DE2413172A1

DE2413172A1 - Schachtofen und plattenkuehler hierfuer

Info

Publication number: DE2413172A1
Application number: DE2413172A
Authority: DE
Inventors: Jacob Felthuis; Jacobus Van Laar
Original assignee: Hoogovens Ijmuiden BV
Current assignee: Estel Hoogovens BV
Priority date: 1973-03-19
Filing date: 1974-03-19
Publication date: 1974-09-26
Also published as: FR2222620A1; JPS5222881B2; GB1465400A; AT347980B; BE812498A; JPS49126504A; SU513630A3; NL7303769A; FR2222620B1; US3984089A; IT1020551B; ATA219774A; DE2413172B2

Description

PATENTANWÄLTE 2 A 1 3 1 7 2

HENKEL—KERN- FBI LL R — ii^i^Lt. - - ^ ^ - -

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TELEFON: (08 U) 66 31 97. 66 30 91-12 D-8000 MÜNCHEN 90 ™™,, ν . TELEGRAMME: ELLIPSOID MÜNCHEN JJ-ÖUUU HiUlioncii J υ

Hoogovens IJmuiden B.V. " ' 4Q ^vr·-⁷ '

IJmuiden, Niederlande

Schachtofen und Plattenkühler hierfür

Die Erfindung "betrifft einen gekühlten und mit einem feuerfesten Mauerwerk ausgekleideten Schachtofen, insbesondere einen Schachtofen mit einer \iand, die einen Mantel, innerhalb des Mantels angeordnete Kühlplatten-und eine feuerfeste Ausmauerung bzw. ein feuerfestes Putter aufweist, das von Tor Sprüngen oder Haltenockeii an den Kühlplatten getragen wird. Die Erfindung bezieht sich mithin auch auf einen Plattenkühler zur Verwendung bei einem derartigen Schachtofen.

Die Erfindung ist im folgenden in erster Linie in ihrer Anwendung auf einen Hochofen beschrieben, doch ist sie keineswegs auf diesen Anwendungsfall beschränkt, vielmehr kann sie gleichermaßen auch auf andere Arten von Schachtofen angewandt werden, bei denen eine Kühlung des Schachts erforderlich ist.

Heben anderen Verfahren zum Kühlen der Wand eines Hochofens richtete sich in den-letzten Jahren ein besonderes Interesse auf Konstruktionen, bei denen Kühlplatten mit Einrichtungen zum Umwälzen eines Kühlfluidums an der Innenfläche des sog. Stahlmantels des Ofens befestigt sind.

Ke/Bl/Ro - 2

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Diese Kühlplattenkonstruktion, in der englischen Literatur als "stave-coolers" und in der deutschen Literatur als "Plattenkühler" bezeichnet, besteht im wesentlichen aus Gußeisen- oder Graugußplatten, die eng aneinander verbunden am Hantel angebracht sind. Zwischen diesen Platten und dem Mantel ist dabei häufig eine Schicht aus einem feuerfesten und thermisch isolierenden Material vorgesehen. In den Kühlplatten sind Unxwälzkanäle, üblicherweise in Form von eingegossenen Bohren vorgesehen, die an der Außenseite des Ofens unter Bildung eines geschlossenen Kühlkanalsystems miteinander verbunden sind. Durch dieses System von Kanälen kann eine Kühlflüssigkeit, ein Kühlgas oder ein Gemisch aus Kühlflüssigkeit und Dampf umgewälzt v/erden.

Eine besondere, aus der Anwendung dieser Konstruktion auf einen Hochofen entstehende Schwierigkeit liegt dabei in der Stabilität der feuerfesten Ausmauerung an den Kühlplatten an den Stellen, an denen sich der Schacht in Aufwärtsrichtung verjüngt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Ausmauerung an diesen Stellen nicht bestrebt ist, sich unter ihrem Eigengewicht an die Ofenwand anzulehnen bzw. sich gegen diese abzustützen, so daß zur Verbesserung der Stabilität spezielle Einrichtungen erforderlich sind. Dies trifft auch auf Betriebsbedingungen, zu, bei denen ein Teil der Ausmauerung angegriffen oder durch anhaftende Schlacke ersetzt worden ist. Aus diesem Grund sind an der Innenseite der Kühlplatten Vorsprünge bzw. Haltenocken vorgesehen, welche die Ausmauerung unterstützen. Da sich diese Vorsprünge aber weiter in das Ofeninnere hinein erstrecken als der Rest der Kühlplatten, konzentriert sich der \ifärmefluß hauptsächlich an ihnen, wodurch, eine spezielle Kühlung erforderlich wird. Diese Kühlung kann durch ein getrenntes, den Haltenocken durchsetzendes Eohr gewährleistet werden.

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Zur Gewährleistung einer zufriedenstellenden Unterstützung der Ausmauerung ist bereits vorgeschlagen worden, die Haltenocken so lang auszubilden, d.h. sich so weit in die Ausmauerung erstrecken zu lassen, daß die Ausmauerung praktisch über ihre gesamte Tiefe hinweg auf den Haltenocken ruht. Ein Nachteil dieser Konstruktion liegt aber darin, daß sich das Vorderende des Haltenockens an einer Stelle befindet, an welcher die Temperatur in der Ausmauerung sehr hohe Werte erreichen kann, was zu einer Beschädigung des Haltenockens führen kann. Wenn der Haltenocken einer sehr hohen thermischen Belastung ausgesetzt ist, kann es sich als erforderlich erweisen, den Kühlfluidumstrom durch ihn zu unterbrechen, um eine Explosion im Ofen zu vermeiden. Das Ergebnis ist dann ein weiterer thermischer Angriff auf den Haltenocken, der sogar zu einer Beschädigung des Plattenkühlers führen kann und in jedem Jail die Stützfunktion des Haltenockens beeinträchtigt.

Zur Vermeidung dieses Nachteils wäre es denkbar, den Haltenocken besonders kurz auszubilden und auf diese Weise sein Vorderende ausreichend kühl zu halten, oder sogar die Verwendung eines Haltenockens überhaupt zu vermeiden, wobei dann ein Stütz- oder Haltestein verwendet wird, der nur in eine Nut hineinreicht. Diese Anordnung ist jedoch wiederum mit dem Mangel behaftet, daß hierbei eine unzureichende Abstützung der Ausmauerung erzielt wird, was zu einem Abscheren des Mauerwerks oder sogar zu einem vollständigen Kontaktverlust zwischen dem Mauerwerk und den Kühlplatten führen kann. Außerdem entsteht dabei die Gefahr, daß der ungenügend abgestützte Stein bricht, wenn er zu fest verspannt wird bzw. seine Befestigung zu fest ist, oder sich unter hoher thermischer Belastung auflöst bzw. zersetzt, weil nämlich der geringere Kontakt mit dem gekühlten Haltenocken zu einem höheren und stärker variierenden Temperaturgefälle im Stein führt.

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Der Erfindung liegt damit in erster Linie die Aufgabe zugrunde, die sich aus der Verwendung von zu langen oder zu kurzen Haltenocken oder VorSprüngen an den Kühlplatten ergebenden Nachteile auszuschalten oder zumindest zu mindern.

Diese Aufgabe wird bei einem Schachtofen mit einer gekühlten Wand, bestehend aus einem Mantel und einer Anzahl von im Inneren des Hanteis angeordneten Kühlplatten, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein feuerfestes Mauerwerk durch Vorsprünge an den Innenflächen mindestens einiger Kühlplatten unterstützt ist und daß das Mauerwerk an jedem Vorsprung einen feuerfesten Stein aufweist, der in der gekühlten Y/and befestigt ist, auf dem betreffenden Vorsprung ruht und der sowohl zum Mantel hin als auch von ihm hinweg über den Vorsprung hinausragt.

Das Mauerwerk sollte dabei vorzugsweise bezüglich Feuerfestigkeit, mechanischer Festigkeit, chemischer Beständigkeit und Verschleißfestigkeit von höchster Qualität untl in einigen oder allen diesen Merkmalen dem gesamten restlichen Teil der Ausmauerung oder dem größten Teil derselben überlegen sein.

Die überlegenen Qualitäten bezüglich Feuerfestigkeit, mechanischer Festigkeit, chemischer Beständigkeit und Verschleißfestigkeit der speziellen Steine werden dabei im Hinblick auf die in einem speziellen Ofen auftretenden Betriebsbedingungen gewählt.

Vorzugsweise ist dabei der Stein mit Hilfe einer Stampfmasse in der gekühlten Wand befestigt.

Bei dieser Anordnung wird der Stützeffekt des Vorsprungs auf eine größere Tiefe in der Ausmauerung ausgedehnt. Wenn der Stein mit seinem hinteren Ende, d.h. dem am dichtesten am

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Mantel befindlichen Ende bzw. der betreffenden Seite, in der gekühlten Wand befestigt ist, kann er nicht unter dem Grewicht der darüber liegenden Ausmauerung um die Vorderkante des Vorsprungs herum kippen. Die Vorteile eines langen Vorsprungs lassen sich somit ohne Nachteile erreichen.

Gute Ergebnisse lassen sich dann erzielen, wenn der Stein aus einem Material besteht, das eine höhere Wärmeleitfähigkeit als zumindest der größte Teil der restlichen Ausmauerung besitzt.

Vorzugsweise ist der Stein mit seinem über den Vorsprung hinaus zum Mantel hin ragenden Seil in eine Ausnehmung im Plattenkühler eingesetzt. Wenn der Vorsprung, wie dies bei einigen bekannten Plattenkühlern der lall ist, vom oberen Ende des Plattenkühlers entfernt angeordnet ist, kann die Ausnehmung in der gleichen Kühlplatte ausgebildet sein wie der Vorsprung, auf dem der Stein ruht. Aus Konstruktiausgründen kann eine Kühlplatte ihren Vorsprung an oder nahe der Oberseite aufweisen, wobei dann eine Ausnehmung zur Aufnahme des Steins in der Unterseite der in Aufwärtsrichtung anschliessenden Kühlplatte im Ofen vorgesehen sein kann. Diese Anordnung bietet den zusätzlichen Vorteil, daß der Wärniefluß durch den Plattenkühler nahe der Ausnehmung verbessert wird. Ohne diese Ausnehmung ist die Kühlkapazität des Plattenkühlers in diesem Bereich möglicherweise im Vergleich zur Wärmezufuhr geringj so daß ein lülhlproblem aufgeworfen wird· Wie erwähnt, sollte der Stützstein von hoher Qualität sein, da er sich nahezu bis in den !Feuerraum im Ofen hineinerstrecfct, durch das Sewicht des darüber liegenden Hauerwerks sehr stark belastet wird undy sobald ein Seil der feuerfesten Ausmauerung Gureh Verschleiß abgetragen worden ist, auch eineis Verschleiß durch die an ihm entlangscheuernde Ofenc-harge ausgesetzt sein S:ann_e Es hat sich herausgestellt, daß seLr gute Ergebnisse erzielt werden, wenn für diesen Stein ein im wesentlichen aus Siliziumkarbid bestehender Werkstoff gewählt v/ird,

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Ein Vorteil der Verwendung eines Steins aus einem hochqualitativen feuerfesten Material liegt darin, daß der Stein •dem Vorsprung einen zusätzlichen Schutz sowohl gegen Überhitzung als auch gegen Verschleiß bietet. Obgleich der Stein zur Verhinderung eines Kippens mit seinem hinteren Ende in der gekühlten Wand befestigt sein sollte, hat es sich dennoch als ratsam erwiesen, den Stein ausreichend von unten her zu unterstützen. Der Schwerpunkt des Steins befindet sich daher vorzugsweise lotrecht über dem Vorsprung.

Eine weitere Verbesserung läßt sich erzielen, wenn auf dem Stein ein zweiter Stein aus dem gleichen Material ruht. Dieser zweite Stein begünstigt die gleichmäßigere Übertragung des Gewichts des darüberliegenden Mauerwerks auf den ersten Stein.

In weiterer Ausgestaltung wird mit der Erfindung ein Plattenkühler zur Verwendung bei einem erfindungsgsmäßen Schachtofen geschaffen, der gekennzeichnet ist durch einen Vorsprung an seiner im Betriebszustand innen liegenden Fläche zur Unterstützung der feuerfesten Ausmauerung des Ofens und durch eine Ausnehmung in seiner Innenfläche, die so angeordnet ist, daß sie an den nächst unteren Vorsprung einer Kühlplatte im Ofen angrenzt. Y/enn dabei der Vorsprung vom oberen Ende des Plattenkühlers entfernt angeordnet ist, befindet sich mithin die Ausnehmung in der an den Vorsprung angrenzenden Kühlplatte. Wenn sich der Vorsprung dagegen am oberen Ende der Kühlplatte befindet, kann die Ausnehmung eine lint im unteren Ende der Kühlplatte sein, die sich neben dem Vorsprung der nächst unteren Kühlplatte im Ofen befindet, a.h, das untere Ende ist stufenartig ausgespart.

Wie erwähnt, besteht ein Vorteil der Erfindung darin, daß der Vorsprung vergleichsweise kurz sein kann. Dennoch darf er

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nicht so kurz sein, daß der auf ihm ruhende Stein ungenügend unterstützt wird. Gute Ergebnisse werden bei Ausführungsformen der Erfindung erzielt, bei denen der Vorsprung etwa 10 cm von der Innenfläche des Plattenkühlers bzw. der Kühlplatte wegragt.

Im folgenden sind zwei beispielhafte Äusführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Pig. 1 einen schematischen lotrechten Schnitt durch einen Teil der Wand eines Schachtofens mit Merkmalen nach der Erfindung,

Mg. 2 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Detaildarstellung bestimmter Teile der Ofenwand gemäß Pig. 1 und

ei.ne Pig. 2 ähnelnde Darstellung bestimmter Teile der Y/and des erfindungsgemäßen Ofens gemäß einer abgewandelten Ausführungsform der'Erfindung.

Der in Pig. 1 dargestellte Schachtofen ist ein Hochofen, der eine gekühlte, feuerfest ausgefutterte bzw. ausgekleidete Wand aufweist, die aus einem'äußeren Stahlmantel 1 und drei aus Metall bestehenden Kühlplatten 2, 3 und 4 besteht, welche mit Hilfe nicht dargestellter, üblicher Befestigungsmittel am Mantel 1 gehaltert sind.

An den oberen Enden der Kühlplatten 3, 4 sind Haltenocken oder Vorsprünge 5 bzw. 6 vorgesehen. Durch die Kühlplatten und die Haltenocken verlaufen in Pig. 1 nicht dargestellte Rohre, die mit einem Kühlmittelkreis zum Umwälzen eines Kühl-

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fluidums oder -mittels verbunden sind« An der Innen- bzw. Vorderseite der Kühlplatten sind krenel- bzw» nutförmige Ausnehmungen 7 vorgesehen, die mit feuerfestem Material ausgefüllt sind. Auf den Haltenocken 5» 6 ruhen die Ausmauerung unterstützende feuerfeste Steine 8 bzw. 9, die aus Siliziumkarbid bestehen. Diese Steine 8, 9 sind in nutförmige Ausnehmungen 14 am unteren Ende der Innenflächen der in Aufwärt srichtung angrenzenden Kühlplatten eingesetzt. Die Längen der Haltenocken und der Stützsteine in Richtung auf den Mantel 1 hin und von ihm weg sind so gewählt, daß die Steine 8, 9 mit mehr als halber Länge auf den Haltenocken 5 bzw. 6 ruhen.

Der Schwerpunkt Jedes Steins liegt lotrecht über dem Haltenocken, wobei der Stein sowohl auf den Mantel 1 hin als auch von ihm weg über den Haltenocken hinausragt· Die Steine 8, 9 selbst sind durch v/eitere Siliziumkarbid-Steine 10 bzw. 11 abgedeckt, die sich gemäß Pig. 1 weiter in den Ofen hinein erstrecken als die Steine 8, 9. Diese Anordnung ist jedoch nicht ausschlaggebend, vielmehr können alle Steine gleich weit in das Ofeninnere hineinragen. Der Rest der feuerfesten Ausmauerung der Ofenwand besteht aus Schamottesteinen 12, die mit einem Verschleißfutter 13 belegt sind. Anstelle eines Putters oder einer Ausmauerung aus Schamottesteinen kann auch, eine Ausmauerung aus einem anderen Material angewandt werden. Beispielsweise kann die gesamte Wand mit Siliziumkarbidsteinen ausgekleidet sein.

In Pig. 2 ist der Bereich der Ausnehmung 14 und des Haltenockens 5 in. vergrößertem Maßstab dargestellt. Die Bahnen der Kühlrohre 15, 16, 17 durch die Kühlplatten sind schematisch durch die gestrichelten Linien angedeutet, Obwohl die Stützsteine 8 im Prinzip lose auf die Oberseite des Haltenockens 5 aufgesetzt und in die Ausnehmung 14 eingesetzt sein

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können, empfiehlt es sich ausdrücklich, die verbleibenden Fugen mit einer Stampfmasse zu verschließen. Bevorzugt v:«> den hierfür bekannte Stampfmassen, die bis zu einem, gewiesen G-rad kompressibel sind, damit die Y/ärme ausdehnung der Loinlplatten oder .der Steine in den Fugen aufgenommen werden ka:,ni. Aus lig. 2 geht auch deutlich hervor, daß sich das Kühlrohr 15 bei Vorliegen einer Ausnehmung 14 dichter an der Oberfläche der Kühlplatte befindet als an einer Stelle, an der keine solche Ausnehmung vorhanden ist. Hierdurch wird die Möglichkeit einer lokalen Überhitzung der Kühlplatte vermieden.

In I¹Ig. 3 ist eine gegenüber Mg. 2 unterschiedliche Anordnung des Vorsprungs und der zugeordneten Ausnehmung dargestellt. Dabei ist der Vorsprung bzw. Haltenocken 5 nicht am oberen Ende der Kühlplatte, sondern in einer Zv/i sehen stellung der Höhe der Kühlplatte angeordnet. Die Kühlplatte ist unmittelbar über dem Haltenocken etwas ausgespart, so daß eine Ausnehmung 18 gebildet wird, welche den Stützstein 8 aufnimmt.

Zusammenfassend wird mit der Erfindung mithin ein Schachtofen mit einer Wand geschaffen, die aus einem Mantel und in dessen Innerem angeordneten Kühlplatten besteht ₉ wobei ein feuerfestes Mauerwerk der Wand von an den Kühlplatten vorgesehenen Vorsprüngen (Haltenocken) getragen wird. Hierbei sind spezielle Steine, vorzugsweise aus einem Material überlegener Feuerfestigkeit, mechanischer !Festigkeit, chemischer Inständigkeit und Verschleißfestigkeit vorgesehen, die auf den Yorsprüngen. ruhen und sowohl auf den Mantel hin als auch von ihm weg über die Vorsprünge hinausragen. Die Steine sind in der Ofenwand "beispielsweise mittels einer Stampfmasse befestigt und vorzugsweise in Ausnehmungen in den lüiblplatten eingesetztο

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Claims

- ίο - Patentansprüche

1. Schachtofen mit einer gekühlten '«and, "bestehend aus einem Mantel und einer Anzahl von im Inneren des Mantels angeordneten Kühlplatten, dadurch gekennzeich net, daß ein feuerfestes Mauerwerk (12) durch Vorspränge (5, 6) an den Innenflächen mindestens einiger Kühlplatten (2, 3» 4) unterstützt ist und daß das Mauerwerk an jedem Vorsprung einen feuerfesten Stein (8, 9) aufweist, der in der gekühlten Wand befestigt ist, auf dem betreffenden Vorsprung ruht und der sowohl zum Mantel (i) hin als auch von ihm hinweg über den Vorsprung hinausragt«

2. Schachtofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stein (8, 9) im Vergleich zu den üblicherweise für Hochofen-Ausmauerungen verwendeten Aluminiumoxid-Silikat-Steinen überlegene !Feuerfestigkeit, mechanische Festigkeit, chemische Beständigkeit und Verschleißfestigkeit besitzt.

3. Schachtofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stein aus einem Werkstoff mit höherer Wärmeleitfähigkeit als zumindest der Hauptteil des Rests des Materials der Ausmauerung besteht.

-¹O

4« Schachtofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steine in der gekühlten Ofenwand mittels einer Stampfmasse befestigt sind»

5. Schachtofen nach einem der Ansprüche 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stein mit seinem in Sichtung auf den Mantel über den Vorsprung hinausragenden Teil in eine in der Kühlplatte vorgesehene Ausnehmung eingesetzt ist.

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6. Schachtofen nach Anspruch 5, dadurch·gekennzeichnet, daß die Ausnehmung in der gleichen Kühlplatte vorgesehen ist, welche den Torsprung aufweist, auf dem der Stein ruht.

7. Schachtofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

daß der Vorsprung an der Oberseite der Kühlplatte vorgesehen ist und daß die den Stein aufnehmende Ausnehmung in Form einer ilut oder Aussparung an der Unterseite einer in Aufwärtsrichtung angrenzenden Kühlplatte ausgebildet ist.

8. Schachtofen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge mit Hilfe eines durch sie hindurchgeleiteten Kühlmittels kühlbar sind.

9. Sehachtofen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steine-im wesentlichen aus Siliziumkarbid bestehen.

10. Schachtofen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwerpunkt des Steins lotrecht oberhalb des Vorsprungs liegt.

11. Schachtofen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Stein ein zweiter Stein aus dem gleichen Werkstoff ruht.

12. Plattenkühler zur Verwendung bei einem Schachtofen nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Vorsprung an seiner im Betriebszustand innen liegenden Fläche zur Unterstützung der feuerfesten Ausmauerung des Ofens und durch eine Ausnehmung in seiner Innenfläche, die so angeordnet ist, daß sie an den nächst unteren Vorsprung einer Kühlplatte im Ofen angrenzt.

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13. Plattenkühler nach. Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung am oberen Ende der Kühlplatte angeordnet ist und daß' die Ausnehmung eine am unteren Ende der Kühlplatte vorgesehene Nut "bzw* Aussparung ist, die an den Vorsprung der nächst unteren Kühlplatte im Ofen angrenzt .

14. Plattenkühler nach Anspruch. 12 oder 13> dadurch, gekennzeichnet, daß der Torsprung etwa 10 cm weit von der
Innenfläche der Kühlplatte absteht.

15. Plattenkühler nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung mit Hilfe eines durch ihn hindurchgeleiteten Kühlmittels kühlbar ist.

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