DE3249343C2 - Verfahren zur Herstellung von K}hlplatten f}r H}ttenm{nnische \fen sowie eine K}hlplatte - Google Patents

Description

Gebiet der Technik

Die Erfindung bezieht sich generell auf die Kühltechnik hüttenmännischer öfen und betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von Kühlplatten für hütte-;.männische öfen sowie nach diesem Verfahren hergestellte Kühlpiatten.

Zugrundeliegender Stand der Technik

Zur Abkühlung von hüttenmännischen öfen wie Hochöfen bedient man sich gußeiserner Kühiplatien mit darin eingegossenen Stahlrohren, über welche ein Kühlmittel umläuft. Diese Kühlplatten werden sowohl mit geraden Rohren, als auch mit ein- oder doppelreihig

über die Plattendicke angeordneten Rohrschlangen gebaut.

Das übliche Verfahren zur Herstellung von Kühlplatten, nämlich solchen für Hochöfen, besteht darin, daß Kühlrohre aus Stahl in eine Gießform eingebracht und mit flüssigem Gußeisen eingegossen werden (siehe das Buch von S. M. Andonjev et al. »Die Kühlung von Hochöfen«, Moskau, Verlag Mctallurgizdat 1972).

Nachteilig wirkt es sich bei dem bekannten Verfahren zur Herstellung von Kühlplatten die Entstehung von

J5 beträchtlichen Gußspannungen im Körper der Kühlplatte und der Kühlrohre im Zuge deren Erkaltung sowie von Wärmespannungen beim Betrieb der Kühlplatten aus. Die Gußspannungen bauen sich bei der Erkaltung der Kühlplatten infolge der unterschiedlichen Iinearen Ausdehnungskoeffizienten für das Gußeisen und den Stahl auf. wobei die meisten Spannungsanhäufungen an den Biegestellen der Rohre am Austritt aus dem Körper der Kühlplatte vorhanden sind. Diese Spannungen können den zulässigen Wert übertreffen, und bei einer selbst örtlichen Aufkohlung der Rohre ist an deren Biegcstellcn eine schroffe Abnahme der Plastizität des Rohrmeialls feststellbar, und in den Rohren bilden sich Risse. Während des Betriebes der Kühler eines Hochofens entstehen wegen stark wechselnder Wärmeverhältnissc weitere Wärmcsp;innungcn in der Kühlplatte und den Rohren, die zu den bei der Fertigung der Kühlpla.tcn aufgebauten Spannungen addiert werden, so daß diese Platten vorzeitig ausfallen.

Das Verfahren zur Herstellung von Kühlplatten für

hüttenmännische öfen, von welchem die Erfindung ausgeht, besteht in einem getrennten Ausgießen von Abschnitten der Platte mit Kühlrohren aus einem Metall, dessen linearer Ausdehnungskoeffizient sich von dem des Plattcnmctalls unterscheidet (SU-Urheberschein 2 87 252, Int, Cl, B 22 d 19/02, bekannigcmachl am 19. 11.70).

Dieses Verfahren wird durchgeführt, indem man das Metall der Platte in eine Gießform in zwei Stufen eingießt. In der ersten Stufe wird eine Platte mit an der

h5 Rückseite der Platte offenen T-Nuten gegossen. Nachher werden in diese Nuten Kühlrohre eingesetzt, und man führt die zweite Stufe des Eingießen* durch, d. h. man gießt in die Nuten ein flüssiges Metall wie z. B. eine

Aluminiumlegierung mit 600 bis 800⁰C Schmelztemperatur und einer besseren Wärmeleitfähigkeit als die des Gußeisens ein.

Bei der Durchführung dieses Verfahrens unter Verwendung einer Aluminiumlegierung stellt die Aufkohlung der Rohre kein Problem dar; jedoch erfahren die Kühlrohre an den Stellen der Herausführung dieselben Spannungen wie bei dem gleichzeitigen Metalleingießen in die Gießform mit darin angeordneten Kühlrohren für die Herstellung einer Kühlplatte.

Hinzu kommt, daß durch den Einsatz von verschiedenen Metallen bei der Herstellung einer Platte, insbesondere in der Nähe von den Kühlrohren, ein Spielraum zwischen den aus verschiedenen Metallen bestehenden Plattenteilen entsteh', welcher die normale Wärmeabführung durch die Künlrohre behindert.

Die Kühlplatten für hüttenmännische öfen umfassen grundsätzlich eine eigentliche hüttenmännische Platte und darin eingegossene Kühlrohre (siehe z. B. das Buch von V. A. Sorokin »Der Aufbau von Anlagen und der Betrieb der modernen Hochofenwerke«, Moskau, Verlag Metallurgizdat. 1944, S. 76 bis 79).

Als Nachteile dieser Platten gelten deren große Masse und Ungleichartigkeit der thermischen und mechanischen Wirkungsweise verschiedener Plattenabschnitte und der Stützvorsprünge, wodurch sich bedeutende Wärmespannungen und Risse ergeben, die die Lebensdauer der Kühlplatten einschränken.

Darüber hinaus zählen zu den negativen Eigenschaften dieser Platten, insbesondere der Platten mit den Stützvorsprüngen, eine große Anzahl von Bohrungen für die Zu- und Ableitung des Kühlmittels sowie Schwierigkeiten bei der Suche und der Abstellung von durchgebrannten Rohren der Stützvorsprünge, das Eindringen von Wasser in den Schmelzraum des Ofens und J5 eine daraus resultierende Störung des Betriebes.

Offenbarung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Kühlplaltcn für hüttenmännische öfen zu entwickeln, das es ermöglicht, Gußspannungen in den Rohren sowie eine Aufkohlung der Rohre und die Einflüsse von Wiirmespannungcn zu vermeiden und ei.ie Kühlplatte einer neue;: Bauart mit besscrer Dauerhaftigkeit und besserem WärmcausUiuschvcrmögen zu schaffen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren zur Herstellung von Kühlplaltcn für hüttenmännische öfen, bei dem ein getrenntes Ausgießen von v> Abschnitten einer Platte mit Kühlrohren aus einem Metall erfolgt, dessen linearer Ausdehnungskoeffizient sich von dem des Plattenmetalls unterscheidet, gemäß der Erfindung vor dem Eingießen in eine Gießform Trennwände eingebracht werden, so daß Gießräume jeweils für die Herstellung eines Zwischenabschnittes der Platte sowie von Abschnitten der Platte mit den Herausführungen für Kühlrohre ausgebildet werden, ein Metall in den Raum für die Herstellung des Zwischenabschnittes der Platte sowie nach der Abkühlung des erhaltenen w) Gußstückes auf eine im wesentlichen der Umgebungstemperatur gleiche Temperatur in die Räume zur Herstellung der Abschnitte der Platte mit den Herausführungen für die Kühlrohre eingegossen wird, wobei vor dem Eingießen des Metalls in die Räume zur Hcrstellung der Abschnitle m.i den Herausführungen für die Kühlrohre an der Trenngrenze der genannten Gießräume Ausgleichszwischenlagcn angeordnet werden.

Das erfindungsgemaße Verfahren ermöglicht es:

— Spannungen in den Rohren und insbesondere an den Biegestellen zu verhindern;

— eine Aufkohlung der Rohre an den Stellen der Herausführung aus der Platte dank einer geringen Menge an flüssigem, für das Ausgießen der Abschnitte mit den Herausführungen für die Kühlrohre benötigten Gußeisen und jeweils dank einer kurzen Zeit der Erstarrung des eingegossenen Gußeisens (die Kontaktzeit der Rohre mit dem flüssigen Gußeisen wird gekürzt) auszuschließen;

— den Einflüssen von Wärmespannungen, welche sich in der Kühlplatte während deren Betriebes aufbauen, vorzubeugen.

Dies gestattet, die Standfestigkeit der Abschreckplatten zu verbessern und das Reparaturintervall eines Hochofens zu verlängern.

Es ist vorteilhaft, vor dem Eingiel^i zwecks Herstellung des Zwischenabschnittes der Platte den Gießraum dafür mittels Trennwände mit Ausgleichzwischenlagen in mindestens zwei Gießräume aufzuteilen.

Es ist zu bevorzugen, zumindest einen Gießraum für den Zwischenabschnitt der Platte mit einem Metall auszugießen, dessen physikalisch-chemische Eigenschaften sich von denen des Metalls für die benachbarten Gießräume unterscheiden.

Dies ist dann von Bedeutung, wenn es erwünscht ist. den Zwischenabschnitt mit Stützvorsprüngen aus einem Metall mit höheren Festigkeitswerten herzustellen.

Die Aufgabe wird durch die Schaffung einer Kühlplatte für hüttenmännische öfen gelöst, welche aus einer eigentlichen metallischen Platte mit einem darin eingegossenen Kühlrohr besteht, wobei erfindungsgemäß die eigentliche metallische Platte drei Abschnitte aufweist, an deren Trenngrenze Ausgleichszv/ischeolagen vorgesehen sind, wobei die Trenngrenzen zwischen den Herausführungen für die Kühlrohre, indem mindestens ein Zwischenabschniit der Platte gebildet wird, und in der Nähe von den Herausführungen der Kühlrohre verlaufen.

Diese Ausführung der Kühlplatte sichert eine unabhängige Arbeitsweise jedes Abschnittes bei stark schwankenden Wärmebelaslungen, wobei die Wärmespannungen der Platte an den Stoßstellen sämtlicher Abschnitte, welche die Platte bilden, d. h. in der Eber; der Trennwände eine Relaxation erfahren.

Es ist hierbei vorteilhaft, wenn der Zwischenabschnitt der Platte in mindestens zwei weitere Abschnitte eingeteilt ist, an deren Trenngrenze eine Ausgleichzwischenlage vorgesehen ist.

Die kühlplatte kann derart ausgestaltet werden, daß ein Teil eines der Abschnitte des Zwischenabschnittes über die Sichtfläche der Kühlplatte in den Schmelzraurr. des Ofens vorsteht, wobei der Abschnitt mit dem über der Sichtfläche vorstehenden Teil zumindest ein gesondertes, in dessen .^orper eingegossenes Kühlrohr aufweist.

Es ist weiter empfehlenswert, wenn die Kühlplatte dergestalt ausgeführt wird, daß mindestens ein im Abschnitt mit dem über der Sichtfläche vörsiehenuen Teil befindliches Kühlrohr innerhalb dieses Abschnittes kurz geschlossen ausgeführt ist, so daß ein geschlossener Umlaufkreis gebildet wird, dessen zu kühlender Teil sich im Wirkungsbereich des Kühlrohres der Platte befindet.

Es ist vorteilhaft, wenn die Kühlplatte so ausgebildet wird, daß der Abschnitt mit dem vorspringenden Teil

zwei geschlossene, in Diagonalcbcncn der Sichtflächc liegende Kühlrohre aufweist.

Bei dieser Ausführung der Kühlplatte werden die Stützvorsprünge zuverlässig abgekühlt, wobei die Möglichkeit einer Rißbildung im Körper des Vorsprunges und mithin die dessen Bruches verringert wird. Dadurch sowie dank einer besseren Standfestigkeit sämtlicher Abschnitte der Platte verlängert sich die Lebensdauer der Kühlplatte, so daß das Rcparaturintervall eines Hochofens verlängert wird.

Es sei weiterhin darauf hingewiesen, daß bei dieser Ausführung der Kühlplatte arbeitsaufwendige Vorkehrungen für die Suche und Abschaltung durchgebrannter Rohre eines Stützvorsprunges wegfallen, weil sie an kein äußeres Wasserversorgungssystem angeschlossen sind, und daß einem unkontrollierten Eindringen von Wasser in den Schmel/raum des Ofens nach dem Durchbrennen der Rohre eines Stüizvorsprunges begegnet wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigt

F i g. 1 eine erfindungsgemäße Kühlplatte in Rückseitenansicht;

F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1;

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Kühlplatte in einer weiteren Ausführungsform, in Rückseitenansicht; F i g. 4 einen Schnitt nach der Linie 4-4 der F i g. 3;

Fig.5 eine Seitenansicht der Kühlplatte gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 6 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Kühlplatte mit einem Slülzvorsprung;

Fig. 7 eine Seitenansicht eines Teiles einer erfindungsgemäßen Kühlplatte mit einem abgewandelten Stützvorsprung:

F i g. S einen Schnitt nach der Linie 8-8 der F i g. 7;

Fig.9 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Kühlplatte mit einem abgewandelten Stützvorsprung und

Fig. IO eine Ansicht in der Pfeilrichtung »A« der F i g. 9.

Beste Ausführungsform der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Kühlplatten für hüttenmännische öfen wird durch ein getrenntes Ausgießen von Plattenabschnitten mit einem schmelzflüssigen Metall wie z. B. Gußeisen durchgeführt.

Zu diesem Zweck werden in den Gießraum Kühlrohre eingebracht. Im genannten Gießraum werden außerdem Trennwände mit Ausgleichszwischcnlagen angeordnet, die beispielsweise aus Asbest hergestellt sind. Als Folge hiervon entstehen Gießräume jeweils für das Ausgießen des Zwischenabschnittes der Platte und des Plattenabschnittes mit Herausführungen für die Kühlrohre. Darüber hinaus kann jeder Gießraum des Zwischenabschnittes zusätzlich mittels Trennwänden mit Ausgleichzwischenlagen aus Asbest aufgeteilt werden.

Es sollten mindestens zwei von diesen Gießräumen vorhanden sein. In eine auf diese Weise vorbereitete Gießform wird flüssiges Gußeisen mit einer Temperatur von 1180 bis 1220° C eingegossen. Zunächst gießt man in den Gießraum für die Herstellung eines Zwischenabschnittes der Platte ein. Dieser Gießraum wird durch Ausstampfen der benachbarten Abschnitte des Gießraumes mit einer Formmasse erhalten. Nach der Erkaltung des flüssigen, in den genannten Gießraum eingegossenen Gußeisens auf eine Temperatur von höchstens 200"C wird csder Gießform entnommen,die Formmasse wird aus den benachbarten Abschnitten des Gießraumcs entfernt, und die letzteren werden mit flüssigem Gußeisen gefüllt. Hierbei werden vor dem Eingießen des Gußeisens in die benachbarten Gießräume (die Gießräume für die Herstellung der Kühlplattenabschnittc mit Hcrausführungen für die Kühlrohre) an der

in Trenngrenze der angegebenen Gießräume Ausgleichzwischenlagen aus Asbest angeordnet. Falls der Gießrauni für die Herstellung des Zwischenabschnittes der Kühlplatte bereits in mindestens zwei Räume eingeteilt worden ist. dann kann wenigstens einer davon mit einem Metall gefüllt werden, das in physikalisch-chemischen Eigenschaften sich von denen des in die benachbarten Gicßräiinie eingegossenen Metalls unterscheidet.

Dies Verfahren gestattet es. Kühlplatten im wesentlichen .so herzustellen, wie dies aus den Zeichnungen erkennbar ist.

Wie I" ig. 1 bis 4 zeigen, umfaßt eine Kühlplatte eine eigentliche Metallplatte 1 mit einem eingegossenen Kühlrohr 2. Die Metallplatte 1 ist mittels Ausgleichzwischenlagen 3 aus Asbest beispielsweise in drei Abschnit-

2j te 4, 5 und 6 eingeteilt, wobei sich die Zwischenlagen 3 zwischen den Herausführungen 7 für die Kühlrohre 2 und in deren Niihe befinden und einen Zwischenabschnitt 5 eier Platte ausbilden. Das in die Kühlplatte eingegossene Kühlrohr 2. wie bereits angegeben, kann

jo sowohl ein gerades Rohr (Fig. 1. 2), als auch eine Rohrschlange (Fig. 3,4) darstellen. F i g. 1 und 2 zeigen eine Kühlplatte mit eingegossenen geraden Kühlrohren 2, wobei die Ausgleichzwischenlagcn 3 aus Asbest, welche sich, wie bereits erwähnt, zwischen den Herausführungcn 7 für die Kühlrohre 2 und in deren Nähe befinden, die Kühlplatte beispielsweise in drei rechtwinklige Abschnitte 4, 5 und 6 einteilen. Fig.3, 4 zeigen eine Kühlplatte mil Kühlrohren, die als Rohrschlangen 2 ausgebildet sind, wobei die Ausgleichzwischenlagen 3 ebenfalls die Platte in drei rechtwinklige Abschnitte 4,5 und 6 einteilen. Im vorliegenden Fall sind jedoch, auf Grund der Gestalt der Kühlrohre, die Zwischenlagen in einem Winkel angeordnet, damit die Gußspannungen in der Nähe von der Hcrausführungen für die Kühlrohre ermäßigt sind.

Fig.5 zeigt eine Kühlplatte, deren Zwischenabschnitt 5 in zwei weitere Abschnitte, und zwar einen ersten Abschnitt 5.1 und einen zweiten Sb eingeteilt ist. An der Trenngrenze dieser Abschnitte ist eine Ausgleichzwischenlagc 8 vorgesehen.

Fig.6 zeigt eine Kühlplatte mit einem Stützvorsprung 9. welche im wesentlichen in ähnlicher Weise ausgeführt ist, wie aus F i g. 5 erkenntlich ist. Ein Teil des zweiten Abschnittes 5£> steht jedoch über die Sichtfläehe, in den Schmelzraum des Ofens vor und fungiert als Stützvorsprung 9. wobei der Abschnitt Sb ein in dessen Körper eingegossenes gesondertes Kühlrohr 10 aufweist.

In Fig. 7 und 8 ist eine Kühlplatte mit einem Stützvorsprung 9 zu erkennen, die im wesentlichen so ausgebildet ist, wie dies in F i g. 6 gezeigt ist. Das im Abschnitt Sb eingegossene Kühlrohr ist innerhalb dieses Abschnittes kurz geschlossen ausgeführt, mit der Bezugsziffer 11 bezeichnet und bildet einen geschlossenen Umlaufkreis aus. Der zu kühlende Teil dieses Umlaufkreises befindet sich im Wirkungsbereich des Kühlrohres 2 der Platte.

F i g. 9 und 10 zeigen eine Kühlplatte mit einem Stützvorsprung 9, welche im wesentlichen in ähnlicher Weise

ausgestaltet ist, wie es in Fig.b dargestellt ist. Jedoch weist der Abschnitt 5b mit dem Stüt/vorsprung 9 zwei geschlossene Rohre 12 auf, die in Diagonalebenen liegen, welche durch die Diagonalen der Sichtfläche des Abschnittes 5b mit dem Stützvorsprung 9 verlaufen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Herstellung von Kühlplatten neuer Bauart, durch welche diesen Platten bessere Betriebseigenschaften verliehen werden, und zwar:

— es wird eine unabhängige Wirkungsweise jedes Abschnittes der Kühlplatte unter Bedingungen von stark schwankenden Wärmebelastungen sichergestellt, so daß die Wärmcbelastungen der Platte an den Stoßstellen sämtlicher Abschnitte, welche die is Platte bilden, d. h. in der Ebene der Trennwände, eine Relaxation erfahren werden;

— es wird eine zuverlässige Abkühlung der Stüt?.vorsprünge gewährleistet, wobei die Möglichkeit einer Rißbildung im Körper des Stützvorsprunges und somit die Möglichkeit dessen Bruches verringert wird. Dadurch sowie dank einer besseren Wärmebeständigkeit sämtlicher Abschnitte der Platte wird die Lebensdauer der Kühlplatte verlängert, so daß das Reparaturintervall eines Hochofens verlängert wird.

Es sei erwähnt, daß die Bauart der Kühlplatte, wie sie in Fig.7 erkennbar ist, arbeitsaufwendige Vorkehrungen bei (Ίγ Suche und Abstellung von durchgebrannten jo Rohren eines Stützvorsprunges entfallen läßt, weil diese an kein äußeres Wasserversorgungssystem angeschlossen sind, und daß ein unkontrolliertes Eindringen von Wasser in den Schmelzraum des Ofens nach dem Durchbrennen der Rohre des Stützvorsprunges vcrhin- js dert wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Kühlplatlen für hüttenmännische öfen, bei dem ein getrenntes Ausgießen der Abschnitte der Platte mit Kühlrohren aus einem Metall mit einem linearen Ausdehnungskoeffizient, der sich von dem des Metalls der Platte unterscheidet, erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Eingießen in eine Gießform Trennwände eingebracht, so daß Gießräume jeweils für die Herstellung eines Zwischenabschnittes der Platte und von Abschnitten der Platte mit Herausführungen für die Kühlrohre ausgebildet werden, ein Metall in den Gießraum für die Herstellung des Zwischenabschnittes der Platte und nach der Erkaltung des erhaltenen Gußstückes auf eine im wesentlichen der Umgebungstemperatur gleiche Temperatur in die Gießräume für die Herstellung von Abschnitten mit Herausfui jungen für die Kühlrohre eingegossen wird, wobei vor dem Eingießen des Metalls in die Gießräume für die Herstellung der Abschnitte mit den Herausführungen für die Kühlrohre an der Trenngrenze der genannten Gießräume Ausgleichszwischenlagen angeordnet werden.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Eingießen in den Zwischenabschnitt der Platte der für diesen Abschnitt vorgesehene Gießraum mittels Trennwände mit Ausglcichzwischenlagen in mindestens zwei Gießräume aufgeteilt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß zumindest in einen Gießraum ein Metall eingegossen wird, dessen phys-kalisch-chemische Eigenschaften sich von denen des Metalls der benachbarten Gießräume unterscheiden.

4. Kühlplatte für hüttenmännische öfen, hergestellt nach dem Verfahren nach Anspruch I mit einer eigentliche Metallplatte (1) und einem darin eingegossenen Kühlrohr (2), dadurch gekennzeichnet, daß die Metallplatte (1) wenigstens drei Abschnitte (4), (5) und (6) aufweist, an deren Trenngrenze Ausgleichszwischenlagen (3) angeordnet sind, wobei Trenngrenzen zwischen den Hcrausführungen (7) für die Kühlrohre (2), indem mindestens ein Zwischenabschnitt (5) der Platte gebildet wird und in der Nähe der Herausführungen (7) für die Kühlrohre verlaufen.

5. Kühlplatte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenabschnitt (5) zumindest in zwei Abschnitte (5a) und (5b) eingeteilt ist, an deren Trcnngenze eine Ausgleichzwischenlage (3) vorgesehen ist.

6. Kühlplatte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil eines der Abschnitte des Zwiscnenabschnittes (5b) über die Sichtflächc der Kühlplatte in den Schmelzraum des Ofens vorsteht, wobei der Abschnitt (5b) mit dem über die Sichtfläche vorspringenden Teil mindestens ein in dessen Körper eingegossenes gesondertes Kühlrohr (10) aufweist.

7. Kühlplatte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Kühlrohr (II) des Abschnittes (5b) mit dem über der Sichtflächc vorstehenden Teil innerhalb dieses Abschnittes kurzgeschlossen ist und einen geschlossenen Umlaufkreis bildet, dessen zu kühlender Teil sich im Wirkungsbereich des Kühlrohres (2) der Platte befindet.

8. Kuhlplatte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt (56,; mit dem vorstehenden Teil zwei geschlossene Kühlrohre (12) aufweist, die in Diagonalebenen liegen, welche durch die Diagonalen der Sichtfläche verlaufen.