SE433622B - Kylelement for en metallurgisk ugn, speciellt en masugn - Google Patents

Description

786-441241 :l fredsställande inmonteringstid, beroende på att det visat sig ha benë att spricka och att utsättas för termochocker. Sprickbenögenheten kar från stålrören och/eller från gjutjörnskroppen. Sprickbenägenheten ft stålrören beror på att kolstoff från gjutjärnskroppen difunderar in i D ätålrören och sänker säkerhetsegenskaperna. Det tidigare kända förslc att skydda stålrören med hjälp av ett metalliskt aluminiumskick har n lyckats, eftersom det metallíska aluminiumskiktet påverkas ogynnsamt vid gjutningen av gjutjärnskroppen. Det sammanhängande metallskiktet därvid, så att en ogynnsam uppkolning kan förekomma av stålrören, Ävi alternativa förslaget enligt den tyska offentliggörandeskriften 2128 att i stället för det metallíska överdraget anordna ett metalloxidövi drag på stålrören är otillfredsställande. Det på stålrören applicera metalloxidskiktet är för närvarande inte termochockbeständigt, vilke innebär att det vid gjutning och drift uppstår sprickor i metalloxid beroende på de olika utvidgningskoefficienterna för stålröret och ox skiktet.

Dessutom förekommer en sprickbenägenhet hos gjutjärnskroppen kylelementen. Gjutjärnskroppen, som vid nuvarande teknikens ståndpun består av gjutjärn med lamellgrafit, utvidgar sig vid stigande tempe på annat sätt än stålrören, varvid värmeledningen till de kylande st rören med tiden försämras. Dessutom kan med en fortlöpande fökbrukni den eldfasta infodringen följa ett direkt angrepp'av masugnsbeskickn på den inåt vända sidan av gjutjörnskroppen. Masugnsbeskickningen be av kox, delvis reducerad malm och slaggansamlingar. Dessa bestånddel utövar en kombinerad termo-mekanisk påkänning på kylelementen, vilke speciellt yttrar sig såsom en ökad sprickbenägenhet hos kylelementef Till grund för uppfinningen har därför legat uppgiften att ut ett kylelement, som har lång livslängd, och som speciellt undanröjex problemet med sprickbenägenhet.

Vid det här aktuella kylelementet löses denna uppgift enligti i uppfinningen därigenom att det metallíska skiktet består av nickel, mangan, silver, var för sig eller i kombination såsom en legering, c att man på det metallíska skiktet anordnar ett metalloxidskíkt av er eller flera metalloxiderr Metalloxiden i detta skikt ska vara stabil d.v.s. den fria oxid-standradbildningsentalpin ska vid normala trycl betingelser och en temperatur om 600°C ligga under _607 kJ/mal. Til stabila oxider hör exempelvis kromoxid. Speciellt fördelaktig är em« högstabila metalloxider, d.v.s. metalloxider, vars standard bildnim vid en temperatur om 600°C och normala tryckbetingeïser ligger under -751 Sålunda är oxiderna av metallerna aluminium, titan och zirkon speci 7804412-0 fördelaktiga. De för det metalliska skiktet använda metallerna respektive metallegeríngarna väljs med hänsyn till att de varken vid framställning av kylelementen eller vid den följande inmonteringen tenderar att bilda metallkarbider. Metallskíktet appliceras lämpligen i en skikttjocklek om mellan 40 och 100 um på stålröret. Metalloxidskiktet appliceras därefter ovanpå metallskiktet företrädesvis med en skikttjocklek om mellan 30 och 100 um. Metallskiktet och metallaxidskiktet ska till- sammans ha en tjocklek om maximalt 200 um. Lämpligen ska den totala skikttjockleken ligga mellan 100 och 200 um eller företrädesvis mellan 100 och 150 Um. vid denna skikttjocklek får man alltjämnt en tillräckligt värmeövergång mellan det kylda stålröret och gjutjärns- kroppen. 5 Enligt en speciellt föredragen utföringsform av uppfiïningen består gjutjärnskroppen av låglegrerad gjutjärn med kylgrafit. Hels bör kisel- halten hos kulgrafiten utgöra minst 1,8 viktsprocent eller företrädesvis minst 2,1 viktsprocent. Kiselhalten kan maximalt tillåtas gå upp till 5,3 procent. Den mest föredragna kiselhalten ligger mellan 2,5 och 3,5 viktsprocent. Kolhalten hos gjutjärnet med kulgrafit bör ligga mellan 2,5 och 4,0 viktsprocent eller företrädesvis mellan 2,7 och 3,8 vikts- procent.

Kylelementet enligt uppfinningen kännetecknas av lång livslängd, liten sprickbenägenhet och god kylverkan. Det mellan gjutjärnskroppen och stålröret befintliga mellanskiktet i flera lager åstadkommer redan vid mycket tunn påläggning ett gott skydd för stålrören. Skyddsfunktionen för stålrören erhålls redan från början. Vid framställningen av kyl- elementen, d.v.s. vid omgjutningen av stålröret med gjutkroppen förhindrar metalloxidskiktet en fastklibbning av stålröret mot gjutjärnskroppen. Det understöder dessutom metallskiktet vid skyddsfunktionen, eftersom det förhindrar både diffusion av kolmaterial och diffusion av syre till stålröret. Eftersom metallskiktet förblir oskadat kan det effektivt skydda stålröret gentemot uppkolning. Till detta bidrar även valet av metaller. Vid de tidigare kända kylelementen fick man däremot redan vid framställningen sprickor, eftersom metallskiktet inte var valt av de riktiga metallerna, varför metallskiktet skadades vid framställningen.

Livslängden på kylelementet ökas ytterligare genom att gjutjärns- kroppen enligt den föredragna utföringsformen består av gjutjärn med kulgrafit. Tidigare kända kylelement består däremot av gjutjärn med lamell- grafit, vilket visserligen utmärker sig för sin högre värmeledningsförmåga, men som har väsentligt sämre tilltäppningsegenskaper än gjutjärn med kul- grafit. Vid uppfinningsföremålet kan emellertid inte den sämre värme- 7804412-0 ledningsförmågan hos gjutjärnet med kulgrafit, vilken speciellt kommer till uttryck vid högre kiselhalter, inverka ofördelaktigt på kylfunktíonen, eftersom kylmedlet på grund av den tunna flerskiktiga beläggningen ger en bättre kylverkan på gjutjärnskroppen och därmed på utsidan av kylkroppen och därmed på utsidan av kylelementet. Det kan observeras, att den för en dålig värmeöverföring ursprungligen bidragande faktorn endast är _ inskränkt till tjockleken på metalloxidskiktet, så att man totalt för den dåliga värmeövergången erhåller en verksam spaltbredd om mindre än 100 mikron (motsvarande skikttjockleken på metalloxidskiktet). Kylelementet enligt uppfinningen med gjutjärnskropp av kulgrafit medför den stora fördelen, att gjutjärnskroppen har en hög tillvöxtbeständighet. Denna höga tillväxtbeständighet leder till en tät kontakt mellan stålrären och gjutjärnskroppen och erbjuder den fördelen att den eldfasta infodringen får en bättre hållbarhet i gjutjärnskroppen. Det bör observeras att den bättre tillvöxtbeständigheten hos gjutjärnskroppen med kulgrafit genom den förbättrade kylverkan vid kylelementen enligt uppfinningen vidare leder till att rörelserna hos kylelementen i förankringsområdet till den eldfasta infordringen blir mycket ringa. Den eldfasta infordringen är därigenom bättre förankrade i kylelementen enligt uppfinningen. Först när den eldfasta infordringen appliceras ända in på ytterytan till kyl- elementen uppvisar gjutjärnskroppen av kulgrafit emellertid fördelar, eftersom den väsentligt bättre kan motstå de termo-mekaniska påfröstningarna än tidigare kända konstruktioner. 7 Sammanfattningsvis kan man säga att den beroende på det tunna mellanskiktet förbättrade kylverkan leder till att kylelementet trots den sämre värmeledningsförmågan hos gjutjärnslegeringen med kulgrafit gör att man kan hålla en låg temperatur. Samtidigt erbjuder mellanskiktet _ möjligheten att framställa kylelementet vid sådana relativt höga gjut- temperaturer, som exempelvis är nödvändiga vid ingjutning i gjutjärn med kulgrafit. Först vid dessa höga framställningstemperaturer blir de i kylelementet ingjutna stålrören verksamma gentemot den ofördelaktiga uppkolningen beroende på den flerskiktiga mellanbeläggningen.

Vid sidan av de väsentliga legeringselelementen kol, kisel och de kulgrafit bildande elementen magnesium och/eller serium kan gjutjärns- kroppen vidare innehålla lcgeringsämnen, som inverkar fördelaktigt på de eftersträvade egenskaperna hos kylelementet. Det har nämligen visat sig, att en högre feritiskt strukturandel i gjutjärnskroppen är fördel- aktig eftersom en sådan högre feritisk strukturandel leder till att stålröret och gjutjärnet uppvisar väsentligen samma termíska utvigdnings- förhållanden. Detta är väsentligt för den eftersträvade låga spaltbredden 5 7804412-0 mellan stålröret och gjutjärnskroppen. Sålunda bör feritandelen företrädes~ vis vara större än 80 % eller helst större än 90 %. Denna feríffindfil ska föreligga i strukturen hos kylelementet i gjuttillstånd. Medlhünsyn hörtil] har det visat sig lämpligt att ha en molybden halt om upp till 3,0 %, speciellt 0,5 till 1,5 %. Molybden verkar befrömjande för feritbildning.

Den höga feritandelen inverkar även positivt på töjníngsvördet. Det höga töjningsvårdet svararför den minskade sprickbenögenheten. Manganhalten i gjutjörnslegeringen bör om möjligt inte överstiga 0,8 %. Halter om mindre ön 0,5 % magnan är att föredra eftersom sådana låga halter inverkar fördel- aktigt på strukturformen.

I det följande ska uppfinningen beskrivas i anslutning till bifogad figurer, som avser utföringsexempel av uppfinningen. Figur 1 visar ett tvärsnitt genom ett kylelement och figur 2 visar i förstorad skala en del av figur l.

Kylelementet består av en exempelvis parallellepipedisk gjutjörns- kropp l, i vilken vanligen ett flertal stålrör ör ingjutna, vilka leder kylmedel. Det i figur 1 i tvärsnitt visade kylelementet uppvisar endast ett stålrör. Gjutjörnskroppen l, vilken år gjuten i gjutjörn med kulgrafít ör utformade inåt mot masugnen vända lister 2, vilka tjänar till för- ankring av en icke visad infordring. I gjutjörnskroppen 1 är U-formigt böjda stålrör 3 ingjutna, vilkas inlopp och utlopp 4, 5 skjuter ut från den sida av gjutjdrnskroppen, som ör vänd från listerna 2.

Figur 2 visar att ett i två lager utformat mellanskikt ör anorndnaw mellan stålröret 3 och gjutjörnskroppen l av kulgrafit. Omedelbart på stålröret 3 år ett första skikt 6 av nickel anordnat, vilket har en skikttjocklek om ungefär 70 mikron. På detta första skikt 6 finns ett andra skikt 7 av högstabila oxider, t.ex. Al203. Det andra skiktet 7 har en tjocklek om 50 mikron.

Analysen på gjutjörnskroppen var följande: 2,8 % kol; 2,5 % kisel; 0,19 % mangan; 0,064 % magnesium; 0,014 % fosfor; 0,004 % svavel och resten järn. Draghållfastheten uppgick till 404 N/mmz, och töjningen J5=10%.

Claims (5)

7804412-0 P a t e n t k r a v

1. l. Kylelement för en metallurgisk ugn, speciellt en*masugn, bestående av stålrör (3), som är ingjutna i en gjutjärnskropp (l), och som är belagda med ett separat metallskikt (6), k ä n n e t e c k - n a t av att det separata metallskiktet (6) består av nickel, kobolt, mangan och silver var för sig eller flera av nämnda metaller i förening, och av att ett metalloxidskikt (7) är anordnat på det separata metallskiktet (6), och vilket består av en eller flera metalloxider med en fri oxid-standardentalpi om mindre än-607 kJ|mol vid atmosfärstryck och en temperatur om 600 °C.

2. Kylelement enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a t av att metalloxidskiktet (7) består av en oxid av metallerna aluminium, titan och zirkon eller en oxidblandning därav.

3. Kylelement enligt patentkravet l eller 2, k ä n n e - t e c k n a t av att metallskiktet (6) och metalloxidskiktet (7) bildar ett mellanskikt med en tjocklek om sammanlagt maximalt 200 um.

4. Kylelement enligt något av patentkraven l-3, k ä n n e - t e c k n a t av att gjutjärnskroppen (l) består av låglegerat gjutjärn med kulgrafit.

5. Kylelement enligt patentkravet 4, k ä n n e t e c k n a t av att gjutjärnet har en kiselhalt om minst 2,l %. 6, Kylelement enligt patentkravet 5, k ä n n e t e c k n a t av att gjutjärnskroppen (l) innehåller följande legeringselement: 2,1 - 4 % kol; 2,l - 5,3 % kisel och magnesium ochieller cerium såsom kulgrafitbildande element.