RUNNER FOR A SHAFT FURNACE

Abstract: 1. Tapping spout for a shaft furnace, especially for a blast furnace producing pig iron, including a trough (1) provided with a refractory lining for leading the liquid metal, provided with hollow cooling elements (4) including connecting pipes (34) for supplying cooling water and discharging same, the refractory lining consisting of an inner lining (5) and an outer lining, characterized by the cooling element being arranged within the inner lining (5) adjacent the outer lining (6), and by sensors (10, 27) capable for measuring the rise of temperature caused by working in the trough, and connected to a control circuit for shutting off the main water supply pipe (12) by magnetic valves (23, 25) outside of the trough in case of the temperature or the temperature rise exceeding a given maximum value, and connecting the connecting pipes (34) for supplying to a main air pressure pipe (19) whereas changing over by magnetic valves (24, 26) the discharging pipes from a main discharge water pipe (13) to a main discharge air pipe (20) thus the pressurized air flowing through the cooling elements (4) taking over further the abduction of heat.

Description: Abstichrinne für einen Schachtofen Die Erfindung bezieht sich auf einen Schachtofen, insbesondere Hochofen, für die Erzeugung von Roheisen, bestehend aus einem Trog mit einer feuerfesten, das flüssige Metall führenden Auskleidung. Derartige Abstichrinnen sind im Prinzip bekannt, beispielsweise aus der DE-PS 28 36 123. Sie bestehen im wesentlichen aus einem metallischen Trog mit einer darin angeordneten feuerfesten, die Schmelze führenden Auskleidung. In der Praxis haben sich dabei Rinnenauskleidungen durchgesetzt, die zunächst dem metallischen Trog zugeordnet ein aus feuerfesten Steinen gebildetes Dauerfutter und zur Führung des flüssigen Metalles ein aus einer feuerfesten Masse bestehendes Verschleissfutter aufweisen. Bei modernen Grosshochöfen mit Abstichmengen von mehreren tausend Tonnen Roheisen pro Tag ist die Rinne starken thermischen Belastungen ausgesetzt. Entsprechend hoch ist der Verschleiss an Feuerfestmaterial. Betrachtet man das Verhältnis von Abstichzeit (also Benutzungszeit der Rinne, in der Roheisen durch die Rinne fliesst) im Verhältnis zur Ruhezeit (also Zeit zwischen den Abstichen), so ist heute die Benutzungszeit der Rinne grösser als die Ruhezeit. Entsprechend gering ist die verbleibende Zeit für Reparaturarbeiten am Feuerfestmaterial einer Abstichrinne. Hinzu kommt, dass grössere Bereiche der Rinne mit flüssigem Sumpf betrieben werden, d. h., dass in diesem Bereich die Rinne ständig, also auch in den Pausen zwischen den Abstichen, mit Roheisen gefüllt ist. Dem Reparaturaufwand hat man bisher durch Entwicklung neuer Feuerfestmaterialien zu begeg nen versucht, ohne jedoch eine gewünschte, hinreichend lange Standzeit zu erreichen. Andererseits ist mit dem hohen Staub- und Rauchanfall beim Abstich derartiger Ufen eine erhebliche Umweltbelastung verbunden. Durch Abdeckung der Rinnen und Anschluss an ein Absauge- und Entstaubungssystem wird die visuelle Beobachtung und Kontrolle des Verschleisses des Feuer festmaterials der Rinne immer schwieriger. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, die sowohl die Standzeit des Feuerfestmaterials zu erhöhen in der Lage ist und die gleichzeitig eine Kontrolle des Verschleisses des Rinnenfutters erlaubt. Dabei soll insbesondere die Betriebssicherheit gewährleistet sein. Diese Aufgabenstellung wird daher durch die Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen gekennzeichnet ist, gelöst. Somit wird erfindungsgemäss nicht nur ein unter der Einwirkung flüssigen Metalls stehendes feuerfestes Futter mittels von Wasser durchflossenen Kühlelementen versehen, sondern angesichts der erheblichen Gefährdung, welches sich bei einer Störung im Hinblick auf austretendes Wasser ergeben würden, eine Lösung vorgeschlagen, die dieses Problem dadurch behebt , dass für den genannten Störungsfall von einer Wasserkühlung auf eine Luftkühlung umgeschaltet wird. Wesentlich hierbei ist, dass die betriebliche Störung durch die die Temperatur messende Sensoren genügend frühzeitig erkannt wird, so dass die entsprechenden Magnetventile mittels der Steuerschaltung betätigt werden können. Ein besonders wirkungsvoller Wärmeentzug ergibt sich bei Anordnung der Kühlelemente parallel zu den Ebenen der Seitenwände des Troges; die Kühlelemente, die vorteilhaft von Platten begrenzt sind, liegen dann mit letzteren etwa senkrecht zur Wärmeflussrichtung. Die Kühlelemente können allerdings auch aus Rohrschlangen bestehen, die in entsprechender Bündelanordnung eine grossflächige Wärmeaufnahme ermöglichen. Bei dem aus der einleitend genannten Druckschrift bekannt gewesenen, aus Metall bestehenden Trog mit sich an die äusseren Seitenwände anschliessendem Dauerfutter und dem inneren Verschleissfutter wird die Anordnung der Kühlelemente erfindungsgemäss so getroffen, dass sie innerhalb des Verschleissfutters in Nähe des Dauerfutters liegen. Man kann auf diese Weise das Dauerfutter erhalten und eine Erneuerung des Ver schl eissfutters rechtzeitig vornehmen. Besonders vorteilhaft ist die Anordnung einer zwischen den Kühlementen und dem Verschleissfutter bestehenden Schicht aus feuerfestem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, die grösser als diejenige des Dauerfutters und des Verschleissfutters ist. Zweckmässig wird eine derartige Schicht aus Graphitsteinen ausgeführt. Die Einwirkung der Kühlelemente auf das Verschleissfutter ist in diesem Falle besonders günstig, weil die genannte Schicht einen starken Wärmeentzug ermöglicht, und weil sie ausserdem durch die Schicht geschützt sind. Für die Temperaturmessung lassen sich vorteilhaft Thermoelemente an einer Kupferplatte anbringen, die wengistens ein Kühlelement überdeckt und im Verschleissfutter in Nähe der Kühlelemente zu letzteren parallel liegt. Man kann somit die für den Wärmeempfang massgebliche Fläche um ein Vielfaches gegenüber der Anordnung vereinzelter Thermoelemente vergrössern. Damit werden auch örtlich begrenzte Temperaturerhöhungen, wie sie beispielsweise beim Eindringen von flüssigem Roheisen in Spalten möglich sind, zuverlässig erkannt. Dem Anschluss der Kühlemente an Stichleitungen für die Hauptleitungen des Wasserzulaufs und des Wasserrücklaufs dienen mit Vorteil noch zusätzliche Ventile. Gleichfalls sind verzweigt angeordnete Ventile für den Anschluss der Kühlelemente an Stichleitungen der Hauptleitungen für die Druckluft und für die Abluft vorgesehen. Diese zusätzlichen Ventile ermöglichen es, jedes Kühlement wahlweise an einen Wasserkreislauf oder an einen Druckluftkreislauf anzuschliessen, sofern die entsprechenden Magnetventile für die zugehörigen Hauptleitungen geöffnet sind. Damit kann bei lokalisiertem voreilendem Verschleiss die optimale Kühlwirkung erzielt werden. Eine weitere thermische Oberwachung lässt sich an den eintrittsseitigen Rohrleitungsanschlüssen durch Widerstandsthermometer vornehmen. Diese Oberwachung wird noch durch Strömungswächter ergänzt. Sowohl die thermische überwachung als auch die Strömungsüberwachung werden dann zusätzlich an die Steuerschaltung angeschlossen, so dass eine entsprechende Umschaltung auch dann erfolgt, wenn sich in der Kühlwasserversorgung Störungen ergeben. Im übrigen werden die Thermoelemente der sich im feuerfesten Futter befindlichen Kupferplatte über Grenzwertschalter, die einerseits auf maximale Temperaturdifferenzen und weiterhin aber auch auf maximale Temperaturänderungsgeschwindigkeiten einstellbar sind, auf die Steuerschaltung zur Ansteuerung der Magnetventile geschaltet. In diesem Falle ist ein unmittelbarer Anschluss auf ein Relais der genannten Steuerschaltung möglich. Eine weitere Verbesserung der Uberwachung ergibt sich dadurch,däss in den Wasser führenden Hauptleitungen noch zusätzliche Mengenmesser angeordnet werden. Zur weiteren Veranschaulichung der Erfindung wird auf die sich auf Ausführungsbeispiele beziehenden Zeichnungen Bezug genommen. Darin zeigen: Figur 1 einen ausschnittweisen Querschnitt durch die erfindungs gemässe Abstichrinne, Figur 2 einen Leitungsplan für die Kühlung der erfindungs gemässen Rinne, Figur 3 einen Signalflussplan für den Betrieb der erfindungs gemässen Abstichrinne u n d Figur 4 eine abgewandelte Ausführungsform, gleichfalls im ausschnittweisen Querschnitt, der erfindungs gemässen Rinne. Figur 1 zeigt den Querschnitt der von den eisernen Bodenplatten 2 und Seitenwänden 3 gebildeten, trogförmigen Rinne 1. Innenseitig ist die Rinne mit aus dem aus feuerfesten Steinen bestehenden Dauerfutter 6 ausgekleidet, welchem sich das aus feuerfester Stampfmasse bestehende Verschleissfutter 5 anschliesst. Das flüssige Roheisen 30 füllt den Durchschnittsquerschnitt weitgehend aus und beaufschlagt das Feuerfestmaterial nahezu im gesamten Innenbereich. Im Beajfschlagungsbereich sind zwischen dem Verschleissfutter 5 und dem Dauerfutter 6 Kühlelemente 4 vorgesehen, die über Anschlussrohrleitungen 34 mit einem Kühlmittel, also normalerweise mit Kühlwaserwbeaufschlag- bar sind. Das Kühlmittel wird über weitere Anschlussleitungen 34 aboeführt. Die Kühlelemente 4 liegen mit wenigstens einem Teil ihrer Oberfläche einseitig am Dauerfutter 6 an, während ihre andere Seite dem Verschleissfutter 5 zugewandt ist. Zwischen letzterem und den Kühlelementen erkennt man die Schicht 7 aus Graphitsteinen. Unterhalb der Kühlelemente sind noch Auffangrinnen 8 angeordnet, die mit einem Rohrstück 9 versehen sind, welche das Dauerfutter 6 und die Seitenwand durchdringt und für den Notfall austretendes Leckwasser abzuleiten gestattet. Bei normaler Betriebsweise ist indes ein Wasseraustritt auch dann ausgeschlossen, wenn infolge einer starken Beschädigung des Verschleissfutters die vorstehend erwähnten Umschaltungen erforderlich werden. Man erkennt weiterhin eine Kupferplatte ll, welche das Kühlelement 4 oben und unten überdeckt. Die Kupferplatte 11 trägt Thermoelemente, von denen das obere mit dem Bezugszeichen 10 versehen ist. Im übrigen verläuft die Kupferplatte ii parallel zur Flächenausdehnung des seinerseits von Platten begrenzten Kühl elementes 4 derart, dass sowohl die Kupferplatte 11 als auch das Kühlelement 4 parallel zur Seitenwand 3 der Abstichrinne und damit etwa senkrecht zur Wärmeflussrichtung verlaufen. Der Leitungsplan gemäss Figur 2 zeigt drei nebeneinander befindliche Kühlelemente 4, wie sie in vertikaler Lage betrieblich inerhalb der Rinne angeordnet sind, so dass die jeweiligen Stichleitungen von oben anschliessbar sind. Die Stichleitungen 14 sind mit der Wasserzuflusshauptleitung 12 und die Stichleitungen 15 mit der Wasserabflusshauptleitung 13 verbunden. Aus Gründen der Obersichtlichkeit sind die weiteren Bezugszeichen der zu jedem der Kühlkästen 4 gehörenden Teile nur bei dem linken Kühl kasten dargestellt. Jede der Stichleitungen 14, 15 führt über ein Ventil 16 zu einer Anschlussrohrleitung 34. Den Stichleitungen 14 für den Wasserzufluss entsprechen Stichleitungen, die über je ein Ventil 17 an die Drucklufthauptleitung 19 anschliessbar sind, und die gleichfalls zu Anschlussrohrleitungen 34 führen. Hingegen entsprechen den Stichleitungen 15 für den Wasserabluss Stichleitungen, die über je ein Ventil 18 an die Ablufthauptleitung 20 anschliessbar sind. Jede der Hauptleitungen für Druckluft 19, Abluft 20, Wasserzufluss 12 und Wasserabluss 13 besitzt ferner ein Magnetventil 23, 24, 25, 26, die in noch zu beschreibender Weise steuerbar sind. In den wasserzuführenden Leitungen zeigen Mengenmesser 31 und Manometer den Wasserdurchfluss an. Im Signalflussplan der Figur 3 sind die Kühlelemente 4 der Einfachheit halber ohne ihre Anschlüsse an die Stichleitungen wiedergegeben. Zur Überwachung der Funktionsfähigkeit der einzelnen Kühlelemente 4 befinden sich in den Anschlussrohrleitugen 34 für den Wasserabfluss Widerstandsthermometer 27 sowie Strömungswächter 29, die beide mit einem Grenzwertschalter 28 verbunden sind. Der Grenzwertschalter 28 ist seinerseits auf ein Relais 22 geschaltet. Die Temperatur der den Kühlementen 4 in Richtung des flüssigen Roheisens vorgelagerten Kupferplatte 11 wird von den Thermoelementen 10 erfasst, die auf einen Grenzwertschalter 21 geschaltet sind, an den das Relais 22 angeschlossen ist. Die Ausgänge des Relais 22 sind zur Ansteuerung der Magnetventile 23, 24, 25 und 26 auf letztere geschaltet. Für den Fall der Umschaltung wird noch der akustische Signalgeber 4D angesteuert. Der laufenden Oberwachung sowohl der von den Thermoelementen 10 als auch der von den Widerstandsthermometern 29 erfassten Temperaturen dienen die Registrierschreiber 38 bzw. 39. Bei der abgewandelten Ausführungsform der Rinne gemäss Figur 4 befindet sich im Verschleissfutter 5 als Kühlelement 4 eine Rohrschlange 32, die aus warmfestem Stahl besteht und in an sich bekannter Weise mit Ankern 33 fixiert ist, so dass eingusdehnung des Gesamtsystems bei Aufheizung kompensierend Rechnung getragen werden kann. An die Rohrschlange 32 schliessen sich Anschlussleitungen 34 an, die durch das Dauerfutter 6, die Seitenwand 3 und die Tragkonstruktion 35 geführt sind. Mit den weiterfühenden Leitungen sind die Anschlussrohrleitungen 34 flexibel in in an sich bekannter Weise über Kompensatoren 36verbunden. Die Betriebsweise der neuen Abstichrinne wird, sofern sie sich nicht bereits aus der bisherigen Beschreibung ergibt, nachstehend näher beschrieben. Im Betrieb können zwei Störungen auftreten, denen die Erfindung Rechnung trägt, nämlich: a) voreilender Verschleiss des feuerfesten Materials vor den Kühlelementen durch Rissbildung oder starke Erosion u n d b) Wassermangel sowie Dampfbildung im Wasserkreislauf. Zu a) Bei einem gleichen gleichmässigen Verschleiss des feuerfesten Materials erhöht sich die Temperatur vor den Kühlkästen annähernd linear. Bei einer schnell verlaufenden Temperaturerhöhung muss mit einem Riss oder dergl. gerechnet werden. Die von den Kupferplatten 11 ausgehenden Thermoelemte 10 führen zum Grenzwertschalter, der auf eine maximale Temperatur von 7000C und auf eine maximale Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von 100"C/min eingestellt ist. Wenn diese Werte überschritten werden, löst das Relais 22 die nachstehenden Schaltungen aus: 1. Die Magnetventile 24 und 25 sperren den Wasservor- und -rücklauf ab; 2. das Magnetventil 23 öffnet die Drucklufthauptleitung 19 und das Ventil 26 und die Ablufthauptleitung 20. Durch die einströmende Druckluft wird das Wasser über letztere herausgebl asen. Bei genau lokalisiertem, voreilendem Verschleiss lassen sich mittels der Absperrventile 16, 17 und 18 Einzel schaltungen vornehmen. Dies geschieht in der Form, dass dann die beiden Ventile 16 des betreffenden Kühl elementes 4 geschlossen und die Ventile 17 und 18 geöffnet werden. Der Betrieb der restlichen Kühlelemente wird dann nicht beeinträchtigt. Die Ventile 24 und 25 bleiben indes in diesem Falle geöffnet. Zu b) Den Wassermangel im Kühlkreislauf zeigen sowohl die Strömungswächter 29 als auch die Widerstandsthermometer 27 an. Beim Unterschreiten einer am Strömungswächter 29 einstellbaren Wassermindestmenge bzw. beim Oberschreiten der demgemässen Temperatur werden aus Sicherheitsgründen diejenigen Vorgänge ausgelöst, wie sie unter a) beschrieben sind. In jedem Falle kann durch Verdampfung von Restwassermengen ein erhöhter Innendruck auftreten. Zu dessen Ableitung zeigt Figur 2 das Sicherheitsventil 37, welches beispielsweise auf einen Druck von 6 bar eingestellt ist, so dass der Dampf bei Oberschreiten dieses Druckes entweichen kann.

Claims: Patentansprüche: 1. Abstichrinne für einen Schachtofen, insbesondere Hochofen, für die Erzeugung von Roheisen, bestehend aus einem Trog mit einer feuerfesten, das flüssige Metall führenden Auskleidung, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der feuerfesten Auskleidung (5, 6) hohle Kühlele mente (4) mit Anschlussrohrleitungen (34) für den Zu- und Abfluss von Kühlwasser vorgesehen sind, und dass ein durch die Betriebs weise der Abstichrinne hervorgerufener Temperaturanstieg inner halb der Rinne einer Oberwachungsmessung mittels Sensoren (10, 27) unterliegt, die an eine Steuerschaltung angeschlossen sind, welche bei überschreiten eines vorgegebenen Höchstwertes der Temperatur oder der Temperaturanstiegsgeschwindigkeit über Mag netventile (23, 25) ausserhalb der Abstichrinne (1) die Wasserzu flusshauptleitung (12) abschaltet und die Anschlussrohrleitungen (34) an eine Drucklufthauptleitung (19) anschliesst, während die Anschlussrohrleitungen für den Abfluss mittels Magnetventilen (24, 26) eine Umschaltung von einer Wasserabflusshauptleitung (13) zu einer Ablufthauptleitung (20) erfahren, so dass die die Kühlele mente (4) durchströmende Druckluft die weitere Wärmeabfuhr über nimmt. 2. Abstichrinne nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlelemente (4) von Platten begrenzt sind, deren Ebenen etwa senkrecht zur Wärmeflussrichtung und parallel zu den Seiten wänden (3) des Troges liegen. 3. Abstichrinne nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlelemente (4) als Rohrschlangen (32) ausgeführt sind. 4. Abstichrinne nach den Patentansprüchen 1 bis 3, wobei der Trog aus Metall bestehende, äussere Seitenwände, ein sich daran anschliessendes Dauerfutter und ein inneres Verschleissfutter auf weist, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kühlelemente (4) innerhalb des Verschleissfutters (5) in Nähe des Dauerfutters (6) befinden. 5. Abstichrinne nach den Patentansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Kühlelementen (4) und dem Verschleissfutter (5) eine Schicht (7) aus feuerfestem Material mit einer Wärmeleit fähigkeit angeordnet ist, die grösser als diejenige des Dauerfut ters und des Verschleissfutters (5) ist. 6. Abstichrinne nach den Patentansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit Thermo-Elementen (10) versehene Kupferplatte (11), die wenigstens ein Kühlelement (4) überdeckt, im Verschleissfut ter (5) in Nähe der Kühlkästen (4) parallel zu letzteren ange ordnet ist. 7. Abstichrinne nach den Patentansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussrohrleitungen (34) für den Zufluss über ein Ven til (16) mit den Stichleitungen (14) der Wasserzuflusshauptlei tung (12) verbunden sind, und dass die Anschlussrohrleitungen (34) für den Abfluss über je ein Ventil (16) an die Stichleitungen (15) der Wasserrücklaufhauptleitung (13) angeschlossen sind, und dass die Anschlussrohrleitungen (34) für den Zufluss weiterhin über je ein Ventil (17) an die Stichleitungen der Druckluft hauptleitung (19) und die Anschlussrohrleitungen (34) für den Ab fluss über je ein Ventil (18) an die Stichleitungen der Abluft hauptleitung (20) angeschlossen sind. 8. Abstichrinne nach den Patentansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass für die eintrittseitigen Rohrleitungsanschlüsse (34) der Kühlelemente (4) Widerstandsthermometer (27) und Strömungswäch ter (29) vorgesehen sind, die beide an die Steuerschaltung (22, 28) angeschlossen sind. 9. Abstichrinne nach den Patentansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermo-Elemente (10) und die Kupferplatte (11) über Grenzwertschalter (21), die auf maximale Themperaturdifferenzen und auf maximale Temperaturänderungsgeschwindigkeiten einstell bar sind, auf ein Relais (22) für die Steuerung der Magnetventi le (23, 24, 25, 26) geschaltet sind. 10. Abstichrinne nach den Patentansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in den wasserführenden Hauptleitungen (12, 13) Mengenmesser (31) eingebaut sind.

Inventors: BRIELER, WILFRIED, PFROTSCHNER, GERD, DIPL.-ING., RUTHER, HORST-PETER, DIPL.-ING., STASIUS, JOCHEM, TRAGER, FRIEDRICH, DIPL.-ING., Pfrötschner, Gerd, Dipl.-Ing., Rüther, Horst-Peter, Dipl.-Ing., Träger, Friedrich, Dipl.-Ing.
Applicants: BETRIEBSFORSCHUNGSINSTITUT VDEH INSTITUT FUR ANGEWANDTE FORSCHUNG GMBH, MANNESMANN AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1984
Main classification: C21B7
IPC codes: C21B7, F27B1