DE3726646C2 - Reaktionsgefäß zur Stahlbehandlung insbesondere nach dem Vakuumumlaufverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein vakuumdichtes Reaktionsgefäß mit einer Auskleidung aus feuerfestem Material zum Ein­ tauchen in Stahlbehandlungspfannen, inbesondere im Rahmen einer Stahlbehandlung nach dem Vakuumumlaufverfahren, bestehend aus einem Gefäßoberteil, einem Gefäßunterteil und Eintauchrohren, wobei die Bauteile über Flanschringe und diese zusammenziehende Klammerschrauben miteinander verbunden sind.

Bei der Behandlung von Stahl im Vakuumumlaufverfahren wird das Reaktionsgefäß mit seinen Eintauchrohren in die mit flüssigem Stahl gefüllte Pfanne getaucht und im Reaktionsgefäß ein entsprechendes Vakuum eingestellt. Aufgrund der Eindüsung von Fördergas erfolgt ein Umlauf der Stahlschmelze von der Pfanne über die Eintauchrohre durch das Reaktionsgefäß. Aufgrund der dabei gegebenen unter­ schiedlichen Beanspruchung der feuerfesten Auskleidung des Reaktionsgefäßes müssen das Schnorchelteil (Eintauchrohre) und das Gefäßunterteil bzw. Gefäßoberteil jeweils nach unterschiedlichen Standzeiten gewechselt werden.

Bei diesem Wechsel von Gefäßteilen ergibt sich das Problem, im Trennfugenbereich zwischen den Einzelteilen jeweils einerseits eine gute Vakuumabdichtung und andererseits gleichzeitig eine dichtverlegte Feuerfestzustellung einzurichten. Bei bekannten Reaktionsgefäßen sorgen für die Vakuumabdichtung außen an den Gefäßteilen sitzende Flansche, die über Klammerschrauben unter eine entsprechende Pressung gesetzt werden; im Inneren werden die Trennfugen zwischen den in der Regel aus unterschiedlichem Feuerfest­ material bestehenden Auskleidungen der Gefäßteile mit einem Mörtel belegt.

Obwohl die feuerfeste Auskleidung nach ihrer Einbringung einer Vorwärmung ausgesetzt und damit vorgetrocknet wird, ist den meist basischen Feuerfestzustellungen im Verlauf der weiteren Aufheizung des Reaktionsgefäßes auf die erforderliche Betriebstemperatur eine relativ starke Wärmeausdehnung zu eigen, die zu einer starken, aufspreizenden Belastung der durch die Klammerschrauben verbundenen Flansche der Gefäßteile führt. Somit ist bei bekannten Reaktionsgefäßen der Nachteil festzustellen, daß entweder bei zu groß belassenem Spielraum zwischen den Auskleidungen der Gefäßteile im Trennfugenbereich die Anschlüsse nicht hinreichend abgedichtet sind, oder daß aufgrund des starken, von der Feuerfestzustellung ausgehenden Ausdehnungsdruckes die Vakuumabdichtung im Bereich der Hauptflansche nicht ausreichend sicher­ gestellt werden kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die gegenseitige Abdichtung der Geräteteile bei einem gattungs­ gemäßen Reaktionsgefäß derart zu verbessern, daß sich in allen Betriebszuständen ein vakuumdichtes Anliegen der Flansche ergibt.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich einschließlich vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen aus dem Inhalt der Patentansprüche, welche dieser Beschreibung vorangestellt sind.

Mit der Erfindung ist der Vorteil verbunden, daß sich beim Aufsetzen des jeweiligen Gefäßteiles auf das tragende Gefäßteil, beispielsweise des Gefäßoberteiles auf das Gefäßunterteil, aufgrund des Überstandes des betreffenden oberen Flanschringes ein Zusammendrücken des U-förmigen Kompensatorringes ergibt, so daß der Kompensatorring unter eine Vorspannung kommt. Erfolgt anschließend aufgrund der Ausdehnung der Feuerfestzustellung ein Spreizen der Flanschverbindung, so kann der obere Flanschring des unteren Gefäßteiles dem Hauptflansch des aufgesetzten Gefäßteiles aufgrund der Vorspannung des Kompensatorringes folgen, wodurch ständig eine sichere Anlage der Flansche aneinander gewährleistet ist.

Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, im Bedarfsfall die federnde Spreizwirkung des U-förmigen Kompensatorringes durch Einschlagen von Keilen in die U-Beuge zu verbessern, wobei sich der Keil auf einem in der U-Beuge des Kompensatorringes gegebenenfalls vorgesehenen Stützring abstützen kann.

Im Hinblick auf die zusätzliche Verbesserung der Vakuum­ dichtheit ist auf der Oberseite des oberen Flanschringes eine umlaufende Dichtungsschnur angeordnet, welche die Oberfläche des Flanschringes um ein gewisses Maß übersteigt und beim Aufsetzen des oberen Gefäßteiles entsprechend zusammengedrückt wird.

Schließlich kann der Hauptflansch kühlbar eingerichtet sein, um die Materialbeständigkeit der Flanschverbindungen zu verbessern.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben, welche nachstehend beschrieben sind. Es zeigen:

Fig. 1 ein Reaktionsgefäß in einer schematischen Dar­ stellung,

Fig. 2 in einer vergrößerten Einzeldarstellung eine Flanschverbindung zwischen zwei Gefäßteilen mit großer Mörtelfuge,

Fig. 3 den Gegenstand der Fig. 2 bei Feuerfestabschluß ohne Fuge,

Fig. 4 den Gegenstand der Fig. 2 mit eingeschlagenen Spreizkeilen.

Ein Reaktionsgefäß 10 besteht aus einem Gefäßoberteil 11, einem Gefäßunterteil 13 mit Durchlaufrohren 14 und an letzteren angeschlagenen Eintauchrohren bzw. Schnorcheln 15; das Gefäß ist oben mit einer Deckelhaube 16 verschlossen, die einen Saugstutzen 12 aufweist. Die Einzelteile weisen je­ weils Hauptflansche 17 auf, die über am Umfang des Gefäßes verteilt angeordnete Klammerschrauben 18 miteinander ver­ bunden und unter eine entsprechende Pressung gesetzt werden.

Der jeweils obere Flansch 17 des beim Zusammenbau als unteres Einzelteil anzusprechenden Oberteiles 11, des Unterteiles 13 sowie jedes Schnorchels 15 weist zusätzlich zu dem Hauptflansch 17 noch einen oberen Flanschring 19 auf, der mit dem Hauptflansch 17 über einen Kompensatorring 20 verbunden ist.

Anhand der Fig. 2, 3 ist die Flanschverbindung der Gefäßteile 15, 13 einschließlich der Durchlaufrohre 14 im einzelnen erläutert.

Der Kompensatorring 20 ist nach Art eines liegenden U angeordnet, dessen Öffnung auswärts gerichtet ist, so daß im Außenbereich die U-Schenkel gegeneinander beweglich, vorzugsweise federnd beweglich sind. Der untere U-Schenkel 21 des Kompensatorringes 20 liegt auf dem Hauptflansch 17 des unteren Gefäßteiles 15 auf und ist mit diesem fest verbunden, während der obere U-Schenkel 22 in seinem äußeren Bereich den Flanschring 19 trägt. Wie sich bei­ spielsweise aus der Fig. 2 noch ergibt, überragt die Oberkante des oberen Flanschringes 19 den oberen Rand des in diesem Falle unteren Gefäßteiles 15 um ein geringes Maß (x).

Zwischen den U-Schenkeln 21, 22 ist ein Stützring 23 angeordnet, der das Einfedern des U-Schenkels 22 begrenzt und nach dem Ausführungsbeispiel entsprechend der Fig. 4 als Widerlager für gegebenenfalls einzuschlagende Spreiz­ keile 24 dient, die zur Unterstützung der spreizenden Federwirkung der U-Schenkel 21, 22 vorgesehen sind.

Um die Abdichtung der Flanschverbindung 17, 19 zu ver­ bessern, weist der obere Flanschring 19 an seiner Ober­ seite eine Ausnehmung 25 auf, in welche eine Dichtungs­ schnur 26 eingelegt ist, deren Höhe die Oberkante des Flanschringes 19 um ein gewisses Maß überragt. Weiterhin weist der Hauptflansch 17 einen Kühlkanal 27 zur Durch­ leitung eines Kühlmittels auf.

Die Flanschverbindungen zwischen den weiteren Gefäßteilen 11, 16 bzw. 13, 11 können entsprechend ausgebildet sein.

Nach Aufsetzen der zu verkoppelnden Gefäßteile aufeinander wird aufgrund des eingestellten Überstandes des jeweiligen Flanschringes 19 dieser niedergedrückt, wodurch der Kompensatorring 20 mit seinem federnden U-Schenkel 22 unter eine Vorspannung gesetzt wird. Anschließend wer­ den an den Hauptflanschen 17 die Klammerschrauben 18 angesetzt und angezogen, so daß sich eine feste Anlage der Flanschverbindung ergibt. Hierbei wird gleichzeitig die Vorspannung im Bereich des Kompensatorringes 20 erhöht, wie auch die Dichtungsschnur 26 in einer die Vakuumdichtheit der Teileverbindung gewährleistende Anlage gedrückt.

Kommt es nun bei der Aufheizung des Gefäßes auf Betriebs­ temperatur im Innern des Gefäßes 10 zu einer thermisch bedingten Ausdehnung der im einzelnen nicht dargestellten Feuerfestzustellung an der Gefäßinnenseite, so gerät die Flanschverbindung 17, 19 unter einen Spreizdruck, wobei jedoch der obere Flanschring 19 einer entsprechenden Bewegung des unteren Hauptflansches 17 des oberen auf­ gesetzten Gefäßteiles aufgrund der gegebenen Vorspannung des Kompensatorringes 20 federnd folgt, ohne daß die Flanschverbindung 17 mit den Klammerschrauben 18 nachge­ spannt werden müßte. Dabei sorgt die Dichtung 26 aufgrund der Anlage zwischen dem oberen Flanschring 19 und dem unteren Hauptflansch 17 des aufgesetzten Gefäßteiles für eine permanente Vakuumabdichtung.

Kommt es im Bereich der Kompensatorwelle zu Ermüdungs­ erscheinungen des Materials, was insbesondere im Bereich der Flanschverbindung zwischen Unterteil 13 und Eintauch­ rohren 15 wegen der dort herrschenden sehr hohen Temperaturen und auch wegen der aufgrund der geringeren Standzeiten häufiger notwendigen Auswechslungen der Fall sein kann, sind beim Aufsetzen des Gefäßoberteils in die offene U-Beuge des Kompensatorringes 20 Spreizkeile 24 einzu­ setzen, die während des Aufheizungsvorganges des Reaktor­ gefäßes nachgeschlagen werden können und so die federnde Spreizwirkung des Kompensatorringes 20 unterstützen, so daß auch dann eine sichere Anlage des oberen Flansch­ ringes 19 an der Unterkante des Hauptflansches 17 des aufgesetzten Gefäßteiles gewährleistet ist (Fig. 4). Hierbei können, wie nicht weiter dargestellt, Spreizkeile mit einem unterschiedlichen Steigungswinkel vorgesehen sein; werden die Spreizkeile bei noch nicht angezogenen Klammerschrauben bereits eingesetzt, so weisen diese eine größere Steigung auf; sind die Klammerschrauben im Betriebszustand schon angezogen und stellt sich dann erst ein Bedürfnis nach einer verbesserten Spreizwirkung des Kompensatorringes 20 heraus, so können auch nachträg­ lich dünnere Spreizkeile zwischen den federnden U-Schenkel 22 und den Stützring 23 des Kompensatorringes 20 einge­ schlagen werden.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Patentansprüchen, der Zusammenfassung und der Zeichnung offenbarten Merkmale des Gegenstandes dieser Unterlagen können einzeln als auch in beliebigen Kombinationen untereinander für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Claims (7)

1. Vakuumdichtes Reaktionsgefäß mit einer Auskleidung aus feuerfestem Material zum Eintauchen in Stahl­ behandlungspfannen, inbesondere im Rahmen einer Stahlbehandlung nach dem Vakuumumlaufverfahren, bestehend aus einem Gefäßoberteil, einem Gefäßunter­ teil und Eintauchrohren, wobei die Bauteile über Flanschringe und diese zusammenziehende Klammerschrauben miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen Hauptflansche (17) der zugeordneten jeweils unteren Gefäßteile (11, 13, 15) einen ge­ sonderten oberen, auf dem federnden Ende eines zwischen­ geschalteten Kompensatorringes (20) aufsitzenden Flanschring (19) aufweisen, der in der unbelasteten Stellung des Flansches (17, 19) den oberen Rand des jeweils unteren Gefäßteiles (11, 13, 15) leicht überragt.

2. Reaktionsgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensatorring (20) U-förmig ausgebildet ist, und dessen einer U-Schenkel (21) mit dem Haupt­ flansch (17) verbunden ist, und dessen freier, federn­ der U-Schenkel (22) den oberen Flanschring (19) trägt.

3. Reaktionsgefäß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen den U-Schenkeln (21, 22) des Kompensatorringes (20) ein Spreizkeil (24) angeordnet ist.

4. Reaktionsgefäß nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den U-Schenkeln (21, 22) des Kompensatorringes (20) ein Stützring (23) angeordnet ist.

5. Reaktionsgefäß nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich der Spreizkeil (24) zwischen dem Stützring (23) und dem federnden Schenkel (22) des Kompensatorringes (20) abstützt.

6. Reaktionsgefäß nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Flanschring (19) eine Ausnehmung (25) zur Aufnahme einer Dichtung (26) aufweist, deren Höhe die Tiefe der Ausnehmung (25) um ein gewisses Maß übersteigt.

7. Reaktionsgefäß nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptflansch (17) über einen daran ausgebildeten Kühlkanal (27) kühlbar ist.