AT396438B - Vorrichtung zum einführen eines behandlungsgases in die schmelze eines metallurgischen schmelzgefässes - Google Patents
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Description
AT396438B
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einführen eines Behandlungsgases und/oder fester Zusatzstoffe gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Eine solche Vorrichtung ergibt rieh zum Beispiel aus der DE-OS 35 03 222 und der EP-OS 242155.
Im Fall dar DE-OS 35 03 222 besteht der Spülstein aus einem porösen feuerfesten keramischen Material, 5 durch das ausschließlich Gas hindurchgeführt werden kann. Der in der EP-OS 242155 dargestellte Spülstein ist zwar ein solcher mit gerichteter Porosität, gleichfalls aber ausschließlich zum Gasspülen vorgesehen. Der Gasverteilraum dient jeweils zur Vergleichmäßigung des Gasdrucks im Spülstein. Die Zuführung eines Legierungs- oder Fülldrahtes ist nicht möglich. Auch feste pulverförmige Zusatzstoffe können allenfalls theoretisch zugeführt werden, weil sie die engen Kanäle sofort verstopfen würden. Dies gilt auch für eine im 10 wesentlichen baugleiche Einrichtung zum Gasspülen nach der DEOS 35 38 498.
Demgegenüber besteht das Bedürfnis, metallurgische Schmelzen nicht nur mit Gasen, insbesondere Inertgasen, wie Argon zu behandeln, sondern der Metallschmelze auch Legierungs- oder Zusatzstoffe in fester Form zuzugeben. Zu diesen Legierungsmitteln gehören beispielsweise SiMn oder CaSi, zu den Zusatzstoffen zählen Feinkalk oder Gemische aus Feinkalk und Soda, aber auch Calciumcarbid (CaC^ und Kalkstickstoff 15 (CaCN^·
Es ist bekannt, derartige Legierungs- oder Zusatzstoffe in Drahtform in eine metallurgische Schmelze einzuspulen. Dabei wird der Draht über ein Führungsrohr an die Oberfläche der Schmelze gebracht und über den Badspiegel in die Schmelze eingefiihiL Wichtig dabei ist eine vollständige Auflösung der Komponenten des Volloder Fülldrahtes, da diese wirkungslos werden, sobald sie wieder an die Badöberfläche bzw. die darauf 20 schwimmende Schlackenschicht gelangen. Gerade diesbezüglich sind die bekannten Vorschläge jedoch nachteilig, da die Verteilung und Reaktionszeit der Zusatzstoffe nur beschränkt ist
In der DE-OS 35 20 207 ist ein Spülstein beschrieben, der zum Einblasen von Gasen oder Feststoffen in eine Metallschmelze enthaltende Pfanne dienen soll. Der Spülstein besitzt einen mittigen, großen Durchlaßkanal, durch den Gase oder Feststoffe eingeblasen werden können. Die beschriebene Ausführungsform mit besonders 25 großem Durchlaßkanal ist in der Praxis jedoch nicht einsetzbar, weil bei dieser Größe eines Durchlaßkanals ohne weiteres Metallschmelze in den Spülstein eindringen und die Einrichtung zerstören würde. Darüber hinaus wären erhebliche Gasmengen notwendig, um einen halbwegs konstanten Gasdruck aufrechtzuerhalten und selbst dann ließe sich ein Eindringen von Metallschmelze immer noch nicht verhindern.
Der Erfindung liegt insoweit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzubieten, 30 die nicht nur zum Gasspülen, sondern auch zum Zuführen von festen Zusatzstoffen, insbesondere Legierungsund Fülldrähten, aber auch Entschwefelungsmitteln, geeignet ist Dabei soll die Vorrichtung vorzugsweise so gestaltet sein, daß sie auch ausschließlich als Spülstein genutzt warfen kann. Ziel der Erfindung ist es auch, die Vorrichtung so auszubilden, daß die Dosierbarkeit Reaktionsfähigkeit und Verteilung der Zusatzstoffe in die Metallschmelze verbessert wird. 35 Die Erfindung steht unter der Erkenntnis, daß grundsätzlich Vorrichtungen der eingangs genannten Art auch geeignet sind, neben einer Gasspülung die Zuführung von festen Legierungs- oder Zusatzstoffen zu ermöglichen, wenn diese entsprechend umgebaut werden. Insbesondere bei einer Vorrichtung, die einen Gasspülstein mit gerichteter Porosität auf weist, kann das feuerfeste Matrixmaterial zwischen den einzelnen Kanälen zur Ausbildung eines Durchlaßkanals genutzt werden, durch den zum Beispiel ein Legierungsdraht in die Metallschmelze 40 zugeführt wird. Läuft dieser Kanal ausgehend vom Gasverteilraum, so wird er gleichzeitig gasgespült. Dabei kann es dann im Bereich des Spülsteines weder zu Aufschmelzungen des Drahtes noch zum Eindringen der Schmelze in einen zwischen Draht und Zuführungsrohr ausgebildeten Spalt kommen.
Die Erfindung schlägt nun eine Vorrichtung zum Entführen eines Behandlungsgases und/oder fester Zusatzstoffe in die Schmelze in einem metallurgischen Schmelzgefäß mit einem feuerfesten keramischen 45 Gasspülstein und einem, an dessen unterem Ende angeordneten Gasverteilraum mit einer im Betrieb einer ersten Öffnung angeordneten Anschlußmöglichkeit für eine Gaszuführleitung vor, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Gasverteilraum eine weitere, koaxial zur ersten Öffnung verlaufende zweite Öffnung aufweist, von der sich ein rohrförmiger Durchlaßkanal nach oben durch den Spülstein bis zu dessen, der Metallschmelze zugewandten oberen Stirnfläche erstreckt, zur Aufnahme eines über die erste Öffnung einsetzbaren Legierungs- oder Fülldrahtes 50 beziehungsweise ein Rohr über die erste Öffnung in den Gasverteilraum und den Durchlaßkanal einführbar ist und der Bereich der ersten Öffnung, über den der Draht oder das Rohr einführbar ist, gasdicht abgedichtet ist
Hinzu stehen dem Fachmann verschiedene konstruktive Maßnahmen zur Verfügung. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform kann durch Anordnung einer Stopfbuchsendichtung im Bereich der ersten Öffnung erreicht werden, insbesondere dann, wenn diese direkt unterhalb der ersten Öffnung des Gasverteilraumes 55 angeordnet ist weil sie dann auch von außen betätigbar ist
Neben den bereits genannten Vorteilen zeichnet sich die Vorrichtung insbesondere dadurch aus, daß der Draht nun in den Teil der Schmelze eingespult wird, der durch die Inertgasbehandlung des Spülsteins ohnehin am intensivsten bewegt wird. Über die Badströmung können die Reaktanten insoweit besonders homogen verteilt werden. Schließlich wird auch der Weg der Legierungsstoffe durch die gesamte Schmelzbadhöhe sichergestellt und 60 damit ihre Wirksamkeit optimiert
Durch verschiedene konstruktive Maßnahmen kann die Vorrichtung noch weiter verbessert werden. So wird -2-
AT 396 438 B vorgeschlagen, den Bereich um die Zuführöffnung (zweite Öffnung) für den Draht am oberen Abschnitt des Gasverteilraumes zum Spülstein hin trichterförmig sich in Zuführrichtung des Drahtes veijüngend auszubilden. Insbesondere beim Neueinspulen eines Drahtes wird so sichergestellt, daß der Draht direkt und ohne Verkantungen in den Durchlaßkanal eingespult wird.
Der Durchlaßkanal selbst kann entweder nur aufgebohrt sein oder aus einem Rohr aus einem Stahl· oder feuerfesten Keramikwerkstoff bestehen, das dann vorzugsweise in das entsprechend ausgebohrte Matrixmaterial des Spülsteins eingemörtelt wird. Als Stahlqualität bietet sich zum Beispiel eine Legierung des Typs X50 · CuNi 18/9 an. Das Keramikrohr kann beispielsweise aus Aluminiumoxyd oder Ziikondioxyd bestehen. Es kann als isostatisch gepreßtes Teil hergestellt werden.
Wie bereits oben ausgeführt, wird der Durchmesser des Rohres vorzugsweise etwas größer gewählt als der Durchmesser des einzuspulenden Drahtes, wobei eine optimale Dimensionierung dann erreicht wird, wenn der Innendurchmesser des Rohres etwa 1 bis 2 mm größer als der Außendurchmesser des Drahtes ist.
Wenngleich die Vorrichtung mit jedweder Art von Spülsteinen ausgerüstet werden kann (sogenannte Fugenspüler, Spüler mit gerichteter Porosität, Spüler mit ungerichteter Porosität), so wird doch ein Spülstein mit gelichteter Porosität bevorzugt, weil das Drahtzuführungsrohr dann zwischen den einzelnen Kanälen des Spülsteins angeordnet werden kann. Vorzugsweise ist der Durchlaßkanal dann mittig angeordnet und die Gaszuführkanäle verlaufen gleichmäßig verteilt tun den Durchlaßkanal herum, wodurch die Spülwirkung und Verteilung des aufgeschmolzenen Legierungsdrahtes günstig beeinflußt wird.
Wird ein weiteres Rohr verschiebbar, aber spielfrei im Durchlaßkanal beziehungsweise dem festen Rohr angeordnet, kann der Durchlaßkanal beziehungsweise das Rohr auch zur Eindüsung von pulverförmigen Feststoffen benutzt werden, wobei das Rohr vorzugsweise durch den Gasverteilraum nach unten herausgeführt wird. Über entsprechende Anschlußleitungen können die pulverförmigen Zusatzstoffe vorzugsweise mit einem Inertgasstrom auf analoge Art und Weise durch das Rohr eingedüst werden, wie vorstehend anhand der Durchführung eines Legierungsdrahtes beschrieben. Durch ein Nachschieben des Rohres können Aufschmelzungen im Kontaktbereich zur Schmelze ausgeglichen werden. Zwischen einzelnen Chargen können weitere Rohrstücke am unteren Ende des zuletzt eingeschobenen Rohres angeflanscht oder zum Beispiel durch Verschraubung über entsprechende Gewindeabschnitte angebracht werden, so daß quasi ein "endloses” Rohr nachgeschoben werden kann.
Nach weiteren Ausführungsformen ist vorgesehen, den nach unten vorragenden Abschnitt des Rohrs trichterförmig sich in den Gasverteilraum erweiternd und/oder den oberen Abschnitt des Durchlaßkanals oder Rohres mit einem dichten, feuerfesten keramischen Stopfen verschließbar auszubilden.
Die Erfindung wird nachstehend beispielhaft anhand einer Zeichnung erläutert, die in stark schematisierter Darstellung einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zeigt
Dabei ist mit dem Bezugszeichen (10) ein Gasspülstein beschrieben, der eine Vielzahl von feinen Kanälen (12) mit einem Durchmesser von etwa 1 mm aufweist, von denen insgesamt vier Kanäle (12) zu erkennen sind. Die Kanäle liegen in einer dichten feuerfesten Matrix ein, die aus einem keramischen Werkstoff besteht, hier auf der Basis von Korund mit einem A^C^-Gehalt von über 97 Gew.-%. Ebenso können aber auch andere, bekannte Feuerfestqualitäten Verwendung finden.
Der Spülstein (10) sitzt auf einem Metallkasten (14) auf, der einen Gasverteilraum (16) umschließt
Der Metallkasten (14) weist im Querschnitt eine Kreisform auf und seine Umfangswand (18) ist nach oben über die Decke (20) hochgezogen, wodurch ein Raum (21) ausgebildet wird, in den der Spülstein (10) eingesetzt ist In der Decke (20) sind Öffnungen (22) angeordnet, und zwar in ihrer Zahl, Größe und Zuordnung entsprechend den Kanälen (12), so daß die Öffnungen (22) in Verlängerung der Kanäle (12) liegen und eine Verbindung zwischen den Kanälen (12) und dem Gasverteilraum (16) bilden. Neben den Öffnungen (22) weist der Metallkasten (14) in seiner Decke (20) eine weitere, mittige Öffnung (24) mit rundem Querschnitt auf. Die Öffnung (24) ist größer als die Öffnungen (22).
Oberhalb der Öffnung (24) verläuft im Spülstein (10) ein Durchlaßkanal (26), dessen Querschnitt im wesentlichen dem der Öffnung (24) entspricht. Der Durchlaßkanal (26) wird umfangsseitig durch ein dichtes feuerfestes keramisches Rohr (28) aus Zirkondioxyd begrenzt, das in das Matrixmaterial des Spülsteins (10) eingeklebt ist. Das Rohr (28) endet direkt an da1 Oberseite der Decke (20), während ein trichterförmig nach unten aufgeweiteter Rohrabschnitt (30) in die Öffnung (24) eingeschweüßt ist, und zwar derart, daß er quasi in Verlängerung des Rohres (28) verläuft und dabei in den Gasverteilraum (16) ragt.
Gegenüber der Öffnung (24) verläuft im Boden (32) des Metallkastens (14) eine weitere Öffnung (34) und unterhalb der Öffnung (34) ist eine Stopfbuchsendichtung (36) angeordnet. Die Stopfbuchsendichtung (36) besteht aus einem Stopfbuchskörper (38), der gegen eine Stopfbuchsbrille (40) über korrespondierende Gewindeabschnitte (42) aufschraubbar ist und dabei ein zwischen beiden Teüen (38), (40) in einem Packungsraum (44) angeordnetes Dichtungsmaterial komprimiert, wodurch sich die gewünschte Abdichtung ergibt. Wie der Figur zu entnehmen ist, ist die Stopfbuchsbrille (40) an der Unterseite des Bodens (32) des Metallkastens (14) angeschweißt. Weiter ist der Figur zu entnehmen, daß die Stopfbuchsdichtung einen Durchlaßkanal (46) umschließt. -3-
Claims (11)
- AT396438B Neben der Öffnung (34) ist im Boden (32) des Metallkastens (14) eine dritte Öffnung (48) angeordnet, von der aus sich ein Gaszuführungsrohr (50) nach unten erstreckt. Bevor die Funktionsweise der Vorrichtung im einzelnen erläutert wird, sei noch darauf hingewiesen, daß die Vorrichtung bzw. der Gasspülstein (10) in bekannter Weise in den Lochstein im Boden eines metallurgischen Schmelzgefäßes angeoednet wird. Zur Inbetriebnahme wird dann Gas, insbesondere Inertgas wie Argon über das Gaszufühnmgsrohr (50) in den Gasverteilraum (16) gegeben, und gelangt von dort über die Kanäle (12) durch den Gasspülstein (10) in die Metallschmelze. Zuvor wurde bereits ein Legierungsdraht (52) durch die Stopfbuchsendichtung (36), den Gasverteilraum (16), den Rohrabschnitt (30) in das Rohr (28) geführt. Über den Gasverteilraum (16) gelangt auch in den zwischen Draht (52) und Rohr (28) ausgebildeten Ringspalt Gas. Während der Draht weiter nach oben geschoben wird und bei Erreichen der Stirnfläche (54) des Spülsteins (10) von da Metallschmelze aufgeschmolzen wird, wird er stets von einem Inertgasstrom umspült, wodurch Aufschmelzungen des Drahtes im Bereich des Spülsteines ebenso verhindert werden wie ein Eindringen da Metallschmelze in den genannten Spalt zwischen Draht (52) und Rohr (28). Je nachdem, in welchem Umfang Legioungselemente zugeführt werden sollen, wird der Draht über eine bestimmte Zeit nachgeführt, wobei gleichzeitig die Spülung über die Kanäle (12) unverändert auffechterhalten wird. Ein Gasaustritt durch die Öffnung (34) wird dadurch verhindert, daß da Durchlaßkanal (46) im Bereich da Stopfbuchsendichtung (36) genau so groß gewählt ist wie da Außendurchmesser des Drahtes und im übrigen die Anordnung da Stopfbuchsendichtung zusätzlich abdichtend wirkt Bei dieser Anordnung wird ein Einfädeln des Drahtes von unten ha ermöglicht, was besonders einfach und bequem ist und auch eine Unterbrechung der weiteren Drahtzufuhr ist unproblematisch, weil im Durchlaßkanal (28) stets ein bestimmter Gasdruck aufrechterhalten wird, der eine Metallschmelze-Infiltration bzw. ein Aufschmelzen des Drahtes verhindert Während der nach unten sich erweiternde Rohrabschnitt (30) zum leichteren anfänglichen Einspulen des Drahtes (52) dient kann die Vorrichtung auch ausschließlich zum Gasspülen verwendet waden. Zu diesem Zweck wird vorzugsweise ein dichter Zylinderstopfen aus einem feuerfesten keramischen Material wie Aluminiumoxyd zumindest in den oberen Abschnitt (28*) des Rohres (28) ortsfest eingesetzt Das Rohr (28) ist damit verschlossen, während Gas weiter über die Kanäle (12) in die Metallschmelze einströmen kann. Durch die Anordnung der Kanäle (12) um das Rohr (28) wird eine besonders günstige Verteilung da aufgeschmolzenen Legierungspartikel in der Metallschmelze erreicht, wenn ein Draht hindurchgeführt wird. Selbstverständlich sind aber auch andere Zuordnungen der Kanäle (12) zum Rohr (28) je nach Anwendungsbereich möglich. Anstelle des Drahtes (52) kann auch ein Rohr in den Durchlaßkanal auf analoge Weise wie der Draht (52) eingeschoben waden. Durch dieses, verschiebbare Rohr können dann vor allem pulverförmige Stoffe, insbesondere gemeinsam mit einem Inertgasstrom (zum Beispiel Argon) durch das Rohr über entsprechende Anschlußleitungen eingebracht werden. Dieses Rohr weist vorzugsweise an seinem die Dichtung (36) nach unten überragenden Ende ein Innengewinde auf, so daß ein weiteres Rohr mit einem korrespondierenden endseitigen Außengewinde mit dem ersten Rohr festgelegt werden kann. Das Rohr kann so quasi entweda bei Bedarf nach oben nachgeschoben waden (durch den Durchlaßkanal (28)), sofern Abschmelzungen im Beroch da Stirnfläche (54) dies erforderlich machen. Ein Anschluß eines weiteren Rohres erfolgt vorzugsweise zwischen einzelnen Chargen, wenn die Gas-/Feststoffeufuhr unterbrochen ist und die Anschlußleitungen vom ersten Rohr abgenommen und auf das nächstfolgende Rohr aufgesteckt werden können. Bei dieser Ausführungsform werden im übrigen die anhand da Drahteinspulung genannten Vorteile analog ermöglicht PATENTANSPRÜCHE 1. Vorrichtung zum Einführen eines Behandlungsgases und/oder fester Zusatzstoffe in die Schmelze in einem metallurgischen Schmelzgefäß mit einem feuerfesten keramischen Gasspülstein und einem an dessen unterem Ende angeordneten Gasverteilraum mit einer im Bereich einer ersten Öffnung angeordneten Anschlußmöglichkeit für eine Gaszufiihrleitung, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasverteilraum (16) eine weitere, koaxial zur ersten Öffnung (34) verlaufende zweite Öffnung (24) aufweist, von der sich ein rohrförmiger Durchlaßkanal (26) nach oben durch den Spülstein (10) bis zu dessen, der Metallschmelze zugewandten oberen Stirnfläche (54) erstreckt, zur Aufnahme eines über die oste Öffnung (34) einsetzbaren Legierungs- oder Fülldrahtes (52) beziehungsweise ein Rohr (28) über die erste Öffnung (34) in den Gasverteilraum (16) und den Durchlaßkanal (26) einführbar ist und der Bereich der ersten Öffnung (34), über den der Draht (52) oder das Rohr (28) einführbar ist, gasdicht abgedichtet ist. -4- AT 396 438 B
- 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der ersten Öffnung (34) eine Stopfbuchsendichtung (36) angeordnet ist
- 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stopfbuchsendichtung (36) direkt unterhalb der ersten Öffnung (34) verläuft
- 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich um die zweite Öffnung (24) sich in Zuführrichtung des Drahtes (52) verjüngend ausgebildet ist
- 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaßkanal (26) aus einem in das Matrixmaterial des Spülsteins (10) eingesetzten Rohr (28), aus Stahl- oder Keramikwerkstoff besteht
- 6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (28) bzw. ein getrennt» Rohrabschnitt (30) in den Gasverteilraum (16) nach unten vorragt und dort trichterförmig sich in den Gasverteilraum (16) erweiternd ausgebildet ist
- 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des Durchlaßkanals (26) oder des Rohres (28) etwas größer als oder gleich groß als der Außendurchmesser des hindurchgeführten Drahtes (52) oder Rohres ist
- 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des Durchlaßkanals (26) oder Rohres (28) 1 bis 2 mm grüß» als der Außendurchmesser des Drahtes (52) ist
- 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Spülstein (10) eine gerichtete Porosität (Kanäle (12)) aufweist
- 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (12) gleichmäßig verteilt um den Durchlaßkanal oder das Rohr (28) verlaufen.
- 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Abschnitt (28*) des Durchlaßkanals (26) oder Rohres (28) mit einem dichten, feuerfesten keramischen Stopfen verschließbar ist Hiezu 1 Blatt Zeichnung -5-
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