DE3606322A1 - Gasspuelstein fuer metallurgische gefaesse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasspülstein für metallurgische Gefäße, bestehend aus einem feuer­ festen Formstein, einer diesen teilweise umgebenden Blechumkleidung, die durch einen die seitliche Außen­ fläche des Formsteins umschließenden Blechmantel so­ wie einen an diesen angeschweißten, die Formstein­ unterseite überspannenden Deckel gebildet ist, Gas­ durchlässen durch den Formstein und/oder durch den Spalt zwischen Formstein und Blechumkleidung, einem Gaszuführungsrohr, das an den Randbereich einer Gas­ eintrittsöffnung des Blechdeckels angeschweißt ist, sowie einer Durchbruchsicherung für evtl. durch den Formstein und/oder den Spalt zwischen dem Blechmantel und dem Formstein hindurchdringende Schmelze.

Gasspülsteine der genannten Art, die in den Boden oder die Seitenwände metallurgischer Gefäße einge­ setzt werden können, dienen insbesondere zum Einbla­ sen von Inertgasen in die zu behandelnde Schmelze. Die Inertgasbehandlung bietet verschiedene metallurgische Vorteile, beispielsweise den Abbau des Tempe­ raturprofils in der Pfanne und damit eine schnelle Einstellung der optimalen Gießtemperatur, eine homo­ gene Verteilung der Legierungsmittel bzw. der des Oxidationsmittels in dem Gefäß, eine Verbesserung des Reinheitsgrades des Stahls durch einen Transport der nichtmetallischen Verunreinigungen in die Schlacke, eine Herbeiführung eines schnellen Konzen­ trationsausgleiches der Schmelze und dergleichen mehr.

Gasspülsteine sind zwar einem starken Verschleiß unterworfen, jedoch ist die Gasspülsteintechnik be­ reits so weit fortgeschritten, daß ein einzelner Spülstein eine größere Anzahl von Chargen überstehen kann. Mit fortschreitendem Verschleiß der Gasspül­ steine steigt jedoch die Gefahr eines Durchbruchs der Schmelze durch den Stein, so daß Vorkehrungen getroffen werden müssen, um einen Durchbruch der Schmelze zu verhindern.

Eine bekannte Durchbruchsicherung der genannten Art besteht darin, daß die Gaszuleitung als Doppelsiphon ausgebildet und in eine hochtonerdige Masse eingegos­ sen ist. Durch die Teilung des Gaszuleitungsrohres wird die in das Rohr eindringende Stahlmenge und da­ mit deren Wärmeinhalt geteilt und die Oberfläche zur schnelleren Erstarrung des eingedrungenen Stahls ver­ größert. (Radex-Rundschau, Heft 3, 1983, Seite 179).

Ferner ist bereits vorgeschlagen worden, in dem Gas­ zuführungsrohr ein den geradlinigen, axialen Durch­ gangsweg versperrendes, aber einen ausreichenden Durchlaßquerschnitt freilassendes Hindernis anzuord­ nen, das eine vergleichsweise große Wärmekapazität aufweist. Im Falle eines Schmelzendurchbruchs trifft die in das Gaszuführungsrohr eindringende Schmelze auf das Hindernis, erstarrt dort sehr schnell und bildet dadurch einen Verschluß für die nachströmende Schmelze.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Durch­ bruchsicherung dahingehend zu verbessern, daß bei einem Gasspülstein der eingangs genannten Art die Schmelze bereits vor dem Eindringen in das Gaszufüh­ rungsrohr erstarrt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen der Unterseite des Formsteins und dem Deckel der Blechumkleidung eine Zwischenplatte aus einem wärmeleitenden Material mit großer spezifi­ scher Wärmekapazität angeordnet ist, die im Bereich des Anschlusses des Gaszuführungsrohrs Gasdurchlässe aufweist.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Konstruktion trifft die Schmelze bei einem Durchbruch durch den Form­ stein oder den Spalt zwischen dem Blechmantel und dem Formstein zunächst auf die Zwischenplatte auf, die aufgrund ihrer gut wärmeleitenden Eigenschaft sowie ihrer großen Wärmekapazität der Schmelze sehr schnell größere Mengen Wärme entzieht, so daß zumindest die vordere Front der Schmelze erstarrt, und einen Pfropf bildet, der den Durchgang für die nachfolgende Schmelze versperrt. Die erfindungsgemäße Durchbruch­ sicherung kann selbstverständlich auch in Kombination mit solchen Durchbruchsicherungen verwendet werden, die im Bereich des Gaszuführungsrohrs angeordnet sind, so daß durch die erfindungsgemäße Maßnahme die Sicherung gegen Schmelzendurchbrüche noch wesentlich erhöht werden kann.

Vorzugsweise besteht die Zwischenplatte aus Kupfer, welches den an das Material der Zwischenplatte ge­ stellten Anforderungen bestens gerecht wird.

Die Zwischenplatte kann in ihrer Mitte unmittelbar über dem Anschlußbereich des Gaszuführungsrohrs ei­ ne zum Formstein hin gerichtete Ausbauchung aufwei­ sen, die mit Gasdurchlaßbohrungen versehen ist. Da­ bei können im Bereich um die Ausbauchung herum zwi­ schen der Zwischenplatte und dem Formstein Abstands­ halter vorgesehen sein, deren Höhe der der mittleren Ausbauchung entspricht. Die Ausbauchung bildet dabei einen Gasverteilungsraum, von dem aus sich das Gas nach allen Seiten über die gesamte Unterseite des Formsteins bis zu dessen Randbereich verteilen kann.

Die Abstandshalter können als an der Zwischenplatte vorgesehene Vorsprünge ausgebildet sein, so daß die Montage des Steins vereinfacht wird und auch ein Ver­ rutschen der Abstandshalter verhindert wird.

Die Vorsprünge können dabei als im wesentlichen run­ de Buckel ausgebildet sein, die in gleicher Weise wie die mittlere Ausbauchung durch Verformung des Materials der Zwischenplatte gebildet und gleich­ mäßig über die Fläche der Zwischenplatte verteilt angeordnet sind. Alternativ können die Vorsprünge auch als im wesentlichen radiale Stege ausgebildet sein, die ebenfalls durch Verformung des Materials der Zwischenplatte gebildet sind.

Die Abstandshalter können aber auch Teil einer von der Zwischenplatte unabhängigen Einlage sein.

Als Einlage kann beispielsweise ein sternförmiges Blechstück vorgesehen sein, das in seiner Mitte ei­ ne die mittlere Ausbauchung der Zwischenplatte mit Abstand umgebende Ausnehmung aufweist und an seiner Ober- und Unterseite die Abstandshalter trägt. Die Abstandshalter können dabei an die Ober- oder Unter­ seite des Blechstücks angeschweißt sein. Alternativ können die Abstandshalter auch als Halbrundnieten ausgebildet sein, die durch Bohrungen in dem Blech­ stück hindurchgreifen.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Gasspülstein entlang der Linie I-I aus Fig. 2, wobei die rechte und linke Seite des Schnittes jeweils unterschiedlichen Ausfüh­ rungsformen zugeordnet sind,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II aus Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt durch ein weiteres Ausfüh­ rungsbeispiel des Gasspülsteins, und zwar entlang der Linie III-III aus Fig. 4, und

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV aus Fig. 3.

Nach Fig. 1 und 2 der Zeichnung besteht der Gasspül­ stein 1 aus einem gasdurchlässigen Formstein 2, der in den Boden bzw. die Wand eines in der Zeichnung nicht dargestellten metallurgischen Gefäßes einge­ setzt werden kann. Durch den Gasspülstein wird ein Spülgas, beispielsweise Argon, in die in dem metallurgischen Gefäß befindliche Metallschmelze ein­ geleitet. Der Gasspülstein 1 ist ein Verschleißteil, welches nach einer bestimmten Anzahl von Chargen durch einen neuen Gasspülstein ersetzt werden muß.

Der Formstein 2, der bei dem in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispiel die Form eines Kegel­ stumpfs aufweist, ist zum Teil mit einer gasdichten Blechumkleidung 3 versehen. Diese besteht aus einem umlaufenden Blechmantel 4 sowie einem der äußeren Stirnfläche 5 des Formsteins 2 gegenüberliegenden runden Blechdeckel 6. Der untere Rand des Blechman­ tels 4 ist um den Blechdeckel 6 herumgebördelt und durch eine Schweißnaht 7, die in einem Abstand vom Rand des Blechdeckels 6 verläuft, gasdicht mit dem Blechdeckel verbunden.

In seiner Mitte weist der Blechdeckel eine runde Gas­ eintrittsöffnung 8 auf, an deren Randbereich ein Gas­ zuführungsrohr 9 über eine umlaufende Naht 10 gas­ dicht angeschweißt ist.

Zwischen der unteren Stirnseite 5 des Formsteins 2 und dem Blechdeckel 6 ist eine Zwischenplatte 11 an­ geordnet, die aus gut wärmeleitendem Material mit großer spezifischer Wärmekapazität, vorzugsweise Kupfer besteht.

In ihrer Mitte weist die Zwischenplatte 11 unmittel­ bar über der Gaseintrittsöffnung 8 eine zum Form­ stein 2 hin gerichtete Ausbauchung 12 auf, die über ihre gesamte Fläche mit Gasdurchlaßbohrungen 13 ver­ sehen ist. Im Bereich um die Ausbauchung 12 herum sind Abstandshalter vorgesehen, die in gleicher Weise wie die mittlere Ausbauchung 12 durch Verformung des Materials der Zwischenplatte 11 gebildet sind. Die Abstandshalter sind etwa genauso weit aus dem Material herausgedrückt wie die mittlere Ausbauchung 12, so daß diese zusammen mit der mittleren Aus­ bauchung eine gleichhohe Abstützung gegenüber dem Formstein 2 bilden.

Bei der in der Zeichnung in Fig. 1 und 2 links darge­ stellten Ausführungsform sind die Abstandshalter als runde Buckel 14 ausgebildet, die gleichmäßig über die Fläche der Zwischenplatte 11 verteilt angeordnet sind.

Bei der auf der rechten Seite der Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform sind die Abstandshal­ ter als radiale Stege 15 ausgebildet, die sich von der mittleren Ausbauchung 12 bis zum Randbereich der Zwischenplatte 11 erstrecken.

Bei beiden Ausführungsformen dient die mittlere Aus­ bauchung 12 als Gasverteilungsraum, aus welchem das Gas durch die Gasdurchlaßbohrungen 13 hindurch nach allen Seiten in den Zwischenraum zwischen dem Form­ stein 2 und der Zwischenplatte 11 ausströmen kann. Dort kann sich das Gas frei über die gesamte Stirn­ fläche 5 des Formsteins 2 bis zum Randbereich des Formsteins verteilen. Das Gas kann also durch den gesamten Querschnitt des gasdurchlässigen Formsteins 2 oder bei Bedarf auch durch den Randbereich zwi­ schen dem Formstein 2 und dem Blechmantel 4 hindurch­ strömen. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Aus­ führungsbeispiel ist zwischen dem Formstein 2 und dem Blechmantel 4 eine gasdurchlässige Mörtelschicht 16 vorgesehen.

Bei dem in Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsbei­ spiel sind, soweit es sich um gleiche Vorrichtungs­ teile handelt, aus Gründen der Übersichtlichkeit gleiche Positionszahlen wie in Fig. 1 und 2 verwen­ det worden.

Der in Fig. 3 und 4 dargestellte Gasspülstein 1 weist im wesentlichen die gleichen Konstruktionsele­ mente wie der in Fig. 1 und 2 dargestellte Gasspül­ stein auf. Der Formstein 2, die Blechumkleidung 3 sowie der Anschluß des Gaszuführungsrohrs 9 sind identisch.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 und 4 ist ebenfalls eine Zwischenplatte 17 aus Kupfer vorgese­ hen, die an dem Blechdeckel 6 anliegt und in ihrer Mitte eine zum Formstein 2 hin gerichtete Aus­ bauchung 12 mit Gasdurchlaßbohrungen 13 aufweist.

Die Zwischenplatte 17 ist aber nicht wie bei den in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen mit Abstandshaltern versehen. Die Abstandshalter sind Teil einer von der Zwischenplatte 17 unabhängigen Einlage, die als sternförmiges Blechstück 18 ausge­ bildet ist. In seiner Mitte weist das Blechstück 18 eine die mittlere Ausbauchung 12 der Zwischenplatte 17 mit Abstand umgebende Ausnehmung 19 auf, durch die die Ausbauchung 12 der Zwischenplatte 17 hin­ durchragt und an der unteren Stirnfläche 5 des Form­ steins 2 anliegt. Gegebenenfalls kann die Aus­ bauchung 12 auch in einem Abstand von der Untersei­ te 5 des Formsteins 2 entfernt liegen.

Das sternförmige Blechstück 18 besteht im übrigen aus einem die mittige Ausnehmung 19 umgebenden Ring­ bereich 20, von dem radiale Arme 21 ausgehen, die sich bis zum Rand des Formsteins 2 erstrecken und an ihren Enden Umbiegungen 22 aufweisen, mit welchen sie den unteren Rand des Formsteins 2 umgreifen.

Die eigentlichen Abstandshalter sind als Halbrundnie­ ten 23 ausgebildet, die durch Bohrungen in den Armen 21 des Blechstücks 18 hindurchgreifen.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann sich das Gas von der als Gasverteilungsraum wirkenden Aus­ bauchung 12 nach allen Seiten ausbreiten und sich über die gesamte Stirnfläche 5 bis zum Randbereich des Formsteins 2 gleichmäßig verteilen.

Wenn ein Schmelzendurchbruch durch den verschlissenen Formstein 2 oder durch die Mörtelschicht 16 zwischen dem Formstein und der Blechumkleidung 3 erfolgt, so trifft die Schmelze auf die gut wärmeleitende und mit hoher Wärmekapazität versehene Zwischenplatte 11 bzw. 17 auf, so daß in den meisten Fällen die Schmelze aufgrund der Wärmeabgabe an die Zwischen­ platte 11 bzw. 17 erstarrt und gar nicht erst in das Gaszuführungsrohr 9 hineingelangt. Für extrem schwere Fälle eines Schmelzendurchbruchs wird dieser zumin­ dest durch die Zwischenplatte 11 bzw. 17 stark geschwächt, denn die Schmelze gelangt bereits in weitestgehend heruntergekühltem Zustand in das Gaszu­ führungsrohr und kann dort mit einfachen Mitteln, beispielsweise einem in dem Gaszuführungsrohr 9 vorgesehenen Hindernis, zum endgültigen Erstarren und damit zum Stehen gebracht werden.

Claims (10)

1. Gasspülstein für metallurgische Gefäße, be­ stehend aus einem feuerfesten Formstein, einer diesen teilweise umgebenden Blechumkleidung, die durch einen die seitliche Außenfläche des Formsteins umschließenden Blechmantel sowie ei­ nen an diesen angeschweißten, die Formstein­ unterseite überspannenden Deckel gebildet ist, Gasdurchlässen durch den Formstein und/oder durch den Spalt zwischen Formstein und Blechum­ kleidung, einem Gaszuführungsrohr, das an den Randbereich einer Gaseintrittsöffnung des Blech­ deckels angeschweißt ist, sowie einer Durch­ bruchsicherung für evtl. durch den Formstein und/oder den Spalt zwischen dem Blechmantel und dem Formstein hindurchdringende Schmelze, da­ durch gekennzeichnet, daß zwischen der unteren Stirnseite (5) des Form­ steins (2) und dem Blechdeckel (6) der Blechum­ kleidung (3) eine Zwischenplatte (11; 17) aus einem gut wärmeleitenden Material mit großer spezifischer Wärmekapazität angeordnet ist, die im Bereich des Anschlusses des Gaszuführungs­ rohrs (9) Gasdurchlässe (13) aufweist.

2. Gasspülstein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischen­ platte (11; 17) aus Kupfer besteht.

3. Gasspülstein nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Zwischenplatte (11; 17) in ihrer Mitte un­ mittelbar über dem Anschlußbereich des Gaszufüh­ rungsrohrs (9) eine zum Formstein (2) hin ge­ richtete Ausbauchung (12) aufweist, die mit Gas­ durchlaßbohrungen (13) versehen ist, und daß im Bereich um die Ausbauchung (12) herum zwi­ schen der Zwischenplatte (11; 17) und dem Form­ stein (2) Abstandshalter vorgesehen sind, deren Höhe der der mittleren Ausbauchung (12) ent­ spricht.

4. Gasspülstein nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstands­ halter als an der Zwischenplatte (11) vorgesehe­ ne Vorsprünge (14; 15) ausgebildet sind.

5. Gasspülstein nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge als im wesentlichen runde Buckel (14) ausgebil­ det sind, die in gleicher Weise wie die mittle­ re Ausbauchung (12) durch Verformung des Mate­ rials der Zwischenplatte (11) gebildet und gleichmäßig über die Fläche der Zwischenplatte (11) verteilt angeordnet sind.

6. Gasspülstein nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge als im wesentlichen radiale Stege (15) ausgebil­ det sind, die in gleicher Weise wie die mittle­ re Ausbauchung (12) durch Verformung des Materials der Zwischenplatte (11) gebildet und gleichmäßig über den Umfang der Zwischenplatte (11) verteilt angeordnet sind.

7. Gasspülstein nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstands­ halter Teil einer von der Zwischenplatte (17) unabhängigen Einlage sind.

8. Gasspülstein nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlage als sternförmiges Blechstück (18) ausgebildet ist, das in seiner Mitte eine die mittlere Aus­ bauchung (12) der Zwischenplatte (17) mit Ab­ stand umgebende Ausnehmung (19) aufweist und an seiner Ober- und Unterseite die Abstandshal­ ter trägt.

9. Gasspülstein nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstands­ halter an die Ober- und Unterseiten des Blech­ stücks (18) angeschweißt sind.

10. Gasspülstein nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Abstands­ halter Halbrundnieten (23) vorgesehen sind, die durch Bohrungen in dem Blechstück (18) hin­ durchgreifen.