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Düsenanordnung eines metallurgischen Gefäßes
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Düsenanordnung eines metallurgischen
Gefäßes, bei der mindestens eine metallische Düse von außen einsteckbar und befestigbar
ist, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei metallurgischen Gefäßen zur Durchführung metallurgischer Prozesse,
die mit derartigen Düsenanordnungen ausgestattet sind, wie Tiegel, Konverter oder
auch Elektrolichtbogenöfen,ist es im Falle von Störungen an den Düsen oftmals erforderlich,
einen Düsenwechsel vorzunehmen. Je nach Aufbau und Anordnung der Düsen wird für
diesen Wechsel eine mehr oder weniger lange Zeit benötigt. Diese Zeit wird im Regelfall
dadurch verlängert, daß die Abkühlung des metallurgischen Gefäßes abgewartet werden
muß.
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Es sind daher vielfache Anstrengungen unternommen worden, die Zeit
des Wechsels von Düsen abzukürzen.
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So ist aus der DE-PS 25 03 672 eine Düsenanordnung für metallurgische
Gefaße bekanntgeworden, welche die eingangs genannten Merkmale aufweist. Bei dieser
bekannten Blasöffnung soll eine hohe Lebensdauer und ein Austausch mit relativ geringem
Aufwand dadurch ermöglicht werden, daß der konische Düsenkörper mit einem Paßsitz
in einen flüssigkeitsgekühlten entsprechenden Metallkörper hineingesteckt ist, wobei
durch die Flüssigkeitskühlung ein Zusammensintern
verhindert werden
soll. Vorzugsweise wird der Düsenkörper dabei mit einem konischen Metallfutter überzogen,
so daß der Paßsitz durch zwei Metallteile gebildet wird. Eine solche Düsenanordnung
ist aufwendig und versagt, sobald die Kühlmittelzufuhr unterbrochen ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Düsenanordnung der
eingangs genannten Art zu schaffen, bei der mit einfachen Mitteln ein schneller
Düsenwechsel ermöglicht wird.
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Die Aufgabe ist gelöst durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils
des Anspruchs 1.
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Die Erfindung bringt den Vorteil, daß der schnelle Ein- und Ausbau
mit den einfachsten Mitteln erzielt wird, ohne daß die Sicherheit, wie es beispielsweise
durch einen unzulänglich abgedichteten Paßsitz möglich wäre, beeinträchtigt ist.
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Die nach den Ansprüchen 2 bis 11 bevorzugten Materialien an Dichtungs-
und ggf. Füllstoff sowie bevorzugt einsetzbaren Haftmittel sind handelsüblich und
billig.
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Billig sind auch die Ersatz-Düsenkörper, die demgemäß in ausreichender
Anzahl jederzeit verfügbar gehalten werden können.
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Die Erfindung ist für jede Art und jede Größe eines mit einer bekannten
Feuerfestmasse ausgekleidetem metallurgischen Gefäßes einsetzbar. Insbesondere für
größere Stärken der feuerfesten Auskleidung ist es vorteilhaft, mehrere Düsensteine
axial aneinander zu reihen. Dadurch werden die Kräfte, die für das Abziehen der
Düsenkörper erforderlich sind, in erheblichem Maße verringert.
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Um das Herausziehen der Düsenkörper zu erleichtern, können diese mit
geeigneten Ansatzmitteln für eine von der Außenseite betätigbare Abzugsvorrichtung
versehen sein. Die Ansatzmittel und die eingesetzte Abzugsvorrichtung sind dabei
aufeinander abzustimmen.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele von Düsenanordnungen
nach der Erfindung schematisch dargestellt und nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Düsenanordnung mit einer Einloch-Düse mit zwei
Düsenkörpern in axialem Schnitt in eingebautem Zustand mit angrenzenden Gefäß-Wandteilen,
Fig. 2 eine Einloch-Düse mit drei Düsensteinen mit einer Abzugsvorrichtung in entsprechender
Darstellung, Fig. 3 eine Einloch-Düse mit nur einem einem Düsenkörper und einer
anderen Abzugsvorrichtung ebenfalls in entsprechender Darstellung und Fig. 4 einen
Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 3.
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Wie Fig. 1 zeigt, weist die aus Stahl bestehende Wand 1 eines metallurgischen
Gefäßes eine Auskleidung 2 aus feuerfestem Material auf, deren Bestandteil eine
zweiteiliger Düsenlochstein 3 ist. Der aus zwei axial aneinandergereihten Teilen
4 und 5 bestehende Düsenlochstein weist zentral eine konische Ausnehmung 6 auf,
in die ein aus zwei axial aneinandergereihten Düsensteinen 7 und 8 bestehender konischer
Düsenkörper 9
eingepaßt ist. Die Düsensteine 7 und 8 weisen jeweils
einezentrale Bohrung 10 auf, in welche die rohrförmige metallische Düse 11 so hineingesteckt
ist, daß ihre Mündung ebenso wie die innere Stirnseite des Düsensteins 8 mit der
Innenseite der feuerfesten Auskleidung bündig abschließt. Die Düsensteine 7 und
8 sind ebenso wie die Teile 4 und 5 des Lochsteins 3 an den einander zugewandten
Stirnflächen mittels zylindrischer Paßsitze 12 bzw. 13 ineinander gesteckt. Zwischen
der konischen Ausnehmung 6 und den Düsensteinen 7 und 8 sowie zwischen den beiden
Düsensteinen untereinander ist jeweils eine Fuge von 3 mm ausgebildet, die mit einem
Dichtungsstoff ausgefüllt ist. Die Fugen, die den konischen Paß sitz zwischen den
Düsensteinen und dem Lochstein bilden, sind dabei mit einemporösen konischen Formkörper
aus Zellstoff ausgekleidet, der mit einem granulierten Dichtungsstoff aus Graphit
versehen ist. Das Graphit ist dabei mittels zähflüssigem öl als Haftmittel in den
Formkörper eingeschlämmt.
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Während die Lochstein-Teile 4 und 5 bei der Ausmauerung des Gefäßes
mittels nicht dargestellten Ankern fest eingebaut sind, werden die Düsensteine 7
un 8 durch eine Befestigungsvorrichtung 14 in die konische Ausnehmung 6 eingepreßt
und festgehalten. Die Befestigungsvorrichtung 14 weist einen an die Wand 1 angeschraubten
topfartigen Flansch 15 auf, durch den durch entsprechende Bohrungen mindestens drei
Distanzbolzen 16 von außen hindurchgesteckt sind und auf eine ringförmige Scheibe
17 wirken, die koaxial von außen gegen den Düsenstein 7 angelegt ist. Der Druck
wird durch einen Schraubbolzen 18 erzeugt, der über einen Bügel 19 am Flansch 15
befestigt ist und über eine r)ruckfeder 20 auf den jeweiligen Distanzbolzen 16 wirkt.
Der Düsen-
stein 8 weist ferner eine an den Düsenstein 7 angrenzende,
von der zentralen Bohrung für die Düse 11 ausgehende achsgleiche kreisringförmige
Ausnehmung 21 auf, die als Ansatzmittel für eine Abzugsvorrichtung dient.
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Der Abzugsvorgang ist anhand des Ausführungsbeispiels nach Fig. 2
dargestellt . Das metallurgische Gefäß weist gegenüber dem Gefäß nach Fig. 1 eine
größere Wandstärke mit einer feuerfesten Auskleidung 2' auf, die etwa 600 mm beträgt.
Dementsprechend sind hierbei drei axial aneinandergereihte Düsensteine 7', 8' und
22 vorgesehen , die zusammen den Düsenkörper 9' bilden und wobei der Düsen stein
22 in der Mitte zwischen den beiden Düsensteinen 7' und 8' angeordnet ist, welche
entsprechend den Düsensteinen 7 und 8 des vorhergehenden Ausführungsbeispiels gestaltet
sind. Ein einteiliger Lochstein 23 ist ebenfalls wieder inder feuerfesten Auskleidung
2' fest verankert. Aus den koaxialen zentralen Bohrungen der Düsensteine 7', 8'
und 22 ist die rohrförmige Düse herausgezogen worden. An deren Stelle ist eine Spreizhülse
24, die Teil einer Abzugsvorrichtung 25 ist, so in den äußeren Düsenstein 7' hineingesteckt,
daß dieser herausgezogen werden kann.
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Die Spreizhülse 24 ist beidendig mit einem Flansch 26 und 27 versehen,
wobei gleichzeitig das hineingesteckte Ende der Spreizhülse auf den Umfang gleichmäßig
verteilte und in radialer Richtung verlaufende Schlitze 28 aufweist, so daß jeweils
zwischen zwei Schlitzen ein Haken 29 gebildet wird. Die Haken 29 sind gegenüber
der übrigen Spreizhülse federnd nachgiebig ausgebildet und, wie es die linke Hälfte
der Darstellung zeigt, im Ruhezustand so nach innen gebogen, daß der Flansch 27
die zentrale Bohrung der Düsensteine
passieren kann. Zur Abzugsvorrichtung
gehört ferner eine kreisrunde mit einer zentralen Bohrung versehene Platte 30, die
im Bereich der vorher entfernten Befestigungsvorrichtung 14, wie sie Fig. 1 zeigt,
angeordnet wird. Die Spreizhülse 24 wird durch die zentrale Bohrung der Platte 30
von außen soweit hindurchgesteckt, bis der spreizbare Flansch 27 der kreisringförmigen
Ausnehmung 21' gegenüber liegt. Danach wird ein in die Spreizhülse 24 eingepaßter
Spreizdorn von außen in die Spreizhülse 24 soweit hineingepreßt, bis seine konische
Spitze 32 den Flansch 27 passiert und diesen damit aufgespreizt hat, wie es in der
rechten Hälfte der Darstellung gezeigt ist. Danach werden mindestens drei auf den
Umfang der Platte 30 gleichmäßig verteilte, in Gewindebohrungen laufende Bolzen
33 von außen so lange betätigt, bis sie,sich gegen die Wand 1 des Gefäßes abstützend,den
Düsenstein 7' gelöst haben. In gleicher Weise sind jeweils entsprechend längere
Spreizhülsenfür den Abzug der Düsensteine 22 und 8' vorgesehen. Es kann auch eine
einzige entsprechend längere Spreizhülse mit einem zugehörigen Spreizdorn verwendet
werden, bei der der Flansch 26 als Mutter ausgebildet ist, die auf einem zugehörigen
Außengewinde der Spreizhülse läuft.
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Eine andere Ausführungsform einer Abzugsvorrichtung 33 ist in den
Fig. 3 und 4 dargestellt. Die Abzugsvorrichtung weist wie beim vorhergehenden Ausführungsbeispiel
eine mit einer zentralen Bohrung und Gewindebohrungen für Bolzen 33' versehene Platte
30'auf, die außerdem noch mit drei auf den Umfang gleichmäßig verteilten rechteckigen
Ausnehmungen 35 versehen ist. Die rechteckigen Ausnehmungen 35 sind dabei auf dem
gleichen Radius wie die Bolzen 31' angeordnet. Durch die Ausnehmungen 35 ist von
außen je ein Haken 36 hindurchgesteckt, der an seiner Außen-
seite
einen Hammerkopf 37 aufweist. Der bei diesem Ausführungsbeispiel vorgesehene einzige
konische Düsenstein 38, der dementsprechend eine axiale Länge aufweist, die etwa
der Wandstärke der feuerfesten Auskleidung 2" bzw. des eingesetzten Lochsteins 39
entspricht, ist an ihrem Außenumfang mit Ausnehmungen 40 versehen, die den Ausnehmungen
35 in der Platte 30' jeweils zugeordnet sind. In die Ausnehmungen 40 greift das
entsprechend nach innen, d.h. zur Lochsteinachse hin weisende abgebogene Ende 41
des Hakens 36 ein, nachdem dieser durch die Ausnehmung 35 und eine weitere Ausnehmung
42 im Lochstein 39 von außen durchgesteckt und danach radial nach innen verschoben
worden ist. Das Abziehen geht in gleicher Weise wie beim Ausführungsbeispiel nach
Fig. 2 durch die Bolzen 33' vor sich, wobei sich die Hammerköpfe 37 an der Platte
30' abstützen. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, daß die als Mehrlochdüse
ausgebildete metallische Düse 11' vor dem Abziehen des Düsensteins aus diesem nicht
entfernt werden muß.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 wird der Düsenstein 38 vor dem
Einbau mit ölgetränktem Zellstoff, z.B. ö.lpapier,mehrfach umwinkelt, wobei nichtbackende
Kohle mit einer Korngröße von 0,5 bis 2 r;i;r.
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aufgebracht wird. Die Wickelschicht ist etwa so stark, daß sich nach
dem Einpressen des Düsensteins eine Schichtstärke des Dichtungsstoffs von etwa 2
mm ergibt. Letzteres gilt im wesentlichen auch für die Schichten aus anderen Dichtungsstoffen.
Zwischen der metallischen Düse und dem jeweiligen Düsenkörper ist ebenfalls eine
Schicht aus Dichtungsstoff angeordnet.
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Die Dichtungsstoffe werden entsprechend dem feuerfesten Material der
Gefäß-Auskleidung, wozu ggf. auch die Lochsteine gehören, ausgewählt. Das feuerfeste
Material kann beispielsweise aus Dolomit, Teerdolomit,
Chrommagnesit
oder anderen bekannten geeigneten feuerfesten Baustoffen bestehen.
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Als Dichtungsstoffe kommen neben den bekannten hochschmelzenden feuerfesten
Materialien auch sog. refraktäre Hartstoffe, wie hochschmelzende Carbide, Nitride,
Carbonitride und Boride in Betracht. Diese sollen praktisch keine metallischen Beimengungen
enthalten (c 0,1 % Anteil) und ihr Schmelzpunkt über 2000 "C, bevorzugt über 2500
OC liegen.
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Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit werden bevorzugt reiner Kohlenstoff,
insbesondere in Form von Graphit, aber auch hochreiner Magnesit, der auch dem Kohlenstoff
beigemischtwerdenkann, eingesetzt, und zwar solche Stoffe, bei denen in jedem Fall
ein Sintern erst oberhalb der Arbeitstemperaturen möglich ist.
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Durch die Dichtungsstoffe wird verhindert, daß die Düsen mit ihrem
Paß sitz mit dem feuerfesten Material versintern, wodurch sie in der Regel nur durch
Zerstören wieder entfernt werden können. Bei der Auswahl des Dichtungsstoffs sind
auch die im Tiegel herrschenden Temperaturen, die bei der Stahlherstellung bis etwa
1650 OC reichen, zu berücksichtigen.
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Ein besonders schneller Austausch der Düsenkörper wird dadurch erzielt,
daß vorgefertigte poröse Formkörper bereitgehalten werden. Hierbei handelt es sich
entweder um dem Paß sitz entsprechende konische Hülsen oder um scheibenartige Dichtungen,
die zwischen den axial aufgereihten Düsensteinen angeordnet werden. Auch ein zylindrischer
Formkörper zum Einziehen der metallischen Düse ist möglich.
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Die Paßsitze weisen in bekannter Weise eine Konizität von 3 bis 150,
vorzugsweise von bis 100 auf.
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Das Verhältnis des äußeren Durchmessers zum inneren Durchmessers der
Düsensteine beträgt dementsprechend
etwa 1,3 bis 2,8. Die axiale
Länge eines Düsensteins sollte 600 mm nicht überschreiten. Die Anzahl von axial
aneinander gereihten Düsensteinen kann der Stärke der feuerfesten Auskleidung leicht
angepaßt werden. Die kreisringförmigen Abstandsfugen zwischen den einzelnen Düsensteinen
werden vorteilhaft nicht ganz mit Dichtungsstoff ausgefüllt, so daß eine zu große
Schichtstärke das dichte Anliegen im Paßsitz zwischen Düsenstein und Lochstein nicht
behindern kann.
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Durch den Einsatz einer Beaufschlagung des Düsenkörpers bzw. des äußeren
Düsenkörpers durch ein Federelement, wie die Federn 20, wird erreicht, daß ein Lockern
des Düsenkörpers, wie es infolge von Wärmeschrumpfungen evtl. auftreten kann, mit
Sicherheit vermieden wird.
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