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Dokumentenidentifikation DE19903865C2 06.06.2002
Titel Windform für einen Hochofen
Anmelder Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho, Kobe, Hyogo, JP
Erfinder Hori, Ryuichi, Kakogawa, Hyogo, JP
Vertreter Müller-Boré & Partner, Patentanwälte, European Patent Attorneys, 81671 München
DE-Anmeldedatum 01.02.1999
DE-Aktenzeichen 19903865
Offenlegungstag 19.08.1999
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 06.06.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.06.2002
IPC-Hauptklasse C21B 7/16

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Windform für einen Hochofen, wie einen Hochofen zur Eisenschmelze, einen Hochofen zur Herstellung von Nicht-Eisen-Metallen und einen Kuppelofen bzw. Kupolofen.

Eine Windform eines Hochofens (nachstehend einfach als Düse bezeichnet) ist gewöhnlich in der Nähe der Grenze zwischen Rast und Gestell des Hochofens angebracht, und in vielen Fällen ragt ein Teil mit einer Länge von 400-600 mm an der Spitzenseite der Düse in den Hochofen. Kaltwind oder Heißwind wird vom Spitzenbereich (Nase) ins Innere des Hochofens geblasen. Die heißeste Temperatur des Heißwinds erreicht 1250°C, und die heißeste Temperatur der Flamme vor der Düse steigt bis zu 2450°C. Außerdem herrscht im Inneren des Hochofens der Zustand, daß bei 1500°C oder höher geschmolzenes Roheisen und Schlacke nachrutschen.

Unter derartigen, scharfen Temperaturbedingungen muß eine Düse ihre ursprüngliche Form beibehalten und gleichzeitig kontinuierlich Heißwind einblasen. Bei der derzeitigen Technologie wird eine Düse daher aus hochreinem Kupfer (Cu) mit einer hohen Wärmebeständigkeitstemperatur und guter Wärmeleitfähigkeit gefertigt. Außerdem wird ein kreisförmiger Strömungsweg für Kühlwasser im Düsenkörper ausgebildet, und Wasser wird mit einer hohen Strömungsgeschwindigkeit in den kreisförmigen Strömungsweg eingelassen, um die Düse zu kühlen, wie auch aus der Japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Offenlegungsschrift 3- 29310 bekannt.

Seit es Hochöfen gibt, ist allerdings die Frage der Beschädigung von Düsen zu lösen. In anderen Worten, wird das Kühlverfahren für die Düsen verbessert, werden die Verfahrensführungsbedingungen für Hochöfen folglich schärfer, so daß Schädigung der Düsen induziert wird und sich diese Zwangslage wiederholt. Nachstehend wird die Geschichte zur Verbesserung der Windformen etwas ausführlicher beschrieben.

Vor etwa 70 Jahren führte Herr Hirakawa an, daß die Ursache für die Schädigung einer Düse "Überhitzung durch Kontakt zwischen Düse und heißem Metall" ist, und teilte als Maßnahme gegen diese Ursache mit, daß Aluminium (Al) als Material für eine Düse zufriedenstellend ist, da "ein Material mit hoher Temperaturbeständigkeit (Dicke/thermische Leitfähigkeit) und einer glatten Oberfläche für das Düsenmaterial geeignet ist" und daß "eine Al-Düse Cu in der Verarbeitbarkeit (leichtes Gewicht) sowie in der Beständigkeit gegen Düsenausfall überlegen ist (siehe "Iron and Steel", Band 16 (1930), Nr. 6, S. 595). Al-Düsen wurden jedoch häufig beschädigt. Somit wurden seit etwa 1950 Cu- Düsen verwendet.

Seit etwa 1960 wurde Hochofenführung entsprechend der Tatsache, daß die Öfen ein größeres Ausmaß annahmen, weiterentwickelt. In jenen Tagen begann man mit Hochdruckbetrieb, Hochtemperaturwind, Öleinspritzung und Sauerstoffanreicherung. Außerdem führte man um etwa 1980 das Einspritzen von Kohlepulver ein. Bei derartiger, hochproduktiver Verfahrensführung wurde die Temperatur des Raums vor der Düse durch Anheben der Heißwindtemperatur und Einspritzen einer Brennhilfe und Sauerstoff erhöht. Außerdem stieg die Rutschmenge an heißem Metall oder Schlacke durch die Produktionsverbesserung deutlich. Aufgrund dessen unterlag die Düse stärkerer, thermischer Belastung. Im Ergebnis trat wiederum häufig Düsenausfall auf. Ist eine Düse beschädigt, muß man den Hochofen herunterfahren und die Düse austauschen. Daher ist der Produktionsausfall höher. Im schlimmsten Fall ist zu befürchten, daß ein Unfall auftritt, der durch eine starke Beschädigung der Düse zu einem Personenschaden oder zum Tod führt, und daß die Verfahrensführung des Ofens in einen schlechten Zustand gerät oder unmöglich wird, weil Kühlwasser aus der Düse in den Ofen gelangt. Folglich wurden zwangsläufig zur Verhinderung eines Düsenausfalls zahlreiche Verbesserungen unternommen.

Düsenausfälle werden in 7 Arten eingeteilt, das heißt, Ausfall im oberen Bereich, den zwei Seitenbereichen und dem unteren Bereich der äußeren Oberfläche des Düsenkörpers, dem oberen Bereich, den zwei Seitenbereichen und dem unteren Bereich der Düsennase, und der Innenfläche des Düsenkörpers. Kürzlich verbesserte Gegenmaßnahmen gegen einen solchen Ausfall sind wie nachstehend aufgeführt:

1. eine Düse vom Zwei-Kammer-Typ, wobei eine Kühlkammer (für eine Körperkammer) für einen Düsenkörper und eine vordere Kühlkammer und eine hintere Kühlkammer (jede davon für eine Nasenkammer) für eine Düsennase gesondert innerhalb des Düsenblockes bzw. -rumpfes angeordnet sind (Japanische Patentanmeldung Offenlegungsschrift Nr. 60-55562), 2. ein spiralförmiger Düsenaufbau, um Wasser durch den Körper eines Düsenrumpfs durch eine äußere Kühlwasserkammer, einen spiralförmigen Durchgang und einen vorderen, kreisförmigen Durchgang zu einer inneren Kühlwasserkammer strömen zu lassen und weiter aus dem Körper des Düsenrumpfs auszugeben, so daß die Geschwindigkeit des Kühlwassers, insbesondere an der Düsennase, erhöht wird (Japanische Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 51-19802), 3. eine Auftragsschweißstruktur zur Verhinderung von Abnutzung an der Düsennase (Japanisches Gebrauchsmusteranmeldung Offenlegungsschrift Nr. 55-124446), 4. ein Auftragslegierungs-Aufbau zum Anheben der Schmelztemperatur (Japanische Gebrauchsmusteranmeldung Offenlegungsschrift Nr. 4- 131639), 5. eine keramische Auskleidung der Innenfläche zur Verhinderung, daß die Innenfläche der Düse Schaden erleidet und verschleißt (Japanische Patentanmeldung Veröffentlichungsnr. 6-60333) und dergleichen. Derzeit werden einzelne davon oder eine Kombination der vorstehend genannten, verbesserten Maßnahmen eingeführt.

Ein Ausfall der Innenfläche einer Düse tritt aufgrund der keramischen Auskleidung der Innenfläche kaum auf. Außerdem kann die Häufigkeit des Ausfalls in der Nase der Düse sowohl durch Kühlwasser mit hohem Druck und hoher Geschwindigkeit als auch durch Auftragschweißen stark vermindert werden.

Die Häufigkeit des Ausfalls an der Außenfläche des Düsenkörpers, insbesondere am oberen Teil der Außenfläche, wird jedoch auch durch derartige, verbesserte Maßnahmen nicht vermindert. Sie ist eher darauf zurückzuführen, daß nachrutschendes Heißmetall mit 1500°C oder mehr vom oberen Teil des Ofens direkt auf die Außenfläche des Düsenkörpers fällt, so daß das nachrutschende Metall das die Düse ausmachende Cu berührt und Cu schmelzen kann.

Wenn in diesem Fall heißes Metall oder Schlacke mit 1500°C oder mehr genau von oben auf die Düse tropft, wird die Düse nicht beschädigt, da sich die obere Fläche des Düsenkörpers nicht bis zum Schmelzpunkt von Kupfer oder höher erhitzt. Auch wenn das Fluidoberflächenniveau des heißen Metalls oder Schlacke ansteigt, so daß Fluid mit 1500°C oder höher die untere Fläche des Düsenkörpers berührt, wird die Düse nicht beschädigt, da der Düsenkörper nicht auf den Schmelzpunkt von Cu oder höher erhitzt wird. Derzeit wurde jedoch noch keine Kühlmaßnahme für den Fall, daß das heiße Metall oder Schlacke die Düse direkt kontaktiert, realisiert, wobei die Temperatur des berührten Teils der Düse unterhalb des Schmelzpunkts gehalten wird. Somit besteht das Problem, daß häufig ein Ausfall an der Außenfläche des Düsenkörpers auftritt, weiter.

Die US 2 497 000 offenbart eine Düse mit Düsenkörper, welcher an der inneren und äußeren Seite ausgebildete Rippen aufweist, wobei die inneren und äußeren Flächen zwischen den Rippen mit einem feuerfesten Material beschichtet sind.

Die DE 28 20 699 C2 offenbart eine Hochofenblasform, die eine Schutzschicht aufweist, welche aus einer auf die Oberfläche der Blasform aufgesprühten, metallisierten Legierungsschicht, einer auf die Oberfläche der metallisierten Legierungsschicht aufgesprühten Cermetschicht und einer auf die Oberfläche der Cermetschicht aufgesprühten, keramischen Deckschicht besteht.

Die Erfindung wurde ausgeführt, um die vorstehend genannten Probleme üblicher Düsen zu lösen. Daher strebt die vorliegende Erfindung die Bereitstellung einer Windform für einen Hochofen an, bei der Kupfer der äußeren Düsenoberfläche nicht auf eine Temperatur seines Schmelzpunktes oder höher überhitzt wird, so daß Düsenausfall verhindert und lange Verwendung gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Windform für einen Hochofen gelöst, umfassend einen Düsenblock bzw. -rumpf mit einer Kühlkammer für einen Düsenkörper und einer Kühlkammer für eine Düsennase,

wobei mindestens die obere Hälfte der gesamten, äußeren Umfangsfläche eines Teils, der in dem Düsenrumpf vorliegt und in den Hochofen hineinragt, oder alles, außer der Vorderseite der äußeren Umfangsfläche mit einer Mantelschicht überzogen ist, die aus einem Material mit einem höheren Schmelzpunkt als der Schmelzpunkt von Kupfer und als die Temperatur eines heißen Metalls in dem Hochofen hergestellt ist, und

einer an der Außenseite der Mantelschicht angebrachten, aus einem Metall gefertigten Umhüllung zum Schutz der Düse vor mechanischer Schlagwirkung, die die Düse zum Zeitpunkt des Einsetzens in den Hochofen erhält.

Ferner ist die Mantelschicht aus einer Keramik mit hoher Beständigkeit gegen heiße Metallschlacke gefertigt.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Mantelschicht aus hochreinem Aluminiumoxid gefertigt.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Mantelschicht eine Dicke von 5-10 mm auf.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind Stollen zur Verbesserung der Haftkraft zwischen dem Düsenkörper und der Mantelschicht auf der äußeren Umfangsfläche eines Teils, der in dem Düsenrumpf ist und die Mantelschicht berührt, verteilt und angeordnet.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine geringfügig unebene Oberfläche zur Verbesserung der Haftkraft zwischen dem Düsenrumpf und der Mantelschicht als äußere Umfangsfläche eines Teils, der in dem Düsenrumpf vorliegt und die Mantelschicht berührt, ausgebildet.

Die erfindungsgemäße, in einen Hochofen eingesetzte Düse fällt auch bei hohen Temperaturen niemals aus, da der Düsenkörper bei einer relativ geringen Temperatur gehalten wird, nämlich dem Schmelzpunkt von Cu oder geringer, indem man Kühlwasser durch die Kühlkammern des Düsenkörpers und die Kühlkammer der Düsennase bei hohem Druck und hohen Strömungsgeschwindigkeiten strömen läßt. Wenn geschmolzenes, heißes Metall oder Schlacke mit einer höheren Wärmekapazität als die Kühlkapazität die Düse berührt, ist andererseits der direkt berührte Teil die Mantelschicht mit hohem Schmelzpunkt, und der aus Cu gefertigte Düsenrumpf ist isoliert. Dieser aus Cu gefertigte Rumpf kann daher immer unterhalb seiner Schmelztemperatur gehalten werden. In dieser Weise kann die Düse vor Ausfall durch die Synergie von Kühleffekt des Kühlwassers und Wärmebeständigkeitseffekt durch die Mantelschicht verhindert werden.

Es ist erwünscht, daß ein Material, das die Mantelschicht ausmacht, eine Keramik mit hoher Beständigkeit gegen heißes Metall oder Schlacke ist. Wenn der Düsenkörper beispielsweise mit stark gereinigtem Aluminiumoxid, wie vorstehend beschrieben, beschichtet ist, hat er eine Beständigkeit bis zu einer hohen Temperatur von etwa 2000°C. Dieses hochreine Aluminiumoxid ist auch deshalb bevorzugt, weil Aluminiumoxid zusammen mit dem Cu des Düsenrumpfes keine Legierung mit niedrigem Schmelzpunkt erzeugt. Ein Nachteil einer mit dieser Keramikmantelschicht versehenen Düse liegt jedoch darin, daß sie spröde bei mechanischer Schlagwirkung ist und daß insbesondere zum Zeitpunkt des Einsetzens und Befestigens der Düse in einem Hochofen mechanische Schlagwirkung auf die Düse angewendet wird und dabei die Keramik leicht beschädigt wird, so daß Risse erzeugt werden oder teilweise Abblättern auftritt. Im Ergebnis geht die Wärmebeständigkeitswirkung verloren, so daß die innere Cu-Schicht nach einem kurzen Zeitraum ausfällt.

In der vorliegenden Erfindung ist weiterhin eine aus Metall gefertigte Umhüllung auf der Außenseite der Mantelschicht angebracht. Folglich beeinträchtigen mechanische Schlagwirkungen, die die Düse zum Zeitpunkt ihres Einsetzens in den Hochofen hinnehmen muß, nicht die Mantelschicht direkt, so die Mantelschicht vor den mechanischen Schlagwirkungen zufriedenstellend geschützt ist. Das Material der Umhüllung ist vorzugsweise Cu. Ein Metall, das gegen die unvermeidliche, mechanische Schlagwirkung zur Zeit des Einsetzens der Düse beständig ist, ist ebenfalls möglich, auch wenn das Metall nicht Cu ist. Es ist auch möglich, daß die aus Metall gefertigte Umhüllung nach dem Einsetzen während der Verfahrensführung durch Schmelzen oder dergleichen verlorengeht.

In der vorliegenden Erfindung können die Mantelschicht und die Umhüllung nur an der oberen Hälfte des Düsenrumpfes befestigt sein. Wenn zu befürchten ist, daß die untere Hälfte des Düsenrumpfes zur Zeit des Einsetzens oder bei der Verfahrensführung thermisch oder mechanisch beschädigt wird, ist es erwünscht, daß sie über den gesamten Teil der äußeren Umfangsfläche des in den Hochofen ragenden Teils angebracht sind bevorzugte Ausführungsform der Erfindung weist außerdem einen Aufbau auf, bei dem Stollen auf der äußeren Umfangsfläche des Teils, der in dem Düsenrumpf vorliegt und die Mantelschicht berührt, verteilt und angeordnet sind oder eine geringfügig unebene Oberfläche ausgebildet ist. Durch eine solche Konstruktion wird die Adhäsion bzw. die Haftkraft zwischen dem Cu-Teil des Düsenrumpfs und der Mantelschicht gesichert, so daß die Mantelschicht sich unter den scharfen Verwendungsbedingungen während der Verfahrensführung oder dergleichen nicht abschält. Somit wird die Standzeit der Düse verlängert.

Fig. 1A ist ein Querschnitt einer Düse gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1B ist eine Ansicht, die einen vergrößerten, eingekreisten Bereich A in Fig. 2A zeigt.

Fig. 2A ist eine Ansicht, die einen Querschnitt einer Düse gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 2B ist eine Ansicht, die einen vergrößerten, eingekreisten Bereich B in Fig. 2A zeigt.

Fig. 3 ist ein Querschnitt einer Düse gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 4 ist ein Teilquerschnitt einer Düse gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei auch eine Temperaturgradientenlinie eingezeichnet ist.

Im Hinblick auf die beigefügten Zeichnungen werden die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nachstehend genauer gezeigt.

Fig. 1A zeigt einen Schnitt einer Düse gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 1B zeigt einen vergrößerten, eingekreisten Bereich A in Fig. 1A. In der in Fig. 1A gezeigten Düse ist ein Düsenrumpf 1, zusammengesetzt aus Düsenkörper 1A (Körperkammer) und Düsennase 1B (Nasenkammer), aus Cu gefertigt und bildet eine Düse, genannt "Windform vom Düsentyp", aus. Im Düsenrumpf 1 ist ein kreisförmiger Strömungsweg für Kühlwasser zum Kühlen der Düse so ausgebildet, daß Kühlkammern 2 des Düsenkörpers, wobei die Kammern so angelegt sind, daß sie den Düsenkörper 1A entlang seiner Umfangsrichtung gleichmäßig teilen, und eine Kühlkammer 3 in Ringform in der Nase 1B eingeschlossen sind. Obwohl Einzelheiten des Aufbaus des kreisförmigen Strömungswegs, wie eine verbindende Mündung, nicht gezeigt sind, wird der Strömungsweg beispielsweise in nachstehender Weise gebildet: das Kühlwasser wird aus einer Wasserzuführungsmündung an der Grundseite (rechte Seite in Fig. 1A) des Düsenrumpfs 1 in die Hälfte der Kühlkammern 2 des Düsenkörpers eingeführt, wobei die Kammern alternierend bzw. wechselseitig angeordnet sind, und es diffundiert und strebt vorwärts, um die wesentliche Hälfte des Düsenrumpfs 1A zu kühlen; anschließend wird dieses Kühlwasser durch die Verbindungsmündung in die Kühlkammer 3 der Düsennase eingeführt und bildet bei hohem Druck und hoher Strömungsrate einen Kreislauf dieser Kammer 3 zum Kühlen der Düsennase 1B; anschließend wird das Kühlwasser durch eine weitere, verbindende Mündung in die übrige Hälfte der Kühlkammer 2 des Düsenkörpers eingeführt und diffundiert und strebt vorwärts, um die wesentliche Hälfte des Düsenkörpers 1A zu kühlen, und schließlich fließt das Kühlwasser aus einer Drainage bzw. Ausflußmündung an der Grundseite des Düsenrumpfes 1 aus. Somit wird der Düsenrumpf 1 durch das Kühlwasser bei hohem Druck und hoher Strömungsrate bzw. -geschwindigkeit bzw. Durchflußgeschwindigkeit intensiv gekühlt, so daß ein Düsenversagen verhindert wird. Gewöhnlich wird der Druck des Kühlwassers auf 20 bar oder mehr eingestellt, und die Strömungsgeschwindigkeit wird auf 15 m/s eingestellt.

In dem aus Cu gefertigten Düsenrumpf 1 ist die äußere Umfangsfläche des in den Ofen hineinragenden Teiles mit einer Mantelschicht 5, die beispielsweise aus einer Keramik, wie hochgereinigte Keramik, gefertigt ist, beschichtet. Außerdem ist eine aus Metall gefertigte Umhüllung 4 an der Außenseite der Mantelschicht 5 angebracht. Somit ist der Teil der Düse, der in den Ofen hineinragt, eine Dreischichtstruktur, wobei die Cu-Schicht, die Mantelschicht 5 und die Umhüllung 4 von innen nach außen angeordnet sind.

Die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform ist ein Beispiel, bei dem der ganze Teil, außer dem Vorderteil der äußeren Umfangsfläche des in den Ofen ragenden Teils, mit einer Mantelschicht 5 beschichtet ist. In einigen Öfen, in denen eine Düse installiert ist, kommt jedoch kein heißes Metall mit der unteren Hälfte der äußeren Umfangsfläche im Ofen in Kontakt, und in einem solchen Fall ist es ausreichend, daß nur die obere Hälfte der äußeren Umfangsfläche mit der Mantelschicht 5 bedeckt ist. Entsprechend dazu ist es ausreichend, daß die Umhüllung 4 nur auf der oberen Hälfte der äußeren Umfangsfläche befestigt ist.

Eine bevorzugte Art zur Befestigung von Mantelschicht 5 und von Umhüllung 4 ist die Befestigung bzw. Einpassung einer zylindrischen oder halbzylindrischen Umhüllung 4, die aus Metall, beispielsweise Cu, gefertigt ist, auf der äußeren Umfangsfläche des Körpers von Düsenrumpf 1, so, daß ein etwa 5-10 mm großer Spalt belassen wird, und dann Verfüllen des Spalts mit einer Keramik durch Gießen. In diesem Fall kann die Keramik sicher und leicht eingefüllt werden, indem man eine Öffnung zum Gießen der Keramik an der Unterseite an einem Ende der Umhüllung 4 anbringt und eine druckausgleichende Öffnung an der oberen Seite des anderen Endes anbringt und die Keramik mittels Druck in die Gießöffnung einführt, bis die Keramik aus der druckentlastenden Öffnung ausströmt. Bevorzugte Beispiele für diese Keramik schließen Knetkeramik in Zementform ein, wobei das Zusammensetzungsverhältnis Al2O3: 75%, SiC: 17% und SiO2: 4% ist. Der Rohstoff für die Umhüllung 4 ist vorzugsweise Cu. Es kann jedoch ein beliebiges Metall verwendet werden, das mechanischer Schlagwirkung zum Zeitpunkt des Einsetzens der Düse in den Ofen, ungeachtet seiner Art, widerstehen kann. Auch ein Material, das, ohne seine ursprüngliche Form beizubehalten, nach Einbau an einer vorbestimmten Stelle des Ofens durch Schmelzen verschwindet, kann verwendet werden.

Die vorliegende Ausführungsform weist eine Konstruktion auf, bei der Vorsprünge bzw. Stollen 7 an der äußeren Umfangsfläche des Körpers von Düsenrumpf 1 verteilt und angeordnet sind, um die Haftkraft zwischen dem Kupferteil von Düsenrumpf 1 und Mantelschicht 5 zu verbessern. Die Stollen 7 wirken in ähnlicher Weise wie Stützen. Aus dem Blickwinkel der Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen Stollen 7 und der Keramik der Mantelschicht 5 sind in der veranschaulichten Ausführungsform Metallauskleidungen, hergestellt aus Cu, Fe oder dergleichen und ausgebildet zu einer "Y"-Form, auf der äußeren Oberfläche des Düsenkörpers verteilt und erheben sich davon. Daneben können auch spiralförmige Metallauskleidungen verwendet werden.

In dieser Ausführungsform ist außerdem ein Überzug bzw. Beschichtung bzw. Auflage bzw. Schutzschicht bzw. Castering 6, hergestellt aus einem feuerfesten Material durch Gießformen, auf der Innenwand der Düse befestigt, so daß eine Düse mit einem wärmebeständigen und schlagbeständigen Aufbau, der Verschleißschädigung der Innenfläche der Düse widerstehen kann, gebildet wird.

Fig. 2A zeigt einen Schnitt durch eine Düse gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 2B zeigt einen vergrößerten, eingekreisten Bereich B in Fig. 2A. Die Düse gemäß der zweiten Ausführungsform, die in Fig. 2A gezeigt ist, ist ähnlich der ersten Ausführungsform. So gelten die gleichen Bezugsziffern für entsprechende Elemente, und eine gleiche, ausführlichere Erläuterung kann unterbleiben.

Die gezeigte Düse gemäß der zweiten Ausführungsform ist eine Ofendüse mit sogenannter Laval-Düsenform, wobei eine Blas- bzw. Windform vom Düsentyp und eine Blas- bzw. Windform vom Diffusertyp kombiniert sind. Die Grundstruktur und die Einblas- bzw. Windeigenschaften sind bekannt. Mantel 5, Umhüllung 4 und Castering 6 sind auf Grundlage derselben Aufbauten wie in der ersten Ausführungsform an dieser Ofendüse vom Laval-Düsentyp angebracht. Ihre Wirkungen und Vorteile zeigen sich daher natürlich in derselben Weise, wie in der ersten Ausführungsform.

Wie in Fig. 2B gezeigt, weist die zweite Ausführungsform eine Konstruktion auf, bei der die äußere Umfangsfläche des Körpers des Düsenrumpfes 1 zu einer geringfügig unebenen Oberfläche 8 ausgebildet ist, um die Haftkraft zwischen dem Cu-Teil von Düsenrumpf 1 und Mantelschicht 5 zu verbessern. Bei der gezeigten Ausführungsform wird die unebene Oberfläche 8 durch paralleles Abtragen von flachen und ringähnlichen Nuten quer zur Achse der äußeren Umfangsfläche des Düsenkörpers gebildet. Es können daneben allerdings verschiedene, unebene Oberflächen 8, beispielsweise mit Unebenheiten in Knopfform oder karierten Unebenheiten, eingearbeitet werden.

Fig. 3 zeigt einen Abschnitt einer Düse gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Düse gemäß der dritten Ausführungsform, die in Fig. 3 gezeigt wird, ähnelt der zweiten Ausführungsform. Somit gelten dieselben Bezugsziffern für entsprechende Elemente, und eine genauere Erläuterung kann unterbleiben.

Der Aufbau der gezeigten, dritten Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung 4 und Mantelschicht 5 über mindestens die obere Hälfte der gesamten, äußeren Umfangsfläche des Teils, der in dem Düsenrumpf 1 vorliegt, der sich in den Hochofen erstreckt und die Vorderseite einschließt, gebildet sind. (Bei der erläuterten Düse werden sie über die gesamte, äußere Umfangsfläche gebildet.) Das heißt, bei den ersten und zweiten Ausführungsformen werden Umhüllung 4 und Mantelschicht 5 auf mindestens der oberen Hälfte des Teils außer der Vorderseite gebildet, während in der vorliegenden Ausführungsform die äußere Umfangsfläche der Vorderseite außerdem mit einer Mantelschicht 5 beschichtet ist und die Umhüllung 4 auch in entsprechender Weise zu der Mantelschicht 5 ausgebildet ist. Dies ermöglicht die Verhinderung eines Ausfalls der Vorderseite durch das heiße Metall oder Schlacke. Andere Konstruktionen und Wirkungen sind dieselben, wie bei den ersten und zweiten Ausführungsformen.

Gemäß den entsprechenden Ausführungsformen mit derartigen Konstruktionen kann in bezug auf die äußere Fläche des Düsenkörpers der Düsenausfall, hervorgerufen durch Nachrutschen bzw. Tropfen von heißem Metall oder Schlacke, durch Bildung der Mantelschicht 5 sicher verhindert werden, und bezüglich der Innenfläche des Düsenkörpers kann Verschleißschädigung, hervorgerufen durch Kollision mit sehr feiner Kohle, durch Ausbildung von Castering 6 verhindert werden. Außerdem kann die Überhitzung des Düsenkörpers 1 durch Isolierwirkung von Castering 6 selbst unterdrückt werden. Gemäß der dritten Ausführungsform ist die Vorderseite mit der Mantelschicht 5 bedeckt, und somit wird direktes Anhaften von nachrutschendem, heißem Metall oder Schlacke auf dem Kupferteil verhindert und somit kein Düsenausfall verursacht. Daneben kann auch Verschleiß der Vorderseite der Düse durch Kanalkoks ("raceway coke") verhindert werden. In den ersten und zweiten Ausführungsformen kann die Vorderseite der Düse durch Verwendung von üblichen Aufschweißmaßnahmen, beispielsweise zum Auftragen einer Ni-Cr-Schicht durch Aufschweißen, geschützt werden.

Fig. 4 zeigt einen Teilschnitt einer Düse gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei auch eine Temperaturgradientenlinie eingezeichnet ist. Unter der Annahme, daß die thermische Leitfähigkeit des Cu-Teils (Dicke: 25 mm) des aus Cu gefertigten Düsenrumpfes 1300 kcal/mhGrad ist, die thermische Leitfähigkeit von Aluminiumoxid (Dicke: 5 mm) der Mantelschicht 5 1,20 kcal/mhGrad ist, die aus Metall gefertigte Außenumhüllung 4 verlorengeht, die Temperatur des Kühlwassers der Düse 30°C ist, die Wasserströmungsgeschwindigkeit 15 m/s ist und die Temperatur des heißen Metalls 9, das auf das Aluminiumoxid der Mantelschicht 5 fällt, 1600°C ist, wird der dynamische Zustand der thermischen Transmission bzw. Übertragung wie nachstehend berechnet: die Temperatur im Grenzbereich zwischen Cu-Teil von Düsenrumpf 1 und Mantelteil 5, hergestellt aus Aluminiumoxid, ist 32°C. Aus diesem Ergebnis wird deutlich, daß Düsenversagen durch die vorliegende Erfindung sicher verhindert werden kann.

Die vorliegende Erfindung wird an einer wie vorstehend beschriebenen Ausführungsform ausgeführt und zeigt vorteilhafte Wirkungen, die nachstehend beschrieben werden. Das heißt, die vorliegende Erfindung weist einen Aufbau auf, bei dem eine Windform für einen Hochofen einen Düsenrumpf mit einer Kühlkammer eines Düsenkörpers und mit einer Kühlkammer einer Düsennase, wobei mindestens die obere Hälfte der gesamten, äußeren Umfangsfläche eines Teils, der in dem Düsenrumpf vorliegt und in den Hochofen hineinragt, oder das Gesamte, ausgenommen der Vorderseite der äußeren Umfangsfläche, mit einer Mantelschicht überzogen ist, die aus einem Material mit einem höheren Schmelzpunkt als der Schmelzpunkt von Cu und als die Temperatur eines heißen Metalls in dem Hochofen hergestellt ist und einer an der Außenseite der Mantelschicht angebrachten, aus einem Metall gefertigten Umhüllung zum Schutz der Düse vor mechanischer Schlagwirkung, welche die Düse zum Zeitpunkt des Einsetzens der Düse in den Hochofen erfährt, umfaßt. Daher ermöglicht die vorliegende Erfindung die Düse vor Ausfall, hervorgerufen durch hohe Temperatur in einem Hochofen, zu bewahren, und verlängert die Standzeit durch die Synergie von intensiver Kühlwirkung durch Kühlwasser, das durch die betreffenden Kühlkammern hindurchtritt, und Wärmebeständigkeitswirkung der aus einem Material mit hohem Schmelzpunkt gefertigten Mantelschicht.

In der vorliegenden Erfindung wird der aus Cu gefertigte Düsenrumpf mit einer Mantelschicht mit einem hohen Schmelzpunkt beschichtet. Somit kommt, auch wenn geschmolzenes, heißes Metall oder Schlacke mit einer höheren Wärmekapazität als das Kühlvermögen die Düse in einem Hochofen berührt, der Cu-Teil nicht mit dem geschmolzenen, heißen Metall oder Schlacke in Berührung, so daß die Temperatur des Cu-Teils unter der des Schmelzpunkts von Ca oder geringer gehalten werden kann.

Folglich kann die Düse vor Ausfall bewahrt werden, bevor dieser eintritt. Außerdem beeinflussen mechanische Schlagwirkungen, die zum Zeitpunkt des Einsetzens der Düse in den Hochofen aufgenommen werden, die Mantelschicht nicht direkt, da die aus Metall gefertigte Umhüllung auf der Außenseite der Mantelschicht angebracht ist. Somit wird die Funktion zum Schutz der Mantelschicht vor Schlagwirkung zufriedenstellend, und die ursprüngliche Wärmebeständigkeitsfunktion der Mantelschicht kann über einen langen Zeitraum stabil gehalten werden, wie anfänglich ausgestaltet.


Anspruch[de]
  1. 1. Windform für einen Hochofen, umfassend einen Düsenrumpf (1) mit einer Kühlkammer (2) eines Düsenkörpers (1A) und einer Kühlkammer (3) einer Düsennase (1B),

    wobei mindestens die obere Hälfte der gesamten, äußeren Umfangsfläche eines Teils, der in dem Düsenrumpf (1) angeordnet ist und in den Hochofen hineinragt, oder alles, außer der Vorderseite der äußeren Umfangsfläche mit einer Mantelschicht (5) überzogen ist, die aus einem Material mit einem höheren Schmelzpunkt als der Schmelzpunkt von Kupfer und als die Temperatur eines heißen Metalls in dem Hochofen hergestellt ist, und

    eine an der Außenseite der Mantelschicht (5) angebrachte, aus einem Metall gefertigte Umhüllung (4) zum Schutz der Düse vor mechanischer Schlagwirkung, welche die Düse zum Zeitpunkt des Einsetzens in den Hochofen erfährt,

    wobei die Mantelschicht (5) aus einer Keramik mit hoher Beständigkeit gegen heißes Metall oder Schlacke gefertigt ist.
  2. 2. Windform nach Anspruch 1, wobei die Mantelschicht (5) aus hochreinem Aluminiumoxid gefertigt ist.
  3. 3. Windform nach Anspruch 2, wobei die Mantelschicht (5) eine Dicke von 5-10 mm aufweist.
  4. 4. Windform nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei Stollen (7) zur Verbesserung der Haftkraft zwischen dem Düsenrumpf (1) und der Mantelschicht (5) und auf der äußeren Umfangsfläche eines Teils, der in dem Düsenrumpf (1) vorliegt und die Mantelschicht (5) berührt, verteilt und angeordnet sind.
  5. 5. Windform für einen Hochofen nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei eine geringfügig unebene Oberfläche (8) zur Verbesserung der Haftkraft zwischen dem Düsenrumpf (1) und der Mantelschicht (5) als äußere Umfangsfläche eines Teils, der in dem Düsenrumpf (1) vorliegt und die Mantelschicht (5) berührt, ausgebildet ist.






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