NL1006169C2 - Vuurvaste wandconstructie. - Google Patents

Description

VUURVASTE WANDCONSTRUCTIE

De uitvinding heeft betrekking op een vuurvaste wandconstructie voor een oven, in het bijzonder voor een metallurgische oven, zoals bijvoorbeeld een hoogoven met tijdens bedrijf een hoge procestemperatuur welke wandconstructie aan een hoge warmtebelasting 5 is onderworpen, omvattende een stalen buitenwand, een uit één of meer lagen bestaande, vuurvaste bekleding van een goed warmtegeleidend materiaal aan de binnenzijde van de buitenwand, en 10 - middelen voor het koelen van de vuurvaste wandconstructie.

Bij een wandconstructie van dit type wordt de vuurvaste bekleding aan een hoge temperatuur blootgesteld. Als gevolg daarvan treedt een aanzienlijke slijtage op en is de levensduur beperkt. Bij de stand van de techniek wordt de referentietemperatuur laag 15 gehouden door koeling en wordt nagestreefd de binnentemperatuur laag te houden door vuurvaste materialen met een hoge warmtegeleiding toe te passen, zoals grafiet, halfgrafiet of andere grafiethoudende vuurvaste materialen. De middelen voor het koelen van de vuurvaste wandconstructie kunnen bestaan uit middelen aan de buitenzijde van 20 de stalen wand zoals bijvoorbeeld sproeikoeling, luchtkoeling of koelkanalen voor vloeibare koelmiddelen, of uit middelen aan de binnenzijde van de stalen wand zoals bijvoorbeeld watergekoelde koelelementen zoals stave coolers of koelplaten die in de regel in koper zijn uitgevoerd.

25 De uitvinding heeft ten doel de slijtage van de onderhavige wandconstructie te verminderen en de levensduur te verbeteren.

Dit wordt bij de uitvinding bereikt doordat de wandconstructie tevens omvat een vaste goed warmtegeleidende metalen vulling in een spleet in de vuurvaste wandconstructie, welke vulling in de spleet 30 gesmolten is geweest en na stolling een lage warmteweerstand over de spleet vormt.

1006169 - 2 -

De uitvinding berust op het inzicht, dat de spleten die onvermijdelijk in de vuurvaste wandconstructie, die immers van samengestelde aard is, voorkomen aanzienlijke warmteweerstanden voor de doorgaande warmteafvoerstroom vormen zodat de binnentemperatuur 5 van de vuurvaste bekleding hoog blijft. Door de vulling, die in gesmolten toestand een innig warmtecontact heeft met de spleetwanden, welk contact na stolling behouden blijft, en door de goede warmtegeleiding van het materiaal van de vulling wordt een lage warmteweerstand over de spleet verkregen waardoor de 10 binnentemperatuur van de vuurvaste bekleding zakt. Zelfs kan in bepaalde gevallen een laag, zoals van slak door stolling op de vuurvaste bekleding invriezen en aangroeien aan de binnenzijde.

Hierdoor wordt een blijvende slijtagebestendige laag verkregen.

Bij voorkeur is de spleet met een goed warmtegeleidende metalen 15 vulling een spleet in de vuurvaste bekleding, dan wel, in dien de middelen voor het koelen van de vuurvaste wandconstructie watergekoelde koperen koelelementen zijn, een spleet tussen de vuurvaste bekleding en een koelelement. Een spleet in de vuurvaste bekleding kan zijn een spleet tussen twee lagen van de vuurvaste 20 bekleding of een spleet tussen twee elementen zoals blokken of stenen van de vuurvaste bekleding of een spleet zoals een warmtescheur in het materiaal van de vuurvaste bekleding. Het meest effectief zijn vullingen in spleten die haaks op de warmtestroom staan, zodat de warmteweerstand voor de warmteafvoer verminderd 25 wordt.

Bij voorkeur wordt de vulling tijdens de samenbouw van de vuurvaste wandconstructie als folie in de spleet aangebracht, in de spleet gegoten of als pastille in een of meer holtes in de vuurvaste wandconstructie aangebracht. Pastilles kunnen in een alternatieve 30 uitvoeringsvorm in sommige gevallen ook tijdens bedrijf aangebracht worden. Onder pastilles wordt in dit verband verstaan een vorm van de vulling die in enkelvoud of meervoud gemakkelijk in de holte kan worden gebracht zoals tabletten van ronde, ovale of cilindrische vorm, maar ook gevormde delen die in de holte passen of bijvoorbeeld 35 in het geval dat zij later tijdens bedrijf worden aangebracht staafvormige stukken. Ook zijn capsules met een doseeropening mogelijk zodat de vulling over langere tijd of meermalen wordt afgegeven bijvoorbeeld in geval van ademen van de vuurvaste wandconstructie in geval van temperatuurwisselingen. Deze 40 uitvoeringsvormen van de uitvinding zijn alle zeer effectief.

1006169 - 3 -

Bij voorkeur is de smelttemperatuur van de metalen vulling lager dan de procestemperatuur, hoger dan 200 °C en lager dan 1100 °C en heeft de vulling een warmtegeleidingscoëfficient van meer dan 15 W/m °C.

5 Bij voorkeur wordt de vulling gekozen uit de groep bestaande uit tin, lood, zink, aluminium, zilver, koper en legeringen daarvan.

In een ander aspect is de uitvinding belichaamd in een werkwijze voor het repareren van een hoogoven tijdens bedrijf met een vuurvaste wandconstructie volgens conclusie 1 omvattende een 10 stalen buitenwand (pantser), een vuurvaste bekleding (bemetseling) en middelen voor het koelen van de vuurvaste wandconstructie omvattende de stappen het tijdens bedrijf boren van een kanaal door de stalen buitenwand en in de vuurvaste bekleding reikend tot in of 15 voorbij een spleet in de vuurvaste wandconstructie het tijdens bedrijf inbrengen in het kanaal van een of meer pastilles van een metaal met een smeltpunt in de buurt van de momentane temperatuur bij de spleet,

In een voorkeursuitvoeringsvorm, waarbij de middelen voor het 20 koelen van de vuurvaste wandconstructie omvatten stave coolers zijn in de stave coolers uitsparingen gelaten waar doorheen tijdens bedrijf een kanaal wordt geboord.

De uitvinding zal worden toegelicht aan de hand van de tekening.

25 Fig. 1 toont een vuurvaste wandconstructie volgens de uitvinding in een algemene uitvoering in verschillende stadia van slijtage en het temperatuurverloop daarbij.

Fig. 2 toont als voorbeeld van de uitvinding een vuurvaste wandconstructie voor een haard van een hoogoven.

30 Fig. 3 toont als voorbeeld van de uitvinding een vuurvaste wandconstructie voor een eindreductievat van een smelting reduction process.

De vuurvaste wandconstructie van Fig. 1 omvat een stalen buitenwand 1, koelmiddelen in de vorm van watergekoelde koperen 35 stave coolers 2 en een goed warmtegeleidende vuurvaste bekleding 3, bijvoorbeeld van grafiet. De ruimte tussen de stalen buitenwand, en de stave coolers 2 is opgevuld met bijvoorbeeld mortel 4.

Met A is aangegeven de situatie direct na in bedrijfstelling van de oven, waarbij er nog geen slijtage is opgetreden en de 40 vuurvaste bekleding 3 nog zijn oorspronkelijke dikte heeft. Het 1006Ί69 - 4 - bijbehorende temperatuurverloop is met TA aangegeven in het onderste gedeelte van Fig. 1. Daarbij is met Tprocess de procestemperatuur en met Tcool de referentietemperatuur van de koeling aangegeven. Getoond is dat er een aanzienlijke temperatuurval optreedt over de spleet 5 5 tussen de stave coolers 2 en de vuurvaste bekleding 3 als gevolg van de hoge warmteweerstand van de spleet 5.

Met B is aangegeven de situatie nadat de oven enige tijd in bedrijf is geweest. De vuurvaste bekleding 3 is voor een deel afgesleten als gevolg van de hoge temperatuur en de corrosieve 10 omstandigheden. Vooral FeO-houdende slak is bijzonder corrosief. Het temperatuurverloop is aangegeven met TB. Als gevolg van de afgenomen dikte van de vuurvaste bekleding 3 is de totale warmtedoorgangsweerstand van de wandconstructie afgenomen, en de warmtestroomdichtheid door de wandconstructie toegenomen. Dit heeft 15 een steiler temperatuurverloop over de restdikte van de vuurvaste bekleding 3 en een grotere temperatuurval over de spleet 5 tot gevolg. Wanneer het slijtageproces zich voortzet, dan wordt de vuurvaste bekleding 3 verder verbruikt en neemt het risico van een doorbraak toe.

20 Met C is aangegeven de situatie met een metalen vulling 6 in de spleet 5, die gesmolten is geweest en die daaraan een goed warmtecontact met de spleetwanden heeft overgehouden. In dit geval is de vulling van een laagsmeltend metaal zoals bijvoorbeeld een tinlegering. Met Tc is getoond dat als gevolg van de lage 25 warmteweerstand van de vulling de temperatuurval over de spleet 5 veel kleiner is. De temperatuur van de vuurvaste bekleding 3 daalt waardoor een slaklaag 7 kan invriezen, die op zichzelf niet goed warmtegeleidend is, waardoor daarover een grote temperatuurval optreedt, maar die de restdikte van de vuurvaste bekleding 3 tegen 30 verdere slijtage beschermt. De vulling 6 kan tijdens het samenbouwen van de vuurvaste wandconstructie in de spleet 5 zijn gegoten of daar alsdan als folie zijn aangebracht die dan in de situatie B tot smelten komt.

Fig. 2 toont de uitvinding toegepast op de haard van een 35 hoogoven. Het pantser 1 wordt aan de buitenzijde gekoeld door middel van sproeikoeling 2. De vuurvaste bekleding 3 bestaat in het hier getoonde geval uit twee lagen, namelijk een laag 3' van grafiet en een laag 31' van halfgrafiet. In de spleet 5 tussen de lagen 3' en 3'' is stampmassa van grafiet aangebracht. De situatie A en B zijn 40 analoog aan die van Fig. 1. In situatie B is een aanzienlijk deel 1006169 - 5 - van de binnenste bekledingslaag 3'' weggesleten en over de spleet 5 vindt een aanzienlijke temperatuurval plaats.

Getoond wordt hoe de wandconstructie na inbedrijfstelling en tijdens bedrijf in de situatie B wordt gerepareerd. Hiertoe worden 5 door het pantser 1, de mortellaag 4 en de vuurvaste bekledingslaag 3' kanalen 8 geboord reikend tot in of voorbij de spleet 5 tussen bekledingslagen 3’ en 31 * . In deze gaten worden een of meer pastilles 9 van een metaal met een smeltpunt in de buurt van de momentane temperatuur bij de spleet gebracht. Deze temperatuur kan 10 na het boren van de kanalen worden gemeten en het metaal dienovereenkomstig gekozen. In dit geval kan het metaal bijvoorbeeld een legering van aluminium of koper zijn. Na smelten van de pastilles 9 loopt het metaal in de spleet 5. Door de verminderde warmteweerstand van de spleet 5 daalt de temperatuurval over de 15 spleet 5 en daalt de temperatuur van de buitenste bekledingslaag 3’’. De vulling 6 stolt en de slaklaag 7 kan invriezen en aangroeien. De pastilles 9 kunnen natuurlijk ook vóór inbedrijfname van de hoogoven op geschikte plaatsen in de vuurvaste wandconstructie worden aangebracht. In zover als het plaatsen van de 20 pastilles plaatsvindt door kanalen zoals 8 of dergelijke, kunnen deze natuurlijk na het inbrengen van de pastilles weer (eventueel tijdelijk) worden opgevuld en afgedicht.

Fig. 3 toont een uitvinding toegepast op een eindreductievat voor een smelting reduction process bijvoorbeeld van het deep slag 25 type zoals bijvoorbeeld het CCF (Cyclone Converter Furnace) process. De warmtebelasting daarbij is bijzonder hoog. In Fig. 3 zijn daarom niet alleen stave coolers 2 toegepast maar ook nog watergekoelde koperen drempels 10 welke in de vuurvaste bekleding reiken en die ertoe dienen het warmtecontact tussen de vuurvaste bekleding en de 30 koelmiddelen 2, 10 te verbeteren. De vuurvaste bekleding 3 bestaat uit ten minste een laag 3' van grafiet. Door de koelmiddelen 2, 10 zijn de mogelijkheden om naderhand, dat wil zeggen, tijdens bedrijf pastilles aan te brengen beperkt. Er is hier daarom voor gekozen om pastilles 9 tijdens de samenbouw (assembly) van de vuurvaste 35 wandconstructie aan te brengen in geschikt gekozen holtes 11 in de vuurvaste wandconstructie welke door smelten de spleet 5 vullen bij in bedrijfstellen of nadat de vuurvaste bekleding 3 voor een deel is gesleten. De holtes kunnen ook bijvoorbeeld direct boven de drempels 10 worden aangebracht. Ook bestaat de mogelijkheid om in de stave 40 coolers uitsparingen te laten waar doorheen tijdens bedrijf een 10061 69 - 6 - kanaal kan worden geboord.

1006169

Claims (14)

1. Vuurvaste wandconstructie voor een oven, in het bijzonder voor een metallurgische oven, zoals bijvoorbeeld een hoogoven met tijdens bedrijf een hoge procestemperatuur welke wandconstructie aan een hoge warmtebelasting is onderworpen, 5 omvattende een stalen buitenwand, een uit één of meer lagen bestaande, vuurvaste bekleding van een goed warmtegeleidend materiaal aan de binnenzijde van de buitenwand, en 10. middelen voor het koelen van de vuurvaste wandconstructie, met het kenmerk, dat de wandconstructie tevens omvat een vaste goed warmtegeleidende metalen vulling in een spleet in de vuurvaste wandconstructie, welke vulling in de spleet gesmolten is geweest en na stolling een lage warmteweerstand over de 15 spleet vormt.

2. Vuurvaste wandconstructie volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat deze aan de binnenzijde een aangevroren laag heeft.

3. Vuurvaste constructie volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de spleet een spleet is in de vuurvaste bekleding.

4. Vuurvaste constructie volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de middelen voor het koelen van de vuurvaste wandconstructie 25 watergekoelde koperen koelelementen zijn, en dat de spleet een spleet is tussen de vuurvaste bekleding en een koelelement.

5. Vuurvaste wandconstructie volgens conclusie 1-3, met het kenmerk, dat de vulling tijdens de samenbouw als folie in de 30 spleet is aangebracht.

6. Vuurvaste wandconstructie volgens conclusie 1-3, met het kenmerk, dat de vulling tijdens de samenbouw in gesmolten toestand in de spleet is gegoten. 35

7. Vuurvaste wandconstructie volgens conclusie 1-3, met het kenmerk, dat de vulling tijdens bedrijf is verkregen door smelten van metaal in de vorm van een of meer pastilles welke 1006>69 - 8 - voor of na inbedrijfname van de oven in een of meer holtes in de vuurvaste wandconstructie zijn aangebracht.

8. Vuurvaste wandconstructie volgens conclusie 1-6, met het 5 kenmerk, dat de metalen vulling een smelttemperatuur heeft die lager is dan de procestemperatuur.

9. Vuurvaste wandconstructie volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de smelttemperatuur van de vulling hoger is dan 200 °C. 10

10. Vuurvaste wandconstructie volgens conclusie 7-8, met het kenmerk, dat de smelttemperatuur van de vulling lager is dan 1100 °C.

11. Vuurvaste wandconstructie volgens conclusie 1-9, met het kenmerk, dat de vulling een warmtegeleidingscoëfficient heeft van meer dan 15 U/m °C.

12. Vuurvaste wandconstructie volgens conclusie 1-10, met het 20 kenmerk dat de vulling is gekozen uit de groep bestaande uit tin, lood, zink, aluminium, zilver, koper en legeringen daarvan.

13. Werkwijze voor het repareren van een oven, in het bijzonder een 25 metallurgische oven, zoals bijvoorbeeld een hoogoven met een vuurvaste wandconstructie volgens conclusie 1 omvattende een stalen buitenwand (pantser), een vuurvaste bekleding (bemetseling) en middelen voor het koelen van de vuurvaste wandconstructie omvattende de stappen 30 - het tijdens bedrijf boren van een kanaal door de stalen buitenwand en in de vuurvaste bekleding reikend tot in of voorbij een spleet in de vuurvaste wandconstructie het tijdens bedrijf inbrengen in het kanaal van een of meer pastilles van een metaal met een smeltpunt in de 35 buurt van de momentane temperatuur bij de spleet.

14. Werkwijze volgens conclusie 13, waarbij de middelen voor het koelen van de vuurvaste wandconstructie omvatten stave coolers, met het kenmerk, dat in de stave coolers uitsparingen zijn 40 gelaten waar doorheen tijdens bedrijf een kanaal wordt geboord. '006.69