DE19653747A1

DE19653747A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Gasspülsteins

Info

Publication number: DE19653747A1
Application number: DE1996153747
Authority: DE
Inventors: Guenter Bender
Original assignee: Burbach & Bender oHG
Current assignee: Burbach & Bender oHG
Priority date: 1996-12-20
Filing date: 1996-12-20
Publication date: 1998-06-25

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines für metallurgische Gefäße vorgesehenen Gasspülsteins, bestehend aus einem kegelstumpfförmigen Formstein aus feuerfestem Material und einem diesen umgebenden Blechmantel entsprechen der Konizität, bei welchem der konische Blechmantel erwärmt und auf den Formstein aufgeschrumpft wird.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durch führung des Verfahrens.

Gasspülsteine werden insbesondere in Bodenöffnungen von Schmelzwannen, Schmelztiegeln und sonstigen metallurgischen Gefäßen eingesetzt, in denen eine Behandlung der Schmelze durchgeführt wird. Die Gasspülsteine dienen zum Einleiten von Spülgasen in metallurgische Gefäße und bestehen in der Regel aus einem kegelstumpfförmigen feuerfesten Formstein aus po rösem, gasdurchlässigen Material, einem diesen umschließenden konischen Blechmantel sowie einem mit einem Gaszuführungsrohr versehenen Blechdeckel, wobei der konische Blechmantel erwärmt und dann auf den kegelstumpfförmigen Formstein aufgesetzt und auf diesen aufgeschrumpft wird, dann der Blechdeckel auf die größere Stirnfläche des Formsteins aufgelegt und mit dem Blechmantel verschweißt wird.

Durch das Aufschrumpfen des Blechmantels werden Maßunge nauigkeiten, die an dem Formstein auftreten können, ausgegli chen, so daß der Blechmantel im aufgeschrumpften Zustand über seinen gesamten Umfang und seine gesamte Länge gleichmäßig an dem Formstein anliegt. Hierdurch wird unter anderem gewähr leistet, daß der Gasspülstein über die Zeit gleiche Gasmengen fördert, die mit gleichmäßiger Verteilung in kleiner Blasen form in die zu behandelnde Schmelze eingebracht werden können. Ein Gasdurchtritt zwischen dem Blechmantel und der Wandung des Formsteins wird so verhindert.

Zur Erwärmung des Blechmantels vor dem Aufschrumpfen ist es bekannt, diesen mit Brennern zu behandeln, bis die gewünschte Temperatur des Blechmantels und eine damit einhergehende aus reichende Ausdehnung des Mantels erreicht wird. Diese Vor gehensweise hat den Nachteil, daß eine genaue Tempe ratureinstellung des Blechmantels so nicht möglich ist, viel mehr erfolgt die Erwärmung ungleichmäßig, so daß hieraus Krüm mungen, Beulungen und Verwerfungen des Materials resultieren können. Solche Maß- und Formänderungen des Blechmantels durch ungleichmäßige Erwärmung bzw. Erhitzung sind nicht erwünscht. Darüber hinaus ist eine derartige Behandlung des Blechmantels energie- und zeitaufwendig.

Es ist weiterhin bekannt, den Blechmantel in einem Glühofen auf die gewünschte Temperatur zu erwärmen. Hierdurch wird eine ungleichmäßige Erwärmung des Blechmantels weitestgehend ver mieden, jedoch ist das Betreiben eines Glühofens energetisch ungünstig, so daß eine solche Vorgehensweise nur bei Behand lung großer Stückzahlen von Blechmänteln praktikabel ist. Darüber hinaus besteht bei der Behandlung des Blechmantels in einem Glühofen die Möglichkeit der Überhitzung des Materials, welche ebenfalls unerwünscht ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß eine Erwärmung des Blechmantels auf eine vorgebbare Temperatur gleichmäßig und mit geringem Energieaufwand durchführbar ist.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Erwärmung des Blechmantels induktiv erfolgt. Mit einer solchen induktiven Erwärmung, bei der die Leistung nach dem Trans formatorprinzip auf den Blechmantel übertragen wird, wobei der Blechmantel die Funktion einer kurzgeschlossenen Sekundärwick lung übernimmt, ist dieser gezielt mit äußerst geringem Ener giebedarf gleichmäßig auf eine genau vorgebbare Temperatur aufheizbar. Das Gefüge des Blechmantels wird durch die Erwär mung nicht ungünstig beeinflußt, so daß die Gefahr von Span nungsrissen im Blechmantel zuverlässig vermieden wird. Die elektrische Energie wird direkt, d. h. ohne Zwischenschaltung energetisch ungünstiger Wärmeerzeuger, in Wärme umgesetzt. Das Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung großer und hoher Gasspülsteine und ist zur Herstellung dieser gedacht.

Vorzugsweise wird der Blechmantel in eine Induktionsspule eingetaucht, die bis zum Erreichen einer vorgebbaren Tempera tur des Blechmantels mit Strom beaufschlagt wird.

Zur weiteren Handhabung des Blechmantels zur Montage bzw. zum Aufschrumpfen auf den Formstein ist es besonders vorteilhaft, wenn die Induktionsspule über den aufrecht aufgestellten, mit seiner Spitze nach oben weisenden Blechmantel herabgesenkt wird.

In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vor gesehen, daß der Blechmantel auf Normalisierungstemperatur, d. h. auf 900° bis ca. 980° erwärmt wird. Durch das Normalisie ren, d. h. durch das kurze Erwärmen des Blechmantels über die Gleichgewichtslinie im Austenitgebiet und anschließendes Ab kühlen an Luft wird eine Umkristallisation und Ausbildung eines feinkörnigen perlitisch-ferritischen Gefüges erzielt, das besonders stabil und gleichmäßig ausgebildet ist. Das an sich bekannte Normalisieren (Normalglühen) läßt sich besonders einfach und gezielt bei induktiver Erwärmung des Blechmantels durchführen und hat einerseits den Vorzug, daß hierdurch die Kaltverformbarkeit des Blechmantels verbessert wird, was für die nachfolgende Bearbeitung des Gasspülsteins von Bedeutung ist, da zur Verschweißung des Blechmantels mit der die Gaszu führung aufnehmenden Blechronde dieser an seinem unteren Rand vor Verschweißung mit der Blechronde umgebördelt werden muß. Andererseits wird hierdurch die Druckfestigkeit des Blechman tels und damit dessen Standzeit erheblich verbessert. Die Gefahr von Spannungsrissen im Material wird hierdurch ver ringert.

Zweckmäßigerweise wird der Blechmantel unmittelbar nach seiner Erwärmung auf den aufrecht aufgestellten Formstein aufge stülpt. Hierzu kann dieser mittels einer Zange oder einer Greifvorrichtung auf den Formstein unter Krafteinleitung in axialer Richtung aufgesetzt werden. Der Blechmantel wird vor zugsweise unter atmosphärischen Bedingungen erwärmt und kühlt sich in recht kurzer Zeit in Berührung mit dem kalten Form stein ab, so daß eine feste Schrumpfverbindung erzielt wird.

Bei einer besonders bevorzugten Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung wird der Blechmantel mit dem in diesen einge setzten Formstein erwärmt, wobei der Blechmantel bei der Er wärmung so gehalten wird, daß dieser den Formstein berührungs los mit Abstand umhüllt. Dies hat den Vorzug, daß der Form stein durch die Strahlungswärme des Blechmantels miterwärmt wird, so daß eine Rißbildung im Formstein aufgrund der hohen Temperaturdifferenz zwischen Blechmantel und Formstein zu verlässig verhindert wird. In der Praxis führte nämlich das Aufsetzen des vorzugsweise glühenden Blechmantels auf den kalten Formstein tatsächlich hin und wieder zu einer Rißbil dung im Gefüge des Formsteins. Das ineinander Anordnen von Formstein und Blechmantel bei der Erwärmung des Blechmantels hat darüber hinaus den Vorzug, daß ein Umsetzen des Blech mantels zum Aufstülpen auf den Formstein unter atmosphärischen Bedingungen unmittelbar nach Erwärmung des Blechmantels ent behrlich ist, so daß eine durch das Umsetzen hervorgerufene schnelle Abkühlung des Blechmantels vermieden wird. Die Tem peraturdifferenz zwischen dem Formstein und dem Blechmantel ist bei dieser Vorgehensweise noch hinreichend groß, um ein sicheres Aufschrumpfen des Blechmantels auf den Formstein zu gewährleisten.

Zweckmäßigerweise werden der Formstein und der Blechmantel unmittelbar nach der Erwärmung des Blechmantels vollständig unter gegenseitiger Berührung ineinander geschoben.

Die eingangs genannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einer Haube mit wenigstens einer in der Haube angeordneten Induktions spule, die der Konizität des Blechmantels angepaßt ist und die einen Aufnahmeraum für den Blechmantel ausbildet, und mit Mitteln zum Absenken und Anheben der Haube über dem aufrecht aufgestellten Blechmantel.

Zweckmäßigerweise ist wenigstens eine im Senk- und Hebebereich der Haube angeordnete erste Plattform zur Aufnahme des Blech mantels vorgesehen.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vor gesehen, daß die Haube an einer vorzugsweise pneumatischen Hubeinrichtung aufgehängt ist, diese Hubeinrichtung kann bei spielsweise als Hubzylinder ausgebildet sein.

Um den Vorgang des Anhebens und Absenkens der Haube über den Blechmantel zu erleichtern, kann die Haube über einen Seilzug mit einem Ausgleichsgewicht verbunden sein. Das Ausgleichs gewicht entspricht vorteilhafterweise in etwa dem Gewicht der Haube mit deren Einbauten, so daß zum Anheben und Absenken der Haube nur ein geringer Kraftaufwand erforderlich ist. Zweck mäßigerweise ist wenigstens eine zweite Plattform zur Auf stellung des Formsteins vorgesehen. Nach Erwärmung des Blech mantels und Anheben der Haube kann der erhitzte Blechmantel mittels einer Greifeinrichtung angehoben und über den auf die Plattform aufgestellten Formstein gestülpt werden.

Alternativ kann nur eine Plattform zur Aufnahme des Blech mantels und des Formsteins vorgesehen sein, wobei die Platt form so ausgebildet ist, daß sie eine aufrechte Aufstellung des Formsteins und des darüber angeordneten, diesen be rührungslos mit Abstand umhüllenden Blechmantels ermöglicht.

Vorzugsweise sind Mittel zum Anheben des Formsteins relativ zu dem Blechmantel vorgesehen. Beispielsweise kann hierzu in der Plattform eine hydraulische oder pneumatische Hebeeinrichtung vorgesehen sein, deren Betätigung unmittelbar nach Erwärmen des Blechmantels ein vollständiges Ineinanderschieben von Formstein und Blechmantel unter gegenseitiger Berührung be wirkt. Da der Blechmantel in seiner Höhe größer bemessen ist als die Höhe des Formsteins, kann die Plattform so ausgebildet sein, daß diese zunächst eine Aufstellebene für den Formstein und den Blechmantel bildet. Der Formstein kann über eine Gas zufuhrbohrung in einen auf der Plattform vorgesehenen Zen trierzapfen eingesetzt sein. Dieser Zentrierzapfen kann bei spielsweise pneumatisch in seiner Längsrichtung anhebbar und absenkbar sein, so daß mittels dessen Ausstellbewegung ein Anheben des Formsteins und ein Ineinanderschieben von Form stein und Blechmantel bewirkt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorzug, daß die Temperatur des Blechmantels über die Zeitdauer der Strombeauf schlagung der Induktionsspule exakt vorgebbar ist.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden.

Es zeigen die:

Fig. 1 eine schematische Ansicht der Vorrichtung gemäß der Erfindung, wobei die Haube sowohl in über dem Blech mantel abgesenkter als auch angehobener Stellung dar gestellt ist, und

Fig. 2 eine Ansicht des auf einer Plattform aufgestellten Formsteins.

Der mit 1 bezeichnete konische Blechmantel, der beispielsweise durch Tiefziehen aus einer Blechronde hergestellt wurde, ist in Fig. 1 auf einer ersten Plattform 2 aufrecht stehend an geordnet, wobei die Plattform erhöht auf einem Sockel 3 be festigt ist. Zur Herstellung des nicht dargestellten Gasspül steins wird der konische Blechmantel 1 auf den in Fig. 2 dar gestellten kegelstumpfförmigen Formstein 4 aus porösem feuer festen Material aufgeschrumpft.

Zur Erwärmung des Blechmantels 1 ist über der ersten Plattform 2 eine mittels pneumatischem Hubzylinder 5 heb- und senkbare Haube 6 angeordnet, die im wesentlichen die Gestalt eines nach unten offenen Zylinders aufweist. In der Haube 6 ist eine konische Induktionsspule 7 angeordnet, deren Konizität in etwa der Konizität des Blechmantels 1 entspricht und die einen Auf nahmeraum 8 bildet, in welchen der Blechmantel 1 eintaucht, wenn die Haube 6 abgesenkt wird.

Wird bei abgesenkter Haube 6 die Induktionsspule 7 mit Strom beaufschlagt, entsteht durch die räumliche Nähe der In duktionsspule 7 zu dem von dieser umgebenen Blechmantel 1 eine induktive Kopplung zwischen Blechmantel 1 und Induktionsspule, bei welcher der Blechmantel 1 die Funktion einer kurzgeschlos senen Sekundärwicklung eines Transformators übernimmt, die zur Erwärmung bzw. Erhitzung des Blechmantels 1 führt. Über die Zeitdauer der Strombeaufschlagung der Induktionsspule 7 läßt sich die Erwärmung des Blechmantels 1 genau einstellen.

An dem oberen geschlossenen Ende der Haube 6 sind neben einer nicht dargestellten Stromzuführung der pneumatische Hubzylin der 5 sowie ein Seilzug 9 angeschlagen. Der Hubzylinder 5 stützt sich an einem oberen Träger 10 eines Gestells 11 ab, in welchem ein Ausgleichsgewicht 12 für die Haube 6 geführt ist. Das Ausgleichsgewicht 12 ist über den Seilzug 9, der wiederum über die Umlenkrollen 13 geführt ist, mit der Haube 6 verbun den, wobei das Ausgleichsgewicht 12 in etwa dem Gewicht der Haube 6 mit der darin eingebauten Induktionsspule 7 ent spricht. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Ausgleichsgewicht 12 als Blechplatte ausgebildet. Durch diese Konstruktion ist die Haube 6 mit minimalem Kraftaufwand heb- und senkbar.

Nach Erwärmung des Blechmantels 1 auf Normalisierungstempera tur, die zwischen 900° und 980° beträgt, wird die Haube 6 mittels des pneumatischen Hubzylinders 5 angehoben, so daß der erwärmte Blechmantel 1 frei zugänglich ist. Dieser wird dann mit einer nicht dargestellten Greifvorrichtung auf den in Fig. 2 dargestellten Formstein aufgestülpt.

Wie ohne weiteres der Darstellung in Fig. 2 zu entnehmen ist, ist der Formstein 4 auf einer zweiten Plattform 14 angeordnet, die wiederum erhöht auf einem Sockel 15 befestigt ist. Der Durchmesser der zweiten Plattform 14 ist dabei geringfügig kleiner als der größte Durchmesser des Formsteins 4. Hierdurch ist gewährleistet, daß der gegenüber dem Formstein 4 Überlänge aufweisende Blechmantel 1 vollständig auf den Formstein 4 aufstülpbar ist. Der erhitzte Blechmantel 1 kann unter axialer Krafteinwirkung auf den Formstein 4 aufgestülpt werden. Dies kann beispielsweise durch Schlageinwirkung von oben erfolgen. Sobald der Blechmantel 1 mit dem kalten Formstein 4 in Be rührung kommt, kühlt dieser sich verhältnismäßig schnell ab und geht mit dem Formstein 4 eine feste Schrumpfverbindung ein.

Es kann jedoch auch nur eine einzige Plattform vorgesehen sein, die derart ausgebildet ist, daß sie den Blechmantel mit dem in diesen eingesetzten Formstein aufnimmt, wobei der Blechmantel so auf der Plattform aufsteht, daß dieser den Formstein berührungslos mit Abstand umhüllt. Mittels eines nicht dargestellten Zentrierzapfens, der beispielsweise pneu matisch oder hydraulisch betätigbar sein kann, kann der Form stein in dem Blechmantel angehoben werden, so daß ein voll ständiges Ineinanderschieben des Blechmantels und des Form steins unter gleichzeitiger Berührung dieser bewirkt wird.

Bezugszeichenliste

1

konischer Blechmantel

2

erste Plattform

3

Sockel

4

Formstein

5

pneumatischer Hubzylinder

6

Haube

7

Induktionsspule

8

Aufnahmeraum

9

Seilzug

10

oberer Träger

11

Gestell

12

Ausgleichsgewicht

13

Umlenkrollen

14

zweite Plattform

15

Sockel

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines für metallurgische Gefäße vorgesehenen Gasspülsteins, bestehend aus einem kegel stumpfförmigen Formstein aus feuerfestem Material und einem diesen umgebenden Blechmantel entsprechender Konizi tät, bei welchem der konische Blechmantel erwärmt und auf den Formstein aufgeschrumpft wird, dadurch ge kennzeichnet, daß die Erwärmung des Blechman tels induktiv erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Blechmantel in eine Induktions spule eingetaucht wird, die bis zum Erreichen einer vor gebbaren Temperatur des Blechmantels mit Strom beauf schlagt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Induktionsspule über den aufrecht aufgestellten, vorzugsweise mit seiner Spitze nach oben weisenden Blechmantel herabgesenkt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Blechmantel auf Nor malisierungstemperatur erwärmt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Blechmantel nach seiner Erwärmung auf den aufrecht aufgestellten Formstein aufgestülpt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Blechmantel mit dem in diesen eingesetzten Formstein erwärmt wird, wobei der Blechmantel bei der Erwärmung so gehalten wird, daß dieser den Formstein berührungslos mit Abstand umhüllt.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß der Formstein und der Blechmantel unmittelbar nach der Erwärmung des Blechmantels vollstän dig unter gegenseitiger Berührung ineinandergeschoben werden.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einer Haube (6) mit wenigstens einer in der Haube (6) angeordneten Induktionsspule (7), die der Konizität des Blechmantels (1) angepaßt ist und die einen Aufnahmeraum (8) für den Blechmantel (1) aus bildet, und mit Mitteln zum Absenken und Anheben der Haube (6) über dem aufrecht aufgestellten Blechmantel (1).

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch wenigstens eine im Senk- und Hebebereich der Haube (6) angeordnete erste Plattform (2) zur Aufnahme des Blechmantels (1).

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, da durch gekennzeichnet, daß die Haube (6) an einer vorzugsweise pneumatischen Hubeinrichtung aufge hängt ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, da durch gekennzeichnet, daß die Haube (6) über einen Seilzug (9) mit einem Ausgleichsgewicht (12) verbunden ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, ge kennzeichnet durch wenigstens eine zweite Plattform (14) zur Aufstellung des Formsteins (4).

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, da durch gekennzeichnet, daß nur eine Plattform zur Aufnahme des Blechmantels und des Formsteins vorgesehen ist, wobei die Plattform so ausgebildet ist, daß sie eine aufrechte Aufstellung des Formsteins und des darüber angeordneten, diesen berührungslos mit Abstand umhüllenden Blechmantels ermöglicht.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch ge kennzeichnet, daß Mittel zum Anheben des Form steins relativ zu dem Blechmantel vorgesehen sind.