DE19755199C1 - Gasspüleinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasspüleinrichtung für metallurgische Gefäße mit einem feuerfesten, keramischen Gasspülstein und einer am Boden des Gasspülsteines angeordneten Gasverteilkammer, von der aus sich gasdurchlässige Bereiche durch den Gasspülstein zum gasaustrittsseitigen Ende des Gasspülsteines erstrecken und einer, mit einer gasauslaßseitigen Öffnung in die Gasverteilkammer einmündenden Gaszuführleitung.

Derartige Gasspüleinrichtungen sind in vielfältiger Form im Stand der Technik vorbeschrieben.

In der DE 33 41 446 C1 wird eine solche Gasspüleinrichtung beschrieben, deren Gaszuführleitung in einem Abstand vor der Gasaustrittsöffnung einen verengten Querschnitt aufweist. Dieser verengte Querschnitt wird vom einem Verschlußkörper abgedeckt, der in Richtung auf den verengten Querschnitt druckbelastet (über eine Druckfeder) ist. Wird Gas durch die Gaszuführleitung geführt so bewirkt der Gasdruck, daß der Verschlußkörper in Strömungsrichtung des Gases weggedrückt wird. Auf diese Weise wird der Gasfluß durch den oberen Abschnitt der Gaszuführleitung in Richtung auf den Gasspülstein ermöglicht. Bei sinkendem Gasdruck oder wenn die Gaszufuhr abgeschaltet ist drückt die Feder den Verschlußkörper auf den verengten Durchlaß in der Gaszuführleitung und dichtet die Gaszuführleitung entsprechend ab. Auf diese Weise soll eine Sicherung gegen einen etwaigen Durchbruch von Metallschmelze durch den Gasspülstein geschaffen werden.

Aus der DE 36 23 609 C1 ist zu dem gleichen Zweck eine Gasspüleinrichtung bekannt, bei der sich von der Gaszuführleitung über die Gasverteilkammer bis in den Gasspülstein hinein eine Ventilanordnung erstreckt. Die bekannte Einrichtung erfordert entsprechend eine konstruktive Anpassung an die jeweilige Ventilanordnung.

Dies gilt auch für die aus der EP 0 364 724 A1 bekannte Gasspüleinrichtung.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gasspüleinrichtung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die für den Fall, daß der Gasdruck (Betriebsdruck) reduziert (gegebenenfalls bis auf null) wird, eine Metallschmelzeinfiltration aufgrund des ferrostatischen Drucks der Metallschmelze soweit wie möglich verhindert. Dabei soll die Gasspüleinrichtung so ausgebildet sein, daß sie unabhängig von der Bauart des Gasspülsteines ist. Ferner soll die Gasspüleinrichtung gegenüber bekannten Ausführungsformen konstruktiv vereinfacht werden.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß es zu dem genannten Zweck nicht auf eine vollständige (totale) Abdichtung der Gaszuführleitung beziehungsweise eine vollständige Absperrung des Gasweges ankommt. Vielmehr genügt es und hat sich sogar als besonders günstig erwiesen, wenn unter reduziertem Gasdruck der Druckabbau im Gasspülstein nicht schlagartig, sondern langsam (sanft) erfolgt.

Hierzu schlägt die Erfindung in ihrer allgemeinsten Ausführungsform eine Gasspüleinrichtung für metallurgische Gefäße mit einem feuerfesten, keramischen Gasspülstein und einer am Boden des Gasspülsteines angeordneten Gasverteilkammer vor, wobei sich von der Gasverteilkammer gasdurchlässige Bereiche durch den Gasspülstein zum gasaustrittsseitigen Ende des Gasspülsteines erstrecken und die eine, mit einer gasauslaßseitigen Öffnung in die Gasverteilkammer einmündende Gaszuführleitung aufweist, wobei die gasauslaßseitige Öffnung der Gaszuführleitung von einem frei beweglichen Abschnitt einer Abdeckung überdeckt ist, der sich unter Betriebsdruck des zugeführten Gases von der Öffnung abhebt und bei vermindertem Gasdruck oder ohne Gasdruck auf die Öffnung legt und diese abdeckt und die mit einem weiteren Abschnitt an der Gasverteilkammer befestigt ist.

Ein erster wesentlicher Unterschied zum Stand der Technik besteht demnach darin, daß die Abdeckung, die wie die aus der DE 33 41 446 C1 bekannte Kugel oder die aus der DE 36 23 609 C1 bekannte Ventilanordnung eine Art Rückschlagventil bildet, nicht in der Gaszuführleitung angeordnet ist, sondern in der Gasverteilkammer.

Hierdurch ergibt sich eine systemunabhängige, einfache und jederzeit nachzurüstende Möglichkeit, den Gasdruck einstellbar zu gestalten und den Druckabbau des Gases im Gasspülstein (bei reduziertem Gasdruck) in vorgenanntem Sinne positiv zu beeinflussen.

Weder an der Gaszuführleitung noch am Gasspülstein sind konstruktive Veränderungen notwendig.

Die Funktionsweise der vorgenannten neuen Gasspüleinrichtung ist wie folgt:
Unter normalem Gasdruck (im Betrieb) wird die Abdeckung durch die Gasströmung weggedrückt, so daß das Gas in die Gasverteilkammer und von dort entlang der gasdurchlässigen Bereiche des Gasspülsteines in die Metallschmelze strömen kann. Wird der Gasdruck reduziert (gegebenenfalls bis auf null) senkt sich die Abdeckung langsam oder spontan wieder ab und überdeckt schließlich wieder das gasauslaßseitige Ende der Gaszuführleitung.

Diese Abdeckung erfolgt jedoch nicht im Sinne einer hundertprozentigen Abdichtung. Diese Aufgabe kann die Abdeckung auch gar nicht erfüllen, da bewußt auf eine definierte Abdichtung verzichtet wird. Die Abdeckung hat lediglich die Aufgabe, die gasauslaßseitige Öffnung der Gaszuführleitung im Bedarfsfall zu überdecken. Auf diese Weise kann das im Gasspülstein noch befindliche Gas nach und nach unter dem ferrostatischen Druck der Metallschmelze zurückströmen. Dieser "sanfte" Druckabbau im Gasspülstein verhindert einen spontanen Unterdruck im Gasspülstein und verhindert oder reduziert zumindest in erheblichem Umfang die Infiltrationsneigung der darüber befindlichen Metallschmelze in die gasdurchlässigen Bereiche des Gasspülsteines.

Es ist zweckmäßig, wenn die Abdeckung mit Abstand zur Gaszuführleitung an der Gasverteilkammer befestigt ist. Hierdurch erlangt die Abdeckung eine höhere Flexibilität und kann so leichter und präziser auf einen variierenden Gasdruck reagieren.

Nach einer Ausführungsform ist der frei bewegliche Abschnitt der Abdeckung so angeordnet, daß er die gasauslaßseitige Öffnung der Gaszuführleitung seitlich mit Abstand überdeckt.

Üblicherweise weist die Gaszuführleitung einen runden Querschnitt und einen Durchmesser zwischen 2 und 6 cm auf. In diesem Fall kann zumindest der bewegliche Abschnitt der Abdeckung ebenfalls kreisförmig gestaltet sein, wobei sein Durchmesser dann beispielsweise 2 oder 3 cm größer ist als der Durchmesser der Gaszuführleitung, so daß die Abdeckung die Gaszuführleitung randseitig mit jeweils 1 bis 1,5 cm überdeckt.

Die Abdeckung kann aus einem flexiblen (biegsamen) Material bestehen. Hierzu eignen sich zum Beispiel Folien oder (insbesondere dünne) Bleche. Entsprechend kann die Abdeckung beispielsweise aus einer Metallfolie bestehen.

Eine solche Metallfolie oder ein dünnes Metallblech kann dann auf mindestens einem Bodenabschnitt der Gasverteilkammer angeschweißt werden.

In Vorversuchen hat sich herausgestellt, daß die Abdeckung sehr dünn ausgebildet sein kann. Entsprechend sieht eine Ausführungsform vor, daß die Abdeckung eine Materialstärke von < 0,5 mm, nach einer weiteren Ausführungsform < 0,2 mm aufweist.

Folien mit einer Materialstärke von 0,1 mm haben sich als ausreichend für den genannten Anwendungsbereich herausgestellt.

Derartige dünne Folien oder Bleche "flattern" unter Gasdruck.

Dabei ist es unschädlich, wenn sie innerhalb gewisser Toleranzen dabei auch Falten bilden, da es - wie oben ausgeführt - nicht auf eine vollständige Abdichtung der Gaszuführleitung ankommt beziehungsweise eine vollständige Abdichtung gar nicht gewünscht ist.

Die flächige Abdeckung stellt die konstruktiv einfachste Ausführungsform eines Rückschlagventiles dar. Sie ist überdies preiswert.

Ein wesentlicher Vorteil der beschriebenen Gasspüleinrichtung besteht darin, daß sowohl die Gasanschlußleitung wie auch der feuerfeste keramische Gasspülstein konstruktiv unverändert bleiben. Entsprechend ist die Gasspüleinrichtung unabhängig von der Art und Größe beispielsweise des Gasspülsteines einsetzbar. So kann der Gasspülstein beispielsweise ein Gasspülstein mit gerichteter oder ungerichteter Porosität sein. Auch sogenannte Schlitzspüler oder Fugenspüler lassen sich ohne weiteres mit der beschriebenen Gasverteilkammer (einschließlich Abdeckung) konfektionieren. Die Gasverteilkammer hat lediglich die Aufgabe, das über die Gaszuführleitung eingespeiste Gas über einen vorwählbaren Bodenbereich des Gasspülsteines zu verteilen. Sie braucht entsprechend ebenfalls nur eine geringe Höhe aufzuweisen, beispielsweise 1 bis 5 mm.

Insbesondere dann, wenn sich die Gasverteilkammer über den gesamten Boden des Gasspülsteines erstreckt sind weitere Maßnahmen vorzusehen, um einen definierten Abstand zwischen dem Boden der Gasverteilkammer und dem Boden des Gasspülsteines sicherzustellen. Hierzu kann zum Beispiel der Bodenbereich der Gasverteilkammer (außerhalb der Abdeckung) noppenartige Erhebungen aufweisen, die Auflagepunkte oder Auflageflächen für den Boden des Gasspülsteines bilden, ohne die freie Durchströmbarkeit der Gasverteilkammer mit dem zugeführten Gas zu beeinträchtigen.

Eine andere Ausführungsform sieht vor, daß die Gasverteilkammer umfangseitig einen Wandbereich aufweist, auf dem der Gasspülstein aufsteht. In diesem Fall, der auch in der nachfolgenden Figurenbeschreibung dargestellt ist, ist der Querschnitt der Gasverteilkammer entsprechend kleiner als der Querschnitt des Bodens des Gasspülsteines.

Bei den vorgenannten Ausführungsbeispielen bildet jeweils der Bodenabschnitt des Gasspülsteines die obere Begrenzung der Gasverteilkammer. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, die Gasverteilkammer als "geschlossenen" Raum auszubilden, wobei der Deckenbereich der Gasverteilkammer Durchbrechungen aufweist, die die Gasströmung in den darüber angeordneten Gasspülstein ermöglichen.

Zur Verhinderung einer radialen Gasdiffusion sind Gasspülsteine häufig umfangseitig blechummantelt. Bei der beschriebenen Gasspüleinrichtung bietet es sich in einem solchen Fall an, zumindest den bodenseitigen Teil des Gasspülsteines und die Gasverteilkammer mit einem gemeinsamen Blechmantel einzufassen und den Blechmantel so zu gestalten, daß er die Gasverteilkammer zumindest randseitig untergreift. Hierdurch wird die Gasverteilkammer definiert gegenüber dem Gasspülstein positioniert.

Die beschriebene Gasspüleinrichtung kann darüber hinaus auf den jeweiligen Anwendungsfall adaptiert werden. So ist es ohne weiteres möglich, den Gasspülstein beispielsweise mit einer sogenannten "Reststärkenanzeige" auszubilden.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche sowie den sonstigen Anmeldungsunterlagen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben. Dabei zeigt die einzige Figur - in stark schematisierter Darstellung - einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Gasspüleinrichtung.

Die Gasspüleinrichtung umfaßt zunächst einen Gasspülstein 10. Im linken Teil der Figur ist ein Gasspülstein 10g angedeutet. Dieser Gasspülstein 10g symbolisiert einen Gasspülstein mit sogenannter gerichteter Porosität, bei dem Gaskanäle 12 sich vom Boden 14 zur oberen Stirnfläche 16 des Gasspülsteines 10 erstrecken. Es ist selbstverständlich, daß in der Praxis der Gasspülstein 10 über den gesamten Querschnitt wie der hier dargestellte Abschnitt 10g ausgeführt ist.

Im rechten Teil der Figur ist ein anderer Typ eines Gasspülsteines 10 dargestellt (gekennzeichnet durch das Bezugszeichen 10u). Hierbei handelt es sich um einen Gasspülstein mit sogenannter ungerichteter Porosität, der von einem unregelmäßigen Porennetz zwischen Boden 14 und Stirnfläche 16 durchzogen ist. Entsprechend strömt das Gas nicht geradlinig durch Kanäle 12, sondern unregelmäßig entlang der offenen Porosität des feuerfesten keramischen Matrixmaterials. Hier gilt analog, daß in der Praxis der gesamte Gasspülstein 10 entsprechend dem dargestellten Abschnitt 10u gestaltet ist.

An den Boden des Gasspülsteines 10 schließt sich eine Metallplatte 18 an, deren Oberseite mittig eine Vertiefung 20 besitzt, die definitionsgemäß eine Gasverteilkammer bildet. Der umfangsseitige Wandbereich 18w der Metallplatte 18 dient als Auflage für den Boden 14 des Gasspülsteins 10.

Sowohl der Gasspülstein 10 als auch die Metallplatte 18 weisen einen Kreisquerschnitt auf, wobei der Gasspülstein 10 - wie dargestellt - kegelstumpfartig ausgebildet ist.

Die Gasverteilkammer 20 ist koaxial zur Mittenlängsachse M des Gasspülsteines 10 angeordnet und besitzt ebenfalls einen Kreisquerschnitt.

Ebenfalls koaxial zur Mittenlängsachse M des Gasspülsteines 10 verläuft vom Boden 22 der Gasverteilkammer 20 eine Bohrung 24, die den oberen Abschnitt einer Gaszuführleitung 26 bildet, die im übrigen auf der Unterseite 28 der Metallplatte 18 angeschweißt ist (Schweißnaht 30).

Die Gaszuführleitung 26 ist an eine (nicht dargestellte) Gasversorgung angeschlossen.

Die Metallplatte 18 und der Gasspülstein 10 sind durch einen Blechmantel 32 miteinander verbunden, der sich umfangseitig um den Gasspülstein 10 erstreckt und nach unten verlängert ist, so daß der Blechmantel 32 auch die Metallplatte 18 umfangseitig umgreift und überdies mit seinem freien Ende nach innen umgebogen ist, so daß er die Metallplatte 18 unterseitig stützt und damit gegenüber dem Gasspülstein 10 definiert festlegt.

Der Blechmantel 32 kann auf bekannte Art und Weise aufgebracht werden, beispielsweise durch Aufschrumpfen, wie dies in der DE 35 38 421 A1 beschrieben wird.

Auf dem Boden 22 der Gasverteilkammer 20 ist eine 0,2 mm dicke Metallfolie 34 angeordnet. Die Metallfolie 34 besitzt einen ersten Abschnitt 36 von runder Form, der lose auf dem Boden 22 aufliegt und die gasauslaßseitige Öffnung 260 der Gaszuführleitung 26 abdeckt und darüber hinaus gleichmäßig um die gasauslaßseitige Öffnung 260 herum angeordnet ist. Von diesem kreisrunden Abschnitt 36 verläuft eine Verlängerung 38, die mit Abstand zur Gaszuführleitung 26 am Boden 22 der Gasverteilkammer 20 angeschweißt ist (Schweißnaht 40).

Die Funktionsweise der dargestellten Gasspüleinrichtung ist wie folgt:
Strömt Gas (in Pfeilrichtung G) durch die Gaszuführleitung 26 so wird der flexible Abschnitt 36 der Metallfolie 34 angehoben und das Gas strömt seitlich in die Gasverteilkammer 20 und von dort durch die Kanäle 12 beziehungsweise das offene Porenvolumen des Gasspülsteines 10 weiter nach oben, bis es über die Stirnfläche 16 in die (nicht dargestellte) Metallschmelze austritt.

Derart zugeführtes Gas dient der metallurgischen Behandlung der Metallschmelze und wird - je nach Bedarf - von Zeit zu Zeit abgeschaltet oder der Gasdruck wird reduziert.

Wird nun die Gaszufuhr abgeschaltet, so legt sich die Abdeckung (Metallfolie 34) wieder auf die gasauslaßseitige Öffnung 260 der Gaszuführleitung 26. Auf diese Weise wird ein schlagartiger Druckabfall im Gasspülstein 10 vermieden.

Da die Abdeckung (Metallfolie 34) jedoch keine vollständige Abdichtung gegenüber der Gaszuführleitung 26 schafft kommt es in der Folge zu einem allmählichen (sanften) Druckabfall im Gasspülstein 10. Dieser allmähliche Druckabfall verhindert einen spontanen Unterdruck (Sog) im Bereich der offenen Porosität/der Gaskanäle 12 im Gasspülstein 10 und verhindert damit eine (unerwünschte) Infiltration von Metallschmelze in die Kanäle 12 beziehungsweise das offenen Porenvolumen.

Wird die Gaszufuhr anschließend wieder angeschaltet hebt sich die Metallfolie 34 wieder und das Gas kann - wie beschrieben - in die Metallschmelze strömen.

Claims (12)

1. Gasspüleinrichtung für metallurgische Gefäße mit einem feuerfesten, keramischen Gasspülstein (10) und einer, am Boden (14) des Gasspülsteins (10) angeordneten Gasverteilkammer (20), von der aus sich gasdurchlässige Bereiche (12) durch den Gasspülstein (10) zum gasaustrittsseitigen Ende (16) des Gasspülsteines (10) erstrecken und einer, mit einer gasauslaßseitigen Öffnung (260) in die Gasverteilkammer (20) einmündenden Gaszuführleitung (26), dadurch gekennzeichnet, daß die gasauslaßseitige Öffnung (260) der Gaszuführleitung (26) von einem frei beweglichen Abschnitt (36) einer Abdeckung (34) überdeckt ist, der sich unter Betriebsdruck des zugeführten Gases von der Öffnung (260) abhebt und bei vermindertem Gasdruck oder ohne Gasdruck auf die Öffnung (260) legt und diese abdeckt und die mit einem weiteren Abschnitt (38) an der Gasverteilkammer (20) befestigt ist.

2. Gasspüleinrichtung nach Anspruch 1, bei der die Abdeckung (34) mit Abstand zur Gaszuführleitung (22) an der Gasverteilkammer (20) befestigt ist.

3. Gasspüleinrichtung nach Anspruch 1, bei der der frei bewegliche Abschnitt (36) der Abdeckung (34) die gasauslaßseitige Öffnung (260) der Gaszuführleitung (26) seitlich mit Abstand überdeckt.

4. Gasspüleinrichtung nach Anspruch 1, bei der die Abdeckung (34) aus einem flexiblen Material besteht.

5. Gasspüleinrichtung nach Anspruch 1, bei der die Abdeckung (34) aus einer Folie oder einem Blech besteht.

6. Gasspüleinrichtung nach Anspruch 1, bei der die Abdeckung (34) aus einer Metallfolie besteht.

7. Gasspüleinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, bei der die Abdeckung (34) auf mindestens einem Bodenabschnitt (22) der Gasverteilkammer (20) verschweißt ist (Schweißnaht 40).

8. Gasspüleinrichtung nach Anspruch 1, bei der die Abdeckung (34) eine Materialstärke von < 0,5 mm aufweist.

9. Gasspüleinrichtung nach Anspruch 8, bei der die Abdeckung (34) eine Materialstärke von < 0,2 mm aufweist.

10. Gasspüleinrichtung nach Anspruch 1, bei der die Gasverteilkammer (20) eine Höhe von 1 bis 5 mm aufweist.

11. Gasspüleinrichtung nach Anspruch 1, bei der ein Bodenabschnitt (14) des Gasspülsteines (10) die Gasverteilkammer (20) nach oben begrenzt.

12. Gasspüleinrichtung nach Anspruch 1, bei der zumindest ein bodenseitiger Abschnitt des Gasspülsteines (10) und die Gasverteilkammer (20) von einem gemeinsamen Blechmantel (32) umfangseitig eingefaßt sind und der Blechmantel (32) die Gasverteilkammer (20) zumindest randseitig untergreift.