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Titel: Spüleinsatz
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Die Erfindung betrifft einen Spüleinsatz zum Einblasen von gasförmigen
Medien in Transport-, Schmelz- und Behandlungsvorrichtungen für flüssige Metalle,
mit einem in eine Ausnehmung des Spüleinsatzes eingesetzten, feuerfesten keramischen
Körper, der eine kegelstumpfförmige Ausnehmung aufweist, die sich in Blasrichtung
verjüngt und in der ein kegelstumpfförmiges Einsatzstück aus feuerfester, keramischer
Masse angeordnet ist, das mit der kegelstumpfförmigen Ausnehmung des Körpers einen
Ringspalt zum Durchströmen des Gases bilden kann.
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Zum Einblasen von Gasen in geschmolzene Metalle, die sich in Schmelzaggregaten
oder in Transport- oder Behandlungsgefäßen befinden, werden Spüleinsätze in Form
von Lochsteinen benutzt, die auswechselbar in eine Öffnung im Boden des Gefäßes
für das Metall eingesetzt sind und in deren Lochöffnung ein feuerfester, keramischer
Körper eingekittet ist. Dieser feuerfeste keramische Körper ist porös und läßt das
ihm von außen unter Druck zugeführte Gas in das flüssige Metall eintreten, das sich
über ihm im Behälter befindet.
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Die bekannten Spüleinsätze haben jedoch den Nachteil, daß die Poren
des keramischen Körpers auf dessen dem Behälter zugewandter Stirnseite von dem Metall
oder von Schlacken im Inneren des Behälters zugesetzt werden, sobald die Gaszuführung
aufhört. Das Metall dringt hierbei in den oberen Bereich des keramischen Körpers
ein und schafft hier eine gasundurchlässige Zone. Nach dem Entleeren des Behälters
muß
dann vor dem Einfüllen einer neuen Charge die obere, mit Metall zugesetzte Schicht
des keramischen Körpers herausgeschlagen oder ausgebrannt werden, wodurch sich ein
Krater bildet, der mit jeder Charge tiefer wird.
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Um das Einblasen von Gas in das flüssige Metall zu erleichtern und
Kraterbildungen zu vermeiden, ist auch eine Gasspüleinrichtung bekannt, bei der
in die kegelstumpfförmige Ausnehmung ein selbst nicht gasdurchlässiger, dichter
Spülkegel eingesetzt ist, der von einem Blechmantel umgeben wird. Das Gas strömt
hier durch den Spalt zwischen dem Blechmantel des kegelstumpfförmigen Einsatz stückes
und der Ausnehmung im Spüleinsatz ins Innere der Behandlungsvorrichtung (Fachberichte
Hüttenpraxis Metallweiterverarbeitung, 1983, S. 769 bis 775). Die Spaltbreite, die
auf die Viskosität der zu behandelnden Schmelze abgestimmt werden muß, damit kein
Metall in den Spalt eindringen kann, wird mit Hilfe von Distanzstreifen hergestellt,
die zwischen dem Einsatz stück und der dieses umgebenden Öffnung angeordnet werden.
Wenn die Spaltbreite geändert werden muß, ist es jedesmal notwendig, das Einsatzstück
aus der Ausnehmung im Spüleinsatz herauszunehmen und mit anderen Distanzstreifen
neu einzusetzen. Außerdem kann es vorkommen, daß Schmelze doch in den Spalt zwischen
Spüleinsatz und Einsatzstück eindringt, wenn die Gaszuführung aufhört.
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Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und einen
Spüleinsatz der eingangs näher erläuterten Art so auszubilden, daß das Eindringen
von Metallschmelze in den Spalt zwischen der Ausnehmung des Spüleinsatzes und dem
Einsatzstück mit Sicherheit verhindert wird und die Spaltbreite leicht verändert
und der Viskosität der zu behandelnden Schmelze angepaßt werden kann, ohne daß das
Einsatzstück aus dem Spüleinsatz herausgenommen werden muß.
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Diese Aufgabe wird mit der Erfindung dadurch gelöst, daß das kegelstumpfförmige
Einsatzstück in der kegelstumpfförmigen
Ausnehmung des keramischen
Körpers axial verstellbar ist.
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Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß die Spaltbreite längs des
Umfanges des Einsatzstückes vollständig gleichmäßig durch einfaches Axialverschieben
des Einsatzstückes so verändert werden kann, daß kein flüssiges Metall in den Spalt
eindringen kann. Ferner ist es möglich, die Gaszufuhr durch Verschieben des Einsatz
stückes in Axialrichtung zu verändern und den Spalt dadurch vollständig zu schließen,
daß das Einsatz stück soweit in die kegelstumpfförmige Öffnung hineingeschoben wird,
daß die äußere Mantelfläche des Einsatzstückes an der kegelstumpfförmigen Innenfläche
des Spüleinsatzes anliegt. Beim Absperren des Gasstromes wird also gleichzeitig
auch der Ringspalt geschlossen, so daß keine Metallschmelze eindringen kann.
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Das Einsatzstück kann an seiner äußeren Stirnfläche eine Tragplatte
aufweisen, an der ein Hubelement befestigt ist.
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Mit diesem Hubelement kann das Einsatz stück in die Ausnehmung des
Spüleinsatzes hineingefahren und aus dieser herausgezogen werden, wobei sich die
Spaltbreite des Ringspaltes zwischen der äußeren Umfangsfläche des Einsatzstückes
und der Innenfläche der Ausnehmung ändert.
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Die kegelstumpfförmige Ausnehmung des keramischen Körpers ist an ihrer
Unterseite zweckmäßig durch eine Bodenplatte verschlossen, die eine Durchgangsöffnung
aufweist, in der das Hubelement abdichtend geführt ist. Die Tragplatte des Einsatz
stückes befindet sich hierbei immer im Abstand von der Bodenplatte, so daß unter
der Tragplatte ein Raum verbleibt, in dem sich das Gas über den ganzen Ringspalt
verteilen und in diesem aufwärtsströmen kann.
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Das Hubelement kann von einem beweglichen Teil einer Kolben-Zylinder-Einheit
gebildet werden, die unter der Bodenplatte angeordnet ist. Besonders zweckmäßig
ist es jedoch, wenn das Hubelement von einer Gewindespindel gebildet wird, die drehend
antreibbar
ist und sich in einem feststehenden Gewinde verschraubt und die fest mit der Tragplatte
des Einsatzstückes verbunden ist.
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Bei dieser zuletzt erläuterten Anordnung führt das Einsatzstück beim
Verändern der Ringspaltbreite nicht nur eine Axialbewegung, sondern auch eine Drehbewegung
um seine Rotationsachse aus. Dies hat den Vorteil, daß Schlacken und Reste der Metallschmelze
losgebrochen werden, wenn nach der Neufüllung des Behandlungsraumes der Ringspalt
zwischen Einsatzstück und Spüleinsatz wieder geöffnet werden soll, um Gas in die
Metallschmelze einzublasen.
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Das Hubelement kann von einer Gas-Ringleitung umgeben werden, die
durch Schlitze in ihrer Wandung und in der Bodenplatte mit dem Raum unter der Tragplatte
des Einsatzstückes in Verbindung steht. Mit Hilfe dieser Ringleitung ist es möglich,
das Gas über den Umfang des Ringspaltes verteilt einzuführen.
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Das Hubelement kann auch eine sich in Axialrichtung erstreckende Gasleitung
aufweisen, die durch Öffnungen unter der Tragplatte mit dem Raum zwischen Tragplatte
und Bodenplatte in Verbindung steht.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung und den Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
an Beispielen näher erläutert sind. Es zeigt.
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Fig. 1 eine Transportpfanne für geschmolzenes Metall mit einem Spüleinsatz
nach der Erfindung im Diametral schnitt in einer schematischen Darstellung, Fig.
2 den Spüleinsatz der Transportpfanne nach Fig. 1 in vergrößertem Maßstab im Vertikalschnitt
und
Fig. 3 eine andere Ausführungsform des Spüleinsatzes in einer
der Fig. 2 entsprechenden Darstellung.
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In den Zeichnungen ist mit 10 ein Transportbehälter für flüssiges
Metall 11 bezeichnet, in dessen unterem Boden 12 ein Spüleinsatz 13 zum Einblasen
eines gasförmigen Mediums, beispielsweise Argon, eingesetzt ist. Der Spüleinsatz
13, der in Fig. 2 mehr im einzelnen dargestellt ist, besteht aus einem im wesentlichen
zylindrischen oder mehreckigen Lochstein 14, der eine konische Öffnung 15 aufweist,
in die ein feuerfester, keramischer Körper 16, ein sogenannter "Spülkegel", eingesetzt
ist, der sich in Blasrichtung 17, d.h. zum Inneren des Transportbehälters 10 hin,
konisch verjüngt.
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Der keramische Körper 16 ist mit einem keramischen Mörtel 18, einem
sogenannten Feuerkitt, in der konischen Öffnung 15 des Lochsteines 14 befestigt
und schließt mit der dem Innenraum des Transportbehälters 10 zugewandten Stirnfläche
19 des Lochsteines 14 ab. Er kann, wie an sich bekannt, aus einem porösen keramischen
Material bestehen. Besonders zweckmäßig ist es jedoch, wenn er aus einer feuerfesten,
keramischen Masse mit dichtem Gefüge hergestellt ist, die zwar gasundurchlässig
ist, aber eine wesentlich höhere Festigkeit hat.
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Der keramische Körper 16 besteht aus einem äußeren, ringförmigen Teil
16a und aus einem inneren, kegelstumpfförmigen Einsatz stück 16b, das in eine kegelstumpfförmige
Ausnehmung 20 des ringförmigen Teiles 16a eingesetzt ist und die gleiche Konizität
hat wie die kegelstumpfförmige Ausnehmung 20.
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Man erkennt aus Fig. 2, daß die Länge des Einsatzstückes 16b in Axialrichtung
etwas kleiner ist als die Dicke D des unteren Bodens 12 des Behälters 10 und des
Lochsteines 14. Die untere Stirnfläche 21 des Einsatzstückes 16b ist mit einer Tragplatte
24 versehen, die im Einsatz stück 16b mit Ankerstücken 22 verankert ist. In ähnlicher
Weise ist auch die
untere Stirnfläche des ringförmigen Teiles 16a
mit einem Verankerungsring 23 aus Blech armiert.
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Die kegelstumpfförmige Ausnehmung 20 des ringförmigen Teiles 16a ist
an ihrer Unterseite durch eine Bodenplatte 27 verschlossen, die am Verankerungsring
23 angeschweißt oder auf sonstige Weise befestigt sein kann. Die Bodenplatte 27
hat eine zentrische Bohrung 25, durch welche ein Gaszuführungsrohr 26 axial frei
beweglich hindurchgeht, dessen oberes Ende an der Tragplatte festgeschweißt ist
und unterhalb dieser Tragplatte mehrere radiale Gasaustrittsöffnungen 28 aufweist.
Unter der Bodenplatte 27 ist eine Buchse 29 befestigt, welche das Gaszuführungsrohr
26 mit Abstand umgibt und eine Spindelmutter 30 undrehbar hält.
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Das Gaszuführungsrohr 26 ist an seinem Außenumfang mit einem Gewinde
31 versehen und bildet so eine Gewindespindel, die sich in der Spindelmutter 30
verschrauben kann. Etwas tiefer trägt das als Gewindespindel ausgebildete Gaszuführungsrohr
26 ein Zahnrad 32, das mit dem Antriebsritzel 33 eines Drehantriebes 34, beispielsweise
eines Elektromotors, kämmt. Dem Gaszuführungsrohr wird von einer hier nicht näher
dargestellten Gasquelle aus Argongas unter Druck in Richtung des Pfeiles 17 zugeführt.
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Man erkennt, daß sich das als Gewindespindel ausgebildete Gaszuführungsrohr
26 in der Gewindemutter 30 verschraubt, wenn es von dem Antrieb 34 drehend angetrieben
wird Hierdurch wird das mit dem Gaszuführungsrohr 26 fest verbundene Einsatzstück
16b ebenfalls gedreht und gleichzeitig in Axialrichtung bewegt. Bei einer Aufwärtsbewegung
des Einsatzstückes 16b wird der Ringspalt 35 zwischen dem Einsatzstück 16b und dem
ringförmigen Teil 16a des keramischen Körpers kleiner und bei einer Abwärtsbewegung
größer. Die Spaltbreite kann hierdurch verändert und der Viskosität der zu behandelnden
Schmelze 11 im Behälter 10 angepaßt werden.
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Um Verkrustungen am Ausströmende des Spaltes zu beseitigen, kann das
kegelstumpfförmige Einsatzstück 16b beim Einstellen der Spaltbreite zur Zentrierung
zunächst soweit in die kegelstumpf förmige Ausnehmung 20 des keramischen Körpers
16 eingeschoben werden, bis es an der Wandung der Ausnehmung 20 anliegt. Es wird
dann anschließend soweit zurückgezogen, bis die gewünschte Ringspaltbreite erreicht
ist.
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Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist das kegelstumpf
förmige Einsatzstück 16b mit seiner Tragplatte 24 an der Kolbenstange 36 einer Kolben-Zylinder-Einheit
37 befestigt, die unter der Bodenplatte 27 angeordnet ist und mit der das Einsatzstück
16b in der Ausnehmung 20 des ringförmigen Teiles 16a des keramischen Körpers 16
axial verschoben werden kann.
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Die Kolbenstange 36 der Kolben-Zylinder-Einheit 37 ist in der Durchgangsöffnung
25 der Bodenplatte 27 abdichtend geführt.
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Unterhalb der Bodenplatte 27 befindet sich eine Ringleitung 37 für
das zuzuführende Gas, die über mehrere Öffnungen 38 mit dem Raum 39 oberhalb der
Bodenplatte 27 in Verbindung steht, der von der Bodenplatte 27, der Tragplatte 24
und der Innenwandung 20 der kegelstumpfförmigen Ausnehmung begrenzt wird und mit
dem Ringspalt 35 in Verbindung steht. Der Ringleitung 37 wird von einer hier nicht
näher dargestellten Gasquelle aus Argon oder ein anderes, in die Schmelze 11 einzublasendes
Gas zugeführt.
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Man erkennt, daß durch Einführen von Druckmittel in den Zylinderraum
40 unterhalb des Kolbens 41 oder in den Zylinderraum 42 oberhalb des Kolbens 41
der Hubvorrichtung 37 das Einsatzstück 16b in Axialrichtung verstellt und hierdurch
die Breite des Ringspaltes 35 eingestellt werden kann.