EP0030298A2 - Verfahren zum Bau von Kühlern für metallurgische Öfen - Google Patents

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EP0030298A2
EP0030298A2 EP80107198A EP80107198A EP0030298A2 EP 0030298 A2 EP0030298 A2 EP 0030298A2 EP 80107198 A EP80107198 A EP 80107198A EP 80107198 A EP80107198 A EP 80107198A EP 0030298 A2 EP0030298 A2 EP 0030298A2
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EP
European Patent Office
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casting
cooling
chilling
metallurgical furnaces
feal
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Withdrawn
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EP80107198A
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English (en)
French (fr)
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EP0030298A3 (de
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Adam Gierek
Leszek Krol
Lech Bajka
Ireneusz Janikowski
Stanislaw Bednarczyk
Eugeniusz Krzemien
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Politechnika Slaska im Wincentego Pstrowskiego
Original Assignee
Politechnika Slaska im Wincentego Pstrowskiego
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B7/00—Blast furnaces
    • C21B7/10—Cooling; Devices therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D1/00—Casings; Linings; Walls; Roofs
    • F27D1/12—Casings; Linings; Walls; Roofs incorporating cooling arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D9/00—Cooling of furnaces or of charges therein
    • F27D2009/0002—Cooling of furnaces
    • F27D2009/0045—Cooling of furnaces the cooling medium passing a block, e.g. metallic
    • F27D2009/0048—Cooling of furnaces the cooling medium passing a block, e.g. metallic incorporating conduits for the medium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D9/00—Cooling of furnaces or of charges therein
    • F27D2009/0002—Cooling of furnaces
    • F27D2009/0051—Cooling of furnaces comprising use of studs to transfer heat or retain the liner

Definitions

  • the invention relates to a method of building coolers for metallurgical furnaces, which coolers take advantage of the ability of intensive heat dissipation from the furnace walls.
  • a method for the construction of coolers for metallurgical furnaces is already known, in which cooling water pipes made of steel, which are mounted in the cooling box body, are first covered with a protective layer of ceramic mass and then cast with appropriate gray or steel castings.
  • a cooler is also known in which the pipe coil (cooling water pipes) is not covered with a protective layer.
  • the application of the pipes coated with ceramic mass has the task of protecting the pipe from carburizing and melting when the mold is cast with liquid cast iron.
  • the layer of ceramic mass causes a discontinuity between the body and the line, which subsequently complicates the heat flow considerably or completely interrupts.
  • the layer also protects the low carbon steel tube from carburization due to carbon diffusion from the body during operation. The carburization causes a reduction in the plasticity of the cooling pipes.
  • the plasticity reduction is unevenly distributed over the length and cross-section of the cooling pipe, which is due to the course of carbon diffusion from the body.
  • the pipe wall often melts during casting with molten cast iron, which leads to a local loss of strength or even continuity, or to a local plasticity loss of the pipe.
  • the pipes, which have no ceramic protective layer, are subject to this in addition, in the course of embedding in liquid iron alloy, especially in cast iron, carburizing, this effect also occurring during the operation of the cooler and leading to a reduction in the plasticity of the cooling pipes.
  • a carburized cooling pipe breaks during operation as a result of phase and heat stresses, which creates an unpredictable hazard for the work of a blast furnace. Pipe breaks and loss of continuity are caused by localized carburization and melting and the associated local increase in the stress state.
  • the present invention now aims to avoid the disadvantages existing in current constructive solutions and construction methods of coolers for metallurgical furnaces. This goal is achieved by eliminating the disadvantageous carburization of low-carbon steel pipelines and the melting phenomenon in cooling pipelines. Another important objective of the invention is based on a substantial increase in the heat dissipation capacity of the cooling plate.
  • An essential feature of the invention is that a thin layer of Al-Fe alloy is produced, the structure of which is based on a solid solution of Al in ⁇ Fe and on intermetallic phases within the equilibrium system Al-Fe. to completely convert intermetallic Fe-Al compounds into a solid Al solution in ⁇ Fe or at least to form intermetallic compounds with a small Al content, such as FeAl or FeAl 2 .
  • a conversion of Al-rich Fe-Al compounds, primarily of FeAl 3 phases and of Fe 2 Al 5 into a solid solution with a low Al content, such as EeAl 2 as well as FeAl or Fe 3 Al can be carried out by a suitably prepared process.
  • the diffusion-aluminized cooling pipes arranged in the mold cavity can be embedded in cast iron, and the casting thus formed is then cooled in a controlled manner.
  • a finished cooling plate can be subsequently heat-treated, or dip-aluminized cooling pipes can be subjected to a heat pretreatment.
  • the process for building coolers of the new type begins with the application of an aluminum layer to the outer surface of the steel tube coil in the diffusion process by immersion metallization or in the adhesion process by spray metallization.
  • the coil is to be annealed at a temperature of 850 to 900 ° C, whereby Al diffuses into the Fe base metal.
  • the cooling pipes and the applied aluminum layer are then mechanically processed (eg by blasting) to remove oxide film and other contaminants, and then carefully degreased.
  • Cooling pipeline prepared in this way in the form of a snake is placed in the cavity of a sand or mask shape, or another type of shape, which enables the casting to be cooled in a controlled manner.
  • the casting mold is dried and reheated together with the coil. After the casting mold has been assembled, it is cast with molten cast iron at a temperature in the range from 1350 to 1500 ° C.
  • the casting After the casting has solidified and knocked out of the casting mold, it is subjected to a subsequent heat treatment by annealing at a temperature of 800 to 950 ° C. only if a correspondingly thick one Layer of the solid Al solution in Fe, or the Fe-Al phases of low Al content was not formed.
  • the annealing time is selected for a duration of 1 to 5 hours.
  • the advantage of the new method for the construction of coolers is that the heat dissipation intensity from the walls of metallurgical furnaces is significantly increased and thus the operating parameters are also improved.
  • This solution also increases the reliability of the cooling and eliminates the possibility of a break in the cooling plate, including the cooling pipes, which prevents water from reaching the furnace wall.
  • the steel cooling pipe which is formed in the form of a flat coil, is prepared in accordance with known methods for the surface treatment of Fe-C alloys for aluminizing in the dipping process.
  • the aluminizing is carried out in a bath made of Al or Al alloys, the proportion of which normally does not exceed 10%.
  • the time for aluminizing "t" is 240 to 600 s at a bath "T" temperature of 670 to 760 ° C.
  • the cooling process is carried out.
  • oxides are removed from the surface of the Al layer by a combined mechanical and chemical treatment. Pipe coil pretreated in this way is introduced into the cavity of a casting mold.
  • the casting mold is then warmed up and, after having been placed on top of one another and clamped together, cast with low-alloy, heat-resistant cast iron at 1450 ° C.
  • the cast iron can contain up to 5% Al, up to 3% Si and up to 2% Cr.
  • the cooler is turned on together with the embedded pipe coil, which is connected to the material of the body via a diffusion layer of the solid Al-Fe solution and the intermetallic Al-Fe phases.
  • the cooling plate is then annealed at a temperature of 850 ° C for two hours. After the cooler has been heat treated and its surface cleaned, it is ready for use.
  • the cooler manufactured in this way has the following parameters:
  • a high heat dissipation capacity up to 100,000 kCal / m 2 h and a heat resistance from 1200 to 1300 ° C.
  • Corresponding characteristics of previously known coolers are only 25,000 to 30,000 kCal / m 2 h and 900 ° C.

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Abstract

Verfahren zum Bau von Kühlern für metallurgische Ofen, bei dem die Kühlrohrleitungen auf ihrer Oberfläche mit Schutzschicht überzogen und in schmelzflüssigem Grau- oder Stahlguß eingebettet werden, um einen Kühlerkörper zu bilden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Kühlrohre und der Kühlerkörper beim Vergießen mit flüssigem Metall bzw. während einer kontrollierten Erstarrung des Abgusses sowie einer nachfolgenden Wärmebehandlung des erstarrten Abgusses über eine Diffusionsschicht aus Fe-Al-Legierung miteinander verbunden werden.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bau von Kühlern für metallurgische Öfen, wobei diese Kühler die Fähigkeit einer intensiven Wärmeabfuhr von den Ofenwänden ausnutzen.
  • Es ist schon ein Verfahren zum Bau von Kühlern für metallurgische Öfen bekannt, bei dem im Kühlkastenkörper angebrachte Kühlwasserleitungen aus Stahl erst mit einer Schutzschicht aus keramischer Masse überzogen und dann mit zweckentsprechendem Grau- oder Stahlguß vergossen werden. Es ist auch ein Kühler bekannt, in welchem die Rohrschlange (Kühlwasserleitungen) mit keiner Schutzschicht überzogen ist..Die Anwendung der mit keramischer Masse überzogenen Rohre hat die Aufgabe, das Rohr vor Aufkohlung und Anschmelzung beim Vergießen der Form mit flüssigem Gußeisen zu schützen. Die Schicht aus keramischer Masse bewirkt, daß zwischen dem Körper und der Leitung eine Unstetigkeit entsteht, was in weiterer Folge die Wärmeströmung beträchtlich erschwert oder völlig unterbricht. Die Schicht schützt auch das Rohr aus kohlenstoffarmem Stahl vor Aufkohlung infolge Diffusion von Kohlenstoff aus dem Körper während des Betriebes. Die Aufkohlung verursacht eine Plastizitätsminderung der Kühlrohrleitungen. Die Plastizitätsminderung ist auf der Länge und dem Querschnitt der Kühlrohrleitung ungleichmäßig verteilt, was auf den Verlauf der Kohlenstoffdiffusion aus dem Körper zurückzuführen ist. Bei den Rohren, die auf ihrer Oberfläche nicht geschützt sind, kommt es während des Vergießens mit schmelzflüssigem Gußeisen oftmals zum Anschmelzen der Rohrwand, was zu einem örtlichen Festigkeits- oder sogar Stetigkeitsverlust, bzw. zu einer örtlichen Plastizitätsminderung des Rohres'führt. Die Rohrleitungen, die keine keramische Schutzschicht aufweisen, unterliegen darüber hinaus im Laufe des Einbettens in flüssiger Eisenlegierung vor allem in'Gußeisen, einer Aufkohlung, wobei dieser Effekt auch während des Betriebes des Kühlers vorkommt und zu einer Plastizitätsminderung der Kühlrohrleitungen führt.
  • Eine aufgekohlte Kühlrohrleitung bricht im'Betrieb infolge von Phasen- und Wärmespannungen, wodurch eine unberechenbare Gefährdung für die Arbeit eines Hochofens entsteht. Rohrbrüche sowie Stetigkeitsverluste werden durch örtlich begrenzte Aufkohlung und Anschmelzung und damit verbundenes örtliches Anwachsen des Spannungszustandes bewirkt.
  • Die vorliegende Erfindung bezweckt nun, die in gegenwärtig üblichen konstruktiven Lösungen und Bauverfahren von Kühlern für metallurgische Öfen bestehenden Nachteile zu vermeiden. Dieses Ziel wird durch Ausscheiden der nachteilig wirkenden Aufkohlung von kohlenstoffarmen Stahlrohrleitungen sowie der Anschmelz-Erscheinung bei Kühlrohrleitungen erreicht. Eine weitere wichtige Zielsetzung der Erfindung beruht auf einer wesentlichen Vergrößerung der Wärmeabfuhrfähigkeit der Kühlplatte.
  • Ein wesentliches Merkmal der Erfindung liegt darin, daß eine dünne Schicht aus Al-Fe-Legierung erzeugt wird, deren Gefüge auf eine feste Lösung von Al in α Fe sowie auf intermetallische Phasen innerhalb des Gleichgewichtsystems Al-Fe gestützt ist..Es ist nützlich, intermetallische Fe-Al-Verbindungen in eine feste Al-Lösung in α Fe vollkommen zu überführen oder wenigstens intermetallische Verbindungen von kleinem Al-Gehalt, wie z.B. FeAl oder FeAl2, zu bilden. Eine Umwandlung von Al-reichen Fe-Al-Verbindungen, in erster Linie von FeAl3-Phasen sowie von Fe2Al5 in eine feste Lösung mit einem niedrigen Al-Gehalt, wie EeAl2 sowie FeAl oder Fe3Al, kann durch einen entsprechend vorbereiteten Prozeß durchgeführt werden. Zu diesem Zweck können die im Formhohlraum angeordneten diffusionsaluminierten Kühlrohrleitungen in Gußeisen eingebettet werden, und der so gebildete Abguß wird dann in kontrollierter Weise abgekühlt. Oder es kann eine fertige Kühlplatte nachträglich wärmebehandelt werden, beziehungsweise können tauchaluminierte Kühlrohrleitungen einer Wärmevorbehandlung unterzogen werden.
  • Das Verfahren zum Bau von Kühlern der neuen Art beginnt mit dem Auftragen einer Aluminiumschicht auf die Außenfläche der Stahlrohrschlange im Diffusionsprozeß durch Tauchmetallisierung oder im Adhäsionsprozeß durch Spritzmetallisierung. Im Fall einer Al-Adhäsionsschicht ist die Rohrschlange in einer Temperatur von 850 bis 900°C zu glühen, wodurch Al in Fe-Grundmetall diffundiert. Anschliessend werden die Kühlrohrleitungen samt aufgetragener Aluminiumschicht mechanisch (z.B. durch Strahlen) bearbeitet, um Oxidfilm und sonstige Verunreinigungen zu beseitigen, und dann sorgfältig entfettet. So vorbereitete Kühlrohrleitung in Gestalt einer Schlange wird in den Hohlraum einer Sand- oder Maskenform, bzw. einer anderen Formart, die eine kontrollierte Abkühlung des Abgusses ermöglicht, angebracht. Wie bei üblichen Gießmethoden wird die Gießform zusammen mit der Rohrschlange getrocknet und nachgewärmt. Nach erfolgter Zusammensetzung der Gießform wird sie mit schmelzflüssigem Gußeisen von einer Temperatur im Bereich von 1350 bis 15000C vergossen.
  • Nach dem Erstarren und Herausschlagen des Abgußes aus der Gießform wird er einer nachträglichen Wärmebehandlung durch Glühen in einer Temperatur von 800 bis 950°C unterzogen nur in dem Fall, wenn eine entsprechend dicke Schicht der festen Al-Lösung in Fe, bzw. der Fe-Al-Phasen von niedrigem Al-Gehalt nicht gebildet wurde. In Abhängigkeit von der Größe des Kühlers sowie von dem Gefüge und der Dicke der auf der Kühlrohrleitung früher gebildeten Al-Schicht wird die Glühzeit für eine Dauer von 1 bis 5 Stunden gewählt.
  • Der Vorteil des neuen Verfahrens zum Bau von Kühlern besteht darin, daß die Wärmeabfuhrintensität von den Wänden metallurgischer öfen wesentlich vergrößert und damit auch die Betriebsparamter verbessert werden. Diese Lösung steigert auch die Zuverlässigkeit der Kühlung und schaltet die Möglichkeit eines Bruches der Kühlplatte samt Kühlrohrleitungen aus,_wodurch kein Wasser an die Ofenwand gelangt.
    • Beispiel:
  • Die in Gestalt einer flachen Schlange gebildete Kühlrohrleitung aus Stahl wird nach bekannten für die Oberflächenbehandlung von Fe-C-Legierungen angewendeten Methoden zum Aluminieren im Tauchverfahren vorbereitet. Das Aluminieren wird in einem Bad aus Al oder Al-Legierungen, deren Anteil normalerweise 10 % nicht überschreitet, geführt. Die Zeit des Aluminierens "t" beträgt 240 bis 600 s bei einer Temperatur des Bades "T" von 670 bis 760°C. Nach dem Aluminieren wird der Kühlprozeß durchgeführt. Nach erfolgter Abkühlung werden aus der Oberfläche der Al-Schicht Oxide durch eine kombinierte mechanisch-chemische Behandlung entfernt. So vorbehandelte Rohrschlange wird in den Hohlraum einer Gießform eingeführt. Anschließend wird die Gießform aufgewärmt und nach vorhergehendem Aufeinandersetzen und Verklammern beider Formkästen, mit niedriglegiertem, wärmebeständigem Gußeisen bei 1450°C vergossen. Das Gußeisen kann bis 5 % Al, bis 3 % Si und bis 2 % Cr enthalten. Nach dem Erstarren des Gußeisens und Abkühlen der Gießform wird der Kühler zusammen mit der eingebetteten Rohrschlange, die mit dem Werkstoff des Körpers über eine Diffusionsschicht der festen Al-Fe-Lösung und der intermetallischen Al-Fe-Phasen verbunden ist, herausgenommen. Danach wird die Kühlplatte in einer Temperatur von 850°C zwei Stunden lang geglüht. Nach der Wärmebehandlung des Kühlers und Reinigung seiner Oberfläche ist er betriebsbereit. Der so hergestellte Kühler weist folgende Kenngrößen auf:
  • Eine hohe Wärmeabfuhrfähigkeit bis 100.000 kCal/m2h und eine Wärmebeständigkeit von 1200 bis 1300°C. Entsprechende Kenngrößen bisher bekannter Kühler betragen nur 25.000 bis 30.000 kCal/m2h und 900°C.

Claims (2)

1. Verfahren zum Bau von Kühlern für metallurgische öfen, bei dem die Kühlrohrleitungen auf ihrer Oberfläche mit einer Schutzschicht überzogen und in schmelzflüssigem Grau- oder Stahlguß eingebettet werden, um einen Kühlerkörper zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrohre beim Vergießen mit flüssigem Metall, bzw. während einer kontrollierten Kühlung des Abgusses und einer nachfolgenden Wärmebehandlung des erstarrten Abgusses, über eine Diffusionsschicht aus Fe-Al-Legierung miteinander verbunden werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionsschicht aus Fe-Al-Legierung, die die Rohrleitung und den Körper miteinander verbindet, eine Al-Lösung in Fe bildet, bzw. neben der Al-Lösung in Fe, intermetallische Phasen vom Typ FeAl3, FeAl2, FeAl oder Fe3Al vorkommen.
EP80107198A 1979-12-06 1980-11-19 Verfahren zum Bau von Kühlern für metallurgische Öfen Withdrawn EP0030298A3 (de)

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Inventor name: KRZEMIEN, EUGENIUSZ

Inventor name: BEDNARCZYK, STANISLAW

Inventor name: KROL, LESZEK

Inventor name: JANIKOWSKI, IRENEUSZ

Inventor name: BAJKA, LECH