DE19623191C1

DE19623191C1 - Rüssel für Entgasungsanlagen

Info

Publication number: DE19623191C1
Application number: DE1996123191
Authority: DE
Inventors: Peter Loop; Alfred Reiterer
Original assignee: Veitsch Radex GmbH and Co OG
Current assignee: Veitsch Radex GmbH and Co OG
Priority date: 1996-06-11
Filing date: 1996-06-11
Publication date: 1997-03-06
Anticipated expiration: 2016-06-12
Also published as: WO1997047775A1; AU3027397A

Description

Die Erfindung betrifft einen Rüssel für Entgasungsanlagen zur Vakuumbehandlung von metallurgischen Schmelzen, insbe sondere Rohstahl.

Die Vakuumbehandlung von Rohstahl in einer Entgasungsanlage (zum Beispiel DH-, RH-, RH-OB-, oder VCP-Anlage) dient der Einstellung niedriger Kohlenstoff- und Wasserstoffgehalte sowie zur Erzeugung von Stählen mit engen Analysenbereichen.

Ein besonderer Problembereich ist der Rüssel von derartigen Entgasungsanlagen, der alternierend in eine zugehörige Pfanne eingetaucht wird und durch den mit hoher Strömungsgeschwindigkeit die Stahlschmelze bei Temperaturen von 1600 bis 1700°C strömt.

Der Rüssel wird über einen kragenartigen Flansch an das Untergefäß der Entgasungsanlage angekoppelt. Von diesem Flansch erstreckt sich nach unten ein metallischer Zylinder, der umfangsseitig durch einen feuerfesten keramischen Mantel geschützt wird. Der metallische Zylinder kann auch direkt an das Untergefäß angeschweißt werden.

Üblicherweise besteht dieser Schutzmantel auf der Außenseite des Zylinders aus einer monolithischen Beschichtung aus einem feuerfesten keramischen Werkstoff, beispielsweise Massen auf Basis Aluminiumoxid. Auf der Innenseite des Rüssels ist dem Zylinder eine Ausmauerung aus feuerfesten Steinen vorgeschaltet, beispielsweise MgO-Cr₂O₃-Steinen. Zur Sicherung der Stein-Ausmauerung auf der Innenseite weist der metallische Zylinder am unteren Ende üblicherweise einen nach innen vorspringenden Tragring auf.

Entweder verlaufen die äußere Beschichtung und die innere Auskleidung parallel zueinander und werden mit Abstand unterhalb des unteren Zylinderendes miteinander verbunden; es ist aber auch bekannt, die äußere Beschichtung und die innere Auskleidung über eine separate Umhüllung aus einem feuerfesten keramischen Werkstoff zu verbinden, die ent sprechend die untere Stirnfläche des Zylinders abdeckt, so daß in jedem Fall ein mindestens dreiteiliger feuerfester Schutzmantel den metallischen Zylinder umgibt.

Die hohe Umlaufgeschwindigkeit der Metallschmelze (bei einer Behandlungszeit von 20 Minuten finden beispielsweise 10 bis 20 Pfannenumläufe statt) setzt die innere Rüsselaus kleidung einem extremen thermischen und mechanischen Angriff aus. Vor allem im Fugenbereich der Steine kommt es zu einem voreilenden Verschleiß. Man hat versucht, dieses Problem durch eine optimierte Werkstoff auswahl zu lösen. Die zunehmenden Anforderungen an ein optimiertes Verschleißverhalten der feuerfesten Auskleidung bei minimalen Kosten machen es jedoch notwendig, die bis herigen Lösungsansätze weiter zu verbessern.

Ausgehend von dieser Problemstellung liegt der Erfindung der Gedanke zugrunde, den gesamten Schutzmantel für den metallischen Zylinder des Rüssels aus einer einheitlichen monolithischen feuerfesten Masse auszubilden.

Mit Hilfe einer Masse, beispielsweise einer thixotropen Vibrationsmasse, läßt sich eine feuerfeste Schutzschicht sehr viel leichter, schneller und preiswerter aufbringen als mit Hilfe einer Steinzustellung. Gleichzeitig entfallen die bei einer Steinzustellung zwangsläufig vorhandenen kritischen Fugenbereiche. Bei einer monolithischen Beschichtung wird eine "geschlossene", kontinuierliche Schutzschicht ausgebildet, die prinzipiell eine geringere Verschleißneigung aufweist.

Insoweit weist eine monolithische Beschichtung auch gegen über modernen Steinzustellungen Vorteile auf, bei denen die Steine vor der Verlegung exakt geschliffen und anschließend verklebt werden, um den Fugenbereich so gering wie möglich zu halten.

Feuerfeste Massen haben zwar auch bisher schon Anwendung im Rüsselbereich von Entgasungsanlagen gefunden, jedoch nur für die äußere Beschichtung, also nicht in dem von der Metall schmelze durchströmten Bereich.

In ihrer allgemeinsten Ausführungsform betrifft die Erfin dung danach einen Rüssel für Entgasungsanlagen zur Vakuum behandlung von metallurgischen Schmelzen mit folgenden Merk malen:

- einem metallischen Zylinder,
- einer Beschichtung aus einem feuerfesten keramischen Werk stoff auf der Außenfläche des Zylinders,
- einer Auskleidung aus einem feuerfesten keramischen Werk stoff auf der Innenfläche des Zylinders,
- einer Umhüllung aus einem feuerfesten keramischen Werk stoff, die die äußere Beschichtung und die innere Aus kleidung verbindet sowie die untere Stirnfläche des Zylinders abdeckt,
- die äußere Beschichtung, die innere Auskleidung und die beide verbindende untere Umhüllung bestehen dabei aus ein und demselben feuerfesten keramischen Werkstoffund be decken den metallischen Zylinder in Form eines mono lithischen Schutzmantels insgesamt.

Ein wesentliches Merkmal der komplett monolithischen feuer festen Schutzschicht besteht darin, daß die Schutzschicht einen einheitlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist. Bei der Gestaltung des Schutzmantels aus unter schiedlichen Abschnitten, insbesondere aus monolithischen Bereichen und gemauerten Bereichen beziehungsweise bei Ver wendung unterschiedlicher Werkstoffsorten ist dies in der Regel nicht möglich. Die Verwendung eines einheitlichen Werkstoffes mit einheitlichen chemischen, physikalischen und mechanischen Kennwerten führt zu einem isotropen Charakter des feuerfesten Schutzmantels und damit zu optimierten Eigenschaften.

Wie oben ausgeführt stellen vor allem die häufigen Temperaturwechsel (beim Ein- und Austauchen des Rüssels in die Pfanne) beziehungsweise die hohe Temperaturbelastung und Strömungsgeschwindigkeit der Metallschmelze wesentliche Problembereiche dar.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird deshalb vor geschlagen, den feuerfesten Werkstoff des monolithischen Schutzmantels aus einer Sorte auszuwählen, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient dem thermischen Ausdehnungskoeffi zienten der für den Zylinder verwendeten Metallegierung soweit angenähert ist, daß Spannungsrisse zwischen dem Schutzmantel und dem Zylinder beziehungsweise im mono lithischen Schutzmantel im Betrieb vermindert beziehungs weise verhindert werden.

Mit anderen Worten: die komplett monolithische feuerfeste Beschichtung ermöglicht es, den Werkstoff so auszuwählen, daß sein thermischer Ausdehnungskoeffizient dem des Metallzylinders angenähert oder im Idealfall gleich ist. Neben der bereits durch die komplett monolithische Beschichtung erzielbaren Vorteile ergibt sich daraus ein deutlicher Fortschritt insoweit, als die im Stand der Technik beobachteten thermischen Spannungsrisse zumindest weitestgehend verhindert werden können.

Die Verwendung einer basischen feuerfesten Masse zur Er stellung des Schutzmantels hat sich als besonders vorteil haft erwiesen. Basische Massen auf Basis MgO weisen eine deutlich bessere Feuerfestigkeit und Temperaturwechselbe ständigkeit gegenüber Massen auf Basis Al₂O₃ auf und ihr thermischer Ausdehnungskoeffizient ist dem von Stahl, wie er üblicherweise für den Zylinder verwendet wird, angenähert. Auch die Feuerfestigkeit ist sehr gut.

Bekannte basische feuerfeste Massen mit Zementbindung haben den Nachteil, daß sie einen nicht unerheblichen Wasserbedarf erfordern. Andererseits wird das chemisch gebundene Wasser unter Temperatureinfluß wieder ausgetrieben und die Masse dadurch zumindest teilweise geschwächt.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht deshalb vor, eine teuerfeste Masse mit chemischer Bindung zur Erstellung des Schutzmantels zu verwenden. Eine solche Masse kann zum Beispiel eine nachstehend spezifizierte Magnesit-Chrom-Masse sein und einen vorsynthetisierten chromoxidhaltigen MgO-Sinter umfassen.

Magnesit-Chrom-Masse (Gew.-%)
MgO: 40-60
Cr₂O₃: 15-30
Al₂O₃: 5-7
Fe₂O₃: 13-17
CaO: 0,9-1,5

Eine solche basische feuerfeste Masse kann die nach einer weiteren Ausführungsform bevorzugte Rohdichte (nach Trocknung bei 110°C) von 2,9 bis 3,2 g/cm³ aufweisen.

Ausgehend von den vorgenannten feuerfesten keramischen Sorten wird die Werkstoffauswahl für den Metallzylinder vorgenommen, der beispielsweise aus Kesselblech H I Werkstoff 1,0345 oder Kesselblech H II Werkstoff 1,0425 besteht.

Zur Optimierung der Haftwirkung des feuerfesten Schutz mantels auf dem Metallzylinder kann dieser oberflächlich profiliert und/oder mit metallischen Armierungsankern aus gebildet sein. Auch kann der Zylinder zumindest abschnitt weise Durchbrechungen aufweisen, so daß sich der feuerfeste Werkstoff beim Aufbringen durch diese Durchbrechungen erstreckt und damit feuerfeste keramische Brücken zwischen der inneren Auskleidung und der äußeren Beschichtung schafft. Bei einer Anpassung der Wärme ausdehnungskoeffizienten der metallischen und keramischen Zonen des Rüssels ergeben sich auch im Fall häufiger Temperaturwechsel keine Probleme; im Gegenteil: die genann ten Brücken stabilisieren den Schutzmantel insgesamt.

Die Masse kann als Vibrationsmasse (hinter entsprechende Schalungen) aufgebracht und anschließend getrocknet werden. Sie weist eine hohe Verschlackungsbeständigkeit auf. Ver schleißbereiche lassen sich mit einer entsprechenden Masse im Bedarfsfall reparieren.

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

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungs beispieles näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt den Auslaufrüssel einer RH-Ent gasungsanlage.

In der in der rechten Hälfte dargestellten Ausführungsform umfaßt der Rüssel einen oberen, kragenförmigen Metallflansch 10 und einen daran angeschweißten, sich nach unten erstreckenden metallischen Zylinder 12.

Im linken Teil der Figur ist eine alternative Ausbildung des Zylinders 12 beziehungsweise dessen Befestigung an der RH-Anlage dargestellt. Der Zylinder erstreckt sich bis zum oberen Rüsselende und ist dort am benachbarten Abschnitt des Entgasungsgefäßes direkt angeschweißt. Im übrigen stimmen beide Ausführungsformen überein und weisen folgende Merkmale auf:
Wie sich der Figur entnehmen läßt, ist die gesamte Innen fläche 12i des Zylinders 12 (einschließlich des korrespon dierenden inneren Flächenabschnitts 10i des Flansches 10), die Außenfläche 12a des Zylinders 12 (bis in den Bereich der Flansch-Unterseite 10u) sowie der untere Abschnitt um die untere Stirnfläche 12u des Zylinders 12 mit einem feuer festen keramischen Schutzmantel 14 von etwa gleicher Wand stärke umgeben, der als Vibrationsmasse (hinter entsprechende Schalungen) und damit in Form einer mono lithischen Beschichtung aufgebracht worden ist. Armierungs anker 16, die senkrecht vom Zylinder 12 abstehen, dienen der mechanischen Stabilität des Schutzmantels 14.

Claims

1. Rüssel für Entgasungsanlagen zur Vakuumbehandlung von metallurgischen Schmelzen mit folgenden Merkmalen:

1.1 einem metallischen Zylinder (12),
1.2 einer Beschichtung aus einem feuerfesten keramischen Werkstoff auf der Außenfläche (12a) des Zylinders (12)
1.3 einer Auskleidung aus einem feuerfesten keramischen Werkstoff auf der Innenfläche (12i) des Zylinders (12),
1.4 einer Umhüllung aus einem feuerfesten keramischen Werkstoff, die die äußere Beschichtung und die innere Auskleidung verbindet sowie die untere Stirnfläche (12u) des Zylinders (12) abdeckt,

dadurch gekennzeichnet, daß

1.5 die äußere Beschichtung, die innere Auskleidung und die beide verbindende untere Umhüllung aus ein und demselben feuerfesten keramischen Werkstoff bestehen und insgesamt den metallischen Zylinder (12) in Form eines monolithischen Schutzmantels (14) abdecken.

2. Rüssel nach Anspruch 1, bei dem der feuerfeste keramische Werkstoff des monolithischen Schutzmantels (14) aus einer Sorte besteht, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten der für den Zylinder (12) verwendeten Metallegierung soweit ange nähert ist, daß Spannungsrisse zwischen dem Schutzmantel (14) und dem Zylinder (12) beziehungsweise im mono lithischen Schutzmantel (14) im Betrieb verhindert werden.

3. Rüssel nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Schutzmantel (14) aus einer basischen feuerfesten Masse aufgebaut ist.

4. Rüssel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Schutzmantel (14) aus einer basischen feuerfesten Masse mit chemischer Bindung aufgebaut ist.

5. Rüssel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Schutzmantel (14) aus einer basischen feuerfesten Masse mit einer Rohdichte (nach Trocknung bei 110°C) von 2,9 bis 3,2 g/cm³ besteht.

6. Rüssel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Zylinder (12) aus Kesselblech H I Werkstoff 1,0345 oder Kesselblech H II Werkstoff 1,0425 besteht.

7. Rüssel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Schutzmantel (14) aus einer Magnesit-Chrom-Masse aufge baut ist.

8. Rüssel nach Anspruch 7, bei dem die Magnesit-Chrom-Masse einen vorsynthetisierten chromoxidhaltigen MgO-Sinter umfaßt und aus 40 bis 60 Gew.-% MgO, 15 bis 30 Gew.-% Cr₂O₃, 5 bis 7 Gew.-% Al₂O₃, 13 bis 17 Gew.-% Fe₂O₃ und 0,9 bis 1,5 Gew.-% CaO besteht.

9. Rüssel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der Zylinder (12) profiliert ausgebildet ist.

10. Rüssel nach Anspruch 9, bei dem auf dem Zylinder (12) metallische Armierungsanker (16) befestigt sind, die in den feuerfesten keramischen Schutzmantel (14) hinein ragen.

11. Rüssel nach Anspruch 9 oder 10, bei dem der Zylinder (12) Durchbrechungen aufweist.