DE3531534A1 - Gasspuelstein fuer metallurgische gefaesse - Google Patents

Gasspuelstein fuer metallurgische gefaesse

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DE3531534A1
DE3531534A1 DE19853531534 DE3531534A DE3531534A1 DE 3531534 A1 DE3531534 A1 DE 3531534A1 DE 19853531534 DE19853531534 DE 19853531534 DE 3531534 A DE3531534 A DE 3531534A DE 3531534 A1 DE3531534 A1 DE 3531534A1
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Heinz Wertz
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BURBACH & BENDER OHG ESB SCHWEISSBETRIEB, 5900 SIE
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Halomet AG
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D1/00Treatment of fused masses in the ladle or the supply runners before casting
    • B22D1/002Treatment with gases
    • B22D1/005Injection assemblies therefor

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
  • Carbon Steel Or Casting Steel Manufacturing (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasspülstein für metal­ lurgische Gefäße, bestehend aus einem in die Wand oder den Boden des Gefäßes einsetzbaren gasdurchläs­ sigen Formstein aus feuerfestem Material, einer die­ sen teilweise umgebenden gasdichten Blechumklei­ dung, die aus einem sich um die Umfangsfläche des Formsteins erstreckenden Blechmantel und einem auf der Seite der äußeren Stirnfläche des Formsteins angeordneten Blechdeckel zusammengeschweißt ist, einem Gaszuführungsrohr, das an den Rand einer mit­ tigen Gaseintrittsöffnung des Blechdeckels ange­ schweißt ist, sowie einer Durchbruchsicherung.
Zur Herstellung qualitativ hochwertiger Metalle ist es häufig erforderlich, die feuerflüssige Metall­ schmelze mittels eingeblasener Gase in metallurgi­ schen Gefäßen zu behandeln. Für derartige Behand­ lungsverfahren werden häufig poröse, permeable feu­ erfeste Gasspülsteine verwendet, durch die hin­ durch das zur Behandlung der Schmelze dienende Gas in das feuerfest ausgekleidete Gefäß eingeführt wird. Hierbei sind die offenen Steinporen und ins­ besondere die Kontaktfläche zwischen Gasspülstein und feuerfester Gefäßauskleidung bevorzugter Aus­ gangsort für einen vorzeitigen Steinverschleiß durch eindringende Metallschmelze. Bei derart ther­ momechanisch hochbelasteten Gasspülsteinen kann es daher immer wieder vorkommen, daß flüssige Metall­ schmelze in den Gasspülstein eindringt bzw. die Kon­ taktfläche zwischen Gasspülstein und Gefäßausklei­ dung durchdringt und zu starken Beeinträchtigungen des Behandlungsverfahrens, sowie zu Schäden an dar­ unterliegenden Anlagenteilen führt.
Aus der DE-AS 14 58 806 ist ein Gasspülstein bekannt, der beispielsweise mittels einer nichtporö­ sen, feuerfesten Zementschicht oder ähnlicher Feuer­ festmasse seitlich gasdicht in das feuerfeste Futter am Boden einer Gußeisenpfanne eingebunden ist. Unterhalb des Gasspülsteines sind im Boden des metallurgischen Gefäßes mehrere Öffnungen für den Durchgang des Spülgases angeordnet. Eine außen am Boden des Gefäßes mittels Bolzen befestigte Gasein­ führungskammer, die aus einem mit feuerfesten Zement ausgekleideten Blechgehäuse besteht, welches eine poröse Füllung aus Tonerdegranalien enthält, die den Durchgang des Spülgases gestattet, soll das Durchlecken von Metallschmelzen aus dem metallurgi­ schen Gefäß verhindern. Nachteilig ist hierbei jedoch zum einen die schlechte Gasabdichtungsmög­ lichkeit der Einführungskammer gegenüber dem Gefäß­ boden wie auch die Tatsache, daß diese Gasspülein­ heit aus mehreren losen Einzelteilen - poröser Stein, durchbohrte Bodenplatte, Einführungskammer - besteht, die eine schnelle Reparatur bzw. einen Austausch des Spülsteines erschweren. Weiterhin wird als nachteilig empfunden, daß die Einführungs­ kammer außen am Gefäß angeordnet ist und es dadurch ermöglicht wird, daß durchleckende Metallschmelze durch den Boden des metallurgischen Gefäßes nach außen gelangen kann und erst dann am Weiterfließen gehindert werden soll.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Nachteile bekannter Gasspülsteine zu überwinden, und eine kom­ pakte einteilige Gasspüleinheit anzugeben, die im erforderlichen Fall schnell und einfach ausge­ tauscht werden kann, und die ein Hindurchdringen von feuerflüssiger Metallschmelze aus dem Gefäß heraus mit Sicherheit verhindert.
Bei einem Gasspülstein der eingangs genannten Gat­ tung wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch ge­ löst, daß innerhalb des unteren Bereiches der Blechumkleidung zwischen dem Formstein und dem Blechdeckel ein gasdichter Sicherheitsstein aus hochfeuerfestem Material angeordnet ist, daß zwi­ schen dem Formstein und dem Sicherheitsstein ein Gasverteilraum vorgesehen ist, daß der Sicher­ heitsstein schmale Durchgangskanäle aufweist, die die Gaseintrittsöffnung der Blechumkleidung mit dem Gasverteilraum verbinden, und daß der Sicherheits­ stein gasdicht in der Blechumkleidung vermörtelt ist. Da die Durchbruchsicherung in Form des gasdich­ ten Sicherheitssteines mit schmalen Durchgangskanä­ len wie auch der Gasverteilraum innerhalb der äußeren Blechumkleidung angeordnet sind, die bündig mit der Ober- und Unterkante der feuerfesten Auskleidung des metallurgischen Gefäßes abschließt, wird auch nach langen Standzeiten und auftretenden Verschleißerscheinungen des porösen Formsteines mit Sicherheit verhindert, daß durchleckende Metall­ schmelze aus dem Gefäß nach außen dringen kann. Der als einteilige kompakte Baueinheit ausgebildete Gasspülstein kann nach entsprechendem Verschleiß einfach und schnell ausgetauscht werden. Durch die seitliche gasdichte Blechummantelung entfällt auf vorteilhafte Weise eine Gasabdichtung des Spülstei­ nes gegenüber dem metallischen Bodenwerkstoff und der Feuerfestauskleidung des metallurgischen Gefä­ ßes. Die Anordnung des Gasverteilraumes zwischen dem porösen Formstein und dem mit Gasdurchgangskanälen versehenen Sicherheitsstein gewährleistet eine gute Verteilung und ein gleichmäßiges Durch- bzw. Ein­ strömen des Spülgases in die Metallschmelze.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Gasverteilraum durch Abstandsstücke zwischen dem Formstein und dem Sicherheitsstein gebildet ist. Hierdurch wird sehr vorteilhaft erreicht, daß für den Gaseintritt des Spülgases von dem Gasver­ teilraum in den porösen Formstein nahezu dessen ge­ samte Grundfläche, mit Ausnahme der Abstandsstück- Auflageflächen zur Verfügung steht. Außerdem wird durch die Verwendung von Abstandsstücken die Her­ stellung der Gasspülsteineinheit wesentlich verein­ facht und verbilligt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgese­ hen, daß der Gasverteilraum durch eine Ausnehmung in der dem Sicherheitsstein zugewendeten Stirnseite des Formsteins gebildet ist. So kann durch eine mittige Anordnung der Ausnehmung im Formstein sehr vor­ teilhaft erreicht werden, daß durch eine äußere ringförmige Auflage des Formsteines auf dem Sicher­ heitsstein in diesem Bereich dem Spülgas etwas hö­ here Durchgangswiderstände entgegenwirken und so eine stark randgängige Durchgasung des Formsteines unterdrückt wird.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgese­ hen, daß der Sicherheitsstein auf der dem Blechdeckel zugewandten Seite eine Aussparung aufweist, in die ein in einem Haltestein eingebettetes Verbin­ dungsrohr formschlüssig eingesetzt ist, wobei das Verbindungsrohr die Gaseintrittsöffnung mit einer Zwischenkammer verbindet, die ihrerseits über die in dem Sicherheitsstein ausgebildeten Durchgangska­ näle mit dem an den Formstein angrenzenden Gasver­ teilraum verbunden ist. Durch den innerhalb des Sicherheitssteines eingesetzten Haltestein und die dazwischen angeordnete Zwischenkammer für das Spül­ gas wird gewährleistet, daß im unteren Bereich der Gasspülsteineinheit kein Spülgas zwischen Blechdeckel bzw. Blechmantel und Sicherheitsstein bzw. Hal­ testein durchströmen kann, so daß auch im Schadens­ fall in umgekehrter Richtung keine durchleckende Metallschmelze zwischen Blechumkleidung und Sicher­ heitsstein eindringen kann. Der einzig mögliche Weg für das Spülgas führt über die Gaseintrittsöffnung mittig durch den Haltestein, über die Zwischenkam­ mer durch die im Sicherheitsstein verteilt angeord­ neten schmalen Gas-Durchgangskanäle in den Gasver­ teilraum und von dort durch den permeablen Form­ stein in die Metallschmelze. Andere Gaswege, in die eventuell Metallschmelze eindringen könnte, werden mit dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform des Gasspülsteines sehr vorteilhaft vermieden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorge­ sehen, daß am oberen Ende des Verbindungsrohres ei­ ne Metallplatte sitzt, die den oberen Abschluß des Haltesteines bildet. An die Metallplatte ist ein Verbindungsrohr angeschweißt, das die Zuführung des Spülgases mittig durch den Haltestein in die erste Zwischenkammer ermöglicht. Der Gasverteilraum unter dem porösen Formstein und der Gaszwischenraum ste­ hen nur über die schmalen Durchgangskanäle in Ver­ bindung. Nur über diesen Weg kann durchleckende Metallschmelze den Formstein durchdringen. Die unte­ re Gaszwischenkammer, deren Boden durch die Metall­ platte gebildet wird, wirkt sozusagen als zweite Durchbruchsicherung. Für den Fall, daß Metallschmel­ ze selbst die schmalen Durchgangskanäle im Sicher­ heitsstein durchdringt und in diese Gaszwischenkam­ mer gelangt, wird sie spätestens jedoch bei Auftref­ fen auf die durch das durchströmende Gas gekühlte Metallplatte erstarren und an einem Weiterfließen gehindert werden, so daß gemäß Aufgabe der Erfin­ dung ein Hindurchdringen von feuerflüssiger Metall­ schmelze aus dem metallurgischen Gefäß mit Sicher­ heit verhindert wird.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Zwischenkammer zwischen der Metallplatte und dem Sicherheitsstein ebenfalls durch Abstandsstükke gebildet. Die dadurch erreichte gute Durchgasbarkeit des Haltesteines bzw. des gasdichten Sicher­ heitssteines wird weiterhin dadurch verbessert, daß die in dem Sicherheitsstein vorgesehenen Durchgangs­ kanäle, die die Zwischenkammer mit dem Gasverteil­ raum verbinden, über den Umfang verteilt bzw. auf Kreisen verschiedener Durchmesser angeordnet sind und etwa achsparallel verlaufen. Dabei können die Durchgangskanäle sehr vorteilhaft mit Metallgaze oder Gaze aus feuerfestem Material ausgestopft sein, was die Durchgasbarkeit nicht beeinträchtigt, ein Eindringen von durchleckender Metallschmelze jedoch weiter erschwert.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorge­ sehen, daß zur Vermeidung vagabundierender Gasströme an der Innenseite des Blechdeckels mindestens ein umlaufender Vorsprung vorgesehen ist. Dadurch daß der umlaufende Vorsprung in den Haltestein ein­ greift, wird auf einfache und vorteilhafte Weise das Eindringen von Spülgas zwischen Blechdeckel und Haltestein bzw. Sicherheitsstein verhindert.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist der Vorsprung als ein in Axialrichtung liegender umlaufender Flansch ausgebildet, der im Querschnitt ein L-Profil aufweist, wobei der kürzere Schenkel an den Blechdeckel angeschweißt ist. Um die Gassperrwir­ kung noch zu verbessern, kann der Vorsprung laby­ rinthartig mit einem im Querschnitt betrachtet Z-förmigen Profil ausgebildet sein.
Im folgenden wird die Erfindung in den Zeichnungen anhand eines schematisch dargestellten Ausführungs­ beispiels näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Gasspülstein für metallurgische Gefäße im Schnitt,
Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1 im Bereich der Blechumkleidung,
Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1 im Bereich der Blechumkleidung in an­ derer Ausführungsform.
In Fig. 1 ist mit der Bezugsziffer 1 ein Gasspül­ stein bezeichnet, der sich im wesentlichen aus ei­ nem porösen gasdurchlässigen Formstein 2 und einer darunter angeordneten Durchbruchsicherung 8 gegen durchleckende Metallschmelze zusammensetzt. Der Formstein 2 und die Durchbruchsicherung 8 sind von einer nur nach oben offenen Blechumkleidung 3 gas­ dicht umschlossen, die aus einem seitlichen Blech­ mantel 4 und einem gasdicht angeschweißten ebenen unteren Blechdeckel 5 besteht. Mittig in den Blech­ deckel 5 ist ein Gaszuführungsrohr 6 mit einer Gas­ eintrittsöffnung 7 für das einströmende Spülgas ein­ geschweißt. Zwischen der unteren Stirnseite 9 des Formsteines 2 und der Oberfläche eines gasdichten Sicherheitssteines 10 wird durch Abstandsstücke 13 ein Gasverteilraum 11 gebildet, der mit dem Spül­ gas-Zuführungsrohr 6 über mehrere schmale Durch­ gangskanäle 12 in Verbindung steht. Der Gasverteil­ raum 11 kann jedoch in anderer Ausbildungsform auch durch eine Ausnehmung 14 in der Stirnseite 9 des Formsteines 2 - in der Zeichnung mit gestrichelter Linie dargestellt - oder - in zeichnerisch nicht dargestellter Weise - durch eine Ausnehmung in der Oberfläche des gasdichten Sicherheitssteines 10 ge­ bildet werden. Der Sicherheitsstein 10 weist auf seiner dem Blechdeckel 5 zugewandten Unterseite ei­ ne Aussparung 16 auf, in die ein in einen Halte­ stein 20 eingebettetes Verbindungsrohr 17 form­ schlüssig eingesetzt ist, wobei das Verbindungsrohr 17 die Gaseintrittsöffnung 7 mit einer weiteren Zwi­ schenkammer 18 verbindet, die ihrerseits über die in dem Sicherheitsstein 10 angeordneten Durchgangs­ kanäle 12 mit dem an den permeablen Formstein 2 an­ grenzenden Gasverteilraum 11 verbunden ist. Der eingesetzte Haltestein 20 wird nach oben durch eine an das obere Ende des Verbindungsrohres 17 ange­ schweißte Metallplatte 19 abgeschlossen, auf der weitere Abstandsstücke 21 angeordnet sind, durch welche die Zwischenkammer 18 zwischen der Metall­ platte 19 und dem Sicherheitsstein 10 gebildet wird.
In den Fig. 2 und 3 sind vergrößerte Ausschnitte aus Fig. 1 zwischen dem Haltestein 20 und dem Blech­ deckel 5 dargestellt. Zur Vermeidung vagabundieren­ der Gasströme, die sich Nebenwege entlang des Blech­ deckels 5 bzw. des Blechmantels 4 suchen, sind an der Innenseite ein oder mehrere kreisförmig umlau­ fende Vorsprünge 22 vorgesehen, die flanschartig ausgebildet sind und im Querschnitt ein L-förmiges Profil 23 (Fig. 2) oder ein Z-förmiges Profil 24 (Fig. 3) aufweisen, welches fest in den Haltestein 20 eingebunden ist und so eine labyrinthartige Ab­ dichtung gegen vagabundierende Gasströme darstellt.
Im Betriebsfall ist der Gasspülstein 1 z. B. im Bo­ den eines metallurgischen Gefäßes fest in die feu­ erfeste Auskleidung eingesetzt. Zur Behandlung von qualitativ hochwertigen Metallschmelzen werden durch den Gasspülstein 1 Spülgase wie z. B. Stick­ stoff oder Argon in die Metallschmelze eingeleitet. Bevor das Spülgas in die Metallschmelze gelangt, strömt es durch das Verbindungsrohr 17, die Zwi­ schenkammer 18, die Durchgangskanäle 12, durch den Gasverteilraum 11 in den gasdurchlässigen Formstein 2. Nach einiger Betriebsdauer unter thermisch hoch­ belasteten Betriebsbedingungen zeigt der Formstein 2 Verschleiß- und Auflöseerscheinungen. Dann kann feuerflüssige Metallschmelze in den Formstein 2 eindringen bzw. diesen auch durchdringen. Die er­ findungsgemäße Durchbruchsicherung 8 verhindert je­ doch in zuvor beschriebener Weise, daß durchleckende Metallschmelze weiter vor- bzw. den Gasspülstein 1 vollständig durchdringen kann.

Claims (12)

1. Gasspülstein (1) für metallurgische Gefäße, be­ stehend aus einem in die Wand oder den Boden des Gefäßes einsetzbaren gasdurchlässigen Form­ stein (2) aus feuerfestem Material, einer die­ sen teilweise umgebenden gasdichten Blechumklei­ dung (3), die aus einem sich um die Umfangsflä­ che des Formsteins (2) erstreckenden Blechman­ tel (4) und einem auf der Seite der äußeren Stirnfläche des Formsteins (2) angeordneten Blechdeckel (5) zusammengeschweißt ist, einem Gaszuführungsrohr (6), das an den Rand einer mittigen Gaseintrittsöffnung (7) des Blech­ deckels (5) angeschweißt ist, sowie einer Durch­ bruchsicherung (8), dadurch gekenn­ zeichnet, daß innerhalb des unteren Be­ reichs der Blechumkleidung (3) zwischen dem Formstein (2) und dem Blechdeckel (5) ein gas­ dichter Sicherheitsstein (10) aus hochfeuerfe­ stem Material angeordnet ist, daß zwischen dem Formstein (2) und dem Sicherheitsstein (10) ein Gasverteilraum (11) vorgesehen ist, daß der Si­ cherheitsstein (10) schmale Durchgangskanäle (12) aufweist, die die Gaseintrittsöffnung (7) der Blechumkleidung (3) mit dem Gasverteilraum (11) verbinden, und daß der Sicherheitsstein (10) gasdicht in der Blechumkleidung (3) vermör­ telt ist.
2. Gasspülstein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasver­ teilraum (11) durch Abstandsstücke (13) zwi­ schen dem Formstein (2) und dem Sicherheits­ stein (10) gebildet ist.
3. Gasspülstein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasver­ teilraum (11) durch eine Ausnehmung (14) in der dem Sicherheitsstein (10) zugewandten Stirnsei­ te ( 9) des Formsteins (2) gebildet ist.
4. Gasspülstein nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sicherheitsstein (10) auf der dem Blech­ deckel (5) zugewandten Seite eine Aussparung (16) aufweist, in die ein in einen Haltestein (20) eingebettetes Verbindungsrohr (17) form­ schlüssig eingesetzt ist, wobei das Verbindungs­ rohr (17) die Gaseintrittsöffnung (7) mit einer Zwischenkammer (18) verbindet, die ihrerseits über die in dem Sicherheitsstein (10) ausgebil­ deten Durchgangskanäle (12) mit dem an den Form­ stein (2) angrenzenden Gasverteilraum (11) ver­ bunden ist.
5. Gasspülstein nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß am oberen En­ de des Verbindungsrohrs (17) eine Metallplatte (19) sitzt, die den oberen Abschluß des Halte­ steins (20) bildet.
6. Gasspülstein nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischen­ kammer (18) durch Abstandsstücke (21) zwischen der Metallplatte (19) und dem Sicherheitsstein (10) gebildet ist.
7. Gasspülstein nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Sicherheitsstein (10) vorgesehenen Durchgangs­ kanäle (12), die die Zwischenkammer (18) mit dem Gasverteilraum (11) verbinden, über den Umfang verteilt angeordnet sind und etwa achsparallel verlaufen.
8. Gasspülstein nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangskanäle (12) mit Metallgaze oder Gaze aus feuerfestem Material ausgestopft sind.
9. Gasspülstein nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung vagabundierender Gasströme an der Innenseite des Blechdeckels (5) mindestens ein umlaufender Vorsprung (22) vorgesehen ist.
10. Gasspülstein nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (22) ein in Axialrichtung liegender umlaufender Flansch (23) ist.
11. Gasspülstein nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (23) im Querschnitt ein L-Profil aufweist, wobei der kürzere Schenkel an den Blechdeckel (5) angeschweißt ist.
12. Gasspülstein nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (22) im Querschnitt ein Z-Profil (24) aufweist.
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