DE3815664C1 - Gas bubble brick for metallurgical vessels and method for its manufacture - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasspülstein für metallur­ gische Gefäße mit einem im wesentlichen ringförmigen durchgehenden oder über den Umfang unterteilten Gas­ durchtrittspalt zwischen einem Innenteil und einem Außenteil sowie ggfs. mit einer Blechumkleidung.

Gasspülsteine dienen zum Einleiten von Spülgasen in metallurgische Gefäße, in denen Metallschmelzen behan­ delt werden sollen. Es sind Gasspülsteine bekannt, die aus einem porösen, gasdurchlässigen Material bestehen. Andere bekannte Gasspülsteine bestehen aus gasundurch­ lässigem Material und sind mit dünnen Gasdurchlaß­ kanälen versehen.

Es wird angestrebt, daß durch die Gasspülsteine über die gleiche Zeit gleiche Gasmengen gefördert und mit gleichmä­ ßiger Verteilung in kleiner Blasenform in die zu behandelnde Schmelze eingebracht werden können.

Bei den bekannten Gasspülsteinen ist dies nicht oder nur unvollkommen möglich.

Man hat daher versucht, Gasspülsteine zweiteilig auszubilden, wobei zwischen dem Innenteil und dem Außenteil ein schmaler Gasdurchtrittspalt verbleibt. Bei diesen Steinen ist es daher äußerst schwierig, die Teile relativ zueinander maßhaltig herzustellen und diese in radialer und axialer Richtung gegenseitig zu fixieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gasspülstein der eingangs genannten Art so auszubilden, daß ein einwandfreier, gleichmäßiger Ringspalt zwischen dem Innen- und Außenteil entsteht, dessen Maßhaltigkeit über die gesamte Lebensdauer des Gasspülsteins auf­ rechterhalten bleibt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Innenteil im wesentlichen säulenförmig ausgebildet und etwa die gleiche Höhe wie das Außenteil aufweist, daß das Innenteil zumindest nahe der Gaseintrittseite wenigstens eine radial bzw. quer zu seiner Längsachse liegende Ausbauchung aufweist, deren Dicke größer ist als die Breite des Ringspaltes und die in eine entsprechende Ausnehmung des Außenteils eingreift, und daß das Außenteil über innere, radiale Abstandshalter, deren Höhe der Breite des Gasdurchtrittspalts ent­ spricht und die gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet sind, gegen das Innenteil abgestützt ist.

Bei einem solchen Gasspülstein ist gewährleistet, daß das Innenteil relativ zu dem Außenteil zuverlässig fixiert ist. Aufgrund der säulenförmigen Ausbildung des Innenteils bleibt der Gasaustrittsquerschnitt auch nach längerer Betriebszeit, wenn die Gasaustrittsseite des Gasspülsteins bereits mehr oder weniger stark ver­ schlissen ist, stets konstant, so daß von Charge zu Charge gleichmäßige Behandlungsbedingungen vorliegen.

Vorzugsweise ist das Innenteil im wesentlichen zylin­ derförmig ausgebildet, so daß ein kreisringförmiger Durchgangsspalt erzeugt wird.

Die Ausbauchung des Innenteils kann auf der Gasein­ trittsseite als konische Erweiterung ausgebildet sein. Durch eine solche Form der Ausbauchung wird das Innenteil relativ zu dem Außenteil in der Strömungs­ richtung des Spülgases zuverlässig fixiert, so daß das Innenteil nicht aus dem Außenteil herausgeblasen werden kann.

Ferner kann das Innenteil in einem Abstand von der Gaseintrittsseite mit einer zusätzlichen Ausbauchung in Form eines umlaufenden Wulstes versehen sein. Dadurch wird eine zusätzliche Sicherung gebildet, die in beiden axialen Richtungen wirkt.

Die Abstandshalter sind vorzugsweise im Bereich der Ausbauchungen angeordnet, in denen ein größerer Durch­ messer zur Verfügung steht, so daß der Ringspalt über die gesamte Höhe einen gleichmäßigen Querschnitt aufweisen kann.

Vorzugsweise sind die Abstandshalter als in Längsrich­ tung des Außenteils verlaufende Stege ausgebildet, durch die eine gute radiale Fixierung erzielt werden kann. Zweckmäßig sind drei, vier oder fünf Stege vorgesehen, die gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Gasspülsteins ist dadurch gekennzeichnet, daß zunächst das Innenteil aus beliebigem feuerfestem Material hergestellt wird, daß das Innenteil nach dem Trocknen bzw. Brennen mit einer Abstandsschicht aus einem Material überzogen wird, welches bei normaler Umge­ bungstemperatur fest ist und bei einer höheren Tempera­ tur ausschmelzbar oder sublimierbar ist, daß die Abstandsschicht an mehreren über den Umfang des Innenteils verteilt angeordneten Stellen entfernt wird, daß das Innenteil mittig in eine Form gebracht wird, deren Innenkontur der Außenkontur des Außenteils entspricht, daß um das beschichtete Innenteil herum das Außenteil gegossen wird und daß nach dem Trocknen bzw. Abbinden des Außenteils der Gasspülstein langsam auf eine Temperatur erwärmt wird, bei der das Material der Abstandsschicht ausschmilzt bzw. sublimiert.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, daß mit relativ geringem Aufwand eine sehr gute Maßgenauigkeit zwischen Innen- und Außenteil erzeugt werden kann. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden nämlich das Innen- und Außenteil nicht unabhängig voneinander hergestellt, sondern das Außenteil wird um das bereits fertige Innenteil herumgeformt. Dadurch besteht die Möglichkeit, daß auch komplizierteste Formen leicht aufeinander abgestimmt werden können, ohne daß dadurch die Maßhaltigkeit des Ringspaltes negativ beeinträchtigt wird. Die Abstandshalter werden dadurch erzeugt, daß die Abstandsschicht an den entsprechenden Stellen einfach ausgekratzt wird, so daß in diesen Bereichen das Außenteil bis unmittelbar an das Innenteil herangeformt wird.

Als Material für die Abstandsschicht kann Wachs oder ein wachsähnliches Material verwendet werden, welches die an die Abstandsschicht gestellten Materialanforde­ rungen bestens erfüllt.

Die Abstandsschicht kann durch einmaliges oder mehrma­ liges Tauchen in ein Wachsbad erzeugt werden.

Vorzugsweise wird zunächst eine Schichtdicke auf dem Innenteil erzeugt, die dicker ist als die Sollstärke des Spaltes, wobei das Material anschließend mittels einer um das Innenteil rotierenden Schablone auf das Sollmaß geschält wird. Dadurch ist es möglich, eine sehr genaue Spaltbreite von nur einem oder wenigen zehntel Millimetern zu erhalten.

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

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbei­ spiel eines Gasspülsteins,

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

Fig. 3 einen Schnitt durch das bereits mit der Beschichtung versehene Innenteil,

Fig. 4 einen Schnitt durch das Innenteil entlang der Linie IV-IV und

Fig. 5 einen Schnitt durch eine Form mit dem darin befindlichen Gasspülstein.

Nach Fig. 1 und 2 der Zeichnung besteht der Gasspül­ stein aus einem feuerfesten Innenteil 1, einem sich rund um das Innenteil 1 erstreckenden Außenteil 2 sowie einer aus Außenteil 2 in seinem seitlichen Bereich und auf der Gaseintrittseite überdeckenden Blechumkleidung 3.

Das Innenteil 1 ist auf seiner dem Gasaustrittsende zugewandten Seite über etwa zwei Drittel seiner Länge als Kreiszylinder 4 ausgebildet. Auf der Gaseintritts­ seite ist das Innenteil mit einer Ausbauchung in Form einer konischen Erweiterung 5 versehen. Zwischen der konischen Erweiterung 5 und dem Kreiszylinder 4 ist als weitere Ausbauchung noch ein umlaufender Wulst 6 ausgebildet.

Das Außenteil 2 weist als äußere Kontur die Form eines Kegelstumpfes auf. Die innere Kontur des Außenteils 2 ist genau auf die Kontur des Innenteils abgestimmt, wobei das Übermaß so gewählt ist, daß über die gesamte Höhe ein Gasdurchtrittsspalt zwischen dem Innenteil 1 und Außenteil 2 entsteht, der eine sehr gleichmäßige Breite aufweist.

In der Höhe der konischen Erweiterung 5 sowie des umlaufenden Wulstes 6 sind an der Innenfläche des Außenteils 2 stegförmige Abstandshalter 8 angeordnet, die formschlüssig an dem Innenteil 1 anliegen. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnete stegförmige Abstandshalter 8 vorgesehen.

Durch die stegförmigen Abstandshalter 8 wird das Innenteil 1 in radialer Richtung relativ zu dem Außenteil 2 zuverlässig fixiert. Die konische Erweite­ rung 5 des Innenteils sowie der umlaufende Wulst 6, die sich in entsprechende Ausnehmungen des Außenteils hineinerstrecken, dienen zur axialen Fixierung des Innenteils 1 in dem Außenteil 2.

Auf der Gaseintrittsseite ist das Innenteil 1 etwas kürzer ausgebildet als das Außenteil 2, wodurch innerhalb der Blechumkleidung 3 unmittelbar hinter der Gaseintrittsöffnung 9 ein Gassammelraum 10 entsteht, so daß das durch die Gaseintrittsöffnung 9 der Blechum­ kleidung 3 strömende Spülgas sich sofort gleichmäßig über den ringförmigen Gasdurchgangsspalt verteilen kann.

Das Verfahren zur Herstellung des Gasspülsteins wird anhand der Fig. 3 bis 5 näher erläutert.

Zunächst wird das bereits beschriebene Innenteil 1 hergestellt, und zwar aus einem beliebigen feuerfestem Material, welches für die vorgesehene Zweckbestimmung eine ausreichende Härte und Festigkeit aufweist. Das Innenteil 1 kann gegossen, vibriert oder gepreßt werden und kann anschließend hydraulisch abbinden oder einem Brennvorgang unterzogen werden.

Wenn das Innenteil 1 fertig abgebunden bzw. gebrannt ist, wird es in ein Wachsbad getaucht, damit sich über die gesamte Höhe rund um das Innenteil 1 eine gleichmäßige Abstandsschicht bilden kann. Die in der Zeichnung übertrieben dick dargestellte Abstandsschicht 11 ist nur ¹/₁₀ Millimeter oder wenige zehntel Millimeter dick.

Wenn man auf eine sehr genaue Schichtstärke hinarbeiten will, so kann durch mehrmaliges Tauchen zunächst eine dickere Schicht erzeugt werden. Anschließend wird dann mittels einer Schablone, die sich um den Kern dreht, die Abstandsschicht 11 auf das Endmaß abgeschält. Selbstverständlich kann auch eine Vorrichtung verwendet werden, bei der sich der Kern an der Schablone vorbeidreht.

Nach dem Härten der Abstandsschicht 11 werden, wie in Fig. 3 und 4 zu erkennen ist, in dem gaseintrittsseiti­ gen Bereich nutförmige, wachsfreie Stellen 12 ausge­ kratzt, durch die später die stegförmigen Abstandshal­ ter 8 des Außenteils erzeugt werden sollen.

Das in der beschriebenen Weise präparierte Innenteil 1 wird dann, wie in Fig. 5 dargestellt, in eine Form 13 gestellt, deren Innenwandung der Außenkontur des Außenteils 2 entspricht. In dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Innenwandung 14 eine sich nach unten verjüngende kegelstumpfförmige Kontur auf. Das Innenteil 1 wird dann mit dem gasaustrittsseitigen Ende nach unten genau konzentrisch in die Form 13 gebracht und dann wird der Zwischenraum zwischen dem präparierten Innenteil 1 und der Innenwandung 14 der Form mit einem gießfähigen Material zur Herstellung des Außenteils 2 gefüllt. Als Material eignet sich bei­ spielsweise gießfähiger Feuerbeton, der zur Verdichtung vibriert wird. Alternativ können aber auch andere keramische Massen verwendet werden, die nach dem Trocknen gebrannt werden.

Sobald das Außenteil 2 luftgetrocknet bzw. hydraulisch abgebunden ist, wird es zusammen mit anderen Gasspül­ steinen in einen Ofen gebracht, in welchem es langsam bis ca. 350°C erwärmt wird. Hierdurch schmilzt die aus Wachs oder wachsähnlichem Material bestehende Abstands­ schicht 11 aus bzw. sublimiert.

Nach diesem Arbeitsgang ist der Gasspülstein fertig und weist einen äußerst maßgenauen, ringförmigen Gasdurch­ gangsspalt 7 auf.

Durch das Verfahren ist sichergestellt, daß selbst bei Maßungenauigkeiten, beispielsweise Ovalität, des Innen­ teils 1 immer eine gleiche Breite des Gasdurchtritts­ spalts 7 erzeugt werden kann, da sich das Material des Außenteils immer dicht an die in konstanter Dicke aufgebrachte Abstandsschicht 11 anlegt.

Bezugszeichenliste

1 Innenteil
2 Außenteil
3 Blechumkleidung
4 Kreiszylinder
5 konische Erweiterung
6 umlaufender Wulst
7 Gasdurchtrittsspalt
8 stegförmige Abstandshalter
9 Gaseintrittsöffnung
10 Gassammelraum
11 Abtandsschicht
12 wachsfreie Stellen
13 Form
14 Innenwandung

Claims (10)

1. Gasspülstein für metallurgische Gefäße mit einem ringförmigen durchgehenden oder über den Umfang unterteilten Gasdurchtrittsspalt zwischen einem Innenteil und einem Außenteil sowie ggfs. mit einer Blechumkleidung, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenteil (1) säulenförmig ausgebildet ist und die gleiche Höhe wie das Außenteil (2) aufweist, daß das Innenteil (1) zumindest nahe der Gaseintrittsseite wenigstens eine radiale oder quer zu seiner Längsachse liegende Ausbauchung (5; 6) aufweist, deren Dicke größer als die Breite des Gasdurchtrittsspaltes (7) ist und die in eine entsprechende Ausnehmung des Außenteils (2) ein­ greift, und daß das Außenteil (2) über innere radiale Abstandshalter (8), deren Höhe der Breite des Gasdurchtrittsspaltes (7) entspricht und die gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet sind, gegen das Innenteil (1) abgestützt ist.

2. Gasspülstein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenteil (1) die Form eines Kreiszylinders (4) aufweist.

3. Gasspülstein nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbauchung des Innenteils (1) auf der Gaseintrittsseite als konische Erweiterung (5) ausgebildet ist.

4. Gasspülstein nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenteil (1) in einem Abstand von der Gaseintrittsseite mit einer zusätzlichen Ausbauchung in Form eines umlaufenden Wulstes (6) versehen ist.

5. Gasspülstein nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter im Bereich der Ausbauchungen (5; 6) angeordnet sind.

6. Gasspülstein nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshal­ ter als in Längsrichtung des Außenteils (2) ver­ laufende Stege (8) ausgebildet sind.

7. Verfahren zur Herstellung eines Gasspülsteins nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst das In­ nenteil aus beliebigem feuerfestem Material herge­ stellt wird, daß das Innenteil nach seiner Fertig­ stellung mit einer Abstandsschicht aus einem Material überzogen wird, welches bei normaler Umgebungstemperatur fest ist und bei einer höheren Temperatur ausschmelzbar oder sublimierbar ist, daß die Abstandsschicht an mehreren, über den Umfang des Innenteils verteilt angeordneten Stel­ len entfernt wird, daß das Innenteil mittig in eine Form eingebracht wird, deren Innenkontur der Außenkontur des Außenteils entspricht, daß um das beschichtete Innenteil herum das Außenteil gegos­ sen wird und daß nach dem Trocknen oder Abbinden des Außenteils der Gasspülsteine langsam auf eine Temperatur erwärmt wird, bei der das Material der Abstandsschicht ausschmilzt oder sublimiert.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für die Abstandsschicht Wachs oder ein wachsähnliches Material verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstands­ schicht durch mindestens einmaliges Tauchen in ein Bad aus geschmolzenem Wachs oder wachsähnlichem Material erzeugt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine Schichtdicke auf dem Innenteil er­ zeugt wird, die dicker ist als die Sollstärke des Spaltes, und daß das Material anschließend mittels einer relativ zu dem Innenteil rotierenden Scha­ blone auf das Sollmaß geschält wird.