DE2804544B2 - Kühlplatte für einen Hüttenwerksofen, insbesondere Hochofen - Google Patents
Kühlplatte für einen Hüttenwerksofen, insbesondere HochofenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Kühlplatte für einen Hüttenwerksofen, insbesondere Hochofen, aus Gußeisen mit für die Aufnahme des Kühlmittels eingegossenen Rohren aus Stahl und einem, zwischen den Rohren
und dem GuOkörper der Kühlplatte befindlichen, die
Rohre einhüllenden Mantel aus einer oder mehreren Schichten.
Kühlplatten dieser Art sind dem Panzer eines Hüttenwerksofens, insbesondere eines Hochofens, dem
Ofeninneren zu vorgelagert und schützen ihn gegen die durch das feuerfeste Ofenfutter nach außen pbfließende
Wärme. Hierzu sind in die gußeisernen Kühlplalten vertikal aufsteigende Rohre eingegossen, die das
Kühlmittel /ur Abfuhr des aus dem Ofen abfließenden
Wärmestromes führen. Zur Erhaltung der Widerstandsfähigkeit der das Kühlmittel führenden Rohre muß der
Rohrwerkstoff gegen die aufkohlende Wirkung des während des Gießvorganges mit iohen Temperaturen
das Rohr umgebenden Gußeisens geschützt werden. Dazu ist es bekannt, zwischen den Rohren und dem
Gußkörper der Kühlplatte einen die Rohre eii hüllenden Mantel aus einer keramischen Masse vorzusehen, die
aus einem Gemisch von Siliziumdioxid und Dimethylpolysiloxan besteht (DE-OS 2128 827). Als weitere
Basisstoffe sind Aluminiumoxid, Titanoxid und Zirkonoxid schon verwendet worden.
Im praktischen Einsatz der Kühlplatten, deren eingegossene Stahlrohre mit einer keramischen Umhüllung versehen waren, hat sich herausgestellt, daß dieser
Schutz nicht immer ausreichend ist Risse in der Beschichtung, die sich bei der plötzlichen Erwärmung
beim Gießen infolge der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Stahlrohr und keramischer
Schicht bilden können, führen an diesen Stellen zu einer Aufkohlung des Stahlrohres und damit zu einer
Herabsetzung der Duktilität Dies wirkt sich besonders nachteilig in den gekrümmten, mechanisch hoch
beanspruchten Rohrteilen aus.
Ferner läßt sich nicht ausschließen, daß die durch Anstrich oder Spritzen aufgebrachten keramischen
Schichten feinste Hohlräume und Luftkissen enthalten, die den Wärmeübergang durch Luftspaltbildung nachteilig beeinflussen.
Die Abführung der auf die heiße Seite der Kühlplatte aufgebrachten Wärmemenge durch die Platte in die
Kühlrohre ist aber für die Haltbarkeit der Platte entscheidend. Eine zu langsame Ableitung der Wärme
kann zu einem vorzeitigen Verschleiß der Platte und eventuell zu einem Bruch des durch Aufkohlung in
seiner Zähigkeit geminderten Stahlrohres führen. Der optimalen Wärmeableitung steht die Dicke der
schlechter-leitendcn keramischen Umhüllung der Rohre in Verbindung mit dem Luftspalt entgegen.
Zur Erzielung einer hohen Kühlleistung der Kühlplatten ist schon vorgeschlagen worden, ein Doppelrohr in
den Kühlkörper einzugießen. Auftretende Wärmespannungen, Ermüdungserscheinungen, Rißbildungen und
dergl. breiten sich nur im Außenrohr aus, während das Innenrohr davon unbeeinflußt bleibt und eine ausreichende mechanische Festigkeit behält (DE-OS
21 27 448).
Bei Versuchen zur Verbesserung des Wärmeflusses von der Kühlplatte an das Rohr und zur Verhinderung
der Aufkohlung der Rohre beim Eingießen in den Gußkörper sind bereits mehrere, nicht näher beschriebene Werkstoffe für Schutzbeläge über die Kühlrohre
erprobt worden (»Stahl und Eisen« 1974, Seite 402, linke Spalte, 2. Absatz).
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kühlplatte für einen Hüttenwerksofen, insbesondere einem Hochofen,
mit einer guten Wärmeableitung aus dem Gußeisenkörper in die Stahlrohre durch verbesserte Wärmeüberßangszahl zu schaffen, eine Aufkohlung aus dem
umgossenen Gußeisen in die Stahlrohre weitgehend zu verhindern und außerdem auf die Duktilität der
eingegossenen Stahlrohre verbessernd einzuwirken.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einer Kühlplatte, in der der die Rohre einhüllende Mantel aus
einer ersten, (obligaten) direkt auf die Rohraußenwand aufgebrachten Schicht aus einem karbidstabilisierenden
Metall und einer weiteren darauf abgeschiedenen Schicht aus einem thermisch widerstandsfähigen Metall-
oxid oder einer Mischung von diesen Metalloxiden und einer Metallegierung oder einem weiteren Metall bzw.
einer Metall-Legierung besteht.
Die Aufkohlung des Stahlrohres beim Umgießen mit Gußeisen wird verhindert, wenn die erste, direkt auf die
RohrauQenwand aufgebrachte Schicht aus einem der Metalle Cr, Mo1 V, W, Ti, Zr, Nb, Ta, die der Gruppe der
karbidstabilisierenden Metalle zugehören, aufgebracht wird. Diese Metalle besitzen eine hohe Affinität zum
Kohlenstoff, d.h. ihre freie Bildungsenthalpie reicht
gegenüber Fe3C tief in den negativen Bereich.
Hierdurch wird an der Rerührungsebene zwischen Guß-
und Metallschicht eine Abblockung des Kohlenstoffes erreicht
Die gleiche Wirkung wird erzielt, wenn die Schicht aus eraer Legierung einzelner oder mehrerer der
Metalle besteht. Die Metalle können durch Flammspritzen, Plasmaspritzen, elektrolytische Abscheidung oder
andere bekannte Verfahren auf daü Rohr aufgebracht werden. Die Schichtstärke beträgt vorzugsweise 0,10—
0,20 mm.
Eine metallische Verbindung zwischen dem Gußkörper und dem Stahlrohr wird verhindert, wenn auf die
zuerst aufgetragene Schicht aus einem karbidstabilisierenden Metall, z. B. Chrom, eine zweite Schicht aus
einem thermisch widerstandsfähigen Metalloxid oder Oxidgemischen oder einer Mischung von Metalloxiden
und einer Metallegierung besteht Vorzugsweise besteht die zweite Schicht aus Aluminiumoxid AI2O3, Titanoxid
T1O2, Zirkonoxid ZrO2 oder einer Mischung aus AhOi
und TiO2 und einer Nickellegierung.
Der Auftrag der Metalloxide kann durch Flammspritzen, Naßspritzen, Plasmaspritzen oder andere bekannte
Verfahren erfolgen.
Da durch die zuerst aufgebrachte Chromschicht die Rohraufkohlung vermieden wird, genügt für den
keramischen oder mischkeramischen Überzug eine Schichtstärke von 0,1 —0,2 mm. Der mögliche Luftspalt
zwischen Rohr und Gußplatte wird im Vergleich zu der bisher üblichen keramischen Beschichtung auf ein -to
Kleinstmaß reduziert und damit der Wärmeübergang von dem Gußkörper auf die vom Kühlmittel durchströmten
Stahlrohre wesentlich verbessert
Eine e-ste, auf die Stahlrohre e jfgebrachte Chromschicht
verhindert nicht nur die Aufkohlung derselben, sondern es tritt außerdem eine Entkohlung der äußeren
Bereiche der Stahlrohre ein, d. h. es wird eine zusätzliche zähe Ferritschicht gebildet. Eine solche
zusätzliche ferritische Schicht in den äußeren Wamdbereichen der Rohre hat den Vorteil, daß z. B. in den
Außenbögen der Krümmer, die bei der bekannten keramischen Beschichtung zu stärkerer Aufkohlung
neigen und die während des Betriebes der Kühlplatte mechanisch besonders hoch beansprucht werden, ein
zusätzlicher Schutz gegen Risse durch die verbesserte Duktilität der Rohre erreicht wird.
Die Umhüllung der Stahlrohre kann auch so aufgebaut sein, daß die erste karbidstabilisierende
metallische Schicht und eine weitere Schicht nur auf die Krümmer der Rohre aufgebracht, die geraden Rohrstücke
dagegen mit einer Beschichtung aus stabilen Metalloxiden umhüllt werden. Der Vorteil einer
derartigen Beschichtung liegt darin, daß bei den Krümmern der erfahrungsgemäß vermehrt auftretenden
Aufkohlung beim Gießen wirksam begegnet wird und daß die geraden Rohrabschnitte mit Hilfe von
Vorrichtungen mit einer gleichmäßigen Umhüllung versehen werden können. Da für diese Bereiche die
Schichtstärke an der unteren Grenze ausreichend ist, ergibt sich damit ein guter Wärmeübergang und
zugleich eine Kosteneinsparung.
Eine weitere Verbesserung der Wärmeabführung von der heißen Seite der Kühlplatte wird erreicht wenn der
metallische Kontakt zwischen dem Gußkörper und den Rohren durch die keramische Schicht nicht unterbrochen
wird. Bei der Umhüllung det äohre mit nur einer
Schicht Chrom wird beim Gieße» ein Teil des aufgebrachten Metalls vom Gußeisen aufgenommen,
wobei sich ledeburitische, d. h. spröde Zonen am das Rohr bilden.
Die Diffusion von Chrom in das Gußeisen wird ausgeschlossen, wenn die erste, direkt auf die Rohraußenwand
aufgebrachte Schicht aus Chrom und die zweite Schicht aus Eisen besteht Anstelle des Eisens
kann die zweite Schicht auch aus anderen Metallen gebildet werden. Es ist vorteilhaft für die zweite Schicht
Nickel oder eine Nickel-Legierung zu verwenden, das der Bildung ledeburitischem Gefüges im Gußeisen
entgegenwirkt und außerdem eine kohlenstoffdämmende Wirkung hat
Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im einzelnen zeigt
Fig. 1 einen Querschnitt der Kühlplatte mit eingegossenem Stahlrohr
Fig.2 eine Draufsicht auf die Kühlplatte auf der
Rohranschlußseite
F i g. 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1.
Die Kühlplatte besteht aus einem Gußeisenkörper 1 der auf der dem Ofeninneren zugewandten Seite
zumeist Aussparungen 2 für die Aufnahme feuerfester Steine hat. In den Gußeisenkörper 1 sind Stahlrohre 3
eingegossen, deren Enden 4 auf der den Aussparungen 2 gegenüberliegenden Seite aus dem Gußeisenkörper
herausgeführt sind.
Die Stahlrohre 3 sind von einem aus einer oder mehreren Schichten 6 und 7 bestehenden Mantel 5
eingehüllt, der die Rohrwand von dem sie umgebenden Gußeisenkörper 1 trennt. Die erste, direkt auf die
?.oh. außenwand aufgebrachte Schicht 6 besteht aus einem karbidstabilisierenden Metall, insbesondere
Chrom, Molybdän, Vanadin, Zirkon, Titan oder deren Legierungen. Auf diese erste Schicht 6 ist die zweite
Schicht 7 aus thermisch widerstandsfähigem Metalloxid oder deren Gemische aufgetragen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Kühlplatte für einen Hüttenwerksofen, insbesondere Hochofen, aus Gußeisen mit für die
Aufnahme des Kühlmittels eingegossenen Rohren s aus Stahl und einem zwischen den Rohren und dem
Gußkörper der Kühlplatte befindlichen, die Rohre einhüllenden Mantel aus einer oder mehreren
Schichten, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, direkt auf die Rohraußenwand aufgebrach- ι ο
te Schicht (6) aus einem karbidstabilisierenden Metall und eine weitere darauf abgeschiedene
Schicht (7) aus einem thermisch widerstandsfähigen Metalloxid oder einer Mischung von diesen Metalloxiden und einer Metall-Legierung oder einem
weiteren Metall bzw. einer Metall-Legierung besteht.
2. Kühlnlatten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, direkt auf die Rohraußenwand aufgebrachte Schicht (6) aus einem der Metalle
Cr, Mo, V, W, Ti, Zr, Nb, Ta oder einer Legierung einzelner oder mehrerer der Metalle besteht
3. Kühlplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht (7) aus Aluminiumoxid AbOj, Titanoxid TiO2, Zirkonoxid ZrO2 oder
einer Mischung aus Al2Oj, TiO2 und einer Nickellegierung besteht.
4. Kühlplatte nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, direkt auf die Rohraußenwand aufgeorachte Schicht (6) aus Chrom und die
zweite Schicht (7) au?, Eisen Lesteht.
5. Kühlplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, direk auf die Rohraußenwand aufgebrachte Schicht (6) aus Chrom und die
zweite Schicht (7) aus Nickel oder einer Nickellegierung besteht.
6. Kühlplatte nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Schichten (6 und 7)
des die Rohre einhüllenden Mantels (5) durch Flammspritzen, Plasmaspritzen oder elektrolytische
Abscheidung, die oxidischen Schichten (7) durch Naßspritzen, Flammspritzen, Plasmaspritzen oder
andere bekannte Verfahren auf das Rohr aufgebracht sind.
7. Kühlplatte nach Anspruch I, dadurch gekenn- « zeichnet, daß die erste karbidstabilisierende metallische Schicht (6) und die weitere Schicht (7) nur auf
die Krümmer der Rohre aufgebracht, die geraden Rohrstücke dagegen mit einer Beschichtung aus
stabilen Metalloxiden umhüllt sind. r>n
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