DE3709905C2

DE3709905C2 -

Info

Publication number: DE3709905C2
Application number: DE3709905A
Authority: DE
Inventors: Masahisa Yokohama Kanagawa Jp Tate; Makoto Tokio/Tokyo Jp Watanabe; Hideaki Nishino; Junichi Okayama Jp Onmyoji; Eiji Yokogi; Hiroaki Shimizu; Kuniaki Bizen Okayama Jp Miyamoto; Koichiro Okayama Jp Kishita; Masakatsu Himeji Hyogo Jp Tsutsui
Original assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd; Toshin Steel Co Ltd
Current assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd; Toshin Steel Co Ltd
Priority date: 1986-03-28
Filing date: 1987-03-26
Publication date: 1989-08-03
Also published as: GB8706539D0; CA1285762C; US4735400A; FR2596417B1; KR910001487B1; GB2188404B; KR870009502A; DE3709905A1; GB2188404A; FR2596417A1; IT8747782A0; IT1205991B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Einsatz für die feuerfeste Auskleidung eines elektrischen Veredelungsofens nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In einem elektrischen Veredelungsofen wird die Metallschmelze durch eine Induktionsspule oder durch einen Lichtbogen geschmolzen, indem ein Induktionsstrom durch die Metallschmelze fließt. Dabei besteht die Gefahr, daß der durch die Metallschmelze fließende Induktionsstrom aus dieser Schmelze zur Ofen-Außenseite abgeleitet wird, da aus Zwecken des Korrosionsschutzes die Gasdurchgänge, durch welche das Gas in das Innere des elektrischen Veredelungsofens hineingeblasen wird, mit einem elektrisch leitenden Material ausgekleidet sind. Dadurch kann die Arbeitsweise des aus Metallrohren bestehenden Einsatzes beeinträchtigt werden. Auch Einsätze aus hochfeuerfestem Material verschleißen dennoch mit einer Durchschnittsrate von 0,2 bis 0,5 mm pro Schmelzung. Häufig wird zur Auskleidung eines elektrischen Veredelungsofens ein Trockenpreßmaterial verwendet. Es ist jedoch schwierig, auf dem Einsatz eine metallische Schutzschicht auszubilden, so daß dieser Einsatz noch schneller abgetragen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Einsatz der eingangs angegebenen Art zu schaffen, der korrosionsbeständig ist und eine hohe Standzeit aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Einsatz der oben angegebenen Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Einsatzes sind den Unteransprüchen 2 bis 5 zu entnehmen.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Einsatz,

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

Fig. 3 einen vergrößerten Längsschnitt eines Teiles des Einsatzes nach Fig. 1, bei dem ein Isolationsrohr mit leitfähigen Rohren verbunden ist,

Fig. 4 einen Teilschnitt, der in verkleinertem Maßstab die Anordnung eines Einsatzes in der Bodenwandung eines Behälters zeigt,

Fig. 5 bis 7 Längsschnitte von Einsätzen nach weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung,

Fig. 8 und 9 Teillängsschnitte jeweils einer Bodenwandung eines elektrischen Schmelzofens unter Anordnung eines Einsatzes nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 10 einen Längsteilschnitt einer anderen Ofen- Bodenwandstruktur,

Fig. 11 eine Teil-Draufsicht des Aufbaus nach Fig. 10 und

Fig. 12 eine vergrößerte Teilschnittansicht nach Fig. 10.

Durch die vorliegende Erfindung wird ein Einsatz vorgeschlagen, der aus einem feuerfesten Material, wie z. B. aus MgO-C, besteht und in der Bodenwandung eines elektrischen Schmelzofens zur Verbindung einer Gasverteilungskammer mit dem Inneren des Schmelzofens angeordnet ist und der eine Mehrzahl von Gasdurchgängen, im folgenden als Gaskanäle bezeichnet, die jeweils zwei verhältnismäßig dünne, elektrisch leitfähige Rohre, die in Längsrichtung voneinander getrennt gehalten sind, aufweisen. Jedes dieser Rohre besteht aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie z. B. aus rostfreiem Stahl oder einem anderen Metall, und hat einen verhältnismäßig kleinen Innendurchmesser.

Der Einsatz kann durch ein Verfahren hergestellt werden, wie es nachfolgend beispielhaft erläutert ist. Eine Mehrzahl von Rohren, deren Anzahl der Anzahl der herzustellenden Gaskanäle entspricht, sind jeweils in zwei Abschnitte geteilt, die dann jeweils bezüglich eines Gaskanals ein oberes Rohr und ein unteres Rohr bilden und von denen jedes eine geeignete Länge besitzt. Die unteren Rohre werden an einem Ende mit einem Gehäuse verbunden, das eine Gasverteilungskammer bildet bzw. begrenzt, und zwar durch ein herkömmliches Verfahren, wie z. B. Schweißen, Verschrauben oder Verstemmen. Jeweils ein Metalldraht wird durch die unteren Rohre und die oberen Rohre geführt, um die Rohre jeweils koaxial aufeinander auszurichten. Der Draht hat einen Durchmesser, der gleich dem Innendurchmesser der Rohre ist. Die Länge des Drahtes ist beträchtlich größer als die Gesamtlänge der zwei aufeinander zentrierten Rohre, so daß die oberen und unteren Rohre jeweils um einen entsprechenden Betrag voneinander getrennt gehalten werden können. Die Enden der oberen Rohre, die entfernt von den zugehörigen unteren Rohren gehalten sind, werden so angeordnet, daß sie etwa jeweils den gleichen Abstand vom zugehörigen unteren Rohr aufweisen, so daß die Rohrenden in einer Ebene liegen, die zugleich die Endfläche eines zu fertigenden Einsatzes bestimmt, die dem Inneren des Schmelzofens zugewandt wird. Anschließend wird die Rohranordnung mit feuerfestem Material umkleidet, wie z. B. mit MgO-C, MgO, MgO-Cr₂O₃, MgO-Chromit oder Tonerde, so daß ein Körper in der Form eines Einsatzes, in dem die Rohre eingebettet sind, erzeugt wird. Die Drähte werden dann entfernt, um die Gaskanäle zu öffnen.

Obwohl es wünschenswert ist, so viele Rohre als möglich einzusetzen, um die Gaskanäle in möglichst dichter Anordnung vorzusehen und möglichst einen großen Gaszuführungsquerschnitt zu erhalten, ist ihre Anzahl aus Gründen der Herstellung begrenzt. Wenn die Rohre zu eng aneinander angeordnet sind, kann das feuerfeste Material nicht zufriedenstellend den Raum zwischen den Rohren ausfüllen, und es kommt zur Herstellung eines Einsatzes mit einer schlechten und nachteiligen geringen Packungsdichte und hierdurch zu einem nachteilig niedrigen Grad an Errosionswiderstand des Einsatzes. Wenn andererseits eine zu kleine Anzahl von Röhren bzw. Rohren verwendet wird, sind die Gaskanäle in nachteiliger Weise weit voneinander getrennt angeordnet. Daher sollten jeweils zwei benachbarte Rohre zumindest ein Mehrfaches von 10 mm voneinander entfernt sein, so daß der Raum zwischen ihnen zufriedenstellend mit dem feuerfesten Material, das auch grobe Partikel enthält, ausgefüllt werden kann.

Die jeweils zugehörigen oberen und unteren Rohre, die jeweils einen Gaskanal begrenzen, sind somit in Längsrichtung voneinander getrennt, so daß kein Induktionsstrom zwischen ihnen fließen kann. Sie sind voneinander durch eine Entfernung von zumindest einigen Millimetern getrennt. Eine Entfernung, die größer als ca. 50 mm ist, wird bevorzugt, um sicherzustellen, daß kein Induktionsstrom vom oberen zum unteren Rohr fließen kann. Die koaxialen oberen und unteren Rohre begrenzen zwischen sich einen rohrlosen Gaskanal. Die Lage des rohrlosen Teiles des Gaskanals hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie z. B. von der Form des Einsatzes, der Art und Qualität des feuerfesten Materials und der Gasmenge, die durch den Einsatz geblasen wird. Um zu vermeiden, daß zu irgendeinem Zeitpunkt bis zum Austausch des Einsatzes ein Induktionsstrom durch diesen fließt, ist es nötig, daß der Boden einer Einsenkung oder Vertiefung, die vom Verschleiß des feuerfesten Materials resultiert, nicht den rohrlosen Abschnitt irgendeines Gaskanals erreicht. Obwohl der Einsatz nicht stets in gleichem Maße und mit dem gleichen Verschleißmuster abgetragen wird, trifft es im allgemeinen zu, daß dann, wenn eine Abtragung stattgefunden hat, die eine Vertiefung mit einer Tiefe von ca. 150-200 mm hervorruft, die Lebensdauer der den Einsatz umgebenden Bodenwandung aus verdichtetem feuerfestem Material des Schmelzofens verkürzt wird. Daher ist dann, wenn Schlacke oder eine Metallschicht, die die aus Preßmaterial bestehende Bodenwandung gegen wesentlichen Verschleiß schützt, vorhanden ist, der Einsatz auszuwechseln, bevor eine Verschleiß- oder Abtragungstiefe von 150-200 mm entsteht. Es ist ratsam, daß der rohrlose Abschnitt der Gaskanäle in einer Entfernung von zumindest 150-200 mm von der inneren oder Arbeitsfläche des Einsatzes entfernt ist oder sich so nah wie möglich an der Gasverteilungskammer befindet.

Wenn zwischen den oberen und unteren Rohren oder zwischen den benachbarten Gaskanälen keine zufriedenstellende elektrische Isolation erreicht werden kann, ist es vorteilhaft, die äußere Umfangsfläche oder die Endflächen der Rohre mit einem elektrisch isolierenden Material zu beschichten. Es wird z. B. das Sprühbeschichten mit einem feinen Keramikpulver empfohlen.

Die feuerfesten Materialien hoher Qualität, wie z. B. MgO-C, sind verhältnismäßig teuer. Unter den verschiedenen Abschnitten des Einsatzes muß im wesentlichen nur der Teil, der die innere Arbeitsfläche enthält, aus solch einem Material besonders hoher Feuerfestigkeit bestehen.

Daher kann es ausreichend sein, feuerfeste Materialien von hoher Qualität nur für jenen Teil, der die Arbeitsfläche enthält, zu benutzen, während die verbleibenden Teile des Einsatzes, die von der inneren Arbeitsfläche entfernt sind, aus feuerfesten Materialien niedrigerer Qualität, die weniger teuer sind, bestehen können.

Die Rohre, die jeweils einen Gaskanal begrenzen, sind in Längsrichtung voneinander getrennt und hierdurch elektrisch voneinander isoliert. Daher kann kein Induktionsstrom durch den Einsatz fließen, wenn z. B. durch ein geschmolzenes Metall im elektrischen Schmelzofen ein elektrischer Stromfluß verursacht wird.

Es ist ein Einsatz vorgesehen, der eine Mehrzahl von Gaskanälen aufweist, die jeweils zumindest teilweise durch ein Rohr gebildet bzw. begrenzt werden, das aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material besteht. Jeder Gaskanal ist als Ganzes oder teilweise durch ein elektrisch isolierendes Rohr begrenzt. Wenn er zum Teil aus einem Isolierrohr besteht, kann sein verbleibender Abschnitt oder können seine verbleibenden Abschnitte aus einem Rohr oder Rohren aus elektrisch leitfähigem Material, wie z. B. rostfreiem Stahl, oder einem anderen geeigneten Metall bestehen. Das isolierende Rohr kann aus einem Nichtleiter bestehen oder kann wahlweise ein Rohr umfassen, das aus einem leitfähigen Material besteht, dessen Oberfläche mit einem elektrischen Isolator bzw. nichtleitendem Material beschichtet ist. Das nichtleitende Material kann z. B. aus keramischen Werkstoffen ausgewählt sein, die Magnesium, Aluminium, Zirkonium, Siliciumkarbid oder Nitride und Silicium/Aluminiumverbindungen enthalten. Wenn das isolierende Rohr aus einem leitfähigen Material, das mit einer Isolationslage aus nicht leitfähigem Material beschichtet ist, besteht, ist es notwendig, sicherzustellen, daß kein elektrischer Stromfluß durch den Einsatz auftreten kann, selbst dann nicht, wenn die Isolationslage durch das geschmolzene Metall im Schmelzofen beschädigt werden sollte.

Wenn jeder Gaskanal durch ein isolierendes Rohr und ein oder mehrere leitfähige Rohre bestimmt wird, weisen das leitfähige Rohr oder die leitfähigen Rohre vorzugsweise einen verhältnismäßig kleinen Innendurchmesser auf, der gleich dem Innendurchmesser des Isolierrohres ist. Das Isolierohr kann z. B. das Verbindungsstück zwischen zwei in Längsrichtung voneinander getrennten, leitfähigen Rohren in koaxialer Anordnung mit diesen sein. Ein Einsatz dieser Art kann durch das nachfolgend beispielhaft erläuterte Verfahren hergestellt werden.

Eine Mehrzahl von leitfähigen Rohren wird jeweils in zwei Teile verschiedener Länge geschnitten, um jeweils ein oberes leitfähiges Rohr und ein unteres leitfähiges Rohr zu bilden. Die auf diese Weise vorbereiteten unteren leitfähigen Rohre werden an ihren unteren Enden mit einem Gehäuse verbunden, das eine Gasverteilungskammer begrenzt, und zwar durch ein herkömmliches Verfahren, wie z. B. Verschweißen, Verschrauben oder abdichtend Verstemmen, z. B. Vernieten. Eine Mehrzahl von Isolierrohren wird mit den oberen Enden der unteren leitfähigen Rohre verbunden. Jedes obere leitfähige Rohr wird mit seinem unteren Ende mit einem der Isolierrohre verbunden. Jedes Isolierrohr kann einen Außendurchmesser besitzen, der etwas größer ist als derjenige der leitfähigen Rohre und kann daher in den Stirnseiten Ausnehmungen besitzen, um darin die jeweils zugewandten, zugehörigen Enden der oberen und unteren leitfähigen Rohre aufzunehmen. Der Raum zwischen den auf diese Weise verbundenen leitfähigen und isolierenden Rohren wird durch feuerfestes Material, wie z. B. MgO-C, MgO, MgO-Cr₂O₃, MgO-Chromit oder Tonerde ausgefüllt.

Wenn ein Gaskanal allein durch ein Isolierrohr bestimmt wird, ist es wichtig, daß das Rohr aus einem nicht leitfähigen Material besteht, das eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen das mit dem Rohr in Berührung kommende geschmolzene Metall aufweist. In diesem Fall wird der Einsatz z. B. aus einer Mehrzahl von Isolierrohren gefertigt, die im wesentlichen die gleiche Länge aufweisen und die zur Bildung des Einsatzes an ihren unteren Enden mit einem Gehäuse, das die Gasverteilungskammer begrenzt, verbunden werden, während ihre oberen Enden in einer Ebene angeordnet sind, die die Arbeitsfläche, d. h. die innere Stirnfläche des Einsatzes bildet. Der Raum zwischen den Isolierrohren wird mit einem feuerfesten Material ausgefüllt.

Im Falle, daß jeder Gaskanal durch ein oder mehrere leitfähige Rohre und ein Isolierrohr gebildet wird, kann das Isolierrohr an jeder Stelle entlang der Länge des Einsatzes bezüglich des jeweiligen Gaskanals angeordnet sein, wenn es aus einem nichtleitenden Material besteht, das kaum durch das jeweilige geschmolzene Metall, mit dem es in Berührung kommen kann, beeinflußt wird. Wenn jedoch das nichtleitende Material in nennenswertem Maße durch das geschmolzene Metall beeinträchtigt wird, sobald dieses mit dem Isolierrohr in Berührung kommt, ist es wichtig, daß das Isolierrohr so angeordnet wird, daß kein geschmolzenes Metall mit diesem in Kontakt treten kann, auch dann nicht, wenn der Einsatz entlang seiner Länge verschleißt bzw. abgetragen wird. Mit anderen Worten muß das Isolierrohr so angeordnet werden, daß sein oberes oder inneres Ende stets um eine gewisse Entfernung vom Boden jedweder Vertiefung, die aus einem Verschleiß des Einsatzes resultiert, entfernt bleibt. Es ist nicht möglich, die Lage des isolierenden Rohres genau festzuschreiben, da das Maß des Verschleißes bzw. der Umfang, in dem der Einsatz abgearbeitet wird, von vielen Faktoren abhängt, einschließlich der Form des Einsatzes, der Art und Qualität des feuerfesten Materials, das verwendet wird und der Gasmenge, die durch den Einsatz hindurchgeblasen wird. Es kann jedoch allgemein gesagt werden, daß dann, wenn der Einsatz durch eine Vertiefung von etwa 150 bis 200 mm abgearbeitet worden ist, die umgebende Bodenwandung des Schmelzofens beginnt beeinträchtigt und in ihrer Lebensdauer verkürzt zu werden und daß insoweit Schlacke oder eine Metallschicht die aus Preßmaterial bestehende umgebende Bodenwandung gegen wesentlichen Verschleiß schützt, der Einsatz ausgewechselt oder repariert werden muß, bevor die Verschleißtiefe bzw. der Abtrag 150 bis 200 mm beträgt. Es ist daher ratsam, die Isolierrohre bzw. isolierenden Rohrstücke nahe der Gasverteilungskammer und in einer Entfernung von zumindest 150 bis 200 mm von der inneren Arbeitsfläche des Einsatzes anzuordnen.

Der Einsatz, der nachfolgend beschrieben wird, besitzt eine Mehrzahl von Gaskanälen, die zumindest teilweise durch ein Rohr aus nicht leitfähigem Material begrenzt werden. Daher fließt kein elektrischer Strom durch den Einsatz, während dieser z. B. bei der Stahlherstellung in einem elektrischen Lichtbogenofen eingesetzt ist. Außerdem ist das feuerfeste Material des Einsatzes von der Gasströmung durch die Gaskanäle isoliert und daher frei von irgendwelchen Beeinträchtigungen oder Beschädigungen durch das hindurchströmende Gas, selbst wenn dies ein korrosives Gas ist.

Der Einsatz wird nachfolgend genauer unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 erläutert.

Der Einsatz 22 hat eine Mehrzahl von Gasdurchgängen 23, die sich von einer Gasverteilungskammer 21 zur Arbeitsfläche des Einsatzes 22, der dem Inneren eines Schmelzofens zugewandt ist, erstrecken. Jeder Gasdurchgang 23 ist mit einem unteren leitfähigen Rohr (rohrförmige Auskleidung 25), das an einem unteren Ende mit einem die Gasverteilungskammer 21 begrenzenden Gehäuse verbunden ist, und einem oberen leitfähigen Rohr (rohrförmige Auskleidung 25′) verbunden, dessen oberes Ende einen Gasauslaß 28 bestimmt, der in der Arbeitsfläche des Einsatzes 22 angeordnet ist. Jede der rohrförmigen Auskleidungen 25, 25′ besteht aus einem leitfähigen Material, wie z. B. rostfreiem Stahl, und weist eine axiale Bohrung 24 auf, die den Gaskanal bildet. Jede rohrförmige Auskleidung 25, 25′ hat vorzugsweise einen kleinen Außendurchmesser und einen kleinen Innendurchmesser, d. h. einen Außendurchmesser von 2,5 mm und einen Innendurchmesser von 1,0 mm. Jeder Gasdurchgang 23 ist außerdem mit einem isolierenden Abschnitt 27 versehen, der aus keramischem oder anderem nicht leitfähigen Material besteht und koaxial mit den rohrförmigen Auskleidungen 25, 25′ verbunden und zwischen diesen angeordnet ist. Der isolierende Abschnitt 27 hat einen Innendurchmesser, der gleich demjenigen der leitfähigen Abschnitte 25, 25′ ist und einen Außendurchmesser, der etwas größer als derjenige der leitfähigen Abschnitte 25, 25′ ist. Der isolierende Abschnitt 27 besitzt ein Paar gegenüberliegender Enden 26, 26′, die ausgenommen sind, um in diesen Ausnehmungen das obere Ende des unteren leitfähigen Abschnittes 25 und das untere Ende des oberen leitfähigen Abschnittes 25 jeweils aufzunehmen, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Die oberen leitfähigen Abschnitte 25′ sind beträchtlich länger als die unteren leitfähigen Abschnitte 25, so daß die isolierenden Abschnitte 27 nahe der Gasverteilungskammer 21 angeordnet sind. Obwohl Fig. 1 all die isolierenden Abschnitte 27 als in gleicher Höhe angeordnet zeigt, ist es auch möglich, diese Rohrstücke in unterschiedlichen Höhen anzuordnen.

Fig. 4 zeigt einen Abschnitt einer Bodenwandung 42 eines Schmelzofens, in die der Einsatz 49 installiert ist, um Gas in eine geschmolzene Metallmasse durch die Gaskanäle 46 einzublasen. Wenn dieser Veredelungsvorgang für die Schmelze durchgeführt wird, tritt geschmolzenes Metall in die Ausnehmungen 50 ein, erstarrt und bildet möglicherweise eine schwammartige Metallschicht 48, die am inneren Ende des Einsatzes 49 und in seiner Nähe anhaftet, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. Es ist deutlich, daß das Metall in den Ausnehmungen 50 eine feste Grundlage für eine derartige poröse, pilzartige Ablagerung 48 von geschmolzenem Metall bildet. Die Ausnehmungen 50 müssen daher eine Tiefe haben, daß sogar dann, wenn der Einsatz 49 im zulässigen Maße abgetragen wird, sie noch in der Lage sind, eine hinreichende Metallmenge festzuhalten und hierdurch eine feste Basis zur Aufrechterhaltung der pilzförmigen Lage 48 zu bilden, bis der Einsatz 49 ausgetauscht wird.

Die Ausnehmungen 50 haben vorzugsweise einen Durchmesser von 1 bis 5 mm. Wenn ihr Durchmesser zu klein ist, vermögen sie keine hinreichende Grundlage für die Ausbildung einer solchen pilzförmigen Ablagerung von Metall zu bilden. Wenn ihr Durchmesser zu groß ist, nehmen sie so viel geschmolzenes Metall auf, daß der Einsatz 49 eine so weit erhöhte Temperatur annimmt, daß hierdurch eine nachteilige Verkürzung der Lebensdauer des Einsatzes 49 auftritt. Die Ausnehmungen 50 haben kreisförmigen, quadratischen oder rechteckigen Querschnitt. Die Ausnehmungen 50 können z. B. durch eine entsprechende Anzahl von Metalldrähten, die jeweils einen geeigneten Durchmesser aufweisen, geformt werden, in dem die Metalldrähte zeitweilig in das feuerfeste Material während der Herstellung des Einsatzes eingebettet werden.

Für experimentelle Zwecke wurde unter Verwendung von Rohren 45, die die Gaskanäle 46 bilden, ein Einsatz unter Ausformung der langgestreckten Ausnehmungen 50 mit nachfolgenden Parametern hergestellt:

Rohre
Innendurchmesser:\|1 mm
Länge:	753 mm
Anzahl:	30

Ausnehmungen
Durchmesser:\|5 mm
Tiefe:	350 mm
Anzahl:	7

Der Einsatz 49 wurde in der Bodenwandung eines elektrischen Schmelzofens zur Stahlherstellung eingesetzt. Durch die Rohre 45 wurde ein inertes Gas in eine Metallschmelze in dem Schmelzofen eingeblasen. Über der Spitze des Einsatzes 49 bildete sich eine hinreichend große pilzkopfförmige Metallablagerung 48, die dazu beitrug, die Lebensdauer des Einsatzes 49 zu erhöhen. Jeder Gaskanal war durch zwei Rohre 45 aus rostfreiem Stahl und einem keramischen Rohr, das zwischen diesen Rohren 45 zur Verbindung derselben eingesetzt war, gebildet, um den Fluß eines Induktionsstromes durch den Einsatz 49 zu verhindern. Es ist offensichtlich, daß die Ausnehmungen 50 die Ausbildung einer wirksamen pilzförmigen Schutzablagerung erleichtern, die ihrerseits dazu beiträgt, die Lebensdauer des Einsatzes und des diese umgebenden Bodenwandabschnittes zu erhöhen bzw. zu verlängern.

Nachfolgend wird auf die Fig. 5 Bezug genommen, die einen modifizierten Einsatz zeigt, wie er bereits jeweils unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 erläutert wurde. Diese Modifikation besteht im Einschluß eines äußeren Gehäuses, das aus Metall oder einer feuerfesten Beschichtung, bestehend z. B. aus Aluminiumphosphat, besteht. Das äußere Gehäuse ist mit C bezeichnet und umgibt das feuerfeste Material, um es gegen jede Beschädigung zu schützen, selbst wenn eine verhältnismäßig große mechanische Kraft dieses während der Lagerung, dem Transport oder der Installierung des Einsatzes belastet. Das äußere Gehäuse C endet in einem Zwischen- bzw. Mittelabschnitt des Einsatzes, ohne dessen oberes Ende zu erreichen, so daß es nicht als Kurzschlußleitung für einen Induktionsstrom während des Betriebes eines elektrischen Schmelzofens dienen kann. Das äußere Gehäuse hat vorzugsweise eine solche Länge, daß es das feuerfeste Material entlang des Einsatzes nur bis zu einer Höhe von 80% der Gesamtlänge des Einsatzes umgibt. Im übrigen ist der Einsatz identisch mit jenem, der in der Fig. 1 erläutert wurde. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Teile in jeder der einander entsprechenden Figurenpaare, bezüglich ihrer Erläuterung wird auf die genannte Figur verwiesen. Unabhängig von den vorangegangenen Erläuterungen kann das äußere Gehäuse sich in vorteilhafter Weise auch über die Gesamtlänge des Einsatzes erstrecken, wenn es aus einer Beschichtung bzw. Lage eines feuerfesten Anstriches oder einer feuerfesten Beschichtung besteht.

Nach der vorliegenden Erfindung kann der Einsatz zwei Abschnitte enthalten, die aus unterschiedlichen Arten von feuerfestem Material bestehen. Diese Abschnitte sind jeweils ein innerer Abschnitt, der dem Inneren des Schmelzofens zugewandt ist und ein äußerer Abschnitt, der sich zur Gasverteilungskammer hin erstreckt. Der innere Abschnitt ist aus einem feuerfesten Material von hoher Qualität mit hoher Verschleißfestigkeit hergestellt, wie z. B. aus MgO-C, während der äußere Abschnitt aus einem feuerfesten Material von niedriger Qualität besteht und weniger teuer ist. Dieser Aufbau ist für alle bereits bisher erläuterten Figuren anwendbar. Überdies kann auch der Teil der Bodenwandung des Schmelzofens, der den Einsatz umgibt, auf die gleiche Weise aufgebaut sein. Ein innerer Bodenabschnitt, der dem Inneren des Schmelzofens zugewandt ist, kann aus einem feuerfesten Material von hoher Qualität bestehen, während der äußere Wandbereich aus einem feuerfesten Material niedrigerer Qualität bestehen kann.

Der Begriff "feuerfestes Material von hoher Qualität" bezeichnet im Rahmen dieser Beschreibung jedes feuerfeste Material, das einen hohen Grad von Bruchfestigkeit aufweist, einschließlich MgO-C und jedem anderen feuerfesten Material, das bisher für die Herstellung eines Einsatzes für Schmelzöfen benutzt wurde. Der Beginn "feuerfestes Material von niedrigerer oder niedriger Qualität" bezeichnet im Rahmen dieser Beschreibung MgO-Schamottsteine oder anderes feuerfestes Material dieser Art, das weniger teuer ist und in seiner Bruchfestigkeit bzw. seinem Bruchwiderstand jedem feuerfesten Material von hoher Qualität unterlegen ist, jedoch noch hinreichend fest ist, so daß ein Versagen des Einsatzes als Ganzes sehr unwahrscheinlich ist.

Die bevorzugte Dicke jedes Abschnittes hängt von verschiedenen Faktoren ab, z. B. der Form und Art des Schmelzofens und der Art des Gases, das in diesen durch den Einsatz eingeblasen wird. Es ist jedoch üblicherweise ausreichend, daß der innere Abschnitt, der aus einem feuerfesten Material von hoher Qualität besteht, eine Dicke von etwa 150 bis 200 mm besitzt. Um weiter auf der sicheren Seite zu sein, ist es natürlich möglich, diese Dicke weiter zu erhöhen, wobei allerdings wirtschaftliche Faktoren ebenfalls berücksichtigt werden müssen.

Für die Herstellung eines solchen Einsatzes aus mehreren Abschnitten können z. B. zwei Verfahren angewandt werden. Nach der ersten Methode wird das feuerfeste Material von hoher Qualität und das feuerfeste Material von niedriger Qualität jeweils gleichzeitig in einem Rahmen angeordnet, um jeweils den inneren und äußeren Abschnitt für einen Einsatz zu bilden. Dann wird eine Mehrzahl von Ausnehmungen bzw. Bohrungen durch die feuerfesten Materialien hindurchgeführt und ein Rohr oder mehrere Rohre, die einen Gaskanal begrenzen, wird bzw. werden in jede Bohrung eingesetzt. Wahlweise ist es auch möglich, eine Mehrzahl von in geeigneter Weise verteilt angeordneten Rohren in dem Rahmen anzuordnen und anschließend die Zwischenräume durch die feuerfesten Materialien auszufüllen. Nachdem der Rahmen mit den feuerfesten Materialien ausgefüllt worden ist, werden die Rohre daraus entfernt, falls sie als Gaskanäle verwendet werden, die jeweils rein durch das feuerfeste Material selbst begrenzt sind. Der Einsatz, der so hergestellt wurde, wird in die Bodenwandung eines Schmelzofens eingesetzt.

Nach dem zweiten Verfahren wird das feuerfeste Material von hoher Qualität im inneren Abschnitt einer Einsatzöffnung, die in der Bodenwandung eines Schmelzofens ausgebildet ist, eingesetzt, und gießbares feuerfestes Material von niedriger Qualität wird dann anschließend in den äußeren Abschnitt der Einsatzöffnung eingegossen oder eingeblasen.

Solche Einsätze der Herstellungsarten, wie sie gerade erläutert wurden, sind in den Fig. 6 und 7 beispielshaft verdeutlicht.

Der Einsatz 51, gezeigt in Fig. 6, der kegelstumpfförmig ausgebildet ist und eine sich allmählich verjüngende äußere Umfangsfläche aufweist, besitzt einen oberen oder Innenabschnitt 52, der aus einem feuerfesten Material von hoher Qualität, wie z. B. MgO-C, besteht und einen unteren oder äußeren Abschnitt 53, der aus einem feuerfesten Material von niedriger Qualität, wie z. B. aus MgO, besteht. Die zwei Abschnitte 52 und 53 berühren einander eng, wobei die gegenseitigen Kontaktflächen zickzackförmig ausgebildet sind. Der Einsatz 51 ist mit einem axialen Gaskanal 54 von verhältnismäßig großem Durchmesser versehen. Der Gaskanal 54 wird durch ein Rohr 55 aus rostfreiem Stahl od. dgl. Material gebildet bzw. begrenzt.

Der Einsatz 51′, gezeigt in Fig. 7, der ebenfalls kegelstumpfförmig ausgebildet ist und eine sich allmählich verjüngende Umfangsfläche aufweist, umfaßt ebenfalls einen oberen oder Innenabschnitt 52′, der aus einem feuerfesten Material von hoher Qualität, wie z. B. MgO-C, besteht und einen unteren oder äußeren Abschnitt 53′, der aus einem feuerfesten Material von niedriger Qualität, wie z. B. aus MgO, besteht. Die zwei Abschnitte 52′ und 53′ berühren einander eng, und die gegenseitigen Kontaktflächen verlaufen flach und horizontal. Der Einsatz 51′ besitzt eine Mehrzahl von Gaskanälen 54′, die jeweils einen verhältnismäßig kleinen Durchmesser aufweisen. Jeder Gaskanal 54′ besitzt ein unteres Ende, das mit einer Gasverteilungskammer 56 verbunden ist.

Fig. 8 zeigt einen Einsatz 51 nach Fig. 6, der in die Bodenwandung eines elektrischen Schmelzofens eingesetzt ist. Der Einsatz 51 wird durch eine Lage 57 eines insbesondere gießbaren feuerfesten Materials umgeben. Fig. 9 zeigt den Einsatz 51′ nach Fig. 7 bei seinem Einsatz in die Bodenwandung eines elektrischen Schmelzofens. Der Einsatz 51′ ist durch zwei Schichten 58 und 59 jeweils aus feuerfestem Material umgeben. Die obere oder innere Schicht 58 besteht z. B. aus einem gießbaren feuerfesten Material von hoher Qualität und die untere oder äußere Schicht 59 kann aus einem feuerfesten Material von niedriger Qualität bestehen, das weniger teuer ist. Die Anordnung gemäß Fig. 9 ist zur Verbesserung des Korrosionswiderstandes des Einsatzes und seiner Umgebung bei verhältnismäßig niedrigen Kosten nützlich.

Der Einsatz muß nicht stets aus einer Anordnung von besonders geformten Schamottsteinen od. dgl. bestehen, sondern kann wahlweise auch vollständig aus gießbarem feuerfestem Material bestehen. Dieser Typ von Einsätzen kann einen Innenabschnitt, bestehend aus einem gießbaren feuerfesten Material von hoher Qualität und einem Außenabschnitt, bestehend aus einem gießbaren feuerfesten Material von niedriger Qualität, bestehen. Eine Mehrzahl von Rohren kann in die feuerfesten Materialien eingebettet sein, um die notwendigen Gaskanäle zu bilden.

Die Beschreibung wird nun mit einigen speziellen Ausführungsbeispielen fortgesetzt, wobei Einsätze in einem 50- Tonnen-Elektroschmelzofen mit einer Preßbodenwanddicke von 700 mm vewendet wurden. Die Einsätze waren von der Art, wie sie in Fig. 6 gezeigt ist. Einer der Einsätze hatte einen Innenabschnitt mit einer Dicke von 250 mm, bestehend aus MgO-C und einen Außenabschnitt mit einer Dicke von 450 mm, bestehend aus MgO. Die Rohre waren vorher positioniert und die feuerfesten Materialien wurden eingeschüttet, um den Einsatz zu bilden.

Nach Betrieb des Schmelzofens unter Wiederholung von ungefähr 400 Schmelzzyklen oder Schmelzen war der Einsatz in einer Tiefe von ungefähr 100 mm abgetragen und wurde durch einen neuen ersetzt.

Obwohl die herkömmlichen Einsätze auch für ungefähr 400 Schmelzen bisher verwendbar waren, erwiesen sich die Kosten für einen Einsatz nach der vorliegenden Erfindung als etwa 40% niedriger als diejenigen eines herkömmlichen Einsatzes.

Ein anderer Einsatz nach der vorliegenden Erfindung hatte einen Innenabschnitt mit einer Dicke von 250 mm, bestehend aus MgO-C, und einen Außenabschnitt mit einer Dicke von 54 mm, bestehend aus Al₂O₃. Dieser Einsatz wurde ebenfalls um etwa 100 mm abgetragen und wurde ausgetauscht, als der Betrieb des Schmelzofens mit diesem Einsatz ungefähr 400 Schmelzen erreicht hatte. Die Kosten dieses Einsatzes betrugen ebenfalls nur ungefähr 40% derjenigen eines herkömmlichen Einsatzes.

Die Eigenschaften der verwendeten feuerfesten Materialien für die Einsätze, die gerade erwähnt wurden, sind in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 2 enthält verschiedene andere Kombinationen von feuerfesten Materialien, von denen erwartet wird, daß sie ähnliche Ergebnisse zeigen. Bezugnehmend auf Tabelle 2 zeigt sich, daß, wenn MgO-C für den Innenabschnitt irgendeines Einsatzes verwendet wird, die Vewendung von MgO-C ebenfalls für den Außenabschnitt keinerlei ökonomische Vorteile mit sich bringt. Bessere Ergebnisse können erhalten werden, wenn keine große Differenz im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den feuerfesten Materialien, die für den Innen- und Außenabschnitt verwendet werden, besteht.

Tabelle 1

Tabelle 2

Wenn das feuerfeste Material von hoher Qualität nur für den Innenabschnitt des Einsatzes verwendet wird, der dem Verschleiß unterworfen ist, während sein Außenabschnitt, der viel weniger einem Verschleiß unterworfen ist, aus einem feuerfesten Material von niedriger Qualität besteht, tragen die niedrigeren Kosten für das feuerfeste Material von niedriger Qualität zur Verminderung der Gesamtkosten für den Einsatz bei. Hierdurch werden die Wartungskosten für die Bodenwandung eines Schmelzofens, in der solch ein Einsatz installiert ist, reduziert, wie dies deutlich erläutert ist.

Ein oder mehrere nach der vorliegenden Erfindung gestaltete Einsätze können in der Bodenwandung eines elektrischen Schmelzofens, die aus einem Preßmaterial, insbesondere aus Trockenpreßmaterial, hergestellt ist, verwendet werden. Eine Lage Schamottziegel kann zwischen dem Einsatz und dem Preßmaterial verwendet werden. Das Preßmaterial kann leicht geformt werden, wenn es auch hinsichtlich seiner Feuerfestigkeit den Schamottziegeln etwas unterlegen sein kann. Daher kann es vorteilhaft dazu verwendet werden, zumindest einen mittleren Abschnitt der Bodenwandung zwischen ihren Innen- und Außenseiten zu bilden, in einem Gebiet, das angemessen von dem Einsatz getrennt ist. Während die Schamottziegel, die den Einsatz umgeben, eine mit der Feuerfestigkeit des Einsatzes vergleichbare Feuerfestigkeit nicht aufweisen müssen, müssen sie doch dem vedichteten bzw. Preßmaterial in ihrer Feuerfestigkeit überlegen sein. Die Lage an Schamottziegeln, die den jeweiligen Einsatz umgibt, hat vorzugsweise eine Querschnittsfläche von 0,4 bis 1,2 m². Es kann zwar möglich sein, diese Fläche aus einem einzelnen Schamottziegelteil herzustellen, diese Herstellung ist jedoch vom Standpunkt der Abmessungsgenauigkeit schwierig, und auch die Installation eines derartigen Kompaktschamotteiles ist schwierig. Es ist daher ratsam, eine Mehrzahl von Schamottziegeln zu verwenden und sie nacheinander unter Einschluß des Einsatzes anzuordnen. Die Verwendung von Schamottziegeln ist nicht auf das Gebiet, das den Einsatz umgibt, begrenzt, sondern kann sich in vorteilhafter Weise entlang der Innen- und Außenseiten oder irgendeines anderen Teiles der Bodenwandung des Schmelzofens fortsetzen. Es ist besonders wirksam, die Innenfläche der Bodenwandung des Schmelzofens mit Schamottziegeln auszukleiden, um den Schutz des verdichteten Preßmaterials, insbesondere in der Nähe des Einsatzes zu sichern.

Es wird nun auf die Fig. 10 bis 12 Bezug genommen, die ein Ausführungsbeispiel der Bodenwandung eines elektrischen Schmelzofens zeigen, wobei eine Mehrzahl von Einsätzen, die erfindungsgemäß ausgebildet sind, verwendet werden. Drei kegelstumpfförmige Einsätze 62, von denen jeder eine allmählich sich verjüngende Außenfläche aufweist, so daß die Mantellinien sich nach unten auseinanderspreizen, sind in der Bodenwandung 61 eingesetzt. Sie sind an den Eckpunkten einer gleichseitigen Dreiecksfläche, wie gezeigt in Fig. 11, angeordnet. Jeder Einsatz 62 besteht aus einem feuerfesten Material von verhältnismäßig hoher Qualität, wie z. B. aus MgO-C, und besitzt eine Mehrzahl von sich in Längsrichtung erstreckenden Gaskanälen 63. Jeder Einsatz 62 ist durch unterschiedlich geformte Schamottziegel und trockenes verdichtetes bzw. Preßmaterial 69 umgeben. Die Schamottziegel beinhalten einen oberen Schamottziegel 64 und einen unteren Schamottziegel 64′, die jeweils direkt den zugehörigen Einsatz 62 berühren und die einen zylindrischen Mantel bilden von regelmäßig achteckiger Außenkontur, wie in Fig. 11 gezeigt. Der Schamottziegel 64 ist vorzugsweise in seiner Qualität derjenigen des feuerfesten Materials des Einsatzes 62 vergleichbar oder nur leicht diesem unterlegen, da er dem Gas ausgesetzt ist, das durch den Einsatz 62 hindurchgeblasen wird.

Jeder der drei Schamottsteine 64 besitzt einen oberen Abschnitt, der durch das verdichtete Preßmaterial 69 umgeben ist. Eine Vielzahl von Schamottziegeln 65 ist entlang der Innenfläche der Bodenwandung rund um jeden Schamottstein 64 und zwischen jeweils zwei benachbarten Schamottziegeln 64 angeordnet. Jeder obere Schamottziegel 64 besitzt einen unteren Abschnitt, der durch einen Schamottziegel 65′ umgeben ist. Jeder untere Schamottziegel 64′ ist gleichermaßen durch den Schamottziegel 25′ umgeben. Die oberen und unteren Schamottziegel 65, 65′ sind im wesentlichen von der gleichen Qualität. Das untere Ende des Einsatzes 62 und die Unterseite des Schamottziegels 64′ liegen in einer Ebene miteinander und ruhen auf einer Stahlplatte 66, die die Außenseite der Bodenwandung 61 begrenzt bzw. bildet. Eine Lage eines feuerfesten Füllstoffes oder gewöhnlicher Gestell- bzw. Hochofensteine 67 liegt auf der Stahlplatte 66. Unterschiedlich geformte Ziegel 68 liegen auf den Gestell- bzw. Hochofensteinen 67 rund um die oberen und unteren Schamottziegel 65 und 65′. Die Wandabschnitte zwischen den Ziegeln 65 und 68 rund um die Schamottziegel 65 sind mit dem trockenen verdichteten Material 69, das von den Einsätzen 62 im wesentlichen durch die Schamottziegel 64 getrennt ist, verfüllt. Jeder Einsatz 62 ist an seinem unteren Ende mit einem Betätigungsgriffelement 70 verbunden, das ergriffen werden kann, um den Einsatz 62 in der Bodenwandung des Schmelzofens einzusetzen oder diesen daraus zu entnehmen. Eine Leitung 71 ist mit den Gaskanälen 63 verbunden, um diesen Gas zuzuführen, das in den Schmelzofen eingeblasen wird.

Die Verwendung von Schamottziegeln zwischen den Einsätzen und dem verdichteten Material, das die Bodenwandung eines elektrischen Schmelzofens der vorerwähnten Art bildet, trägt zur Verlängerung der Lebensdauer der verdichteten Bodenwandung bei, wenn diese von dem Einsatz abgetrennt gehalten ist. Die Verwendung des verdichteten Materials 69 kann die Zeit, die für den Aufbau des Schmelzofens erforderlich ist, erheblich verkürzen.

Claims

1. Einsatz für die feuerfeste Auskleidung eines elektrischen Veredelungsofens für Metallschmelzen, gekennzeichnet durch einen Feuerfestkörper mit einer Mehrzahl von sich in Längsrichtung erstreckenden Gasdurchgängen (23), durch welche Gas in das Innere des Veredelungsofens einblasbar ist, wobei jeder Gasdurchgang (23) mit einer rohrförmigen Auskleidung (25, 25′, 27) versehen ist, die zumindest in einem Abschnitt (27) aus einem elektrisch nicht leitenden Material besteht.

2. Einsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmige Auskleidung zwei in Längsrichtung voneinander beabstandete, elektrisch leitende Abschnitte (25, 25′) sowie einen elektrisch isolierenden Abschnitt (27) aufweist, der zwischen die leitfähigen Abschnitte (25, 25′), diese verbindend, eingesetzt ist, wobei die leitfähigen Abschnitte (25, 25′) und der isolierende Abschnitt (27) im wesentlichen den gleichen Innendurchmesser aufweisen.

3. Einsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuerfestkörper einen dem Inneren des Veredelungsofens zugewandten Innenabschnitt (52, 52′) aufweist, der aus einem feuerfesten Material von hoher Qualität besteht, und daß der Feuerfestkörper einen Außenabschnitt (53, 53′) aufweist, der aus einem Feuerfestmaterial von niedrigerer Qualität besteht.

4. Einsatz nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Metallgehäuse (C), welches den Feuerfestkörper mit Ausnahme eines Abschnittes nahe dem Inneren des Veredelungsofens umgibt.

5. Einsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuerfestkörper in einer Bodenwandung (42, 61) des Veredelungsofens eingesetzt ist, wobei diese Bodenwandung einen den Feuerfestkörper umgebenden Abschnitt in unmittelbarer Berührung mit demselben aufweist, der aus speziell geformten Feuerfestmaterialien besteht, und einen weiteren Abschnitt aufweist, der von dem Feuerfestkörper entfernt ist und aus einem verdichteten Material besteht.