DE3502168C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schutzrohr zum Einsetzen - unter Zwischenfügung eines Fugenmaterials - in jeweils eine von zwei senkrechten Öffnungen in einer Bodenwand eines Unterdruckbehälters zum Entgasen von Stahlschmelze als Schutz für die vertikalen Öffnungen gegenüber der Stahlschmelze, mit einer ringförmigen Innenwand, die durch Aufschichten einer Vielzahl von gebrannten, radialen Magnesiumoxid-Chromoxid-Steinen gebildet ist, welche unter Zwischenfügung des Fugenmaterials zu einer Mehrzahl von horizontalen ringförmigen Lagen so übereinander angeordnet sind, daß sie einen Innendurchgang als Durchlaß für die Stahlschmelze bilden.

Für das Unterdruck-Entgasen von Stahlschmelze ist das sog. Ruhrstahl-Heraeus- oder R-H-Vakuum-Frischverfahren bekannt, das darin besteht, daß ein Unterdruckbehälter für das Entgasen der Stahlschmelze verwendet wird, der eine Vakuumpumpe, zwei in einer Bodenwand des Unterdruckbehälters ausgebildete lotrechte Öffnungen, zwei jeweils eine Innenbohrung zum Hindurchleiten der Stahlschmelze aufweisende Schutzrohre, die zum Schutze der lotrechten Öffnungen vor der Stahlschmelze in diese Öffnungen eingesetzt sind, sowie zwei Tauchrohre aufweist, die jeweils lotrecht mit dem unteren Ende jedes Schutzrohrs verbunden sind und von der Bodenwand des Unterdruckbehälters nach unten ragen. Die beiden Tauchrohre tauchen in eine Stahlschmelze in einer unter dem Unterdruckbehälter angeordneten Gießpfanne oder einem Zwischenbehälter ein; aus einem der beiden Tauchrohre wird ein Inertgas ausgeblasen, während der Druck im Unterdruckbehälter mittels der Vakuumpumpe reduziert wird, um die Stahlschmelze aus dem Zwischenbehälter durch das eine Tauchrohr und das mit ihm verbundene Schutzrohr in den Unterdruckbehälter einzusaugen. Die in den Unterdruckbehälter angesaugte Stahlschmelze wird durch das andere Schutzrohr und das andere, mit ihm verbundene Tauchrohr in den Zwischenbehälter zurückgeführt und damit zwischen Zwischenbehälter und Unterdruckbehälter im Umlauf gehalten, wobei in letzterem die Stahlschmelze aus dem Zwischenbehälter entgast wird, um die Stahlschmelze zu frischen bzw. zu entgasen.

Bei diesem bisherigen Verfahren bestehen die beiden Schutzrohre zum Schutze der beiden lotrechten Bodenöffnungen vor der Stahlschmelze jeweils aus einer ringförmigen Mauerwerkswand, die dadurch hergestellt ist, daß mittels eines Fugenmaterials eine Vielzahl von gebrannten Magnesiumoxid-Chromoxid-Radial-Steinen in mehreren waagerechten, übereinanderliegenden, ringförmigen Reihen so aufeinander gesetzt werden, daß sie eine Innenbohrung zum Hindurchleiten der Stahlschmelze bilden. Das Schutzrohr wird mittels eines Fugenmaterials jeweils in eine der beiden lotrechten Bodenöffnungen des Unterdruckbehälters eingesetzt.

Die Innenbohrung des Schutzrohrs ist aufgrund der starken Strömung der ein Inertgas enthaltenden Stahlschmelze einer außerordentlich großen Erosion unterworfen. Es wird daher aus gebrannten, radialen Magnesiumoxid-Chromoxid-Steinen ausgezeichneter Erosionsbeständigkeit gegen Stahlschmelze aufgebaut.

Fig. 1 ist ein schematischer Längsschnitt durch ein bisheriges Schmelzrohr für einen beim genannten R-H- Vakuum-Frischverfahren eingesetzte Unterdruckbehälter; Fig. 2 ist eine Aufsicht auf die Anordnung nach Fig. 1. Gemäß Fig. 1 und 2 umfaßt das bisherige Schutzrohr 1 eine ringförmige Mauerwerkswand, in welcher gebrannte, radiale Magnesiumoxid-Chromoxid-Steine 3, lagenweise gegeneinander versetzt, unter Verwendung eines Fugenmaterials aus einem Magnesiumoxidmörtel in einer Vielzahl von waagerechten, ringförmigen Reihen aufeinandergesetzt sind, so daß sie eine Innenbohrung 2 zum Hindurchleiten von Stahlschmelze festlegen. Die Steine der unteren Lage sind jeweils mit einer Schulter 6 versehen, um das Schutzrohr 1 durch Aufsetzen an den Schultern auf eine an einer Bodenwand 4 befestigte Fassung 5 an der Bodenwand 4 des Unterdruckbehälters zu befestigen. Das Schutzrohr 1 ist unter Zwischenfügung eines Fugenmaterials aus Magnesiumoxidmörtel in jeweils eine der beiden lotrechten Öffnungen 7 in der Bodenwand 4 eingesetzt, wobei die Schultern 6 auf der Fassung 5 aufliegen.

Diese bisherige Anordnung ist jedoch mit den folgenden Mängeln behaftet: Die erwähnten, das Schutzrohr 1 bildenden Magnesium-Chromoxid-Steine besitzen zwar eine ausgezeichnete Erosionsbeständigkeit gegen Stahlschmelze, aber auch einen großen Wärmedehnungskoeffizienten. Infolgedessen dehnt sich jeder Stein 3 unter dem Einfluß der Wärme der die Innenbohrung 2 passierenden Stahlschmelze stark aus, wobei eine starke Auswärts-Ausdehnungsneigung in Radialrichtung des Schutzrohrs 1 besteht. Die die oberste waagerechte Lage bildenden Steine 3, die in Berührung mit den oberen Abschnitt der Bodenwand 4 des Unterdruckbehälters bildenden Bodensteinen 8 stehen, werden an einer Ausdehnung gehindert. Die Steine 3 in den anderen, von der obersten Lage verschiedenen Lagen, die mit einer Vergußmassenschicht 9 mit hohem Tonerde- bzw. Aluminiumoxidgehalt und mit einem hohen thermischen Schwund- oder Schrumpfkoeffizienten, welche den mittleren und den unteren Abschnitt der Bodenwand 4 bildet, in Berührung stehen, werden dagegen nicht an einer Ausdehnung gehindert. Infolgedessen lockert sich das waagerechte und lotrechte Fugenmaterial zwischen einander anschließenden Steinen 3 des Schutzrohrs 1, und eine Erosion dieses Fugenmaterials kann nicht vernachlässigt oder vermieden werden. Unabhängig von einer ausreichend großen Dicke der Steine 3 wird demzufolge das Schutzrohr 1 nach einer vergleichsweise kleinen Zahl von Unterdruck-Frischzyklen unbrauchbar. Gemäß Fig. 1 sind die Bodensteine 8 mit Bodenfuttersteinen 10 unterlegt.

Im Hinblick auf diese Gegebenheit besteht ein großer Bedarf für die Entwicklung eines Schutzrohrs für einen Unterdruckbehälter zum Frischen von Stahlschmelze, das bei Verwendung beim R-H-Vakuum-Frischverfahren eine lange Standzeit gewährleistet, d. h. zahlreiche Frischvorgänge auszuhalten vermag. Ein solches Schutzrohr ist jedoch bisher noch nicht vorgeschlagen worden.

Die DE-OS 26 54 048 zeigt einen Entgasungsbehälter mit Tauchrohren, wobei die Innenwand, soweit erkennbar, nicht aus einzelnen Mauerwerksteinen zusammengefügt ist. Bei diesem Entgasungsbehälter ist die Innenwand des Tauchrohrs im oberen Bereich, also zum Behälterboden hin, ringförmig mit einer zusätzlichen Masse umgeben, bei der es sich offenbar um eine Vergußmasse handelt. Die Bildung eines Schutzrohrs aus einem Mauerwerk von einzelnen Steinen entsprechend der eingangs geschilderten Art ist aus dieser Schrift somit nicht zu entnehmen. Insbesondere ergibt sich daraus auch kein Hinweis, wie das Problem der Wärmeausdehnung der Steine und der damit verbundenen Erosion des Fugenmaterials gelöst werden könnte.

Augabe der Erfindung ist es, ein Schutzrohr der eingangs genannten Art zu schaffen, das bei der Durchführung des R-H-Vakuum-Entgasungsverfahrens eine lange Standzeit besitzt, indem eine Lockerung oder Ablösung des Fugenmaterials aus der Mauerwerkswand verhindert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe besitzt das Schutzrohr erfindungsgemäß eine ringförmige Außenwand, die durch Aufschichten einer Vielzahl von gebrannten, radialen Magnesiumoxid-Chromoxid-Steinen gebildet ist, die unter Zwischenfügung des Fugenmaterials zu einer Mehrzahl von horizontalen ringförmigen Lagen übereinander derart angeordnet sind, daß sie im wesentlichen die gesamte Außenfläche der ringförmigen Innenwand abdecken, wobei die Innenfläche der Außenwand mit der Außenfläche der Innenwand über ein Fugenmaterial in Berührung steht.

Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schutzrohrs ist im Anspruch 2 angegeben.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch ein bisheriges Schutzrohr bei einem Unterdruckbehälter für das R-H-Vakuum-Frischen von Stahlschmelze,

Fig. 2 eine schematische Aufsicht auf die Anordnung nach Fig. 1,

Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Schutzrohr bei einem Unterdruckbehälter für das R-H-Vakuum-Frischen von Stahlschmelze,

Fig. 4 eine schematische Aufsicht auf die Anordnung nach Fig. 3 und

Fig. 5 eine schematische Aufsicht auf eine andere Ausführungsform der Erfindung.

Die Fig. 1 und 2 sind eingangs bereits erläutert worden.

Im Hinblick auf die vorher geschilderten Gegebenheiten wurden ausgedehnte Untersuchungen mit dem Ziel der Entwicklung eines Schutzrohrs für ein Evakuierungsgefäß oder einen Unterdruckbehälter für das Frischen, d. h. Entgasen einer Stahlschmelze nach dem R-H-Vakuum-Frisch- oder Entgasungsverfahren durchgeführt, wobei dieses Schutzrohr die angegebene Aufgabe lösen soll.

Als Ergebnis dieser Untersuchung wurde folgendes gefunden: Es kann ein für den angegebenen Zweck geeignetes Schutzrohr geschaffen werden, bei dem ein Lockern eines Fugenmaterials einer das Schutzrohr bildenden ringförmigen Stein- oder Mauerwerkswand verhindert werden kann und mithin beim Vakuum-Frischen oder -Entgasen eine lange Standzeit besitzt, indem das ringförmige Mauerwerk aus einer ringförmigen Innenwand aus einer Vielzahl von mittels eines Fugenmaterials in mehreren waagerechten, ringförmigen Lagen aufeinandergesetzten gebrannten, radialen Magnesiumoxid-Chromoxid-Steinen, die einen lotrechten Durchgang zum Hindurchleiten der Stahlschmelze festlegen, und einer ringförmigen Außenwand aus gebrannten, radialen Magnesiumoxid-Chromoxid-Steinen gebildet wird, die unter Verwendung eines Fugenmaterials in einer Anzahl waagerechter Lagen so aufeinandergesetzt sind, daß sie praktisch die gesamte Außenfläche der ringförmigen Innenwand bedecken, und die Innenfläche der ringförmigen Außenwand unter Zwischenfügung eines Fugenmaterials mit der Außenfläche der ringförmigen Innenwand in Berührung gebracht wird.

Der Grund für den Aufbau der ringförmigen Mauerwerkswand des Schutzrohrs aus der ringförmigen Innenwand mit der Innenbohrung und der ringförmigen Außenwand, deren Innenfläche über das Fugenmaterial mit der Außenfläche der Innenwand in Berührung steht, ist folgender: Die durch die Stahlschmelze, welche durch die Innenbohrung hindurchtritt, auf das Schutzrohr einwirkende Wärme wird von der Innenfläche zur Außenfläche des ringförmigen Mauerwerks übertragen. Wenn letzteres aus je einer ringförmigen Innen- und Außenwand besteht, erschwert das zwischen Innen- und Außenwand vorhandene Fugenmaterial die Wärmeübertragung, so daß die Temperatur der Außenwand auf unter etwa 600°C verringert werden kann. Die ringförmige Außenwand aus den gebrannten, radialen Magnesiumoxid-Chromoxid-Steinen, die durch das Fugenmaterial aus Magnesiumoxid-Mörtel gebunden sind, das seinerseits eine hohe Haft- oder Bindefestigkeit im Temperaturbereich von etwa 300-600°C besitzt, bildet einen sehr festen oder starken Ring. Durch diese ringförmige Außenwand wird mithin eine Auswärts-Ausdehnung der die ringförmige Innenwand bildenden gebrannten, radialen Magnesiumoxid-Chromoxid-Steine unterbunden, wodurch eine Lockerung oder ein Ablösen des Fugenmaterials der Innenwand verhindert wird. Auf diese Weise kann somit ein Fuß (oder Futter) realisiert werden, bei dem eine Lockerung oder ein Ablösen des Fugenmaterials insgesamt verhindert wird.

Gemäß den Fig. 3 und 4 besteht ein Schutzrohr 11 gemäß der Erfindung aus einer ringförmigen Innenwand 12, die eine Innenbohrung 2 für den Durchtritt von Stahlschmelze festlegt, und einer praktisch die gesamte Außenfläche der Innenwand 12 umschließenden ringförmigen Außenwand 13. Das Schutzrohr 11 ist dabei unter Zwischenfügung eines Fugenmaterials aus Magnesiumoxid-Mörtel jeweils in eine der beiden lotrechten Öffnungen (Steigrohre) 7 in einer Bodenwand 4 eines Unterdruckbehälters für das Frischen oder Entgasen von Stahlschmelze eingesetzt.

Die Innenwand 12 ist in der Weise aufgebaut, daß mit Hilfe eines Fugenmaterials aus Magnesiumoxid-Mörtel gebrannte, radiale Magnesiumoxid-Chromoxid-Steine 14, lagenweise gegeneinander versetzt, unter Festlegung der Innenbohrung 2 in mehreren waagerechten, ringförmigen Lagen aufeinandergesetzt sind. Die unterste waagerechte Stein-Lage der Innenwand 12 ist mit einem Ansatz oder Bund 17 versehen, der eine Schulter 15 zur Unterstützung der ringförmigen Außenwand 13 und eine weitere Schulter 16 zur Festlegung des Schutzrohrs 11 in der jeweiligen lotrechten Bohrung 7 in der Bodenwand 4 des Unterdruckbehälters durch Aufsitzenlassen auf einer an der Bodenwand 4 befestigten Fassung 5 bildet.

Die Außenwand 13 wird auf der Schulter 15 der Innenwand 12 dadurch ausgebildet, daß unter Zwischenfügung eines Fugenmaterials aus Magnesiumoxid-Mörtel gebrannte, radiale Magnesiumoxid-Chromoxid-Steine 18, lagenweise gegeneinander versetzt, in mehreren waagerechten ringförmigen Lagen aufeinandergesetzt werden, so daß sie die gesamte Außenfläche der Innenwand 12 über deren Schulter 15 bedecken bzw. umschließen. Die Innenfläche der Außenwand 13 steht dabei über ein Fugenmaterial aus Magnesiumoxid-Mörtel mit der Außenfläche der Innenwand 12 in Berührung. Zur Erzielung einer größeren mechanischen Festigkeit der ringförmigen Außenwand 13 besitzen die diese bildenden Steine 18 bevorzugt in zwei Richtungen größere Abmessungen als die Steine 14 der Innenwand 12. Zur Verbesserung der Erosionsbeständigkeit des waagerechten Fugenmaterials des Schutzrohrs 11 ist bevorzugt das waagerechte Fugenmaterial zwischen den die Außenwand 13 bildenden Steinen 18 jeweils zu dem waagerechten Fugenmaterial zwischen den Steinen 14 der Innenwand 12 versetzt angeordnet. In Fig. 3 sind weiterhin mit 8 Bodensteine, welche den oberen Abschnitt der Bodenwand 4 des Unterdruckbehälters bilden, mit 9 eine einen hohen Tonerde- oder Aluminiumoxidgehalt besitzende Vergußmassenschicht eines hohen thermischen Schwund- oder Schrumpfkoeffizienten zur Bildung der mittleren und unteren Abschnitte der Bodenwand 4 und mit 10 unter den Bodensteinen 8 angeordnete Bodenfuttersteine bezeichnet.

Fig. 5 ist eine Aufsicht auf eine andere Ausführungsform der Erfindung. Beim Schutzrohr 19 gemäß Fig. 5 ist das lotrechte Fugenmaterial zwischen nebeneinander angeordneten Magnesiumoxid-Chromoxid-Steinen 18 der ringförmigen Außenwand 13 auf Versatz zu dem lotrechten Fugenmaterial zwischen den nebeneinander angeordneten, die ringförmige Innenwand 12 bildenden Magnesiumoxid-Chromoxid-Steinen 14 angeordnet, um damit die Erosionsbeständigkeit des lotrechten Fugenmaterials zu verbessern. In jeder anderen Hinsicht entspricht das Schutzrohr 19 gemäß Fig. 5 dem Schutzrohr 11 gemäß Fig. 3 und 4.

Beim beschriebenen Schutzrohr gemäß der Erfindung wird eine Auswärts-Ausdehnung der Magnesiumoxid-Chromoxid-Steine 14 der ringförmigen Innenwand 12 durch die ringförmige Außenwand 13 unterbunden. Selbst, wenn daher die von der obersten Lage verschiedenen Lagen der Steine 18 der Außenwand 13 mit der genannten Vergußmassenschicht 9 in mittlerem und unterem Abschnitt der Bodenwand 4 des Unterdruckbehälters in Berührung stehen, wird das beim bisherigen Schutzrohr 1 auftretende Lockern oder Ablösen des Fugenmaterials bei der erfindungsgemäßen Anordnung sicher verhindert.

Im folgenden ist die Erfindung in einem Beispiel näher beschrieben.

Beispiel

Ein Schutzrohr gemäß der Erfindung der in Fig. 3 und 4 dargestellten Art (Höhe 850 mm, Innendurchmesser 500 mm, Außendurchmesser 900 mm) wurde jeweils in eine der beiden lotrechten Öffnungen 7 in der Bodenwand 4 des Unterdruckbehälters zum Frischen von Stahlschmelze, jeweils mit einem von zwei Tauchrohren verbunden, eingesetzt. Beim Frischen von Stahlschmelze nach dem R-H-Vakuum-Frisch- oder Entgasungsverfahren wurde dabei die Standzeit des Schutzrohrs 11, ausgedrückt als Zahl der Vakuum-Frischzyklen, untersucht. Zu Vergleichszwecken wurde ein bisheriger, in Fig. 1 und 2 dargestelltes Schutzrohr 1 (Höhe 850 mm, Innendurchmesser 500 mm, Außendurchmesser 900 mm) jeweils in eine der beiden lotrechten Öffnungen 7 in der Bodenwand 4 des Unterdruckbehälters, mit jeweils einem von zwei Tauchrohren verbunden, eingesetzt. Die Standzeit dieser Anordnung wurde auf dieselbe Weise, wie oben angegeben, ermittelt.

Das erfindungsgemäße Schutzrohr 11 gemäß dem Beispiel (vgl. Fig. 3 und 4) wurde in der Weise hergestellt, daß unter Zwischenfügung eines Fugenmaterials aus Magnesiumoxid-Mörtel die ringförmige Innenwand 12 aus 64 gebrannten, radialen Magnesiumoxid-Chromoxid-Steinen 14 aufgebaut wurde, von denen je sechzehn Steine 14 in vier waagerechten, übereinanderliegenden ringförmigen Lagen mit lagenweise gegeneinander versetzten Stößen unter Festlegung der Stahlschmelzen-Innenbohrung 2 angeordnet wurden. Die ringförmige Außenwand 13 wurde unter Verwendung desselben Fugenmaterials aus vierundzwanzig gebrannten, radialen Steinen 18 aus demselben Werkstoff aufgebaut, die mit lagenweise gegeneinander versetzten Stößen in drei übereinanderliegenden, waagerechten, ringförmigen Reihen zu je acht Steinen so angeordnet wurden, daß sie unter Zwischenfügung des genannten Fugenmaterials praktisch die gesamte Außenfläche der Innenwand 12 bedeckten bzw. umschlossen.

Das bisherige Schutzrohr 1 gemäß Fig. 1 wurde andererseits zu Vergleichszwecken auf ähnliche Weise aus 64 gebrannten, radialen Magnesiumoxid-Chromoxid-Steinen 3 unter Verwendung von Fugenmaterial aus Magnesiumoxid-Mörtel in vier übereinanderliegenden, waagerechten, ringförmigen Lagen zu jeweils 16 Steinen mit lagenweise versetzten Stößen unter Festlegung der Innenbohrung 2 aufgebaut.

Eine in einer Gießpfanne bzw. einem Zwischenbehälter von 250 t Fassungsvermögen befindliche Stahlschmelze wurde einem Vakuum-Frischen bzw. -Entgasen unter den folgenden Bedingungen unterworfen:

1. Druck im Unterdruckbehälter26,67 Pa (0,2 Torr) 2. Menge eingeblasenen Argongases1 000 Nl/min 3. Stahlschmelzen-Durchsatzmenge80 t/min 4. In einem Zyklus oder Durchgang gefrischte Stahlschmelzmenge250 t 5. Frischdauer pro Durchgang20 min

Bei diesem Versuch überstand die erfindungsgemäße Anordnung 11 600 Vakuum-Frisch- oder Entgasungsdurchgänge, weil dabei keine Lockerung des Fugenmaterials auftrat, so daß sich nur eine geringe Erosion des Fugenmaterials ergab. Die bisherige Anordnung 1 war dagegen infolge des Auftretens starker Lockerung oder Ablösung des Fugenmaterials bereits nach 450 Durchgängen, bei denen eine deutliche Erosion des Fugenmaterials auftrat, unbrauchbar bzw. nicht mehr betriebsfähig.

Mit der Erfindung wird somit ein Schutzrohr geschaffen, welches die angegebene Aufgabe voll und ganz löst und dessen Standzeit auf etwa das 1,3fache der Standzeit der bisherigen Konstruktion verlängert ist. Die Erfindung bietet damit einen großen industriellen Nutzeffekt.

Claims (2)

1. Schutzrohr zum Einsetzen - unter Zwischenfügung eines Fugenmaterials - in jeweils eine von zwei senkrechten Öffnungen (7) in einer Bodenwand (4) eines Unterdruckbehälters zum Entgasen von Stahlschmelze als Schutz für die vertikalen Öffnungen gegenüber der Stahlschmelze, mit einer ringförmigen Innenwand (12), die durch Aufschichten einer Vielzahl von gebrannten, radialen Magnesiumoxid-Chromoxid-Steinen (14) gebildet ist, welche unter Zwischenfügung des Fugenmaterials zu einer Mehrzahl von horizontalen ringförmigen Lagen so übereinander angeordnet sind, daß sie einen Innendurchgang (2) als Durchlaß für die Stahlschmelze bilden, gekennzeichnet durch eine ringförmige Außenwand (13), die durch Aufschichten einer Vielzahl von gebrannten, radialen Magnesiumoxid-Chromoxid-Steinen (18) gebildet ist, die unter Zwischenfügung des Fugenmaterials zu einer Mehrzahl von horizontalen ringförmigen Lagen übereinander derart angeordnet sind, daß sie im wesentlichen die gesamte Außenfläche der ringförmigen Innenwand (12) abdecken, wobei die Innenfläche der Außenwand mit der Außenfläche der Innenwand über ein Fugenmaterial in Berührung steht.

2. Schutzrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unterste Lage der waagerechten, die ringförmige Innenwand (12) bildenden ringförmigen Lagen einen Schulterabschnitt (15) zur Unterstützung der ringförmigen Außenwand (13) sowie einen anderen Schulterabschnitt (16) zur Festlegung des Schutzrohrs in der jeweiligen lotrechten Öffnung in der Bodenwand des Unterdruckbehälters durch Aufsitzenlassen des Schulterabschnitts (16) auf einer an der Bodenwand befestigten Fassung (5) aufweist.