DE19619204C1 - Gas flushing system - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Gasspüleinrichtung aus einem feuerfesten, keramischen Werkstoff, für metallurgische Schmelzgefäße.The invention relates to a gas purging device from a refractory, ceramic material, for metallurgical Melting vessels.
Die Literatur beschreibt zahlreiche Ausführungsformen derartiger Gasspüleinrichtungen. Eine umfassende Übersicht gibt die Radex-Rundschau, 1987, Seiten 288 bis 302.The literature describes numerous embodiments such gas purging devices. A comprehensive overview gives the Radex-Rundschau, 1987, pages 288 to 302.
Gasspüleinrichtungen in Form von Gasspülsteinen lassen sich in folgende, wesentliche Kategorien gliedern:Gas purging devices in the form of gas purging stones can be break down into the following main categories:
- - Gasspülsteine mit "gerichteter Porosität". Derartige Gasspülsteine weisen durchgehende Kanäle innerhalb des feuerfesten, keramischen Matrixmaterials auf, die von einer zentralen Gaszuführung mit Gas, gegebenenfalls auch mit Gas-/Feststoffgemischen, gespeist werden. - Gas purging stones with "directed porosity". Such Gas purging stones have continuous channels within the refractory ceramic matrix material by a central gas supply with gas, if necessary also with gas / solid mixtures.
- - Gasspülsteine mit "ungerichteter Porosität", bei denen der Gasfluß über die offene Porosität des keramischen Werkstoffes erfolgt.- Gas purging stones with "undirected porosity", in which the Gas flow over the open porosity of the ceramic Material.
- - Sogenannte Fugen- oder Schlitzspüler, bei denen der Gasfluß über relativ lange, aber schmale schlitzartige Kanäle erfolgt. Derartige Gasspülsteine beschreiben die DE 39 07 500 C1 und die EP 0 325 709 B1, DE 41 26 237 A1 (mit integraler Elektrode) und DE 38 02 657 C1 (mit über die Höhe wechselnden Querschnittsformen des Spülkanals)- So-called joint or slot washer, in which the Gas flow over relatively long but narrow slit-like Channels. Such gas purging stones describe the DE 39 07 500 C1 and EP 0 325 709 B1, DE 41 26 237 A1 (with integral electrode) and DE 38 02 657 C1 (with over the Changing cross-sectional shapes of the rinsing channel)
Bei allen Arten von Gasspülsteinen besteht das Problem der Infiltration von Metallschmelze in die Spülkanäle oder Spülschlitze. Man versucht, dieses Problem dadurch zu lösen, indem der Durchmesser der Spülkanäle beziehungsweise die Breite der Spülschlitze möglichst klein gewählt wird. Parallel dazu sinkt jedoch zwangsläufig die Menge an Spülgas, was grundsätzlich unerwünscht ist.With all types of gas purging plug there is the problem of Infiltration of molten metal into the rinsing channels or Flushing slots. One tries to solve this problem by by the diameter of the irrigation channels or the Width of the flushing slots is chosen as small as possible. In parallel, however, the amount inevitably drops Purge gas, which is fundamentally undesirable.
In der WO 95/33587 wird deshalb der Vorschlag gemacht, den schlitzartigen Spülkanal spiralförmig auszubilden, so daß bei geringer Breite, jedoch großer Länge des Spülkanals ein hoher Gasdurchsatz erreicht wird.In WO 95/33587 the proposal is therefore made slit-like flushing channel to form a spiral, so that with a small width but a large length of the flushing channel high gas throughput is reached.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den in der WO 95/33587 gegebenen Lösungsansatz für eine Gasspüleinrichtung mit hohem Gasdurchsatz im Sinne hoher Infiltrationshemmung konstruktiv anders zu lösen.The invention is based, in the WO 95/33587 given solution for a Gas purging device with high gas throughput in the sense of high Infiltration inhibition to solve constructively different.
Im Ergebnis wird eine Gasspüleinrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs vorgeschlagen. The result is a gas purging device with the features of the main claim proposed.
Der in Axialrichtung des Spülkanals radial alternierende Verlauf des Spülkanals führt überraschenderweise zu einer erheblichen Hemmung der Infiltrationsneigung ein dringender Metallschmelze. In Vorversuchen hat sich herausgestellt, daß der alternierende Verlauf dazu führt, daß etwaig in den Spülkanal eindringende Metallschmelze im Bereich der Umlenkungen "gebremst" wird. Dies ist insbesondere an dem der Metallschmelze zugewandten Ende der Gasspüleinrichtung von Bedeutung, damit die Stahlschmelze nur über einen möglichst geringen Abschnitt in die Gasspüleinrichtung eindringt. Im oberen, der Metallschmelze zugewandten Abschnitt weist das feuerfeste, keramische Matrixmaterial der Gasspüleinrichtung eine relativ hohe Temperatur auf, die nahe an die Temperatur der Stahlschmelze heranreicht. Soweit also das Eindringen der Stahlschmelze in die Gasspüleinrichtung bereits in deren oberem Abschnitt "gebremst" werden kann wird dadurch gleichzeitig verhindert, daß die Metallschmelze "einfriert", also in den festen Aggregatzustand übergeht. Dies ist deshalb besonders wichtig, weil bei fortgesetzter Begasung etwa eingedrungene Metallschmelze durch den Gasstrom anschließend leicht wieder aus der Gasspüleinrichtung in die Metallschmelze zurückgeführt werden kann.The radially alternating in the axial direction of the flushing channel The course of the rinsing channel surprisingly leads to a significant inhibition of the tendency to infiltration an urgent Molten metal. Preliminary experiments have shown that the alternating course leads to the fact that in the Rinsing channel penetrating molten metal in the area of Redirection is "braked". This is particularly the case the end of the gas purging device facing the molten metal important so that the steel melt only over one the smallest possible section in the gas purging device penetrates. In the upper one, facing the molten metal Section shows the refractory, ceramic matrix material the gas purging device to a relatively high temperature, the close to the temperature of the molten steel. So far that is, the penetration of the molten steel into the Gas purging device already in its upper section can be "braked" at the same time, that the metal melt "freezes", that is, in the solid Physical state passes. This is why it is special important because, if fumigation continues, some penetrated Metal melt through the gas flow then easily again from the gas purging device into the molten metal can be traced back.
Hinsichtlich der Umlenkungsbereiche (alternierenden Ausprägungen) sieht die Erfindung verschiedene konkrete Ausführungsformen vor:With regard to the redirection areas (alternating The invention sees various concrete Embodiments before:
Die Umlenkungen (Ausprägungen) können - im Längsschnitt (in Spülrichtung) betrachtet - mäanderförmig verlaufen. The deflections (characteristics) can - in longitudinal section (in Direction of rinsing) - meandering.
Eine alternative Ausführungsform sieht einen wellenförmigen Verlauf der Umlenkungen vor. Ein Unterfall davon ist der sinusförmige Verlauf.An alternative embodiment sees a wavy one Course of the diversions. One of them is sinusoidal course.
Eine zusätzliche Infiltrationshemmung kann bei einer Ausführungsform erreicht werden, bei der der im Längsschnitt wellenförmige Verlauf der Umlenkungen aus kurzen, unter einem spitzen Neigungswinkel zur Horizontalen verlaufenden Abschnitten und langen, unter einem stumpfen Neigungswinkel zur Horizontalen verlaufenden Abschnitten besteht. Auf diese Weise ergibt sich im Bereich der "kurzen" Abschnitte automatisch eine geringere Strömungsgeschwindigkeit der Schmelze und im Bereich des anschließenden, beispielsweise rechtwinkligen Oberganges zum "langen" Abschnitt eine Art "Schikane", die zusätzlich einer weiteren Infiltration der Metallschmelze entgegenwirkt.An additional inhibition of infiltration can be with a Embodiment can be achieved in which the in longitudinal section undulating course of the deflections from short, under an acute angle of inclination to the horizontal Sections and long, at an obtuse angle to the horizontal sections. To this This results in the area of the "short" sections automatically a lower flow rate of the Melt and in the area of the subsequent, for example right-angled transition to the "long" section a kind "Chicane", which further infiltrates the Counteracts molten metal.
Innerhalb einer Gasspüleinrichtung, beispielsweise innerhalb eines Gasspülsteines, können mehrere der vorstehend beschriebenen Spülkanäle konzentrisch zueinander oder nebeneinander angeordnet werden, um so den spültechnisch wirksamen Gasquerschnitt zu erhöhen.Inside a gas purging device, for example inside a gas purging plug, several of the above described flushing channels concentric to each other or can be arranged next to each other so to increase the effective gas cross section.
Alternativ dazu bietet die Erfindung einen Lösungsvorschlag an, bei dem der Spülkanal - in der Aufsicht betrachtet - eine Sternform besitzt. Eine derartige Gasspüleinrichtung kann als "Faltenspüler" beschrieben werden und wird in der anschließenden Figurenbeschreibung näher erläutert. Durch die "zickzackförmige" Gestaltung des Spülkanals (im Horizontalschnitt) wird gegenüber einem zylinderförmigen Spülkanal in Ringform eine erhebliche Vergrößerung des Spülkanal-Querschnittes erreicht. Alternatively, the invention offers a solution where the flushing channel - viewed from the top - has a star shape. Such a gas purging device can be described as "wrinkle washer" and is used in the subsequent description of the figures explained in more detail. By the "zigzag" design of the flushing channel (in Horizontal section) is compared to a cylindrical one Rinsing channel in the form of a ring a considerable increase in Rinsing channel cross section reached.
Ein annähernd gleicher Effekt läßt sich bei einem Spülkanal, der im Horizontalschnitt eine Kreisform besitzt, erreichen, sofern die Kreisform eine wellenförmige Kontur aufweist.An approximately the same effect can be seen with a rinsing channel, which has a circular shape in horizontal section, if the circular shape has a wavy contour.
Wie ausgeführt sollen die Umlenkungen zumindest an dem, der Metallschmelze zugewandten Ende der Gasspüleinrichtung vorgesehen werden. Dabei kann der entsprechende Abschnitt beispielsweise ein Drittel, die Hälfte oder zwei Drittel der gesamten Höhe der Gasspüleinrichtung ausmachen.As stated, the redirects should at least on the Molten metal facing end of the gas purging device be provided. The relevant section for example a third, a half or two thirds of the Make up the entire height of the gas purging device.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, den Spülkanal - in Axialrichtung betrachtet - mit wechselnden Querschnitten auszubilden, wobei die wechselnden Querschnitte dann insbesondere in dem die Umlenkungen aufweisenden Abschnitt der Gasspüleinrichtung vorgesehen werden.It is within the scope of the invention, the rinsing channel - in Viewed in the axial direction - with changing cross sections train, the changing cross sections then in particular in the section having the deflections the gas purging device can be provided.
Ergibt sich dabei - in Infiltrationsrichtung der Metallschmelze betrachtet (also von oben nach unten) - ein verjüngender Querschnitt, so wird hierdurch die Infiltrationsneigung der Metallschmelze zusätzlich behindert.This results - in the direction of infiltration Considered molten metal (i.e. from top to bottom) - a tapering cross-section, so the Infiltration tendency of the molten metal additionally with special needs.
Aus vorstehenden Erläuterungen folgt, daß im Endeffekt ein Spülkanal ausgebildet wird, der in Axialrichtung, in Radialrichtung und bezüglich des Kanalquerschnittes ständig wechselnde Geometrien aufweist. Gleichwohl ist die Herstellung einer solchen Gasspüleinrichtung äußerst einfach.From the above explanations it follows that in the end a Flushing channel is formed in the axial direction, in Radial direction and with respect to the channel cross-section constantly has changing geometries. Nevertheless, it is Production of such a gas purging device extremely simple.
Der Spülkanal kann nämlich - auf an sich bekannte Art und Weise - durch Ausbrennen eines entsprechenden Formkörpers gebildet werden und dieser läßt sich - mit den vorgenannten Merkmalen - beispielsweise als Kunststoff-Spritzgußteil sehr leicht und preiswert herstellen. Er wird dann von feuerfestem Matrixmaterial umgossen (eingebettet) oder gemeinsam mit dem feuerfesten Matrixmaterial verpreßt. Insbesondere bei letztgenannter Ausführungsform kann es vorteilhaft sein, die Mantelfläche des Ausbrennteils mit Durchbrechungen auszubilden, so daß eine gewisse Druck-Kom pensierung zwischen dem innerhalb des Spülkanals und außerhalb des Spülkanals verlaufenden feuerfesten Matrixmaterial erfolgt und gleichzeitig ein unbeabsichtigtes Lösen des Formteils beim Verpressen verhindert wird.The flushing channel can namely - and in a known manner Way - by burning out a corresponding molding be formed and this can - with the aforementioned Features - for example as a plastic injection molded part easy and inexpensive to manufacture. He is then from cast (embedded) refractory matrix material or pressed together with the refractory matrix material. In the latter embodiment in particular, it can be advantageous to use the outer surface of the burnout part Form openings so that a certain pressure com between the inside of the rinsing channel and fireproof outside the flushing channel Matrix material is made and at the same time an unintended one Loosening of the molded part is prevented during pressing.
Die Gasspüleinrichtung kann als diskretes Bauteil, also als Gasspülstein ausgebildet werden. Ein solcher Gasspülstein wird - in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik - typischerweise eine Kegelstumpfform aufweisen. In diesem Fall bietet es sich an, auch die Geometrie des Spülkanals (in Axialrichtung betrachtet) kegelstumpfartig (konisch) vorzunehmen.The gas purging device can be a discrete component, ie Gas purging plug are formed. Such a gas purging plug is - in accordance with the state of the art - typically have a truncated cone shape. In this In this case, the geometry of the rinsing channel is also an option (viewed in the axial direction) frustoconical (conical) to make.
Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung, die Gasspüleinrichtung in einer monolithischen Boden- oder Wandauskleidung eines metallurgischen Gefäßes auszubilden. In diesem Fall wird der zuvor beschriebene Ausbrennkörper unmittelbar vor Ort mit entsprechendem Feuerfestmaterial beispielsweise umgossen.However, it is also within the scope of the invention that Gas purging device in a monolithic floor or To form the wall lining of a metallurgical vessel. In this case, the burnout body described above immediately on site with appropriate refractory material for example cast around.
Die Breite des Spülkanals sollte 1 bis 2 mm nicht übersteigen, um die zuvor beschriebenen Vorteile bezüglich der infiltrationshemmenden Eigenschaften nicht zu gefährden. Die Spülkanalbreite kann jedoch auch deutlich darunter liegen, beispielsweise bis auf 0,1 mm herab. The width of the irrigation channel should not be 1 to 2 mm exceed to the benefits described above not to endanger the anti-infiltration properties. However, the flushing channel width can also be significantly smaller lie, for example down to 0.1 mm.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche sowie den sonstigen Anmeldungsunterlagen.Further features of the invention result from the Characteristics of the subclaims and the other Registration documents.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben.The invention is based on a Embodiment described in more detail.
Dabei wird in den Figuren jeweils nur der Formkörper dargestellt, der später in ein geeignetes feuerfestes keramisches Matrixmaterial eingelegt wird und nach Ausbrennen den Spülkanal ausbildet.Only the shaped body is shown in the figures Shown later in a suitable fireproof ceramic matrix material is inserted and after Burning out the irrigation channel forms.
In Fig. 1 ist dieser Formkörper, der hier aus Kunststoff besteht, im Längsschnitt dargestellt. Zu erkennen ist die im wesentlichen zylinderförmige Geometrie, wobei der Formkörper 10 von seinem einen Ende 10u zu seinem anderen Ende 10o leicht konisch verjüngend ausgebildet ist.In Fig. 1, this molded body, which consists of plastic here, is shown in longitudinal section. The essentially cylindrical geometry can be seen, the shaped body 10 having a slightly conical taper from its one end 10 u to its other end 10 o.
Der in Fig. 2 dargestellte Schnitt entlang der Linie II- II in Fig. 1 zeigt, daß der Formkörper - in der Aufsicht - eine Sternform besitzt.The section shown in Fig. 2 along the line II-II in Fig. 1 shows that the shaped body - in plan view - has a star shape.
Fig. 3 stellt eine vergrößerte Darstellung des in Fig. 2 mit III gekennzeichneten Abschnitts dar, woraus zu erkennen ist, daß die Formkörperwand von einem inneren Abschnitt 12i zu einem äußeren Abschnitt 12a und von dort nach einer Abwinklung zurück zu einem weiteren inneren Abschnitt 12i verläuft, wobei die Ausbildung spiegelbildlich zu einer mit 14 angegebenen Symmetrieebene ist. Fig. 3 is an enlarged view of the portion marked III in Fig. 2, from which it can be seen that the molded body wall from an inner portion 12 i to an outer portion 12 a and from there after an angling back to another inner portion 12 i runs, the formation being a mirror image of a plane of symmetry indicated by 14.
Aus Fig. 4 ist der für die Erfindung wesentliche Verlauf der Formkörperwand in Axialrichtung des Formkörpers zu erkennen, wobei Fig. 4 den in Fig. 1 mit IV dargestellten Abschnitt zeigt.From Fig. 4, the essential to the invention the course of the mold body wall in the axial direction of the shaped body 4 can be seen, Fig. Shows the in FIG. 1 IV illustrated section.
Danach verläuft die Formkörperwand zunächst mit einem zur Horizontalen spitzen Winkel alpha nach rechts (auf die (gedachte) Mittenlängsachse M des Formkörpers 10 zu). Hierdurch wird ein "kurzer" Abschnitt 12k ausgebildet, an den sich nach einer Abwinklung ein "langer" Abschnitt 12l unter einem stumpfen Winkel beta zur Horizontalen anschließt. Diese alternierenden Ausprägungen setzen sich anschließend, ausgehend vom Formkörper-Ende 10e über etwa die Hälfte der Höhe des Formkörpers 10 gleichmäßig fort und gehen anschließend (im unteren Abschnitt 10u des Formkörpers 10) in einen gradlinigen Verlauf über.The molded body wall then runs to the right at an acute angle alpha to the horizontal (towards the (imaginary) central longitudinal axis M of the molded body 10 ). As a result, a "short" section 12 k is formed, to which a "long" section 12 l is connected after an angle at an obtuse angle beta to the horizontal. These alternating forms then continue, starting from the molded body end 10 e, uniformly over approximately half the height of the molded body 10 and then (in the lower section 10 u of the molded body 10 ) transition into a straight line.
Der in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Kunststoff-Form körper wird anschließend innenseitig (16) und außenseitig (18) mit feuerfestem keramischem Material umgossen. Anschließend wird das keramische Material getrocknet und der Formkörper 10 durch Erhitzen der so gebildeten Gasspüleinrichtung ausgebrannt, um einen der Formkörpergeometrie entsprechenden Gaskanal (Spülschlitz) freizulegen.The plastic molding shown in FIGS. 1 to 4 is then cast on the inside ( 16 ) and outside ( 18 ) with refractory ceramic material. The ceramic material is then dried and the molded body 10 is burned out by heating the gas flushing device formed in this way in order to expose a gas channel (flushing slot) corresponding to the molded body geometry.
Die "geschlossene" Form des Spülkanals trägt maßgeblich zur vereinfachten Herstellung der Gasspüleinrichtung bei, weil die beschriebene Zylinderform (Kegelstumpfform) eine hohe Stabilität des Formkörpers gewährleistet und damit auch eine hohe Maßhaltigkeit bei der Konfektionierung der Gasspüleinrichtung.The "closed" shape of the flushing channel contributes significantly simplified manufacture of the gas purging device because the described cylindrical shape (truncated cone shape) a high Guaranteed stability of the molded body and thus a high dimensional accuracy when assembling the Gas purging device.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |