinenkann auch unmittelbar an der feuerfesten Zwischenwand anliegen
und zwischen letzterer und dem Stahlmantel eine dünne Schicht körnigen feuerfesten
Materials eingebracht sein. Wenn die Innenauskleidung aus Kohlenstoffsteinen von
einer feuerfesten oder isolierenden Hinterkleidung umgeben ist, dann dringt erstere
in die Hinterkleidung ein .und verankert sich in ihr, und zwar über den gesamten
Schacht. In der Rast und im Gestell des Ofens kann auf der Kohlenstoffausrnauerung
in üblicher Weise auch noch eine Innenauskleidung aus feuerfesten Steinen stehen.
-
Es ist ersichtlich, daß bei :dieser Anordnung der einheitliche, zu
einem Stück verschweißte Stahlmantel, der die Gicht mit der Beschickungseinrichtung
trägt, unabhängig von der Ausmauerung abgestützt und getragen ist und seine Ausdehnung
in der Wärme vom Ringträger an aufwärts .durch die gasdichte Teleskopverbindung
sicher ermöglicht wird. Der gesamte Ofen ist nunmehr gasdicht, trotz seiner halbstarren
Ausbildung widerstandsfähig; er ermöglicht den Betrieb mit wesentlich höheren Drücken
als bisher. Da die Ausmauerung des Ofens im wesentlichen unabhängig vom Panzer unterstützt
ist, kann -sie sich in geringem Maße relativ dazu bewegen, wobei die unterschiedliche
Wärmeausdehnung durch die Verwendung von Kohlenstoffsteinen erheblich herabgesetzt
ist, weil deren Ausdehnungskoeffizient ungefähr halb so groß ist als derjenige der
üblichen Schamotteauskleidungen. Wegen der bedeutend höheren Druckfestigkeit der
Kohlenstoffsteine kann die Innenausmauerung des Ofens dünner sein als bisher. Die
unterschiedliche, zwischen der Ausmauerung und dem Stahlpanzer bestehende Ausdehnung
wird an der Gicht des Ofens ausgeglichen.
-
Die Erfindung ist in der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
und zwar zeigt Fi.g. i einen Längsschnitt durch einen Hochofen nach der Erfindung,
Fig. 2 einen Teilschnitt in größerem Maßstab, der Einzelheiten der Stopfbüchse am
Ringträger erkennen läßt, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 der Fig. i. Wie
die Zeichnung zeigt, ist der Hochofen in seiner Gesamtheit von einem schweren Stahlgehäuse
io umgeben, das aus Stahlplatten zusammengeschweißt ist und dessen Dicke zweckmäßigerweise
vom Herd bis zur Gicht i i stetig abnimmt. Der Panzer io besteht aus dem Schachtmantel
12, der sich, von dem Ringträger 13 ausgehend, nach oben zu allmählich verjüngt.
An dem Ringträger schließt sich nach unten der Rastmantel 14 an, der mit dem Mantel
12 durch eine gasdichte Stopfbüchse 15 gleitend verbunden ist und mit dem Gestellmantel
16 verschweißt ist. Der Gestenmantel geht unten in einen konvexen Boden 17 über,
der auf einer Betonplatte 18 ruht, deren konkave Tragfläche dem konvexen Boden 17
angepaßt und die mit radialen Sehlitzen oder Abzugskanälen 1g versehen ist, die
mit dem Ringraum 2o in dem Fundament 21 in Verbindung stehen (Fig. 3). Der Ringraum
2o weist Abzugsrohre 22 auf.
-
Der Boden 17 kann statt einer konvexen auch eine beliebige andere
Krümmung besitzen oder flach sein, obgleich die konvexe Form vorgezogen wird. Wegen
der mit ihnen zusammenhängenden Betonplatte 18 hat der Rast- und Gestenmantel die
Form eines Topfes, und das ganze Ofengehäuse io stellt im wesentlichen einen geschlossenen
Stahlbehälter dar, der nur oben offen ist.
-
In Abständen voneinander angeordnete Säulen 23, die etwa .die gleiche
Neigung wie der Schachtmantel 12 haben, bilden ein Teil der einheitlichen Schweißkonstruktion,
das aus dem Ringträger 13, den Säulen 23 und dem Stützring 24 besteht, der auf dem
Fundament 21 ruht. Wie Fig. i zeigt, steilt
das Säulengebilde 13,
23, 24 eine nach unten gerichtete gerade Fortsetzung des Schachtmantels 12 dar,
zwischen der der Rast- und Gestellmantel 14, 16 steht. Die Ausbildung -der Säulen
23 und des Stützrings 24 ist im einzelnen für die vorliegende Erfindung unwesentlich.
Sie entspricht vorzugsweise der Kastenträgerbauart.
-
Wie sich aus der vergrößerten Darstellung in Fig.2 ergibt, ruht der
Schachtmantel 12 auf dem Ringträger 13 kastenförmigen Querschnitts, der mit dem
Schachtmantel verschweißt ist und dessen nach innen zu liegende Wandung 25 einen
Zylinder darstellt, in dem der nach außen gerichtete Flansch 26 des Rastmantels
14 gleitend geführt ist. Der Raum zwischen der zylindrischen Wand 25 des Ringträgers
und ider Oberfläche des Rastmantels ist mit einer Asbestpackung27 gefüllt, die durch
den Stopfbüchsenring 28 zusammengepreßt wird. Der Ring 28 ist :durch Schraubenbolzen
29 angezogen, die in Nasen 30 eingeschraubt sind. Die Teile 25 bis 30 bilden
mit dem entsprechenden Teil des Rastmantels die Stopfbüchse 15, die die der Ausdehnung
dienende teleskopartige Verbindung zwischen dem Rastmantel 14 und :dem Schachtmantel
12 gasdicht abschließt.
-
Schacht und Rast können durch Spritzwasser aus den Ringleitungen 31
gekühlt werden. Eine Reihe von Überlauftrögen 32, :die den Ofen in bekannter Weise
umgeben, dienen dem gleichen Zweck. Diese äußere Kühlwassereinrichtung kann sich
beliebig weit in den Schacht hinauf erstrecken. Der Überlauf aus dem untersten Trog
32 läuft über den die Rast und das Gestell umgebenden Panzer und fließt dann durch
die Kanäle 19, den Ringraum 20 und die Röhren 22 ab. Die Wasserkühlung des Rast-
und Gestellpanzers wird durch Luftkühlung unterstützt, wobei die warme Luft durch
die Kanäle 1g und den Raum 2o zu den Gitterplatten 33 aufsteigt.
-
Die Ausmauerung .des Ofens, angefangen von der Gicht bis herab zum
Gestenboden 36, besteht vorzugsweise aus Kohlenstoff steinen, die in gleichmäßiger
Stärke und der Größenordnung von etwa 30 cm vermauert sind. Auch der Gestellboden
36 ist vorzugsweise mit Kohlenstofblöcken einer Dicke von etwa 120 cm belegt.
-
Kohlenstoffsteinehaben nicht nur eine geringere Wärmeausdehnung als
Schamottesteine, sie sind auch leichter. Ferner _liegt :die Druckfestigkeit von
Kohlenstoffsteinen zwischen etwa 3oo bis 6oo kg/cm2, während diejenige von Schamottesteinen
nur etwa 100 bis 40o kg/m2 beträgt, je nach dem Ausgangsmaterial und der Herstellungsweise
der Steine. Schließlich bleiben Kohlenstoffsteine bei Temperaturen bis 167o° druckfest,
während die Festigkeit von Schamottesteinen mit steigender Temperatur nachläßt.
Kohlenstoffsteine schmelzen nicht bei hohen Temperaturen, während das bei Schamottesteinen
der Fall ist. Tatsächlich ist Kohlenstoff bis hinaus zu Temperaturen über 334o°
beständig, und selbst dann schmilzt er nicht, sondern verdampft oder sublimiert
langsam.
-
Kohlenstoff und :die daraus hergestellten Steine sind ferner sehr
widerstandsfähig gegen Erosion, so daß eine,dünnere Auskleidung davon ebenso dauerhaft
ist wie eine dickere Auskleidung aus Schamotte. Die Ausdehnungskoeffizienten von
Kohlenstoff und Graphit sind nur etwa halb so groß als diejenigen von Schamotte.
Daher ist das Problem des Verhaltens der Auskleidung in der Hitze bei einer Kohlenstoffauskleidung
weniger groß.
-
Der mit Kohlenstoff ausgekleidete Gestellboden 36 des Ofens nach der
Erfindung sowie die Zustellung von Gestell und Rast -sind in üblicher Weise für
den anfänglichen Schutz mit einem Inneinbelag 37 aus sauren feuerfesten Steinen
versehen.
-
Das Innenmauerwerk 38 aus Kohlenstoffsteinen kann unmittelbar an dem
Mantel anliegen, oder eis kann zwischen (der Innenwand 38 und dem Panzer 1o eine
feuerfeste Hintermauerung 39 aus Schamottesteinen einer Dicke von etwa 23 cm vorgesehen
sein (Fig. 1). Jedoch ist in diesem Fall die Zwischenwand 39 von -dem Innenmauerwerk
38 durch eine etwa 8 cm -dicke Schicht 4o aus festgestampftem körnigem Kohlenstoff
getrennt, die von der Gichtarmierung 35 bis herab zum Gestell reicht und deren Oberkante
im allgemeinen durch die Oberkante der Beschickung festgelegt ist. Vorzugsweise
ist die feuerfeste Zwischenwand 39 in gewissen Abständen durch einen Ring aus Kohlenstoffsteinen
42 unterbrochen, der sich durch die Schicht 4o hindurch (bis zum Panzer 1o erstreckt
und so die Innenausmauerung 38 und die Schamott°-zwischenwand 39 miteinander verbindet.
Eine dünne Schicht 40' aus Schamottebrocken kann zwischen der Wand 39 und dem Mantel
12 eingefügt sein.
-
Die Auskleidung des Ofens einschließlich derjenigen der Rast wird
teilweise durch den konischen Rastmantel 14 und teilweise durch den Gestellboden
36 getragen. Zwischen letzterem und der stählernen Bodenplatte 17 befindet sich
die isolierende Herdsohle, die aus keilförmigen Ziegeln 43 besteht, über denen Schamotte
44 geschichtet ist und dann mehrere Lagen 45 aus feuerfestem Material aufgestampft
sind.
-
Beim Betrieb des Ofens nach der Erfindung wird die unterschiedliche
Wärmeausdehnung des Rast-und Schachtmantels 14, 12, durch die Stopfbüchse 15 ausgeglichen.
Im übrigen sorgen die gute Kühlung des Mantels und die Zustellung des Ofens aus
Kohlenstoffsteinendafür, daß die relative Ausdehnung zwischen der Auskleidung und
dem Gehäuse nur sehr klein ist. Die Wasser- und Luftkühlung des Kühlmantels 1o ist
bis zum Gestenboden 17 herabgeführt, indem das Kühlwasser frei an der Ummantelung
herunterläuft. Die Kanäle 1g und der Ringraum 20 gestatten außerdem einen freien
Luftumlauf. Insgesamt wird also der leichte und widerstandsfähige Ofenschacht erfindungsgemäß
wirksam gekühlt. Ein solcher Hochofen kann mit einem beachtlichen Druck betrieben
werden.