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Dokumentenidentifikation DE69900502T2 22.08.2002
EP-Veröffentlichungsnummer 1064410
Titel WANDAUFBAU FÜR METALLSCHMELZOFEN UND HOCHOFEN MIT SOLCHEM AUFBAU
Anmelder Corus Staal B.V., Ijmuiden, NL
Erfinder VAN LAAR, Jacobus, NL-1985 GE Driehuis, NL
Vertreter Paul und Kollegen, 41460 Neuss
DE-Aktenzeichen 69900502
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 17.03.1999
EP-Aktenzeichen 999156540
WO-Anmeldetag 17.03.1999
PCT-Aktenzeichen PCT/EP99/01792
WO-Veröffentlichungsnummer 0009947711
WO-Veröffentlichungsdatum 23.09.1999
EP-Offenlegungsdatum 03.01.2001
EP date of grant 28.11.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.08.2002
IPC-Hauptklasse C21B 7/10
IPC-Nebenklasse F27B 1/24   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochofen zur Stahlherstellung, der zumindest im Feuerungsbereich eine Stahlplattenauskleidung umfaßt, in der wenigstens eine Schicht aus feuerfestem Mauerwerk angeordnet ist, wobei die Stahlplattenauskleidung mit der Schicht (den Schichten) aus feuerfestem Mauerwerk mittels Mörtel und/oder Stampfmassenverbindungen verbunden ist, um einen zusammenhängenden Aufbau zu schaffen. Der Feuerungsbereich eines Hochofens umfaßt häufig ein externes Kühlsystem.

Bei modernen, großen Hochöfen, mit denen immer höhere Eisenproduktionserträge bei erhöhtem Gasdruck erzielt werden, ist es äußerst wichtig, daß die Zeitspanne zwischen zwei Instandsetzungen des Mauerwerks so lang wie möglich ist. Dies kann insbesondere zu Problemen im Feuerungsbereich führen.

Insbesondere am Feuerungsbereich ist das Mauerwerk sowohl der Wirkung der Gasatmosphäre in dem Ofen als auch der Wirkung des flüssigen Metalls und/oder des flüssigen Schlackenmaterials ausgesetzt, das in diesem Bereich vorhanden ist. Die Gasatmosphäre kann zu einem chemischen Angriff auf das Mauerwerk führen, häufig zu einem Alkaliangriff, während das geschmolzene Eisen einen kombinierten Einfluß von hoher Temperatur, chemischem Angriff und mechanischem Angriff ausüben kann. Dieser Angriff wird teilweise durch die Tatsache verursacht, daß das flüssige Metall häufig nicht mit Kohlenstoff gesättigt ist und somit dazu neigt, Kohlenstoff aus den Steinen zu lösen.

Hinsichtlich des Aufbaus des Mauerwerks am der Feuerungsbereich ist es wichtig, daß die Steine nicht an der heißen Seite bei hoher Temperatur aufgrund ihrer Neigung zur thermischen Expansion zerbröckeln. Es wurde festgestellt, daß kohlenstoffhaltige Materialien, wie beispielsweise Graphit und Halbgraphit, im höchsten Maße resistent gegen Abbröckeln unter derartigen Bedingungen sind, wobei jedoch diese Materialien aufgrund ihrer Zusammensetzung von dem flüssigen Eisen, das mit Kohlenstoff gesättigt sein kann oder nicht, angegriffen werden können. Diese Anfälligkeit beruht vornehmlich auf diesen kohlenstoffhaltigen Materialien, die in dem flüssigen Eisen gelöst werden.

Es wurde festgestellt, daß kohlenstoffhaltige Materialien nicht durch das flüssige Eisen beeinträchtigt werden, wenn sich eine feste Schicht basierend auf einer Mischung in verschiedenen Kombinationen aus verfestigtem Eisen, Schlacke und Kokspartikeln auf der Innenseite des Mauerwerks bilden kann. Dieser sogenannte "Pfannenrest" bildet sich auf dem Mauerwerk bei einer Temperatur im Bereich von weniger als 1100 bis 1150ºC. Weiterhin hängt die Bildung des Pfannenrestes auch von der Geschwindigkeit ab, mit der sich das flüssige Eisen in die Feuerstelle bewegt. Da flüssiges Eisen nur an der Stelle einiger weniger Abstichpunkte des Hochofens periodisch aus der Feuerstelle fließt, besitzt dieses flüssige Eisen nicht nur eine vertikale Strömungskomponente, sondern auch eine Strömungskomponente in Umfangsrichtung des Ofens, was zu einer höheren Bewegungsgeschwindigkeit des Eisens entlang des Mauerwerks führt. Dieses vorbeiströmende Eisen neigt dazu, den Pfannenrest in diesem Bereich wieder zu lösen. Nur wenn die heiße Seite des Mauerwerks mittels eines ausreichend intensiven Wärmeübergangs durch das Mauerwerk hinreichend kühl gehalten werden kann, wird der Pfannenrest, der sich auf diesem Mauerwerk gebildet hat, immer ausreichen, um das Mauerwerk vor dem Angriff zu schützen.

Es sollte klar sein, daß das "tote Mann"-Phänomen häufig in Hochöfen auftritt, d. h., daß sich ein fester Stopfen (Konverterboden), der vorwiegend auf Koks und Eisen basiert, innerhalb des Feuerungsbereichs bildet. Die Zirkulationsgeschwindigkeit des flüssigen Eisens entlang des Mauerwerks wird sich insbesondere dann erhöhen und folglich den Angriff auf den Pfannenrest verstärken, wenn dieser "tote Mann" ausgeprägt ist und eine geringe Porösität aufweist. Dieses Phänomen erfordert weiterhin einen sogar noch intensiveren Wärmeübergang über das Mauerwerk, um die Temperatur an der heißen Seite des Mauerwerks ausreichend gering zu halten, so daß ein Pfannenrest am Ort verbleiben kann.

Ein Wärmeübergang von der Feuerungsstelle mittels Kühlplatten, die sich tief in das Mauerwerk erstrecken und durch die Wasser fließt, oder mittels sogenannter "Plattenkühler", die innerhalb der Stahlplattenauskleidung angeordnet sind, ist nicht bevorzugt. Sollte der Pfannenrest abfallen oder schmelzen und Teile das Mauerwerks in diesem Bereich gelöst werden, kann das flüssige Eisen beispielsweise mit einer derartigen wassergekühlten Kupferkühlplatte, die sich tief ins Mauerwerk erstreckt, in Kontakt kommen. In einer derartigen Situation kann das Kupfer der Kühlplatte schmelzen, so daß dann das in den Ofen strömende Wasser zu einer Explosion gefolgt vom Bruch der Wand führen kann. Aus diesen Gründen wird es häufig vorgezogen, die Stahlplattenauskleidung des Wandaufbaus mit einem externen Kühlmittel zu versehen, um die Feuerungsstelle zu kühlen. In der Regel handelt es sich bei diesem Kühlmittel um ein Sprüh-Kühlsystem, mit dem die Temperatur der Stahlplattenauskleidung auf etwa 50ºC gehalten werden kann. Bei einer Temperatur der Stahlplattenauskleidung von etwa 50ºC wird es nicht immer möglich sein, die heiße Seite des Mauerwerks unterhalb einer Temperatur von etwa 1100ºC zu halten, selbst wenn Steine aus Graphit und/oder Halbgraphit verwendet werden, die eine gute thermische Leitfähigkeit aufweisen. In diesem Fall sollte klar sein, daß das Mauerwerk eine ausreichende Dicke aufweisen muß, um das Risiko einer gelegentlichen Durchdringung ausreichend gering zu halten.

Es wurde festgestellt, daß Mörtelverbindungen und Verbindungen aus einer Stampfmasse ein wesentliches Hindernis für den Wärmeübergang durch das Mauerwerk darstellen. Die äußere Steinschicht ist normalerweise gegen die Stahlplattenauskleidung angeordnet, wobei zwischen diesen eine Mörtel- oder Stampfmasse vorgesehen ist, wobei die Dicke einer Mörtelverbindung beispielsweise 3 bis 5 mm und die Dicke einer Verbindung aus einer Stampfmasse beispielsweise 30 bis 120 mm betragen kann. Diese Verbindung dient zur Kompensation der räumlichen Abweichungen der Stahlplattenauskleidung und teilweise zur Herstellung eines Kontaktes zwischen der Stahlplattenauskleidung und der äußeren Steinschicht. Wenn in dem Wandaufbau eine Mehrzahl von Steinschichten verwendet wird, ist es auch erforderlich, eine Verbindung zwischen diesen Schichten zu schaffen, wobei normalerweise ein Verdichtungsverbund für diesen Zweck verwendet wird. In jedem Fall kann diese Verbindung, ebenso wie die Verbindung direkt hinter der Stahlplattenauskleidung, auch als eine Dehnungsverbindung dienen. Beispielsweise kann diese Verbindung 50 mm breit sein. Es wurde festgestellt, daß Verbindungen aus Mörtel und/oder einer Stampfmasse 50 bis 80% der gesamten thermischen Beständigkeit, die durch das Mauerwerk an der Außenseite der Stahlplattenauskleidung erzeugt wird, ausmachen, wenn das Mauerwerk Steine mit einem λ > 20 W/mºC aufweist. Dieses Problem kann sogar noch größer werden, wenn der Aufbau "atmet". Wenn beispielsweise in der Stahlplattenauskleidung beträchtliche Temperaturunterschiede vorhanden sind, kann sich der Mörtel öffnen, wodurch eine Isolierschicht aus Gas erzeugt wird. Ein ähnliches Phänomen kann auftreten, wenn die thermische Aktivität der verschiedenen Steine bewirkt, daß die die Stampfmasse enthaltende Verbindung nicht ausreichend dicht bleibt.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Lösung für diese Probleme zu schaffen, und insbesondere den Wärmeübergang von der heißen Seite des Mauerwerks derart zu verbessern, daß sich dort kontinuierlich ein Pfannenrest bilden kann. Die Erfindung beruht auf der Tatsache, daß an der Feuerungsstelle des Hochofens Metallstangen, die sich in Umfangsrichtung der Stahlplattenauskleidung erstrecken und in die Wand ragen, angeordnet sind, wobei die Stangen jeweils mit der Außenseite der Stahlplattenauskleidung mittels horizontal voneinander beabstandeter Befestigungsmittel verbunden sind, wobei die Befestigungsmittel Vorspannmittel zum Ausüben eine Vorspannkraft aufweisen, um sicherzustellen, daß jede Stange immer gegen die Steine gedrückt bleibt, um einen Fläche-an-Fläche-Kontakt entlang der horizontalen und vertikalen Oberflächen zwischen den Metallstangen und den Steinen während des Betriebs aufrechterhalten. Die Kombination von verbesserter thermischer Leitfähigkeit durch die Metallstangen mit einem direkten Fläche-an-Fläche-Kontakt zwischen den Metallstangen und den Steinen entlang der horizontalen und vertikalen Oberflächen aufgrund der Befestigung mit Vorspannmitteln der Metallstangen, um die Ausdehnung zu erhöhen, minimiert die thermische Festigkeit eines Teils der Verbindungen. Es sollte klar sein, daß die vertikale Befestigung der Stangen erforderlich ist, um sicherzustellen, daß, dem Aufbau der Wand folgend, der Fläche-an- Fläche-Kontakt zwischen Stangen und Steinen aufrecht erhalten wird, wenn thermische Ausdehnung den Steinen erlauben sollte, sich leicht in vertikaler Richtung zu bewegen.

Auch wird die thermische Festigkeit des Aufbaus weiter reduziert, wenn die Stangen auch in radialer Richtung bezüglich der Stahlplattenauskleidung vorgespannt sind, um einen Fläche-an-Fläche-Kontakt entlang der vertikalen Flächen der Steine während des Betriebs sicherzustellen. Jede vorhandene Verbindung kann dann auf eine Breite von fast null reduziert werden, so daß dann die thermische Festigkeit dieser Verbindung ebenfalls sehr gering ist. Dieser letzte Effekt kann insbesondere erzielt werden, wenn Vorspannmittel angeordnet sind, um die Stangen in radialer Richtung gegen die Steine gedrückt zu halten.

Offensichtlich gibt es auch einen thermischen Widerstand zwischen den Metallstangen und der Stahlplattenauskleidung. Jedoch ist dessen die Wirkung vernachlässigbar, wenn die Metallstangen gemäß der Erfindung gekühlt werden. Gemäß der Erfindung kann dies dadurch geschehen, daß die Metallstangen und/oder ihre Befestigung wenigstens teilweise mit sogenannten "Wärmerohren" ausgebildet sind. Wärmerohre sind allgemein bekannte Konstruktionsmittel, bei denen sich eine Flüssigkeit und die Gasphase dieser Flüssigkeit innerhalb eines geschlossenen Hohlraums innerhalb dieser Konstruktionselemente befinden. Dies erlaubt einen intensiven Wärmestrom durch die Wärmerohre. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfassen die Metallstangen eine Leitung und Zuführ- und Auslaßmittel, die mit dem Kühlkreislauf verbunden sind. Bei einer direkten Kühlung der Metallstangen muß die Wärme von diesen Stangen nicht länger über die Metallplattenauskleidung übertragen werden. Vorzugsweise sind die Metallstangen aus einem Metall hergestellt, das vorwiegend Kupfer umfaßt. Dies sichert eine gute thermische Leitfähigkeit, wobei eine Leitung aufweisende Stangen einfach aus Kupfer hergestellt werden können. Es ist wichtig, daß die Stangen eine eigene Beweglichkeit aufweisen. Da die thermischen Bewegungen, die durch diese Beweglichkeit absorbiert werden müssen, nur gering sind, verursacht dies keine größeren Konstruktionsprobleme. Bei einer möglichen Ausführungsform gemäß der Erfindung sind die Stangen innerhalb der Stahlplattenauskleidung als unterbrochene Ringe und/oder in einer zueinander versetzten Weise angeordnet. Gemäß einer weiteren Ausführungsform gemäß der Erfindung bilden die Stangen innerhalb der Stahlplattenauskleidung Ringe, die wenigstens 10 und vorzugsweise zwischen 30 und 50 Stangen umfassen. Gemäß einer möglichen Ausführungsform des neuen Wandaufbaus weisen die Stangen an der heißen Wandseite gekrümmte Flächen auf, die dem lokalen Krümmungsradius der Wand entsprechen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die Stangen an der heißen Wandseite flache Oberflächen aufweisen, die zusammen ein regelmäßiges Vieleck bilden. Somit können auch die Steine mit flachen Grenzflächen an ihrer äußeren radialen Seite ausgebildet sein. Somit ist es möglich, einen guten thermischen Kontakt zwischen den Stangen und den Steinen, die sich gegen diese in radialer Richtung stützen, zu schaffen.

Zur Erzeugung eines guten Fläche-an-Fläche-Kontaktes entlang horizontaler Flächen zwischen den Stangen und den Steinen und aus anderen Konstruktionsgründen ist es wünschenswert, daß sich die Stangen 15 bis 30 cm in radialer Richtung von der Stahlplattenauskleidung weg erstrecken. Weiterhin wird gemäß der Erfindung bevorzugt, daß die Stangen in vertikaler Richtung in Abständen zwischen 40 und 80 cm angeordnet sind.

Gemäß einer möglichen Ausführungsform des neuen Hochofens umfaßt das Mauerwerk in der radialen Richtung eine Schicht von Steinen, die unterschiedliche Längen aufweisen und zu der Stahlplattenauskleidung abschließen und sich gegen die Stangen erstrecken. Der Aufbau weist den Vorteil auf, daß kein mit einer Füllkomponente gefüllter Eingriffsraum vorhanden ist.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des neuen Hochofenaufbaus umfaßt das Mauerwerk in radialer Richtung zwei Schichten von Steinen, zwischen denen die Verbindung für jede horizontale Schicht von Steinen in radialer Richtung versetzt angeordnet ist. Daher entsteht in diesem Fall keine kontinuierliche Verbindung, sondern die Steine der Außenschicht und die der Innenschicht stützen sich gegenseitig mit einem Fläche-an-Fläche- Kontakt entlang horizontaler Flächen ab. Somit fließt die Wärme direkt über diese horizontalen Flächen von der inneren (in radialer Richtung) Steinschicht in die äußere (in radialer Richtung) Steinschicht.

Wo noch Verbindungen in der vorgeschlagenen Hochofenkonstruktion vorhanden sind, wie beispielsweise zwischen der Stahlplattenauskleidung und den Stangen, zwischen der Stahlplattenauskleidung und den Steinen, und zwischen den sich gegenseitig in radialer Richtung verbindenden Steinen, können diese Verbindungen gemäß der Erfindung mit einer im hohen Maße thermisch leitenden Kunststoffmasse gefüllt werden. Jedoch können die Steine auch trocken gegen die Stahlplattenauskleidung angeordnet werden. Eine derartige Masse kann erzielt werden, indem diese eine Teerkomponente umfaßt, die nur bei hohen Temperaturen verdampft. Diese Teerkomponente stellt sicher, daß die Masse in der Verbindung plastisch bleibt. Wenn sich die Form der Verbindung ändert, ohne daß sich entsprechend das Volumen ändert, wird die Masse, die selbst eine gute thermische Leitfähigkeit aufweist, den engen Kontakt mit den Komponenten, welche die Verbindung bilden, aufrecht erhalten. Eine weitere Verbesserung der thermischen Leitfähigkeit kann erzielt werden, wenn die verwendete Masse auch ein Metall oder eine Metallegierung mit einem Schmelzpunkt oder Schmelzbereich zwischen 200 und 1100ºC, vorzugsweise zwischen 200 und 660ºC, umfaßt. Zinn schmilzt beispielsweise bei etwa 230ºC, so daß dann in der Verbindung metallische thermische Brücken gebildet werden. Der gleiche Effekt kann auch dadurch erzielt werden, daß beispielsweise Zinn in den sich radial zwischen den Steinen erstreckenden Verbindungen, d. h. in Verbindungen zwischen in Umfangsrichtung auf gleicher Höhe direkt nebeneinander liegenden Steinen, angeordnet ist. Oft wird zwischen Steinen eine dünne Schicht Mörtel geschichtet, wobei die Mörtelschicht dann ebenfalls eine thermische Brücke bildet. Insbesondere dann, wenn der Wärmestrom nicht ausschließlich in einer radialen Richtung verläuft, wenn beispielsweise der Ofen nur über eine begrenzte Anzahl von Abstichlöchern abgestochen wird, ist es wichtig, daß es in der Umfangsrichtung des Mauerwerks keinen wesentlichen thermischen Widerstand gibt.

Durch die Erfindung wird das Mauerwerk fast permanent von einem Pfannenrest geschützt. Somit wird das Risiko, daß mit der Verwendung von Graphit und/oder Halbgraphit und/oder kohlenstoffhaltigem Material mit Poren ≤ 1um und einem thermischen Leitfähigkeitkoeffizienten λ > 15 W/mºC für die Steine einher geht, in hohem Maße reduziert, und es wird deshalb bevorzugt, Steine dieser Art aufgrund der Tatsache zu verwenden, daß Steine aus diesen Materialien nur unter Einfluß thermischer Dehnung bei sehr viel höheren Temperaturen als andere feuerfeste Materialien brüchig werden und weiterhin eine sehr hohe thermische Leitfähigkeit aufweisen.

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zum Betreiben des Hochofens. Dieses Verfahren ermöglicht es, bei einer identischen Dicke des Mauerwerks eine wesentlich größere Wärmemenge abzuleiten, so daß auf der heißen Seite des Mauerwerks eine geringere Temperatur erzielt werden kann. Es wird empfohlen, die Durchflußrate des Flüssigkeitskreislaufes durch die Stangen auf einen Wärmeübergang von > 50% der von der Wand abgeleiteten Gesamtwärme einzustellen.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben, wobei

Fig. 1 ein Diagramm eine Wandaufbaus in einem herkömmlich verwendeten Hochofen zeigt;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht eines Details gemäß der Erfindung ist;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht entlang der Linie III-III in Fig. 2 in einem anderen Maßstab ist; und

Fig. 4 eine Detail IV aus Fig. 1 gemäß der Erfindung zeigt.

Fig. 1 zeigt in schematischer Längsschnittansicht einen Wandbereich des Feuerungsbereiches eines Hochofens. Bezugsziffer 1 bezeichnet die Achse der Feuerungsstelle und Bezugsziffer 2 eine Stahlplattenauskleidung. Die Stahlplattenauskleidung 2 wird mittels eines Wasserstroms 3 von einem Sprühkühlungssystem gekühlt. Der Stahlplattenauskleidung 2 folgend sind nacheinander eine Fuge 5, eine Außenschicht (in radialer Richtung) des feuerfesten Gehäuses 6, eine zweite Fuge 7, eine Innenschicht (in radialer Richtung) der Gehäusesteine 8 und eine Schale 9 angeordnet. Die Figur zeigt auch graphisch einen Festkörper aus Kohle und verfestigtem Eisen 10, was unter Fachleuten auch als "toter Mann" bezeichnet wird. Wenn der Hochofen angestochen wird, fließt flüssiges Roheisen durch die Feuerstelle in einer Abwärtsrichtung "a" und in einer Umfangsrichtung "b", letzteres aufgrund der Tatsache, daß das Eisen nur an wenigen Stellen entlang des Umfangs des Hochofens angestochen wird. Die sogenannte Schale umfaßt ein verfestigtes Material, das vorwiegend Kohle und Eisen umfaßt.

Lediglich zu Darstellungszwecken und ohne Bezug auf die vorliegende Erfindung ist an der x-Achse der Fig. 1 eine Temperaturskala angegeben, die zeigt, wie das Temperaturprofil durch den Wandaufbau zwischen der wassergekühlten Außenseite der Stahlplattenauskleidung 2 bis in das flüssige Metall zwischen Schale 9 und "toten Mann" 10 verläuft.

Obwohl eine Mörtelfuge 5 und eine Fuge 7 mit einer Füllmasse in der Praxis so dünn wie möglich sein sollen, kann dieser Temperaturskala entnommen werden, daß ein beträchtlicher Anteil des Temperaturunterschiedes zwischen dem Kühlwasser und dem flüssigen Eisen auf die Fugen S und 7 zurückzuführen ist. Um eine ausreichend geringe Temperatur an der Stelle der Schale 9 zu erzielen, ist es eine Aufgabe der Erfindung, den Wärmeübergang durch den Wandaufbau so gut wie möglich zu verbessern, und so das starke Temperaturgefälle an den Fugen 5 und 7 zu reduzieren.

Fig. 2 zeigt einen Bereich des erfindungsgemäßen Wandaufbaus gemäß Fig. 1 im vergrößerten Maßstab. Die Steine 15, 16 und 17 des Mauerwerks 6 sind an der Innenseite der Stahlplattenauskleidung 2 und an der Innenseite der Fuge 5 dargestellt. Weiterhin ist eine Kupferstange 1T mit einer Durchgangsbohrung 12 an der Innenseite der Stahlplattenauskleidung 2 angeordnet. Diese Durchgangsbohrung ist mit einer Zuführleitung 13 und einer Ablaßleitung (hier nicht gezeigt) verbunden. Die Zuführleitung 13 und die Ablaßleitung sind horizontal voneinander beabstandet und erstrecken sich getrennt durch verschiedene Öffnungen durch die Stahlplattenauskleidung 2, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. In Richtung des Pfeiles 14 wird einer Durchgangsbohrung 12 Wasser zugeführt, so daß die Stange 11 gekühlt wird. Die Kontaktfläche 21b des Steins 17 stützt sich gegen die Kupferstange 11, wodurch ein sehr guter thermischer Kontakt und eine gute Wärmeableitung von dem Stein 15 zur Stange 11 und zum Kühlwasser, das durch diese fließt, erzeugt wird. Beim Aufbau des Mauerwerks wird auch sichergestellt, daß die Oberfläche des Steins 16 und die Oberfläche der Stange 11 ordnungsgemäß in der gleichen Ebene liegen. Um dies sicherzustellen, kann eine Korrektur, zum Beispiel unter Verwendung einer Metallfolie, erforderlich sein. Auf diese Weise kann der Stein 15 auch im engen Kontakt mit der Stange 11 in dem Bereich der Kontaktfläche 21a angeordnet sein. Die Zuführ- und Ablaßleitungen 13 passen mit einem Spalt in eine Öffnung in der Stahlplattenauskleidung, so daß die Stange 11 ein gewisses Bewegungsspiel in vertikaler Richtung hat. Dieses Bewegungsspiel der Stange 11 wird ebenfalls durch die Elastizität der Verbindung zwischen den Zuführ- und Ablaßleitungen 13 und der Stahlplattenauskleidung 2 erzeugt. Die Elastizität der Verbindung kann durch ein Vorspannmittel zum Vorspannen der Stange 11 gegen die Fläche 21a erzeugt werden. Da die Steine T5, 16 und 17 aufeinander geschichtet sind, weisen sie einen guten thermischen Kontakt an ihren horizontalen Übergängen auf, wobei dieser gute thermische Kontakt aufgrund der elastischen Mobilität der Stange 11 in der vertikalen Richtung auch beibehalten wird, während der Aufbau über die Kontaktflächen 21a und 21b mit der Stange 11 erwärmt wird, auch wenn der Aufbau eine gewissen Wärmedehnung unterliegt.

Während des Zusammenbaus wird der Stein 16 derart gegen die Vorderfläche der Stange 11 positioniert, daß auch ein guter thermischer Kontakt zwischen dem Stein 16 und der Stange 11 sichergestellt ist. Dieser gute thermische Kontakt kann aufgrund eines Kragens 18 auf der Leitung 13 auch während thermischer Deformation des Mauerwerks während des Erwärmens aufrecht erhalten werden. Durch Ausübung einer Vorspannkraft A auf den Kragen 18 wird sichergestellt, daß die Stange 11 durch die e Vorspannkraft immer gegen den Stein 16 gedrückt wird. Es sollte klar sein, daß diese Vorspannkraft A nicht über die Leitungen 13 übertragen werden muß, sondern sie kann auch über eine separate Durchgangsbohrung in der Stahlplattenauskleidung in der Mitte der Stange wirken. Die Gasdichtung für den Hochofen durch die Stahlplattenauskleidung ist graphisch durch einen Kragen 19 und einen Blasebalg 20, der ebenfalls die elastische Verbindung und das Vorspannmittelzwischen Stange 11 und Stahlplattenauskieldung 2 erzeugen kann, dargestellt. In der Praxis können für diesen Zweck verschiedene Ausführungen eingesetzt werden.

Fig. 3 zeigt eine graphische Querschnittsansicht im verkleinerten Maßstab entlang der Linie III-III in Fig. 2. In diesem Fall sind innerhalb der Stahlplattenauskleidung 2 zwei Stangen 11 dargestellt, wobei die Stangen flache Oberflächen an der der Stahlplattenauskleidung abgewandten Seite aufweisen. Innerhalb der Stahlplattenauskleidung 2 bilden die Stangen einen kontinuierlichen Ring, der an der Innenseite die Form eines Vielecks aufweist. Die Steine 22 bis 25 stützen sich auf gleiche Weise gegen die flachen Innenseiten der Stangen 11 wie der Stein 16 in Fig. 2. Es sind Verbindungselemente 26, 27 und 28 zwischen diesen Steinen dargestellt.

Fig. 4 zeigt eine Detailansicht IV aus Fig. 1 der erfindungsgemäßen Ausführungsform. In diesem Fall umfaßt die äußere Mauerwerkschicht 6 (siehe Fig. 1) die Steine 15, 16 und 17 (siehe auch Fig. 2). An der Innenseite dieser Steine befinden sich Steine der Mauerwerkschicht 8 (siehe Fig. 1). Dieses sind die Steine 29, 30 und 31, die von den Steinen 15, 16 und 17 durch Teiltrennelemente 7a, 7b und 7c getrennt sind. In dem neuen Aufbau bleiben die Schichten 6 und 8 durch die sich überlappenden horizontalen Kontaktflächen 32 und 33 im direkten thermischen Kontakt, anstatt durch das Verbindungselement 7 (siehe Fig. 1) eine fast vollständige Trennung zwischen den Mauerwerksschichten 6 und 8 zu bewirken. Der durch das Verbindungselement 7 hervorgerufene plötzliche Temperaturwechsel wird auf diese Weise in hohem Maße verringert, wodurch der intensive Wärmeübergang durch das Mauerwerk verbessert wird.

Darüber hinaus wird eine weitere Verbesserung des Wärmeübergangs durch die Wand mittels der Anordnung eines Kunstoffverbunds mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit in dem Verbindungselement 5 (siehe Fig. 2) und/oder in den Teilverbindungselementen 7a, 7b und 7c (siehe Fig. 4) erzielt. Zu diesem Zweck wird ein Verbund verwendet, der eine Teerkomponente enthält, die bei hoher Temperatur verdampft und metallisches Zinn oder eine metallische Zinnlegierung enthält. Um auch eine gute thermische Leitfähigkeit in Umfangsrichtung zu erzielen, wird in den radialen Verbindungselementen 26, 27 und 28 (siehe Fig. 3) auch ein zinnhaltiger Mörtel als eine Komponente verwendet. Beim Anordnen der Steine 22 bis 25 werden die Verbindungselemente 26, 27 und 28 o nah wie möglich aneinander gehalten.


Anspruch[de]

1. Hochofen zur Stahlherstellung, der wenigstens im Feuerungsbereich eine Stahlplattenauskleidung (2) umfaßt, wobei innerhalb der Auskleidung wenigstens eine Schicht aus feuerfestem Mauerwerk (15, 16, 17) angeordnet ist, und die Stahlplattenauskleidung (2) mit der Mauerwerkschicht (-schichten) mittels Mörtelverbindungen (5) und/oder Stampfmassenverbindungen verbunden ist, um einen zusammenhängenden Aufbau zu schaffen, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Feuerstellenbereich Metallstangen (11) angeordnet sind, die sich in Umfangsrichtung innerhalb der Stahlplattenauskleidung (2) erstrecken und in die Wand ragen, wobei die Stangen jeweils separat durch zwei horizontal Voneinander beabstandete Befestigungsmittel (13), die sich jeweils durch die Stahlplattenauskleidung erstrecken, mit der Außenseite der Stahlplattenauskleidung verbunden sind, und die Befestigungsmittel (13) Vorspannelemente (18, 19, 20) zum Ausüben einer Vorspannkraft umfassen, um sicherzustellen, daß jede Stange (11) immer gegen die Steine (15, 16) zur Aufrechterhaltung eines Fläche-an-Fläche-Kontaktes entlang der horizontalen und vertikalen Oberflächen zwischen den Metallstangen und den Steinen während des Betriebs gedrückt bleibt.

2. Hochofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallstangen (11) und/oder die Befestigungsmittel (13) wenigstens teilweise als sogenannte "Wärmerohre" bekannter Art ausgebildet sind, die in einem geschlossenen Hohlraum eine Flüssigkeit und die Dampfphase dieser Flüssigkeit enthalten.

3. Hochofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallstangen (11) eine Leitung und ein Zuführelement (14) und Auslaßmittel umfassen, die mit einem Kühlkreislauf verbunden sind.

4. Hochofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallstangen (11) aus einem Metall hergestellt sind, das vornehmend Kupfer enthält.

5. Hochofen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stangen (11) innerhalb der Stahlplattenauskleidung (2) unterbrochene Ringe bilden und/oder versetzt zueinander angeordnet sind.

6. Hochofen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stangen (11) innerhalb der Stahlplattenauskleidung (2) Ringe bilden, die wenigstens 10 und vorzugsweise zwischen 30 und 50 Stangen umfassen.

7. Hochofen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stangen (11) an der heißen Wandseite eine gekrümmte Oberfläche aufweisen, die dem lokalen Krümmungsradius der Wand entspricht.

8. Hochofen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stangen (11) an der heißen Wandseite flache Oberflächen aufweisen, die miteinander ein Vieleck bilden.

9. Hochofen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Stangen 15 bis 30 cm in radialer Richtung von der Stahlplattenauskleidung erstrecken.

10. Hochofen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stangen in vertikaler Richtung im Abstand von 40 bis 80 cm angeordnet sind.

11. Hochofen nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Mauerwerk in radialer Richtung eine Schicht von Steinen aufweist, die eine unterschiedliche Länge haben und zu der Stahlplattenauskleidung abschließen und sich gegen die Stangen erstrecken.

12. Hochofen nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Mauerwerk in der radialen Richtung zwei Steinschichten umfaßt, zwischen denen die Verbindung für jede horizontale Steinschicht in radialer Richtung versetzt ist.

13. Hochofen nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen zwischen der Stahlplattenauskleidung (2) und den Stangen (11), zwischen der Stahlplattenauskleidung und den Steinen und zwischen den Steinen, die in radialer Richtung aneinander stoßen, mit einer im hohen Maße thermisch leitenden Kunststoffmasse gefüllt sind.

14. Hochofen nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse eine Teerkomponente umfaßt, die bei hoher Temperatur verdampft.

15. Hochofen nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse ein Metall oder eine Metallegierung mit einem Schmelzpunkt oder einem Schmelzbereich zwischen 200 und 1100ºC, vorzugsweise zwischen 200 und 660ºC, umfaßt.

16. Hochofen nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die sich radial erstreckenden Verbindungen zwischen den Steinen das Metall oder die Metallegierung gemäß Anspruch 15, und vorzugsweise Zinn umfassen.

17. Hochofen nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Mauerwerk Steine, die aus Graphit und/oder aus Halbgraphit hergestellt sind, und/oder kohlenstoffhaltige Steine mit Poren ≤ 1 um und einem thermischen Leitfähigkeitkoeffizienten λ > 15 W/mºC umfaßt.

18. Verfahren zum Betreiben eines Hochofens nach einem der Ansprüche 3 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußrate des Flüssigkeitskreislaufes durch die Stangen (11) für einen Wärmeübergang von > 50% des Gesamtwärmeübergangs von der Wand ausgelegt ist.







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