DE19511640C1 - Rüssel für ein Entgasungsgefäß - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Rüssel für ein Entgasungsgefäß, mit einer feuerfesten Auskleidung und einer darin angeordneten Gasspüleinrichtung mit mehreren Kanälen, die, über den Umfang des Rüssels verteilt, durch die feuer­ feste Auskleidung in radialer Richtung, bezogen auf die Mittenlängsachse des Rüssels, verlaufen und außenseitig an mindestens eine Gaszuführleitung anschließbar sind.

In Transactions of the Iron and Steel Institute of Japan, 1987, Heft 8, S. 677 wird die Verwendung von Magnesia-Kohlenstoff-Steinen im Untergefäß einer RH-Anlage beschrieben. Gleiches gilt hinsichtlich Stahl und Eisen 114 (1994), Nr. 5, S. 61-66.

Aus der EP 0 297 850 A1 ist eine Begasungseinrichtung für den Rüssel eines RH-Gefäßes bekannt. Gas wird mit unterschiedlichem Druck über den gesamten Querschnitt des Rüssels eingeblasen.

In "Radex-Rundschau, Heft 4, 1990, 365" wird die Entwicklung von Gasspülelementen für Entgasungsgefäße beschrieben. Darin wird erwähnt, daß in einer typischen Anlage mit sechs bis zwölf Röhrchen von jeweils 3 oder 4 mm Durchmesser im Einlaufrüssel des Vakuumgefäßes gespült wird.

In der "Radex-Rundschau, Heft 4, 1992, 171" wird ein RH-Verfahren dargestellt, bei dem im Einlaufrüssel Argon durch 3 bis 4 mm starke Stahlröhrchen eingeblasen wird.

Beim RH (Ruhrstahl-Heraeus)-Verfahren wird der flüssige Stahl aus einer Gießpfanne in einem Steigrohr mit Hilfe eines Fördergases, insbesondere Argon, das über dem Stahlbad­ spiegel in das Steigrohr eingeführt wird, durch dessen Volumenvergrößerung im Steigrohr und ferner durch den Druckunterschied zwischen dem äußeren Luftdruck und dem Unterdruck im Evakuierungsgefäß in dieses befördert. Der in das Evakuierungsgefäß eingesaugte Stahl wird zersprüht, wodurch eine starke Oberflächenvergrößerung und somit eine gute Entgasung eintritt. Gleichzeitig eingeführter Sauerstoff, der während der gesamten Behandlungszeit unter anderem aus der Schlacke nachgeliefert wird, führt zur Bildung von Kohlenmonoxid, das im Vakuumgefäß ausgast, womit die gewünschte Entkohlung erreicht wird.

Durch zusätzlichen Einblasen von Sauerstoff ist versucht worden, die Feinentkohlung auf möglichst niedrige Werte zu optimieren.

Ein schneller Entkohlungsablauf wird insbesondere durch eine hohe Umlaufgeschwindigkeit der Schmelze und damit eine Erhöhung des Fördergasstromes sowie eine Vergrößerung des Rüsseldurchmessers der Vakuumanlage erreicht.

In der EP 0 297 850 A1 wird ein Rüssel der eingangs genannten Art im Rahmen eines RH-Verfahrens beschrieben. Dazu sind im Einlaufrüssel mehrere Kanäle umfangsseitig angeordnet, die in zwei Gruppen unterteilt werden, wobei eine Gruppe mit Gas unter hohem Druck und eine Gruppe mit Gas unter niedrigem Druck beaufschlagt wird. Auf diese Weise sollen die zugeführten Gasströme unterschiedlich tief in die durch den Rüssel geführte Metallschmelze eindringen und eine gleichmäßige Begasung der Metallschmelze über den Rüssel­ querschnitt ermöglichen.

Üblicherweise werden als feuerfester Werkstoff für den genannten Rüsselbereich chromhaltige Magnesiaqualitäten eingesetzt, die gute Haltbarkeiten zeigen. Die Verwendung chromhaltiger Sorten begegnet aus Umweltgründen heute jedoch zunehmend Bedenken. Gesetzliche Auflagen fordern zum Teil, vollständig auf chromhaltige Werkstoffe zu verzichten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bekannte Rüssel für Entgasungsgefäße zu optimieren, wobei insbesondere ein verringertes und gleichmäßigeres Verschleißverhalten der feuerfesten keramischen Auskleidung angestrebt wird.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß dieses Ziel durch eine "Rundum-Spülung" des durch den Rüssel (das Tauchrohr) geführten Stahles mit einem entsprechenden Behandlungsgas in Kombination mit einer speziellen Werk­ stoffauswahl für die feuerfeste Rüsselauskleidung erreicht werden kann, wenn dabei folgende Parameter berücksichtigt werden:

• - Das Gas soll in einem nahezu kontinuierlichen Gasschleier umfangsseitig zugeführt werden.
• - Die feuerfeste Rüsselauskleidung soll zumindest im Bereich der Kanäle, vorzugsweise komplett, aus einem chromfreien feuerfesten keramischen Werkstoff bestehen.

Die beschriebene Ausbildung einer Gasspüleinrichtung, bei der die durch den Rüssel geführte Metallschmelze gleichmäßig umfangsseitig nahezu kontinuierlich (durchgehend) mit fein­ sten Gasblasen beaufschlagt wird, führt in metallurgischer Hinsicht zu einem so deutlichen überraschenden Vorteil der Behandlung der Metallschmelze, daß der Rüssel nunmehr zumin­ dest im Bereich der Kanäle mit einem feuerfesten Werkstoff ausgekleidet werden kann, der aus einer chromfreien magne­ sitischen Sorte besteht.

Chromfreie Magnesia-Produkte sind zwar im Stand der Technik bekannt (DE 43 19 741 A1; DE 35 27 789 C2), jedoch für andere Anwendungszwecke.

Die Verwendung von chromfreien Magnesiasorten in einem Rüssel nach dem Stand der Technik war bisher aus Haltbar­ keitsgründen nicht möglich. Die vorstehend beschriebene Spültechnik im Zusammenhang mit der speziell ausgebildeten Gasspüleinrichtung führt nun jedoch dazu, daß ohne weiteres chromfreie, insbesondere basische Feuerfestsorten Verwendung finden können, ohne die Haltbarkeit des Rüssels nennenswert zu beeinträchtigen. Dies stellt einen erheblichen Fortschritt in umwelttechnischer Hinsicht dar.

Konkret können beispielsweise folgende Werkstoffe Anwendung finden:

• - MA-Spinelle (MgO-Al₂O₃-Spinellmassen und -steine),
• - Magnesia-Spinell-Steine und -massen,
• - Magnesia-Massen und -Steine mit MgO-Gehalten über 97 Gew.-%, die mit ZrO₂ beziehungsweise Al₂O₃ gedopt sind, oder
• - Magnesiasorten mit einem Gehalt kleiner 1,0 Gew.-% an metallischen Zusätzen in körniger Form zwischen 0,1 und 2,0 mm,
• - Magnesia mit Zusätzen bis 8,0 Gew.-% an anderen feuer­ festen Oxiden in granulierter, kompaktierter oder stückiger Form < 5 mm.

Dabei ist die vorstehende Aufstellung nur beispielhaft. Auch andere Sorten, wie die nach der DE 43 19 741 A1 können eingesetzt werden.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform lassen sich auch feuerfeste Werkstoffe einsetzen, die pechimprägniert sind. Das Haltbarkeitsniveau des Rüssels läßt sich dabei noch weiter erhöhen.

Danach betrifft die Erfindung in ihrer allgemeinsten Ausführungsform einen gattungsgemäßen Rüssel eines Entgasungsgefäßes, wobei die Kanäle zur Ausbildung eines nahezu kontinuierlichen Gasschleiers entlang der Innenwand des Rüssels in dichter Folge umlaufend angeordnet sind und die Rüsselauskleidung, zumindest im Bereich der Kanäle, vorzugsweise komplett aus einem chromfreien feuerfesten Werkstoff besteht.

Durch eine solche Gestaltung ergeben sich folgende Vorteile: Es wird ein gleichmäßiger Strom von flüssigem Stahl bis ins Vakuumgefäß erreicht. Die über den gesamten Umfang verteilte, vorzugsweise feinblasige Gaszuführung ermöglicht eine besonders feine Verteilung des Behandlungsgases bei einem gleichzeitig stark erhöhten Reaktionsvolumen zwischen Behandlungsgas und Stahlschmelze.

Das Gas, zum Beispiel Argon, steigt an der Innenwand des Rüssels auf und schützt dabei das feuerfeste Auskleidungsmaterial des Rüssels. Die Folge ist ein sehr viel gleichmäßigerer und geringerer Verschleiß des Feuerfestmaterials nicht nur im Rüssel selbst, sondern auch im Untergefäß der Vakuumanlage. Eine Bärenbildung, wie sie teilweise im Stand der Technik im mittleren und oberen Teil des Vakuumgefäßes beobachtet wurde, tritt so gut wie nicht mehr auf. Die Behandlungszeit des Stahles mit Legierungselementen wird verringert. Entsprechend reduziert sich die benötigte Menge an Legierungsmitteln. Es läßt sich schließlich eine höhere und schnellere Entkohlungsleistung erzielen, so daß geringere Mengen an Reduktionsmedien notwendig werden.

Die konstruktive Gestaltung der ringartigen Gasspüleinrichtung kann auf verschiedene Art und Weise modifiziert werden. In einer ersten Ausführungsform ist vorgesehen, die Gasspüleinrichtung als monolithischen, gegossenen oder gepreßten, ringförmigen Block zu gestalten, in dem die Kanäle entsprechend radial angeordnet sind.

Ebenso kann der ringförmige Block auch aus mehreren feuerfesten, zum Beispiel gepreßten Ringsegmenten bestehen, wobei die Kanäle in den einzelnen Segmenten verlaufen.

Jedes Ringsegment ist dabei mit mehreren Kanälen ausgebildet, wobei eine weitere Ausführungsform vorsieht, die Kanäle eines Ringsegmentes außenseitig an eine gemeinsame Gasverteilkammer anzuschließen, die selbst wiederum an eine Gaszuführleitung anschließbar ist. Dabei können die Gasverteilkammern auch untereinander strömungstechnisch verbunden sein, so daß nur noch eine einzige Gaszuführleitung benötigt wird. Hierdurch wird die zugeführte Gasströmung vergleichmäßigt. Im Zusammenhang mit dem Merkmal der Ausbildung von Kanälen mit sehr kleiner Öffnungsweite (beziehungsweise sehr kleinem Durchmesser) ermöglicht dies, mit gegenüber dem Stand der Technik deut­ lich geringerem Gasdruck zu arbeiten. Der Gasdruck wird so eingestellt, daß die vorstehend beschriebene Ausbildung eines umlaufenden Gasschleiers erreicht wird.

Die Form und Größe der Ringsegmente kann in weiten Grenzen variiert werden. So ist es beispielsweise möglich, die ringförmige Gasspüleinrichtung aus insgesamt zehn Ring­ segmenten aufzubauen. Jedes Ringsegment kann wiederum aus mehreren Steinen bestehen, wobei in allen Steinen die Kanäle ausgebildet werden.

Unabhängig von der konstruktiven Gestaltung der ringförmigen Gasspüleinrichtung lassen sich die Gaskanäle rotationssymmetrisch über den Umfang der feuerfesten Auskleidung des Rüssels anordnen. Hierdurch wird eine besonders gleichmäßige radiale Gaszufuhr in die Metallschmelze gewährleistet. Werden die Gaskanäle mit unterschiedlichen Durchmessern (beispielsweise 0,5 bis 1,5 mm) oder Querschnitten (wie rund, schlitzartig etc.) ausgebildet, läßt sich auch der Gasdruck von Kanal zu Kanal einstellen, so daß das jeweils zugeführte Gas unterschiedlich tief in die Metallschmelze eindringen kann, jedoch, wie dargestellt, erfindungsgemäß nur über eine relativ kleine Strecke.

Die Kanäle können einfache Bohrungen sein; nach einer Ausführungsform werden die Kanäle von Metallrohren gebildet, die in der feuerfesten Auskleidung fest einliegen.

Die Verteilung des Behandlungsmediums innerhalb der Metallschmelze wird weiter dadurch verbessert, daß die Gaskanäle alternierend höhenmäßig versetzt angeordnet werden. Das nachfolgende Ausführungsbeispiel zeigt eine solche Ausführungsform im einzelnen.

Im Normalfall werden die Kanäle horizontal ausgerichtet verlaufen; jedoch ist auch eine zur Horizontalen geneigte Anordnung der Kanäle denkbar, wobei die Kanäle dann beispielsweise so ausgerichtet sind, daß die Gaszufuhr entgegen der Strömungsrichtung der Metallschmelze erfolgt.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche sowie den sonstigen Anmeldungsunterlagen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben.

Dabei zeigen - jeweils in schematisierter Darstellung -

Fig. 1 eine perspektivische, teilweise aufgerissene Ansicht eines RH-Entgasungsgefäßes,

Fig. 2 einen Horizontalschnitt durch den Rüssel nach Fig. 1 im Bereich der Gasspüleinrichtung,

Fig. 3 eine Frontansicht eines Rüssel-Steines nach Fig. 2.

Fig. 1 zeigt eine teilweise perspektivische Ansicht eines RH-Entgasungsgefäßes und insbesondere den hier interessierenden Bereich zweier Rüssel (Einlaufrüssel 10, Auslaufrüssel 12).

Im aufgeschnittenen Teil des Rüssels 10 ist eine feuerfeste Auskleidung 14 zu erkennen, die hier aus insgesamt sieben ringartigen und übereinander angeordneten Ebenen 16a . . . f besteht. Jede Ebene 16a . . . f ist aus feuerfesten Steinen 18 zusammengesetzt.

Die Steine 18 der Ebene 16d bilden zusammen eine erfindungsgemäße Gasspüleinrichtung, die in Fig. 2 in der Aufsicht im einzelnen dargestellt ist.

Fig. 2 zeigt, daß vierzig Steine 18 zusammen die ringförmige Ebene 16d bilden und dabei jeweils vier Steine 18 zu einem Ringsegment S1 bis S10 zusammengefaßt sind. Die Steine 18 beziehungsweise Segmente S1 bis S10 sind an ihren korrespondierenden Seitenflächen miteinander vermörtelt.

Jeder Stein 18 weist, wie Fig. 3 zeigt, zwei horizontal ausgerichtete und radial in Bezug auf die Mittenlängsachse M des Rüssels 10 verlaufende Kanäle 20, 22 auf, die über die Höhe und seitlich versetzt angeordnet sind, wobei ihr Ab­ stand jeweils ca. 5 cm beträgt, und zwar sowohl zwischen den Kanälen 20, 22 eines Steins, als auch zwischen den Kanälen benachbarter Steine.

Die Kanäle 20, 22 (mit einem Innendurchmesser von jeweils 1 mm) verlaufen jeweils von der Außenseite 18a zur Innenseite 18i der Steine 18.

Jedes Segment S1 bis S10 weist auf seiner Außenfläche eine unmittelbar angeschlossene Gasverteilkammer 24 auf, die gasdicht an die Außenfläche angeschlossen ist und aus Metall besteht. Entsprechend verlaufen die Kanäle 20, 22 außenseitig in den von der Gasverteilkammer 24 gebildeten Raum.

Jede Gasverteilkammer 24 weist einen (hier nicht dargestellten) Anschlußbereich auf, über den die Gasverteilkammer 24 mit dem Behandlungsmedium versorgt wird, welches anschließend durch die Kanäle 20, 22 in den Rüssel- Innenraum 26 eingedüst werden kann, wobei die engmaschige, gleichmäßige und höhenversetzte Verteilung der Kanäle 20, 22 über den Umfang der Gasspüleinrichtung sowie ihre radiale Ausrichtung dafür sorgen, daß das Behandlungsmedium, beispielsweise Argon, gleichmäßig in Richtung auf die im Raum 26 strömende Metallschmelze radial eingedüst wird. Dabei wird eine Art umlaufender ringförmiger Gasschleier ausgebildet, der an der zylinderförmigen Innenwand des Rüssels 10 aufsteigt.

Alternativ wäre es auch möglich, die einzelnen Gasverteil­ kammern 24 (tangential) miteinander zu verbinden und eine einzige Gaszuführleitung in eine Gasverteilkammer 24 zu führen. In jedem Fall wird sichergestellt, daß über alle Kanäle 20, 22 derselbe Gasdruck entsteht.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, nicht nur eine Ebene 16a . . . f als Gasspüleinrichtung auszubilden, sondern auch mehrere Ebenen 16a . . . f, die benachbart oder beabstandet zueinander sein können.

Die Steine 18 des gesamten Rüsselbereichs bestehen hier aus einem feuerfesten Werkstoff auf Basis Magnesia mit einem Zusatz von 0,5 Gew.-% metallischem Aluminium in einer Korn­ fraktion 0,1 bis 1,0 mm. Die Steine sind demnach chromfrei. Die Haltbarkeit des vorbeschriebenen Rüssels entspricht trotz der Verwendung chromfreier Werkstoffe der nach dem Stand der Technik (unter Verwendung chromhaltiger Produkte).

Claims (17)

1. Rüssel (10, 12) für ein Entgasungsgefäß mit einer feuerfesten Auskleidung (14) und einer darin angeordneten Gasspüleinrichtung mit mehreren Kanälen, die, über den Umfang des Rüssels (10, 12) verteilt, durch die feuerfeste Auskleidung (14) in radialer Richtung, bezogen auf die Mittenlängsachse M des Rüssels (10, 12), verlaufen und außenseitig an mindestens eine Gaszuführleitung anschließbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung (14), zumindest im Bereich der Kanäle (20, 22), aus einem chromfreien feuerfesten keramischen Werkstoff besteht und die Kanäle (20, 22) zur Ausbildung eines nahezu kontinuierlichen Gasschleiers entlang der Innenwand des Rüssels in dichter Folge verlaufend angeordnet sind.

2. Rüssel nach Anspruch 1, dessen gesamte Auskleidung (14) aus einem chromfreien feuerfesten keramischen Werkstoff besteht.

3. Rüssel nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der feuerfeste Werkstoff aus einer chromfreien magnesitischen Sorte besteht.

4. Rüssel nach Anspruch 3, bei dem der feuerfeste Werkstoff aus

• - MgO-Al₂O₃-Spinell,
• - Magnesia-Spinell,
• - Magnesia mit MgO-Gehalten über 97 Gew.-% und mit ZrO₂ beziehungsweise Al₂O₃ gedopt oder
• - Magnesia mit einem Gehalt < 1,0 Gew.-% an metallischen Zusätzen in körniger Form zwischen 0,1 und 2,0 mm und/oder
• - Magnesia mit Zusätzen bis 8,0 Gew.-% an anderen feuer­ festen Oxiden in granulierter, kompaktierter oder stückiger Form < 5 mm

besteht.

5. Rüssel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der feuerfeste Werkstoff der Auskleidung (14) pechimprägniert ist.

6. Rüssel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Kanäle (20, 22)

• a) einen Durchmesser zwischen 0,5 und 2 mm aufweisen
• b) einen Abstand von weniger als 10 cm zueinander besitzen, und
• c) derart mit Gas beaufschlagbar sind, daß das Gas nach Eintritt in den Rüssel (10, 12) benachbart zu dessen Innenwand aufsteigt.

7. Rüssel nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einer Gasspüleinrichtung in Form eines monolithischen, ringförmigen Blocks aus feuerfestem Werkstoff mit darin verlaufenden Kanälen.

8. Rüssel nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einer Gasspüleinrichtung in Form eines ringförmigen Blockes aus einem feuerfesten Werkstoff, der von mehreren feuerfesten Ringsegmenten S1 bis S10 mit darin angeordneten Kanälen (20, 22) gebildet wird.

9. Rüssel nach Anspruch 8, bei dem jedes Ringsegment S1 bis S10 aus mehreren Steinen (18) besteht, durch die sich jeweils mindestens ein Kanal (20, 22) erstreckt.

10. Rüssel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem der Abstand zwischen benachbarten Kanälen zwischen 2 und 7 cm beträgt.

11. Rüssel nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die Kanäle (20, 22) außen (am gaszuführseitigen Ende) gruppenweise oder insgesamt in eine gemeinsame Gasverteilkammer (24) einmünden.

12. Rüssel nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem der Durchmesser der Kanäle kleiner als 0,5 mm ist.

13. Rüssel nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die Kanäle (20, 22) rotationssymmetrisch über den Umfang der feuerfesten Auskleidung (14) angeordnet sind.

14. Rüssel nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem die Kanäle (20, 22) von Metallrohren gebildet werden, die in der feuerfesten Auskleidung (14) fest einliegen.

15. Rüssel nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem die Kanäle höhenmäßig versetzt angeordnet sind.

16. Rüssel nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem die Kanäle (20, 22) eine unterschiedliche Querschnittsfläche aufweisen.