DE3013560C2

DE3013560C2 - Hochofen-Plattenkühler

Info

Publication number: DE3013560C2
Application number: DE3013560A
Authority: DE
Inventors: Masaaki Higuchi; Teruo Shimotsuma; Tsunenori Sugawara; Gyoichi Tokyo Suzuki; Takeshi Yokohama Kanagawa Yano
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1979-04-09
Filing date: 1980-04-09
Publication date: 1984-03-29
Also published as: DE3013560A1; GB2046890A; JPS5849607B2; FR2454078A1; AU530115B2; AU5720680A; FR2454078B1; US4327899A; JPS55134284A; GB2046890B

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochofen-Plattenkühler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein Plattenkühler dieser Art ist bereits aus der DE-OS 27 19166 bekannt. Bei diesem Plattenkühler ist es nachteilig, daß ein im Kühlplattenkörper entstehender Riß dazu neigt, rch auf das Kühlrohr auszudehnen. Ferner ist bei dem bekannten Plattenkühler zwar die Kühlrohraußenfläche mit AlumE.iumoxyd in einer Dicke von 0,03—0,1 rrcm beschichtet. Diese Schicht ist jedoch zumindest im Bereich von ,03—0,08 mm so dünn, daß die Gefahr einer Aufkohlung im äußeren Rohr mit der dadurch bedingten Versprödung des äußeren Rohrs besteht. Eine solche Versprödung des äußeren Rohrs wirkt sich auch auf das innere Rohr nachteilig aus.

Zwar ist aus der DE-OS 21 27 448 ein Plattenkühler

mit einem Doppelrobr aus gezogenem Scahl bekannt.

Hierbei ist jedoch das äußere Rohr mit dem

Kühlplattenkörper verschweißt, wa? ebenfalls bei

Rißbildung und dgl. nachteilige Folgen haben kann.

Der Erfindung Ikgt daher die Aufgabe zugrunde.

einen Plattenkühler zu schaffen, der eine hervorragende Hitzebeständigkeit und Abriebfestigkeit aufweist und

der die Herdwand über längere Zeiträume fest abzustützen in der Lage ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Sowohl das Innenrohr als das Außenrohr besteht aus Stahl, dessen Kohlenstoffäquivalent Ceg (%) durch folgende Formel gegeben ist:

Ceg(%) =

24

40 Ni + -|- Cr + -j" Mo + -pr-5 4 13

Bei dem Plattenkühler gemäß der Erfindung mit unverschweißtem Doppelkühlrohr kann der Wärmefluß rund um das Kühlrohr annäherungsweise durch den Wärmeübergang eines eindimensionalen Zylinders ausgedrückt werden, und durch die Wahl eines geeigneten Wertes für die Gesamt-Wärmeübergangszahl des Kühlrohres entsprechend den Kühlbedingungen, dem Rohrdurchmesser etc, ist es somit möglich, die Vorrichtung ohne Verlust an Kühlvermögen herzustellen. Auf diese Weise kann ein Plattenkühler mit ausreichendem Kühlvermögen geschaffen werden, bei dem ein durch einen Wärmestoß oder eine andere Ursache entstehender Riß im Kühlplattenkörper durch die unverschweißte Aluminiumoxydschicht daran gehindert wird, auf das Kühlrohr überzugreifen. Darüber hinaus wird, selbst wenn die unverschweißte Rohrbeschichlung aus irgendeinem Grunde schadhaft ist, so daß eine Verschweißung zwischen dem Guß oder dem Kühlplattenkörper und dem Außenrohr entsteht und der Riß auf das Außenrohr übergreifen kann, verhindert, daß dieser Riß auf das Innenrohr übergreifen kann, da das Innenrohr und das Außenrohr nicht miteinander verschweißt sind. Daraus ergibt sich naturgemäß eine doppelte Sicherheit gegen das Austreten von Kühlmit-Cu + γ P.

tel, und der Wärmeübergang zwischen Guß bzw. Kühlplattenkörper, Kühlrohr und Kühlmittel wird durch den Plattenkühler sicherge teilt, wodurch sich die Lebensdauer des Ofengestells erhöht.

Es ist zu beachten, daß der mit einem Plattenkühler gemäß der Erfindung ausgestattete Hochofen seit drei Jahren in Betrieb ist, ohne daß irgendwelche Schwierigkeiten aufgetreten wären, womit nachgewiesen ist. daß der Plattenkühler weitgehend zum stabilen Betrieb des Hochofens beigetragen hat. Selbstverständlich kann der Plattenkühler gemäß der Erfindung nicht nur für Hochöfen sondern auch für andere Schmelzofen als Kühlblock mit eingegossenem Kühlrohr verwendet werden.

Anhand der Figuren wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 2 eine Kurve für die Beziehung zwischen Wärmeübergangszahl g (Ordinate) vom Kühlrohr zum Kühlplattenkörper und der Dicke t (Abszisse) der Aluminiumoxyd-Beschichtung,

Fig. 3a bis 3d Mikrofotos (Vergrößerung: 100 x).aus denen das Stahlgefüge in der Schnittfläche des

Außenrohrs und die Aufkohlung im Außenrohr bei Aluminiumoxyd-Beschichtung verschiedener Dicke hervorgeht.

Im allgemeinen umfaßt einen Plattenkühler, einen Kühlplattenkörper aus gießfähigem Metall und ein in den Kühlplattenkörper eingegossenes Kühlrohr. Wie aus F i g. 1 ersichtlich, enthält der Plattenkühler gemäß der Erfindung ein in einen Kühlplattenkörper f eingegossenes Kühlrohr 2. Das Kühlrohr 2 ist ein aus Stahl gezogenes Doppelrohr mit einem inneren Stahlrohr 21 und einem äußeren Stahlrohr 22, und eine AIummiumoxyd-Beschichtung 23 ist auf die Außenfläche des äußeren Rohrs 22 aufgetragen. Der Kühlplattenkörper 1 besteht aas Kugelgraphitguß, und der Kühlplattenkörper 1 und das in diesen eingegossene Doppelrohr 2 sind infolge des Vorhandenseins der Aluminiumoxyd-Beschichtung 23 nicht miteinander verschweißt. Das innere Rohr 21 besteht aus Stahl mit einem Kohlenstoffäquivalent von 0,20 bis 038%, und das äußere Rohr 22 besteht aus Stahl mit einem Kohlenstoffäquivalent von 0.15 bis 0i5°/o. Die Dicke der Aiuminiumoxyd-Schicht 23 liegt zwischen 0,08 und 0,25 mm. Pfeile 31 und 32 zeigen die Strömungsrichtung des beim Betrieb des Hochofens verwendeten Kühlmittels, und die von der Fläche 11 aufgenommene Wärme des Kühlplattenkörpers 1 wird nach außen abgegeben.

Der Plattenkühler gemäß der Erfindung ist auf folgender Grundlage aufgebaut Entsprechend der Klassifizierung von Plattenkühlern gehört die Kühlvorrichtung gemäß der Erfindung in die Kategorie mit Doppelkühlrohr, bei der der Kühlplattenkörper und die

in Außenfläche des Doppelkühlrohres nicht miteinander verschweißt sind, und ein Merkmal der Erfindung liegt darin, daß für das innere und das äußere P^ohr des Doppelrohres im Hinblick auf die Aufdrückverbindung zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr sowie auf die Vermeidung einer Güteminderung des Materials infolge von Aufkohlung durch den Kühlplattenkörper bei hohen Temperaturen verschiedenes Material verwendet wird. Insbesondere wird für das innere Rohr ein Stahl mit einem Kohlenstoffäquivalent von 0,20 bis 038% verwendet, vorzugsweise 0,23 ^is 035%. wie sich aus folgender Gleichung ergibt:

Ceg(%) = C+ -I- Mn + JL Si + -L· Ni + -i- Cr + ±- Mo + -L

Cu ₊ ^

und für das äußere Rohr wird Stahl mit Kohlenstoffäquivalent von 0,15 bis 0,25%, vorzugsweise 0,17 bis 0,20% verwendet, wie sich aus der gleichen Formel ergibt. Dann wird das innere und das äußere Rohr zu einem Doppelrohr geformt und durch Kaltziehen oder dergleichen zu einem gezogenen Doppelrohr verarbeitet, bei dem eine stärkere Verbindung zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr besteht Diese Tatsache läßt sich unter verschiedenen Gesichtspunkten wie folgt erklären: Die Zugfestigkeit des inneren Rohres muß 40 kp/mm² oder mehr betragen, damit die wesentliche Kühlfunktion des Plattenkühlers selbst dann zufriedenstellend erzielt wird, wenn im Kühlplattenkörper oder im Gußkörp'r ein Riß entsteht, oder wenn dieser sogar auf das äußere Rohr übergegriffen hat und auch an diesem einen Riß oder eine andere Beschädigung hervorgerufen hat. Andererseits muß das äußere Rohr im Hinblick auf den für die Herstellung des Doppelrohres verwendeten Kaltziehvorgang oder dergleichen sowie zur Ausschaltung irgendwelcher Schwierigkeiten,

jo wenn die Aluminiumoxydschicht fehlerhafte oder dünne Stellen aufweisen sollte (was sehr unwahrscheinlich ist), aus weichem Material bestehen, falls eine solche schadhafte Stelle durch den Gußkörper oder den Kühlplattenkörper aufgekohlt wird. Aus diesem Grund

j5 wird das KohlenstotTäquivaient bei der Stahlzusammensetzung des inneren und des äußeren Rohrs nach der obigen Aufstellung festgelegt.

Die nachstehenden Tabellen la und Ib zeigen Beispiele für die chemische Zusammensetzung und für die mechanischen Eigenschaften bevorzugter Stahlsorten für das innere und das äußere Rohr gemäß der Erfindung.

Tabelle la

Chemische Zusammensetzung (%)

Stahlsorte

Si

Cu

Inneres DIN

Rohr 1717-ST 42.8

0,17-0,22 0,10-0,35 0,30-0,60 0,010-0,02 0,010-0,02 0,05

oder weniger

Äußeres DIN 0,09-0,11 0,18-0,21 0,41-0,44 0,018-0,013 0,013-0,019 0,03

Rohr 17175-ST35.8 oder

weniger

Tabelle Ib

KohlenstofTäquivalent Mechanische Eigenschaften

Zugfestigkeit Streckgrenze

(kp/mm²)

Inneres Rohr
Äußeres Rohr

0,23-0,35
0.17-0.20 44-46
36-42

25-33
24-30

Dehnung

60-65 62-70

Das Kohlenstoffäquivalent des äußeren Rohrs ist auf den oben genannten Bereich beschränkt, um jede Möglichkeit einer Aufkohlung des äußeren Rohres im Hinblick darauf zu vermeiden, daß die durch den Sprühvorgang aufgebrachte Aluminiumoxydbeschichtung der Außenfläche des äußeren Rohres nur 0,08 bis 0,25 mm dick ist, um die Wirksamkeit des Wärmeübergangs zu verbessern. Die Verwendung eines Materials mit höherem Kohlenstoffäquivalent als dem oben genannten Bereich ist wegen der möglichen Versprödung des Rohrs durch Aufkohlung nicht wünschenswert, und ein Material mit einem niedrigeren Kohlenstoffäquivalent als dem oben genannten Bereich weist den Nachteil zu geringer Festigkeit auf. Das Kohlenstoffäquivalent des inneren Rohrs ist aus folgendem Grund auf den oben genannten Bereich begrenzt: Obwohl das äußere Rohr auf das innere Rohr aufgedrückt ist, sind die beiden Rohre vom metallographischen Standpunkt aus völlig verschieden. Demzufolge muß das innere Rohr eine genügende Festigkeit aufweisen, damit selbst bei Ausbildung eines Risses im Kühlplattenkörper ein Übergreifen des Risses durch die nichtverschweißte Aluminiumoxydschicht verhindert wird, und damit selbst dann, wenn der Riß auf das äußere Rohr übergreift, dieser nicht weiter auf das innere Rohr übergreifen kann. Natürlich wird der Bereich für das Kohlenstoffäquivalent des Stahls für das innere und das äußere Rohr auch nach dem Gesichtspunkt gewählt, daß

ίο sich eine geeignete Kombination von Festigkeitswerten ergibt, mit der Schwierigkeiten bezüglich der Durchführbarkeit z. B. des Ziehvorgangs bei der Herstellung eines Doppelrohrs vermieden werden.

Die nachstehenden Tabellen 2a und 2b zeigen

Beispiele für die chemische Zusammensetzung und die mechanischen Eigenschaften von Kugelgraphitguß, wie er für die Kühlplattenkörper gemäß der Erfindung verwendet wird.

Tabelle 2a Chemische Zusammensetzung (%)

Si

Mn

Cr

2,20

0,14

0,0006

0,03

Tabelle 2b Mechanische Eigenschaften

Streckgrenze (kp/mm²)

Zugfestigkeit (kp/mm²)

Dehnung

Einschnürung

41,9

23,6

26,4

Ein weiteres Merkmal der Erfindung liegt darin, daß die Dicke der unverschweißten Aluminiumoxydschicht auf der Außenfläche des Doppelkühlrohrs im optimalen Bereich festgelegt wird, wie bereits bei der Beschreibung des Stands der Technik erwähnt ist die Durchführung einer Oberflächenbehandlung zur Ausbildung einer unverschweißten Beschichtung mit Ton, Aluminiumoxyd, Zirkondioxyd oder dergleichen für die Außenfläche von Metall-Kühlrohren bekannt Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung stellt das Material und die Dicke der unverschweißten Beschichtung zusammen mit der Auswahl des Stahlmaterials für das gezcgene Doppelkühlrohr wichtige Bedingungen dar. So wird erfindungsgemäß das Aluminiumoxyd-Sprühverfahren für die Ausbildung der gewünschten unverschweißten Beschichtung verwendet, und die Dicke derselben wird auf den Bereich von 0,08 bis 0,25 mm begrenzt Das Aluminiumoxyd-Sprühverfahren wird wegen seiner Fähigkeit verwendet eine sehr dünne Schicht und bessere Wärmeübergangswerte als mit einem anderen Material zu erzielen, und die Obergrenze der Schichtdicke wird auf 0,25 mm festgelegt, da eine größere Dicke einen ungenügenden Wärmeaustausch ergibt und die Gefahr von Störungen wie Abschmelz verlust am Kühlplattenkörper mit sich bringt. Wenn andererseits die Dicke weniger als 0,08 mm beträgt wird zwar der wirksame Wärmeübergang verbessert, doch besieht die Gefahr einer Aufkohiung im äußeren Rohr mit der dadurch bedingten Versprödung des äußeren Rohrs, die schließlich nachteilige Auswirkungen auf das innere Rohr haben könnte. F i g. 2 zeig' eine Kurve für das Verhältnis zwischen Dicke t der aufgesprühten Aluminiumoxydschicht und der Wärmeübergangszahl Q zwischen dem Kühlrohr und dem Gußkörper bzw. dem Kühlplattenkörper. Wie aus der Figur ersichtlich ist, sind Dicke der Aluminiumoxydschicht und Wärmeübergangszah! zwischen Kühlrohr und Gußkörper umgekehrt proportional zueinander, und es ist ersichtlich, daß sich die Wärmeübergangszahl bei Schichtdicken zwischen 0,1 und 02 mm rasch ändert, womit die Notwendigkeit einer Begrenzung für die

Dicke der Aluminiumoxydschicht gemäß der Erfindung

erwiesen ist

Die nachstehenden Tabellen 3a und 3b zeigen die

chemische Zusammensetzung und die mechanischen Eigenschaften bevorzugter Ausführungsbeispiele von Doppelkühlrohren gemäß der Erfindung.

Tabelle 3a Chemische Zusammensetzung (%)

Rohr	Stahlsorte	C	Si	Mn	P	S	Cu
Innres Rohr	DIN 1717-St 42.8	0,20	0,20	0,45	0,015	0,016	0,04
Äußeres Rohr	DIN 17175-ST 35.8	0,10	0,19	0,42	0,011	0,011	0,03
Tabelle 3b
Rohr	Kohlenstoffaquivalent	Mechanische	Eigenschaften
		Zugfestigkeit			Dehnung
		(kp/mm²)			(%)
llllllillrS XWI(I	0,294	45			6.1
Äußeres Rohr	0,186	40			68
	Streckgrenze
	(kp/mm²)
	31
	28

Die obengenannten inneren und äußeren Rohre wurden durch Kaltziehen zu einem Doppelrohr geformt, um die Haftverbindung zwischen dem inneren und äußeren Rohr zu verbessern, und eine Aluminiumoxyd-Beschichtung mit einer Dicke von 0,14 mm wurde durch das Aluminiumoxyd-Prüfverfahren auf die Außenfläche des Doppelkühlrohres aufgebracht. Dann wurde das Doppelkühlrohr in den Kühlplattenkörper aus. Kugelgraphitguß eingegossen, wodurch eine Kühlplatte mit der üblichen Form entsteht.

In diesem Fall lag die Gußtemperatur im Bereich von 1245 ± 15° C in Anbetracht der geringen Dicke der Aluminiumoxyd-Beschichtung. Läge die Gußtemperatur unterhalb dieses Bereichs, so würde sich der Spalt zwischen Rohr und Küh!p!attenkörper vergrößern, was zu einer Reduzierung der Wärmeübergangszahl führen würde. Läge die Gußtemperatur höher als dieser Bereich, so würde die Aluminiumoxydschicht aufgeschmolzen, so daß die Gefahr einer Verschweißung des Rohrs mit dem Kühlplattenkörper und die damit verbundene Gefahr der Aufkohlung entstünde. Es ist zu beachten, daß bei Herstellung des Doppelrohrs unter Verwendung eines inneren Rohrs mit schwarzer Außenfläche durch Kaltziehen des inneren und äußeren Rohrs zu einem Üoppeirohr und beim Eingießen des Rohrs in den Kühlplattenkörper eine Wärmeübergangszahl von 2OO0kcal/m²h°C erzielt wurde. Bei Verwen- dung eines gebeizten inneren Rohrs für die Herstellung des Doppelrohrs durch Kaltziehen und Eingießen des Rohrs in den Kühlplattenkörper ergab sich eine Wärmeübergangszahl von 5000 kcal/m²h°C. Demzufolge sollte natürlich ein gebeiztes inneres Rohr verwendet werden.

F i g. 3a ist ein Mikrofoto (Vergrößerung: 100 χ) des Stahlgefüges in der Außenfläche eines äußeren Rohrs mit einer Aluminiumoxydschicht mit einer Dicke von 0.05mm, und Fig.3b ist ein ähnliches Mikrofoto eines äußeren Rohres mit einer AluminiumoxyGschicht von 0,14mm. Fig.3c ist ein Mikrofoto (Vergrößerung: 100 χ I aus dem das Stahlgefüge im mittleren Wandbereich des äußeren Rohrs mit einer Aluminiumoxydschicht von 0,05 mm ersichtlich ist, und F i g. 3d ist

Λ0 ein ähnliches Mikrofoto des äußeren Rohrs mit einer Aluminiumoxydschicht von 0,14 mm. Aus F i g. 3a und 3c ist ersichtlich, daß die Außenfläche des äußeren Rohrs mit der Aluminiumoxydschicht von 0,05 mm aufgekohlt war, und F i g. 3b und 3d zeigen, daß keine Aufkohlung beim äußeren Rohr gemäß der Erfindung mit einer Aluminiumoxydschicht von 0,14 mm festzustellen war.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hochofen-Plattenkühler mit einem Kühlrohr, dessen Außenfläche mit Aluminiumoxyd beschichtet ist, wobei das mit Aluminiumoxyd beschichtete Kühlrohr in einen Kühlplattenkörper aus Kugelgraphitguß dergestalt eingegossen ist, daß das Kühlrohr und der Kühlplattenkörper nicht zusammengeschweißt sind und die Enden des Kühlrohrs aus dem Kühlplattenkörper nach außen vorstehen, und wobei das Kühlrohr als Kühlmitteldurchtritt dient, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlrohr ein Doppelrohr aus gezogenem Stahl ist und ein inneres Rohr aus Stahl mit einem Kohlenstoffäquivalent von 020 bis 0,38% sowie ein äußeres Rohr aus Stahl mit einem Kohlenstoffäquivalent von 0,15 bis 0,25% aufweist und daß die Dicke des Aluminiumoxyds auf der Außenfläche des Doppelrohrs zwischen 0,OS und 0,25 mm beträgt

2. Plattenköhler nach Anspruch l_r dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlenstoffäquivalent des Innenrohrs zwischen 0,23 und 035% liegt, während das Kohlenstoffäquivalent des Außenrohrs zwischen 0,17 und 0,20% liegt.

3. Plattenkühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr aus Stahl mit einer Zusammensetzung von C: 0,17 bis 0,22%, Si: 0,¹O bis 035%, Mn: 030 bis 0,60%, P: 0,010 bis 0,02%. S: 0,010 bis 0,02% und Cu: 0,05 oder weniger besteht während das Außenrohr aus Stahl mit einer Zusammensetzung von C: 0,09 bis 0,11%, Si: 0,18 bis 021%, Mn: 0,4t bis 0,44%, P: 0,018 bis 0,013%, S: 0,013 bis 0,019% und Cu: 0,03% oder weniger besteht wobei das Innenrohr eine Zugfestigkeit von 40kp/mm² oder darüber aufweist während die Zugfestigkeit des Außenrohrs niedriger liegt als diejenige des Innenrohrs.

4. Plattenkühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Aluminiumoxyd-Beschichtung durch Aufsprühen von Aluminiumoxyd gebildet ist