DE3424466C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen feuerfesten Stein, insbe­ sondere Gasspülstein mit mindestens einer Einrichtung zur Anzeige einer vorbestimmbaren Reststeinstärke gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Es sind bereits verschiedene Verfahren und Einrichtungen zur Messung und Überwachung der Wandstärken von Ausklei­ dungen von metallurgischen Öfen und Gefäßen bekannt. Bei einem dieser Verfahren, das zur betriebsmäßigen Über­ wachung der Wandstärke des Tiegels eines elektrischen Induktionsofens in einer vorgegebenen Zone seiner Tiegel­ höhe dient, erfolgt eine Überwachung der zeitlichen Ver­ änderung des Meßwertes einer elektrischen Meßgröße, die an einer die betreffende Tiegelzone umfassenden Teilspule einer den Ofen beheizenden Induktionsspule ermittelt wird und vom Widerstand der Teilspule abhängig ist, und ein Vergleich dieses Meßwertes mit einem Vergleichswert (DE-OS 26 02 615).

Ein anderes Verfahren dieser Art ist zur Überwachung des Zustandes des Futters von Schmelzaggregaten in allen Industriezweigen vorgesehen und besteht darin, daß von gleichen Abschnitten des Futters, die auf dem Umfang eines Schmelzaggregates angeordnet sind, die elektrischen Parameter gemessen werden, der arithmetische Mittelwert dieser Parameter und ihr Höchstwert bestimmt und diese Werte ihrer Größe nach verglichen werden, worauf nach dem Vergleichsergebnis dieser Werte der Zustand des Futters beurteilt wird (DE-OS 27 18 016).

Aus der EP-A-60 069 ist weiterhin ein feuerfester Stein bekannt, mit mindestens einer Einrichtung zur Anzeige einer vorbestimmbaren Reststeinstärke, die eine Sonde umfaßt, in der zwei, im Abstand zueinander angeordnete und mit einer Stromquelle verbindbare elektrische Leiter angeordnet sind. Dabei ragen die Leiterenden frei über das Sondenende vor. Eine elektrische Verbindung der Leiter­ enden wird in dem Moment erreicht, wo die in dem betref­ fenden metallurgischen Gefäß vorhandene Metallschmelze in den Bereich der Leiterenden vordringt, wobei die Metall­ schmelze dann aufgrund ihrer elektrischen Leitfähigkeit einen Kontakt der Leiterenden bewirkt und den angeschlos­ senen Stromkreis schließt. Dabei ist nicht auszuschließen, daß trotz einer Umspülung der freien Leiterenden der Drähte der elektrische Kontakt nicht geschlossen wird, weil beispielsweise Schlacke in den Zwischenraum zwischen die freien Leiterenden eindringt und einen elektrischen Kontakt verhindert. Eine weitere Unsicherheit ist dadurch gegeben, daß ein elektrischer Kontakt und damit eine entsprechende Anzeige auch dann ausbleibt, wenn eine stellenweise voreilende Infiltration von Metallschmelze oder Schlacke in den Stein ohne Berührung dieser Drähte erfolgt, also an Stellen stattfindet, die von den Kon­ taktdrähten frei sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt insoweit die Aufgabe zugrunde, einen feuerfesten Stein anzubieten, der es ermöglicht, ein Unterschreiten der für einen einwand­ freien Betrieb erforderlichen minimalen Wandstärke von feuerfesten Auskleidungen und insbesondere von Ausklei­ dungen, in welchen Gasspülsteine angeordnet sind, in sicherer Weise und ohne Gefahr einer Verfälschung der Messung durch Schlacken oder andere Verunreinigungen aus dem Metallbad, das in dem korrespondierenden metallur­ gischen Gefäß behandelt wird, zu verhindern.

Dazu wird nach der Erfindung ein feuerfester Stein, ins­ besondere Gasspülstein der eingangs genannten Art vorgeschlagen, der die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1 aufweist.

Der Gasspülstein weist danach eine Art "Schmelzsicherung" auf, wobei diese Bezeichnung dahin gehend zu verstehen ist, daß die Leiter beim Erreichen einer bestimmten Tempe­ ratur, die empirisch ermittelt wird und die durch eine geringe restliche Steinstärke oder aber auch durch eine stellenweise voreilende Infiltration von Metallschmelze oder Schlacke in den betreffenden Stein bewirkt werden kann, an ih­ ren Enden schmelzen, so daß sich diese berühren können und dadurch der elektrische Kontakt geschlossen wird. Das Schließen des Kontak­ tes kann mittels einer Anzeigeeinrichtung auf verschiedenartige Weise angezeigt werden, und das Überwachungsorgan kann dadurch fest­ stellen, daß der Zeitpunkt für einen Ersatz des betreffenden Teiles der Auskleidung erreicht ist.

Dadurch, daß die elektrischen Leiter, die im allgemeinen in Form von Drähten vorliegen, in einer geschlossenen Sonde ange­ ordnet sind, ergibt sich der besonders für Spülsteine wesentliche Vorteil, daß die Gefahr eines Angriffes von Gasen, die in metallurgi­ sche Öfen und Gefäße häufig eingeblasen werden, wie Luft, Sauer­ stoff, Kohlendioxid und Kohlenwasserstoffen, auf diese Leiter sehr stark herabgesetzt ist und dadurch die Funktionsfähigkeit der An­ zeigeeinrichtung nicht gefährdet wird.

Zweckmäßig sind die Enden der beiden elektrischen Leiter in der Sonde durch eine Isolierung, z. B. in Form eines um diese Leiter­ enden gewickelten Papierstreifens oder Klebstreifens bzw. Isolier­ bandes, abgedeckt, um zu verhindern, daß eine beispielsweise bei der Handhabung oder beim Einbau des betreffenden Steines erfolgende Erschütterung eine unerwünschte vorzeitige direkte Berührung der beiden Leiterenden miteinander bewirkt. Das für die Isolierung ver­ wendete Material wird dann bei den hohen Temperaturen, denen es am Ende der Verwendung der Steine ausgesetzt ist, verbrannt bzw. ver­ kohlt, wodurch ein Kontaktschluß zwischen den Leiterenden möglich wird.

Vorzugsweise besteht die Sonde aus feuerfestem Material, und auch die beiden elektrischen Leiter sind in der Sonde in einem feuerfesten Material eingebettet. Das Material der Sonde soll mit dem feuerfesten Steinmaterial, das im Falle von Gasspülsteinen häu­ fig von Magnesia, Magnesitchrom, Korund bzw. Tonerde, Mullit, Scha­ motte oder Zirkonoxid gebildet wird, verträglich sein. Beispiels­ weise kann in basischen Steinen die Sonde aus Magnesia, Magnesit­ chrom oder einem hochtonerdehaltigen Material bestehen. Das für die Eibettung der elektrischen Leiter in der Sonde verwendete Material ist vorzugsweise ein Feuerbeton mit einem Al₂O₃-Gehalt von 70 bis 95% oder ein anderes Material auf der Basis von Ton­ erde mit einem Al₂O₃-Gehalt von 60 bis 80%.

Die elektrischen Leiter sind vorzugsweise aus verzunderungsbeständigen Werkstoffen mit in den gewünschten Temperaturbereichen liegenden Schmelzpunkten hergestellt. Als Beispiel für solche Werkstoffe können Chrom-Nickel-Stähle mit Cr-Gehalten von 26 bzw. 22% und Ni-Gehalten von 4,5 bzw. 11% erwähnt werden. Wenn die Sonde in einem Sicherungsblock unter dem zu überwachenden Stein angeordnet ist, muß der Schmelzpunkt der elektrischen Leiter niedrig sein und soll vorzugsweise im Bereich von 200 bis 400°C liegen, entsprechend erfolgt auch die Materialauswahl der elektrischen Leiter.

Die Überwachung der kritischen Reststeinstärke kann kontinuierlich, gewünschtenfalls aber auch diskonti­ nuierlich nach jeder Charge durchgeführt werden.

Die Erfindung ist insbesondere für Gasspülsteine von Bedeutung, da diese häufig früher als die Steine der übrigen Auskleidung ver­ schleißen und daher aus Sicherheitsgründen bisher mitunter sogar frühzeitig, d. h. bei noch verhältnismäßig großen vorhandenen Rest­ steinstärken, ausgewechselt werden mußten.

Die Sonde wird in Gasspülsteine im allgemeinen in einer Entfernung von 10 bis 70 mm vom kalten Stein­ ende eingebaut. Wenn der Einbau etwa 10 mm entfernt vom kalten Stein­ ende erfolgt, können die Gasspülsteine mit ausreichender Sicherheit bis zu einer Reststärke von etwa 30 mm verbraucht werden. Bei Ver­ wendung eines Sicherungsblockes am kalten Steinende können die Gas­ spülsteine sogar vollkommen abgetragen, also bis zu einer Reststärke von 0 mm verschlissen werden. Nach dem bisherigen Stand der Technik werden Gasspülsteine nur bis zu einer Reststeinstärke von 70 bis 100 mm verwendet, so daß durch die Erfindung ein wesentlicher Fort­ schritt erzielt wird.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, in welchen drei Ausführungsformen für Gasspülsteine, die in einen Si­ cherungsblock eingebaut sind, dargestellt sind. Dabei zeigt

Fig. 1 in schaubildlicher Ansicht im Teilschnitt einen in einem Lochstein angeordneten kegelstumpfförmig ausgebildeten Gasspülstein, und in den

Fig. 2 und 3 ist ein quaderförmiger Gasspülstein nur mit dem zugehörigen Sicherungsblock, gleichfalls in schaubildlicher Ansicht und teilweise geschnitten, dargestellt.

Der in Fig. 1 mit 1 bezeichnete Lochstein weist in seiner Mit­ te eine von seinem heißen Steinende 2, also von der dem Ofen- bzw. Behälterinneren zugewandten Steinfläche, bis zu seinem kalten Steinende 3 durchgehende, konisch ausgebildete Ausnehmung 4 auf, die sich gegen das kalte Steinende 3 zu erweitert. Der Lochstein 1 kann z. B. im Boden oder der Seitenwand einer Roheisenpfanne, einer Gießpfanne, eines Zwischengefäßes beim Stranggießen von Stahl, eines Konverters, eines Lichtbogenofens oder eines Gefäßes zur Be­ handlung von Nichteisenmetallen, wie eines Aluminiumschmelzofens, angeordnet sein. Die Art der Abstützung des Lochsteins 1 im Boden oder in der Seitenwand einer feuerfesten Auskleidung ist für die vorliegende Erfindung ohne Belang. Gewünschtenfalls kann der Loch­ stein 1 in der Auskleidung leicht auswechselbar eingebaut sein und z. B. von Steinen bzw. Platten 15 getragen werden.

In der Ausnehmung 4 des Lochsteins 1 befindet sich ein Gasspül­ stein 5 von Kegelstumpfform, der neben zahlreichen regellos ver­ teilten Poren 6 sogenannte gerichtete Poren 7, die sich in der Steinlängsrichtung erstrecken und zum Durchleiten von Behandlungs­ gasen in die Metallschmelze dienen, aufweist. Dieser Gasspülstein 5 ist an seinem breiten Steinende 8, welches das an der Außenseite des Ofens bzw. Gefäßes liegende kalte Steinende darstellt, mit einer Blechummantelung 9 versehen, die den unteren Teil seiner Kegelflä­ che und seine Bodenfläche, das heißt den Spülsteinboden 10, bedeckt. Gewünschtenfalls kann die Blechummantelung 9 auch bis zum schmalen Steinende 8′, welches das an der Innenseite des Ofens bzw. Gefäßes gelegene heiße Steinende bildet, reichen.

Der Gasspülstein 5 ist mit seinem Spülsteinboden 10 in eine diesen zur Gänze umfassende, im Querschnitt kreisförmige Ausnehmung 11 eines Sicherungsblockes 12 aus feuerfestem Material eingesetzt und z. B. mit Hilfe eines feuerfesten Mörtels oder Kittes unter Bil­ dung einer Labyrinthdichtung verankert. Bei dem in Fig. 1 darge­ stellten Ausführungsbeispiel hat der Sicherungsblock 12 zylindri­ sche Form, kann jedoch auch eine andere geeignete Form haben und z. B. quaderförmig ausgebildet sein. Der Sicherungsblock 12 seiner­ seits ist im Lochstein 1 in dessen Ausnehmung 4 am kalten Steinende 3 eingesetzt, wobei die Ausnehmung 4 zu diesem Zweck entsprechend erweitert ist.

Die Blechummantelung 9 am Spülsteinboden 10 ist mit einem Gas­ zuführungsrohr 13 versehen, das z. B. mit Hilfe eines Gewindes oder einer Steckkupplung mit einem doppelten, teilweise vertikal ver­ laufenden Rohrsystem 14 zur Zuführung von Gas zum Gasspülstein 5 und durch diesen hindurch in die zu behandelnde Metallschmelze verbunden ist.

Ein Durchbruch von Metallschmelze zwischen der Blechummantelung 9 des Gasspülsteines 5 und dem Lochstein 1 oder auch zwischen der Blechummantelung 9 und dem Gasspülstein 5 oder durch den Gasspül­ stein 5 selbst wird durch den Sicherungsblock 12 an einer weiteren Ausbreitung gehindert, und eine gegebenenfalls in das Gaszuführungs­ rohr 13 eindringende Schmelze kann durch das Rohrsystem 14 in Kürze zum Stehen bzw. Erstarren gebracht werden.

In den Gasspülsteinen 5 ist von seinem kalten Steinende 8 her eine Sonde 19 aus feuerfestem Material eingeführt, in der einge­ bettet in feuerfestem Material 20 zwei elektrische Leiter 16, 17 angeordnet sind, deren Enden 16′, 17′ an dem Ende 19′ der Sonde 19, das dem heißen Steinende 8′ zugewandt und geschlossen ist, in kur­ zem Abstand übereinanderliegen. Diese beiden Enden 16′, 17′ sind zweckmäßig mit einem Papierstreifen oder einem anderen durch Hitze entfernbaren Material umhüllt und befinden sich höchstens in einer solchen Entfernung vom kalten Steinende 8, die erfahrungsgemäß ge­ rade noch eine sichere Verwendung des Steines gewährleistet und so­ mit die für dessen klaglose Verwendung gerade noch ausreichende Rest­ steinstärke, also die erforderliche minimale Reststeinstärke, dar­ stellt. Zweckmäßig aber ist das Sondenende 19′ vom heißen Steinende 8′ noch weiter entfernt, um nach einer Entnahme des unbrauchbar ge­ wordenen Steines aus der betreffenden Auskleidung gegebenenfalls eine neuerliche Verwendung der Sonde zu ermöglichen. Die beiden elektrischen Leiter 16, 17 sind über Leitungen 16′′, 17′′ mit einer außerhalb des Steines 5 liegenden Stromquelle 18 verbunden. Wenn der Stein 5 bis zur gerade noch ausreichenden Reststeinstärke abge­ tragen ist, werden die Enden 16′, 17′ der elektrischen Leiter 16, 17 durch die dabei auftretende Temperaturerhöhung geschmolzen und kurzgeschlossen, durch die Leitungen 16′′, 17′′ kann dann ein Strom fließen, und dies kann z. B. durch eine Anzeigeeinrichtung 21, z. B. mittels eines optischen oder akustischen Signals, angezeigt werden.

Bei der in Fig. 2 wiedergegebenen Ausführungsform sind für gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet, wobei aus Gründen der Einfachheit auch von einer Darstellung des Lochsteins Abstand genommen wurde. Der Unterschied dieser Ausfüh­ rungsform gegenüber der von Fig. 1 besteht lediglich darin, daß der Gasspülstein 5 quaderförmig ausgebildet ist und demnach auch die ihn aufnehmende Ausnehmung 11 des Sicherungsblockes 12 rechteckig ist. Auch der Sicherungsblock 12 ist in diesem Fall quaderförmig. Ebenso wie in Fig. 1 ist der Gasspülstein 5 ein Stein mit gerichte­ ter Porosität, er eine Blechummantelung 9 nur an seinem kalten Steinende 8 und am Spülsteinboden 10 aufweist.

Auch bei der Darstellung in Fig. 3 sind für gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 1 und 2 verwendet. Fig. 3 bezieht sich auf die vorzugsweise Ausführungsform der Erfindung, die sich von der gemäß Fig. 2 nur dadurch unterscheidet, daß die Sonde 19 mit den elektrischen Leitern 16, 17 nicht innerhalb des Steines 5, dessen Stärke überwacht werden soll, selbst, sondern in dem zu­ gehörigen Sicherungsblock 12 angeordnet ist. Das geschlossene Ende 19′ der Sonde 19 liegt unterhalb des kalten Stein­ endes 8 und das offene Ende der Sonde 19, in das die Leiter 16, 17 eingeführt sind, verläuft nach unten aus dem Sicherungsblock 12. Diese Ausführungsform ist schon allein aus herstellungstechnischen Gründen vorzuziehen, da es wesentlich einfacher ist, die Sonde 19 mit den elektrischen Leitern 16, 17 in einen Sicherungsblock als in einen Spülstein mit gerichteten Poren einzubauen, weil beim Einbau einer solchen Sonde in einen Gasspülstein immer große Sorgfalt dafür aufgewendet werden muß, die gerichteten Poren dieses Steines nicht zu zerstören und die Gasdichtheit des Steines außerhalb dieser Poren nicht zu beein­ trächtigen.

Claims (6)

1. Feuerfester Stein, insbesondere Gasspülstein, mit mindestens einer Einrichtung zur Anzeige einer vorbestimmbaren Reststeinstärke, die eine Sonde (19) umfaßt, in der zwei, im Ab­ stand zueinander angeordnete, mit einer Strom­ quelle (18) verbindbare elektrische Leiter (16, 17) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (19) zum - beim Einsatz - heißen Steinende (8′) hin geschlossen ausgebildet ist, und die freien Enden (16′, 17′) der Leiter (16, 17) am geschlossenen Ende (19′) der Sonde (19) in kurzem Abstand übereinanderliegen und aus einem Material bestehen, das bei Erreichen einer bestimmten, empirisch ermittelbaren Tem­ peratur unter gleichzeitigem Kontaktschluß der Leiterenden (16′, 17′) aufschmilzt.

2. Feuerfester Stein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterenden (16′, 17′) durch eine Isolierung abgedeckt sind, die bei Tempera­ turen unterhalb der Schmelztemperatur der Leiterenden (16′, 17′) verbrennt.

3. Feuerfester Stein nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung aus einem um die Leiter­ enden (16′, 17′) gewickelten Papier-, Klebe- oder Isolierstreifen besteht.

4. Feuerfester Stein nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Leiter (16, 17) als verzunderungsbeständige Drähte gestaltet sind.

5. Feuerfester Stein nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (19) aus feuerfestem Material besteht.

6. Feuerfester Stein nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einem an seinem - im Einsatz - kalten Steinende (8) anschließenden Siche­ rungsblock (12), dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (19) im Sicherungsblock (12) und mit ihrem geschlossenen Ende (19′) in Richtung auf den feuerfesten Stein (8) ange­ ordnet ist.