NL8700293A

NL8700293A - Blast furnace jacket cooling duct - has U-shaped tube enclosed by graphite blocks for air flow

Info

Publication number: NL8700293A
Application number: NL8700293A
Authority: NL
Original assignee: Hoogovens Groep Bv
Priority date: 1987-02-09
Filing date: 1987-02-09
Publication date: 1988-09-01

Abstract

The blast furnace section includes cooling ducts inserted between e.g. graphite blocks. The steel jacket (1) e.g. of the blast furnace has apertures through which a copper U-shaped cooling tube protrudes (3,4) which has threaded end parts. The cooling tube passes through three pairs of e.g. graphite blocks (5). A layer of thermal insulating material (6) is applied to the steel jacket (1).

Description

HO 638 NLHO 638 NL

¥ ¥¥ ¥

WANDCONSTRüCTIE VOOR EEN OVENWAND VOORZIEN VAN KOELELEMENTENWALL CONSTRUCTION FOR AN OVEN WALL FITTED WITH COOLING ELEMENTS

Door aanvraagster worden als uitvinders genoemd:The Applicants mention as inventors:

Jacobus VAN LAAR te SANTPOORTJacobus VAN LAAR in SANTPOORT

Nicolaas Hendrikus Maria BEENTJES te ÜITGEESTNicolaas Hendrikus Maria BEENTJES in Uitgeest

De uitvinding heeft betrekking op een wandconstructie voor een ovenwand, voorzien van een stalen mantel, een vuurvaste bekleding en koelelementen, waarbij tenminste een deel van de koelelementen van het vloeistof-doorstroomde type is hetwelk grotendeels aan de 5 vuurzijde van de mantel is aangebracht met afzonderlijke en op afstand geplaatste vloeistofaansluitingen door de wand.The invention relates to a wall construction for an oven wall, provided with a steel jacket, a refractory lining and cooling elements, wherein at least a part of the cooling elements is of the liquid-flow-through type, which is largely arranged on the fire side of the jacket with separate and spaced liquid connections through the wall.

Een speciale uitvoeringsvorm van deze bekendgestelde wandconstructie is algemeen bekend onder de naam "stave-coolers" (in het Nederlands wel koelpaneel genoemd), in welk geval het 10 koelelement in principe bestaat uit een monolithisch metalen blok met vloeistofaansluitingen door de ovenmantel en met een vloeistofkanaal door het blok. Een gebruikelijke uitvoeringsvorm hiervan wordt verkregen doordat een stalen buis is ingegoten in een gietijzeren constructie.A special embodiment of this disclosed wall construction is generally known under the name "stave-coolers" (in Dutch also called cooling panel), in which case the cooling element in principle consists of a monolithic metal block with liquid connections through the furnace jacket and with a liquid channel. through the block. A usual embodiment of this is obtained in that a steel tube is cast in a cast iron construction.

15 Opgemerkt wordt dat deze bekendgestelde koelpanelen zich principieel onderscheiden van een koelsysteem met zogenaamde koel-platen, dat wil zeggen meestal koperen, vloeistofgekoelde plaat-constructies welke door aangepaste openingen in de stalen ovenmantel naar binnen in de vuurvaste bekleding steken. Dergelijke 20 koelplaten kunnen in geval van lekkage betrekkelijk eenvoudig verwijderd en vervangen worden door nieuwe koelplaten.It is noted that these disclosed cooling panels differ in principle from a cooling system with so-called cooling plates, that is to say mostly copper, liquid-cooled plate constructions which insert into the refractory lining through adapted openings in the steel furnace jacket. In the event of leakage, such cooling plates can be removed relatively easily and can be replaced by new cooling plates.

Afwijkend hiervan kan een lekkend koelpaneel niet tijdens bedrijf vervangen worden, omdat het achter de stalen mantel is geconstrueerd. In geval van een defect aan een koelpaneel kan 25 tijdens bedrijf slechts zo1n koelpaneel van de watercirculatie worden afgesloten, waarbij getracht kan worden de koelfunctie 8700293In deviation from this, a leaking cooling panel cannot be replaced during operation, because it is constructed behind the steel jacket. In the event of a defect in a cooling panel, during operation only such a cooling panel can be shut off from the water circulation, whereby an attempt can be made to cool the function 8700293

- 2 - HO 638 NL- 2 - HO 638 NL

plaatselijk door het sproeien van water tegen de stalen mantel te benaderen.locally by approaching spraying water against the steel casing.

Echter ook in geval van een stilstand van een oven, bijvoorbeeld een hoogoven, is de reparatie van een koelpaneel een tijd-5 rovende en ingewikkelde zaak. Behoefte bestaat daarom aan een wand-constructie van het bekendgestelde type welke zich beter leent voor eenvoudig onderhoud in het geval van een defect. In het bijzonder bestaat daarbij behoefte aan een constructie waarbij in een wand welke voorzien is van traditionele metalen koelpanelen plaatselijke 10 reparaties en vervangingen van koelpanelen mogelijk zijn welke eenvoudig zijn uit te voeren. Opgemerkt wordt daarbij dat, speciaal bij hoogovens, de koelpanelen tegen schuine wanden zijn gemonteerd, waardoor plaatselijke demontage en hermontage met extra problemen behept zijn. Verder wordt met de nieuwe constructie nog beoogd om 15 een verbeterde koeling tot stand te brengen door een verbeterde warmte-overdracht en warmtegeleiding door het koelelement.However, even in the event of an oven standstill, for example a blast furnace, the repair of a cooling panel is a time-consuming and complex task. There is therefore a need for a wall construction of the known type which is more suitable for easy maintenance in the event of a defect. In particular, there is a need for a construction in which in a wall provided with traditional metal cooling panels, local repairs and replacements of cooling panels are possible, which are easy to carry out. It should be noted that, especially with blast furnaces, the cooling panels are mounted against sloping walls, which means that local disassembly and reassembly have additional problems. Furthermore, the new construction still aims to achieve an improved cooling by an improved heat transfer and heat conduction through the cooling element.

De uitvinding bestaat nu daarin dat het koelelement een U-vormig buisstuk omvat, waarvan de poten door de ovenwand reiken, en waarbij het buisdeel binnen de ovenmantel is ingevat tussen 20 blokken vuurvast materiaal welke voorzien zijn van met de buisvorm overeenkomende uitsparingen en waarbij het vuurvast materiaal is gekozen uit de groep thermisch goed geleidende materialen omvattende grafiet, halfgrafiet, siliciumcarbide en hiermede gelijkwaardige materialen.The invention now consists in that the cooling element comprises a U-shaped tube piece, the legs of which extend through the oven wall, and wherein the tube part is enclosed within the oven jacket between 20 blocks of refractory material which are provided with recesses corresponding to the tube shape and wherein the refractory material is selected from the group of thermally conductive materials including graphite, semi-graphite, silicon carbide and materials equivalent thereto.

25 Opgemerkt wordt dat al naar gelang de aard van de oven en de plaats in de oven verschillende eisen aan het materiaal van de bekleding worden gesteld. Bijvoorbeeld zal in de bovenschacht van een hoogoven als eis gesteld worden dat het materiaal bestand is tegen erosie door langsschurend beladingsmateriaal, ertsen, kooks, 30 etc. In de rust van de oven worden hogere eisen gesteld aan de corrosiewerende en vuurvaste eigenschappen van het vuurvaste materiaal. Indien daarom in het bovenstaande sprake is van met grafiet, halfgrafiet of siliciumcarbide gelijkwaardige materialen, wordt daarbij voor wat betreft de gelijkwaardigheid gedoeld op 35 eisen van vuurvastheid, thermische geleiding respectievelijk erosiebestendigheid van het materiaal op de plaats waar het in een oven is ingebouwd.It is noted that, depending on the nature of the oven and the location in the oven, different requirements are imposed on the material of the coating. For example, the top shaft of a blast furnace will require that the material be resistant to erosion by longitudinal abrasive loading material, ores, coke, etc. In the resting state of the furnace, higher requirements are imposed on the corrosion-resistant and refractory properties of the refractory material. . Therefore, if the materials referred to above are graphite, semi-graphite or silicon carbide equivalent, the equivalence refers to requirements of refractory, thermal conductivity and erosion resistance of the material at the place where it is built into an oven.

In het bijzonder gaat de voorkeur uit naar een constructie waarbij het buisstuk is vervaardigd uit een metaal tenminste 8700293 9Particular preference is given to a construction in which the pipe section is made of a metal, at least 8700293 9

- 3 - HO 638 NL- 3 - HO 638 NL

hoofdzakelijk bestaande uit koper. In veel gevallen zal een pijp van een handelskwaliteit koper zeer goed voldoen.mainly consisting of copper. In many cases, a commercial grade copper pipe will do very well.

Bij de nieuwe wandconstructie kan het koelelement plaatselijk uit kleinere elementen worden opgebouwd, waardoor montage van een 5 vervangend koelelement aanmerkelijk eenvoudiger wordt. Bovendien is gebleken dat met deze nieuwe constructie door de andere materiaalkeuze, maar ook door de grotere vrijheid in materiaalkeuze het koelelement plaatselijk beter kan worden aangepast aan de aldaar te stellen eisen van vuurvastheid en bestendigheid tegen corrosie 10 en/of erosie. Algemeen kan worden gesteld dat bij de nieuwe constructie van het koelelement een aanmerkelijk betere warmte-afvoer nabij de vuurzijde van de bekleding mogelijk is dan met de bekende gietijzeren constructies.With the new wall construction, the cooling element can be built up locally from smaller elements, which makes mounting a replacement cooling element considerably easier. Moreover, it has been found that, with this new construction, the cooling element can be better adapted locally to the requirements of refractory and corrosion resistance and / or erosion to be set there, due to the different choice of material, but also due to the greater freedom in choice of material. In general, it can be stated that with the new construction of the cooling element a considerably better heat dissipation is possible near the fire side of the cladding than with the known cast iron constructions.

Verder is gebleken dat de nieuwe constructie zich beter laat 15 combineren met de inbouw van aanvullende koelelementen, zoals zogenaamde sigaar-koelers. Genoemde sigaar-koelers bestaan uit min of meer penvormige koelplaten welke in de ovenwand kunnen worden aangebracht om plaatselijk een extra ondersteuning van de bekleding respectievelijk een versterkte koeling te verkrijgen. Bij de 20 bekendgestelde metalen koelpanelen is het aanbrengen van extra koeling slechts mogelijk bij de eerste installatie van de koelelementen, terwijl de nieuwe constructie van de koelelementen met behulp van blokken vuurvast materiaal toestaan dat in een bestaande constructie aanvullend sigaar-koelers worden aangebracht.It has also been found that the new construction can be better combined with the installation of additional cooling elements, such as so-called cigar coolers. Said cigar coolers consist of more or less pin-shaped cooling plates which can be fitted in the oven wall in order to obtain additional support of the coating or enhanced cooling locally. With the 20 metal cooling panels disclosed, the provision of additional cooling is only possible during the initial installation of the cooling elements, while the new construction of the cooling elements by means of blocks of refractory material allows additional cigar coolers to be fitted in an existing construction.

25 Het is dan ook duidelijk dat de uitvinding zich niet slechts beperkt tot een wandconstructie welke slechts is voorzien van de beschreven nieuwe koelelementen, doch ook betrekking heeft op een wandconstructie welke slechts ten dele is uitgevoerd met de nieuwe koelelementen, doch waarbij daarnaast ook metalen koelpanelen 30 kunnen aanwezig zijn, dan wel traditionele koelplaten of ook de op zichzelf bekende sigaar-koelers.It is therefore clear that the invention is not only limited to a wall construction which is only provided with the new cooling elements described, but also relates to a wall construction which is only partly constructed with the new cooling elements, but also comprising metal cooling panels 30 may be present, or traditional cooling plates or also the cigar coolers known per se.

Al naar gelang de plaatselijke behoefte in de oven is het verder mogelijk om de constructie volgens de uitvinding zodanig uit te voeren dat de blokken vuurvast materiaal zijn gescheiden van de 35 stalen mantel door een relatief dunne laag bestaande uit een thermisch isolatiemateriaal. Hiermee is bereikbaar dat het koelelement tot op een temperatuur wordt gekoeld welke op zichzelf te hoog zou zijn voor de stalen mantel. Dankzij de isolatielaag kan daarbij dan de stalen mantel op een lagere temperatuur worden 8700223 tDepending on the local need in the furnace, it is further possible to design the construction according to the invention such that the refractory blocks are separated from the steel jacket by a relatively thin layer consisting of a thermal insulation material. This makes it possible to cool the cooling element to a temperature which in itself would be too high for the steel jacket. Thanks to the insulating layer, the steel jacket can then be 8700223 t at a lower temperature

- 4 - HO 638 NL- 4 - HO 638 NL

gehouden dan de temperatuur welke wordt gehandhaafd in het koelelement .than the temperature maintained in the cooling element.

Ook is het denkbaar om het koelelement zodanig uit te voeren dat speciaal wordt tegemoetgekomen aan eisen welke vanaf de vuur-5 zijde van de vuurvaste bekleding hieraan worden gesteld. Daartoe verdient het volgens de uitvinding dan aanbeveling om de blokken vuurvast materiaal aan de vuurzijde te voorzien van in hoofdzaak in horizontale richting verlopende uitsparingen welke zijn opgevuld met een vuurvast materiaal van een andere samenstelling dan de 10 blokken zelf. Bijvoorbeeld is het denkbaar om blokken uit grafiet te voorzien van opvullingen in de uitsparingen bestaande uit siliciumcarbide. Op deze wijze wordt een koelelement verkregen met een uitzonderlijk goede warmtegeleiding gecombineerd met een verbeterde slijtvastheid langs de vuurzijde tegen langsschurend erts-15 materiaal.It is also conceivable to design the cooling element in such a way that special requirements are met from the fire side of the refractory lining. According to the invention it is then recommended to provide the blocks of refractory material on the fire side with recesses extending substantially in the horizontal direction, which are filled with a refractory material of a different composition than the blocks themselves. For example, it is conceivable to provide graphite blocks with fillings in the recesses consisting of silicon carbide. In this way, a cooling element is obtained with an exceptionally good heat conductivity combined with an improved wear resistance on the fire side against long-abrasive ore-15 material.

Hoewel de uitvinding in het voorgaande hoofdzakelijk is toegelicht vanwege de verkrijgbare voordelen bij het plaatselijk repareren van een ovenwand voorzien van traditionele metalen koel-panelen, blijkt hij ook voordelen te bezitten bij de nieuwbouw of 20 de herbouw van een totale ovenwand. Dit laatste in het bijzonder vanwege de grotere flexibiliteit om de nieuwe constructie plaatselijk aan te passen aan speciaal daar vanuit de bedrijfsvoering te stellen eisen aan de constructie. In dit opzicht is de nieuwe constructie aanmerkelijk flexibeler dan de bestaande koelpanelen.Although the invention has been explained above mainly because of the advantages available in locally repairing an oven wall provided with traditional metal cooling panels, it also appears to have advantages in the new construction or the rebuilding of an entire oven wall. The latter in particular because of the greater flexibility to locally adapt the new construction to special construction requirements that can be set there from operational management. In this respect, the new construction is considerably more flexible than the existing cooling panels.

25 De uitvinding wordt vervolgens toegelicht aan een drietal figuren.The invention is subsequently explained to three figures.

Fig. 1 toont een gemonteerd koelelement volgens de uitvinding.Fig. 1 shows a mounted cooling element according to the invention.

Fig. 2 is een dwarsdoorsnede volgens II-II door een deel van de constructie volgens fig. 2.Fig. 2 is a cross section according to II-II through a part of the construction according to FIG. 2.

30 Fig. 3 toont een alternatieve uitvoering van de nieuwe wand- constructie.FIG. 3 shows an alternative embodiment of the new wall construction.

In fig. 1 is met verwijzingscijfer 1 een deel van een stalen ovenmantel aangegeven, in dit geval van de rust van een hoogoven. Een U-vormig gebogen koperen pijp 2 steekt door openingen in stalen 35 mantel 1, en is aan zijn uiteinden 3 en 4 voorzien van schroefdraad, waardoor element 2 op een (niet getekend) circulatiesysteem voor koelwater kan worden aangesloten. Het deel van element 2 is ingevat in drie paren blokken 5, waarbij de blokken 5 bestaan uit grafiet.In Fig. 1, reference numeral 1 designates a part of a steel furnace jacket, in this case the rest of a blast furnace. A U-shaped bent copper pipe 2 protrudes through openings in steel jacket 1, and is threaded at its ends 3 and 4, so that element 2 can be connected to a cooling water circulation system (not shown). The part of element 2 is contained in three pairs of blocks 5, the blocks 5 consisting of graphite.

8700293 »8700293 »

- 5 - HO 638 NL- 5 - HO 638 NL

In fig. 2 zijn de twee blokken ven een paar in dwarsdoorsnede volgens II-II afgebeeld, waarbij duidelijk is dat de blokken 5 zijn voorzien van uitsparingen welke een opening vrijlaten voor het omvatten van koperen pijp 2. Tijdens montage kunnen de blokken 5 5 met behulp van een thermisch goed geleidende kit tegen elkaar en tegen pijp 2 worden bevestigd, waardoor een goede directe warmte-geleiding vanaf de vuurzijde van de ovenwand via de grafietblokken en via de koperen buiswand naar het koelwater mogelijk is.In Fig. 2, the two blocks of a pair are shown in cross section according to II-II, it being clear that the blocks 5 are provided with recesses which leave an opening for containing copper pipe 2. During assembly, the blocks 5 with are fastened to each other and to pipe 2 by means of a thermally conductive sealant, so that good direct heat conduction from the fire side of the furnace wall via the graphite blocks and via the copper pipe wall to the cooling water is possible.

Zoals uit het voorgaande duidelijk zal zijn kan het materiaal 10 van de blokken 5 ook worden gekozen te bestaan uit half graf iet, siliciumcarbide of gelijkwaardig vuurvaste materialen.As will be apparent from the foregoing, the material 10 of the blocks 5 may also be selected to be semi-graphite, silicon carbide or equivalent refractories.

In fig. 1 is verder een laag 6 afgebeeld welke uit een thermisch isolatiemateriaal bestaat. Door de keuze van de aanwezigheid van deze laag en van de dikte en de samenstelling ervan is het 15 mogelijk om een grote vrijheid aan te houden in het temperatuurverschil hetwelk tijdens bedrijf in stand kan worden gehouden tussen blokken 5 en stalen mantel 1, Uiteraard kunnen zich ook omstandigheden voordoen waarbij van de aanwezigheid van de laag 6 kan worden afgezien.Fig. 1 further shows a layer 6 which consists of a thermal insulation material. By the choice of the presence of this layer and of its thickness and composition, it is possible to maintain a great freedom in the temperature difference which can be maintained during operation between blocks 5 and steel jacket 1. conditions also arise in which the presence of the layer 6 can be dispensed with.

20 In fig. 3 is een verder alternatief van de constructie van een koelelement afgebeeld. Overeenkomstige verwijzingscijfers verwijzen daarbij naar overeenkomstige elementen in de constructie.Fig. 3 shows a further alternative of the construction of a cooling element. Corresponding reference numbers refer to corresponding elements in the construction.

In fig. 3 is geen isolatielaag 6 afgebeeld, hoewel deze op overeenkomstige wijze kan worden aangebracht indien gewenst. Wel 25 zijn in fig. 3 uitsparingen aan de vuurzijde van blokken 5 afgebeeld waarin opvullingen 8 zijn aangebracht. In een speciaal geval kunnen de opvullingen 8 bestaan uit siliciumcarbide in een grond-materiaal voor blokken 5 bestaande uit grafiet. Hierdoor wordt voor de gehele constructie een zeer goede combinatie van erosiebasten-30 digheid en goede thermische geleidbaarheid verkregen.In Fig. 3 no insulating layer 6 is shown, although it can be applied in a corresponding manner if desired. 25 do show recesses on the fire side of blocks 5 in which fillings 8 are arranged. In a special case, the fillings 8 may consist of silicon carbide in a base material for blocks 5 consisting of graphite. As a result, a very good combination of erosion resistance and good thermal conductivity is obtained for the entire construction.

Voor de bevestiging van buisstuk 2 aan de stalen mantel kunnen diverse bekende technieken worden toegepast. In de figuren is een oplossing afgebeeld waarbij stalen flenzen aan buisstuk 2 zijn bevestigd, welke op hun beurt door middel van boutverbindingen of 35 door lassen aan mantel 1 zijn vastgezet. Diverse alternatieve constructies zijn hierbij echter ook denkbaar.Various known techniques can be used for fixing pipe piece 2 to the steel jacket. The figures show a solution in which steel flanges are attached to pipe piece 2, which in turn are fixed to jacket 1 by means of bolted connections or by welding. However, various alternative constructions are also conceivable.

870 02 S 3870 02 S 3

Claims

6. HO 638 HL

1. Wall construction for an oven wall, provided with a steel jacket, a refractory lining and cooling elements, wherein at least part of the cooling elements are of the liquid-flow-through type, which is largely arranged on the fire side of the jacket with separate and spaced liquid connections through the wall, characterized in that the cooling element comprises a U-shaped pipe piece, the legs of which extend through the oven wall, and wherein the pipe part is enclosed within the oven jacket between blocks of refractory material provided with the tubular shape corresponding recesses, and wherein the refractory material is selected from the group of thermally conductive materials including graphite, semi-graphite, silicon carbide and materials equivalent thereto.

Wall construction according to claim 1, characterized in that the pipe section is made of a metal at least mainly consisting of copper. 20

Wall construction according to claim 1 or 2, characterized in that the blocks of refractory material are separated from the steel jacket by a relatively thin layer consisting of a thermal insulation material. 25

Wall construction according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the blocks of refractory material on the fire side are provided with recesses extending substantially in horizontal direction, which are filled with refractory material of a different composition. 35 8700293