DE19748389C2 - Feststoffspüler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einleiten von staub- oder granulatförmigen Feststoffen in metallene Schmel­ zen enthaltende metallurgische Gefäße mittels eines Trägerga­ ses, mit einem wand- oder bodenseitig in die Feuerfestaus­ mauerung des Gefäßes einsetzbaren, mit einer Zuführleitung für die Feststoffe und das Trägergas verbundenen, feuerfestem Formteil, in dessen Inneren ein Kanal für die Feststoffe und das Trägergas ausgebildet ist, der es von der Kalt- zur Heiß­ seite durchzieht.

Bei modernen Stahlherstellungsverfahren wird ein Teil der metallurgischen Arbeit wie etwa die Entschwefelung und Ent­ phosphorung und die Feineinstellung der Legierungszusammenset­ zung in der Stahlpfanne durchgeführt. Dazu müssen der Schmelze in der Pfanne die entsprechenden Zuschlagstoffe bzw. Legie­ rungsbestandteile in möglichst genauen Mengenanteilen zugege­ ben werden.

Bei der früher üblichen Zugabe von großvolumigen Stücken der Zuschlagstoffe auf die Schmelzenoberfläche kam es zu uner­ wünschten Oxidations- und Verschlackungsprozessen, so daß die Schmelzenzusammensetzung durch Schnellanalysen überprüft und ggfs. die Zugabe weiterer Legierungs- und Zuschlagsstoffe erforderlich wurde.

Um derartige Reaktionen im Schlackenbereich der Schmelze zu vermeiden, sind dann staub- und granulatförmige Reaktions- bzw. Legierungsstoffe mit Hilfe von feuerfesten Tauchlanzen zugegeben worden, die in die Schmelze abgesenkt werden. Die Eintauchtiefe ist dabei jedoch aufgrund der wirkenden Auf­ triebskräfte begrenzt, so daß der untere Schmelzenbereich ohne zusätzliche Homogenisierungsmaßnahmen nicht mit den Zuschlags­ stoffen reagieren kann.

Bei einem weiteren, dem Stand der Technik zu entnehmenden Verfahren, wird ein sogenannter Spuldraht von einer Spule abgewickelt und mit vergleichsweise hoher Geschwindigkeit über ein Führungsrohr in die Schmelze eingeführt. Der Spuldraht besteht aus einem hohlen Blechrohr und ist mit den Legierungs­ bestandteilen bzw. Zuschlagsstoffen wie Ferrotitan, Kohlen­ stoff, Calziumsilikat und dergleichen gefüllt.

Eine Feinstlegierung ist jedoch auch mit diesem Spuldraht nur schwer möglich, da der Draht zur Erreichung einer genügend großen Eintauchtiefe auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt werden muß und daher ein genaues Abbremsen der Vorratsrolle aufgrund der Massenträgheit nur schwer möglich ist.

Um die erwähnten Schwierigkeiten zu vermeiden, sind auch bo­ denseitige Spüler vorgeschlagen worden, bei denen in einem feuerfesten Formteil ein Einblaskanal vorhanden ist, durch den die granulat- oder staubförmigen Feststoffe mit Hilfe eines Trägergases wie Argon in die Schmelze eingeblasen werden sol­ len. Ein derartiger Spüler ist beispielsweise aus der DE 195 08 849 A1 bekannt.

Das Problem bei derartigen Spülern besteht jedoch darin, daß nach dem Ende des Eindüsens der Feststoffe Schmelze in den Einblaskanal eindringt, da dieser einen relativ großen Quer­ schnitt haben muß, um einen freien Durchgang für die einzubla­ senden Feststoffe zu gewährleisten.

In dem aus der zitierten Druckschrift bekannten Spüler ist der Eindüsungskanal daher im Inneren eines in Längsrichtung des Spülers verschiebbaren Kolbens angeordnet und mündet an der seitlichen Umfangswandung des Kolbens. Dieser Kolben wird beim Einblasen der Feststoffe nach oben verschoben, so daß sich das freie Ende des Einblaskanals in der Schmelze befindet. Nach Beendigung des Blasvorganges wird mit nachlassendem Druck der Kolben nach unten verschoben, so daß die Mündungsöffnung des Blaskanals durch die Innenwandung des den Kolben umgebenden feuerfesten Formteiles verschlossen wird und ein Eindringen von Schmelze auf diese Art und Weise verhindert werden soll.

Derartige Gasspülsteine sind jedoch bisher nicht in größerem Umfang eingesetzt worden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs ge­ nannte Vorrichtung zu schaffen, mit der staub- oder granulat­ förmige Feststoffe mittels eines Trägergases problemlos in metallene Schmelzen eingeblasen werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Erwärmung des Kanals und/oder der Zuführleitung eine elek­ trische Beheizung vorgesehen ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Feststoffspüler wird also nicht mehr versucht, das Eindringen von flüssiger Schmelze in den Kanal zu verhindern. Vielmehr wird bewußt in Kauf genommen, daß Schmelze nach dem Ende des Einblasvorganges in den Kanal in­ filtriert, wobei sie im unteren, kühleren Bereich des Form­ teiles, der durch das zuvor eingedüste Trägergas gekühlt wird, erstarrt. Dieser erstarrte Metallpropfen kann nunmehr erfin­ dungsgemäß durch die elektrische Beheizung, die den Kanal bzw. das obere Ende der Zuführleitung umgibt, bei einer neuerlichen Charge aufgeschmolzen werden. Durch Druckbeaufschlagung der Zuführleitung bzw. des Kanals mit Trägergas kann der aufge­ schmolzene Pfropfen nach oben in die Schmelze ausgeblasen werden, da der obere Bereich des Kanals oberhalb der Heizung durch die neuerlich eingefüllte Schmelze erwärmt wird und somit keine Feststoffbrücken mehr vorhanden sind.

Um ein hinreichend schnelles Aufschmelzen des Metallpfropfens zu gewährleisten, ist die elektrische Beheizung vorzugsweise als Induktionsheizung ausgebildet, die, beispielsweise in Form einer Wicklung, den unteren Bereich des Kanals bzw. den End­ bereich der Zuführleitung umgibt.

Um zu verhindern, daß die Induktionswicklung zu heiß wird und selber abschmilzt, kann das entsprechende Metallrohr von einem Kühlmedium, wie z. B. einem Gas oder einer geeigneten Flüssig­ keit zwangsweise durchströmt werden. Eine derartige Kühlung kann auch während Eindüsens erfolgen und führt dazu, daß der Spüler nach Beendigung des Einblasens von Feststoffen in die­ sem Bereich hinreichend kalt ist, so daß die eindringende Schmelze dort mit Sicherheit erstarrt und nicht zu weit in die Zuführleitung vordringt.

Bei einer weiteren Ausführungsart der Einblasvorrichtung kann die Induktionswicklung aus Graphit oder einem Kohlenstoff­ verbundwerkstoff bestehen, der in das feuerfeste Material eingebettet ist und somit einem Verschleiß durch Abbrand bzw. Oxidation nicht oder nur in geringem Ausmaß unterliegt.

Bei einer anderen Ausführungsform ist zur Beheizung des Kanals eine Widerstandsheizung aus einem entsprechend hochschmelzen­ den, elektrisch leitenden Material vorgesehen.

Da das feuerfeste Formteil mit dem Kanal im Mündungsbereich einem vorauseilenden Zerschleiß aufgrund der hohen Badbewegung unterliegt, kann es vorteilhaft sein, daß dieses Formteil als separate, wechselbare Innenhülse ausgebildet ist und in ein Aufnahmeelement eingemörtelt wird, in dem die elektrische Beheizung angeordnet ist.

Auf diese Weise kann das Formteil nach einer entsprechenden Anzahl von Pfannenreisen ausgetauscht werden, ohne daß das Aufnahmeelement mit der elektrischen Beheizung ersetzt werden muß und die entsprechenden Anschlüsse für Strom und Kühlmedium installiert bleiben können.

Des weiteren besteht bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Möglichkeit, das Formteil oder das Aufnahmeelement als übli­ chen Gasspüler auszubilden, mit dem nicht feststoffhaltige Spülgase eingedüst werden können. Hinsichtlich der Konstruk­ tion dieser Gasspülsteine kann auf die bekannten Spüler mit gerichteter oder ungerichteter Porosität zurückgegriffen wer­ den.

Bei der Erprobung der erfindungsgemäßen Vorrichtung hat es sich bewährt, den Kanal im Inneren des Formteils leicht ko­ nisch auszubilden, wobei er sich von der Kalt- zur Heißseite hin erweitert. Dadurch wird im unteren Bereich die Erstar­ rungsneigung der Schmelze gefördert und ein Ausblasen des Kanals erleichtert, selbst wenn dieser bereichsweise noch erstarrte oder nur teilweise aufgeschmolzene Metallpfropfen enthalten sollte.

Bezüglich der Geometrie des Kanals hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn dieser kreisförmig ausgebildet ist und auf der Heißseite eine Mündungsöffnung aufweist, deren Durch­ messer unter 30 mm liegt. Bei dieser Öffnungsweite ist einer­ seits gewährleistet, daß ein genügend großer freier Quer­ schnitt zum Eindüsen der Feststoffe vorhanden ist und anderer­ seits die Infiltrationsgeschwindigkeit der Schmelze nach dem Ende des Blasvorganges vermindert ist, so daß sie im Bereich der Induktionsheizung mit hinreichender Sicherheit erstarrt.

Aus dem gleichen Grunde kann der Kanal im Formteil bereichs­ weise auch spiralig verlaufen.

Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Hilfe einer angemachten Feuerfestmasse kann der spätere Kanal dadurch erzeugt werden, daß in die angemachte Masse ein der Geometrie des späteren Kanals entsprechendes Kernstück einge­ setzt wird, das z. B. aus einer ausschmelzbaren oder ausbrenn­ baren Substanz besteht. Diese Substanz wird beim anschließen­ den Trocknen oder Brennen des feuerfesten Materials entfernt.

Bei der Herstellung des Formteiles empfiehlt es sich weiter­ hin, aus Verschleißgründen hochwertige Materialien einzusetzen und darüber hinaus durch entsprechende Verdichtung der ange­ machten Masse bzw. deren Zusammensetzung dafür zu sorgen, daß die abgebundene Feuerfestmasse möglichst lunkerfrei ist. Auf diese Weise findet keine mechanische Verklammerung der Innen­ wände des Kanals mit erstarrter Schmelze statt, so daß das Ausblasen erleichtert wird. Das Formteil kann beispielsweise aus einer korund- und kohlenstoffhaltigen Feuerfestmasse be­ stehen.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschau­ licht und wird im nachfolgenden anhand der Zeichnung im ein­ zelnen beschrieben.

Die Zeichnung zeigt in einer Schnittansicht einen Feststoff­ spüler 1, der aus einem inneren feuerfesten Formteil 2 und einem das Formteil 2 umgebendas Aufnahmeelement 3 besteht. Das Aufnahmeelement 3 kann seinerseits in einen entsprechenden, nicht dargestellten Aufnahmeelement der boden- oder wandseiti­ gen Feuerfestausmauerung einer Pfanne eingesetzt werden.

Im Inneren des Formteiles 2 ist ein Kanal 4 ausgebildet, der es von der Kalt- zur Heißseite durchzieht und sich zur Heiß­ seite hin geringfügig konisch erweitern kann.

Im Bereich der Kaltseite ist das Ende einer Zuführleitung 5 in den Kanal 4 eingesetzt, durch die staub- oder granulatförmige Feststoffe mittels eines Trägergases zugeführt werden.

Zur gasdichten Verbindung der Zuführleitung 5 mit dem Kanal 4 können beispielsweise Schraubmuffen 6 verwendet werden, die im unteren Bereich des Formteiles 2 bei dessen Herstellung einge­ gossen werden.

Das Aufnahmeelement 3 verjüngt sich zur Heißseite hin konisch und ist umfang- und bodenseitig von einem Blechmantel 7 umge­ ben, so daß es nach Art und Weise der bekannten Gasspülsteine in einen nicht dargestellten, größeren Aufnahmeelement einge­ setzt werden kann.

Der Boden des Blechmantels 7 wird von der Zuführleitung 5 sowie elektrischen Anschlüssen durchgriffen, die eine Induk­ tionsspule 8 mit elektrischer Energie versorgen, die im Inne­ ren des aus feuerfestem Material bestehenden Aufnahmeelementes 3 eingearbeitet ist. Die Induktionsspule 8 umgibt dabei etwa konzentrisch den unteren Bereich des Kanals 4 bzw. den oberen Bereich der Zuführleitung 5. Anschlüsse für geeignete Kühl­ mittel sind ebenfalls durch den Boden des Blechmantels 7 ge­ führt.

Um dem Formteil 2 einen hinreichend festen Halt zu verleihen, ist dieses in die entsprechende Öffnung des Aufnahmeelementes 3 eingemörtelt. Gegebenenfalls kann auch aus dem gleichen Grunde die Geometrie des Formteiles 2 so gewählt werden, daß es sich konisch nach oben verjüngt, so daß ein Ausblasen des Formteiles 3 unter den üblichen Betriebsdrücken von etwa 20 bar nicht möglich ist.

Bezugszeichenliste

1

Feststoffspüler

2

Formteil, Innenhülse

3

Aufnahmeelement

4

Kanal

5

Zuführleitung

6

Schraubmuffe

7

Blechmantel

8

Induktionsspule

Claims (12)

1. Vorrichtung zum Einleiten von staub- oder granulatförmigen Feststoffen in metallene Schmelzen enthaltende metall­ urgische Gefäße mittels eines Trägergases, mit einem wand- oder bodenseitig in die Feuerfestausmauerung des Gefäßes einsetzbaren, mit einer Zuführleitung für die Feststoffe und das Trägergas verbundenen feuerfestem Formteil, in dessen Inneren ein Kanal für die Feststoffe und das Trä­ gergas ausgebildet ist, der es von der Kalt- zur Heißseite durchzieht, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erwärmung des Kanals (4) und/oder der Zuführlei­ tung (5) eine elektrische Beheizung (8) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die elektrische Beheizung als Induk­ tions- oder Widerstandsheizung (8) ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Induktionswicklung (8) aus einer mittels eines Kühlmediums kühlbaren Metallrohrwicklung besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Beheizung bzw. Induk­ tionsheizung (8) aus Graphit oder einem Kohlenverbundwerk­ stoff besteht.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das feuerfeste Formteil (2) mit dem Kanal (4) in ein Aufnahmeelement (3) einsetz­ bar ist, in dem die elektrische Beheizung (8) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Aufnahmeelement (3) als Gasspül­ stein zum Eindüsen von Spül- oder Reaktionsgasen in die Schmelze ausgebildet ist.

7. Vorrichtung anch einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil (2) und/oder das Aufnahmeelement (3) Gasdurchtrittskanäle zum Eindüsen von Spül- oder Reaktionsgasen in die Schmelze aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Kanal (4) im Formteil (2) von der Kalt- zur Heißseite hin konisch er­ weitert.

9. Vorrichtung anch einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (4) einen kreisförmigen Querschnitt hat und seine Mündungsöffnung auf der Heißseite des Formteils (2) einen Durchmesser von unter 30 mm aufweist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (4) mit einer ausschmelzbaren oder ausbrennbaren Substanz gefüllt ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil (2) aus einer lunkerfreien Feuerfestmasse besteht.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil (2) aus einer korund- und kohlenstoffhaltigen feuerfesten Masse besteht.