DE2933143A1

DE2933143A1 - Lanzenrohr zum frischen von schmelzmetall sowie frischverfahren

Info

Publication number: DE2933143A1
Application number: DE19792933143
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Hyashi
Original assignee: Aikoh Co Ltd
Current assignee: Aikoh Co Ltd
Priority date: 1978-08-28
Filing date: 1979-08-16
Publication date: 1980-03-13
Also published as: NL7906470A; CA1130560A; FR2434868A1; FR2434868B1; GB2028987B; AU515871B2; SE7906404L; BR7905182A; ES483563A1; DE2933143C2; US4296921A; IT1203270B; GB2028987A; LU81627A1; AT369789B; ATA560879A; IT7909518A0

Description

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Diese Erfindung betrifft ein Lanzenrohr, durch das Sauerstoff, Stickstoff, Argon oder ein Gemisch dieser Gase sowie feste Frischmittel, z. B. ein Entschwefelungsmittel, Entoxydierungsmittel und Schlackenbildungsmittel, in Schmelzmetalle geblasen w.erdBn,sowie ein Verfahren zum Einblasen genannter Gase oder des genannten Gemischs in Schmelzmetalle unter Einsatz des genannten Lanzenrohrs, zum Frischen von Schmelzmetallen, etwa von Schmelzstahl und Roheisen.

Um den Verschleiß eines aus Stahl bestehenden Lanzenrohrs zu mindern, durch das Gas oder ein Gasgemisch sowie feste Stoffe in das in einem Schmelzofen bzw. Gießpfanne, Roheisenmischer, Gießtrichter oder Vorherd befindliche Schmelzmetall eingeblasen werderijSind bisher Lanzenrohre aus Stahl entwickelt worden, die außen und innen mit Feuerfestmaterialien ausgekleidet sind. Man hat z. B. Lanzenrohre, wobei das Stahlrohr bzw. das mit oxydationshemmenden Materialien überzogene Stahlrohr mit einem Feuerfestmaterial umkleidet ist, dem zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit und Thermoschock-Uiderstandsfähigkeit Metallfasern beigemischt wurden, oder aber Lanzenrohre, deren innere und äußere Metalloberflächen in einer oder zwei Schichten jeweils mit einem Gemisch aus Feuerfestton und Ziegelpulver bzw. aus Feuerfestton und Kokspulver umkleidet sind, oder auch Lanzenrohre, deren Stahlspitze mit einem Schutzteil versehen und deren übrige Abschnitte mit hohlen Feuerfestformsteinen umgeben sind. Ferner gibt es Lanzenrohre, deren Stahlspitze in besonderer Weise konstruiert und deren übriger Umfang mit einer Stütze versehen und mit formbaren Feuerfestmaterialien verkleidet ist, oder Lanzenrohre, bei denen ein Netz aus rostfreiem Stahl zu einer Zylinderform ausgebildet und die Außenfläche des Stahlrohrs in Feuerfestmaterialien eingebettet ist, oder auch Lanzenrohre aus Stahl, die mit einem feuerfesten und verstärkenden Ualzmaterial umwickelt sind, das aus Asbestpapier, Aluminiumfolie und Glasfasertuch besteht, schließlich noch Lanzenrohre, deren Stahlaußenfläche

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bzw. durch eine Aluminium-Diffusion und Infiltration behandelte Stahlaußenfleche mit Asbestnetz und -schnur und mit Baumuollschnur in geeigneter Steigung umwunden ist, und wobei die Außenfläche mit einem Gemisch überzogen ist, das aus pulverförmigen oder Granulat-Feuerfestmaterialien zwischen 30 und 200 Siebueite, Feuerfestton und Alkalisilikat besteht und somit das Stahlrohr feuerfest macht.

Diese bekannten Konstruktionen weisen jedoch insofern Nachteile auf, als die Thermoschock-Uiderstandsfähigkeit der mit Feuerfestmaterialien umgebenen Schicht unzureichend ist, das Lanzenrohr schwer wird, was diese Unzulänglichkeit noch verstärkt, die Feuerfestverkleidungen sich durch kurze, regelmäßige Stoß-Schwingungen ablösen, die beim Einblasen der Gase in den Schmelzstahl auftreten, da ihre mechanische Festigkeit und Festigkeit gegenüber sehr heißer Schlacke nur kurzzeitig ist, dadurch ihre Feuerfestigkeit verlorengeht und sie beim Abkühlen des Lanzenrohrs nach dem Einsatz abplatzen und es unbrauchbar machen. Beim Einblasen der Gase in den Schmelzstahl mit den bekannten Lanzenrohren gibt es demnach insofern Schwierigkeiten, als sie zwischendurch ausgewechselt bzw. neue Rohre für den nächsten Einsatz bereitgehalten werden müssen. Zur Ausschaltung diecci i\iachteile wurde ein Lanzenrohr entwickelt, das zunächst durch Aluminium-Diffusion und Infiltration behandelt, dann mit Asbestnetz umwickelt und schließlich mit einer Knetmischung aus hochfeuerfesten Oxyden, Feuerfestton und einer wässrigen Uasserglaslösung verkleidet wird. Abgesehen davon, daß Asbest nur kurzzeitig feuerfest ist und es während des Einsatzes zu einer sehr starken Gasbildung aufgrund der großen Menge organischer Substanzen (Klebemittel) in dem mit Asbest verarbeiteten Produkt kommt, wurde nicht speziell auf die Senkung des Schmelzpunkts der genannten, hochfeuerfesten Substanzen in Anbetracht des Vorhandenseins von Wasserglas in der Verkleidung geachtet, so daß die genannten Nachteile nach wie vor nicht ausgeschaltet sind.

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Durch die vorliegende Erfindung wurden obige Unzulänglichkeiten ausgeschaltet. Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines leichten und gegenüber Thermoschocks sehr widerstandsfähigen Lanzenrohrs, das ausreichend schlackenfest ist und nicht mit Schmelzmetall reagiert, gegenüber der geringeren, bei der Erhitzung entstehenden Gasmenge feuerfest ist, wiederholte Stoß-Spannungen durch Schwingungen beim Einblasen der Gase in das Schmelzmetall aushält, weniger stark schleißt und wiederholt benutzt werden kann. Weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zum Einblasen von Gasen oder eines Gasgemisches und von festen Substanzen in das Schmelzmetall mit Hilfe dieses Lanzenrohra, wobei der Vorgang ohne Bereitstellung eines Ersatzrohres oder Austauschen eines Rohres ablaufen kann.

Das erste Lanzenrohr der Erfindung ist so konstruiert, daß der äußere Rohrumfang mit Feuerfestmaterialien in einer Stärke zwischen 2 und 15 mm und mit einer Feuerfestigkeit über 1B00 K umkleidet ist, d. h. mit Schnur, Netz, Band oder Tuch aus Feuerfestfasern umwickelt ist, deren Dicke bei Raumtemperatur und unter Normaldruck 0,5 bis 15 mm beträgt. Schnur, Netz, Band oder Tuch werden hierbei mit einer Mischung getränkt und festgeklebt, die aus 40 - 90 Gew. % eines Feuerfestmaterials besteht, dessen Partikel überwiegend unter 10 Siebueite liegen, das jedoch auch über 15 Gew. % Partikel jeweils unter 200 und von 28-200 Siebweite enthält sowie im übrigen einen Feuerfestbinder, der aus einer oder mehreren Silika-Kolloidlösungen, hydrolysiertem Aethylsilikat und Feuerfestton mit 5-40 Gew. % Feststoffanteil besteht— Si ebtvei f e*» gemcLss. TyIc'' ,

Das zweite Lanzenrohr nach der Erfindung ist so konstruiert, daß es außen in einer ersten Lage mit Schnur, Netz, Band oder Tuch aus Feuerfestfasern umwickelt wird. Bei den Fasern handelt es sich um Zirkonfaser und Aluminiumfaser oder um Fasermaterialien mit über 45 Gew. % Aluminium und einem verbleiben—

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den Anteil Silikafaser. Schnur, Netz, Band oder Tuch haben bei Raumtemperatur und unter Normaldruck eine Stärke von 0,5 bis 15 mm; sie uerden mit einer Wischung getränkt und festgeklebt, die (a) aus 40 - 90 Geu. % Feuerfestmaterial, d. h. Magnesium oder einem oder mehreren einfachen Oxyden der Magnesiumoxydgruppe mit Aluminium, Yttrium, Chrom, Zirkon, Hafnium, Siliziumnitrid und Lanthanoid oder aus einem Gemisch mit einem oder mehreren zusammengesetzten Oxyden, etwa Spinell, besteht, denen die genannten einfachen Oxyde mit Magnesium und Silizium zugesetzt uerden; die Partikel des Materials liegen überwiegend unter 10 Siebweite, wobei über 15 Gew. % jedoch jeweils im Bereich von unter 200 bzw. 28 - 200 Siebueite sind; (b) im verbleibenden Anteil aus einem Feuerfestbinder besteht, der aus einer oder mehreren Uassersilika-Kolloidlösungen, hydrolysiertem Aethylsilikat und Feuerfesttonsuspension mit einem Feststoffanteil Silizium zwischen 5 und 40 Gew. % gebildet wird. Die genannte erste Lage wird mit diesem Gemisch in einer Stärke von 0,2 - 3 mm überzogen und bildet eine zweite Lage. Erste und zweite Lage uerden zum Trocknen erhitzt und ergeben eine Feuerfestverkleidung in einer Gesamtstärke (erste und zweite Lage) von 2-15 mm.

Das Lanzenrohr nach der Erfindung ist weiterhin mit einer Feuerfestverkleidung umgeben, die so ausgebildet ist, daß sie die anderen beiden Lagen als dritte Feuerfestlage von 0,2 - 3 mm Stärke umhüllt. Sie besteht aus 30 - 60 Gew. % eines oder mehrerer natürlicher, synthetischer und industrieller anorganischer Abfallstoffe mit mehr als zwei der Oxyde und/oder Fluoride von Silizium, Aluminium, Eisen, Kalzium, Magnesium, Natrium und Pottasche unter 2B Siebweite, ferner aus 30 - 60 Geu. % Glasfaser, Schlackenuolle oder Mineralwolle und als Restanteil aus Uasser-Silika-Sol, einer wässrigen Lösung aus Natriumsilikaten und Kalisilikaten oder einer wässrigen Lösung aus Ammonium- und Aluminium-Phosphaten, mit einem Feststoffanteil von 5-40 Gew. %, Die dritte Lage wird

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abschließend zum Trocknen erhitzt.

Das im Lanzenrohr nach der Erfindung verwendete Stahlrohr wird einer Infiltration und Diffusion durch Aluminium, Chrom, Silizium, Titan oder Zirkon ausgesetzt, was die Feuerfestigkeit erhöht, während die Innenfläche des genannten Rohrs mit Feuerfestmaterialien ausgekleidet ist.

Darüberhinaus kann das Stahlrohr dicht hinter der Spitze auch mit einem Emailüberzug versehen sein, oder ein kurzes, mit Email überzogenes Rohr bzw. ein durch Diffusion und Infiltration behandeltes Rohrstück kann am Gasaustrittsende montiert sein.

Außerdem kann das im Lanzenrohr verwendete Rohr auch aus Keramik mit einer Feuerfestigkeit über 1800.' schockfestigkeit über 0,05 mK/S bestehen.

ramik mit einer Feuerfestigkeit über 1800°K und einer Thermo-

Zusätzlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Frischen von Schmelzmetall unter Einsatz des genannten Lanzenrohre, wobei Sauerstoff, Stickstoff und Argon oder ein Geraisch dieser Gase sowie feste Frischmittel in das Schmelzmetall eingeblasen werden.

Bei dem Lanzenrohr, als erstem Teil dieser Erfindung, bestehen die die Außenfläche des Stahl- oder Keramikrohrs umgebenden Feuerfestmaterialien aus Schnur, Netz, Band oder Tuch aus Feuerfestfasern, einem pulverförmigen und/oder Granulat-Material und aus Feuerfestbindern, wobei diese drei Materialien aufeinander einwirken und somit die genannten, ausgezeichneten Eigenschaften ausbilden. Somit gleicht das Feuerfestmaterial die unzulängliche Feuerfestigkeit und Schlackenfestigkeit der Feuerfestfasern bzw. der Feuerfestfasern und -Binder in Kombination aus, während die feuerfeste, fasrige Schnur bzw. Netz, Band oder Tuch die unzureichende Thermo-

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schockfestigkeit und Wärmeisolierung des Feuerfestmaterials in Kombination mit den Bindern ausgleicht und demnach eine zähe, wärmeisolierende Schicht hoher Feuerfestigkeit bildet. Ein derart verkleidetes Stahlrohr hält Schmelzmetalltemperaturen über dem Metallschmelzpunkt aus, während ein Keramikrohr den Thermoschock ausgleicht und ein rasches Eintauchen in Schmelzmetall aushält.

Eine Zielsetzung in bezug auf das zweite Lanzenrohr der Erfindung ist eine Kombination der Feuerfestmaterialien der ersten Lage mit den drei genannten Feuerfestmaterialien. Das genannte Feuerfestgemisch gleicht die unzureichende Schlakkenfestigkeit der Feuerfestfasern allein oder in Kombination mit den Bindern aus, während die genannte Schnur bzw. Wetz, Band oder Tuch aus Feuerfestfasern die unzulängliche Thermoschockfestigkeit, mechanische Stoßfestigkeit und Wärmeisolierung wettmachen und somit eine zähe Wärmeisolierschicht mit hoher Feuerfestigkeit bilden, die das Rohr sogar gegenüber dem in das Schmelzstahlbad über der Schlacke eingeblasenen Gas widerstandsfähig machen, deren Temperatur höher ist als die Schmelztemperatur des Stahlrohrs. Zusätzlich wird die erste Lage mit einer zweiten, dünnen Lage umgeben, die mit dem genannten Feuerfestgenusch bzw. Feuerfestbindern getränkt ist, so daß das Eindringen der Schmelzschlacke in die erste Lage dank der Wirkung der in der zweiten Lage enthaltenen Feuerfestfasern unter Kontrolle gehalten wird. Eine weitere technische Zielsetzung ist, die genannten drei hochfeuerfesten Materialien so auszuwählen, daß sie sich in einer Weise untermischen, damit keine Schmelzsubstanz bei der Temperatur des Schmelzstahlbades auftritt. Es wird damit beabsichtigt, jede Anfälligkeit gegenüber Dehnungs- oder Schrumpf-Rissen während des Erhitzens oder Abkühlens zu verhindern, und zwar durch eine Bindung, die nicht durch die verwendeten Feuerfestbinder, sondern durch das Bindungsvermögen aufgrund der Bildung von Schmelzsubstanzen bewirkt wird. Eine weitere Zielsetzung

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ist die Verwendung von Magnesium oder eines Magnesiumgemisches im Feuerfestmaterial zur Erhöhung seiner Schlackenfestigkeit. Eine wichtige Zielsetzung ist auch zu bewirken, daß die zweite Lage mit der Schmelzschlacke in Berührung kommt, so daß sie mit ihr getränkt wird und mit ihr reagiert, wodurch sich die Schlacke verfestigt und eine Lage mit sehr gutem Bindevermögen gebildet wird, die den Stoß-Schwingungen beim Austritt des Gases aus der Lanzenrohrspitze standhalten kann. Diese mit Schlacke getränkte Schicht kann sich manchmal durch die Abkühlung nach dem Einsatz oder durch den Temperaturanstieg beim nachfolgenden Einsatz ablösen. Wie jedoch hieraus zu ersehen ist, ist diese getränkte Lage dünn, so daß sie hält. Die technische Zielsetzung des dritten Lanzenrohrs, d. h. der dritten Lage, ist, die Oberfläche der zweiten Lage mit Hilfe der dritten Lage gut für Schmelzschlacke benetzbar zu machen, wodurch die Wirksamkeit der zweiten Lage noch verstärkt wird.

Als Feuerfestmaterial, das in der ersten Lage des Lanzenrohrs der Erfindung verwendet wird, eignet sich Magnesium oder ein Gemisch aus Magnesium mit einem oder mehreren einfachen Oxyden aus der Gruppe Aluminium, Yttrium, Chrom, Zirkon, Hafnium und mit Lanthan-Oxyden, oder aber ein Gemisch aus Magnesium mit einem oder mehreren zusammengesetzten Oxyden mit mehr als zwei der Oxyde von Aluminium, Yttrium, Chrom, Silizium, Zirkon, Hafnium, Magnesium und Lanthan-Oxyden, um Schlackenfestigkeit zu bewirken und die Anfälligkeit gegenüber Dehnungs- und Schrumpf-Rissen zu vermeiden. Um dieses Ziel zu erreichen, rauß der Magnesiumanteil in den genannten Gemischen über 20 Gew. % betragen. Um außerdem ein ausreichendes Haftvermögen des Magnesiums bzw. der Gemische mit der feuerfesten Faser-Schnur bzw. Netz, Band oder Tuch zu erreichen, muß die Partikelgrössenverteilung des Magnesiums und seiner Gemische unter 10 Siebweite betragen, wobei jedoch über 15 Gew. % jeweils in den Partikelgrößen unter 200 bzw. 28-200 Siebweite vorhanden sein

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müssen« Die genannten einfachen oder zusammengesetzten Oxyde, außer Magnesium, können eine andere Partikelgröße haben. Vorzugsweise sollte das als Feuerfestbinder gewählte Uasser-Silia*tp-Sol einen Silizium-Feststoffanteil von 5-40 Geu. % auf der Grundlage der als SiQ₂ vorhandenen Siliziumverbindung aufweisen. Um ein rasches Gelieren infolge der Beimischung von Magnesium zu verhindern, ist das Wasser-Silizium-SoI z. B. mit einer stickstoffhaltigen, wasserlöslichen, organischen Verbindung als Sol-Stabilisator zu versetzen.

Was die Schnur, bzw. das Netz, Band oder Tuch aus Feuerfestfasern anbelangt, so ist die entsprechende Stärke im Qriginalzustand zwischen 0,5 und 15 mm. Dieses Material besteht aus einer oder mehreren Fasern auf Aluminium- und Silizium-Grundlage, aus den gleichen Fasern, jedoch mit Chrom als Wirkstoff, und aus Aluminium- und Zirkon-Faser. Darüberhinaus kann es mit organischen Fasern oder Metalldraht zur Erhöhung seiner Spannunnsfestiqkeit gemischt werden. Fasertuch - Gewebe oder Filz- kann, falls mehrere Lagen gebildet werden, für jede Lage anders sein und eine andere Form haben. Die genannten Aluminium-Silizium-Fasern müssen über 45 Geut % Aluminium enthalten, damit der angestrebte Zweck erreicht wird· Das für die zweite Lage verwendete Feuerfest material und Uasser-Siliwrtrnr-Sol ist gleich wie für die erste Lage·

Die für die dritte Lage des dritten Lanzenrohrs der Erfindung benutzten Materialien können die gleichen sein wie für die erste und zweite Lage des zweiten Lanzenrohrs· Die Materialien der dritten Lage bestehen zu 30 - 60 Gew. % aus einem oder mehreren natürlichen, synthetischen und industriellen anorganischen Abfallstoffen, in denen mehr als zwei der Oxyde und Fluoride von Silizium, Aluminium, Eisen, Kalzium, Magnesium, Natrium und Pottasche in einer Partikel größe unter 28 Siebweite enthalten sind, ferner 30 - 60

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Geui. % Glasfaser, Schlackenwolle oder Mineralwolle sowie als Restanteil ein anorganischer Binder aus Uasser-Silizium-SoI, einer wässrigen Lösung aus Natrium- und Kali-Silikaten oder aus einer wässrigen Lösung aus Ammonium- und Aluminium-Phosphaten mit einem Feststoffanteil von 5-40 Geu. %. Für diese anorganischen Materialien eignen eich als Schlacke Industrieabfälle aus Hochöfen oder Elektro-Öfen, ebenso Flugasche. Im übrigen entspricht das in der dritten Lage benutzte Uasser-Silia*tHft-Sal demjenigen in der ersten oder zweiten Lage. Es geliert rasch, falls es sich bei den anorganischen Stoffen um solche handelt, die sich mit Wasser mischen lassen und eine basische, wässrige Lösung ergeben; daher wird auch hier ein Sol-Stabilisator verwendet. In einem solchen Fall kommt der Sol-Stabilisator mit den nur wenig feuerfesten anorganischen und Faserstoffen in Berührung und mindert deren Feuerfestigkeit, so daß der Zweck erreicht wird.

Die Partikelgrößenverteilung der Feuerfestmischung in den vorgenannten Materialien der ersten Lage ist für die Wirksamkeit der Verbindung aus den drei genannten Materialien äußerst wichtig. Mit dem üasser-Silia--Sol als Ubergangemedium haften die meisten der Partikel unter 200 Siebweite an den einzelnen Fasern der Schnur bzw. des Netzes, Bandes oder Tuchs aus Feuerfestfasern, während die Partikel zwischen 28 und 200 Siebweite die Zwischenräume ausfüllen und der Rest sowie die Grobpartikel die äußere Schicht bilden, wodurch der Zweck erreicht wird. Ebenso können die Silizium-Festetoffe des Uasser-SiliMröft-Sols mit maximal 40 Gew. % enthalten sein dank der Versetzung mit Sol-Stabilisator. 3e höher der Feststoffanteil ist, desto stärker ist das Bindevermögen, jedoch dürften über 5 Gew. % den Zweck beim Lanzenrohr der Erfindung erfüllen. Der Grund, warum die Partikelgrößenverteilung des in der zweiten Lage verwendeten Feuerfestgemisches die gleiche wie in der ersten Lage sein soll, ist darin zu sehen, daß das Gemisch eine zähe, durchgehende Schicht bildet, die nicht

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scharf gegen die erste Lage abgetrennt ist, da ein Teil ja in die erste Lage hineingezogen ist. Darüberhinaus soll durch die Partikelgröflenverteilung der anorganischen Stoffe der dritten Lage des dritten Lanzenrohrs eine zähe Schicht gebildet werden, in der die Fasern ungleichmäßig angeordnet sind, uo die Mischungsanteile in einer Partikelgröße von über 28 Siebueite jedoch nicht beigemischt sind wegen der Gefahr eines Ablösens nach dem Trocknen,

Das Lanzenrohr der Erfindung unter Verwendung obiger Materialien ist so konstruiert, daß die Außenfläche eines Stahlrohrs, das durch Diffusion und Infiltration von Aluminium, Chrom, Silizium und Titan behandelt wurde, oder ein Rohr, dessen Innenfläche eine Feuerfestauskleidung aus Aluminium, Silizium und Wasserglas aufweist,

(a) in einer ersten Lage mit einer oder mehreren Schichten aus feuerfester Faser-5chnur bzw. Netz, Band oder Tuch umwickelt wird, die mit einer schlamm- oder pasten-artigen Mischung aus 40 - 90 Gew. % Feuerfestmaterial und Uasser-Silizitrtn-Sol als Restkomponente getränkt und festgeklebt sind; oder

(b) mit einer oder mehreren Lagen aus feuerfester Faser-Schnur, bzw. Netz, Band oder Tuch umwickelt ist, die mit einem schlammartigen Gemisch eines Feuerfestmaterials mit Uasser-Siliz*«fl»-Sol getränkt und festgeklebt sind, wobei das Gemisch die gleichen Mischungsanteile wie bei (a) aufweist und anschließend

(c) alle aufgebrachten Lagen einer natürlichen Trocknung unterzogen und von außen mit einem Uasser-Silizium-Sol getränkt werden, oder

(d) in einer oder mehreren Lagen mit feuerfester Schnur bzw.

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Netz, Band oder Tuch umwickelt wird, die mit einem
schlamm- oder pastenartigen Gemisch aus Feuerfestmaterial unter 200 Siebweite und einem Uasser-Siliasitm-Sol getränkt sind und dann ein Feuerfestgemisch mit 28-200
Siebueite im Naßzustand festgeklebt uird, uobei die Partikelgrößenverteilung der genannten, miteinander verbundenen Materialien souie das Mischungsverhältnis zwischen Feuerfestmischung und Uasser-Silizium-Sol in den genannten Größenordnungen liegt.

Außerdem uird über der ersten Lage eine zweite Lage in einer Stärke zwischen 0,2 bis 3 mm ausgebildet und mit dem Gemisch

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aus Feuerfestmaterial und Uasser-Siliz-itHa-Sol, analog der

ersten Lage, getränkt und festgeklebt. Schließlich uird die zweite Lage zum Trocknen langer als 30 Minuten auf eine Temperatur zwischen 400 und 500 K erhitzt. Die Gesamtstärke der ersten und zweiten Feuerfestlage beträgt 2-15 mm.

Die zweite Lage kann durch zusätzliches Tränken und Festkleben mit der genannten viskosen, schlammartigen Mischung gebildet werden, die in das feuerfeste, fasrige Netz, Band
oder Tuch einzieht, aus denen die Abschlußschicht der ersten Lage besteht.

Außerdem ist das dritte Lanzenrohr der Erfindung so.konstruiert, daß vor dem Auftragen der zweiten Lage des zweiten
Lanzenrohrs, wie oben, die zweite Lage mit einem schlamm-
oder pastenartigen Gemisch überzogen wird, das aus 30 - 60
Gew. % der genannten anorganischen Materialien wie etwa
Hochofenschlacke und ähnlichem, 30 - 60 Gew. % anorganischer Fasern wie Schlackenwolle und ähnlichem und als Restanteil
aus anorganischen Bindern, etwa Natriumsilikat und ähnlichem besteht, wodurch eine dritte Lage in einer Stärke zwischen
0,2 und 3 mm gebildet wird. Anschließend wird die dritte

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Lage 30 min. lang bei Temperaturen zuischen 400 und 5ÜQ°K getrocknet. Die Gesamtstärke der ersten bis dritten Feuerfestlage beträgt zuischen 2 und 15 mm.

Was das schlamm- oder pastenartige Gemisch anbelangt, das zur Bildung der ersten, zweiten und dritten Lage verwendet wird, so ist es zur Verbesserung der Auftragungseigenschaften und des Haftvermögens dieses Gemisches und um zu verhindern, daß sich das Feuerfestmaterial von dem schlammartigen Gemisch absetzt und absinkt bzu. bei raschem Trocknen reißt, sehr vorteilhaft, diesem Gemisch organische Stoffe, etua zelluloseartiges Natriumglykolat (CMC), Natrium-Polyakrylat, flethylzellulose, Polyvinyl-Alkohol, Polyaethylen-Oxyd, Stärke, Dextrin, Kasein und Gummi arabicum beizugeben, da diese Stoffe vielfach wirksam sind und z. B. Viskosität, Dispersion und Bindevermögen steigern. Die geeignete Menge dieser organischen Zusatzstoffe beträgt P,3 - 5 Gewichtsteile auf IGG Geuichtsteile Uasser-SiliMrtrnr-Sol.

Beispiel 1

Die Außenfläche eines Stahlrohrs (JIS G STK41) mit 21,2 mm Außenduxchmesser, 2,5 mm Stärke und 5,5 m Länge, das durch Diffusion und Infiltration mit Aluminium in 0,3 mm Stärke behandelt ist, uurde unter einer Spannung von jeweils ca. 20 kPa mit drei gegenläufigen Lagen (im Uhrzeigersinn ,bzw. gegen den Uhrzeigersinn) aus feuerfestem Fasernetz umwickelt, wobei 120 mm an einem Rohrende freigelassen wurden. Dieses Fasernetz war durch synthetische Chemiefasern verstärkt, die mit ca. 60 Gew. % aus Aluminium und ca. 40 Gew. % aus Silizium bestanden und bei Raumtemperatur und unter Normaldruck 4 mm stark waren. Außerdem uurde das Netzwerk mit einem schlammartigen Gemisch aus 6 Gewichtsteilen eines Feuerfestmaterials (zu 30 Gew. % aus Magnesium und im übrigen aus Spinell bestehend) und einem Geuichtsanteil wäßrigem Sili Sol plus Sol-Stabilisator mit einem Feststoffen-

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teil von 25 Gew. % (bei Rotglut) getränkt und festgeklebt. Hieraus wurde die erste Lage gebildet. Danach wurde die erste Lage in 1 mm Stärke mit einem pastenartigen Gemisch getränkt und festgeklebt, das zu 8 Geuichtsteilen aus einem Feuerfestmaterial mit 70 Geu. % Magnesium und 30 Geu. % Spinell und zu einem Geuichtsteil aus dem gleichen wäßrigen Sili-Sol besteht, das für die erste Lage veruendet wurde, sowie zu einem Geuichtsteil aus einer wäßrigen Lösung mit 5 Gew. % zelluloseartigem Natriumglykolat, wodurch die zweite Lage gebildet wurde und eine Feuerfestumkleidung won 8 mm Stärke entstand.

Die Partikelgrößenverteilung des in der ersten Lage verwendeten Magnesiums und Spinells ist dergestalt, daß 20 Gewichtsteile im Bereich von 20 - 28 Siebweite, 20 Gewichtsteile zwischen 28 und 100 Siebweite, 25 Gewichtsteile zwischen 100 und 200 Siebueite, 30 Geuichtsteile unter 200 Siebweite und der Rest zwischen 10 und 20 Siebueite liegen. Die Partikelgrößenverteilung der gleichen Materialien in der zweiten Lage ist dergestalt, daß 25 Gewichtsteile zwischen 28 und 40 Siebueite, 35 Gewichtsteile zwischen 48 und 100 und der Rest zuischen 100 und 200 Siebueite liegen. Darüber hinaus wurde jede Schicht, aus der die erste Lage des Lanzenrohrs mit drei Umkleidungslagen besteht, 10 min. lang zum rascheren Trocknen mit Gebläseluft beaufschlagt.

Es wurde ein Lanzenrohr eingesetzt, das nur im letzten Fertigungsstadium 30 min. lang zum Trocknen auf 500 K erhitzt worden war, und zwar für 20 Nm /min Sauerstoffstrom und 10 min. Einblasdauer in einen Elektrobogen-Ofen zu 30 t, in dem 3IS G SKS4 erzeugt wird (Zusammensetzung: C 0,45-0,55, Si χ 0,35, Mn < 0,50, P < 0,03, Cr 0,50-1,00, U 0,5-1,00 und der Rest Fe). Die mittlere Verschleißrate dieses Lanzenrohrs betrug nur 1,2 m Verschleiß je Frischeinsatz. Somit entfiel auf das Auswechseln von Lanzenrohren weniger Zeit und das

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Sauerstoffeinblasen lief zufriedenstellend.

Beispiel 2

Die Außenfläche des gleichen Stahlrohrs uie in Beispiel 1 wurde in drei Schichten mit dem gleichen feuerfesten, fasrigen Netzmaterial unter einer Spannung von ca· 1Ü kPa umwickelt und 120 mm an einem Rohrende freigelassen. Das Netzmaterial wurde mit einem schlammartigen Gemisch aus 5 Geuichtsteilen Magnesium unter 200 Siebueite und Zirkoniumfluor (ZrSiO^ unter 325 Siebueite) und mit dem gleichen Uasser-Silizium-Sol uie in Beispiel 1 getränkt. Die Schich ten uurden sofort mit einem Gemisch aus Magnesium mit 65 Siebueite und Zirkonsand besprüht. Anschließend uurden sie 10 min. lang durch Gebläseluft getrocknet und bildeten die erste Lags. Diese erste Lage uurde mit einer zweiten, 1mm starken Lage aus den gleichen Mischungskomponenten uie in Beispiel 1 überzogen. Dann uurde die zweite Lage mit einer dritten, 1 nun starken Lsgs überzogen. Diese dritte Lage bestand aus einem pastenartigen Gemisch mit einer wäßrigen Lösung, worin 70 Gew. % feinkörniger Silikasand, 15 Geu. % Schlackenuolle und alsRestanteil 20 Geu. % Natriumsilikat und 5 Geu. % zelluloseartiges Natriumglykolat enthalten uaren. Der Silikasand enthielt ca. 90 Geu. % Silizium mit einer Partikelgrößenverteilung, wobei Partikel von 2B, 65 und 150 Siebueite jeweils in etwa gleichen Mengen vorhanden waren und der als Hauptverunreinigungen Aluminium und Eisenoxyd aufwies . Hierdurch uurde eine feuerfeste Umkleidung von 12 mm Stärke gebildet. Das Mischungsverhältnis des Magnesiums im Magnesium/Zirkongemisch für die erste und zueite Lage beträgt 50 Geu. %.

Ein auf diese Ueise gefertigtes Lanzenrohr, das 30 min. lang bei 500 K ausschließlich im letzten Fertigungsstadium getrocknet worden war, wurde bei 25 Nm /min. Sauerstoffstrom und 15 min. Einblasdauer bei einem Elektrobogenofen zu 30 t

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eingesetzt, in dem SLJS304 erzeugt uird (rostfreier Stahl mit 8,0-10,5 Ni und 18,0-20,0 Cr). Verschleißrate und Betriebsbedingungen beim Frischen entsprachen Beispiel 1.

Beispiel 3

Ein Lanzenrohr mit einer 15 mm starken Feuerfestuekleidung uiurde folgendermaßen gefertigt. Ein Stahlrohr mit 34,0 mm Außendurchmesser, 3,2 mm Stärke und 2,7 m Länge wurde - als erste und zweite Lage - mit einem feuerfesten Fasernetz umwickelt, wobei man die gleichen Materialien und Verfahren wie in Beispiel 2 anwendete und an einem Rohrende 200 mm freiließ· Das Feuerfestnetz wurde mit Draht aus rostfreiem Stahl verstärkt. Es bestand aus je 50 Gew. % Aluminium und Silizium und war bei Raumtemperatur und unter Normaldruck 4 mm stark. Anschließend wurde die ι
Stunde lang getrocknet.

Anschließend wurde die erste und zweite Lage bei 500 K eine

Das so gefertigte Lanzenrohr wurde 2 m tief 15 min. lang in ein Roheisenschmelzbad mit 1550-1750 K in einer Gießpfanne zu 100 t eingetaucht, und zwar zum Entschwefeln durch Einblasen von Kalziumkarbid durch Stickstoff. Das Rohr konnte 30mal benutzt werden. Durch das angewandte Verfahren konnte das Lanzenrohr wegen seines geringen Gewichts leicht an die Gießpfanne montiert werden, was eine Betriebskostensenkung ermöglichte.

Beispiel 4

Die Außenfläche eines C-Stahlrohrs, das durch Diffusion und Infiltration mit 0,3 mm starkem Aluminium innen und außen behandelt worden war und dessen Außendurchmesser 21,2 mm, Wandstärke 2,3 mm und Länge 5,5 m betrugen, wurde mit einem feuerfesten Fasernetz in einer einzigen Schicht unter einer Spannung von ca. 10 kPa dicht umwickelt, wobei an einem Rohrende 2OU mm freigelassen wurden. Das Netzwerk war durch

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synthetische Chemiefasern aus je 50 Gew. % Aluminium und Silizium verstärkt und bei Raumtemperatur und unter Normaldruck 4 mm dick. Die Außenfläche des Rohrs, die nunmehr mit einer Lage feuerfester Fasern von ca. 3,5 mm Dicke umgeben uar, wurde mit einem pastenartigen Gemisch überzogen.Dieses wurde durch Zugabe von 40 Teilen Uasser zu 30 Teilen Feuerfestton, 30 Teilen Sinteraluminium in 28 Siebueite und 40 Teilen des gleichen Aluminiums in 48 Siebueite hergestellt und durch Kneten untermischt, so daß die Außenfläche geglättet und die ganze Feuerfestumkleidung 4 mm stark uar. Die Umkleidung wurde einer natürlichen Trocknung unterzogen und mit Silizium-SoI mit 10 Geu. % Feststoffanteil getränkt. Erst im letzten Fertigungsstadium wurde das Rohr durch Erhitzen auf 50D K min. lang getrocknet. Der Gewichtszuuachs gegenüber den 6,1 kg Gewicht das unverkleideten Rohrs beträgt 2,4 kg. Dieses Lanzenrohr wurde unter 20 Nm /min. Sauerstoffstrom und bei 10 min. Frischdauer bai einem Elektrobogenofen zu 30 t eingesetzt, der Legierungsstähle für Werkzeuge produziert. Die mittlere Verschleißrate des Lanzenrohrs betrug nur 0,2 m/min. Es war trotz Kontakt mit Atmosphäre und Abstrahlungshitze über 1850°K in gutem Zustand und konnte für weiteres Sauerstoff-Frischen verwendet werden. Der Zustand nach dem Einsatz mit 40 mm Verschleiß am Ende des Stahlrohrs, wobei jedoch die rohrförmige Feuerfestlage erhalten blieb, beweist den geringfügigen mittleren Verschleiß. Außerdem störte das höhere Gewicht den Betriebsablauf nicht.

Beispiel 5

Die Außenfläche eines gleichartigen Stahlrohrs wie in Beispiel 4 (ausgenommen, daß lediglich die Innenfläche durch Diffusions-Osmose mit 0,3 mm starkem Aluminium behandelt worden war) wurde mit einem feuerfesten Fasernetz unter einer Spannung von ca. 20 kPa dicht umwickelt und 200 mm wurden an einem Rohrende freigelassen. Das Netzwerk war durch Stahldraht auf der Basis von ca. 60 % Aluminium und ca.

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40 % Silizium verstärkt und bei Raumtemperatur und unter Normaldruck 3 mm dick. Vor dem Umwickeln wurde das Netzwerk jedoch in ein Bad getaucht sowie mit einem Schlamm vermischt und verknetet, der aus einem Gewichtsteil hydrolysiertem Aethylsilikat mit 30 Gew. % Feststoffanteil, 0,5 Gewichtsteilen Aluminium-Sol und 3 Gewichtsteilen feinen Aluminiumpulvers unter 325 Siebweite besteht. Nach dem Umwickeln des Netzwerks wurden sofort Aluminiumkörner zwischen 48 und 65 Siebweite aufgesprüht und das Netzwerk einer natürlichen Trocknung unterzogen, wonach es die erste Lage bildete. Dann wurde eine zweite Lage nach dem gleichen Verfahren hergestellt, wobei diese jedoch nach dem Aufsprühen der Aluminiumkörner von 48 - 65 Siebweite mit dem genannten Schlamm überzogen und nach dem natürlichen Trocknen zusätzlich durch Erhitzen auf 5OD⁰K getrocknet wurde. Hierdurch erhielt das Lanzenrohr eine Feuerfestverkleidung von 6 mm Stärke. Das somit um 4,2 kg schwerere Lanzenrohr wurde unter 25 Nm /min. und für 15 min. Frischdauer bei einem Bogenofen von 30 eingesetzt, in dem - wie in Beispiel 2 - rostfreier Stahl erzeugt wurde. Die Ergebnisse und beobachteten Bedingungen entsprechen denen des Beispiels 4.

Beispiel 6

Zunächst wurden die Innen- und Außenfläche des 1,8 m langen Stahlrohrs der gleichen Art wie in Beispiel 4 an einem Ende über 150 mm Länge mit einem 1 mm starken Emailfilm überzogen. Dieser bestand aus einem Gemisch aus pulverisiertem Glas, Cryolit und Feldspat unter Zusatz eines Eindickmittels und hatte einen Schmelzpunkt von ca. 1250 K. Das Stahlrohr wurde mit einem feuerfesten Fasernetz überzogen, das die erste Lage bildete, wobei am anderen Ende 200 mm freigelassen wurden. Das Fasernetz war mit organischen Synthetikfasern aus je 50 Gew. % Aluminium und Silizium verstärkt und 2 mm stark· Diese erste Lage wurde anschließend mit einer 1 mm starken Schnur aus Silikonkarbid-Faser umwickelt, wodurch die zweite

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Lage gebildet uurde. Diese Schnur uurde mit einem pastenartigen Gemisch aus Silizium-Sol, mit 30 Geu. % Feststoffanteil bei Rotglut, Chamotte mit einer Partikelgrößenverteilung von 30 Geu. % unter 200, 40 Geu. % 65-100 und der Rest in 28 65 Siebueite, und aus Siliziumkarbid der gleichen Partikelgrößenverteilung getränkt und festgeklebt. Die erste und zueite Lage uurde dann durch Erhitzen auf 500 K getrocknet, uas eine Feuerfestverkleidung von 3 mm Stärke ergab.

Das so gefertigte Lanzenrohr uurde zum Einblasen eines Gasgemisches aus 30 Vol. % Chlor und 70 Vol. % Stickstoff in Schmelzaluminium bei 900 K bei einem Vorherd eingesetzt, und zuar bei einer Durchflußrate von 60 l/min 2 Stunden lang (Gießrate 75 kg/min, gesamtes Gußgeuicht 9t). Nach dem Abkühlen des Lanzenrohrs uar nicht einmal an der Spitze ein Abschmelzen zu beobachten (am mit Email behandelten Abschnitt^ so daß das Lanzenrohr ueiter benutzt uerden konnte.

Beispiel 7

In ein Chamotte-Keramikrohr uurde ein Stahlrohr mit 21,2 mm Außendurchmesser, 2,3 mm Wandstärke und 2,7 m Länge eingelassen und die beiden Rohre zum Teil durch Tonerdezement miteinander verklebt. Sechs derartige Keramikrohre uurden aneinandermontiert, so daß sich ein Rohr von 32 mm Außendurchmesser, 4,5 mm Stärke und 400 mm Länge ergab. Die gesamte Außenfläche des Chamotte-Keramikrohrs uurde mit einem Netzuerk aus Siliziumkarbidfaser (1 mm stark) unter einer Spannung von ca. 15 kPa dicht umuickelt. Vor dem Umuickeln uurde das Netzuerk jedoch in ein Bad eingetaucht, in dem sich ein schlammartiges Gemisch aus einem Geuichtsteil SiIizium-Sol-Lösung mit 15 Geu. % Silizium und aus 3,5 Geuichtsteilen Spinell befand, das aus feinem Magnesium-, Aluminium- und Chromoxyd-Pulver unter 325 Siebueite besteht. Nach dem Umuickeln des Netzuerks uurden die Spinellkörner unter 48 Siebueite sofort auf das Netz aufgesprüht. Dieser Vorgang

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wurde so lange wiederholt, bis daß fünf Schichten vorhanden waren. Nach dem Trocknen dieser fünf Schichten wurden sie mit diesem Schlamm infiltriert und nochmals durch Erhitzen auf 500 K getrocknet.

Das so gefertigte Lanzenrohr wurde zum Entschwefeln durch 15 min. dauerndes Frischen von ^Kalziumkarbid mit Stickstoffgae eingesetzt, wobei das Rohr 1,2m tief in Schmelzroheisen mit Temperaturen zwischen 1650 und 175O⁰K in einem Roheisenmischer eingetaucht wurde. Das Lanzenrohr konnte für diesen Einsatz mehr als 20mal verwendet werden.

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Claims

2933U3 Patentansprüche;

1. Lanzenrohr mit zwischen 2 und 15 mm dicker Feuerfestumkleidung mit einer Feuerfestigkeit von über 1800°K, gekennzeichnet durch das Umwickeln der Außenfläche eines Rohrs mit feuerfester, fasriger Schnur bzw. Netz, Band oder Tuch, die bei Raumtemperatur und unter Normaldruck zwischen 0,5 und mm stark sind, wobei Schnur, Netz, Band oder Tuch mit einem Gemisch aus 40 - 90 Gew. % eines Feuerfestmaterials, in dem die Partikelgröße überwiegend unter 10 Siebweite liegt, das jedoch über 15 Gew. % jeweils in unter 200 Siebweite und 28 200 Siebweite enthält, sowie aus einem Restanteil Feuerfestbinder mit einer oder mehreren Silizxcrm-Kolloidlösungen, die 5-40 Gew. % Feststoffanteil, hydrolysiertes Aethylsilikat und Feuerfestton-Suspension aufweisen, getränkt und festgeklebt wird.

2. Lanzenrohr, dessen Außenfläche mit Schnur, Netz, Band oder Tuch aus Feuerfestfadarn mit weniger als 15 Gew. % Glühverlust und einer Starke zwischen 0,5 und 15 mm bei Raumtemperatur und Normaldruck umwickelt wird, wobei Schnur, Netz, Band oder Tuch aus Fasermaterialien bestehen, die über 45 Gew. % Zirkonfasbr, Aluminiumfaser oder Aluminium enthalten, deren Rest jedoch auf Siliziumbasis aufgebaut ist, und wobei Schnur, Netz, Band oder Tuch mit einem Gemisch getränkt und festgeklebt uiird, das (a) aus 40 - 90 Gew. % eines Feuerfestmaterials besteht, dessen Partikelgrößenverteilung überwiegend
unter 10 Siebweite, jedoch mit mehr als 15 Gew. % jeweils
unter 200 und 28-200 Siebweite liegt,und (b) aus einem Feuerfestbinder als Restanteil, der eine oder mehrere Uasser-Sili**tHn»-Kolloidlösungen mit 5-40 Gew. % Silizium-Feststoffanteil, hydrolysiertes Aethylsilikat und Feuerfestton-Suspension enthält, wodurch sich eine erste Lage bildet und wobei das genannte Gemisch in 0,2 bis 3 mm Stärke auf diese erste Lage aufgebracht und die erste Schicht anschließend

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durch Erhitzen getrocknet uird, wonach sich eine Feuerfestumkleidung in einer Gesamtstärke zuischen 2 und 15 mm für die erste und zueite Lage ergibt.

3. Lanzenrohr nach Anspruch 2, mit einer dritten, darübergeklebten Lage aus 0,2 - 3 mm starkem Feuerfestmaterial, das aus 30 - 60 Geu. % eines oder mehrerer natürlicher, synthetischer und industrieller anorganischer Abfallstoffe besteht und wobei diese Stoffe mehr als zwei Oxyde und Fluoride des Siliziums, Aluminiums, Eisens, Kalziums, Magnesiums, Natriums und Pottasche unter 28 Siebueite enthalten, ferner aus 30 60 Geu. % Glasfaser, Schlackenwolle oder Mineralwolle und als Restanteil aus uäßrigem SiliKrtHa-Sol mit 5-45 Geu. % Feststoffanteil, einer wäßrigen Lösung aus Natrium- und Pottasche-Silikat oder aus einer wäßrigen Lösung von Ammonium- und Aluminium-Phosphat, wodurch die dritte Lage gebildet und durch Erhitzen getrocknet wird und sich eine Feuerfestumkleidung aus drei Lagen ergibt.

4. Lanzenrohr nach den Ansprüchen 1 und 2, dessen Feuerfestmaterial aus Aluminium, Silizium, Titan, Zirkon, Siliziumkarbid, Borkarbid, Siliziumnitrid, Bornitrid oder einer bzw. mehreren einfachen Verbindungen aus der Gruppe Aluminium-, Silizium-, Magnesium-, Chrom-, Yttrium-, Kalzium-, Litzium-, Titan-, Zirkon- und Hafnium-Oxyd und Oxyden von Lanthan-Elementen besteht oder aus einer oder mehreren natürlichen oder synthetischen, kristallinen oder amorphen Substanzen besteht, welche die zusammengesetzten Oxyde der genannten Oxyde als Hauptbestandteile enthalten und wobei die Partikelgrößenverteilung des Feuerfestmaterials in der Hauptsache unter 10 Siebueite, allerdings auch je über 15 Gew. % unter 200 und 48 - 200 Siebweite beträgt.

5. Lanzenrohr nach den Ansprüchen 1-4, wobei das Rohr aus Stahl besteht.

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6. Lanzenrohr nach den Ansprüchen 1-5, wobei das Rohr aus Stahl ist und mit einer Diffusion und Infiltration aus Aluminium, Chrom, Silizium, Titan oder Zirkon behandelt wurde.

7. Lanzenrohr nach den Ansprüchen 1-6, wobei die Innenfläche des Rohrs mit Feuerfestmaterial ausgekleidet ist.

8. Lanzenrohr nach den Ansprüchen 1-7, uobei das Rohr entweder aus Stahl oder aus einem mit Diffusion und Infiltration behandelten Stahl besteht und entweder dicht am Gasaustrittsende oder direkt am Gasaustrittsende mit einem Emailüberzug versehen ist»

9. Lanzenrohr nach den Ansprüchen 1-8, uobei das Rohr aus Keramik mit einer Feuerfestigkeit von über 1800 K und einer Thermoschockfastigkait über 0,05 mK/s ist»

10. Ein Verfahren zum Finblasen von Sauerstoff, Stickstoff, Argon oder entsprechender Gemische mit einem festen Frischmittel in Schmelzmetalle, uobei das in den Ansprüchen 1-9 beschriebene Lanzenrohr eingesetzt wird.

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