EP0091422B1 - Shaft furnace tuyere connection - Google Patents
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- C21B7/163—Blowpipe assembly
Definitions
- the invention relates to a nozzle assembly for a shaft furnace, in particular a blast furnace, with a nozzle tip connected to a hot wind ring line, which leads line-wise into a wind form formed from full-walled, uncooled, high-temperature-resistant material, with a cavity in the for direct support of the wind form and thus the nozzle tip
- the windform box that limits the lining of the shaft furnace is inserted into the shaft furnace.
- Nozzle sticks of a more recent design for a blast furnace are known, for example, from Lueger, Lexikon dertechnik, Volume 5, 1963, page 147.
- the hot wind is conducted from a ring line around the blast furnace through the nozzle blocks into the furnace.
- Each nozzle assembly has an uncooled nozzle tip that protrudes into the cavity that is delimited by the water-cooled windshield box (also called the windshield shape).
- the likewise water-cooled wind mold which projects through the front opening of the wind mold box into the interior, the reaction zone, of the blast furnace.
- the wind form is tightly inserted with an outer cone in an inner cone of the wind form box, and the nozzle tip is pressed against the wind form by means of clamping screws.
- the nozzle tip For hot wind temperatures up to around 800 ° C, the nozzle tip is made of cast hematite. Its tip is also cooled by the water-cooled wind form. For higher hot wind temperatures up to about 1 400 ° C, such as occur in modern large-scale blast furnaces, the nozzle tip is provided with a refractory lining.
- the water-cooled wind forms are the most heavily loaded fittings in the blast furnace, they are exposed to strong thermal, chemical and mechanical loads and are therefore subject to heavy wear. As a result of these loads, the cooling water circuit breaks again and again, after which it must be switched off. The wind form must then be exchanged, which means an unscheduled shutdown of the furnace.
- double chamber wind forms are used, as are known for example from DE-OS-26 08 365. These have two separate cooling circuits, u. between one in a prechamber and one in a main chamber. The antechamber cools the part of the wind form exposed inside the furnace. If the prechamber is damaged, its cooling circuit is pushed off and the wind form can continue to be operated with the main chamber still intact until the blast furnace is scheduled to come to a standstill.
- this solution is not entirely satisfactory because of the heat removal from the hot wind.
- two cooling circuits per type of wind are very complex.
- the task according to the invention is to create a nozzle block with a solid wind mold To be provided for a blast furnace, but no leakage problems or premature wear occurs at the transition to the windform box, u. between both the wind form and the wind form box.
- a tight connection between the wind mold and wind mold box can be designed particularly easily, u. between by a cone seat connection.
- stresses arising from high temperature differences are avoided, so that a permanent, tight connection between the windform and windform box is ensured even with poor thermal conductivity of high-temperature resistant materials.
- Highly melting metal oxides and / or metal compounds such as nitrides, carbides, silicides or borides, or metal-ceramic composites (cermets) are advantageous as materials for the uncooled wind mold and the uncooled wind mold box.
- the part of the articulated connection provided on the nozzle tip is connected to a compressed air supply and discharge line.
- FIG. 1 a section through an axis of a nozzle assembly which is used in a blast furnace, according to a first embodiment
- FIG. 2 an analog representation of a
- a windform ring 3 is welded into the blast furnace shell 1, which is lined on the inside with a refractory lining 2.
- a windform box frame 4 is screwed to this windform ring 3, which has an inner cone 5, into which a windform box 6 with an outer cone 7 is tightly inserted.
- the wind mold box 6 has an inner cone 9, into which the wind mold 10 with an outer cone 11 is inserted.
- the wind mold 10 and the wind mold box 6 are full-walled and uncooled and made from a ceramic sintered mass which is resistant to both oxidizing and reducing conditions.
- the wind form 10 passes through the brick lining 2 and projects into the furnace interior 13 with a protrusion 12.
- the nozzle tip 14 which is also uncooled, is provided with a refractory lining 15 and is pressed towards the center of the furnace by means of clamping screws (not shown). It rests with a front spherical surface 16, which is provided on the shell 17 of the nozzle tip 14 made of high-melting metal, against a conical surface 18 of the wind form. A ball joint is formed by this spherical surface 16 and conical surface 18, which enables the nozzle tip 14 to move with respect to the wind mold 10 or also with respect to the wind mold box 6.
- the front end part 19 of the nozzle tip 14 is equipped with a spiral cavity 20 which is connected to a compressed air supply and discharge line 21 or 22, so that the front end part 19 of the nozzle tip 14 is protected against overheating can be.
- a wind mold 10 with an axis 23 inclined to the wind mold box 6 is used in order to blow the hot wind obliquely downwards into the blast furnace.
- the axis 24 of the nozzle tip is also inclined with respect to the axis 25 of the windform box.
- High-melting metal oxides and metal compounds such as nitrides, carbides, silicides or borides, as well as coated high-melting metals and metal-ceramic composites (cermets) are suitable as materials for the wind mold 10 and the wind mold box 6.
- Refractory metals such as. B. molybdenum, tungsten, niobium, tantalum can also be used, but they must be protected from an oxidizing atmosphere by means of a coating such as MoSi 2 or WSi 2 , and from a CO / CO 2 atmosphere. Such a coating is a very dense and firmly adhering protection.
- the advantage of the high-melting metals lies in their great mechanical strength.
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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.The invention relates to a nozzle assembly for a shaft furnace, in particular a blast furnace, with a nozzle tip connected to a hot wind ring line, which leads line-wise into a wind form formed from full-walled, uncooled, high-temperature-resistant material, with a cavity in the for direct support of the wind form and thus the nozzle tip The windform box that limits the lining of the shaft furnace is inserted into the shaft furnace.
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.Nozzle sticks of a more recent design for a blast furnace are known, for example, from Lueger, Lexikon der Technik,
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.For hot wind temperatures up to around 800 ° C, the nozzle tip is made of cast hematite. Its tip is also cooled by the water-cooled wind form. For higher hot wind temperatures up to about 1 400 ° C, such as occur in modern large-scale blast furnaces, the nozzle tip is provided with a refractory lining.
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.The water-cooled wind forms are the most heavily loaded fittings in the blast furnace, they are exposed to strong thermal, chemical and mechanical loads and are therefore subject to heavy wear. As a result of these loads, the cooling water circuit breaks again and again, after which it must be switched off. The wind form must then be exchanged, which means an unscheduled shutdown of the furnace.
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.Another disadvantage of the water-cooled wind forms is that the heat that was previously supplied with considerable energy expenditure is partially removed from the hot wind.
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.In order to avoid blast furnace shutdowns, so-called "double chamber wind forms are used, as are known for example from DE-OS-26 08 365. These have two separate cooling circuits, u. between one in a prechamber and one in a main chamber. The antechamber cools the part of the wind form exposed inside the furnace. If the prechamber is damaged, its cooling circuit is pushed off and the wind form can continue to be operated with the main chamber still intact until the blast furnace is scheduled to come to a standstill. However, this solution is not entirely satisfactory because of the heat removal from the hot wind. In addition, two cooling circuits per type of wind are very complex.
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.In order to reduce the wear on wind molds and the cooling of the hot wind by water cooling the wind molds, it is known (DE-OS-27 32 566, GB-PS-1 417 375, US-PS-3 831 918) made of copper or copper alloy produced to coat wind forms on their surface. The disadvantages of cooled wind molds, namely heat losses from the hot wind and furnace shutdowns as a result of the coolant circuit in the wind mold becoming leaky, cannot be completely avoided, however, even by using coated wind molds.
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.In order to avoid a breakthrough of the cooling water circuit on the wind form and a cooling of the hot wind in the wind form, it is known from AT-PS-7050 and from DE-PS-650 859 to provide massive blast furnace forms made of sintered magnesite or hard metal for introducing the wind . However, these suggestions from the beginning of modern blast furnace technology have not prevailed, since on the one hand (AT-PS-7050) a wind mold box is not considered at all and on the other hand (DE-PS-650 859) the massive wind mold on the cooled wind mold box made of cast iron is directly connected. When a massive wind mold heated to the highest temperatures comes into contact with a cooled cast iron wind mold box, there are high temperature differences at the transition point and the resulting stresses. These cause premature destruction of the contact surface between the wind mold and wind mold box, so that the tightness between these two parts is no longer present after a short operating time.
. 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.. Since today (cf. Lueger,
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auch der Windformkasten aus vollwandigen ungekühlten hochtemperaturfesten Werkstoffen, insbesondere aus keramischer Sintermasse, gebildet ist.This object is achieved in that the wind mold box from full walled uncooled high-temperature resistant materials, in particular made of ceramic sintered mass.
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.By using an uncooled wind mold and an uncooled wind mold box, a tight connection between the wind mold and wind mold box can be designed particularly easily, u. between by a cone seat connection. At the point of contact of the windform with the windform box, stresses arising from high temperature differences are avoided, so that a permanent, tight connection between the windform and windform box is ensured even with poor thermal conductivity of high-temperature resistant materials.
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.In order to achieve a long service life for the wind form, it is expediently formed from a material that is resistant to both oxidizing and reducing conditions.
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.Highly melting metal oxides and / or metal compounds (hard materials), such as nitrides, carbides, silicides or borides, or metal-ceramic composites (cermets) are advantageous as materials for the uncooled wind mold and the uncooled wind mold box.
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.According to a preferred embodiment with a wind form resting on a nozzle tip by means of an articulated connection, the part of the articulated connection provided on the nozzle tip is connected to a compressed air supply and discharge line.
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 einerThe invention is explained in more detail with reference to two embodiments shown in the drawing, FIG. 1 a section through an axis of a nozzle assembly which is used in a blast furnace, according to a first embodiment, and FIG. 2 an analog representation of a
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.show second embodiment. A
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.The
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.According to the embodiment shown in FIG. 2, the
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.As can be seen from FIG. 2, a
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.High-melting metal oxides and metal compounds (hard materials), such as nitrides, carbides, silicides or borides, as well as coated high-melting metals and metal-ceramic composites (cermets) are suitable as materials for the
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