EP0091422B1

EP0091422B1 - Düsenstock für einen Schachtofen

Info

Publication number: EP0091422B1
Application number: EP19830890038
Authority: EP
Inventors: Paul Müllner; Max Vorderwinkler; Wilhelm Stastny; Gerhard Dr. Lazar
Original assignee: Voestalpine AG
Current assignee: Voestalpine AG
Priority date: 1982-04-05
Filing date: 1983-03-17
Publication date: 1986-05-07
Also published as: EP0091422A3; AT373284B; ATA134482A; DE3363361D1; EP0091422A2

Description

Die Erfindung betrifft einen Düsenstock für einen Schachtofen, insbesondere einen Hochofen, mit einer an eine Heißwindringleitung angeschlossenen Düsenspitze, die leitungsmäßig in eine aus vollwandigem, ungekühltem hochtemperaturfestem Werkstoff gebildete Windform mündet, wobei zur unmittelbaren Abstützung der Windform und damit der Düsenspitze ein eine Höhlung in der Ausmauerung des Schachtofens begrenzender Windformkasten in den Schachtofen eingesetzt ist.
Düsenstöcke neuerer Bauart für einen Hochofen sind beispielsweise aus Lueger, Lexikon der Technik, Band 5, 1963, Seite 147, bekannt. Der Heißwind wird von einer rund um den Hochofen geführten Ringleitung über die Düsenstöcke in den Ofen geleitet. Jeder Düsenstock weist eine ungekühlte Düsenspitze auf, die in die Höhlung, die von dem wassergekühlten Windformkasten (auch Windschutzform genannt) begrenzt wird, ragt. An die Düsenspitze angesetzt ist die ebenfalls wassergekühlte Windform, die durch die stirnseitige Öffnung des Windformkastens bis in das Innere, die Reaktionszone, des Hochofens ragt. Die Windform ist mit einem Außenkonus in einem Innenkonus des Windformkastens dicht eingesetzt, und die Düsenspitze wird mittels Spannschrauben gegen die Windform gepreßt.
Für Heißwindtemperaturen bis etwa 800 °C ist die Düsenspitze aus Hämatitguß gefertigt. Ihre Spitze ist durch Anliegen an der wassergekühlten Windform mitgekühlt. Für höhere Heißwindtemperaturen bis zu etwa 1 400 °C, wie sie bei modernen Großraumhochöfen auftreten, ist die Düsenspitze mit einer feuerfesten Zustellung versehen.
Die wassergekühlten Windformen stellen die am stärksten belasteten Armaturen des Hochofens dar, sie sind starken thermischen, chemischen und mechanischen Belastungen und daher starkem Verschleiß ausgesetzt. Als Folge dieser Belastungen kommt es immer wieder zu einem Durchbruch des Kühlwasserkreislaufes, worauf dieser ausgeschaltet werden muß. Es muß dann die Windform ausgetauscht werden, was einen nicht eingeplanten Ofenstillstand bedeutet.
Ein weiterer Nachteil der wassergekühlten Windformen ist darin zu sehen, daß dem Heißwind die vorher mit erheblichem Energieaufwand zugeführte Wärme zum Teil wieder entzogen wird.
Um Hochofenstillstände zu vermeiden, werden sogenannte « Doppeikammer-Windformen verwendet, wie sie beispielsweise aus der DE-OS-26 08 365 bekannt sind. Diese weisen zwei getrennte Kühlkreisläufe auf, u. zw. einen in einer Vorkammer und einen in einer Hauptkammer. Die Vorkammer kühlt den ofeninnenseitig exponierten Teil der Windform. Bei Beschädigung der Vorkammer wird deren Kühlkreislauf abgeschiebert und die Windform kann mit der noch intakten Hauptkammer bis zu einem geplanten Stillstand des Hochofens weiterbetrieben werden. Diese Lösung ist jedoch wegen des Wärmeentzuges des Heißwindes nicht restlos befriedigend. Außerdem sind zwei Kühlkreisläufe je Windform sehr aufwendig.
Um den Verschleiß an Windformen und die Abkühlung des Heißwindes durch die Wasserkühlung der Windformen zu vermindern, ist es bekannt (DE-OS-27 32 566, GB-PS-1 417 375, US-PS-3 831 918), die aus Kupfer oder Kupferlegierung hergestellten Windformen an ihrer Oberfläche zu beschichten. Die Nachteile gekühlter Windformen, nämlich Wärmeverluste des Heißwindes sowie Ofenstillstände in Folge eines Undichtwerdens des Kühlmittelkreislaufes der Windform, können jedoch auch durch die Verwendung beschichteter Windformen nicht gänzlich vermieden werden.
Um einen Durchbruch des Kühlwasserkreislaufes an der Windform sowie eine Abkühlung des Heißwindes in der Windform zu vermeiden, ist es aus der AT-PS-7050 sowie aus der DE-PS-650 859 bekannt, massive Hochofenformen aus Sintermagnesit oder Hartmetall zum Einleiten des Windes vorzusehen. Diese aus der Beginnzeit der modernen Hochofentechnik stammenden Vorschläge haben sich jedoch nicht durchgesetzt, da einerseits (AT-PS-7050) ein Windformkasten überhaupt unberücksichtigt ist und andererseits (DE-PS-650 859) die massive Windform an den gekühlten, aus Gußeisen bestehenden Windformkasten direkt angeschlossen ist. Bei Kontakt einer massiven, auf höchste Temperaturen aufgeheizten Windform mit einem gekühlten gußeisernen Windformkasten kommt es an der Übergangsstelle zu hohen Temperaturdifferenzen und dadurch verursachten Spannungen. Diese bewirken eine vorzeitige Zerstörung der Berührungsfläche zwischen Windform und Windformkasten, so daß die Dichtheit zwischen diesen beiden Teilen schon nach kurzer Betriebszeit nicht mehr gegeben ist.
. Da heute (vgl. Lueger, Band 5, 1963, Seite 147) ein Windformkasten unerläßlich ist - u. zw. einerseits wegen des hohen Gewichts des aus Windform und Windformkasten bestehenden Hochofeneinsatzes und andererseits wegen des einfachen Ersatzes der mehr oder weniger verschleißenden Windform unter Einsparung eines Austausches des demgegenüber wesentlich weniger verschleißenden Windformkastens -, ist erfindungsgemäß die Aufgabe gestellt, einen Düsenstock mit einer massiven Windform für einen Hochofen vorzusehen, wobei jedoch am Übergang zum Windformkasten keine Dichtigkeitsprobleme bzw. kein vorzeitiger Verschleiß auftritt, u. zw. sowohl an der Windform als auch am Windformkasten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auch der Windformkasten aus vollwandigen ungekühlten hochtemperaturfesten Werkstoffen, insbesondere aus keramischer Sintermasse, gebildet ist.
Durch Verwendung einer ungekühlten Windform und eines ungekühlten Windformkastens läßt sich eine dichte Verbindung zwischen Windform und Windformkasten besonders einfach gestalten, u. zw. durch eine Kegelsitzverbindung. An der Berührungsstelle der Windform mit dem Windformkasten werden durch hohe Temperaturdifferenzen entstehende Spannungen vermieden, so daß eine beständige dichte Verbindung zwischen Windform und Windformkasten auch bei schlechter Wärmeleitfähigkeit von hochtemperaturfesten Werkstoffen sichergestellt ist.
Um eine lange Standzeit für die Windform zu erzielen, ist diese zweckmäßig aus einem sowohl bei oxidierenden als auch bei reduzierenden Bedingungen beständigen Werkstoff gebildet.
Als Werkstoff für die ungekühlte Windform und den ungekühlten Windformkasten kommen vorteilhaft höchstschmelzende Metalloxide und/oder Metallverbindungen (Hartstoffe), wie Nitride, Carbide, Silizide oder Boride, oder metallkeramische Verbundstoffe (Cermets) in Frage.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform mit einer an einer Düsenspitze mittels einer Gelenkverbindung anliegenden Windform ist der an der Düsenspitze vorgesehene Teil der Gelenkverbindung an eine Preßluftzu- und -ableitung angeschlossen.
Die Erfindung ist anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsformen näher erläutert, wobei Fig. 1 einen Schnitt durch eine Achse eines Düsenstocks, der in einem Hochofen eingesetzt ist, gemäß einer ersten Ausführungsform und Fig. 2 eine analoge Darstellung einer
zweiten Ausführungsform zeigen. In den Hochofenpanzer 1, der mit einer feuerfesten Ausmauerung 2 innenseitig ausgekleidet ist, ist ein Windformring 3 eingeschweißt. An diesem Windformring 3 ist ein Windformkastenrahmen 4 angeschraubt, der einen Innenkonus 5 aufweist, in den ein Windformkasten 6 mit einem Außenkonus 7 dicht eingesetzt ist. Am ofeninnenseitigen Ende 8 weist der Windformkasten 6 einen Innenkonus 9 auf, in den die Windform 10 mit einem Außenkonus 11 eingesetzt ist. Die Windform 10 und der Windformkasten 6 sind vollwandig und ungekühlt und aus einer keramischen Sintermasse, die sowohl bei oxidierenden als auch bei reduzierenden Bedingungen beständig ist, hergestellt. Die Windform 10 durchsetzt die Ausmauerung 2 und ragt mit einem Überstand 12 in den Ofeninnenraum 13.
Die Düsenspitze 14, die ebenfalls ungekühlt ist, ist mit einer feuerfesten Ausmauerung 15 versehen und wird mittels nicht dargestellter Spannschrauben zur Ofenmitte hin gepreßt. Sie liegt mit einer stirnseitigen Kugelfläche 16, die am aus hochschmelzendem Metall hergestellten Panzer 17 der Düsenspitze 14 vorgesehen ist, an einer Kegelfläche 18 der Windform an. Durch diese Kugel- 16 und Kegelfläche 18 wird ein Kugelgelenk gebildet, welches eine Beweglichkeit der Düsenspitze 14 gegenüber der Windform 10 bzw. auch gegenüber dem Windformkasten 6 ermöglicht.
Gemäß der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist der vordere Endteil 19 der Düsenspitze 14 mit einem spiralförmigen Hohlraum 20 ausgestattet, der an eine Preßluftzu- und -ableitung 21 bzw. 22 angeschlossen ist, so daß der vordere Endteil 19 der Düsenspitze 14 vor Überhitzung geschützt werden kann.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist eine Windform 10 mit zum Windformkasten 6 geneigter Achse 23 verwendet, um den Heißwind schräg nach unten in den Hochofen einzublasen. Die Achse 24 der Düsenspitze ist ebenfalls gegenüber der Achse 25 des Windformkastens geneigt.
Als Werkstoffe für die Windform 10 und den Windformkasten 6 kommen höchstschmelzende Metalloxide und Metallverbindungen (Hartstoffe), wie Nitride, Carbide, Silizide oder Boride sowie beschichtete hochschmelzende Metalle und metallkeramische Verbundstoffe (Cermets) in Frage. Hochschmelzende Metalle, wie z. B. Molybdän, Wolfram, Niob, Tantal, können ebenfalls eingesetzt werden, sie müssen jedoch vor oxidierender Atmosphäre mittels eines Überzuges, wie MoSi₂ oder WSi₂, und vor einer CO/CO₂-Atmosphäre geschützt werden. Ein solcher Überzug ist ein sehr dichter und fest haftender Schutz. Der Vorteil der hochschmelzenden Metalle liegt in der großen mechanischen Beanspruchbarkeit.

Claims

1. Düsenstock für einen Schachtofen, insbesondere einen Hochofen, mit einer an eine Heißwindringleitung angeschlossenen Düsenspitze (14), die leitungsmäßig in eine aus vollwandigem, ungekühltem hochtemperaturfestem Werkstoff gebildete Windform (10) mündet, wobei zur unmittelbaren Abstützung der Windform (10) und damit der Düsenspitze (14) ein eine Höhlung in der Ausmauerung (2) des Schachtofens begrenzender Windformkasten (6) in den Schachtofen eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß auch der Windformkasten (6) aus vollwandigen ungekühlten hochtemperaturfesten Werkstoffen, insbesondere aus keramischer Sintermasse, gebildet ist.

2. Düsenstock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Windform (10) aus einem sowohl bei oxidierenden als auch bei reduzierenden Bedingungen beständigen Werkstoff gebildet ist.

3. Düsenstock nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Windform (10) und der Windformkasten (6) aus höchstschmelzenden Metalloxiden und/oder Metallverbindungen (Hartstoffen), wie Nitriden, Carbiden, Siliziden oder Boriden, oder aus metallkeramischen Verbundstoffen (Cermets) gefertigt sind.

4. Düsenstock nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer an einer Düsenspitze mittels einer Gelenkverbindung anliegenden Windform, dadurch gekennzeichnet, daß der an der Düsenspitze vorgesehene Teil der Gelenkverbindung an eine Preßluftzu- und -ableitung angeschlossen ist.