DE19512485A1 - Gasspülstein - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasspülstein mit gerichteter Porosität, mit einem Feuerfestformstein, in dem zur Erzeugung der gerichteten Porosität Gasdurchtrittskanäle ausgebildet sind, die mit ihrem einen Ende auf der der Schmelze zugewand­ ten Heißseite des Formsteines und mit ihrem anderen Ende in einem Gaszuführungsraum münden, der mittels eines Gaszufüh­ rungsrohres mit Druckgas beaufschlagbar ist.

Gasspülsteine zum Einblasen von Spül- oder Reaktionsgasen in Metallschmelzen werden unterteilt in Spüler mit gerichteter und ungerichteter Porosität sowie in sogenannte Fugenspüler, bei denen der Gasdurchtritt durch eine beispielsweise kreis­ förmig verlaufende Fuge erfolgt. Die Gasspülsteine, die z. B. in die Böden von Stahlpfannen eingesetzt werden, weisen in der Regel eine die seitliche Umfangsfläche und den Boden gasdicht umgebende Blechverkleidung auf, wobei die Blechummantelung des Bodens zur Unterseite des Formsteines beabstandet ist, so daß ein Gasverteilungsraum gebildet wird, in dem die Gasdurch­ trittskanäle auf der Kaltseite münden.

An Gasspülsteine werden im wesentlichen zwei Forderungen ge­ stellt. Zum einen sollen sie in der Lage sein, möglichst große Gasmengen in die Schmelze eindüsen zu können, beispielsweise soll, insbesondere bei Teilentgasungsverfahren mit Vakuum­ glocken, die auf der Schmelze schwimmende Schlacke durch das Spülgas aufgebrochen werden.

Andererseits besteht die Forderung nach einer möglichst hohen Lebensdauer der Gasspülsteine, damit eine hohe Pfannenverfüg­ barkeit gewährleistet ist. Diese Anforderungen widersprechen sich jedoch teilweise, da bei hohen Gasdurchsätzen in der Regel ein erhöhter mechanischer und chemischer Verschleiß der Gasspülsteine aufgrund der erzeugten Strömung im Gasspülstein­ bereich auftritt.

Dieser Verschleiß ist, ausgehend vom Randbereich des Spül­ steins, um so größer, je höher sich der Gasspülstein mit sei­ ner Oberfläche über die feuerfeste Bodenauskleidung der Pfanne erhebt. Außerdem sinkt durch den Strömungswiderstand in den Gasdurchtrittskanälen die eingedüste Spülgasmenge. Es ist daher nicht ratsam, die Höhe des Spülsteines, der üblicher­ weise eine etwa konische Form aufweist, zum Erreichen einer längeren Lebensdauer zu stark anzuheben. Auch versuchsweise eingesetzte Gasspülsteine mit etwa kugelkalottenartiger Ober­ fläche unterliegen dem erwähnten starken seitlichen Ver­ schleiß.

Da die feuerfeste Pfannenausmauerung auch im Bodenbereich zur Erhöhung der Pfannenkapazität bei vertretbarer Haltbarkeit möglichst geringe Wandstärken aufweisen soll, ist auch aus diesem Grund die vertikale Bauhöhe der Spülsteine möglichst kleinzuhalten.

Bei den bekannten Gasspülsteinen mit einem Gasverteilungsraum zwischen dem Blechboden und der Unterseite des Formsteines müssen relativ dicke Stahlblechböden eingesetzt werden, da sich bei den üblichen Betriebsdrücken von ca. 6 bar im Gasver­ teilungsraum der Blechboden sonst ausbeulen und insbesondere im Bereich der Schweißnähte Risse auftreten könnten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gasspülstein mit gerichteter Porosität zu schaffen, der bei geringer verti­ kaler Bauhöhe große Gasmengen in die Schmelze eindüsen kann und eine erhöhte Haltbarkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Gasspülstein befindet sich also der Gaszuführungsraum in Form von Gaszuführkanälen im Inneren des Formsteines, so daß im Prinzip auf eine gasdichte seitliche und bodenmäßige Verkleidung verzichtet werden kann. Durch die vorzugsweise geradlinig radial verlaufenden Gaszuführkanälen mit z. B. kreisförmigem Querschnitt ist bei gleichen Gasdrüc­ ken eine deutliche Erhöhung der eingedüsten Gasmenge möglich. Dies liegt zum einen an den Strömungs- und Druckverhältnissen im Inneren der kreisförmigen Kanäle, zum anderen sind die Gasdurchtrittskanäle verkürzt.

Der erfindungsgemäße Gasspülstein kann aus Stabilitätsgründen selbstverständlich auch eine seitliche und bodenmäßige Um­ kleidung aufweisen, wobei jedoch zumindest die Dicke des Bo­ denblechs stark reduziert werden kann.

Um die Ausbildung von Fugen bzw. Rissen zwischen der seitli­ chen Umfangsfläche des Gasspülsteines und der Ummörtelung bzw. feuerfesten Bodenauskleidung zu verringern, weist die seitli­ che Umfangsfläche vorzugsweise ein sogenanntes Labyrinth auf, das beispielsweise durch Hinterschneidungen, Nuten oder Vor­ sprünge in der seitlichen Umfangsfläche gebildet ist.

Eine weitere erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe besteht darin, die der Schmelze zugewandte Heißseite des Form­ steines klöpperbodenartig auszubilden. Durch diese spezielle geometrische Ausbildung der Heißseite steht im Vergleich zu konischen Spülsteinen eine vergleichsweise große Oberfläche zur Verfügung, in der entsprechende Gasdurchtrittskanäle mün­ den können. Gleichzeitig ist durch diese Formgebung der mecha­ nische Verschleiß verringert, obwohl erhöhte Gasmengen in die Schmelze eingeblasen werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gasspülsteines sind, wie bereits erwähnt, die Gaszuführkanäle geradlinig ausgebildet und weisen einen etwa kreisförmigen Querschnitt auf. An den kreisförmigen Querschnitt schließen sich tangential die im Formsteininneren ausgebildeten Gas­ durchtrittskanäle an, die geneigt zur Vertikalen zur Heißseite verlaufen. Die Gasdurchtrittskanäle sind dabei so angeordnet, daß ihre Mündungsöffnungen auf der Heißseite des Spülsteins gegenseitig beabstandet sind und radial verlaufende Reihen bilden.

Auf diese Weise befinden sich die Mündungsöffnungen der Gas­ durchtrittskanäle im inneren Bereich der Heißseite des Form­ steines relativ nahe beieinander, während sie in den äußeren Bereichen vergleichsweise weit auseinanderliegen. Dadurch wird eine zu hohe Strömungsgeschwindigkeit der umgebenden Schmelze in den Außenbereichen des Spülers vermieden und der damit verbundene Verschleiß weiter vermindert.

Die Gasdurchtrittskanäle bilden vorzugsweise zwei Reihen von Mündungsöffnungen, die jeweils einem Gaszuführungskanal zu­ geordnet sind.

Aus Symmetriegründen ist vorzugsweise eine gerade Anzahl von Gaszuführungskanälen, insbesondere vier, vorgesehen.

Die im Inneren der erfindungsgemäßen Gasspülsteine ausgebilde­ ten Hohlräume, also die Gaszuführkanäle und der Gasvertei­ lungsraum, können bei der Herstellung der Formsteine bei­ spielsweise mit Hilfe eines Kernes aus einer Aufschmelzmasse hergestellt werden, die nach dem Abbinden des Formsteines ausgeschmolzen und aus den Hohlräumen durch die Öffnung, die das Gaszuführungsrohr aufnimmt, entfernt werden können. Die Gasdurchtrittskanäle werden mit Hilfe von Bändern oder Fäden erzeugt, die um die Kerne gewickelt und mit Hilfe einer Spann­ vorrichtung geradlinig zur Oberseite geführt werden. Nach dem Abbinden des gegossenen Formsteines können diese Fäden oder Bänder gezogen oder ausgebrannt werden. Ein entsprechendes, auf die Anmelderin zurückgehendes Verfahren, ist z. B. aus der DE-PS 38 23 897 bekannt.

Als Kernmaterial zur Erzeugung der Gaszuführungskanäle kann z. B. eine niedrig schmelzende eutektische Zinn-Wismut-Legierung verwendet werden.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschau­ licht und wird im folgenden anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch die Mitte eines erfin­ dungsgemäßen Gasspülsteins und

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Oberseite des Gasspülsteins gem. Fig. 1.

Der schematisch in Fig. 1 in einem Schnitt dargestellte Gas­ spülstein 1 besteht aus einem feuerfesten Formstein 2 mit kreisförmigem Querschnitt. Im Inneren des Formsteins 2 sind radial verlaufende Gaszuführkanäle 3 mit ebenfalls kreisförmi­ gem Querschnitt ausgebildet.

Die Gaszuführkanäle 3 münden in einem kugelförmigen Gasver­ teilungsraum 4, an den ein Gaszuführungsrohr 5 angeschlossen ist.

Die Gaszuführkanäle 3 erstrecken sich bis kurz vor die seitli­ che Umfangsfläche 6 des Formsteins 2 und sind zum unteren Boden 7 des Formsteins 2 beabstandet.

Tangential an die Gaszuführkanäle 3 führen eine Vielzahl von Gasdurchtrittskanälen 8, die das Formsteininnere geneigt zur Vertikalen durchziehen und auf der Heißseite 9 münden.

Die der Schmelze zugewandte Heißseite 9 des Spülers 1 ist klöpperbodenartig ausgebildet.

Auf der seitlichen Umfangsfläche 6 des Formsteins 2 ist ein Labyrinth 10 ausgebildet, das aus mehreren umlaufenden Ein­ kerbungen 11 besteht. Die seitliche Umfangsfläche 6 und der Boden 7 des Formsteins 2 ist von einer Blechumkleidung 12 umgeben, wobei im Bodenbereich das Gaszuführungsrohr 5 gas­ dicht mit der Blechumkleidung 12 verschweißt ist.

In der Draufsicht gem. Fig. 2 ist zu erkennen, daß die Mündun­ gen 13 der Gasdurchtrittskanäle 8 zueinander beabstandet sind und radiale Reihen 14 bilden, von denen jeweils 2 einem Gas­ durchtrittskanal 8 zugeordnet sind.

Bezugszeichenliste

1 Gasspülstein
2 feuerfester Formstein
3 Gaszuführungskanal
4 Gasverteilungsraum
5 Gaszuführungsrohr
6 seitliche Umfangsfläche
7 unterer Boden
8 Gasdurchtrittskanal
9 Heißseite
10 Labyrinth
11 Einkerbung
12 Blechumkleidung
13 Mündung
14 radiale Reihe

Claims (11)

1. Gasspülstein mit gerichteter Porosität, mit einem Feuer­ festformstein, in dem zur Erzeugung der gerichteten Poro­ sität Gasdurchtrittskanäle ausgebildet sind, die mit ihrem einen Ende auf der der Schmelze zugewandten Heißseite des Formsteines und mit ihrem anderen Ende in einem Gaszufüh­ rungsraum münden, der mittels eines Gaszuführungsrohres mit Druckgas beaufschlagbar ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Gaszuführungsraum durch einen oder mehrere Gaszuführkanäle (3) gebildet ist, die zum Boden (7) des Formsteins (2) beabstandet in dessen Innerem ausgebildet sind, wobei die Gaszuführkanäle (3) vor der seitlichen Umfangsfläche (6) des Formsteins (2) enden.

2. Gasspülstein nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Gaszuführkanäle (3) und das Gaszuführungsrohr (5) im Gasverteilungsraum (4) mün­ den.

3. Gasspülstein nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Gaszuführkanäle (3) vom Gasverteilungsraum (4) nach außen erstrecken.

4. Gasspülstein nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die seitliche Umfangsfläche (6) und/oder der Boden (7) des Formsteins (2) mit einer Blechumkleidung (12) ummantelt ist.

5. Gasspülstein nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die seitliche Umfangsfläche (6) des Formsteins (2) bzw. die Blechum­ kleidung (12) Einkerbungen (11), Hinterschneidungen oder Vorsprünge aufweist.

6. Gasspülstein nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Schmelze zugewandte Heißseite (9) des Formsteines (2) klöpperbodenartig ausgebildet ist.

7. Gasspülstein nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Gaszu­ führkanäle (3) geradlinig ausgebildet sind und einen etwa kreisförmigen Querschnitt aufweisen, an dem die Gasdurch­ trittskanäle (8) beidseitig tangential münden, wobei die Gasdurchtrittskanäle (8) den Formstein (2) geneigt zur Vertikalen durchlaufen und ihre gegenseitig beabstandeten Mündungsöffnungen (13) auf der Heißseite (9) des Form­ steins (2) radial verlaufende Reihen (14) bilden.

8. Gasspülstein nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jedem Gaszuführungskanal (3) zwei Reihen (14) von Mündungsöffnungen (13) zugeordnet sind.

9. Gasspülstein nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß eine gerade Anzahl von radial verlaufenden Gaszuführungskanälen (3) vorgesehen ist.

10. Gasspülstein nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß vier Gaszu­ führkanäle (3) vorgesehen sind.

11. Verfahren zur Herstellung eines Gasspülsteins nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gaszuführkanäle (3) und der Gas­ verteilungsraum (4) mittels eines Kernes aus einer Aus­ schmelzmasse erzeugt werden, wobei die Gasdurchtritts­ kanäle (8) mit Hilfe von um den Kern und eine Spannvor­ richtung gespannten Fäden oder Bändern erzeugt werden und die Ausschmelzmasse nach dem Abbinden des Formsteines (2) ausgeschmolzen und die Fäden oder Bänder gezogen oder aus gebrannt werden.