NL1005114C2

NL1005114C2 - Vuurvaste wand, metallurgisch vat omvattende zo'n vuurvaste wand en werkwijze waarbij zo'n vuurvaste wand wordt toegepast.

Info

Publication number: NL1005114C2
Application number: NL1005114A
Authority: NL
Inventors: Jacobus Van Laar; Gerardus Jozef Tijhuis
Original assignee: Hoogovens Staal Bv
Priority date: 1997-01-29
Filing date: 1997-01-29
Publication date: 1998-07-30
Also published as: DE69802427T2; EP1017860A1; TW424112B; MY121751A; ATE208427T1; PL183756B1; EP1017860B1; RU2166162C1; AU6214698A; ID24294A; ES2167866T3; CN1246160A; WO1998032883A1; DE69802427D1; KR100333760B1; CN1078618C; KR20000070596A; UA55443C2; ZA98736B; BR9807021A

Description

VUURVASTE WAND, METALLURGISCH VAT OMVATTENDE ZO’N VUURVASTE WAND EN WERKWIJZE WAARBIJ ZO'N VUURVASTE WAND WORDT TOEGEPAST

De uitvinding heeft betrekking op een vuurvaste wandconstruc-tie, in het bijzonder geschikt voor gebruik in een metallurgisch vat voor een continue productie van ruwijzer in een smelting reduction process onder condities van een extreem hoge warmtebelasting in een 5 sterk slijtend milieu van vloeibare hoog FeO houdende slak. De uitvinding heeft tevens betrekking op een metallurgisch vat en op een werkwijze voor een continue productie van ruwijzer, in het bijzonder voor de eindreductie van het CCF (Cyclone Converter Furnace) smelting reduction process.

10 Ruwijzer wordt volgens de stand van de techniek geproduceerd in een hoogoven. Bij dit proces vindt reductie van ijzererts plaats met behulp van kooks. Er worden verschillende processen voor directe reductie van ijzererts ontwikkeld die echter nog niet industrieel worden toegepast. De meest belovende zijn de zogenaamde in bath 15 smelting reduction processen. Een bottle-neck bij deze processen is de levensduur van de vuurvaste wandconstructie van het metallurgische vat waarin de reductie tot ruwijzer plaatsvindt. Deze wordt bepaald door een bijzonder hoge warmtebelasting en door een sterk slijtend milieu door de aanwezigheid van FeO bij een temperatuur-20 niveau van ca. 1700 °C. Bij een hoogoven waarbij dezelfde omstandigheden in een wat mildere vorm voorkomen en waarbij een warmtebelasting van 300.000 W/m2 kan optreden bestaat de vuurvaste wandconstructie op de meest bedreigde plaats uit, van buiten naar binnen, een pantser en een voering van vuurvaste stenen bijvoorbeeld SiC-25 houdende stenen die wordt gekoeld met koelelementen. De koelelementen volgens de stand van de techniek zijn ofwel zogenaamde koelplaten, die wegneembaar in de voering reiken of zogenaamde staves, die een watergekoelde wand tussen het pantser en de voering vormen. Met deze constructie kan thans een levensduur in de orde van 30 grootte van 10 jaar bereikt worden. Bij de smelting reduction

1 0 0 5 1 ί A

- 2 - processen is de warmtebelasting veel hoger en kan plaatselijk wel 2.000.000 W/m2 bedragen. Hiervoor kan met voor een hoogoven bekende wandconstructie geen aanvaardbare levensduur verkregen worden.

Het doel van de uitvinding is een wandconstructie voor een 5 proces van directe reductie te verschaffen die een aanvaardbare levensduur heeft.

Dit wordt volgens de uitvinding bereikt door een wandconstructie omvattende van buiten naar binnen (1) een stalen mantel; 10 (2) een watergekoelde koperen wand; (3) watergekoelde koperen richels (ledges) die zich naar binnen toe uitstrekken; (4) een voering van vuurvast materiaal die op de richels rust.

Met deze basisconstructie is het mogelijk door een maximaal 15 warmtecontact tussen de voering en de watergekoelde koperen wand en richels een vuurvaste wandconstructie te realiseren waarbij een lage warmteweerstand wordt verkregen. Hierdoor wordt zelfs bij een hoge warmtebelasting een goede stabiele restdikte van de voering verkregen die een lange levensduur in de hand werkt. De meest bedreigde 20 plaats in het metallurgische vat waarin de reductie tot ijzererts plaatsvindt is ter plaatse van de op het ruwijzerbad drijvende vloeibare hoog FeO-houdende slaklaag. Aldaar slijt de voering af tot een evenwichtsrestdikte, waarop een slaklaag aanvriest, die als slijt- en isolatielaag fungeert. Door de aangevroren laag stopt de 25 aantasting van de voering en is de constructie bestand tegen verdere aantasting. Door de koeling middels de richels wordt de levensduur van de vuurvaste constructie verhoogd.

Bij voorkeur zijn de richels verticaal beweegbaar. Het voordeel hiervan is dat bij de koude montage de vuurvaste wandconstruc-30 tie in verticale richting onder invloed van het eigen gewicht zich kan zetten, zodat de horizontale voegen zoveel mogelijk gesloten worden.

Bij voorkeur lopen de richels aan de bovenzijde naar binnen toe schuin op, lopen de richels aan de onderzijde naar binnen toe 35 schuin af en zijn de richels over de hoogte van de wand verdeeld. Het voordeel hiervan is, dat de voering ten opzichte van de watergekoelde koperen wand wordt geborgd.

Bij voorkeur is de watergekoelde koperen wand opgebouwd uit panelen. Hierdoor wordt de fabricage en de montage van de water-40 gekoelde koperen wand vergemakkelijkt.

1 0 0 5 1 3 4 - 3 -

Bij voorkeur zijn de richels over de breedte c.q. de omtrek in hoogte versprongen aangebracht. Hiermee wordt bereikt, dat de doorvoeren van de koelwatertoevoer- en afvoerpijpen door de stalen mantel regelmatig verdeeld zijn en worden clusters daarvan voor-5 komen.

Bij voorkeur rust de voering zonder mortel op de richels en ligt de voering zonder mortel tegen de watergekoelde wand aan. Hierdoor worden hoge warmteweerstanden als gevolg van mortelgevulde voegen vermeden en kan een hoge warmtebelasting worden toegelaten.

10 Bij voorkeur is de voering uit blokken grafiet met een warmte - geleidingscoëfficiënt in het gebied van 60-150 W/m°K en/of uit blokken halfgrafiet met een warmtegeleidingscoëfficiënt in het gebied van 30-60 W/m°K opgebouwd. Door de hoge warmtegeleidings-coëfficiënt wordt een lage warmteweerstand verkregen waardoor een 15 hoge warmtebelasting kan worden toegelaten.

In een alternatieve uitvoeringsvorm bestaat de voering bij voorkeur uit vuurvaste stenen, meer bij voorkeur uit stenen van een type dat wordt gebruikt in convertoren voor staalfabricage danwel in elektro-ovens voor staalfabricage en het meest bij voorkeur zijn de 20 stenen magnesiet-koolstof stenen. Stenen van dit voor staalfabricage bekende type hebben een hoge slijtage weerstand.

Bij voorkeur bestaat de voering van buiten naar binnen uit een laag grafiet, die tegen de koperen wand aanligt en een laag vuurvaste stenen. Bij deze uitvoering bestaat de voering, wanneer de 25 evenwichtsdikte zich heeft ingesteld uit een laag slijtagebestendige vuurvaste stenen en een laag grafiet met een lage warmteweerstand.

Bij voorkeur helt de wand van beneden naar boven achterover. Dit verbetert de stabiliteit van de voering. Daarnaast wordt met deze zich verwijdende vorm bereikt dat het niveau van de slaklaag in 30 het metallurgische vat minder varieert.

Bij voorkeur bestaat de koperen wand en/of de koperen richels uit roodkoper met een gehalte van > 99 % Cu en een warmtegeleidings-coëfficiënt in het gebied van 250-300 W/m°K. Hiermee wordt een aanvaardbaar lage warmteweerstand van deze elementen verkregen.

35 Bij voorkeur maakt de stalen mantel deel uit van een drukvat en zijn doorvoeringen door de stalen mantel van koelwatertoevoer- en afvoerpijpen van de watergekoelde koperen wand en van de watergekoelde koperen richels na samenbouw van de wand afgedicht. Hierdoor wordt bereikt dat het proces onder overdruk kan worden bedre-40 ven.

1005114 - 4 -

Bij voorkeur is de wand bestand tegen een warmtebelasting van meer dan 300.000 W/m2 en tegen slak met circa 10 gew.% FeO bij een temperatuurniveau van ca. 1700 °C en heeft de wand een levensduur van tenminste 6 maanden continu gebruikt. Hierdoor kan de wand onder 5 condities van een hoge warmtebelasting in een sterk slijtend milieu met een aanvaardbare levensduur worden bedreven.

De uitvinding is in een ander opzicht belichaamd in een metallurgisch vat, in het bijzonder voor de eindreductie van het CCF (Cyclone Converter Furnace) smelting reduction process dat omvat een 10 vuurvaste wandconstructie volgens de uitvinding.

De uitvinding is in nog een ander opzicht belichaamd in een werkwijze voor een continue productie van ruwijzer, in het bijzonder bij de eindreductie van het CCF (Cyclone Converter Furnace) smelting reduction process in een metallurgisch vat waarin een vuurvaste 15 wandconstructie volgens de uitvinding wordt toegepast.

In het hiernavolgende zal de uitvinding worden toegelicht aan de hand van de uitvinding niet beperkende tekening.

Fig. 1 toont een samenstelling van de vuurvaste wandconstructie in een verticale doorsnede.

20 Fig. 2 toont een aanzicht van de vuurvaste wandconstructie volgens pijl I in fig. 1.

Fig. 3 toont een subassembly van een watergekoeld koperen wandpaneel en een watergekoelde koperen richel in niet samengebouwde toestand.

25 Fig. 4 toont een subassembly van een watergekoeld koperen wandpaneel en een watergekoelde koperen richel in samengebouwde toestand.

Fig. 5 toont een detail van de afdichting van een doorvoering van een koelwatertoevoer- of afvoerpijp in de stalen mantel.

30 De tekening toont de uitvinding in een uitvoeringsvorm die is ontwikkeld voor een metallurgisch vat waarin de reductie tot ruwijzer plaatsvindt door middel van het CCF (Cyclone Converter Furnace) smelting reduction process. De uitvinding is echter niet beperkt tot deze toepassing en leent zich ook voor toepassing in 35 andere processen voor reductie van ijzererts met een hoge warmtebelasting en/of een door FeO sterk slijtend milieu.

In fig. 1 is getoond een vuurvaste wandconstructie 1 volgens de uitvinding deel uitmakende van een metallurgisch vat. Met 2 is het niveau van de slaklaag aangegeven welke in het metallurgische 40 vat drijft op een ruwijzerbad 3, met 4 en 5 is het minimum respec- 1005114 - 5 - tievelijk maximum niveau van de slaklaag aangegeven.

De vuurvaste wandconstructie omvat een stalen mantel 6, een watergekoelde koperen wand 7, watergekoelde richels 8 en een voering 9, die in het geval van fig. 1 bestaat uit grafietblokken 10 en 5 vuurvaste stenen 11.

Getoond is dat in het geval van fig. 1 de vuurvaste wandconstructie ten opzichte van de verticaal V van beneden naar boven achteroverhelt. De watergekoelde koperen wand 7 bestaat in hoogte-richting uit twee panelen 12 en 13. Elk paneel is voorzien van vier 10 richels 8. Tussen twee richels zijn steeds zes grafietblokken aangebracht. Vóór deze grafietblokken zijn steeds een evengroot aantal vuurvaste stenen aangebracht. De stalen mantel 6 zet zich boven en onder de vuurvaste wandconstructie voort en is aan de binnenzijde van het metallurgische vat eveneens voorzien van een 15 vuurvaste constructie 14 en 15, waarvan de aard in het kader van deze aanvrage niet ter zake doet. Het gewicht van de vuurvaste wandconstructie 1 wordt althans gedeeltelijk door de daaronder gelegen vuurvaste constructie 15 opgevangen. De panelen 12 en 13 zijn inwendig voorzien van koelwaterkanalen 16 met aansluitingen 17 20 en 18 voor de toe- en afvoer van koelwater welke door de stalen mantel 6 naar buiten het metallurgische vat worden gevoerd. Ook de richels 8 zijn inwendig voorzien van een koelwaterkanaal 19 met koelwateraansluiting 20 naar buiten het metallurgische vat. Getoond is dat de richels 8 aan de bovenzijde naar binnen schuin oplopen en 25 aan de onderzijde naar binnen schuin aflopen. In tegenstelling tot de wandconstructie zoals bekend voor een hoogoven waarbij de voering van vuurvaste stenen worden gevoegd met mortel, rust de voering 9 zonder mortel op de richels 8 en ligt hij zonder mortel aan tegen de watergekoelde wand 7. De watergekoelde wand 7 en de richels 8 zijn 30 gemaakt van roodkoper met > 99 % Cu. De grafietblokken 10 hebben een warmtegeleidingscoëfficiënt in het gebied van 60-150 W/m°K. De vuurvaste stenen 11 zijn magnesietkoolstofstenen.

Fig. 2 toont een omtreksdeel van de vuurvaste wandconstructie, waarbij de voering 9 is weggelaten. Het deel omvat vier panelen 12A, 35 12B, 13A en 13B, die elk circa 2,4 m hoog en 1 m breed zijn. In omtreksrichting zijn de richels 8 in hoogte versprongen.

Het paneel 21 van fig. 3 heeft blijkens het aantal koelwater-toevoer en -afvoerkanalen 17 en 18 vier inwendige koelkanalen. Getoond is dat er ten behoeve van de koelwater toevoer- en afvoer-40 kanalen 20 van richel 8 uitsparingen 22 in het koelpaneel 21 zijn 1005114 - 6 - aangebracht, waarvan er in fig. 3 slechts een stel is getoond (in fig. 1 waren er vier richels 8 per paneel).

Fig. 4 toont een koelpaneel 21 en een richel 8 in samengebouwde toestand.

5 Fig. 5 toont de doorvoering van een koelwaterpijp 20 van richel 8 door het paneel 21 en de stalen mantel 6, waarbij de afdichting na koude montage van de vuurvaste wandconstructie plaatsvindt met behulp van plaat 24 die aan pijp 20 en aan de stalen mantel 6 wordt gelast. Tussen het paneel 21 en de stalen mantel 6 10 kan een betonnen voering zijn aangebracht. De resterende ruimte 25 in het slobbergat tussen pijp 20 enerzijds en paneel 21, beton 23 en mantel 6 anderzijds wordt opgevuld met mortel of vilt.

Een vuurvaste wandconstructie volgens de uitvinding is bestand tegen een warmtebelasting van meer dan 300.000 W/m2 en tegen slak 15 met circa 10 % FeO bij een temperatuurniveau van 1700 °C met een levensduur van tenminste 6 maanden.

Op deze manier wordt bereikt, dat het metallurgische vat, althans de slakzone daarvan, niet veelvuldig behoeft te worden gewisseld en gerepareerd, maar dat een levensduur vergelijkbaar met 20 die van een moderne hoogoven wordt verkregen.

1 0 0 5 1 1 4

Claims

1. Vuurvaste wandconstructie, in het bijzonder geschikt voor gebruik in een metallurgisch vat voor een continue productie van ruwijzer in een smelting reduction process onder condities van een extreem hoge warmtebelasting in een sterk slijtend 5 milieu van vloeibare hoog FeO houdende slak, omvattende van buiten naar binnen (1) een stalen mantel; (2) een watergekoelde koperen wand; (3) watergekoelde koperen richels (ledges) die zich naar 10 binnen toe uitstrekken; (4) een voering van vuurvast materiaal die op de richels rust.

2. Vuurvaste wandconstructie volgens conclusie 1, met het ken- 15 merk, dat de richels bij samenbouw (assembly) van de wand verticaal beweegbaar zijn.

3. Vuurvaste wandconstructie volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de. richels aan de bovenzijde naar binnen toe 20 schuin oplopen.

4. Vuurvaste wandconstructie volgens conclusie 1-3, met het kenmerk, dat de richels aan de onderzijde naar binnen toe schuin aflopen. 25

5. Vuurvaste wandconstructie volgens conclusie 1-4, met het kenmerk, dat de richels over de hoogte van de wand verdeeld zijn. 30

6, Vuurvaste wandconstructie volgens conclusie 1-5, met het kenmerk, dat de watergekoelde koperen wand is opgebouwd uit panelen.

7. Vuurvaste wandconstructie volgens conclusie 1-6, met het 35 kenmerk, dat de richels over de breedte c.q. omtrek in hoogte versprongen zijn aangebracht.

8. Vuurvaste wandconstructie volgens conclusie 1-7, met het 1005114 - 8 - kenmerk, dat de voering zonder mortel op de richels rust.

9. Vuurvaste wandconstructie volgens conclusie 1-8, met het kenmerk, dat de voering zonder mortel tegen de watergekoelde 5 wand aanligt.

10 W/m°K.

10. Vuurvaste wandconstructie volgens conclusie 1-9, met het kenmerk, dat de voering is opgebouwd uit blokken grafiet met een warmtegeleidingscoëfficiënt in het gebied van 60-150

11. Vuurvaste wandconstructie volgens conclusie 1-9, met het kenmerk dat de voering is opgebouwd uit blokken halfgrafiet met een warmtegeleidingscoëfficiënt in het gebied van 30-60

12. Vuurvaste wandconstructie volgens conclusie 1-9, met het kenmerk, dat de voering bestaat uit vuurvaste stenen.

13. Vuurvaste wandconstructie volgens conclusie 12, met het ken merk, dat de stenen zijn van een type dat wordt gebruikt in convertoren voor staalfabricage danwel in elektro-ovens voor staalfabricage.

14. Vuurvaste wandconstructie volgens conclusie 12 of 13, met het kenmerk, dat de stenen magnesiet-koolstof stenen zijn.

15. Vuurvaste wandconstructie volgens conclusie 1-14, met het kenmerk, dat de voering van buiten naar binnen bestaat uit een 30 laag grafiet, die tegen de koperen wand aanligt en een laag vuurvaste stenen.

15 W/m°K.

16. Vuurvaste wandconstructie volgens conclusie 1-15, met het kenmerk, dat deze van beneden naar boven achterover helt. 35

17. Vuurvaste wandconstructie volgens conclusie 1-16, met het kenmerk, dat de koperen wand en/of de koperen richels bestaan uit roodkoper met een gehalte van > 99 % Cu en een warmtegeleidingscoëf f iciënt in het gebied van 250-300 W/m°K, 40 1005114 - 9 -

18. Vuurvaste wandconstructie volgens conclusie 1-17, met het kenmerk, dat de stalen mantel deel uitmaakt van een drukvat en dat doorvoeringen door de stalen mantel van koelwatertoevoer-en afvoerpijpen van de watergekoelde koperen wand en van de 5 watergekoelde koperen richels na samenbouw van de wand zijn afgedicht.

19. Vuurvaste wandconstructie volgens conclusie 1-18, met het kenmerk dat deze bestand is tegen een warmtebelasting van meer 10 dan 300.000 W/m2 en tegen slak met circa 10 gew.% FeO bij een temperatuurniveau van ca. 1700 °C.

20. Vuurvaste wandconstructie volgens conclusie 1-19, met het kenmerk dat deze een levensduur heeft van tenminste 6 maanden 15 continu gebruik.

21. Metallurgisch vat, in het bijzonder voor gebruik bij de eind-reductie van het CCF (Cyclone Converter Furnace) smelting reduction process, met het kenmerk, dat dit omvat een vuur- 20 vaste wandconstructie volgens een van de conclusies 1-20.

22. Werkwijze voor een continue productie van ruwijzer, in het bijzonder voor toepassing bij de eindreductie van het CCF (Cyclone Converter Furnace) smelting reduction process in een 25 metallurgisch vat, met het kenmerk, dat daarin een vuurvaste wandconstructie volgens een der condities 1-20 wordt toegepast . 1 00 5 1 1 A