DE3823897A1 - Vorrichtung und verfahren zur herstellung von feuerfesten steinen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren von feuerfesten Steinen mit durchgehenden Kanälen.

Feuerfeste Erzeugnisse mit durchgehenden Kanälen werden auf verschiedenen Gebieten der Industrie verwendet, um durch die Kanäle Gase oder feinverteilte Feststoffe in eine Flüssigkeit einzuführen. Insbesondere finden solche Erzeugnisse Anwendung in metalurgischen Gefäßen und Öfen und in Metallschmelzen. Hierzu zählen unter anderem Düsensteine für Böden von Konvertern. Solche Erzeugnisse werden z.B. dadurch hergestellt, daß man gekörntes feuerfestes Material in eine Form mit Nadeln oder Kernen einbringt und in dieser durch Dampfen, Rütteln, Vibrieren oder Pressen verdichtet. Wenn die Erzeugnisse dann aus der Form genommen werden, weisen sie an den Stellen, an denen sich Nadeln in das feuerfeste Material erstreckten, Kanäle auf. Die Kanäle der auf diese Weise erhaltenen Düsensteine haben gewöhnlich einen Durchmesser von 12 bis 16 mm und eine Länge von über 500 mm.

Feuerfeste Erzeugnisse mit Kanälen können nach dem Stand der Technik auch dadurch hergestellt werden, daß eine feuerfeste Masse in eine Form gegossen wird, in der Kerne, die in ihrer Lage gesichert sind, für die Bildung der Kanäle angeordnet sind, die Masse verfestigt und dann das Erzeugnis mit den Kernen aus der Form ausgebracht wird.

Aus der DE-OS 25 11 979 ist ein Verfahren zum Herstellen von Poren bzw. Kanälen bekannt, bei dem ein Gewebe aus mindestens teilsweise brennbaren Fäden zusammen mit feuerfestem Material schichtweise verdichtet und der erhaltene Schichtkörper getrocknet und gebrannt wird, wobei durch Ausbrennen des Gewebes Poren bzw. Kanäle entstehen. Gewebe und andere leicht deformierbare Materialien, wie weiche Kunststoffe, sind aber infolge ihrer Nachgiebigkeit bei Druckanwendung kaum in der Lage, beim Verdichten des feuerfesten Materials ihre Form beizubehalten. Dadurch werden Erzeugnisse mit unregelmäßigen und verformten Kanälen erhalten (vgl. AT-A 2 77 036). Durch das Verbrennen der Fäden bleiben zudem in den Kanälen Rückstände zurück, so daß eine genau definierte Größe und Gleichmäßigkeit des Porendurchmessers nicht erreicht werden kann.

Aus der EP-PS 00 83 919 ist ferner ein Verfahren zur Herstellung von feuerfesten Gesteinen mit durchgehenden Kanälen bekannt, bei dem für die Bildung der Kanäle ein Gitter aus Metall verwendet wird. Dieses Gitter wird beim Steinbrand im Metall belassen.

Gemäß der AT 2 86 860 werden wendelartige und gekräuselte Drähte aus Kunststoff in eine Form gelegt und diese mit Feuerfestmaterial gefüllt. Der gepreßte und getrocknete Rohling wird schließlich gebrannt, wobei die Kunststoffdrähte schmelzen und verdampfen unter Zurücklassung wendelförmiger durchgehender Kanäle. Genau definierte wendelförmige Kanäle lassen sich mit diesem Verfahren jedoch nicht erreichen. Ebensowenig lassen sich die Kanaldurchmesser exakt einstellen, da beim Schmelzen und Verdampfen der Kunststoffdrähte Rückstände in den Kanälen bleiben und demzufolge keine glatten Wände entstehen.

Aus der AT-PS 2 48 936 ist schließlich bekannt, Kerne aus einem schmelzbaren Material, das während des Trocknungsvorgangs ausschmilzt oder verdampft oder drahtartige Gebilde für die Bildung der Kanäle zu verwenden. Die drahtartigen Gebilde werden nach Abschluß des Brennvorgangs aus dem Feuerfestmaterial unter Zurücklassung der Kanäle herausgezogen. Um den Ausziehvorgang zu erleichtern, wird der Drahtkern eingefettet. Außerdem kann über den Drahtkern ein Schlauch aus elastischem Material z.B. aus Gummi oder gummiartigem Kunststoff gezogen werden. Bei der Entnahme der Kerne werden zunächst die Drähte aus den elastischen Hüllen herausgezogen und dann letzterer durch Anwendung von Zug und der damit einhergehenden Durchmesserverminderung entfernt. Dieses Verfahren ist umständlich. Sofern mit einem eingefetteten Draht gearbeitet wird, besteht die Gefahr, daß Rückstände in den Kanälen verbleiben und während des Brennvorgangs sich noch weiter verfestigen. Glatte und gleichförmige Porendurchmesser lassen sich durch diese Art der Produktion nicht erreichen.

Die vorliegende Erfindung hat sich nunmehr die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung zur Herstellung von feuerfesten Steinen mit durchgehenden Kanälen zu schaffen, deren Querschnitt genau eingestellt werden kann, ohne daß es zu Beeinträchtigungen durch Rückstände in den Kanälen kommt.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gelöst, die aus einer Spannvorrichtung für Fäden, die als Kerne für die Bildung der Kanäle dienen, besteht, wobei die Spannvorrichtung aus einem Oberteil und einem Unterteil mit Befestigungseinrichtungen für die Fäden zusammengesetzt ist.

Das Unterteil besteht vorzugsweise aus einer biegefesten Platte mit einer darauf aufgebrachten Dichtungsschicht. Die Platte kann zum Beispiel aus Stahl bestehen. Als Dichtungsschicht eignet sich insbesondere Gummi. Stahlplatte und Gummischicht können mit Einschnitten gleicher oder unterschiedlicher Länge versehen sein, die als Befestigungseinrichtung für die Fadenenden dienen. Ebenso lassen sich jedoch auch andere Befestigungselemente, z.B. Hacken, verwenden.

Die Befestigungseinrichtungen am Oberteil können ebenfalls beliebig ausgestaltet werden. Erfindungsgemäß werden für die Befestigung der Fäden Hacken bevorzugt.

Ober- und Unterteil der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung können unterschiedliche geometrische Formen haben. Vorzugsweise sind sie jedoch kreisförmig ausgestaltet, wobei das Oberteil einen größeren Durchmesser als das Unterteil aufweist.

Die Befestigungseinrichtungen im Ober- und Unterteil sind vorzugsweise so angeordnet, daß die eingespannten Fäden zusammen mit dem Ober- und dem Unterteil die Form eines umgekehrten Kegelstumpfes mit waagerechter Grund- und Deckfläche beschreiben. Ebenso ist es aber auch möglich, die Fäden an der Grund- und Deckfläche kreisförmig so anzuordnen, daß die Fäden sowie Ober- und Unterteil mehrere umgekehrte Kegelstümpfe beschreiben, bei denen lediglich die Grund- und Deckflächen unterschiedlichen Durchmesser haben.

Erfindungsgemäß wird besonders bevorzugt, daß die Grundfläche des Kegelstumpfes stets denselben Durchmesser aufweist, während die Enden der Fäden an dem Unterteil der Spannvorrichtung so angebracht sind, daß mehrere umgekehrte Kegelstümpfe mit einer gleichen Grundfläche und mit Deckflächen unterschiedlichen Radiusses entstehen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Einschnitte in der biegefesten Platte und der Dichtungsschicht unterschiedlich tief sind.

Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung ist in den Fig. 1 bis 3 näher dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung 1. Hierbei werden durch durch die Teile 3 und 5 die Fäden 2 gespannt. Die Fäden sind an dem Oberteil 3 mittels der Hacken 4 befestigt. An ihrem Unterteil 5 sind sie in die Einschnitte 8 in der Dichtung 7 und der biegefesten Platte 6 eingesetzt.

Die Einschnitte werden in der Aufsicht nochmals in den Fig. 2 und 3 gezeigt. In Fig. 2 liegen alle Endpunkte der Einschnitte 8 auf dem Kreisumfang 9. Fig. 3 zeigt schließlich eine erfindungsgemäß besonders bevorzugte Ausführungsform, bei der die Endpunkte der Einschnitte jeweils auf den Kreislinien 10, 11 und 12 liegen.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von feuerfesten Steinen mit durchgehenden Kanälen. Hierbei werden zunächst die Fäden gespannt. Die gespannten Fäden werden anschließend in eine Form eingesetzt oder in einer solchen umhüllt. Danach wird das Feuerfestmaterial in die Form eingebracht. Schließlich werden die Fäden herausgezogen, bevor das Feuerfestmaterial gebrannt wird.

Das Spannen der Fäden geschieht vorzugsweise in der oben geschilderten Vorrichtung. Die Form muß vor dem Einbringen des Feuerfestmaterials in ihrem unterem Teil abgedichtet sein. Hierfür kommen die nach dem Stand der Technik bekannten Methoden in Betracht. Vorzugsweise wird das Abdichten jedoch mit Hilfe der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung erreicht, deren Unterteil aus einer biegefesten Stahlplatte und einer darauf aufgebrachten Gummischicht besteht. Die Fäden werden vorzugsweise so gespannt, daß sie zusammen mit Ober- und Unterteil die Form eines umgekehrten Kegelstumpfes beschreiben. Ebenso können auch die weiteren oben geschilderten Kegelstumpfformen hergestellt werden. Bei kreiskegelstumpfförmig ausgestalteten Steinen lassen sich auf diese Art Kanäle erreichen, die parallel zur Mantelfläche des Kreiskegelstumpfs verlaufen.

Vor dem Einbringen des Feuerfestmaterials können Ober- und Unterteil so gegeneinander verdreht werden, daß durch die Fäden im Stein spiralförmige Kanäle erzeugt werden. Durch solche Kanäle wird eine ausgeprägte Flotationswirkung erreicht; denn durch die spiralförmigen Kanäle tritt das Gas mit Drall aus, so daß eine Badbewegung sowohl in axialer als auch radialer Richtung erfolgt. Außerdem gelingt eine Beschickung der Flüssigkeit mit großen Gasmengen in relativ kurzer Zeit.

An die Fäden sind bestimmte Materialanforderungen zu stellen. Insbesondere muß es sich um ein nicht saugfähiges Material handeln. Weiterhin wird erfindungsgemäß bevorzugt, daß die Fäden sich leicht durchschneiden lassen. Ferner müssen die eingesetzten Fäden eine glatte Oberfläche aufweisen, damit diese sich leicht rausziehen lassen. Schließlich sind an die Reißfestigkeit des Fadenmaterials erhöhte Anforderungen zu stellen. Als besonders vorteilhaft haben sich handelsübliche Angelschnüre erwiesen. Stahldrähte sind dagegen ungeeignet, weil bei der erfindungsgemäß eingesetzten geringen Fadenstärke deren Reißfestigkeit nicht ausreichend ist. Die erfindungsgemäß eingesetzten Fäden haben in der Regel eine Dicke von 0,5 bis 0,9 mm vorzugsweise 0,6 bis 0,8 mm. Die mit diesen Fäden erzielten geringen Kanaldurchmesser waren nach dem bisherigen Stand der Technik nicht zu erreichen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können die gespannten Fäden und das Feuerfestmaterial direkt in die für den Stein vorgesehene Ummantelung eingebracht werden. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um Blechmäntel. Im Gegensatz zum Stand der Technik braucht daher der Mantel nicht nachträglich aufgebracht zu werden, was beispielsweise durch Aufschrumpfen erreicht werden kann. Außerdem ist die Verwendung von gesonderten Vorrichtungen zum Ausformen der Steine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht mehr erforderlich.

Vor dem Ziehen der Fäden kann es erfindungsgemäß erforderlich sein, das Feuerfestmaterial zu verdichten, durch Vibrieren, Rütteln, Stampfen oder Pressen. Erfindungs­ gemäß wird bevorzugt mit einem Vibrator gearbeitet. Die genannten Maßnahmen können jedoch entfallen, wenn selbstfließende Massen eingesetzt werden.

Im Anschluß an das Verdichten und nach dem Erreichen der entsprechenden Standfestigkeit können die Fäden gezogen werden. Es ist jedoch auch möglich nach dem Trocknen und kurz vor dem Brennen erst das Fadenziehen vorzunehmen. Hierzu müssen die Drähte von dem Oberteil der erfindungs­ gemäßen Spannvorrichtung abgetrennt werden. Dies kann beispielsweise durch Abnahme von den Hacken geschehen oder durch Abschneiden der oberen Fadenenden. Alle Fäden können anschließend durch Abnehmen des Unterteils gleichzeitig herausgezogen werden. An diesen Verfahrensabschnitt schließen sich das Trocknen und das Brennen des Feuerfestmaterials an.

Claims (24)

1. Vorrichtung zur Herstellung von feuerfesten Steinen mit durchgehenden Kanälen, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Spannvorrichtung (1) für Fäden (2), die als Kerne für die Bildung der Kanäle dienen, besteht und die Spannvorrichtung (1) aus einem Oberteil (3) und einem Unterteil (5) mit Befestigungselementen (4, 4 a) für die Fäden (2) zusammengesetzt ist.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterteil (5) aus einer biegefesten Platte (6) mit einer darauf aufgebrachten Dichtungsschicht (7) besteht.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtung (4 a) für die Fäden (2) durch Einschnitte (8) in die Dichtungsschicht (7) und die biegefeste Platte (6) gebildet wird.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnitte (8) in dem Unterteil (5) verschieden lang sind.

5. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsschicht (7) aus Gummi besteht.

6. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtungen (4) am Oberteil (3) Hacken sind.

7. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ober- (3) und Unterteil (5) kreisförmig ausgestaltet ist.

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberteil (3) einen größeren Durchmesser als das Unterteil (5) aufweist.

9. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtungen (4, 4 a) so angeordnet sind, daß die eingespannten Fäden (2) zusammen mit Ober- (3) und Unterteil (5) die Form eines umgekehrten Kreiskegelstumpfes oder mehrerer umgekehrter Kreiskegelstümpfe mit waagerechter Grund- und Deckfläche beschreiben.

10. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtungen (4 a) an dem Unterteil (5) so angeordnet sind, daß sie die eingespannten Fäden (2) mehrerer umgekehrter Kreiskegelstümpfe mit einer gemeinsamen durch das Oberteil (3) gebildeten Grundfläche und verschieden großen durch das gemeinsame Unterteil (5) gebildeten Deckflächen beschreiben.

11. Verfahren zur Herstellung von feuerfesten Steinen mit durchgehenden Kanälen, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) Fäden (2) gespannt werden,
• b) in eine Form eingesetzt werden,
• c) das Feuerfestmaterial in die unten abgedichtete Form eingebracht wird,
• d) die Fäden (2) herausgezogen werden und
• e) anschließend das Feuerfestmaterial gebrannt wird.

12. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden (2) in einer Spannvorrichtung (1) gespannt werden, die aus einem Oberteil (3) und einem Unterteil (5) mit Befestigungseinrichtungen (4, 4 a) für die Fäden (2) besteht.

13. Verfahren gemäß Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß Fäden (2) mittels kreisförmiger Ober- (3) und Unterteile (5) gespannt werden.

14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden (2) so eingespannt werden, daß sie zusammen mit dem Ober- (3) und dem Unterteil (5) die Form eines umgekehrten Kegelstumpfes oder mehrerer umgekehrter Kegelstümpfe mit waagerechter Grund- und Deckfläche beschreiben.

15. Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden (2) so eingespannt werden, daß sie mehrere umgekehrte Kegelstümpfe mit derselben durch das Oberteil (3) gebildeten gemeinsamen Grundfläche und verschieden großen durch das Unterteil (5) gebildeten Deckflächen beschreiben.

16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß Ober- (3) und/oder Unterteil (5) vor dem Einbringen des Feuerfestmaterials so gedreht werden, daß die Fäden (2) die Kerne von spiralförmigen Kanälen bilden.

17. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Feuerfestmaterial in eine als Kreiskegelstumpf ausgebildete Form eingebracht wird.

18. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die oben aus dem Feuerfestmaterial herausragenden Fäden von dem Oberteil (3) abgetrennt werden, bevor die Fäden gezogen werden.

19. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß alle Fäden (2) durch das Abnehmen des Unterteils (5) nach dem Abtrennen des Oberteils (3) gleichzeitig herauszogen werden.

20. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß leicht schneidbare Fäden (2) mit glatter Oberfläche aus nicht saugfähigem Material eingesetzt werden.

21. Verfahren gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß Fäden in einer Dicke von 0,5 bis 0,9 mm, vorzugsweise 0,6 bis 0,8 mm eingesetzt werden.

22. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Ziehen der Fäden das noch nicht verfestigte Feuerfestmaterial in der Form verdichtet wird.

23. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das noch nicht verfestigte Feuerfestmaterial mit Hilfe eines Vibrators vor dem Ziehen der Fäden verdichtet wird.

24. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die gespannten Fäden (2) und das Feuerfestmaterial direkt in die für den fertigen Stein vorgesehene Ummantelung eingesetzt werden.