DE19604413C1 - Gasspüleinrichtung für metallurgische Gefäße - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasspüleinrichtung für metallur­ gische Gefäße.

Eine Übersicht über unterschiedliche Bauformen von Gasspül­ steinen gibt die Radex-Rundschau 1987, 288.

Daraus ergibt sich, daß Gasspülsteine mit sogenannter gerichteter Porosität ebenso zum Stand der Technik gehören wie Gasspülsteine mit gerichteter Porosität.

Gasspülsteine der genannten Art werden als diskrete Bauteile in den Boden oder die Wand eines metallurgischen Schmelz­ gefäßes eingesetzt. Bei Gasspülsteinen mit gerichteter Porosität kann gemeinsam mit dem Gasstrom auch die Zufuhr von Feststoffen in die metallurgische Schmelze erfolgen.

Gasspülsteine mit gerichteter Porosität sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Sie unterscheiden sich beispiels­ weise durch die Art und Ausbildung einzelner Kanäle, durch die das Gas geführt wird. Gemäß der EP 0 521 371 B1 ist unterhalb des eigentlichen Gasspülsteins eine Gasverteil­ kammer angeordnet, über die das Gas durch einzelne Kanäle, die parallel zur Mittenlängsachse des Gasspülsteins verlau­ fen, in die metallurgische Schmelze eingedüst wird.

Bei der Lösung gemäß US 4,836,433 A wird ein metallisches Gasanschlußrohr über ein Gewinde in eine metallische Gas­ verteilkammer eingeschraubt und das Gas von dort über Röhrchen weitertransportiert.

Einen sogenannten "Labyrinthspüler" offenbart die DE 37 27 938 C1. Dieser Gasspülstein besteht aus einem kera­ mischen Innenteil und einem keramischen Außenteil. Die Kanäle sind direkt innen an dem Außenteil und/oder außen an dem Innenteil ausgeformt.

Die Ausbildung der Kanäle kann unter anderem dadurch erfolgen, daß in das keramische Matrixmaterial ausbrennbare Körper, die der Form der späteren Kanäle entsprechen, einge­ legt werden, die nach Ausbrand die Gaskanäle bilden.

Dies gilt auch für die Gasspüleinrichtung gemäß US 5,225,143 A, bei der die Kanäle nach Ausbrennen eines wachsartigen Formkörpers freigelegt werden. Die Gaszufuhr zu den Kanälen erfolgt über eine metallische Gasverteilkammer.

Neben diesen diskreten Gasspüleinrichtungen sind Gasspül­ einrichtungen bekannt, die integral als Bestandteil einer monolithischen Boden- oder Wandauskleidung eines metallur­ gischen Gefäßes gestaltet sind. Eine solche Gasspülein­ richtung beschreibt beispielsweise die AT 398 632 B. Eine gezielt steuerbare Gasströmung wird dadurch erreicht, daß im Bereich der Gasaustrittsöffnung einer bodenseitigen Gasver­ teilkammer stabförmige Körper in die feuerfeste Herdbaumasse eingebettet sind, die aus porösem Material oder aus einem Material bestehen, dessen Wärmeausdehnungsverhalten unter­ schiedlich zu dem der Herdbaumasse ist, so daß im Betrieb "Schlitze" entstehen.

Gasspüleinrichtungen der vorgenannten Art haben sich grund­ sätzlich bewährt. Es besteht jedoch das ständige Bedürfnis nach einer konstruktiven und anwendungstechnischen Ver­ besserung. Dies gilt insbesondere hinsichtlich der Ausbil­ dung der Gasräume für die Gaszufuhr sowie der strömungs­ technischen Verbindung zwischen einer Gasanschlußleitung und den Spülkanälen bzw. -schlitzen.

Die Erfindung schlägt nun eine Gasspüleinrichtung für metallurgische Gefäße mit folgenden Merkmalen vor:

• - einer Gaszuführleitung,
• - einem, am gasauslaßseitigen Ende der Gaszuführleitung angeschlossenen Adapter,
• - mindestens einem, am Adapter befestigbaren Körper aus einem unter Temperatureinwirkung ausbrennbaren Werkstoff und
• - einer, das gasauslaßseitige Ende der Gaszuführleitung, den Adapter und den Körper, mit Ausnahme seines freien Endab­ schnittes, umgebenden, feuerfesten keramischen Ummantelung, wobei
• - der Körper so ausgebildet ist, daß er nach Ausbrand min­ destens einen, mit der Gaszuführleitung über den Adapter verbundenen Gaskanal durch die feuerfeste Ummantelung in Richtung auf eine zu behandelnde Metallschmelze ausbildet.

Die erste Besonderheit besteht darin, daß die ausbrennbaren Teile eines in das feuerfeste keramische Matrixmaterial integrierten Körpers nach Ausbrand eine unmittelbare strömungstechnische Verbindung zur Gaszuführleitung (über den Adapter) haben. Damit entfällt die Notwendigkeit, separate Gasverteilkammern unterhalb der Gasspüleinrichtung anzuordnen, da der gasauslaßseitige Teil der Gaszuführ­ leitung ebenfalls innerhalb des feuerfesten Matrixmaterials liegt.

Eine weitere Besonderheit besteht darin, daß außer der Gas­ zuführleitung (einschließlich Adapter) und dem daran ange­ schlossenen ausbrennbaren Körper keinerlei weitere Teile für die Ausbildung der Spülgasleitung beziehungsweise der Spül­ gaskanäle notwendig sind. Hierdurch wird die Herstellung vereinfacht. Dies gilt insbesondere für Gasspüleinrichtungen, bei denen das feuerfeste keramische Matrixmaterial auf beziehungsweise um die vorgenannten Teile gegossen wird.

Zur Herstellung eines (diskreten) Gasspülsteins kann das Vergießen der feuerfesten Masse in eine entsprechende Form erfolgen; die Gasspüleinrichtung kann aber auch als integraler Bestandteil einer feuerfesten Boden- oder Wand­ auskleidung eines metallurgischen Schmelzgefäßes eingesetzt werden. In diesem Fall werden zunächst die Gaszuführleitung, der Adapter und der Körper positioniert und anschließend mit Masse umgeben.

Eine weitere Besonderheit besteht darin, daß unabhängig von der Gaszuführleitung und dem Adapter, die vorzugsweise aus Metallteilen bestehen, die konkrete Geometrie des ausbrenn­ baren Körpers nahezu beliebig sein kann, wie nachstehend noch beschrieben wird.

Der Adapter kann integraler Bestandteil-des gasauslaß­ seitigen Endes der Gaszuführleitung sein. Er kann beispiels­ weise aus einem Außengewinde oder einem Bajonettverschluß bestehen, wobei der Körper entsprechend auf dieses Ende (den Adapter) aufgeschraubt oder aufgeschoben wird.

Der Adapter kann aber auch ein eigenständiges Bauteil sein, welches auf das gasauslaßseitige Ende der Gaszuführleitung selbst aufgeschraubt (aufgeklemmt) oder mit diesem verschweißt wird. In diesem Fall besitzt der Adapter wiederum Verankerungsmittel der vorstehend genannten Art für den Körper.

Insbesondere bei der Ausbildung als eigenständiges Bauteil kann der Adapter einen gegenüber der Gaszuführleitung ver­ größerten Strömungsquerschnitt (für das Behandlungsgas) auf­ weisen. Ebenso ist es möglich, den Adapter mit mehreren Gas­ auslaßöffnungen auszubilden. Entsprechend wird der Körper dann mit einer entsprechenden Zahl von Stegen ausgebildet sein, die in der Montageposition jeweils einer Gasauslaß­ öffnung zugeordnet sind. Nach dem Ausbrand werden so eine Vielzahl von einzelnen Gaskanälen, unmittelbar ausgehend vom Adapter, bereitgestellt.

Die Form des Körpers ist - wie ausgeführt - nahezu beliebig. Der Körper kann eine Plattenform, eine Netzform, eine Zylinderform, eine Quaderform, eine Kegelform oder ähnliche dreidimensionale Geometrien aufweisen. Vorzugsweise werden die einzelnen Körperabschnitte jedoch untereinander ver­ bunden sein, um die Konfektionierung zu erleichtern. Vor allem wird der Körper an seiner Verbindungsstelle mit dem Adapter bevorzugt einteilig sein, um eine einfache Montage zu ermöglichen. Die Figurenbeschreibung gibt hierzu nähere Hinweise.

Ausgehend von einem solchen Bodenteil können dann mehrere, beispielsweise radial angeordnete Stege verlaufen, die sich beabstandet zueinander oder vernetzt durch die feuerfeste Ummantelung erstrecken.

In jedem Fall bleibt jedoch die Verbindung eines Endes des Körpers mit dem Adapter (der Gaszuführleitung) erhalten, um nach dem Ausbrand eine unmittelbare strömungstechnische Verbindung von der Gaszuführleitung in die dann freigelegten Spülkanäle zu schaffen.

Während die Gaszuführleitung und der Adapter beispielsweise aus Metall bestehen, kann als Material für den Körper Papier, Pappe, Kunststoff oder dergleichen Anwendung finden. Insbesondere bei einem einteiligen Körper können einzelne Abschnitte auch durchbrochen sein, so daß das feuerfeste Matrixmaterial zunächst hindurchdringt und später (nach Aus­ brand des Körpers) eine labyrinthartige Struktur des oder der Spülkanäle entsteht.

Selbstverständlich lassen sich auch Gasspüleinrichtungen nach Art von "Schlitzspülern" auf die beschriebene Art und Weise ausbilden.

Um die Herstellung zu vereinfachen und die Gaszuführung in die Schmelze sicherzustellen, kann der Körper mit seinem freien Endabschnitt (dem Adapter gegenüberliegend) die (dichte) feuerfeste Ummantelung überragen. Bei einem "Bodenspüler" steht der Körper dann (vor dem Ausbrand) in das Innere des metallurgischen Schmelzgefäßes vor und wird dort beim Aufheizen der feuerfesten Auskleidung beziehungs­ weise beim Einfüllen einer Metallschmelze funktionsgemäß zerstört. Eine Überdeckung der Einrichtung (des Körpers) mit poröser feuerfester Masse ist jedoch möglich.

Wie ausgeführt kann die Gasspüleinrichtung in Form diskreter Gasspülsteine, aber auch als Bestandteil des Bodens oder der Wand eines metallurgischen Schmelzgefäßes ausgebildet sein.

Die Geometrie diskreter Gasspülsteine ist erfindungsgemäß beliebig. Sie kann beispielsweise quaderförmig sein, eine Zylinderform oder Kegelstumpfform aufweisen.

Bei der Gestaltung als Bestandteil eines feuerfesten Bodens oder einer feuerfesten Wand läßt sich die Gasspüleinrichtung nach Verschleiß des Feuerfestmaterials leicht ersetzen. Die feuerfeste Masse wird in diesem Fall bis zum Adapter ausge­ brochen und anschließend wird ein neuer Körper aufgesetzt und mit Feuerfestmaterial ausgegossen und/oder umhüllt. Gas­ spülleitung und Adapter sind damit wiederverwendbar; lediglich der ausbrennbare Körper wird ersetzt.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Merk­ malen der Unteransprüche sowie den sonstigen Anmeldungs­ unterlagen.

Die Erfindung wird nachstehend näher erläutert. Dabei zeigen - jeweils in schematisierter Darstellung -

Fig. 1 einen teilweisen Schnitt durch ein metallurgisches Schmelzgefäß mit im Boden integrierter Gasspülein­ richtung,

Fig. 2 eine perspektivische Teilansicht eines ausbrenn­ baren Körpers der Gasspüleinrichtung nach Fig. 1.

Fig. 1 zeigt einen Teilausschnitt einer Stahlgieß-Pfanne 10 mit einem äußeren Metallpanzer 12, einem davor angeordneten feuerfesten Dauerfutter 14 sowie einer inneren feuerfesten monolithischen Auskleidung 16 im Wand- und Bodenbereich 18, 20.

Durch den Stahlpanzer 12 und das Dauerfutter 14 erstreckt sich bodenseitig eine metallische Gaszuführleitung 22 in den Bodenbereich 20, die oberhalb des Dauerfutters 14 mit Hilfe einer Muffe 24 nach außen abgedichtet ist.

Wie Fig. 1 zeigt, verläuft die Gaszuführleitung spiral­ förmig und an ihr freies Ende 22e schließt sich gasdicht ein metallischer Adapter 26 an, der quasi Bestandteil der Gas­ zuführleitung 22 ist.

Der Adapter 26 verläuft im wesentlichen senkrecht zum boden­ seitigen Dauerfutter 14 und weist eine Zylinderform auf.

Auf das obere freie Ende des Adapters 26 ist ein Körper 28 (Fig. 2) aufgesteckt, der wie folgt aufgebaut ist:

Der Körper 28 besitzt bodenseitig eine axial verlaufende Hülse 30, deren Innenquerschnitt gleich oder geringfügig größer als der Außenquerschnitt des freien Endes des Adapters 26 ist, so daß der Körper 28 über die Hülse 30 unter Formschluß auf den Adapter 26 aufgesetzt werden kann. Die Hülse 30 ist oben geschlossen und von ihrem oberen End­ abschnitt verlaufen radial mehrere Stege 32, die in einen ringförmigen Steg 34 übergehen, an den sich nach oben ein hohlzylinderförmiges Teil 36 anschließt.

Der Körper 28 ist als Spritzgußteil hergestellt und damit einteilig.

Wie Fig. 1 zeigt, liegt auf dem feuerfesten Dauerfutter 14 eine monolithische feuerfeste Auskleidung 16, die den ober­ halb des Dauerfutters 14 verlaufenden Bereich der Gaszuführ­ leitung 22, den Adapter 26 sowie den Körper 28 (mit Ausnahme seines oberen freien Endabschnittes) allseitig umgibt. Die feuerfeste Masse verläuft also sowohl innerhalb des hohl­ zylindrischen Teils 36 des Körpers 28 als auch im Bereich zwischen den Stegen 32, 34 beziehungsweise um die vorgenann­ ten Bauteile herum. Mit anderen Worten: die Gasspüleinrich­ tung, bestehend aus Gaszuführleitung 22, Adapter 26 und Körper 28 ist im Umfang der vorstehend beschriebenen Be­ standteile allseitig in die feuerfeste monolithische Bodenauskleidung 16 integriert.

Wichtig ist, daß der Körper 28 mit seinem oberen freien Ende 28o entweder in Höhe des oberen Niveaus 20o der Bodenaus­ kleidung 20 endet oder geringfügig über dieses Niveau vor­ steht, um nach Ausbrand des Körpers 28 (mit seinen gesamten Bestandteilen) einen kontinuierlichen Gasweg durch die Gas­ zuführleitung 22, den Adapter 26, die Stege 32, 34 und den Teil 36 in eine Metallschmelze 40 zu ermöglichen.

Die Größe des Körpers 28 beziehungsweise die Querschnitte seiner Bestandteile werden in Abhängigkeit von den jewei­ ligen Anwendungsbedingungen sowie der gewünschten Menge des zugeführten Gases angepaßt.

Die Gasspüleinrichtung läßt sich alternativ auch als diskretes Bauteil zum Beispiel in den Boden 20 einsetzen, wie gestrichelt in Fig. 1 angedeutet. In diesem Fall ver­ läuft lediglich die Gaszuführleitung aus dem Gasspülstein heraus, während alle anderen Bestandteile innerhalb des Feuerfestmaterials liegen.

Claims (15)

1. Gasspüleinrichtung für metallurgische Gefäße mit

• 1.1 einer Gaszuführleitung (22),
• 1.2 einem, am gasauslaßseitigen Ende (22e) der Gaszu­ führleitung (22) angeschlossenen Adapter (26),
• 1.3 mindestens einem, am Adapter (26) befestigbaren Körper (28) aus einem unter Temperatureinwirkung ausbrennbaren Werkstoff, und
• 1.4 einer das gasauslaßseitige Ende (22e) der Gaszuführ­ leitung (22), den Adapter (26) und den Körper (28), mit Ausnahme seines freien Endabschnitts (28o) umge­ benden feuerfesten keramischen Ummantelung (16), wobei
• 1.5 der Körper (28) so ausgebildet ist, daß er nach Ausbrand mindestens einen mit der Gaszuführleitung (22) über den Adapter (26) verbundenen Gaskanal durch die feuerfeste Ummantelung (16) in Richtung auf eine zu behandelnde Metallschmelze ausbildet.

2. Gasspüleinrichtung nach Anspruch 1, bei der der Adapter (26) als integraler Bestandteil des gasauslaßseitigen Endes (22e) der Gaszuführleitung (22) ausgebildet ist.

3. Gasspüleinrichtung nach Anspruch 1, bei der der Adapter (26) auf das gasauslaßseitige Ende (22e) der Gaszuführ­ leitung (22) aufgeschraubt, aufgeklemmt oder mit diesem verschweißt ist.

4. Gasspüleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Adapter (26) einen gegenüber der Gaszuführ­ leitung (22) vergrößerten Strömungsquerschnitt für das Behandlungsgas aufweist.

5. Gasspüleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der Körper (28) auf den Adapter (26) aufsteckbar, aufschraubbar oder aufklemmbar ausgebildet ist.

6. Gasspüleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der der Adapter (26) mit mehreren Gasauslaßöffnungen und der Körper (28) mit einer korrespondierenden Zahl von Stegen (32, 34) ausgebildet sind, die in der Montage­ position jeweils einer Gasauslaßöffnung zugeordnet sind.

7. Gasspüleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der der Körper (28) eine Zylinderform und einen mit dem Adapter (26) verbindbaren Bodenteil (30, 32) aufweist.

8. Gasspüleinrichtung nach Anspruch 7, bei der der Boden­ teil (30, 32) von mehreren, radial angeordneten Stegen (32) gebildet wird.

9. Gasspüleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der der ausbrennbare Körper von mehreren Stegen gebildet wird, die sich, ausgehend von einem gemeinsamen Anlenkpunkt am Adapter, beabstandet zueinander durch die feuerfeste Ummantelung erstrecken.

10. Gasspüleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der der ausbrennbare Körper von mehreren Stegen gebildet wird, die sich, ausgehend von einem gemeinsamen Anlenkpunkt am Adapter, netzartig durch die feuerfeste Ummantelung erstrecken.

11. Gasspüleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der die Gaszuführleitung (22) und/oder der Adapter (26) aus Metall bestehen.

12. Gasspüleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der der ausbrennbare Körper (28) aus Papier, Pappe oder Kunst­ stoff besteht.

13. Gasspüleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der der ausbrennbare Körper (28) mit seinem freien Endabschnitt (28o) die feuerfeste Ummantelung (16) überragt.

14. Gasspüleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der die feuerfeste Ummantelung die Form eines Quaders, eines Zylinders oder eines Kegelstumpfes auf­ weist.

15. Gasspüleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der die feuerfeste Ummantelung (16) von einer mono­ lithischen, den Boden (20) oder die Wand (18) eines metallurgischen Schmelzgefäßes (10) bildenden feuer­ festen Masse gebildet wird.