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Ofen oder Schmelztiegel für die Stahlerzeugung Die Erfindung betrifft
verbesserte Öfen und Schmelztiegel für die Stahlerzeugung und insbesondere die Verhinderung
einer Zersetzung oder Zerstörung des Mauerwerks solcher Öfen oder Schmelztiegel
durch die thermischen Beanspruchungen infolge der schnellen Dehydrierung bzw. Erwärmung
nach dem Fertigstellen des Mauerwerks.
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Bei den bekannten Öfen und dgl. bestand die einzige Möglichkeit zur
Verhinderung dieser Zersetzung bzw. Zerstörung in einem Austrocknen durch allinähliche
Temperaturerhöhung. Die Geschwindigkeit der Temperaturerhöhung liegt hierbei im
Bereich von 5°C/Std. bis 50°C/Std., wobei diese Schwankungen von der Größe, dem
Aufbau und der Qualität des Mauerwerks bzw. der Ziegel abhängen (vergl. K.A. Boab,
Amer.Cer.Soc.Bulletin, Nr. 1, 1957, 5. r4 - 17). Die Geschwindigkeit der Temperatur
erhöhung beim herkömmlichen Verfahren besitzt keine quantitative Basis, vielmehr
wird der oben genannte Bereich allgemein als zweckmäßig betrachtet. Diese Geschwindigkeit
ist häufig niedriger als nötig, was zu schlechtem Arbeitswirkungsgrad führt. Wenn
jedoch die Temperatur zu schnell erhöht wird, werden die Steine brüchig oder spröde,
so daß ihre Haltbarkeit 9n beträchtlichem Maß beeinträchtigt wird. Selbst eine Temperaturerhöhung
von 50°C/Std., sofern sie tatsächlich in der Praxis an gewandt wird, kann beträchtliche
Schäden des Mauerwerks hervorrufen.
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Aufgabe der Erfindung ist mithin die Vermeidung dieser Schwierigkeit
durch Schaffung einer wärmebeständigen Isolierschicht mit gewisser Dicke über der
Oberfläche der ersten Steine-bzw. Mauerwerkschicht, welche die Auswirkungen einer
schnellen
Erwärmung auf die Steine aufnimmt bzw0 mildert. Dies
ermöglicht keine schnelle Temperaturerhöhung für das Austrocknen, so daß eine Aufspaltung
infolge der schnellen Erwärmung verhindert wird0 Die in den Ziegeln bzw im Mauerwerk
durch das Temperaturgefälle hervorgerufene thermische Spannung läßt sich nach folgender
Gleichung bestimmen: # = E.α. dt .................... (2) In dieser Gleichung
bedeuten # die thermische Spannung; E den Elastizitätskoeffizienten der Steine;
oQ der Ausdehnungskoeffizienten der Steine und dt den Temperaturunterschied je 1
cm Dicke des Mauerwerks.
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Falls der erhaltene Wert der thermischen Spannung ein klei neres Temperaturgefälle
besitzt als die Biegekraft, dürften sich keine Schwierigkeiten ergebene # = E. α.
dt < M ............... (2) wobei M = Biegekraft des Mauerwerks bedeutet.
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Da E.α.M anhand der Formel (2) berechnet werden kann, ist ein
optimaler Wert für dt erzielbar.
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Im folgenden ist die Erfindung am Beispiel von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Diagramm der Temperatur in Abhängigkeit von
der Zeit (in Tagen), welches die Temperaturen an verschiedenen Punkten herkömmlicher
Öfen und Schmelzpfannen beim Trocknen derselben zeigt, Fig. 2 ein Diagramm der Temperatur
in Abhängigkeit von der Zeit (in Tagen), welches die Temperatur an verschiedenenStellen
bei Anwendung des herkömmlichen Brennverfahrens zeigt, Fig. 3 ein Diagramm der Temperatur
in Abhängigkeit von der Zeit (in Stunden), welches die Temperatur an verschiedenen
Stellen beim ohne vorherige Trocknung der Steine erfolgenden Erwärmen des Steinemauerwerks
mit einer 50 mm dicken Isolierschicht auf der Mauerwerk-Oberfläche nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren zeigt, Fig. 4 ein Diagramm der Temperatur gegenüber der Tiefe (in cm)
von der erwärmten Oberfläche aus, welches die Temperaturverteilung innerhalb der
Steinschichten an verschiedenen Punkten der anfänglichen Trocknungsstufe bei Anwendung
des herkömmlichen Verfahrens zeigt, Fig. 5 ein Fig. 4 ähnelndes Diagramm zur Darstellung
der Temperaturverteilung innerhalb der Steinschichten bzw. -lagen an verschiedenen
Stellen im Anschluß an das Brennen nach dem herkömmlichen Verfahren, Fig. 6 ein
Diagramm der Temperaturverteilung nach dem Erwärmen ohne vorheriges Trocknen im
Inneren des Mauerwerks, dessen Oberfläche erfindungsgemäß mit einer 50 mm dicken
Isolierschicht versehen ist.
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Fig. 7 ein Diagramm der Temperatur in Abhängigkeit von der Zeit (in
min), zur Darstellung des Temperaturanstiegs
an verschiedenen Punkten
innerhalb der Steinschicht eines herkömmlichen Schmelztiegels beim Eingießen von
geschmolzenem Stahls Fig. 8 ein Fig. 7 ähnelndes Diagramm des Temperaturan stiegs
zum Zeitpunkt des Eingießen der Stahlschmelze bei einer Ausführungsform der Erfindung,
bei welcher auf der Oberfläche der Steinschichten eine 10 mm dicke Isolierschicht
angeordnet ist, Fig. 9 ein Diagramm der Temperatur in Abhängigkeit von der Tiefe
(in mm) von der erhitzten Oberfläche aus, welches die Temperaturverteilung innerhalb
der Stein schichten eines herkömmlichen Schmelztiegels zum Zeitpunkt des Eingießens
der Stahlschmelze zeigt, und Fig. 10 ein Fig. 9 ähnelndes Diagramm der Temperaturverteilung
innerhalb des Mauerwerks eines erfindungsgemäßen Schmelztiegels, dessen Oberfläche
mit einer 10 mm dicken Isolierschicht versehen ist.
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Die Kurven gemäß den Fig. 1 und 2 zeigen jeweils den Temperaç turanstieg,
nachdem der Ofen während der Anfangsetufe des Trocknens geheizt bzw. gebrannt und
nachdem eine 100 mm dicke Kohlenstoff-Stampfmaterialschicht nach dem anfänglichen
Trocknen auf die Oberfläche der ersten Steinschicht aufgebracht worden ist.
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Im folgenden ist die Erfindung in Ausführungsbeispielen erläutert.
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Beispiel 1 In Fig. 5 sind die Kurven veranschaulicht, welche den
Temperaturanstieg an verschiedenen Punkten des Mauerwerks für den Fall angeben,
daß eine 50 mm dicke feuerfeste Isolierschicht unter dem Kohlenstoff-Stampfmaterial
über der ersten Steinschicht
angeordnet ist.
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Das verwendete Isoliermaterial besteht aus sieben verschiedenen Steinsorten
der Klasse JIS R 2611-A mit folgenden Eigenschaften: Beständigkeit bis zu 1500°C
spez. Schüttgewicht 0,75 Kontraktionsspannung 10 kg/cm2 Wärmeinduktionsgeschwindigkeit
0,22 Kcal/m.h. °C Die für den Ofenboden verwendeten Steine besitzen folgende Eigenschaften:
Elastizitätskoefrizient 4,5 x 105 kg/cm2 Thermischer Ausdehnungs- -6 koeffizient
5,5 x Biegbarkeit 160 kg/cm2 Zur Erzielung der maximalen Temperaturkurve, welche
keine Beschädigung des Mauerwerks zur Folge hat, werden die obigen Daten in Formel
(2) eingesetzt: = 4,5 x 105 (kg/cm2) # 5,3 x 10-6.
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dt < 160 (kg/cm2) dt < 67,7°C Diese Werte zeigen, daß die wünschenswerte
Temperaturkurve je 1 cm Dicke des Mauerwerks unter 67,7°C liegt. Fig. 4 zeigt, daß
das anfängliche Trocknen keinerlei Schwierigkeiten aufwirft. Die Temperaturkurve
von Fig. 5 zeigt, daß bis zu einer Tiefe von 4 cm von der Erhitzungsstelle im Mauerwerk
die Kurven steiler als 67,7°C werden, wodurch eine mögliche Zerstörung der Mauerwerkmasse
angezeigt wird.
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Gemäß Fig. 6 ist das Temperaturgefälle eines erfindungsgemäßen Ofens
kleiner als 67,7°C/cm, so daß die Erwärmung des Ofens ohne vorangehende Trocknung
keinerlei Schwierigketen aufwirft.
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In Fig. 7 ist ein Beispiel für den Temperaturanstieg an verschiedenen
Stellen eines Schmelztiegels beim Eingießen von geschmolzenem Stahl in einen herkömmlichen
Mauerwerk-Schmelztiegel dargestellt Beispiel 2 In Fig. 8 ist der Temperaturanstieg
an verschiedenen Punkten des Schmelztiegels gemäß einer Ausführungsform der Erfindung
dargestellt, bei welcher auf der Mauerwerk-Oberfläche eine 10 mm dicke feuerfeste
Isolierschicht angeordnet ist.
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Als feuerfestes Isoliermaterial wurde ein feuerfestes, isolierendes,
leichtes Gießmaterial für 1700°C ("Light caster" 17 Al2O3 90%) verwendet, welches
folgende physikalische Eigen schaften besitzt: spez. Schüttdichte 1,30 Kontraktionsspannung
40 kg/cm2 Wärmeinduktionsgeschwindigkeit @ 65 @@@@/@ @ @ o keit 0,65 Kcal/m.h. b
c.
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Das für den Schmelztiegel verwendete Mauerwerk besitzt folgende Eigenschaften:
Elastizitätskoeffizient 5,0 x 105 kg/cm2 thermischer Ausdehnungskoeffizient 4,2
x 10-6 Biegekraft 1 OO kg/cm2
Die obigen Daten werden in Formel
(2) eingesetzt: # = 5,0 x 105 (kg/cm2) # 4,2 x 10-6 dt <100 (kg/cm2) dt <
47,6°C Dies zeigt, daß das Temperaturgefälle unter 47,60C je 1 cm Dicke des Mauerwerks
gehalten werden sollte. Aus Fig. 9 geht hervor, daß das Temperaturgefälle bei einem
herkömmlichen Schmelztiegel unmittelbar an der erwärmten Fläche steiler ist als
47,6°C. Infolgedessen zersetzen sich die Steine und werden spröder bzw. brüchiger.
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Fig. 10 zeigt das Temperaturgefälle in einem Schmelztiegel, dessen
Steine bzw. Mauerwerk auf die in Verbindung mit Fig.8 beschriebene Weise isoliert
worden ist. Das Temperaturgefälle beträgt hierbei weniger als 47,6°C/cm und das
Mauerwerk besitzt erhöhte Dauerhaftigkeit.
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Die Zeit für das Trocknen des Mauerwerks an den Ofenböden von Konvertern
beträgt 10 bis 14 Tage. Die Erfindung ermöglicht die normale Flammenführung und
ein uneingeschränktes Erwärmen, ohne eine Trocknungszeit vorzusehen. Dies bedeutet
eine beträchtliche Vorverlegung des Betriebsbeginns und eine Pufferung bzw. Dämpfung
von Wärmeschocks selbst bei schneller Erwärmung. Hierdurch wird die Zersetzung des
Mauerwerks infolge von Aufspaltung vermindert und die Dauerheftigkeit bzw. Betriebslebensdauer
des Mauerwerks wesentlich erhöht.