DE3809828C2 - - Google Patents
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D1/00—Treatment of fused masses in the ladle or the supply runners before casting
- B22D1/002—Treatment with gases
- B22D1/005—Injection assemblies therefor
Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Einbringen
von Gas und/oder festen Reaktions- und Zusatzstoffen
in ein metallurgisches Schmelzgefäß gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
Spülsteine werden vorzugsweise in die Wand oder den
Boden eines metallurgischen Schmelzgefäßes (zum Beispiel
Elektroofen, Konverter, Tundish, Pfanne) und hier meist
in einen Lochstein 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 axial verlaufenden
mittigen, großen Durchlaßkanal, durch den Gase oder
Feststoffe eingeblasen werden sollen und wird in einem
Lochstein eingemörtelt. 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 beziehungsweise der DE-PS 36 19 533,
gemäß der über dem Einblasstein auf der Stirnfläche des
Lochsteins ein gasdichter Verschlußstein aufliegt.
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).
Dazu offenbart die US-PS 44 70 582 einen mehrteiligen
Gasspülstein, in dem ein Ventilkörper angeordnet ist.
Der Spülstein ist äußerst kompliziert aufgebaut.
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,
eine Einrichtung 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 sollen die beschriebenen
Nachteile bekannter Gasspülsteine, Lanzen und Verschlußsysteme
vermieden werdem, um die Einrichtung weiteren
Anwendungsbereichen zugänglich zu machen.
Die gestellte Aufgabe wird gelöst durch eine Einrichtung
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1.
In den Unteransprüchen 2-18 sind Ausbildungen der
Einrichtung nach Anspruch 1 angegeben.
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.
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 des Spülsteins 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
des Spülsteins stets im zugehörigen Lochstein angeordnet
ist und damit die Einrichtung insgesamt eine sichere
Führung erhält. Bei einer Ausführungsform mit mehreren
Auslaßöffnungen in unterschiedlicher (axialer) Zuordnung
können so je nachdem, wie weit der Spülstein 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 vom unteren, stirnseitigen
Ende des Spülsteins 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.
Die erfindungsgemäße Einrichtung 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.
Die Zeichnung zeigt in stark schematisierter Schnitt-Dar
stellung verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemäßen
Einrichtung, und zwar in Fig. 1 eine erste Ausführungs
form eines Spülsteins in Zuordnung zu einem Lochstein
in "geöffneter Stellung", in Fig. 2 eine alternative
Ausführungsform 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 Hochfahren 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 Gasspül
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 (18)
1. Einrichtung zum Einbringen von Gas- und/oder festen
Reaktions- und Zusatzstoffen in ein metallurgisches
Schmelzgefäß (10), mit einem in einem Lochstein
(12) vorgesehenen Spülstein (16), der wenigstens
einen, an eine Gasleitung (34) anschließbaren Gaskanal
(22) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß
von der Umfangsfläche (18) des Spülsteins (16)
mindestens eine Auslaßöffnung (26) für den Gaskanal (22)
verläuft und der Spülstein mit einer Betätigungseinrichtung
(40, 44) in axialer Richtung innerhalb
des Lochsteins verschiebbar ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß sich von der unteren Stirnfläche (28) des Spülsteines
(16) 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. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Gaskanal (22) und die Auslaßöffnung(en)
(26) im Abstand zum weiteren Kanal (74)
und der oder den zugehörigen Zuführöffnungen (76)
angeordnet sind.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Zuführöffnung(en) (76),
in axialer Richtung des Spülsteins betrachtet,
versetzt zu der oder den Auslaßöffnungen (26) angeordnet
ist (sind).
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Zuführöffnung(en)
(76) und/oder die Auslaßöffnung(en) (26) im wesentlichen
radial von der Umfangsfläche (18) des Spülsteins
aus verlaufen.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch
gekennzeichnet, daß der Gaskanal (22) und/oder
der weitere Kanal (74) parallel zur Mittenlängsachse
(M) des Spülsteins verlaufen.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung(en) (26)
und/oder die Zuführöffnung(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
entsprechender nutartiger oberflächiger
Kanäle.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, gekennzeichnet
durch im wesentlichen im gleichen Abstand
von der Umfangsfläche (18) aus verlaufenden Auslaß-
und/oder Zuführöffnungen (26, 76).
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2-8,
dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Kanal
(74) eine zur unteren Stirnfläche (28) hin konisch
sich verjüngende Form aufweist.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-9,
dadurch gekennzeichnet, daß der Spülstein (16)
zumindest an seinem mit den Auslaß- und/oder Zuführöffnungen
(26, 76) versehenen Abschnitt mit
einem runden Querschnitt ausgebildet ist.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch
gekennzeichnet, daß der Spülstein (16) 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.
12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2-11, dadurch
gekennzeichnet, daß die untere Stirnfläche
(28) des Spülsteins (16) zum luft- beziehungsweise
gasdichten Anschluß eines Tauch- oder Schatten
rohres ausgebildet ist.
13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch
gekennzeichnet, die Betätigungseinrichtung
(40, 44) aus mehreren, unter Vorspannung stehenden
Pneumatikzylindern (40) besteht, die bei Erreichen
eines vorgebbaren Druckes den Spülstein soweit
nach oben fahren, daß die Auslaß- und/oder Zuführöffnungen
(26, 76) gegenüber der Schmelze (58)
im metallurgischen Schmelzgefäß freiliegen und
bei Unterschreiten des Druckes den Spülstein soweit
absenken, daß seine Auslaß- und/oder Zuführöffnungen
(26, 76) gegenüber dem den Spülstein aufnehmenden
feuerfesten Material des Bodens oder der Wand des
metallurgischen Schmelzgefäßes dichtend anliegen.
14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß die Pneumatikzylinder (40) jeweils einen Zylinder
aufweisen, in dem an einen Kolben (44) angelenkte
Federn (50) angeordnet sind.
15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet, daß die Pneumatikzylinder
(40) an die Gasleitung (34) anschließbar sind.
16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13-15, dadurch
gekennzeichnet, daß 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 korrespondierenden Boden beziehungsweise der
Wand des metallurgischen Schmelzgefäßes ist.
17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-16, dadurch
gekennzeichnet, daß der Spülstein (16) aus feuerfestem
keramischen Material wie Zirkondioxid, Aluminiumgraphit
oder Al₂O₃-SiO₂ besteht.
18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-17, dadurch
gekennzeichnet, daß das Matrixmaterial des Spülsteins
(16) ein isostatisch gepreßtes Material ist.
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