[0001] Die Erfindung betrifft das Gestell eines Hochofens zur Erzeugung von Roheisen mit
einer Auskleidung aus feuerfesten Steinen, in der Auskleidung angeordneten schichtförmige,
die thermische Dehnung der Auskleidung begrenzende Einlagen, in Durchbrechungen der
Auskleidung eingelassene Windformen und einem die Auskleidung umschließenden Panzer.
[0002] An die zur Auskleidung von Hochöfen zur Erzeugung von Roheisen verwendeten feuerfesten
Steine werden wegen der hohen Arbeitstemperaturen, die im Gestell etwa 1300 bis 1400
°C beträgt, und der korrosiven und erosiven Wirkung von Roheisen und Schlacke und
von flüchtigen Begleitstoffen besonders große Anforderungen gestellt. Es ist bekannt,
die Lebensdauer der Auskleidung durch Verwendung besonders widerstandsfähiger Feuerfestmaterialien,
wie Kohlenstoff- und Graphitsteine, durch Kühlung der Auskleidung und auch durch konstruktive,
die mechanische Belastung begrenzende Maßnahmen zu erhöhen. Das gilt besonders für
däs stark belastete Gestell, das zudem mit mehreren Durchbrechungen versehen ist,
die größeren Temperatur- und Massefluktuationen ausgesetzt sind. Im unteren Bereich
des Gestells sind Abstichöffnungen, durch die Roheisen und Schlacke periodisch aus
dem Ofen entfernt werden, und im oberen Teil Windformen eingelassen.
[0003] Beim Anblasen eines neu ausgekleideten Hochofens dehnen sich die Auskleidungsmaterialien,
wobei der Betrag von der Maximaltemperatur und der Art des Feuerfestmaterials abhängt.
Die radiale Dehnung der Auskleidung wird in der Regel durch nachgiebige Stampf- oder
Füllmassen aufgefangen, die den Spalt zwischen Auskleidung und Ofenpanzer füllen.
Eine freie Ausdehnung in vertikaler Richtung ist dagegen nicht oder nur sehr begrenzt
möglich, da die Auskleidung mit zahlreichen Einbauten, wie die Windformen durchsetzt
ist, die kraftschlüssig mit dem Panzer verbunden sind. Als Folgen der Dehnung entstehen
erhebliche Druck- und Scherspannungen in der Auskleidung, bei lokalen Temperaturfluktuationen
auch Zugspannungen, die zur Zerstörung und Zerrüttung der feuerfesten Auskleidung
führen können. Derartige Defekte bedingen einen hohen Aufwand für Reparaturen und
gegebenenfalls auch eine vorzeitige Außerbetriebnahme der Hochöfen. Verwendet man
zur Auskleidung des Gestells den thermischen Spannungen widerstehende Feuerfeststeine,
die bei der Betriebstemperatur eine große Festigkeit haben, kommt es zwangsläufig
zur Verschiebung oder Verwerfung der am Panzer befestigten Windformen. Durch kleinere
Verschiebungen der Windformen wird die Funktionsfähgikeit der feuerfesten Auskleidung
kaum beeinträchtigt, wohl aber die Ofenführung, die auf eine bestimmte Neigung der
Winddüsen eingestellt ist. Der Neigungswinkel beträgt, bezogen auf die Horizontale,
im allgemeinen etwa 3 bis 6°. Die Neigung der Winddüsen kann sich durch eine, durch
Dehnung der Gestellauskleidung ausgelöste Drehung der Windformen um die Fixpunkte
am Panzer wesentlich ändern. Die Winddüsen sind dann nach oben gerichtet, wodurch
Eindringtiefe des Heißwindes in den Möller, die Vergasung des Kokses und die Reduktion
des Eisenerzes beeinträchtigt werden.
[0004] Die Folgen sind instabile Betriebszustände und ein Anstieg des Brennstoffbedarfs.
[0005] Durch Verschiebungen und Verwerfungen der Windformen können schließlich auch die
Kühleinrichtungen der Formen beschädigt werden. Austretender Wasserdampf zerstört
schnell die feuerfeste Auskleidung rund um die Formen und alle Reparaturbemühungen
sind in der Regel vergeblich, solange das Leck in der Kühleinrichtung besteht. Bei
großem Kühlmittelverlust wird die Windform selbst unmittelbar zerstört.
[0006] Die vertikale Dehnung der Auskleidung könnte prinzipiell durch nachgiebige Mörtelschichten
verhindert oder wenigstens begrenzt werden, die in die horizontalen Fugen zwischen
den feuerfesten Steinen eingebracht sind. Mörtelschichten dieser Art sind aber nicht
ausreichend korrosionsbeständig. Sie werden bevorzugt durch schmelzflüssiges Eisen,
Schlacke und andere fluide Stoffe, wie z.B. Alkalien angegriffen und sind oft Ursache
für eine ungenügende Lebensdauer der Hochofenauskleidung. Man versucht deshalb, die
Fugen möglichst dünn zu machen. Nach der DE-OS 22 21 639 ist es schließlich bekannt,
zwischen wenigstens einen Teil der die Auskleidung bildenden feuerfesten Steine Füll-
oder Zwischenplatten einzulegen, die beim Erhitzen der Zustellung erweichen und sich
plastisch verformen. Die damit verbundene Dickenabnahme ist derart bemessen, daß die
thermische Dehnung der feuerfesten Auskleidung im wesentlichen aufgefangen wird. Da
ein Spannungsaufbau in der Auskleidung nur verhindert werden kann, wenn über den gesamten
Temperaturbereich bis zur Betriebstemperatur die Dehnung der Feuerfeststeine der Schrumpfung
der Einlage dem Betrag nach gleich ist, müssen als Einlage Stoffe verwendet werden,
die einen möglichst breiten Erweichungsbereich haben. Die Bedingung ist auch bei Verwendung
von Einlagen aus zwei und mehr Stoffen, z.B. Glasfasermatten und Asbestfasern nur
näherungsweise zu erfüllen, so daß ein schädlicher Spannungsaufbau nicht ausgeschlossen
werden kann. Günstiger verhalten sich plattenförmige Einlagen aus nichtschmelzenden
kompressiblen Stoffen. Geeignet sind nach DE-OS 22 40 886 Platten aus Graphitlaminat,
die praktisch eine lineare Kompressibilität haben. Die Kompression ist zudem zum großen
Teil reversibel, so daß beim Abkühlen der Auskleidung keine Risse entstehen. Ein anderer
Vorteil von Graphitlaminat ist die verglichen mit Glas sehr hohe Korrosionsbeständigkeit
im Kontakt mit schmelzflüssiger Schlacke.
[0007] Beiden Lösungen gemeinsam ist die Unterteilung der Gestellauskleidung in mehrere
Abschnitte, die mindestens einen feuerfesten Stein und eine komprimierbare oder beim
Erhitzen sich plastisch verformende Platte oder Einlage enthalten. Da alle Einlagen
gleich welcher Art weniger beständig sind als die anliegenden Feuerfeststeine, geht
von ihnen häufig die Zerstörung der gesamten Auskleidung aus, besonders in der Nähe
der Windformen, aus deren defekten Kühlmänteln häufig Wasserdampf in die Auskleidung
eintritt. Es ist auch bekannt, in die Auskleidung Sperrbleche einzulegen, die das
Mauerwerk und den mit einer nachgiebigen Masse gefüllten Spalt zwischen Mauerwerk
und Ofenpanzer durchsetzen und am Ofenpanzer befestigt sind (DE-B 12 40 101). Die
Sperre soll im wesentlichen Gasströmungen im Mauerwerk und der Hinterfüllmasse verhindern.
Unterhalb von wassergekühlten Elementen in der Auskleidung angeordnete Bleche, z.B.
Kupferbleche sollen das Mauerwerk gegen aus Leckagen austretendes Wasser abschirmen
(DE-B 26 41 757).
[0008] Die dünnen Bleche sind aber nicht geeignet, Längenänderungen der Auskleidung aufzunehmen
und thermisch bedingte Spannungen abzubauen. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, die vertikale Dehnung der Gestellzustellung mit Mitteln aufzufangen, die
die Beständigkeit der Auskleidung im Kontakt mit korrosiven Stoffen nicht beeinträchtigen.
[0009] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Auskleidung der eingangs genannten Art
gelöst, die aus alternierenden Lagen Graphitfolie und Metallblechen gebildeten und
mit Kupferfolien umhüllten, am Ofenpanzer befestigte Einlagen besteht, die an den
Windformen anliegen.
[0010] Die kompressiblen, in die feuerfeste Auskleidung des Gestells eingebrachten Einlagen
bestehen erfindungsgemäß aus Graphitfolien, die zweckmäßig zu einem Laminat größerer
Dicke zusammengefaßt sind, in Wechsellagerung mit Metallblechen. Graphitfolien erhält
man aus Graphiteinlagerungsverbindungen, z.B. Graphithydrogensulfat; die durch Erhitzen
zersetzt werden. Die dabei erhaltenen harmonikaförmig expandierten Graphitpartikel
werden auf Walzenstühlen oder Gesenkpressen zu Folien und Schichtkörpern verarbeitet,
die weitgehend flexibel sind und sich wie Bleche verformen lassen. Die Rohdichte der
Folien und der aus mehreren Folien gebildeten Laminate kann in weiten Grenzen dem
jeweiligen Anwendungszweck angepaßt werden. Besonders günstig sind Verformbarkeit
und Kompressibilität im Dichtebereich 0,5 bis 1,5 g/cm³. Die maximale Kompression
beträgt etwa 50 %, bei Folien und Laminaten mit kleinerer Rohdichte etwas mehr, mit
größerer Rohdichte etwas weniger. Für die Dicke der Graphitfolienschichten in den
Einlagen gilt dann, wenn beim Anblasen des Hochofens durch Dehnung der feuerfesten
Steine bedingte Druckspannungen in der Gestellauskleidung vollständig vermieden werden
sollen:
[0011] D = α T × 2 H
- (D =
- Gesamtdicke der Graphitfolien,
- α =
- thermischer Ausdehnungskoeffizient der Feuerfeststeine,
- H =
- Höhe der Gestellauskleidung,
- T =
- Betriebstemperatur)
Beispiel -α = 4 · 10⁻⁶/K, T = 10³ °C, H = 10⁴ mm,
D = 80 mm
[0012] Da kleinere Druckspannungen die Beständigkeit der Feuerfeststeine nicht beeinträchtigen,
sondern eher die Abdichtung der horizontalen Fugen zwischen den Feuerfeststeinen verbessern,
ist ein vollständiger Abbau der thermisch bedingten Druckspannungen nicht nötig. Deshalb
ist eine etwas kleinere Gesamtdicke der Graphitfolien zweckmäßig, entsprechend etwa
einem Faktor 1,5 statt 2 in obengenannter Gleichung oder 60 mm im Beispiel. Eine möglichst
kleine Gesamtdicke ist auch dann geboten, wenn mit größeren Temperaturschwankungen
gerechnet werden muß, da die Folien bei Spannungsentlastung nicht vollständig auf
die ursprüngliche Dicke zurückfedern.
[0013] Erfindungsgemäß enthalten die Einlagen außer Graphitfolien Metallbleche, besonders
Bleche aus Kupfer oder Kupferlegierungen, die eine doppelte Aufgabe erfüllen. Sie
unterteilen einmal die Graphitfolien in mehrere Lagen kleinerer Dicke, die sich weniger
leicht durch Scherfließen verformen als dickere Schichten. Die Einlagen bestehen entsprechend
aus Wechselfolgen von Graphitfolien und Graphitplatten. Zur Verringerung des Scherfließens
sind die Metallbleche in einer bevorzugten Ausführung mit Durchbrechungen, z.B. Bohrungen
oder unregelmäßig geformte Öffnungen, versehen, in die sich die Graphitfolien verankern.
Die Dicke der Graphitfolien sollte dabei stets größer sein als die Dicke der anliegenden
Bleche, damit auch bei großen Verformungen und Fließverlusten eine Graphitschicht
zwischen je zwei Blechen erhalten bleibt. Die Metallbleche in den Einlagen bewirken
aufgrund ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit auch eine Absenkung der Temperatur. Die Einlagen
sind in der Gestellauskleidung wärmesenkend und die Wirkung korrosiver Stoffe ist
erheblich kleiner als auf benachbarten Zonen höherer Temperatur. Der Senkung des korrosiven
Angriffs dient auch eine Kupferfolie, die die Einlage umhüllt und insbesondere gegen
Wasserdampf abdichtet, der aus Lecks der Kühleinrichtungen der Windformen austreten
kann. Geschützt werden auch die feuerfesten Steine unterhalb der Einlagen. Auch für
die Beständigkeit und Funktionsfähigkeit der Kupferfolie ist die Senkung der Temperatur
nötig, die wie oben ausgeführt durch die Wechsellagerung von Graphitfolien und Metallblechen
erreicht wird. Die Kupferfolie erstreckt sich über den Spalt zwischen Auskleidung
ünd Ofenpanzer und ist am Panzer befestigt, so daß fluide Stoffe nicht in den Raum
zwischen Auskleidung und Panzer eindringen und die Auskleidung gegebenenfalls zerstören
können.
[0014] Die kompressiblen Einlagen liegen erfindungsgemäß an den Windformen an und umschließen
diese wenigstens zu einem Teil. Bei dieser Anordnung nehmen die Einlagen die Dehnung
der Gestellauskleidung auf und dichten zugleich die Auskleidung gegen die Windformen
ab. Aus Leckagen ausströmender Wasserdampf kann nicht in die Auskleidung eindringen
und die Feuerfeststeine zerstören. Wegen der guten Verformbarkeit der Einlagen sind
schließlich auch Relativbewegungen zwischen Auskleidung und Windformen möglich, ohne
daß die Formen dabei beschädigt werden. In einer anderen Ausführungsform sind die
Einlagen in Form eines geschlossenen Rings im Formenbett in Kontakt mit den Windformen
angeordnet. Auch bei dieser Ausführungsform ist die Auskleidung des Gestells gegen
die Windform abgeschirmt. Die Auskleidung des Gestells besteht vorzugsweise aus Kohlenstoffsteinen,
Semigraphitsteinen oder Graphitsteinen, die hier kurz als Kohlenstoffsteine bezeichnet
werden.
[0015] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- - die Gestellauskleidung im Schnitt,
- Fig. 2
- - einen vergrößerten Ausschnitt der Auskleidung,
- Fig. 3
- - einen Aufriß der Windformebene,
- Fig. 4
- - einen Aufriß der Windformebene mit einer anderen Anordnung der Einlagen.
[0016] Der in Fig. 1 dargestellte Hochofen enthält das Fundament 1, auf dem mehrere den
Ofenboden bildende Schichten 2 aus feuerfesten Steinen, z.B. Graphitsteinen und Kohlenstoffsteinen
aufgemauert sind. Auf den Schichten 2 ist die Wandauskleidung 3 des Gestells aufgebaut,
die vorzugsweise ebenfalls aus Kohlenstoffsteinen besteht. Auf der Auskleidung liegen
Windformen 4 auf, die einen geschlossenen Kreisring bilden und an dem die Auskleidung
umschließenden Ofenpanzer 5 befestigt sind. Der Spalt zwischen Panzer 5 und Gestellauskleidung
3 ist mit einer nachgiebigen Stampfmasse 6 ausgefüllt. In der Auskleidung sind im
Kontakt mit den Windformen 4 die kompressiblen Einlagen 7 angeordnet, die die thermische
Dehnung der Gestellauskleidung aufnehmen, so daß beim Betrieb des Ofens Relativbewegungen
zwischen Windformen und Panzer nicht auftreten.
[0017] Der Aufbau der Einlage ist in Fig. 2 dargestellt. Sie besteht aus einem Stapel Graphitfolie,
die zu einem plattenförmigen Laminat 8 zusammengefaßt sind in Wechsellagerung mit
Kupferblechen 9. Die Kompression der Graphitfolie ist im wesentlichen proportional
der anliegenden Druckspannung und beträgt maximal etwa 50 % der Ausgangsdicke. Die
Kupferbleche 9 sind mit Durchbrechungen 10 versehen, in die bei hohen Drücken die
Folien fließen und festgehalten werden. Der Stapel ist von der Kupferfolie 11 umschlossen,
die sich durch die Stampfmasse 6 zum Ofenpanzer 5 erstreckt und mit dem Panzer, beispielsweise
durch Schweißen verbunden ist. Die Kupferfolie 11 dient im wesentlichen als Dichtung,
die die Einlage 7, die Gestellauskleidung 3 und die Stampfmasse 6 gegen Wasserdampf
schützt, der aus dem Kühlsystem der Windform 4 austreten kann. Beim Betrieb des Hochofens
bildet sich an der Stirnfläche der Einlage 7 eine nicht dargestellte Kruste aus erstarrter
Schmelze, welche die Einlage vor Infiltration und Korrosion schützt.
[0018] In den Fig. 3 und 4 sind zwei verschiedene Anordnungen der Einlagen dargestellt.
In der Ausführung nach Fig. 3 umschließen gekrümmte Einlagen 7ʹ etwa den halben Umfang
der Windformen 4. Der Raum zwischen den Windformen ist mit feuerfestem Mauerwerk 12
und Gießmasse 13 ausgefüllt. In der Ausführung nach Fig. 4 bilden Einlagen 7ʺ einen
geschlossenen Kreisring im Kontakt mit den Windformen 4.
1. Gestell eines Hochofens zur Erzeugung von Roheisen mit einer Auskleidung aus feuerfesten
Steinen, in der Auskleidung angeordneten schichtförmige, die thermische Dehnung der
Auskleidung begrenzende Einlagen, in Durchbrechungen der Auskleidung eingelassene
Windformen und einem die Auskleidung umschließenden Panzer,
dadurch gekennzeichnet,
daß die aus mehreren alternierenden Lagen Graphitfolie und Metallblechen bestehenden,
mit Kupferfolien umhüllten und am Panzer befestigten plattenförmigen Einlagen an den
Windformen anliegen.
2. Hochofengestell nach Patentanspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einlagen die Windformen wenigstens zu einem Teil umschließen.
3. Hochofengestell nach Patentanspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einlagen unterhalb der Windformen in einer kreisringförmigen Ebene angeordnet
sind.
4. Hochofengestell nach den Patentansprüchen 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einlagen in zwei sich überlappenden Schichten angeordnet sind.
5. Hochofengestell nach den Patentansprüchen 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Metallbleche der Einlagen mit Durchbrechungen versehen sind.
6. Hochofengestell nach den Patentansprüchen 1 bis 5,
dadurch gekenzeichnet,
daß die Dicke der Graphitfolie größer ist als die Dicke der Metallbleche.
7. Hochofengestell nach den Patentansprüchen 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Auskleidung aus Kohlenstoffsteinen besteht.
1. Hearth of a blast furnace for the production of pig iron, having a lining of refractory
blocks, layered inserts arranged in the lining, limiting the thermal expansion of
the lining and protecting the lining against fluids, tuyères inserted in through passages
in the lining and a casing surrounding the lining, characterized in that the plate-shaped inlays consisting of several alternating layers of graphite
foil and metal plates encased in copper foils and secured to the casing, fit against
tuyères.
2. Blast furnace hearth according to claim 1, characterized in that the inlays at least partially surround the tuyères.
3. Blast furnace hearth according claim 1, characterized in that the inlays are arranged below the tuyères in an annularly shaped plane.
4. Blast furnace hearth according to claim 1 to 3, characterized in that the metal plates of the inlays are provided with through passages.
5. Blast furnace hearth according to claims 1 to 4, characterized in that the inlays are arranged in two overlapping layers.
6. Blast furnace hearth according to claims 1 to 5, characterized in that the thickness of the graphite foil is greater that the thickness of the metal plates.
7. Blast furnace hearth according to claims 1 to 6, characterized in that the lining consists of carbon blocks.
1. Creuset de haut-fourneau pour produire de la fonte, avec un revêtement de briques
réfractaires, avec des couches disposées dans le revêtement qui limitent la dilatation
thermique du revêtement, avec des tuyères logées dans des interruptions ou percements
du revêtement et une armature qui entoure le revêtement, caractérisé en ce que les
couches sont constituées de couches alternées de films de graphite et de tôles métalliques
enveloppantes en forme de plaques, fixées à l'armature et reposent sur les tuyères.
2. Creuset de haut-fourneau selon la revendication 1, caractérisé en ce que les couches
entourent les tuyères, au moins en partie.
3. Creuset de haut-fourneau selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on dispose
les couches en-dessous des tuyères dans un plan en forme d'axe de cercle.
4. Creuset de haut-fourneau selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les
couches sont disposées en deux plans qui se recouvrent.
5. Creuset de haut-fourneau selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on munit
les tôles métalliques des couches d'interruptions.
6. Creuset de haut-fourneau selon les revendications l à 5, caractérisé en ce que l'épaisseur
des films de graphite est supérieure à l'épaisseur des tôles métalliques.
7. Creuset de haut-fourneau selon les revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le
revêtement est constitué de briques de carbone.