DE2949998A1

DE2949998A1 - Verfahren zum herstellen einer bausteineinheit fuer die wand eines metallurgischen ofens

Info

Publication number: DE2949998A1
Application number: DE19792949998
Authority: DE
Inventors: Masayosi Nagahara; Teruyuki Nishitani
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1978-12-12
Filing date: 1979-12-12
Publication date: 1980-06-19
Also published as: SU927103A3; FR2444245B1; JPS5579986A; FR2444245A1; AU5370179A; AU517071B2

Description

Verfahren zum Herstellen einer Bausteineinheit für die Wand eines

metallurgischen Ofens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Bausteineinheit für die Wand eines metallurgischen Ofens.

Bei metallurgischen Öfen wie denjenigen, die zum Schmelzen von Eisen oder zum Raffinieren von geschmolzenem Metall verwendet werden, sind die Innenwände mit einer Schicht aus feuer- oder hitzefestem Material ausgekleidet, welche durch getrennte Kühleinrichtungen geschützt ist. Zum Kühlen einer derartigen, hitzefesten Schicht sind verschiedene Techniken bekannt, darunter auch die Verwendung von mit faßdaubenartig verlaufendem Kühlgestänge versehenen Kühlblöcken oder Kühlkasten, welche in der Industrie in wachsendem Ausmaß eingesetzt werden (diese werden im Englischen als "stave-cooler" bezeichnet).

Einen Senkrechtquerschnitt durch die feuer- oder hitzefeste Wand eines Hochofens zeigt die Figur 1 (a) und eine Teilvergrößerung davon zeigt die Figur 1 (b). Wie aus diesen Figuren ersichtlich, weist die hitzefeste Wand des Hochofens Reihen von Kühlblöcken oder Kühlkasten 1 mit faßdaubenartig verlaufenden Kühlrohren zum Kühlen des Ofens auf. Jeder der Kühlblöcke 1 ist mit einem Kühlrohr 9 vergossen. Jeder Kühlblock 1 ist an der Innenwand einer Schale 2 befestigt und an der Innenwand des Kühlblocks 1 befindet sich ein hitzefester Stein 3, der mit als Haftmittel dienendem Mörtel 10 befestigt ist. Der Ofen wird mit Wasser gekühlt, welches das Rohr 9 durchläuft, um die Wärme aus dem Inneren des Ofens abzuleiten. Die Kühlrohre 9 der einzelnen Kühlblöcke 1 sind durch Verbindungsrohre 11 miteinander verbunden

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Die Figur 1 (c) zeigt eine Ausführungsform der Kühlblöcke 1, von der Schale 2 her gesehen.

Zum Auskleiden eines Hochofens mit hitzefesten Wänden der vorstehend beschriebenen Art, ist es im allgemeinen erforderlich, die Reihen der Kühlblöcke 1 und die hitzefesten Steine 3 getrennt einzubauen. Ist die effektive Kühloberfläche des Kühlblocks 1 flach, so ist es nicht erforderlich, beim Einbau der hitzefesten Wände besondere Techniken anzuwenden. Wenn jedoch die Oberfläche im Querschnitt die Form des griechischen Großbuchstabens ^r (umgekehrtes L), wie in Fig. 4 gezeigt oder des griechischen Großbuchstabens Π wie in Fig. 2(a) gezeigt oder eine andere Form mit Vorsprüngen aufweist, dann ist es erforderlich, hitzefeste Steine 3 verschiedener Abmessungen an der Innenoberfläche des Kühlblocks anzuordnen. Ferner wird ein besonderes Maß an fachlichem Können benötigt, um hitzefeste Wände einzubauen, welche ein Minimum an Zwischenräumen aufweisen. In der Fig. 2(b) sind mehr Vorsprünge auf der Innenoberfläche des Kühlblocks gezeigt als in der Fig. 2(a).

Zum Lösen dieser Probleme, die beim Einbau von mit Kühleinrichtungen versehenen hitzefesten Wänden auftreten, sind zwei Arbeitsweisen vorgeschlagen worden. Eine davon besteht darin, einen Kühlblock mit faßdaubenartig verlaufendem Kühlgestänge zu gießen und auf seiner effektiven Kühlfläche eine hitzefeste Schicht aus einem gießbaren hitzefesten Material aufzutragen. Die andere Arbeitsweise besteht darin, durch Einpassen von hitzefesten Steinen in die auf der effektiven Kühlfläche des Kühlblocks vorhandenen Ausnehmungen eine hitzefeste Schicht zu bilden. Die nach der ersten Arbeitsweise hergestellte hitzefeste Schicht kann getrocknet werden, jedoch erweist sich das Brennen dieser Schicht als sehr schwierig. Das erforderliche Brennen der nach dieser Arbeitsweise eingebauten hitzefesten Wand

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erfolgt durch die Wärme des Ofens beim Anheizen, jedoch geschieht es oftmals, daß die für die spezifische hitzefeste Schicht erforderlichen Bedingungen der Brennatmosphäre oder Temperatur nicht erfüllt werden. Es ist z.B. wünschenswert, ein hitzefestes Material aus einem formbaren Material auf Siliciumcarbid-Basis in einer reduzierenden Atmosphäre zu brennen. Die Steuerung der für eine derartige reduzierende Atmosphäre geeigneten Bedingungen ist jedoch beim üblichen industriemäßigen Betrieb des Ofens sehr schwierig zu verwirklichen. Bei der Herstellung des Kühlblocks nach der zweiten Arbeitsweise werden dagegen zur Bildung der hitzefesten Schicht feuer- oder hitzefeste Steine verwendet, so daß die Bedingungen zum sofortigen Gebrauch des Ofens erfüllt sind. Zur Herstellung eines engen Kontakts zwischen der hitzefesten Schicht und der effektiv wirksamen Kühloberfläche des Kühlblocks und zur Erzielung einer guten Befestigung der hitzefesten Schicht auf dem Kühlblock ist jedoch nicht nur eine präzise Bearbeitung der hitzefesten Steine, sondern auch die Verwendung einer komplexen Halteeinrichtung erforderlich. Ferner geht im Verlauf der Benutzung der hitzefesten Wände die Bindefähigkeit des Mörtels oder anderer Substanz allmählich verloren, so daß nach längerer Zeitdauer die hitzefesten Steine nur noch durch die seitlich wirkenden Druckkräfte zwischen benachbarten Steinen in ihren Lagen gehalten werden. Wird somit ein Stein abgenutzt, dann geht die Bindung zwischen den anderen Steinen verloren, was oftmals dazu führt, daß die Steine sich nacheinander vom Kühlblock lösen.

Aufgabe der Erfindung ist es demgemäß, ein Verfahren zum Herstellen einer Bausteineinheit für die Wand eines metallurgischen Ofens vorzusehen, welches mit den vorstehend erwähnten Nachteilen der üblichen Verfahrensweisen nicht behaftet ist.

Die Lösung der Aufgabe ergibt sich aus den Ansprüchen.

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ORIGINAL INSPECTED

hergestellte]
Die erfindungsgemäß/Tiausteineinheit besteht aus einer gebrannten hitzefesten Schicht und einem Kühlblock oder Kühlkasten mit faßdaubenartig verlaufendem Kühlgestänge, wobei das Kühlsystem zusammen mit der hitzefesten Schicht geformt ist, so daß eine wirksame, mit der hitzefesten Schicht einstückiger Kühloberfläche entsteht.

Da im einzelnen die erfindungsgemäß hergestellte Bausteineinheit aus einer Schicht eines gegossenen hitzefesten Materials besteht, welche einstückig mit dem Kühlblock geformt ist, kann sich die Schicht nicht leicht vom Kühlblock lösen. Ferner wird vor dem Gießen des Kühlblocks die gießbare hitzefeste Schicht in genügender Weise gebrannt, um die erforderlichen hitzefesten Eigenschaften aufzuweisen. Ein weiterer Vorteil der auf diese Weise erhaltenen Bausteineinheit ist es, daß sie leicht in industriemäßigem Maßstab, d.h. in erforderlichen Mengen, hergestellt werden kann. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein im Voraus geformter und gebrannter hitzefester Block als Teil der Gießform verwendet und es weist der gegossene Kühlblock mit faßdaubenartig verlaufendem Kühlgestänge eine hitzefeste Schicht auf, die mit den inneren Oberflächen des Kühlblocks einstückig ist. Die hitzefeste Schicht auf den inneren Oberflächen des Kühlblocks ist folglich nicht nur verstärkt, sondern sie befindet sich auch im engen Kontakt mit dem Kühlblock. In zusätzlicher Weise ergibt der Kühlblock mit faßdaubenartig verlaufenden Kühlrohren eine gleichmäßige Kühlung und er verhindert die Entwicklung von lokalen thermischen Spannungen im Inneren der hitzefesten Schicht, so daß die erfindungsgemäß hergestellte Bausteineinheit für eine Ofenwand gegen thermische Rißbildung hochresistent ist.

Das Wesentliche der Erfindung besteht somit aus einem Verfahren zum Herstellen einer Bausteineinheit für die Wand eines metallurgischen Ofens, welches Verfahrensschritte aufweist, bei denen ein gießbares,

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feuer- oder hitzefestes Material zu einer feuer- oder hitzefesten Schicht geformt und gebrannt wird, die eine Wand einer Form zum Gießen eines Kühlblocks oder Kühlkasten mit faßdaubenartig verlaufenden Kühlrohren bildet, ein oder mehrere Rohre, durch die ein Kühlmittel fließt, in den in der Form vorhandenen Innenraum angeordnet werden, und zum Gießen eines Kühlblocks oder Kühlkastens mit Kühlrohren, der sich mit der feuer- oder hitzefesten Schicht zu einer Bausteineinheit für eine Ofenwand verbindet, ein geschmolzenes Metall in den Innenraum eingegossen wird.

Anhand der Figuren, insbesondere Figuren 2(a) und (b) sowie Figuren 3 und 4 wird die Erfindung im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. l(a) einen Längsquerschnitt durch einen Teil eines Hochofens, dessen hitzefeste Wände mit Kühlblöcken oder Kühlkasten mit faßdaubenartig verlaufendem Kühlgestänge versehen sind;

Fig. l(b) eine vergrößerte Ansicht des Ausschnitts A der in der Fig. l(a) gezeigten hitzefesten Wände;

Fig. l(c) ein Beispiel der Kühlblöcke im Ausschnitt A, von der Schale 2 des Hochofens her gesehen;

Fig. 2(a), Querschnitte durch verschiedene Ausführungsformen

J₄ einer erfindungsgemäß hergestellten Bausteineinheit

für eine Ofenwand, und

Fig. 5 Querschnitte einer Gießform zur Erläuterung des bei

der Erfindung stattfindenden Gießens des Kühlblocks, welcher einen Teil der erfindungsgemäß hergestellten

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Bausteineinheit für die Wand eines metallurgischen Ofens bildet.

In den Figuren wird ein Kühlblock oder Kühlkasten mit faßdaubenartig verlaufenden Kühlrohren durch die Ziffer 1 und eine hitzefeste Schicht durch die Ziffer 4 bezeichnet. Zum Herstellen der hitzefesten Schicht 4 wird ein gießbares feuer- oder hitzefestes Material geeigneter Zusammensetzung zu einer Schicht geformt und anschließend gebrannt. Das gießbare hitzefeste Material wird ausgewählt je nach der Art des metallurgischen Ofens und dem Ort, an dem das hitzefeste Material zu verwenden ist. Das Formen des Materials zur Schicht findet nach üblichen Formverfahren für hitzefestes Material statt, z.B. durch ein Rüttelformverfahren oder ein Preßformverfahren.

Die Fläche der wirksamen Kühloberfläche des Kühlblocks 1 läßt sich dadurch vergrößern, daß die Oberfläche 6 der hitzefesten Schicht 4 uneben gestaltet wird, wie dies in den Figuren 2 und 3 gezeigt ist. Die unebene Oberfläche 6 dient dazu, daß infolge von unterschiedlicher thermischer Deformation der hitzefesten Schicht 4 und dem Kühlblock entstehende Problem zu vermindern. Ist die Oberfläche der hitzefesten Schicht mit gewinkelten Rippen, z.B. Rippen von rechteckigem Querschnitt versehen, wie dies die Figuren 2(a) und (b) zeigen, dann kann die unterschiedliche thermische Deformation zur Bildung eines, z.B. von einer Ecke ausgehenden, Risses 15 führen. Um dies zu verhindern, können die Rippen auf der Oberfläche der hitzefesten Schicht mit einem hitzefesten Material, z.B. keramischen Fasern, welches die thermische Expansion aufnimmt, zugedeckt werden, ehe der Kühlblock gegossen wird.

Eine weitere Verfahrensweise zum Verringern des Problems, welches durch thermische Deformation verursacht wird, besteht darin, die

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hitzefeste Schicht 4 mit einer in Richtung ihrer Dicke verlaufenden Dehnungsfuge zu versehen. Die Dehnungsfuge erweist sich auch als wirksam, um ein Absplittern oder eine Spallation der hitzefesten Schicht zu begrenzen.

Soll der zu gießende Kühlblock 1 eine wirksame Kühloberfläche 5 von asymmetrischer, besonderer Form aufweisen, z.B. die des griechischen Großbuchstabens Γ (ungekehrtes L) oder des griechischen Großbuchstabens Π , dann wird die Oberfläche 6 der hitzefesten Schicht in entsprechender Weise geformt, wie dies in Fig. 4 oder Fig. 2(a) und (b) gezeigt ist.

Die vorstehend beschriebene hitzefeste Schicht 4 kann so geformt werden, daß in ihrer Oberfläche 6 ein oder mehrere Verbindungsstifte 8 eingelassen sind. Die Verbindungsstifte 8 können aus einem Metall bestehen und die in Figuren 2(a) und (b) oder Figur 3 gezeigte Form aufweisen oder aus einem hitzefesten Material bestehen und die in der Fig. 4 gezeigte Form aufweisen.

Die zur Erfüllung der vorstehend angegebenen Erfordernisse geformte hitzefeste Schicht wird dann gebrannt, und zwar unter Bedingungen bezüglich der Atmosphäre und der Temperatur, welche für die Zusammensetzung des hitzefesten Materials geeignet sind. Der metallische Verbindungsstift 8 ist während des Brennens dem thermischen Effekt ausgesetzt, jedoch verliert er nicht seine Funktionsfähgkeit als Stift.

Die Fig. 5 erläutert die Herstellung des Kühlblocks nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Die gebrannte hitzefeste Schicht 4 wird auf den Boden einer in der Figur allgemein mit dem Bezugszeichen 13 versehenen Gießform für den Kühlblock gelegt. Ein Kühlrohr 9, durch welches ein Kühlmedium wie Wasser während des Gebrauchs des Kühl-

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blocks im Kreislauf geführt wird, wird in den innerhalb der Gießform gebildeten Innenraum 12 eingebracht. Ein geschmolzenes Metall wie Eisen oder Kupfer wird in die Gießform eingegossen, wonach eine Erstarrung des Metalls stattfindet.

In der Fig. 4 stellt die Ziffer 7 eine auf der hitzefesten Schicht 4 vorgesehene Dehnungsfuge dar.

Während die Fig. 5 eine Ausführungsform darstellt, in der die hitzefeste Schicht 4 in die Gießform 13 eingelegt wird, zeigt die Fig. 6 eine weitere Ausführungsform, in der die hitzefeste Schicht 4 einen Teil der Gießform 13 bildet.

Die Erfindung soll nun anhand des nachfolgenden Ausführungsbeispiels noch näher erläutert werden. Das Ausführungsbeispiel ist hier lediglich zu Erläuterungszwecken angegeben und es soll in keiner Weise den Rahmen der Erfindung einschränken.

Beispiel: Herstellung eines Kühlblocks der Abmessungen 600 χ 1400 mm mit eingegossenen Rohren

Ein gießbares hitzefestes Material auf Siliciumcarbid-Basis wurde in eine Gießform der Abmessungen 600 χ 700 mm eingeführt. Auf die Gießform wurde eine Rüttelkraft (Frequenz 60 Hz, 7-fache Erdbeschleunigung) zur Einwirkung gebracht, um das gießbare Material ins Fließen zu bringen. Unter einem Druck von 300 kPa wurde das gießbare Material zu einer hitzefesten Schicht von 200 mm Dicke und mit einer Π-Form, wie in der Fig. 2 (a) gezeigt, geformt. In zusätzlicher Weise wurden Verbindestifte teilweise in die hitzefeste Schicht eingebettet, wie dies in der Fig. 2(a) gezeigt ist. Das hitzefeste Material wurde bei 1300°C gründlich gebrannt.

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Zwei derartige gebrannte hitzefeste Teile wurden nebeneinander auf den Boden einer Gießform mit der gerippten Seite nach oben gelegt. Kühlrohre wurden in der Form angeordnet und eine umgebende Sandform hergestellt. Um ein Zerbrechen der Rippen der hitzefesten Schicht aufgrund der bei der Erstarrung des Gußteils (z.B. Gußeisen) auftretenden Kontraktion (Kontraktionsfaktor etwa 8 - 12/lOOC) zu vermeiden, wurden die Rippen mit einer genügenden Menge hitzefester Fasern zugedeckt, um die mögliche Kontraktion des Gußmetalls zu kompensieren. Nach Beendigung dieser vorbereitenden Arbeiten wurde die hitzefeste Schicht mit einem Brenner auf 600 C erhitzt und formbares, geschmolzenes Eisen in die Form eingegossen, um ein Gußstück von 200 mm Dicke zu erzeugen. Nach dem Endformen wurde das Gußstück bei 600 C während einer Zeitdauer von 6 Stunden geglüht, um die verbleibenden thermischen Spannungen abzubauen.

Aus dem hergestellten Kühlblock wurde ein Probestück weggeschnitten, um eine möglicherweise während des Gießvorgangs aufgetretene Rißbildung festzustellen. Es wurde jedoch keine Rißbildung festgestellt. Der Kühlblock wurde an der Innenwand der Schale am unteren Teil des Schachts eines Hochofens eingebaut. Im Vergleich mit einer hitzefesten Wand (auf Aluminiumoxidbasis, 500 mm Dicke), die mit einem nach üblicher Verfahrensweise hergestellten Kühlblock kombiniert wurde und eine Haltbarkeitsdauer von nur 8 Monaten bis 1 Jahr und 2 Mona ten hatte, wies die hitzefeste Schicht des nach dem erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Kühlblocks eine geringere Abnutzung auf und überdauerte eine dreijährige, kontinuierliche Verwendung. Ein Kühl block, bei dem eine hitzefeste Schicht durch Einpassen von feuerfesten Steinen (auf Siliciumcarbid-Basis, 200 mm Dicke) in Ausnehmungen in der effektiven Kühloberfläche hergestellt worden war, erwies sich als ebenso gut wie der erfindungsgemäß hergestellte Kühlblock bis zu 1 1/2 Jahren nach der Inbetriebnahme. Danach löste sich jedoch plötz-

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lieh die hitzefeste Schicht von der Oberfläche des Kühlblocks. Die Ursache hierfür war möglicherweise ein Verlust der Bindekraft zwischen den feuerfesten Steinen, so daß sich beim Herauslösen eines abgenutzten Steins ein benachbarter Stein auch löste, wonach sich dann mehrere Steine nacheinander lösten.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer Bausteineinheit für die Wand eines metallurgischen Ofens dient, wie vorstehend beschrieben, die Oberfläche 6 der hitzefesten Schicht 4 als Teil einer Gießform, in die ein geschmolzenes Metall eingegossen wird, um einen Kühlblock zu gießen, so daß somit keine besondere Bearbeitung, wie z.B. Schneiden, erforderlich ist, um einen engen Kontakt zwischen der Oberfläche 6 der hitzefesten Schicht 4 und der effektiven Kühloberfläche 5 des Kühlblocks 1 herzustellen und eine wirksame Kühlung der hitzefesten Schicht 4 zu erzielen. Weil der Kühlblock 1 zusammen mit den darin befindlichen Verbindungsstiften gegossen wird, werden diese fest mit der hitzefesten Schicht 4 verbunden, wodurch die Brauchbarkeitsdauer der entstehenden hitzefesten Auskleidung des metallurgischen Ofens verlängert wird. Da zusätzlich die hitzefeste Schicht 4 durch Formen und Brennen eines gießbaren hitzefesten Materials hergestellt ist, läßt sich der mit der hitzefesten Schicht 4 versehene Kühlblock 1 sofort als Bausteineinheit oder Bauteil für die hitzefeste Wand oder Auskleidung eines metallurgischen Ofens verwenden.

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Claims

LiEDL, NÖTH, ZEITLEÄ Patentanwälte 8000 München 22 Steinsdorfstraße 21-22 ■ Telefon 089/22 9441 NIPPON STEEL CORPORATION 6-3, 2-chome, Ohtemachi, Chiyoda-ku, Tokyo, JAPAN Verfahren zum Herstellen einer Bausteineinheit für die Wand eines metallurgischen Ofens Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen einer Bausteineinheit für die Wand eines metallurgischen Ofens, gekennzeichnet durch Verfahrensschritte, bei denen

- ein gießbares, feuer- oder hitzefestes Material zu einer hitzefesten Schicht geformt und gebrannt wird, die eine Wand einer Form zum Gießen eines Kühlblocks mit faßdaubenartig verlaufendem Kühlgestänge bildet,

- ein oder mehrere Rohre, durch die ein Kühlmittel fließt, in den in der Form entstehenden Innenraum angeordnet werden, und

- zum Gießen eines Kühlblocks mit Kühlgestänge, der sich mit der hitzefesten Schicht zu einer Bausteineinheit für eine Ofenwand

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verbindet, ein geschmolzenes Metall in den Innenraum eingegossen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Kühlblock in Kontakt zu bringende Oberfläche der hitzefesten Schicht mit Rippen, Riefen, Furchen oder Vorsprüngen versehen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hitzefeste Schicht mit mindestens einer in Richtung der Dicke der feuerfesten Schicht verlaufenden Dehnungsfuge versehen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Formen der hitzefesten Schicht in der Schichtoberfläche, die mit dem Kühlblock in Kontakt kommen soll, ein oder mehrere Verbindungsstifte eingelassen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gegossene Kühlblock zum Verringern von beim Gießen aufgetretenen Spannungen einer Wärmebehandlung unterzogen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die rechteckigen Rippen mit hitzefesten Fasern bedeckt werden, die eine beim Gießen des Kühlblocks auftretende Kontraktion des geschmolzenen Metalls aufzunehmen vermögen.

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