DE3809828A1 - Spuelstein - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Spülstein zum Einbringen von Gasen und/oder festen Reaktions- und Zusatzstoffen in ein metallurgisches Schmelzgefäß.

Spülsteine werden vorzugsweise in die Wand oder den Boden eines metallurgischen Schmelzgefäßes (zum Beispiel Elektroofen, Konverter, Tundish, Pfanne) und hier meist mittels eines Lochsteins eingesetzt. Über bekannte Gasspülsteine, wie sie zusammenfassend zum Beispiel in "Radex Rundschau, 1987, 288" beschrieben sind, lassen sich Feststoffe, auch wenn sie noch so feinteilig sind, nicht einblasen, weil die feine Porosität derartiger Gasspülsteine schnell zu einer Verstopfung und damit Funktionsuntüchtigkeit der Einrichtung führen würde.

Zum Beispiel in der DE-OS 35 20 207 ist ein Spülstein beschrieben, der zum Einblasen von Gasen oder Fest­ stoffen in eine Metallschmelze enthaltende Pfanne dienen soll. Der Spülstein besitzt einen mittigen, großen Durchlaßkanal, durch den Gase oder Feststoffe eingeblasen werden sollen. Eine solche Vorrichtung ist in der Praxis nicht einsetzbar, weil bei dieser Größe eines Durchlaßkanals ohne weiteres Metallschmelze in den Spülstein eindringen und die Einrichtung zerstören würde. Ein im wesentlichen baugleicher Spülstein ergibt sich auch aus der DE-OS 14 33 398.

Allerdings besteht ein dringendes Bedürfnis, auch Fest­ stoffe in die Metallschmelze einzudüsen, insbesondere zum Entschwefeln. Derartige Feststoffe sind Feinkalk oder Gemische aus Feinkalk und Soda, aber auch Calcium­ carbid (CaC₂) oder Kalkstickstoff (CaCN₂).

Während es in feststehenden Schmelz-, Frisch- oder Behandlungsaggregaten möglich ist, einen kontinuierlichen Gasdruck auf ein Spülsystem anzulegen, ist es zum Beispiel bei einem Transportgefäß, wie einer Pfanne, nicht mög­ lich, ein Gasspülsystem über die gesamte Verweilzeit der Schmelze im Gefäß mit Gas zu versorgen. In solchen Fällen werden häufig sogenannte Blas- oder Tauchlanzen eingesetzt, über die auch Feststoffe eingeblasen werden können. Derartige Vorrichtungen beschreiben unter anderem die deutschen Gebrauchsmuster 86 22 299 oder 86 26 930. Der in die Metallschmelze eintauchende Teil der Blas­ lanze ist erheblichen thermischen und mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt, worauf in den genannten Gebrauchsmustern mehrfach hingewiesen wird. Wenn aber zum Beispiel Risse den Lanzenkern erreichen, ist die Blaslanze unbrauchbar und muß ausgewechselt werden. Die verbrauchte Lanze kann nicht wieder verwendet werden, obwohl ein nicht unbeträchtlicher Abschnitt der Um­ mantelung gegebenenfalls noch funktionstüchtig wäre.

Darüber hinaus ist es bekannt, Verschlußsysteme für die genannten metallurgischen Schmelzgefäße so auszu­ bilden, daß zusätzlich Gas in den Weg der Metallschmelze eingedüst werden kann. Einen solchen Vorschlag zeigt zum Beispiel die US-PS 32 53 307, wo der Ausguß mit einem Stopfen abgedichtet wird, gleichzeitig aber auch im Ausgußstein radiale Gaszuführöffnungen vorgesehen sind, über die Gas in den Weg der Metallschmelze ein­ strömen kann.

Auch in der DE-OS 35 12 907 ist eine Ausgußhülse mit einem gaspermeablen inneren Einsatzring ausgebildet, über den Gas in den Durchlaßkanal eingedüst wird, während gleichzeitig unterhalb dieser Vorrichtung ein konventioneller Schieberverschluß angeordnet ist.

Sämtliche der vorgenannten Vorrichtungen sind relativ kompliziert aufgebaut und erlauben bezüglich der Be­ handlung der Stahlschmelze mit Inertgas beziehungsweise festen Reaktions- und Zusatzstoffen nur eine beschränkte Dosiermöglichkeit. Dies wirkt sich insbesondere - wie oben ausgeführt - bei einem Einsatz in Transportgefäßen nachteilig aus.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Spülstein zum Einbringen von Gasen, insbesondere Inertgasen und/oder festen Reaktions- und Zusatzstoffen in Pulver- oder Drahtform anzubieten, der einerseits einfach aufgebaut ist und andererseits eine gute Dosier­ möglichkeit insbesondere auch beim Einsatz für Transport­ gefäße bietet. Insbesondere soll der Spülstein die beschriebenen Nachteile bekannter Gasspülsteine, Lanzen und Verschlußsysteme vermeiden, um den Spülstein weiteren Anwendungsbereichen zugänglich zu machen.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die bisher bekannten Spülsteine besonders deshalb die be­ schriebenen Nachteile aufweisen, weil sie ortsfest in zugehörigen Lochsteinen angeordnet sind und inso­ weit - unabhängig vom jeweiligen Gasdruck - mit ihrem porösen Abschnitt beziehungsweise den entsprechenden Gaskanälen in direkter Verbindung mit der Metallschmelze stehen. Es besteht dann sofort die Gefahr von Metall­ schmelzeinfiltrationen, sobald der aufgebrachte Gas­ druck unter den ferrostatischen Druck der Metallschmelze sinkt.

Die Erfindung hat weiter erkannt, daß dieser Nachteil dadurch beseitigt werden kann, daß der Gasspülstein so ausgebildet wird, daß er axial verschiebbar im Boden oder der Wand eines metallurgischen Schmelzgefäßes angeordnet wird.

Die Erfindung beschreibt in ihrer allgemeinsten Ausführungs­ form einen Spülstein zum Einbringen von Gas- und/oder festen Reaktions- und Zusatzstoffen in ein metallurgisches Schmelzgefäß, der an einem Ende an eine Gasleitung sowie eine Antriebseinrichtung anschließbar ist und an seinem anderen Ende mindestens eine, von der Umfangs­ fläche aus verlaufende Auslaßöffnung aufweist, die in wenigstens einen, an die Gasleitung anschließbaren Gaskanal mündet.

Soweit nachstehend von "oben" beziehungsweise "unten" oder von "oberem" und "unterem" Ende gesprochen wird, so beziehen sich diese Angaben auf die Anordnung des Spülsteins bei einem metallurgischen Schmelzgefäß. Bei einer bodenseitigen Anordnung ist danach "oben" immer die Seite, die der Metallschmelze direkt zugewandt ist.

Der grundlegende Unterschied gegenüber konventionellen Spülsteinen besteht darin, daß der Spülstein jetzt an dem Ende, das später in einen Lochstein hineinragt, mindestens eine Auslaßöffnung aufweist, über die zum Beispiel ein Inertgas wie Argon in die Metallschmelze eingedüst werden kann. Diese Möglichkeit besteht natür­ lich nur dann, wenn der Spülstein im Lochstein so ange­ ordnet ist, daß zumindest eine Auslaßöffnung oberhalb des Lochsteins im Bereich der Metallschmelze steht, während sich eine Verschlußfunktion dadurch einstellen läßt, daß der Spülstein und damit dessen Auslaßöffnung soweit abgesenkt wird, daß die Auslaßöffnung gegen die Innenwand des Spülsteins dichtend anliegt.

Dabei sind grundsätzlich zwei verschiedene Zuordnungen des Spülsteins zum Lochstein möglich. In einer ersten Variante ist der Spülstein dabei wie ein Stopfen ausge­ bildet, der an seinem unteren Ende, dort, wo bei einem Stopfen der Stopfenkopf sitzt, die genannte(n) Ausfluß­ öffnung(en) aufweist, während sich der Gaskanal vom Bereich der Auslaßöffnung(en) nach oben erstreckt und oberhalb des Spiegels der Metallschmelze ist die Vor­ richtung dann zum einen an eine entsprechende Halte- und Hubvorrichtung angelenkt, zum anderen an eine Gas­ zuführleitung angeschlossen.

Je nachdem, ob der untere Teil der Vorrichtung voll­ ständig in den zugehörigen Lochstein des metallurgischen Gefäßes abgesenkt ist oder mit einer oder mehreren Ausflußöffnungen über den Lochstein nach oben in die Metallschmelze vorragt, kann das über die Gasleitung zugeführte Gas in die Metallschmelze eingespült werden beziehungsweise wird die Gaszuführung unterbrochen. Wichtig dabei ist, daß zumindest das untere freie Ende der Vorrichtung stets im zugehörigen Lochstein angeordnet ist und damit die Vorrichtung insgesamt eine sichere Führung erhält. Bei einer Ausführungsform mit mehreren Auslaßöffnungen in unterschiedlicher (axialer) Zuordnung können so je nachdem, wie weit die Vorrichtung in den zugehörigen Lochstein eingeschoben ist, unterschiedliche Gasmengen (entsprechend der Zahl der gegenüber der Metallschmelze offenen Auslaßöffnungen) in die Metall­ schmelze eingedüst werden.

In der zweiten Ausführungsvariante ist vorgesehen, daß die Auslaßöffnung(en) am oberen Ende des Spülsteins angeordnet sind, wobei dann die Restlänge des Spülsteins nach unten aus dem Lochstein vorragt und der Gaskanal gleichfalls sich zum unteren stirnseitigen Ende des Stopfens hin erstreckt und dort an eine Gasleitung angeschlossen wird. Dabei ist dann selbstverständlich unterhalb des Bodens des metallurgischen Schmelzge­ fäßes eine Hubeinrichtung angeordnet, um den Spülstein aus der abdichtenden Position gegenüber dem Lochstein nach oben anzuheben und dabei die Auslauföffnungen freizugeben beziehungsweise abzusenken und die Auslauf­ öffnungen wieder in abdichtende Anlage gegenüber dem Lochstein zu bringen.

Aufgrund der vorstehenden Ausführungen ergibt sich ohne weiteres, daß die Querschnittsform des Spülsteins zumindest im Bereich der Auslaßöffnung(en) der des Lochsteins entsprechen muß, so daß der Spülstein ohne Spiel im Lochstein bei flächiger Anlage der korres­ pondierenden Oberflächen geführt werden kann. So wird sicher verhindert, daß Metallschmelze seitlich zwischen Spülstein und Lochstein unkontrolliert auslaufen kann. Vorzugsweise werden Spülstein und Lochstein an ihren korrespondierenden Abschnitten mit einem Kreisquer­ schnitt ausgebildet, was sowohl herstellungstechnisch als auch bezüglich der Dichtfunktion ein Optimum dar­ stellt. Ebenso wären aber auch ovale oder rechteckige Querschnittsformen denkbar.

Weitere Ausbildungsformen des Spülsteins werden nach­ stehend beschrieben. Zuvor wird jedoch noch eine zu­ sätzliche Verwendungsmöglichkeit des Spülsteins aufge­ zeigt.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich nämlich von dessen unterem, stirnseitigen Ende mindestens ein weiterer Kanal axial nach oben, der im Abstand zu seinem unteren, offenen Ende in min­ destens eine, zur Umfangsfläche hin offene Zuführöffnung übergeht.

Dieser weitere Kanal beziehungsweise die zugehörigen Zuführöffnungen dienen dabei nicht der Zuführung von Gasen oder festen Reaktions- und Zusatzstoffen, sondern zur Durchführung von Metallschmelze.

In Anlehnung an die vorhergehende Funktionsbeschreibung der Zuordnung des Spülsteins im zugehörigen Lochstein kann bei dieser Ausführungsform der Spülstein gleich­ zeitig die Funktion eines Verschluß-/Auslauforgans für die Metallschmelze übernehmen. In der "angehobenen" Position stehen dann nämlich nicht nur die Auslaßöffnungen für das Gas in direkter Verbindung mit der Metallschmelze, sondern auch die genannten Zuführöffnungen, über die Metallschmelze in den Spülstein hineinläuft, die dann nach unten über den weiteren Kanal aus dem metallur­ gischen Schmelzgefäß abgeführt wird. Umgekehrt ergibt sich in "abgesenkter" Position des Spülsteins eine Verschlußstellung, weil jetzt die Zuführöffnungen nicht mehr in Verbindung mit der Metallschmelze stehen, sondern dichtend gegenüber der korrespondierenden Wand des Lochsteins anliegen.

Wenngleich es grundsätzlich möglich ist, die verschie­ denen Kanäle/Öffnungen für das Gas und die Metallschmelze so anzuordnen, daß sie ineinander münden wird doch eine Ausführungsform bevorzugt, bei der der Gaskanal und die Auslaßöffnung(en) im Abstand zum weiteren Kanal und den zugehörigen Zuführöffnungen angeordnet sind. Je nachdem, in welcher Höhe (in axialer Richtung des Spülsteins betrachtet) die jeweiligen Zuführ-/Auslaß­ öffnungen dann angeordnet sind, kann entweder nur gespült werden (dies schließt die Zuführung von entsprechenden festen Reaktions- und Zusatzstoffen ein) oder nur Schmelze aus dem metallurgischen Schmelzgefäß abgeführt werden oder aber - was besonders bevorzugt ist - beide Maß­ nahmen können miteinander kombiniert werden.

Wenn, nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung, die Zuführöffnungen und/oder Auslaßöffnungen im wesentlichen radial von der Umfangsfläche des Spül­ steins aus verlaufen und der zugehörige Gaskanal be­ ziehungsweise der weitere Kanal axial angeordnet sind, ergeben sich mögliche Ausführungsformen, bei denen der Gaskanal im wesentlichen parallel zum weiteren Kanal verläuft, der Gaskanal jedoch in einer anderen (in axialer Richtung betrachtet) Ebene endet und dabei dann möglicherweise zwischen den Zuführkanälen des weiteren Kanals verläuft oder umgekehrt.

Nachstehend sind einige Merkmale aufgeführt, die den Spülstein bezüglich seiner Auslaufeinrichtung für die Metallschmelze weiterbilden:

• - Anstelle eines zylinderförmigen Kanals kann dieser auch zum unteren Auslaufende hin konisch sich ver­ jüngend ausgebildet sein, wie auch der gesamte Spül­ stein, wodurch gleichzeitig eine Zentrierung des Gießstrahls möglich wird.
• - Sind die Zuführöffnungen in Axialrichtung des Spül­ steins gesehen mit einem länglichen Öffnungsmund ausgebildet, wobei vorzugsweise das obere und/oder untere Ende keilförmig sich verjüngend ausgebildet sind, wird vor allem die Regelcharakteristik und das Auslaufverhalten der Metallschmelze begünstigt.
• - Wenn die Zuführöffnungen eine gewisse Neigung zum auslaßseitigen Ende des Spülsteins aufweisen, wird sichergestellt, daß auch in der Verschlußstellung sämtliche Restschmelze nach unten ausläuft.
• - Eine zusätzliche Dichtfläche kann dadurch geschaffen werden, daß der Spülstein an seinem mit den Zuführ­ öffnungen versehenen Abschnitt mit einem sich zum unteren offenen Ende des weiteren Kanals hin ver­ jüngenden kegelstumpfförmigen Abschnitt ausgebildet wird.
• - Bei einer Ausführungsform, bei der der Gasspülstein von oben eingeführt wird ist es vorteilhaft, ober­ halb des mit den Zuführöffnungen versehenen Abschnitts den Spülstein mit einer glockenartigen Verdickung auszubilden. Hierdurch wird ein Ausflußwirbel im Inneren des metallurgischen Schmelzgefäßes vermieden oder zumindest weitestgehend reduziert und damit ein Mitreißen von möglichen nichtmetallischen Ein­ schlüssen verhindert. Hierdurch kann auch eine weitest­ gehend horizontale Einströmung der Metallschmelze in die seitlichen Zuführöffnungen sichergestellt werden. Diese Ausführungsform läßt sich auch reali­ sieren bei einem Gasspülstein, der von unten in den Lochstein hineinragt, wobei dann der glocken­ förmige Abschnitt stets oberhalb des oberen Endes des Lochsteins verbleibt.
• - Wird der Spülstein von unten eingesetzt und ist eine Hubanordnung unterhalb des Lochsteins vorgesehen, wird die direkte Anschließung eines Tauch- oder Schattenrohres ermöglicht, das sogar integral mit dem Spülstein ausgebildet sein kann.

Die vorstehend genannten Merkmale bieten auch in bezug auf die Kanäle zur Gasdurchführung beziehungsweise Einleitung von festen Reaktions- und Zusatzstoffen im wesentlichen die gleichen Vorteile.

Für die Ausführungsvariante, bei der die Hubeinrichtung für den Spülstein unterhalb des Lochsteins angeordnet ist, bietet die Erfindung eine besonders vorteilhafte Ausführungsform für die Hubeinrichtung an. Dazu wird vorgeschlagen, die Hubeinrichtung (Betätigungseinrichtung) aus mehreren, unter Vorspannung stehenden Pneumatik­ zylindern auszubilden, die bei Erreichen eines vorgeb­ baren Druckes den Spülstein soweit nach oben fahren, daß die Auslaßöffnungen und/oder Zuführöffnungen gegen­ über der Schmelze im metallurgischen Schmelzgefäß frei­ liegen und bei Unterschreiten des Druckes den Spülstein soweit absenken, daß seine Auslaßöffnungen und/oder Zuführöffnungen gegenüber dem den Spülstein aufnehmen­ den feuerfesten Material des Bodens oder der Wand (also gegenüber dem Lochstein) des metallurgischen Schmelz­ gefäßes dichtend anliegen. Die Pneumatikzylinder weisen dabei vorzugsweise einen Zylinder auf, in dem an einen Kolben angelenkte Federn angeordnet sind.

Vorzugsweise wird der Pneumatikzylinder dabei von derselben Gasleitung mit Gas unter Druck beaufschlagt, die auch in den Gaskanal mündet. Vorzugsweise wird dann die Vorspannung des Pneumatikzylinders so eingestellt, daß der zum Anheben des Spülsteins notwendige Gasdruck mindestens dreißig Prozent, vorzugsweise mindestens fünfzig Prozent höher als der ferrostatische Druck am korrespondierenden Boden beziehungsweise der Wand des metallurgischen Schmelzgefäßes ist.

Dies führt dazu, daß sich der Spülstein erst dann aus seiner Schließstellung gegenüber dem Lochstein in die "Offenstellung" löst, wenn über die Gasleitung ein entsprechender Gasdruck aufgebracht wird. Umgekehrt hat dies zur Folge, daß sich der Spülstein automatisch wieder in die Verschließstellung absenkt, sobald der Gasdruck in der Gasleitung beziehungsweise dem Gaskanal wieder unterhalb des genannten Wertes absinkt.

Damit stellt die Erfindung quasi eine selbsttätig arbeiten­ de Hubeinrichtung zur Verfügung und stellt gleichzeitig sicher, daß das über den Gaskanal eingespülte Gas stets einen oberhalb des ferrostatischen Druckes liegenden Druck aufweist und insoweit Metallschmelzeinfiltrationen in die Auslaßöffnungen sicher verhindert werden.

Diese Ausführungsform des Spülsteins wird anhand der beigefügten Zeichnung nachstehend noch näher erläutert.

Der erfindungsgemäße Spülstein ermöglicht nicht nur Gase in die Metallschmelze einzuspülen, sondern auch feste Reaktions- und Zusatzstoffe einzudüsen. Diese können sowohl in Pulverform getrennt oder zusammen mit dem Gasstrom eingespeist werden. Es ist aber auch möglich, die Feststoffe als Draht über den Gaskanal beziehungsweise die Auslaßöffnungen in die Metallschmelze einzuspulen. Aufgrund der beschriebenen Möglichkeit, den Spülstein in eine völlige Verschlußstellung gegen­ über der Metallschmelze zu führen entfällt bei dieser Ausführungsform die Notwendigkeit, weitere Maßnahmen vorzusehen, um ein Eindringen von Metallschmelze in den Kanal, über den der Draht eingeführt wird, zu ver­ hindern. Es ist selbstverständlich, daß der "Gaskanal", wenn er zur Eindüsung von pulverförmigen Feststoffen beziehungsweise zum Einführen eines Drahtes benutzt wird, eine entsprechende Öffnungsweite aufweisen muß und der Übergangsbereich vom "Gaskanal" zu der oder den Auslaßöffnungen entsprechend homogen gestaltet sein muß, um den Draht leicht hindurchführen zu können.

Das Matrixmaterial des Spülsteins selbst kann aus einem gasundurchlässigen feuerfesten keramischen Material bestehen, zum Beispiel aus gebrannten oder kohlenstoff­ gebundenen beziehungsweise kohlenstoffhaltigen feuer­ festen Oxiden. Ebenso sind aber auch Werkstoffe auf der Basis zu Zirkondioxid oder Aluminiumoxid beziehungs­ weise Magnesiumoxid möglich.

Bei einer Ausführungsform, bei der das Matrixmaterial aus einem porösen, gasdurchlässigen feuerfesten kera­ mischen Werkstoff besteht, kann dieses - analog konven­ tioneller Spülsteine - selbst auch zur Durchführung von Gas genutzt werden, wobei dann vorzugsweise auf bekannte Weise unterhalb des Gasspülsteins eine Gas­ verteilkammer vorgesehen wird, die über eine getrennte Gaszuführleitung versorgt wird. Der Spülstein ist dann vorzugsweise zumindest im Bereich der Gasverteilkammer blechummantelt ausgebildet und besteht in seinem, mit der Metallschmelze in Kontakt tretenden Abschnitt, aus einem gasundurchlässigen feuerfesten Material, zum Beispiel der vorstehend genannten Art. Hierdurch wird eine Metallschmelzeinfiltration in das ansonsten poröse feuerfeste Material sicher verhindert.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Patentansprüchen sowie den sonstigen Anmeldungsunterlagen.

Die Zeichnung zeigt in stark schematisierter Schnitt-Dar­ stellung verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gasspülsteins, und zwar in Fig. 1 eine erste Ausführungs­ form der Vorrichtung in Zuordnung zu einem Lochstein in "geöffneter Stellung", in Fig. 2 eine alternative Ausführungsform der Vorrichtung in "geschlossener Stellung", in Fig. 3 eine von oben in einen Lochstein einzusetzende Ausführungsform und in Fig. 4 ein Beispiel für einen Gasspülstein, der gleichzeitig ein Auslaufventil bildet.

In den Figuren sind für gleiche Funktionsteile gleiche Bezugsziffern verwendet.

In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 10 ein Boden einer Schmelzpfanne dargestellt, in deren Ausguß ein Loch­ stein 12 auf bekannte Art und Weise eingesetzt ist. Der Lochstein 12 weist eine mittige, zylindrische Durchgangs­ öffnung 14 auf.

In der Durchgangsöffnung 14 sitzt ein zylinderförmiger Spülstein 16 ein, dessen Querschnitt so gewählt ist, daß seine Umfangsfläche 18 zwar dichtend gegenüber der korrespondierenden Innenfläche der Durchgangsöffnung 14 des Lochsteins 12 anliegt, jedoch insgesamt gleitend in der Durchgangsöffnung 14 vertikal bewegt werden kann.

Vom unteren Ende 20 erstreckt sich ein Gaskanal 22 entlang der Mittenlängsachse vertikal nach oben und der Gaskanal 22 endet im Abstand zur oberen Stirnfläche 24 des Spülsteins 16. Wie sich insbesondere aus der Schnitt­ darstellung oben rechts ergibt, verlaufen vom oberen Ende des Gaskanals 22 insgesamt sechs als Kanäle ge­ staltete Auslaßöffnungen 26 etwa radial mit leichter Neigung zur oberen Stirnfläche 24 hin bis zur Umfangsfläche 18.

Der Spülstein 16 liegt mit seiner unteren Stirnfläche 28 auf einer Platte 30 auf, die in Verlängerung des Gas­ kanals 22 eine Öffnung 32 aufweist, in der eine Gas­ leitung 34 an den Gaskanal 22 angeschlossen ist. Im Abstand zur Öffnung 32 erstreckt sich von der Oberfläche der Platte 30 ein zylinderförmiger Ansatzstutzen 36, dessen Innendurchmesser etwas größer als der Außen­ durchmesser des Spülsteins 16 ist. Der Spülstein 16 ist im Ansatzstutzen 36 fest eingemörtelt.

Auf der Umfangsfläche der kreisscheibenförmigen Platte 30 sind drei, im gleichen Abstand zueinander angeordnete Pneumatikzylinder 38 angeschweißt. Die Pneumatikzylinder 38 bestehen aus einem Aufnahmezylinder 40, der oben eine Öffnung 42 aufweist, durch die ein Kolben 44 greift, wobei der Kolben 44 gasdicht gegenüber der Öffnung 42 geführt wird. Der Kolben 44 ist an seinem oberen Ende an einer unterhalb des Bodens 10 angeordneten Platte 46 angelenkt. An seinem unteren, im Zylinder 40 befind­ lichen Ende weist der Kolben 44 eine Scheibe 48 auf, die gasdicht, jedoch verschiebbar gegenüber der Innen­ wand des Zylinders 40 anliegt. Zwischen der Unterseite der Scheibe 48 und dem Boden des Zylinders 40 ist eine Druckfeder 50 angeordnet, die hier in ihrem zusammen­ gestauchten Zustand dargestellt ist.

In den zwischen der Oberseite der Scheibe 48 und dem Deckel des Zylinders 40 ausgebildeten Raum 52 mündet dicht unterhalb des Deckels eine weitere Gasleitung 54 ein, die in Verbindung mit der Haupt-Gasleitung 34 bei 56 steht.

Die dargestellte Position der Feder 50 ergibt sich daraus, daß über die Gasleitungen 34, 54 Gas in den Raum 52 eingespeist wird, wobei der Gasdruck so hoch ist, daß er die Vorspannung der Feder 50 überwindet, wodurch gleichzeitig die am Zylinder 40 befestigte Platte 30 und damit der Spülstein 16 nach oben bewegt wurde in die in Fig. 1 dargestellte "offene Stellung", bei der die Auslaßöffnungen 26 oberhalb des oberen Endes des Spülsteins 12 in die Metallschmelze 58 ragen.

In dieser Position kann über die Gasleitung 34 Gas nicht nur über die weiteren Gasleitungen 54 in die Zylinder 40 gedrückt werden, sondern gleichzeitig auch durch den Gaskanal 22 und die Auslaßöffnungen 26 in die Metallschmelze.

Da die Betätigungseinrichtung (Kolben-Zylinderanordnung 40, 44) nur dann in die dargestellte Position bewegt werden kann, wenn der aufgebrachte Gasdruck größer als der ferrostatische Druck im Schmelzgefäß ist, wird gleich­ zeitig sichergestellt, daß der durch die Auslaßöffnungen 26 eingedüste Inertgasstrom unter so hohem Druck steht, daß eine Infiltration der Metallschmelze in die Aus­ laßöffnungen 26 sicher vermieden wird.

Durch einfaches Absenken des Gasdruckes in der Gas­ leitung 34 wird über die Vorspannung der Federn 50 die Platte 30 wieder nach unten abgesenkt und damit der Spülstein 16 bis maximal in die in Fig. 2 darge­ stellte "Schließstellung". Die Scheibe 48 hat dann ihre höchste Stellung innerhalb des Zylinders 40 er­ reicht, wobei jedoch immer noch ein Raum 52 verbleibt, in den die Gasleitung 54 einmündet.

Die Gaszuführung in die Metallschmelze wird jetzt ge­ stoppt und der Spülstein 16 liegt mit seiner Umfangs­ fläche 18 vollständig dichtend gegenüber der Innenfläche der Durchgangsöffnung 14 des Lochsteins 12 an. Eine Metallschmelzeinfiltration wird sicher verhindert, da zwischen Spülstein und Lochstein kein Raum ist.

Die konkrete Ausbildung des Spülsteins 16 ist in Fig. 2 etwas anders als in Fig. 1. Der Gaskanal 22 wird hier nämlich - wie Fig. 2 ohne weiteres zu entnehmen ist - im Abstand vor der oberen Stirnfläche 24 in Richtung auf die Umfangsfläche 18 weggeführt und mündet in die Umfangsfläche 18 bei 60 ein, wobei der letzte Abschnitt 26 funktionsmäßig den Auslaßöffnungen 26 gemäß Fig. 1 entspricht.

Wie Fig. 2 zu entnehmen ist, mündet der Gaskanal 22 hier aber nur in eine einzige Auslaßöffnung 26 ein, wobei diese Ausführungsform insbesondere zum Durch­ führen eines Legierungsdrahtes vorgesehen ist, der leicht durch den Gaskanal 22 beziehungsweise die Aus­ laßöffnung 26 geführt werden kann und dabei gleich­ zeitig von der Gasströmung umspült wird.

Die in den Fig. 1, 2 dargestellten Ausführungsbei­ spiele können aber auch zur Durchführung von pulver­ förmigen Reaktions- und Zusatzstoffen benutzt werden, wobei diese dann mit dem Gasstrom ausgetragen werden (Fig. 1). In diesem Fall sind bei 56 Feststoffilter 62 im Übergangsbereich zwischen der Gasleitung 34 und den Gasleitungen 54 angeordnet, damit die Feststoff­ partikel nicht in die Gasleitungen 54 gelangen. Selbst­ verständlich können die Gasleitungen 34, 54 aber auch von getrennten Gaszuführleitungen gespeist werden.

Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1, 2 besteht der Spülstein 16 aus einem verpreßten Zirkon­ dioxid-Werkstoff, der es ermöglicht, den Spülstein mit besonders glatten Oberflächen auszubilden, die es ermöglichen, daß der Spülstein 16 vollständig dichtend gegenüber dem vorzugsweise auch aus Zirkondioxid bestehen­ den Lochstein 12 anliegt.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der der Spülstein 16 stopfenähnlich ausgebildet ist und von oben in den Lochstein 12 eingeführt wird. Dabei erstreckt sich der Gaskanal 22 vom oberen Ende 64 axial nach unten und endet im Abstand zur unteren Stirnfläche 28. Umgekehrt wie in den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1, 2 verlaufen die Auslaßöffnungen 26 hier am unteren Ende des Gaskanals 22 seitlich zur Umfangsfläche 18.

Am oberen Ende 64 schließt sich an den Gaskanal 22 eine Gasleitung 34 an und der Spülstein 16 ist bei 64 an eine nur schematisch dargestellte Hubeinrichtung 66 angelenkt, mittels der der Spülstein 16 vertikal nach oben und unten bewegt werden kann.

Die Zuordnung des Spülsteins 16 zum Lochstein 12 ist derart, daß der Spülstein mit seinem unteren Ende 20 stets in der Durchgangsöffnung 14 des Lochsteins 12 einliegt. Er wird so sicher geführt.

Oberhalb der Auslaßöffnungen 26 ist der Spülstein mit einer kegelstumpfartigen Verdickung 68 ausgebildet, während der Lochstein 12 an seinem oberen Ende eine korrespondierend geformte Vertiefung 70 aufweist.

Diese Ausbildung hat zur Folge, daß, wenn der Spülstein 16 mittels der Hubvorrichtung 66 nach unten abgesenkt wird, nicht nur die Auslaßöffnungen 26 durch Anlage an die Innenwand des Lochsteins 12 im Bereich der Durch­ gangsöffnung 14 abgedichtet werden, sondern gleichzeitig der Spülstein 16 mit seiner konischen Umfangsfläche 72 im Bereich der Verdickung 68 gegen die entsprechende Fläche der Vertiefung 70 anliegt, wodurch eine besonders sichere Abdichtung erreicht wird.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform des Spülsteins, bei der dieser gleichzeitig als Verschlußstopfen genutzt wird.

Zu diesem Zweck ist der Gaskanal 22 etwas versetzt zur Mittenlängsachse M des Spülsteins 16 angeordnet, ansonsten aber analog dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ausgebildet.

Parallel versetzt zum Gaskanal 22 verläuft von der unteren Stirnfläche 28 ein weiterer Kanal 74, der eben­ falls im Abstand zur oberen Stirnfläche 24 endet, je­ doch etwas unterhalb des Gaskanals 22. Vom oberen Ende des weiteren Kanals 74 verlaufen insgesamt sechs, über den Querschnitt gleichmäßig verteilte Zuführöffnungen 76 derart, daß der Gaskanal 22 zwischen zwei Zuführöffnungen 76 durchragt. Die Öffnungen 76 münden wiederum in der Umfangsfläche 18 des Spülsteins 16.

In der Darstellung nach Fig. 4 befindet sich der Spül­ stein 16 in seiner untersten Position, das heißt die Zuführöffnungen 76 und die Auslaßöffnungen 26 liegen gegen die Innenwandung der Durchgangsöffnung 14 des Lochsteins 12 dichtend an und es kann weder Gas durch die Auslaßöffnungen 26 austreten noch Metallschmelze über die Zuführöffnungen 76 eindringen.

Wird der Spülstein aber nach oben über eine Hubeinrichtung (Pfeil 35) verfahren, so werden zuerst die Auslaßöffnungen 26 frei, das heißt Gas strömt in die Metallschmelze ein und bei weiterem Hochfahrcn des Spülsteins 16 gelangen auch die Zuführöffnungen 76 in den Bereich oberhalb des Lochsteins 12, so daß Metallschmelze über sie in den weiteren Kanal 74 einlaufen kann. Die Metallschmelze läuft dann durch den Kanal 74 nach unten aus. Je nachdem, wie weit der Spülstein 16 verfahren wird, kann damit entweder nur gespült werden oder der Spülstein 16 gleich­ zeitig als Regelventil für den Auslauf der Metallschmelze genutzt werden.

Ebenso ist es natürlich möglich, die Zuführöffnungen 76 für die Metallschmelze oberhalb der Auslaßöffnungen 26 für das Gas anzuordnen.

Bei dieser Ausführungsform kann der Spülstein also eine Doppelfunktion erfüllen und es ist nicht mehr notwendig, wie im Stand der Technik, einerseits eine Verschlußeinrichtung für den Ausguß eines metallurgischen Schmelzgefäßes vorzusehen, über den die Metallschmelze abgezogen werden kann und andererseits eine Gasspul­ einheit anzuordnen, vielmehr kann beides in einem ke­ ramischen Formkörper vereinigt werden. Die sich daraus ergebenden Vorteile sind offensichtlich, zumal auch - wie beschrieben - getrennt gespült und/oder Metall­ schmelze aus dem metallurgischen Gefäß abgeführt werden kann.

Im Rahmen der Erfindung lassen sich weitere alternative Ausgestaltungen realisieren. So kann zum Beispiel die Betätigungsvorrichtung für den Spülstein auch elektrisch oder hydraulisch betrieben werden. Insbesondere ist es möglich, die Verschiebemechanik für einen Schieber­ verschluß durch ein Umlenkgetriebe so auszubilden, daß anstelle einer Horizontalbewegung eine Vertikalbe­ wegung ausgeübt werden kann, so daß bekannte mechanische Vorrichtungen nur gering umgebaut werden müssen, um zur Betätigung eines erfindungsgemäßen Spülsteins genutzt zu werden.

Die Vorrichtung kann darüber hinaus auch zum Beispiel für eine Vakuumbehandlung in einer Pfanne eingesetzt werden.

Claims (21)

1. Spülstein zum Einbringen von Gas- und/oder festen Reaktions- und Zusatzstoffen in ein metallurgisches Schmelzgefäß (10), der an einem Ende (20) an eine Gasleitung (34) sowie eine Antriebseinrichtung (40, 44) anschließbar ist und an seinem anderen Ende mindestens eine, von seiner Umfangsfläche (18) aus verlaufende Auslaßöffnung (26) aufweist, die in wenigstens einen, an die Gasleitung (34) an­ schließbaren Gaskanal (22) mündet.

2. Spülstein nach Anspruch 1, von dessen unterer Stirn­ fläche (28) sich mindestens ein weiterer Kanal (74) axial nach oben erstreckt, der im Abstand zu seinem unteren offenen Ende in mindestens eine, zur Umfangs­ fläche (18) hin offene Zuführöffnung (76) übergeht.

3. Spülstein nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Gas­ kanal (22) und die Auslaßöffnung(en) 26 im Abstand zum weiteren Kanal (74) und der oder den zugehörigen Zuführöffnungen (76) angeordnet sind.

4. Spülstein nach einem der Ansprüche 1-3, bei dem die Zuführöffnung(en) (76) in axialer Richtung des Spülsteins betrachtet, versetzt zu der oder den Auslaßöffnungen (26) angeordnet ist (sind).

5. Spülstein nach einem der Ansprüche 1-4, bei dem die Zuführöffnung(en) (76) und/oder die Auslaß­ öffnung(en) (26) im wesentlichen radial von der Umfangsfläche (18) des Spülsteins aus verlaufen.

6. Spülstein nach einem der Ansprüche 1-5, bei dem der Gaskanal (22) und/oder der weitere Kanal (74) parallel zur Mittenlängsachse (M) des Spülsteins verlaufen.

7. Spülstein nach einem der Ansprüche 1-6, bei dem die Auslaßöffnung(en) (26) und/oder die Zuführ­ öffnung(en) (76) als von der Umfangsfläche (18) aus in den Spülstein verlaufende Vertiefung(en) ausgebildet ist (sind) und in axialer Fortsetzung dieser Vertiefung(en) zur unteren Stirnfläche (28) des Spülsteins verlaufen, unter Ausbildung ent­ sprechender nutartiger oberflächiger Kanäle.

8. Spülstein nach einem der Ansprüche 1-7 mit im wesentlichen im gleichen Abstand von der Umfangs­ fläche (18) aus verlaufenden Auslaß- und/oder Zuführ­ öffnungen (26, 76) .

9. Spülstein nach einem der Ansprüche 2-8, bei dem der weitere Kanal (74) eine zur unteren Stirnfläche (28) hin konisch sich verjüngende Form aufweist.

10. Spülstein nach einem der Ansprüche 1-9, der zu­ mindest an seinem mit den Auslaß- und/oder Zuführ­ öffnungen (26, 76) versehenen Abschnitt mit einem runden Querschnitt ausgebildet ist.

11. Spülstein nach einem der Ansprüche 1-10, der zwischen seinem mit den Auslaß- und/oder Zuführ­ öffnungen (26, 76) versehenen Abschnitt und seinem unteren stirnseitigen Ende eine sich zu diesem Ende (20) hin verjüngende Kegelstumpfform aufweist.

12. Spülstein nach einem der Ansprüche 1-11, wobei der Spülstein oberhalb des mit den Auslaß- und/oder Zuführöffnungen (26, 76) versehenen Abschnittes mit einer sich zum oberen Ende des Spülsteins hin erweiternden Verdickung (68) ausgebildet ist.

13. Spülstein nach einem der Ansprüche 2-12, bei dem die untere Stirnfläche (28) zum luft- beziehungs­ weise gasdichten Anschluß eines Tauch- oder Schatten­ rohres ausgebildet ist.

14. Spülstein nach einem der Ansprüche 1-13 mit einem entlang seiner Längserstreckung ausgebildeten Ab­ schnitt, an den eine den Spülstein in dessen axialer Ausrichtung betrachtet vertikal (verschiebbar) bewegbare Betätigungseinrichtung (40, 44) anschließ­ bar ist.

15. Spülstein nach Anspruch 14, bei dem die Betätigungs­ einrichtung (40, 44) aus mehreren, unter Vorspannung stehenden Pneumatikzylindern (40) besteht, die bei Erreichen eines vorgebbaren Druckes den Spül­ stein soweit nach oben fahren, daß die Auslaß- und/oder Zuführöffnungen (26, 76) gegenüber der Schmelze (58) im metallurgischen Schmelzgefäß frei­ liegen und bei Unterschreiten des Druckes den Spül­ stein soweit absenken, daß seine Auslaß- und/oder Zuführöffnungen (26, 76) gegenüber dem den Spül­ stein aufnehmenden feuerfesten Material des Bodens oder der Wand des metallurgischen Schmelzgefäßes dichtend anliegen.

16. Spülstein nach Anspruch 15, bei dem die Pneumatik­ zylinder (40) jeweils einen Zylinder aufweisen, in dem an einen Kolben (44) angelenkte Federn (50) angeordnet sind.

17. Spülstein nach einem der Ansprüche 14-16, bei dem die Pneumatikzylinder (40) an die Gasleitung (34) anschließbar sind.

18. Spülstein nach einem der Ansprüche 15-17, bei dem die Vorspannung der Betätigungseinrichtung (40, 44) so eingestellt ist, daß der zum Anheben des Spülsteins notwendige Gasdruck mindestens dreißig Prozent, vorzugsweise mindestens fünfzig Prozent höher als der ferrostatische Druck am korres­ pondierenden Boden beziehungsweise der Wand des metallurgischen Schmelzgefäßes ist.

19. Spülstein nach einem der Ansprüche 1-18, wobei der Spülstein zylindrisch gestaltet ist und in einem Lochstein (12) mit zylindrischer Durchgangs­ öffnung (14) gleitend jedoch gegenüber dem Loch­ stein (12) dichtend führbar ist.

20. Spülstein nach einem der Ansprüche 1-19 aus feuerfestem keramischen Material wie Zirkondioxid, Aluminiumgraphit, Al₂O₃-SiO₂ oder dergleichen.

21. Spülstein nach einem der Ansprüche 1-20, wobei das Matrixmaterial ein isostatisch gepreßtes Material ist.