DE3313998C2 - Kühlplatte für metallurgische Öfen, insbesondere Hochöfen sowie Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Abstract

Eine Kühlplatte aus Gußwerkstoff für metallurgische Öfen, wie Hochöfen, weist mindestens einen im Inneren eines Gußkörpers (1) angeordneten, von einem Stahlrohr (10) gebildeten Kühlmittelkanal (9) auf. Um einen einwandfreien Wärmeübergang unter Vermeidung eines Spaltes zwischen dem Gußkörper (1) und dem Stahlrohr (10) sicherzustellen, wobei das Stahlrohr (10) innerhalb des Gußkörpers (1) seine ursprünglichen Festigkeitswerte aufweist, ist der Kühlmittelkanal (9) von einer sich von einer Schmalseitenfläche (6) des Gußkörpers (1) in das Innere des Gußkörpers (1) erstreckenden Bohrung (5) gebildet und ist in die Bohrung ein mit der Bohrungswand in Preßverbindung stehendes Stahlrohr (10) eingesetzt.

Description

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Gußkörper in einen Mantel einzuhüllen, der aus einer Bohrung durch den ganzen Gußkörper von einer keramischen Masse besteht Diese keramische Umhül- Schmalseitenfläche zur gegenüberliegenden SchmaLsei-Iung soll das Stahlrohr gegen die aufkohlende Wirkung tenfiäche hindurcherstreckt und an den Schmalseitendes Kohlenstoffgehaltes des Gußeisens schützen und flächen des Gußkörpers jeweils in eine ein Rohrknie des durch Verschweißen der Stahlrohre mit dem Gußkör- 5 Stahlrohres aufnehmende Endausnehmung übergeht, per verursachte unzulässig hohe Spannungen in den die mit einer feuerfesten Masse gefüllt ist Stahlrohren verhindern. Zweckmäßig ist an der Rückseite des Gußkörpers Durch die plötzliche Erwärmung beim Eingießen der eine die Bohrung kreuzende Querausnehmung ange-Stahlrohre können sich in der keramiscnen Schicht in- ordnet, die mit feuerfester Masse ausgefüllt ist, wobei folge der unterschiedlichen Wärmedehnung von Stahl- 10 vorteilhaft das Stahlrohr aus zwei miteinander verrohr und keramischer Schicht Risse bilden, wodurch der schweißten Stahlrohrteilen gebildet ist und die die beabsichtigte Schutz des Stahlrohres gegen Aufkohlung Stahlrohrteile verbindende Schweißnaht in dem Bereich nur unvollkommen ist einer Endausnehmung oder der Querausnehmung ange-

Ein mehrschichtiger Aufbau des Mantels (DE-A ordnet ist

27 17 641 und DE-B 28 04 544) - durch den zusätzlich 15 Ein Verfahren zum Herstellen einer aus Gußeisen

auch ein Anbacken der Stahlrohre am Gußkörper ver- gegossenen Kühlplatte ist dadurch gekennzeichnet, daß

hindert werden soll — kann durch unterschiedliche in eine gegossene Gußplatte mindestens eine sich von

Wärmedehnung zwischen den Stahlrohren und dem einer Schmalseitenfläche derselben in das Innere des

Gußkörper einen Luftspalt in der Größenordnung von Gußkörpers erstreckende zylindrische Ausnehmung

0,1 mm und mehr zur Folge haben, wodurch der War- 20 ausgebohrt wird, in die ein Stabler mit einem den

meübergang voir. GuSkörper zum Stahlrohr erheblich Durchmesser der Bohrung bei Betriebstemperatur der

vermindert wird, so daß es zu einem Versager der Kühl- Kühlplatte übersteigenden Außendurchmesser einge-

platten kommen kann. setzt wird, wobei vorteilhaft das Stahlrohr in die Boh-

Aus der DE-A 29 51 640 ist es weiters bekannt, zur rung eingeschrumpft wird.

Vermeidung der aufwendigen Mehrfachbeschichtung 25 Zweckmäßig wird das Stahlrohr vor dem Einsetzen in

unbeschichtete Rohre in die Kühlplatte einzugießen, die die Bohrung an einem Endabschnitt im etwa rechten

aus einem Werkstoff, der nach dem Eingießen keine Winkel abgebogen und nach Einsetzen in die Bohrung

oder nur geringe metallurgische Wechselwirkungen mit der gegenüberliegende Endabschnitt des Stahlrohres

dem Gußeisen der Kühlplatte eingeht, beirpielsweise ebenfalls etwa rechtwinkelig abgebogen worauf die

einer Nickellegierung mit einem Ni-Gehalt zwischen 30 30 Endausnehmungen mit feuerfester Masse ausgefüllt

und 63%, bestehen. Diese Lösung erfordert einen hohen werden.

Aufwand für die eingegossenen Rohre. Zweckmäßig werden vorgekrümmte Stahlrohrteile Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser nach Einsetzen in die Bohrung im Bereich einer Endaus-Nachteile und Schwierigkeiten und stellt sich die Aufga- nehmung oder der Querausnehmung miteinander verbe, eine Kühlplatte der eingangs bezeichneten Art so- 35 schweißt, worauf die Endausnehmungen bzw. die Querwie ein Verfahren zu ihrer Herstellung zu schaffen, bei ausnehmung mit feuerfester Masse ausgefüllt werden denen ein nicht ummanteltes Stahlrohr verwendet wer- Die Erfindung ist nachfolgend anhand von "vier Ausden kann, wobei das Stahlrohr auch innerhalb der Kühl- führungsformen näher erläutert, wobei dit F i g 1 bis 4 platte seine ursprünglichen Festigkeitswerte aufweist jeweils eine Ausführungsform einer Kühlplatte im und wobei ein einwandfreier Wärmeübergang unter 40 Längsschnitt, der durch einen Kühlmittelkanal geführt Vermeidung eines Spaltes zwischen dem Gußkörper ist, zeigen.

und dem Stahlrohr sichergestellt ist In der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsform ist mit 1 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, ein Gußkörper aus Gußeisen bezeichnet, der an der daß eine sich von einer Schmalseitenfläche des Gußkör- Innenseite einer nicht dargestellten Ofenpanzerung bepers in das Innere des Gußkörpers erstreckende Boh- 45 festigt ist Dieser Gußkörper ist an seiner der Ofenmitte rung vorgesehen ist und in die Bohrung ein mit der zugewendeten Seite 2 mit über seine ganze Breite ver-Bohrungswand in Preßverbindung stehendes Stahlrohr laufenden Nuten 3 mit schwalbenschwanzförmigem eingesetzt ist Querschnitt versehen, die als Verankerung für ein feuer-Aus der DE-A - 29 07 511 ist eine Kühlplatte aus festes Mauerwerk 4 dienen. Im Inneren des Gußkörpers Kupfer bekannt, in die von den Schmalseiten her verti- 50 1 sind in etwa vertikaler Richtung und zueinander paraikal verlaufende Sackbohrungen, die als Kühlkanäle die- IeI verlaufende zylindrische Ausnehmungen 5 vorgesenen, gebohrt sind. Hierbei sind in die Bohrungen jedoch hen, die sich von der oberen Schmalseite 6 bis zur gekeine Rohre eingesetzt, so daß die Dichtheit der Kühl- genüberliegenden unteren Schmalseite 7 des Gußkörplatte bei Entstehen eines Risses in derselben nicht pers f erstrecken. Diese Ausnehmungen 5 sind als Bohmehr gewährleistet ist ₅₅ rungen ausgebildet and werden entweder zm dem vol-Vorteilhaft ist die Preßverbindung zwischen dem len Material gebohrt oder durch Aufbohren von beim Stahlrohr und der Bohrungswand des Gußkörpers als Gieß™ des Gußkörpers 1 durch Vorsehen von Gieß-Schrumpfverbindung ausgebildet kernen bereits freigelassenen Kanälen kleineren Durch-

Eme bevorzugte Ausführungsform ist dadurch ge- messers hergestellt.

kennzeichnet, daß das Stahlrohr als Doppelmantelrohr 60 An der unteren und oberen Schmalseite 6,7 weist der ausgebildet ist, wobei ein Außenmantelrohr des Stahl- Gußkörper 1 Endausnehmungen 8 auf, in die die Bohrohres an einem Ende mit einem Boden geschlossen ist rungen 5 münden.

der an einer Schmalseitenfläche des Gußkörpers liegt. Die Kühlmittelkanäle 9 werden von Stahlrohren 10

die der Schmalseitenfläche, von der die Bohrung aus- gebildet, deren aus dem Gußkörper 1 an der der Ofengeht, gegenüberliegt, und daß ein Innenmantelrohr im 65 panzerung zugekehrten Rückseite 11 des Gußkörpers

Abstand vor dem Boden des Außenmantelrohres endet. hinausragende Endabschnitte 12,13 durch die Ofenpan-

Eine weitere besondwi einfach herzustellende Aus- zerung hindurch nach außen geführt und an eine Kühl-

führungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß sich die mittelversorgungsleitung angeschlossen sind.

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Gemäß der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform Herstellen einer Schweißnaht, erforderlich sind. Das

wird in die Bohrung 5 ein Stahlrohr eingesetzt, das an Stahlrohr 27 wird vor dem Einsetzen in den Gußkörper

einem Ende ein vorgefertigtes Knie 14 aufweist, an das 1 bereits in die Form gebogen, wie sie in F i g. 4 darge-

der Endabschnitt 13 anschließt. Dieses Stahlrohr wird stellt ist. Es ist als Doppelmantelrohr ausgebildet, das an

mit seinem geradlinig in der Bohrung 5 verlaufenden 5 seinem unteren Ende 28, welches an der unteren

Abschnitt 15 in die Bohrung 5 eingesetzt, wobei das Schmalseite 7 des Gußkörpers 1 zu liegen kommt, durch

Rohrknie 14 in der unteren Endausnehmung 8 zu liegen einen Boden 29 geschlossen ist.

kommt. Wie aus F i g. 1 ersichtlich ist, gehen die Endaus- In ein Außenmantelrohr 30 ist ein Innenmantelrohr 31

nehmungen 8 mit einer dem Rohrknie angepaßten eingesetzt, welches durch Distanzstücke 32 im Außen-

Krümmung 16 in die Bohrung 5 über. io mantelrohr 30 zentrisch gehalten wird. Das Innenman-

Vor dem Einsetzen in die Bohrung 5 weist das Stahl- telrohr 31 endet im Abstand 33 vom Boden 29 des Aurohr 10 einen Außendurchmesser 17 auf. der so bemes- ßenmantelrohres 30 und dient zur Ableitung des über sen ist, daß er bei Betriebstemperatur des Gußkörpers 1 das Außenmantelrohr zugeleiteten Kühlmittels. Wie aus größer ist als der Durchmesser 18 der Bohrung. Der F i g. 4 ersichtlich ist, braucht in diesem Fall der Guß-Durchmesser 17 des Stahlrohres 10 ist so gewählt, daß 15 körper lediglich an einer Schmalseite 6 eine Endausnehzwischen dem Stahlrohr 10 und der Wand der Bohrung mung 8 aufweisen, die mit feuerfester Masse 20 verkittet 5 bei Betriebstemperatur der Kühlplatte eine Preßsitz- wird.

verbindung vorhanden ist. Dadurch wird zuverlässig Ist bei einer Kühlplatte eine Mehrzahl von parallel

verhindert, daß bei Betriebstemperatur der Kühlplatte verlaufenden Bohrungen 5 vorgesehen, erstrecken sich

ein Spalt zwischen dem Gußkörper 1 und dem Stahlrohr 20 die Endausnehmungen 8 bzw. Querausnehmungen 25

10 entsteht. zweckmäßig über die gesamte Breite des Gußkörpers 1, Vorzugsweise wird das Stahlrohr 10 in den Gußkör- so daß sämtliche Bohrungen 5 in die Endausnehmungen

per 1 eingeschrumpft, d. h. der Gußkörper 1 wird aufge- 8 münden bzw. sich mit der Querausnehmung 25 kreu-

heizt, wogegen das einzusetzende Stahlrohr 10 gekühlt zen.

wird. 25 Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die darge-

Nach Einsetzen des Stahlrohres 10 wird der über den stellten Ausführungsbeispiele, sondern kann in verschie-

Gußkörper 1 an der Schmalseite 6 vorstehende, in dener Hinsicht modifiziert werden. Beispielsweise ist es

F i g. 1 strichpunktiert eingezeichnete Endabschnitt 12 möglich, wenn es gelingt, eine sehr saubere Gußoberflä-

erwärmt und zu einem Rohrknie 19 umgebogen. Die ehe zu erzielen, die zylindrische Bohrung 5, in die das

beiden Endabschnitte 12, 13 stehen dann etwa recht- 30 Stahlrohr eingesetzt wird, lediglich durch Gießen, also

winkelig von der der Ofenpanzerung zugekehrten Seite ohne spanabhebende Bearbeitung herzustellen, wobei

11 des Gußkörpers 1 ab. Anschließend werden die End- zweckmäßigerweise Stahlrohre Verwendung finden, die ausnehmungen 8 mit feuerfester Masse 20 mit guter eine hohe Verformbarkeit aufweisen, beispielsweise Wärmeleitfähigkeit verkittet. Stahlrohre aus austenitischem Stahl.

Gemäß der in F i g. 2 dargestellten Ausführungsform 35

ist ein in den Gußkörper 1 eingesetztes Stahlrohr 21 Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

ZVr'üiiCiiig aüägcuiiuci, WGuci cm ■ Cii χι ΐΐιιι CiHCiTl

Rohrknie 14 versehen ist und sich mit einem Abschnitt
15 durch die Bohrung 5 hindurch bis in die gegenüberliegende Endausnehmung 8 erstreckt An diesen ersten 40
Stahlrohrteil ist der zweite Stahlrohrteil 21", der lediglich ein Knie 19 und den durch den Ofenpanzer nach
außen ragenden Endabschnitt 12 aufweist, mittels einer
Schweißnaht 22 verbunden, die nach Einpressen bzw.
Einschrumpfen des ersten Stahlrohrteiles 21' in den 45
Gußkörper 1 hergestellt wird. Die Endausnehmungen
sind auch hier mit feuerfester Masse 20 mit guter Wärmeleitfähigkeit verkittet.

In F i g. 3 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei
der das Stahlrohr 23 ebenfalls aus zwei miteinander ver- 50
schweißten Teilen 23', 23" gebildet wird, wobei die beiden Stahlrohrteile 23', 23" jeweils ein Knie 14, 19 und
einen etwa bis zur Hälfte der Längserstreckung 24 des
Gußkörpers 1 ragenden Abschnitt 15 aufweisen. An der
Stelle, an der die Stahlrohrteile 23', 23" aneinandersto- 55
Ben, ist eine die Bohrung 5 kreuzende Querausnehmung
25, die zur Rückseite 11 offen ist, vorgesehen, die es
ermöglicht, eine die Stahlrohrteile 23', 23" verbindende
Schweißnaht 26 nach Einpressen bzw. Einschrumpfen
der Stahlrohrteile 23', 23" vorzusehen. Die Endausneh- 60
mungen 8 sind hier analog wie bei der in F i g. 1 und 2
dargestellten Ausführungsform ebenso wie die Querausnehmung 25 mit feuerfester Masse guter Wärmeleitfähigkeit verkittet

Die in F i g. 4 dargestellte Ausfühningsform weist den 65
Vorteil auf, daß nach dem Einpressen bzw. Einschrumpfen des Stahlrohres 27 keine weiteren Manipulationen
an dem Gußkörper 1, wie z. B. ein Rohrbiegen bzw.

Claims (9)

1 2 gende Endabschnitt (13) des Stahlrohres (10) eben- Patentansprüche: falls etwa rechtwinkelig abgebogen wird, worauf die Endausnehmungen (8) mit feuerfester Masse (20)

1. Kühlplatte aus Gußwerkstoff für metallurgische ausgefüllt werden (F i g. 1).

öfen, insbesondere Hochöfen, mit mindestens einem 5 10. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8 zum Herim insbesondere Hochöfen, mit mindestens einem im stellen einer Kühlplatte nach Anspruch 6, dadurch Inneren eines Gußkörpers angeordneten, von einem gekennzeichnet, daß vorgekrümmte Stahlrohrteile Stahlrohr gebildeten-Kühlmittelkanal, dadurch (21',21"; 23', 23") nach Einsetzen in die 3ohrung (5) gekennzeichnet, daß eine sich von einer im Bereich einer Endausnehmung (8) oder dw Quer-Schmalseitenfläche (6) des Gußkörpers (1) in das In- 10 ausnehmung (23) miteinander verschweißt werden, nere des Gußkörpers (1) erstreckende Bohrung (5) worauf die Endausnehmungen (8) bzw. die Querausvorgesehen ist und in die Bohrung ein mit der Boh- nehmung (25) mit feuerfester Masse (20) ausgefüllt rungswand in Preßverbindung stehendes Stahlrohr werden (F i g. 2,3). (10; 21; 23; 27) eingesetzt ist

2. Kühlplatte nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 15

zeichnet, daß die Preßverbindung zwischen dem

Stahlrohr (10;, 21; 23; 27) und der Bohrungswand des

Gußkörpers (1) als Schrumpfverbindung ausgebildet Die Erfindung betrifft eine Kühlplatte aus Gußwerk-

•^st- stoff für metallurgische öfen, insbesondere Hochöfen,

3. KühlpiStte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch 20 mit mindestens einem im Inneren eines Gußkörpers angekennzeichnet, daß das Stahlrohr (27) als Doppe!- geordneten, von einem Stahlrohr gebildeten Kühlmiimantelrohr ausgebildet ist, wobei ein Außenmantel- telkanal sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung, rohr (30) des Stahlrohres an einem Ende (28) mit Zur Kühlung moderner Hochöfen ist es bekannt, im einem Boden (29) geschlossen ist, der an einer Bereich von Herd, Rast, Kohlensack und Schacht Kühl-Schmalseitenfläche (7) des Gußkörpers (1) liegt, die 25 platten aus Gußeisen an der Innenseite der Ofenpanzeder Schmalseitenfläche (6), von der die Bohrung (5) rung zu befestigen. Gegen den Ofeninnenraum sind die ausgeht, gegenüberliegt, und daß ein Innenmantel- Kühlplatten durch eine feuerfeste Auskleidung abgerohr (31) im Abstand (33) vor dem Boden (29) des deckt In den Kühlplatten sind Kühlmittelkanäle vorge-Außenmantelrohres (30) endet (F i g. 4). sehen, die durch die Ofenpanzerung nach außen führen

4. Kühlplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch 30 und an einen Kühlmittelkreislauf angeschlossen sind, gekennzeichnet, daß sich die Bohrung (5) durch den Um die Dichtheit der in der gußeisernen Kühlplatte ganzen Gußkörper von einer Schmalseitenfläche (6) vorgesehenen Kühlmittelkanäle sicherzustellen, ist es zur gegenüberliegenden Schmalseitenfläche (7) hin- bekannt, die Kühlmittelkanäle durch Stahlrohre zu bildurcherstreckt und an den Schmalseitenflächen (6,7) den, die beim Gießen der Kühlplatten in diese eingelegt des Gußkörpers jeweils in eine tm Rohrknie (14,19) 35 werden.

des Stahlrohres (10: 21: 23) aufnehmende Endaus- Es hat sich gezeigt, daß es infolge von Wärmespan-

nehmung (8) übergeht, die mit einer feuerfesten nungen zwischen dem Gußkörper der Kühlplatten und

Masse (20) gefüllt ist (F i g. 1 bis 3). den Stahlrohren und infolge von Korrosion zur Entste-

5. Kühlplatte nach Anspruch 1 oder 2 oder 4, da- hung von Undichtheiten kommen t^nn, wodurch das durch gekennzeichnet daß an der Rückseite (11) des 40 Kühlmittel in den Ofenraum gelangen bzw. Ofengas in Gußkörpers eine die Bohrung (5) kreuzende Quer- die Kühlmittelkanäle eintreten kann. Der betreffende ausnehmung (25) angeordnet ist, die mit feuerfester Kühlmittelkanal muß, da ein Auswechseln der an der Masse (20) ausgefüllt ist (F i g. 3). Ofeninnenseite angeordneten Kühlplatten während des

6. Kühlplatte nach Anspruch 4 oder 5, dadurch Hochofenbetriebes nicht möglich ist stillgelegt werden, gekennzeichnet daß das Stahlrohr (21; 23) aus zwei 45 Durch diese Maßnahme wird die Ofenkühlung ungleichmiteinander verschweißten Stahlrohrteilen (21', 21"; mäßig, was sich insbesondere dann nachteilig auswirkt 23', 23") gebildet ist, wobei die die Stahlrohrteile wenn Undichtheiten bei mehreren nebeneinanderlieverbindende Schweißnaht (22; 26) in dem Bereich genden Kühlmittelkanälen auftreten. Es kann durch einer Endausnehmung (8) oder der Querausneh- Hitzeeinwirkung zu einer Zerstörung der Kühlplatten mung (25) angeordnet ist (F i g. 2,3). 50 und des Ofenpanzers kommen, was eine Stillegung des

7. Verfahren zum Herstellen einer aus Gußeisen Hochofens zur Folge hat

gegossenen Kühlplatte nach den Ansprüchen 1 bis 6, \us der DE-A - 21 27 448 ist es bekannt, die Kühl-

dadurch gekennzeichnet, daß in eine gegossene mittelkanäle durch Doppelröhren zu bilden, die beim

Gußplatte (1) mindestens eine sich von einer Gießen der Kühlplatten in diese eingelegt werden, wo-Schmalseitenfläche (6) derselben in das Innere des 55 bei die Enden der Doppelröhren aus dem Gußwerkstoff

Gußkörpers erstreckende zylindrische Ausnehmung herausragen. Das Eingießen von Doppelröhren verhin-

(5) ausgebohrt wird, in die ein Stahlrohr (10; 21; 23; dert ebenfalls nicht Aufkohlungen des äußeren Rohres

27) mit einem den Durchmesser (18) der Bohrung (5) einer Doppelröhre bzw. Wärmespannungen zwischen

bei Betriebstemperatur der Kühlplatte übersteigen- dem Gußkörper und der Doppelröhre. Weiters ist die den Außendurchmesser (17) eingesetzt wird. 60 Herstellung einer Doppelröhre aufwendig und durch

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekenn- den Eingießvorgang die Vermeidung einer Spaltbildung zeichnet, daß das Stahlrohr (10; 21; 23; 27) in die zwischen dem Außen- und Innenrohr der Doppelröhre, Bohrung (5) eingeschrumpft wird. die einem einwandfreien Wärmeübergang entgegen-

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch steht, nur sehr schwer möglich.

gekennzeichnet, daß das Stahlrohr (10) vor dem Ein- 65 Um die Festigkeit der Stahlrohre zu erhalten und um

setzen in die Bohrung (5) an einem Endabschnitt (12) durch Verschweißen der Stahlrohre mit dem Gußeisen

im etwa rechten Winkel abgebogen wird und daß entstehende Spannungen zu vermeiden, ist es bekannt

nach Einsetzen in die Bohrung (5) der gegenüberlie- (DE-A 21 28 827), die Rohre vor dem Eingießen in den