DE3433123C2 - Blasstein für metallurgische Pfannen und Verfahren zu seinem Einfügen in die Zustellung - Google Patents

Abstract

Blasstein für metallurgische Pfannen, welcher aus einem mit feinen Gasdurchgangskanälen (2) versehenen Stein aus grünem feuerfestem Material besteht, welcher einen Blechmantel (3) mit einem Anschluß (7) für das Gas aufweist, der sich nur über einen Teil der Höhe des Blassteins (10) erstreckt, sowie am oberen Rand durch eine in den Stein (1) eingreifende Abwinklung (4) abgedichtet ist.

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Blasstein nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zu seinem Einfügen in die feuerfeste Zustellung einer metallurgischen Pfanne.

In der modernen Pfannenmetallurgie ist es unumgänglich, den Stahl mit inerten Spülgasen (Argon, Stickstoff) zu spülen, welche in der Schmelze enthaltene unerwünschte Gase mit sich fortnehmen und die Schmelze also entgasen, zur rascheren Agglomeration und zum Auftrieb von Oxidpartikeln führen und schließlich eine Rühr- bzw. Homogenisierungswirkung auf die Schmelze ausüben. In anderen Fällen werden allerdings auch Reaktionsgase und -stoffe zugeführt, die mit in der Schmelze enthaltenen Bestandteilen bestimmte Reaktionen eingehen sollen.

Für die Zufuhr von Spülgasen sind Blassteine bekannt, die getrennt vom Ausfluß im Boden oder der Seitenwand angeordnet sind (Fachberichte Hüttenpraxis Metallweiterverarbeitung Vol. 21, Nr. 10, 1983). Hierbei sind als Sitz für den eigentlichen Blasstein, der auch als Spülkegel bezeichnet wird, in der feuerfesten Zustellung sogenannte Spülsteine angeordnet, die eine kegelige Ausnehmung aufweisen, in welcher der eigentliche Blasstein angeordnet wird, der aus einem porösen, aus feuerfestem Material gebrannten Stein besteht, der ringsum von einem Biechmamei umgeben ist und nur in dem abgeschnittenen oberen Ende des Kegels, welcher unmittelbar an die Schmelze grenzt, offen ist. Der Spülkegel bzw. Blasstein plus Spülstein wird auch als »Spülset« bezeichnet. Am unteren Ende des Kegels ist ein Rohranschluß für die Einleitung des Gases vorgesehen, welches den porösen Stein durchsetzen und an der offenen Oberseite gleichmäßig austreten soll. Derartige Spülsets werden in die feuerfeste Zustellung des metallurgischen Gefäßes (Boden oder Wand) eingebaut und sind dann Teil der feuerfesen Auskleidung desselben, die den Stahl nicht durchlassen, wohl aber das Gas.

Um den Biechmantel, der bei der aus der vorgenannten Schriftstelle bekannten Ausführungsform bis an den schmelzeseitigen Rand des Blassteins heranreicht, vor der Schmelze zu schützen, isi in dem dem Oberbegriff zugrundeliegenden DE-GM 83 20 031 vorgeschlagen worden, den Blechmantel nur über einen Teil der Höhe des Blassteins zu erstrecken, wodurch sichergestellt ist, daß der Blechmantel auch bei dem tiefsten Verschleiß der normalen Zustellung einer Pfanne während einer Betriebsperiode nicht von der Schmelze erreicht wird.

Auch bei diesen Blassteinen verbleibt jedoch das Problem, das Gas dazu zu veranlassen, über den ganzen Querschnitt des feuerfesten Materials gleichmäßig auszutreten. In vielen Fällen strömt nämlich das Gas nicht durch den Stein, sondern auf einem Wege geringsten Widerstandes zwischen Stein und Blechmantel entlang, um an einer Stolle an dessen oberem Rand auszutreten. Durch die Konzentration des Gasaustritts auf eine Stelle entsteht bei gleicher Gasmenge eine höhere Austrittsgeschwindigkeit und ein scharf gerichteter Strahl. Das Gas erfaßt dadurch ein weniger breites Volumen der Schmelze. Insbesondere aber ergibt sich durch den scharfen Strahl in der umgebenden Schmelze eine Strömung, die eine starke Erosion des benachbarten Feuerfestmaterials hervorruft, welches also voreilend verschleißt. Durch den Betrieb des Spülsets wird also bei den bekannten Ausführungsformen die Dauerhaftigkeit der umgebenden Feuerfestzustellung beeinträchtigt.

Die Haltbarkeit der in Gebrauch befindlichen Spülsets beträgt typisch nur etwa 10 bis 50% der normalen Feuerfestzustellung, so daß ständige Zwischenreparaturen notwendig sind. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Blasstein der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art so auszubilden, daß das Blasen möglichst auf seiner ganzen Blasfläche erfolgt und durch das Vorhandensein des Blassteins die Haltbarkeit der umgebenden Zustellung nicht beeinträchtigt wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 wiedergegebenen Merkmale gelöst.

Sollte das Gas beim Blasen am Blechmantel entlang kriechen, kommt es nur bis zu der wieder in das feuerfeste Material hineinführenden Abwinkelung am oberen Rand, die das Gas abblockt. Es baut sich dann am Fuß des Steins innerhalb des Blechmantels ein Druck auf, der das Gas auf der ganzen Fläche durch die Kanäle der Steine zwingt Der erfindungsgemäße Blasstein bläst also stets über die ganze Oberfläche, wodurch sich ein homogenes Spülen mit großer metallurgisch wirksamer innerer Gasoberfläche ergibt. Da das Spülgas nicht am Blechmantel entlang an einer Stelle entweicht, gibt es keine durch zu hohe Gasgeschwindigkeit erzeugten turbulenten Strömungen in der Schmelze, die das benachbarte feuerfeste Material zerstören könnten.

Eine Bemessung der Abwinkelung, die sich in Versuchen als praktikabel erwiesen hat, ist Gegenstand des Anspruchs 2.

Anspruch 3 gibt eine wichtige Ausgestaltung an, mittels deren Gleichmäßigkeit und Sicherheit der Funktion eines Blassteins verbessert werden können.

Vielfach bläst der Stein an der offenen Seite deshalb nicht über die ganze Fläche des feuerfesten Materials, da die Poren durch erstarrten Stahl verstopft sind. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der Blasstein durchgc-

hend aus vorher keramisch gebranntem bzw. gesintertem Material mit entsprechend relativ hoher Wärmeleitfähigkeit besteht Der Blasstein nimmt also durch die angrenzende Schmelze ziemlich viel Wärme auf, und es fällt die Temperatur von der Steingrenze nach innen relativ langsam ab, so daß die Schmelze in flüssigem Zustand tief in den Stein eindringen kann und die Poren bis tief in das feuerfeste Material hinein verbären, typisch etwa 5 bis 30 mm tief. Der Stein geht dann oft bei einer neuen Charge in der Schmelze nicht mehr auf.

Aus Sicherheitsgründen wurde bisher vielfach ein zweites Spülset eingebaut, auf welches ausgewichen werden konnte, wenn das erste Spülset nicht aufging. Das zweite Spülset wird natürlich mit dem feuerfesten Material der Zustellung verbraucht und ist auch bei Nichtbenutzung spätestens bei der Neuzustellung verloren.

Durch die Verwendung ungebrannten feuerfesten Materials für den Blasstein an Stelle eines vorgebrannten keramischen Materials ist die Wärmeleitfähigkeit wesentlich geringer und wird der Stein von der angrenzenden Schmelze erst nach und nach jeweils nur oberflächlich gesintert Die Folge dieser verringerten Wärmeleitfähigkeit ist daß der flüssige Stahl nach Beendigung des Spülvorganges nur etwa 0,5 bis 5 mm tief eindringt. Eine derartig geringe Tiefe der Verbärung der Gaskanäle gewährleistet ein hundertprozentiges Wiederaufschmelzen der Kanäle durch die folgende Charge.

Durch die verfahrensgemäße Maßnahme nach Anspruch 4 stellt sich beim Sintern in den Bereichen, in denen das zunächst ungebrannte feuerfeste Material des Blassteins mit der umgebenden Zustellung in Berührung steht, eine dichte Verbindung ein, die das Eindringen von Schmelze am Rand unterbindet

Weil der erfindungsgemäße Blasstein mit Sicherheit aufgeht, ist kein zweiter Blasstein erforderlich. Es ist auch kein sogenanntes »Spülset« mit Spülstein und Spülkegel mehr notwendig. Der erfindungsgemäße Blasstein ist beides in einem. Die Haltbarkeit entspricht der Haltbarkeit der normalen Feuerfestzustellung der Pfanne. Insgesamt ergeben sich dadurch erhebliche Kosteneinsparungen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt

F i g. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Blasstein;

F i g. 2 zeigt einen Längsschnitt durch die Form zur Herstellung des Blassteins;

F i g. 3 zeigt einen Schnitt durch die feuerfeste Zustellung einer Pfanne mit eingesetztem Blasstein.

Der in F i g. 1 als Ganzes mit 10 bezeichnete Blasstein besteht aus einem in dem Ausführungsbeispiel zylindrischen Stein 1 aus grünem feuerfesten Material, welcher über seinen Querschnitt verteilt achsparallele Kanäle 2 von etwa 0,8 mm Durchmesser enthält und im unteren Bereich über etwa ein Viertel seiner Höhe von einem zylindrischen Blechmantel 3 umgeben ist, der an seinem oberen Rand eine über den Umfang durchgehende, nach innen in das Innere des Steins 1 vorstehende rechtwinkelige Abwinklung 4 und am unteren Ende einen geschlossenen Blechboden 5 aufweist, der, wie in F i g. 1 !inks dargesteiit, am Rand eine Bördeiung 6 aufweisen und mit dieser Bördeiung in das untere Ende des Blechmantels 3 eingesetzt und dort mit diesem verschweißt sein kann. Es ist aber auch möglich, den Blechboden 5 stumpf gegen den Blechmantel 3 zu setzen und mit einer Kehlnaht 6' zu verschweißen, wie in F i g. 1 rechts dargestellt. In der Mitte ist an den Blechboden ein Anschluß 7 in Form eines Rohrstutzens angeschweißt der mit einer Lochung 8 im Boden 5 fluchtet und am unteren Ende ein Schraubgewinde 9 für die Verbindung mit einem Gasanschluß trägt Die Gesamthöhe des Blassteins 10 beträgt in einem typischen praktischen Beispiel etwa 210 mm, die Querabmessung etwa 150 mm und die Höhe des Blechmantels 3 40 mm.

Statt eine Zylinderform aufzuweisen, kann sich der Stein 1 auch nach oben über seine ganze Höhe oder oberhalb des Blechmantels 3 beginnend konisch verjüngen.

Die Herstellung des Blassteins 10 ist in Fig.2 angedeutet Es ist eine zylindrische Form 11 vorgesehen, deren Innendurchmesser dem Außendurchmesser des Blechmantels 3 entspricht Auf dem Boden der Form liegt eine Lochmatrize 12, die über den Querschnitt der Forni verteilte Lochungen 13 aufweist Oberhalb der Form ist an einem Ständer 14 eine gleiche Lochmatrize 15 eingespannt die sich ebenso wie die Lochmatrize 12 senkrecht zur Achse der zylindrischen Form 11 erstreckt In die Lochungen der Lochmatrize 12, 15 sind gerade Drähte 16 von etwa 0,8 mm Durchmesser eingesteckt die sich also parallel zur Achse der Form der Länge nach durch diese hindurch erstrecken. Der Ständer 14 wird von einer Bodenplatte 17 gehalten, auf der die Form 11 steht und die Bodenplatte 12 liegt. In dem Bereich der Lochungen 13 weist die Bodenplatte 17 eine Ausnehmung 18 auf, so daß die Drähte 16 nach unten über die Bodenplatte 12 überstehen können.
Die Bodenplatte 12 läßt am Rand ein wenig Zwischenraum zum Innenumfang der Form 11, so daß der Blechmantel 3 in der aus F i g. 2 ersichtlichen Weise in die Form 11 eingesetzt werden und mit seinem unteren Rand in den Zwischenraum zwischen den Außenumfang der Lochplatte 12 und dem Innenumfang der Form 11 eingreifen kann. Dies hat den Sinn, den untersten Bereich des Blechmantels 3 von feuerfestem Material freizuhalten, damit nach dem Entformen der Boden 5 (Fig. 1) eingesetzt und mit seinem Rand bei 6, 6' mit dem Blechmantel 3 verschweißt werden kann.

Es wird sodann die Form 11 mit flüssig angerührtem 97%igen AI2O3 ausgegossen, wobei die Drähte die Kanäle 2 (Fig. 1) bilden. Die Masse bindet hydraulisch ab, und es können nach 2 bis 3 Stunden der gebildete Stein entformt und die Drähte 16 herausgezogen werden. Der Stein 1 wird dann 24 Stunden raumtrocknen gelassen und anschließend zum Austreiben jeglichen Restwassers 24 bis 36 Stunden bei 300⁰C getrocknet. Als feuerfestes Material kommen auch andere AbOrMaterialien, MgO, ZrO₂, SiO₂ u. dgl. in Betracht

In F i g. 3 ist der aus Stahl bestehende Pfannenboden 20 erkennbar, der ein Dauerfutter 30 aus Platten trägt, auf welches der Blasstein 10 mit seinem Blechmantel 3 aufgesetzt ist. Der Anschluß 7 ragt durch eine Ausnehmung 29 des Pfannenbodens 20 nach außen. Der Blasstein 10 grenzt in dem oberen Bereich, wohin sich also der Blechmantel 3 nicht erstreckt und ungebranntes (»grünes«) Material vorhanden ist, unmittelbar an die Zustellung 22 der Pfanne und schließt oben mit dieser ab. Wenn die Pfanne in Betrieb genommen wird, versintert das Material des Steins 1 ebenso in einer Oberflächenschicht wie die Zustellung 22. Da der Stein 1 grün eingesetzt wird, ist seine Wärmeleitfähigkeit, verglichen mit gesintertem Material, gering (etwa Faktor 10) und der Wärmetransport von der Schmelze in die zum Pfannenboden 20 hin gelegenen Bereiche vermindert, so daß im Betrieb die Temperatur nur in einer relativ dünnen äußeren Schicht den Versinterunesbereich erreicht und

die Versinterung nur langsam durch den Stein hindurch fortschreitet. Die Haltbarkeit des Blassteins 1 entspricht der der Zustellung 22.

im Betrieb wird durch den Anschluß 7 ein Spülgas eingeleitet, welches sich oberhalb des Bodens 5 verteilt und in die Kanäle 2 eintritt, den Stein 1 durchsetzt und an der Oberseite desselben über seinen Querschnitt verteilt austritt, wie bei 23 in F i g. 3 angedeutet. Durch die Abwinkelung 4 wird das Gas daran gehindert, sich zwischen Blechmantel 3 und Stein 1 einen günstigen Weg zu suchen und an einer Stelle am oberen Rand des Blechmantels 3 abzublasen. Die Abwinkelung 4, die ja nach innen in das Steinmaterial eingreift, dichtet vielmehr diesen Ausweg des Gases ab, so daß es nur durch die Kanäle 2 entweichen kann. Sollten diese in einem 15 bestimmten Betriebszustand durch die Schmelze zunächst geschlossen sein, kann der Druck des Gases, ohne daß es an einer falschen Stelle ausbricht, so weit gesteigert werden, daß die Kanäle 2 freigedrückt werden und das Blasen stets im Steinquerschnitt und nicht 20 am Rand erfolgt

Der Blechmantel 3, der normalerweise nur etwa ein Drittel bis ein Sechstel der Höhe des Blassteins 10 einnimmt, verbleibt deswegen stets unterhalb der tiefsten Verschleißgrenze 24 der Zustellung 22 und wird nie von 25 der Schmelze unmittelbar erreicht, was die Gefahr von Durchbrüchen vermindert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen .

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Claims (4)

Patentansprüche:

1. Blasstein aus feuerfestem Material zum Einbau

in die Zustellung von metallurgischen Pfannen, weleher mit feinen, in der an die Schmelze angrenzenden, die Oberseite des Steins bildenden Blasfläche mündenden Gasdurchgangskanälen versehen ist und in dem der Blasfläche abgewandten Oberflächenbereich einen Blechmantel mit einem Anschluß für das Gas aufweist, der sich nur über einen Teil der Höhe des Blassteins erstreckt sowie am oberen Rand gegen den Umfang des Steins abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Blechmantel (3) am oberen Ende eine umlaufende, in das Innere des Steins (1) eingreifende Abwinkehing (4) aufweist

2. Blasstein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwinkelung (4) etwa 5 bis 10% des Blassteindurchmessers in das Innere des Steins (1) vorsteht

3. Blasstein nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stein (1) aus ungebranntem Material besteht

4. Verfahren zum Einfügen des Blassteins nach Anspruch 3 in die feuerfeste Zustellung einer metallurgischen Pfanne, dadurch gekennzeichnet, daß der Blasstein (10) unmittelbar in die feuerfeste Zustellung (22) so eingesetzt wird, daß diese den von dem Blechmantel (3) nicht bedeckten Bereich des ungebrannten Steins (1) berührt